第1章 第4节 发酵工程及其应用（word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程（苏教版2019）

知识点(一)　发酵工程利用了微生物的特定功能及其一般过程 [教材知识梳理] (一)发酵工程利用了微生物的特定功能 特点或功能 发酵工程中的利用 实例 生长旺盛、繁殖快 快速获得大量菌种 扩大培养 吸收多、转化快 为发酵工程产生大量代谢产物提供了保障 产朊假丝酵母合成蛋白质的能力要比大豆强100倍 适应性强、易变异 为通过育种大幅度地提高菌种的生产性能提供了保障 1943年时，每毫升青霉素发酵液由仅能生产约20单位青霉素，到目前已能产出超过5万单位的青霉素 种类多(物种多、生理代谢类型多)、分布广 能生产多种多样的产品，且应用范围不断扩大 仅利用大肠杆菌即可生产2 000～3 000种蛋白质；人类发现的抗生素已经超过9 000种 (二)发酵工程的一般过程 1．常用微生物：主要有细菌(如大肠杆菌、醋酸杆菌、乳酸杆菌)、放线菌(如链霉菌)和真菌(如青霉菌)。 2．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。 3．发酵工程的一般过程：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主要步骤。 (1)发酵原料的预处理：对原料进行粉碎、蒸煮，水解成葡萄糖等供微生物利用。 (2)发酵培养基的配制：添加水、无机盐等营养物质，调节碳氮比和pH等。 (3)菌种选育：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。 (4)扩大培养：制备大量菌种后再转入大型发酵罐中生产。 (5)发酵生产：发酵分为厌氧发酵和需氧发酵两种。酒精、啤酒、乳酸等为厌氧发酵产品，味精、赤霉素等的生产属于需氧发酵。 (6)产物的分离与提纯：发酵产品包括微生物的代谢产物或菌体。通过过滤发酵液，离心去除固体杂质，采用蒸馏法等进一步纯化目标产品。 4．工业发酵类型：根据发酵过程的操作方式不同，可分为分批发酵和连续发酵等。 [核心要点点拨] (一)分批发酵与连续发酵的比较 项目 分批发酵 连续发酵 含义 一次投料、一次接种、一次收获的间歇发酵方式 在一个培养基可流动的装置(如发酵罐)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(如pH)，使发酵过程保持相对稳定 菌种生长周期 一般经历延滞期、对数期、稳定期和衰亡期等 尽量维持在稳定期 优点 对设备的要求低，工艺操作简单；对营养物质的利用效率较高，产物浓度较高 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 缺点 人力、物力等消耗大，生产周期短，设备利用率和生产效率低 对设备的合理性和加料设备的精确性要求甚高；营养成分的利用率和产物浓度较低，杂菌污染的机会较多等 (二)分批发酵过程中微生物经历的时期及特征 时期 特征 延滞期 微生物一般不增殖 对数期 细胞分裂增殖旺盛，活微生物数量增长速率最高，微生物的代谢活性高、生命力强 稳定期 微生物的生长速率维持相对稳定 衰亡期 微生物生长速率降低，死亡速率逐步增加，活的微生物量逐步减少 [微提醒] “衰亡期”细菌数量下降是由于培养基中的营养物质被消耗，代谢产物积累，pH等环境条件的改变，导致其产生速率降低，死亡速率逐步增加。 [典例]　(2023·启东高二月考)某高校采用如图所示的发酵罐进行葡萄酒主发酵过程的研究，下列叙述错误的是(　 ) A．夏季生产果酒时，常需对罐体进行降温处理 B．酒精为挥发性物质，故发酵过程中空气的进气量不宜太大 C．正常发酵过程中罐内的压力不会低于大气压 D．可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度来决定何时终止发酵 [解析]　果酒发酵的适宜温度为18～25 ℃，因此夏季生产果酒时，常需对罐体进行降温处理，A正确；酒精是酵母菌无氧呼吸的产物，因此发酵过程中不需要通入空气，B错误；正常发酵过程中，酵母菌进行无氧呼吸产生了二氧化碳，但是没有消耗氧气，因此发酵罐中的气压不会低于大气压，C正确；葡萄酒发酵的原料是糖类(葡萄糖)，因此可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度来决定何时终止发酵，D正确。 [答案]　B [层级训练评价] (一)澄清概念 1．判断下列叙述的正误 (1)发酵工程利用的菌种都是从自然界中筛选出来的。(×) (2)发酵工程的中心环节是选育菌种。(×) (3)发酵工程中要对培养基进行灭菌，发酵设备不用灭菌。(×) (4)谷氨酸发酵罐的监测装置要检测培养液中的细菌数目、产物浓度、代谢产物类型等。(√) (5)在发酵工程的发酵环节中，发酵条件会影响微生物的生长繁殖，但是不影响微生物的代谢途径。(×) (6)微生物适应性强、易变异的特定功能为发酵工程产生大量