1.4发酵工程及其应用学案2023-2024学年高二下学期生物苏教版选择性必修3

1.4发酵工程及其应用 · 知识巩固 一、发酵工程利用了微生物的特定功能 1．微生物的种类：主要包括 等。 2．微生物的特定功能和特点 （1）生长旺盛、繁殖快。 （2）吸收多、转化快。 （3）适应性强、易变异。 （4）种类多、分布广。 微生物种类繁多不仅体现在物种的种类上，还体现在微生物的生理代谢类型上。 二、发酵工程的一般过程 1．发酵工程的概念：采用现代工程技术手段，利用微生物或动植物细胞的特定功能，在人工控制的环境下生产满足人类需求的特定产品等的工程技术称为发酵工程。 2．过程 包括发酵原料的预处理、发酵培养基的配制、菌种选育和扩大培养、发酵生产和产物的分离与提纯等。 3．发酵过程的控制：利用计算机对发酵过程进行自动调节控制。 （1）氧含量的调节可以通过通气量和搅拌的速度实现。 （2）温度的调节可以通过发酵罐夹层或蛇形管中的冷却水的热交换作用来实现。 （3）pH的调节可以通过在培养基中添加酸或碱等来实现。 4．分批发酵与连续发酵 （1）分批发酵 ①概念： 的间歇发酵方式。 ②生长曲线：单细胞微生物的生长状况随着发酵罐中各种物质浓度的变化表现出一定规律。根据不同培养时间里细菌数量的变化，可以做出一条反映细菌在整个培养期间数量变化规律的曲线。 分批发酵中的细菌生长曲线 思考： · 延滞期：细菌等微生物刚接种到一个新的环境之后，需要经历一个短暂的适应时期。该时期内微生物一般不增殖。 · 对数期：此时细胞分裂增殖旺盛，活微生物数量增长速率最高。此时生物的代谢活性高、生命力强。 · 稳定期：微生物的生长速率维持相对稳定。 · 衰亡期：随着培养基中营养物质消耗，代谢产物积累和pH等环境条件改变，微生物生长受到影响，生长速率降低，死亡速率逐步增加。此时微生物代谢活性降低，呈现衰老和自溶现象。 （2）连续发酵 ①概念：在发酵罐中以一定的速率不断地放出老的培养基和代谢产物，同时不断添加新的培养基和调节相关发酵条件，使发酵过程保持相对稳定。 ②类型：单罐连续发酵和多罐连续发酵等方式。 ③优点：简化了发酵罐的多次灭菌、清洗、出料等步骤，缩短了发酵周期，提高了设备的利用率和单位时间产量等。 三、发酵工程应用广泛 1．发酵工程的主要产品 产品类型 主要产物 微生物菌体细胞 酵母菌、食用菌、微生物农药 微生物酶类 各种酶、酶制剂和各种曲类 微生物代谢产物 初级代谢产物，如氨基酸、有机酸、有机溶剂、核苷酸、蛋白质、核酸和维生素；次级代谢产物，如抗生素、生物碱和植物激素类似物 微生物转化产物 利用微生物代谢过程中的某种酶或酶系，将一种化合物转化成含有特殊功能基团的产物。例如，将甘油转化为二羟基丙酮，将葡萄糖转化为葡萄糖酸，将甾体转化成甾体激素 工程菌发酵产物 通过基因工程和细胞工程创造出许多具有特殊功能的“工程菌”，用发酵技术生产更多更好的产品，发挥更大的经济效益 动植物细胞的产物 通过大规模培养木瓜细胞，生产木瓜蛋白酶；利用植物细胞培养技术生产天然食用色素等 2．发酵工程的应用领域 （1）在医药业中的应用：主要包括生产各种抗生素、酶、氨基酸、激素和免疫制剂。 ①发酵工程可生产许多具有治疗作用的氨基酸。 ②发酵工程可生产甾体激素、生物制品（包括菌体、代谢产物及免疫抑制剂）、酶抑制剂。 ③胰岛素、抗肿瘤的干扰素、乙肝疫苗等药物也可通过发酵工程大规模生产。 （2）在食品业上的应用： ①应用于酿造酒、醋、酱油等传统酿造业。 ②生产调味品或发酵食品等。 ③生产甜味剂和应用于食品加工。 （3）在农业中的应用： ①生产生物农药：主要包括真菌杀虫剂、细菌杀虫剂等。 ②生产生物增产剂：主要有微生物肥料和微生物饲料。接种固氮菌可增加土壤氮肥的肥力；发酵饲料、青贮饲料和单细胞蛋白都是很好的微生物饲料。 ③生产生物除草剂 我国科学家用专门寄生于菟丝子的某种真菌制成防治农田杂草菟丝子的除草剂。 ④生产饲料添加剂：通过发酵工程生产的氨基酸、维生素、调味剂等。 （4）在其他领域的应用 发酵工程的产物 在纺织、皮革制造、造纸等行业都发挥着重要作用；发酵工程还可以应用于 或 等方面。 · 随堂速测 1.发酵工程因其明显的优势和特点在食品工业、医药工业和农牧业等领域得到了广泛的应用。下列不属于发酵工程特点的是（ ） A