1.3 发酵工程及其应用-2024-2025学年高二生物同步课堂精优课件（人教版2019选择性必修3）

视频：一代神药——青霉素 在工业上，青霉素是怎样生产的？ 青霉素是世界上第一个应用于临床的抗生素。早期科学家只能从青霉菌中提取少量青霉素，它的价格贵如金。随着高产菌种的选育、发酵技术的发展等，青霉素步入了产业化生产的道路。如今，1瓶规格160万单位的青霉素注射剂的价格只要1元左右。 通过发酵工程生产。 从社会中来 早期1瓶规格大概20万单位的青霉素最高卖到 如今1瓶规格160万单位的青霉素注射剂 天价 白菜价 第1章 发酵工程 第3节 发酵工程及其应用 本节聚焦 1、什么是发酵工程？ 2、发酵工程的一般流程是什么？ 3、发酵工程在生产上有哪些重要的价值？ 自主探究（思） 阅读课本22-23页，回答以下问题 1、什么是发酵工程？发酵工程有哪些基本环节？ 2、选育菌种的来源？举例说明？ 3、为什么要扩大培养？ 4、培养基配方如何确定？ 5、举例说明为什么要灭菌？ 6、发酵罐内如何了解发酵进程？控制哪些条件？为什么要控制条件并举例说明？ 7、现代发酵工程使用的发酵罐的优点是什么？ 8、如何对产品分离纯化？ 对发酵原理的认识 微生物纯培养技术建立 密闭式发酵罐设计成功 严格控制环境条件(温度、pH、溶解氧、压强、营养物、泡沫等) 大规模生产发酵产品 微生物的特定功能 现代化工程技术 发酵工程： 什么是发酵工程？ 指利用微生物的特定功能，通过现代工程技术，规模化生产人类所需产品的综合性生物工程。 它涉及菌种的选育和培养、产物的分离和提纯等方面。 一、发酵工程的基本环节 选育菌种 扩大培养 接种 灭菌 配制培养基 发酵罐内发酵 分离、提纯产物 获得产品 发酵工程有哪些基本环节？ 项目 自然筛选 诱变育种或基因工程育种 优点 缺点 一、发酵工程的基本环节 目的： 获得性状优良的菌种 菌种来源： 实例： ——菌种是影响发酵工程产物品质的首要因素。 筛选产酸量高的黑曲霉用来生产柠檬酸； 基因工程改造的啤酒酵母，加速发酵过，缩短生产周期。 产柠檬酸量高的黑曲霉 基因工程改造的啤酒酵母 1.选育菌种 ①自然界中筛选 ②诱变育种 ③基因工程育种 经济实惠 自发突变频率低，出现优良性状可能性小，需要时间长。 育种时间短、提高发酵产物纯度、减少副产物 技术要求高 意义： 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，因此菌种选育环节在很大程度上决定了生物发酵产物的成败。（旁栏思考） 选育菌种的来源？举例说明？ 一、发酵工程的基本环节 2.扩大培养 工业发酵罐体积 几十 ---几百m3 接入的菌种总体积几---几十m3 怎样对菌种进行扩大培养？ 将培养到增长速率最快时期的菌体分开，再进行培养。 获得更多的菌种,缩短生产周期。 目的: 原因： 工业发酵罐的体积一般较大，需要接入的菌种总体积大（数目多）。 扩大培养的培养基类型： 一般为液体培养基，可以使微生物与营养物质充分接触，提高营养物质的利用率。 为什么要扩大培养？ 培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。 一、发酵工程的基本环节 3.培养基的配制 4、灭菌 ①在菌种确定之后，（结合菌种代谢特点）选择原料制备培养基。培养基应包括微生物生长所需的碳源、氮源、水、无机盐及特殊营养要求。 ②在生产实践中，培养基的配方要经过反复试验才能确定（即不断优化培养基成分、比例等）； 发酵工程种所用的菌种大多是单一菌种，一旦有杂菌污染，可能导致产量大大降低。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。 避免因杂菌污染而影响产品的品质和产量。 灭菌原因： 灭菌目的： 灭菌对象 ： 一、发酵工程的基本环节 5、接种 电动机D1 排气管C3 pH计B3 冷却水排出口C2 冷却夹层 发酵液 搅拌叶轮D2 生物传感器装置B4 空气入口A4 放料管A2 A3阀门 A1培养物或营养物质的加入口 B1观察孔 B2取样管 B5温度传感器和控制装置 C1冷却水进入口 装置编号 主要用途 A1-A3 A4 B1-B5 C1、C2 C3 D1、D2 控制培养物以一定速度进入、流出发酵罐，实现连续培养 控制溶解氧 通过肉眼观察、仪器检测等监控发酵条件以及发酵过程，B2处抽取样品进一步检测 通过控制冷水流速调节罐温 调节罐压 电机带动叶轮转动进行搅拌，使微生物与发酵液混合均匀，加快氧气溶解以及散热 将扩大培养后的菌种投放到发酵罐中。 