1.3 发酵工程及其应用-【正禾一本通】2023-2024学年新教材高二生物选择性必修3同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019 不定项）

第3节　发酵工程及其应用 课程标准 核心素养 1.概述发酵工程及其基本环节。 2.举例说明发酵工程在医药、食品及其他工农业生产上的应用价值 1.科学思维：通过分析发酵工程的基本环节，构建发酵工程的基本流程图，促进工程思维的发展。 2.社会责任：通过归纳总结发酵工程在生产实践上的应用，树立将所学知识应用于生产、生活实践的意识 　高效导学01步　预习新知，落实必备知识　　　　　　　　　　　　　　　 一、发酵工程的基本环节 1.选育菌种 性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得。 2.扩大培养 在发酵之前需要对菌种进行扩大培养。 3.配制培养基 在菌种确定之后，要选择原料制备培养基。在生产实践中，培养基的配方要经过反复试验才能确定。 4.灭菌 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。例如，在青霉素生产过程中如果污染了杂菌，某些杂菌会分泌青霉素酶将青霉素分解掉。因此，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。 5.接种 在大规模的发酵过程中，将选育出的优良菌种经过多次扩大培养，让它们达到一定数量后再进行接种。 6.发酵罐内发酵 (1)发酵过程：是发酵工程的中心环节。在发酵过程中，要随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程。还要及时添加必需的营养成分，要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件。环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，而且会影响微生物代谢物的形成。例如，谷氨酸的发酵生产：在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸；在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N­乙酰谷氨酰胺。 (2)条件控制：现代发酵工程使用的大型发酵罐均有计算机控制系统，能对发酵过程中的温度、pH、溶解氧、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等进行监测和控制；还可以进行反馈控制，使发酵全过程处于最佳状态。 7.分离、提纯产物 (1)如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后，采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥，即可得到产品。 (2)如果产品是代谢物，可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品。 二、发酵工程的应用 发酵工程以其生产条件温和、原料来源丰富且价格低廉、产物专一、废弃物对环境的污染小和容易处理等特点，在食品工业、医药工业和农牧业等许多领域得到了广泛的应用。 1.在食品工业上的应用 (1)生产传统的发酵产品，如酱油和各种酒类。 (2)生产各种各样的食品添加剂，如柠檬酸和谷氨酸等。 (3)生产酶制剂，如α­淀粉酶、β­淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶和脂肪酶等。 2.在医药工业上的应用 (1)青霉素的发现和产业化生产推动了发酵工程在医药领域的应用和发展。 (2)发酵工程逐步扩展到了其他抗生素、多种氨基酸、激素和免疫调节剂等的生产领域。 3.在农牧业上的应用 (1)生产微生物肥料，如根瘤菌肥、固氮菌肥等。 (2)生产微生物农药，如苏云金杆菌、白僵菌、井冈霉素等。 (3)生产微生物饲料，如单细胞蛋白。 4.在其他方面的应用 (1)利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质。 (2)通过电催化结合发酵的方式，用CO2合成葡萄糖和脂肪酸。 (3)利用极端微生物，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。 发酵工程正渗透到几乎所有的工农业领域，在助力解决粮食、环境、健康和能源等方面的重大问题上，作出了越来越大的贡献。 【教材问题·心中明】 从社会中来·提示 P22工业上采用发酵工程生产青霉素。其主要步骤：选育菌种，扩大培养，配制培养基，灭菌，接种，发酵罐内发酵，分离、提纯产物。 ·提示 P22我国幅员辽阔，地理生态环境多样，这为各种微生物的生长繁殖提供了条件，有利于发酵工程选育菌种。优良的菌种不仅具有健壮，不易退化，其发酵产品的产量高、质量稳定等优点，它往往还会赋予发酵产品独特的风味，因此菌种选育环节很大程度上決定了生产发酵产品的成败。 思考·讨论·提示 P231.需要考虑的因素包括：在低成本的培养基上能迅速生长繁殖；生产所需代谢物的产量高；发酵条件容易控制；菌种不易变异、退化等。 2.要对温度、pH、溶解氧等发酵条件进行严格控制，使其最适合微生物的生长繁殖，同时及时添加必要的营养成分。 3.传统发酵技术获得的产物一般不是单一的组分，而是成分复杂的混合物，很多时候不会再对产物进行分离和提纯处理，或者仅采用简单的沉淀、过滤等方法来分离和提纯产物。在发酵工程中使用的分离和提纯产物的方法较多。在产物的初分离阶段，常采用沉淀、萃取、膜分离、吸附和离子交换等方法；在进一步纯化阶段，会采用液相层析法、结晶法等方法。发酵工程产物无论是代谢物还是菌体本身，都需要进行质量检査合格后才能成为正式产品。 4.不能。因为在进行发酵生产时，微生物及其代谢物中都可能含有危害环境的物质。为了