1.3 发酵工程及其应用-【帮课堂】2022-2023学年高二生物同步精品讲义（人教版2019选择性必修3）

《第1章 发酵工程》 第3节 发酵工程及其应用 必会知识 考点梳理拓展延伸易错警示 必会知识一 发酵工程的基本环节 1．发酵工程是指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。发酵工程一般包括菌种的选育，扩大培养，培养基的配制、灭菌，接种，发酵，产品的分离、提纯等方面。 2．选育菌种 (1)常用菌种：主要是细菌、放线菌、酵母菌和霉菌等。 (2)菌种特点：①对周围环境的温度、渗透压、酸碱度等条件有极大的适应能力。②有极强的消化能力。③有极强的繁殖能力。 (3)菌种来源：①从自然界中筛选出优良菌种。②利用诱变育种筛选出符合生产要求的优良菌种。③利用基因工程、细胞工程的方法对菌种的遗传特性进行定向改造，构建出能生产相应产品的菌种。 3．扩大培养：工业发酵罐的体积很大，接入的菌种总体积也较大，在进行接种前，要对菌种进行扩大培养。 (1)目的：增加菌种的数量，缩短生产周期。 (2)方法：将培养到生长速度最快时期的菌体分开，再进行培养。 4．配制培养基 (1)类型：发酵工程一般使用液体培养基。 (2)要求：①根据菌种的代谢类型，选择不同的材料配制培养基。 ②培养基应满足微生物在碳源、氮源、生长因子、水、无机盐等方面的营养要求，并为微生物提供适宜的pH，以利于产物的合成。 ③应尽量降低生产成本，以得到更高的经济效益。 5．灭菌和接种：发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种。一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。因此，培养基和发酵设备必须经过严格的灭菌，接种过程中要注意防止杂菌污染。 6．发酵罐内发酵—发酵工程的中心环节 7．分离、提纯产物，获得发酵产品 发酵产品 分离、提纯方法 微生物细胞 通过过滤、沉淀等方法将菌体分离、干燥 代谢物 蒸馏、萃取、离子交换等方法 必会知识二 发酵工程的应用 1．在食品工业上的应用 (1)生产传统的发酵产品 ①以大豆为主要原料，利用产生蛋白酶的霉菌(如黑曲霉)，将原料中的蛋白质水解成小分子的肽和氨基酸，然后经淋洗、调制成的酱油产品： ②以谷物或水果等为原料，利用酿酒酵母发酵生产的各种酒类。 (2)生产各种各样的食品添加剂：柠檬酸是一种广泛应用的食品酸度调节剂，它可以通过黑曲霉的发酵制得；由谷氨酸棒状杆菌发酵可以得到谷氨酸，谷氨酸经过一系列处理就能制成味精。 (3)生产酶制剂：目前，已有50多种酶制剂成功用于食品的直接生产、改进生产工艺、简化生产过程、改善产品的品质和口味、延长食品储存期和提高产品产量等方面。这些酶制剂除少数由动植物生产外，绝大多数也是通过发酵工程生产的。 2．在医药工业上的应用 基于发酵工程技术，目前已经开发了种类繁多的药品，如人类生长激素、重组乙肝疫苗、某些种类的单克隆抗体、白细胞介素，抗血友病因子等。 人们可以采用基因工程的方法，将植物或动物的基因转移到微生物中获得具有某种药物生产能力的微生物；或者直接对菌种进行改造，再通过发酵技术大量生产所需要的产品，如生长激素释放抑制激素的发酵生产。 此外，科学家还利用基因工程，将病原体的某个或某几个抗原基因转人适当的微生物细胞，获得的表达产物就可以作为疫苗使用。例如，一种生产乙型肝炎疫苗的方法就是将乙型肝炎病毒的抗原基因转入酵母菌，再通过发酵生产。 3．在农牧业上的应用 主要应用 具体应用 举例 生产微生物肥料 利用微生物在代谢过程中产生的有机酸、生物活性物质等来增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长；抑制土壤中病原微生物的生长，从而减少病害的发生 根瘤菌肥、固氮菌肥 生产微生物农药 与传统的化学农药不同，微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害的 苏云金杆菌可防治80多种农林虫害；白僵菌可防治玉米螟、松毛虫等虫害；井冈霉素可防治水稻枯纹病 生产微生物饲料 微生物含有丰富的蛋白质，且生长繁殖速度很快。许多国家以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵获得了大量的微生物菌体，即单细胞蛋白 有些单细胞蛋白可以作为食品添加剂；单细胞蛋白制成的微生物饲料能使家畜、家禽增重快，产奶或产蛋量显著提高；在青贮饲料中添加乳酸菌，可提高饲料的品质，使饲料保鲜，动物食用后还能提高免疫力 4．在其他方面的应用 随着对纤维素水解研究的不断深入，利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质已取得成功。自然界中还存在着一定数量的极端微生物，它们能在各种极端恶劣的环境(如高温、高压、高盐和低温等环境)中正常生活，对它们的研究已成为国际热点，其中一些极端微生物已应用于生产实践。例如，嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产洗涤剂，嗜低温菌有助于提高热敏性产品的产量。 必会知识三 啤酒的工业化生产流程 1．啤酒的工业化生产流程 2．啤酒的工业化生产的五点提醒 (1)啤酒