要及时添加必需的营养物质，要严格控制温度、pH和溶氧量等发酵条件。 一、发酵工程的基本环节 6.发酵罐内发酵 ----发酵工程的中心环节。 ①如何了解发酵进程？ ②可调控哪些发酵条件以满足微生物的生长需要？ 发酵过程中要随时检测培养液中微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程。 环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，而且影响微生物代谢物的形成； 严格控制发酵条件，有利于使发酵全过程处于最佳状态。 ③为什么要严格控制发酵条件？ 谷氨酸发酵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生成谷氨酰胺和N-乙酰谷胺酰胺。 ④举出不同发酵条件的影响发酵的实例？ 谷氨酸棒状杆菌 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。 ⑤现代发酵工程使用的发酵罐的优点是什么？ ①如果发酵产品是微生物细胞本身，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。 一、发酵工程的基本环节 7、分离、提纯产物 8、获得产品 啤酒 味精 发酵工程的基本环节小结 环节 目的 菌种选育 扩大培养 培养基的配制 灭菌 产品的分离、提纯 性状优良菌种可从自然界筛选，也可通过诱变育种或基因工程育种获得。 工业发酵罐体积大，接种菌种总体积大。发酵前需对菌种扩大培养。 选原料制备培养基。生产实践中，培养基配方要经过反复试验才能确定。 发酵工程所用大多为单一菌种，有杂菌污染影响产量，培养基和设备需严格灭菌。 现代发酵工程的大型发酵罐有计算机控制系统，能对温度、PH、溶解氧、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养进行监测和控制。还可以进行反馈控制，使发酵全过程处于最佳状态。 发酵工程的中心环节，发酵过程中，要随时检测培养液中微生物数量、产品浓度等，以了解发酵进程。还要及时添加必需的营养组分，严格控制温度、PH和溶解氧等发酵条件。环境条件不仅影响微生物生长繁殖，还影响微生物代谢物的形成。 发酵产品是微生物细胞本身，采用过滤、沉淀方法将菌体分离和干燥得到产品。产品是代谢物，可据产物性质采取适当提取、分离纯化措施来获得产品。 接种 发酵罐发酵 通过微生物的大量繁殖获得所需产品。 发酵工程实质: 1.微生物菌种资源丰富，选择发酵工程用的菌种时，需要考虑哪些因素？优良菌种有哪些来源？ 2.怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？ 思考·讨论：发酵过程基本环节分析 ②产物方面： 目的产物多，副产物少。 ④设备方面： 发酵条件容易控制。 ③菌体方面： 菌体生长繁殖力强，耐受力强，抗污染、菌种不易变异、退化。 ①原料方面： 来源广，低成本、转化率高 条件 变化原因 控制方法 温度 pH 氧气 微生物分解有机物释放的能量，机械搅拌也会引起温度升高。 培养基中营养成分的利用和代谢产物的积累。 在培养基中添加缓冲液，在发酵过程中加酸或碱 通过向冷却夹层通入冷水来调控 需氧型：通过空气入口通入空气，并调整搅拌叶轮转速增加溶解氧。 厌氧型：需封闭空气入口，建立厌氧环境等。 不同微生物对氧气需求不同。 菌种来源： ①自然界中筛选 ②诱变育种 ③基因工程育种 3.在产物分离和提纯方面，发酵工程与传统发酵技术相比有哪些改进之处？ 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、过滤等方法来分离提纯产物。 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、吸附或离子交换等方法；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，都需要进行质量检查，合格后才能成为正式产品。 4.在进行发酵生产时，排出的气体和废弃培养液等能直接排放到外界环境中吗?为什么？ 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。为了减少或避免污染物的产生和排放，实现清洁生产，应该对排出的气体和废气培养液进行二次清洁或灭菌处理。 思考·讨论：发酵过程基本环节分析 1、发酵罐发酵的过程中，使温度升高的热量来源于(　　) ①冷却水供应不足②微生物代谢旺盛　③培养基不新鲜　④搅拌 ⑤放料口排出产物 A.①②③④⑤　　　 B.②③④ C.①④ D.②④ 1.下列关于微生物发酵过程的说法，正确 (　　) A．菌种选育、扩大培养及配制培养基和灭菌是发酵工程的中心环节 B．只要不断地向发酵罐中通入液体培养基，就能保证发酵的正常进行 C．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，也会影响微生物的代谢途径 D．在发酵过程中，要严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等发酵条件，不需添加营养组分 3、发酵工程的一项关键措施是灭菌，下列关于灭菌的叙述，正确的是(　　) A.培养基和发酵设备均需要严格灭菌 B.灭菌是杀死培养基中的一切细菌和真菌 C.通入无菌空气可以达到灭菌的目的 D.pH调到7左右灭菌效果最好 D C　 A 课后练习（检） 5、某高校采用如图所示的发酵罐进行葡萄酒发酵过程的研究。下列叙述正确的是（ ） A.为加快发酵速度，应使发酵液保持35 ℃的恒温 B.给发酵罐适时排气，后期可缩短排气间隔时间 C.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.若定期对培养液中酵母菌进行计数，只能采用稀释涂布平板法 4、发酵工程在食品工业、医药工业和农牧业等许多领域得到了广泛的应用，在发酵过程中发酵条件的控制至关重要。下列关于发酵条件的控制的叙述不正确的是(　　) A．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，因此发酵过程要严格控制发酵条件 B．发酵过程中，微生物代谢产热和机械搅拌产热会使发酵温度升高，因此要及时调节发酵罐温度 C．培养基中营养物质的利用和代谢物的积累，可能会导致发酵液pH发生改变，如工业酿酒会导致pH上升 D．现代工业发酵对发酵条件的监测和控制是通过计算机系统实现的，可以使发酵过程处于最佳状态 C　 C　 课后练习（检） 阅读课本24-27页，回答以下问题。 1、发酵工程有哪些特点？  2、发酵工程在食品工程上的应用体现在哪些方面？举例说明？  3、发酵工程在医药工程上的应用体现在哪些方面？举例说明？  4、发酵工程在农牧业上的应用体现在哪些方面？举例说明？  5、发酵工程在其他方面的应用体现在哪些方面？举例说明？ 自主探究（思） 二、发酵工程的应用 发酵工程的特点 发酵工程的应用 1、生产条件温和 2、原料来源丰富且价格低廉 3、产物专一 4、废弃物对环境污染小且容易处理 1、在食品工业上的应用 2、在医药工业上的应用 3、在农牧业上的应用 4、在其他方面的应用 1、在食品工业上的应用 （1）生产传统发酵产品 酱油 大豆(主要原料) 黑曲霉 (蛋白酶) 小分子肽和氨基酸 淋洗、调制 ①酱油的生产 谷物或水果 (原料) 酿酒酵母 各种酒类 ②各种酒类的生产 食品工业是微生物最早开发和应用的领域。 二、发酵工程的应用 发酵工程使这些产品的产量和质量明显提高。 视频：啤酒的工业化生产流程 大麦 水 糖化罐 思考讨论：啤酒的工业化生产流程 发芽 1 大麦种子发芽， 释放淀粉酶。 2 焙烤 加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活。 3 碾磨 将干燥的麦芽碾磨成麦芽粉。 4 糖化 淀粉水解 形成糖浆。 蒸煮 5 6 发酵 7 消毒 8 终止 产生风味组分，终止酶作用，对糖浆灭菌。 酵母菌将糖转化为酒精和CO2 杀死啤酒中的大多数微生物，延长它的保存期。 过滤、调节、分装啤酒进行出售。 糖浆 啤酒花 过滤 冷却 装瓶 装罐 储存罐 1、内容梳理： ①啤酒的发酵过程分为 和 两个阶段； ②主发酵阶段完成 ； ③后发酵的条件____________________________________________________； ④焙烤的目的： ； ⑤蒸煮的目的： 。 主发酵 后发酵 酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成 低温、密闭的环境下储存一段时间,形成澄清、成熟的啤酒 加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活 产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌 主发酵 后发酵 发芽 焙烤 碾磨 糖化 蒸煮 发酵 消毒 终止 加啤酒花 冷却 接种 过滤 主发酵 后发酵 思考讨论：啤酒的工业化生产流程 ①使啤酒具有清爽的芳香气、苦味和防腐力 ②形成啤酒优良的泡沫 ③有利于麦芽汁的澄清 ④平衡麦芽汁的自然甜度并激发食欲 ①酵母菌酒精发酵过程中为什么要“先通气后密封”？ “通气”：酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖；“密封”：酵母菌进行酒精发酵产生酒精。 酒精在醋酸菌的作用下被氧化产生乙醛，最后变为醋酸。 ②啤酒生产中，发酵是重要环节，发酵后期，如果密封不严，会使啤酒变酸，你知道这是发生了什么变化吗？ ④为什么加啤酒花？ ③与传统的手工发酵相比，在上面啤酒的发酵生产过程中，哪些工程手段使啤酒的产量和质量明显提高? 菌种的选育、对原材料的处理、发酵过程的控制、产品的消毒等。 视频：啤酒花 视频：精酿啤酒与工业啤酒 类别 原料 是否添加食品添加剂 麦芽汁浓度 发酵时间 特点 “精酿”啤酒 “工业”啤酒 思考讨论：啤酒的工业化生产流程 ⑤现在市面上流行一种“精酿”啤酒，它的制作工艺与普通啤酒有所不同，如一般不添加食品添加剂、不进行过滤和消毒处理等。有人认为饮用“精酿”啤酒比饮用“工业”啤酒更健康，你怎么看待这个问题？“精酿”啤酒是小规模酿造产品，发酵时间长、产量低和价格高，却依然有着市场需求，我们如何辩证地看待大规模生产与小规模制作？ 应该辩证地看待这一产品。一方面，这类产品具有多样化的特点，能够满足一些人对独特口感的需求，或者满足一些人的时尚追求。另方面，这类产品是手工作坊式生产的，存在啤酒品质不稳定、价格昂贵的问题。 只使用麦芽、啤酒花、酵母菌和水 麦芽、啤酒花、酵母菌、水、大米、玉米、淀粉等 不添加 添加 较高，口味浓郁 较低，口味清淡 长，可达2个月 短，通常7天左右 产量低、价格高 产量高、价格低 “精酿”啤酒，与普通啤酒制作工艺的区别 1、在食品工业上的应用 （2）生产各种各样的食品添加剂 二、发酵工程的应用 添加剂类型 举例 酸度调节剂 L-苹果酸、柠檬酸、乳酸 增味剂 5'-肌苷酸二钠、谷氨酸钠 着色剂 β-胡萝卜素、红曲黄色素 增稠剂 黄原胶、β-环状糊精、结冷胶 防腐剂 乳酸链球菌、溶菌酶 增加食物的营养 改善食品的口味、色泽和品质 延长食品的保存期 食品添加剂的作用： 实例1:柠檬酸是一种食品酸度调节剂； 实例2——味精 添加了柠檬酸的饮料 淀粉 淀粉酶 葡萄糖 黑曲霉 柠檬酸 柠檬酸合成酶 谷氨酸棒状杆菌 发酵 谷氨酸 味精 处理 氧气 食用柠檬酸可以增强食欲、增强人体正常代谢,对消化不良有改善效果。柠檬酸是属于食品添加剂，尤其是在饮料、果酱中最为常见,使用后不仅能够让口感变加好,同时还具有保鲜的作用。 味精主要成分是谷氨酸钠，谷氨酸钠水解为谷氨酸，而谷氨酸有鲜味，这就是味精之所以能提鲜的原因。 1、在食品工业上的应用 二、发酵工程的应用 （3）生产酶制剂 酶制剂： 从生物体中提取的具有酶特性的一类化学物质。 分 类： 胞内酶和胞外酶 举 例： α-淀粉酶；β-淀粉酶；果胶酶；氨基酸肽酶;脂肪酶等。 酶制剂应用： 少数由动植物生产；绝大多数通过发酵工程生产。 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。 酶制剂来源： 视频：酶制剂 2、在医药工业上的应用 二、发酵工程的应用 ①动植物的基因 微生物 ②直接改造微生物 转入 恰当微生物 ③病原体的抗原基因 转入 某种药物生产能力 发酵技术大量生产所需产品 疫苗 基因工程、蛋白质工程与发酵工程相结合。 如：将乙型肝炎病毒的抗原基因转入酵母菌利用工程菌通过发酵生产乙型肝炎疫苗。 发酵表达产物 可能用微生物来生产过去只能从植物中分离提取的紫杉醇、青蒿素前体等化合物。 生长激素释放抑制激素 抑制 生长激素的不适宜分泌 治疗 肢端肥大症 50万个羊脑 提取 生长激素释放抑制激素 7.5 L培养液 5mg 青霉素、其他抗生素、多种氨基酸、激素和免疫调节剂等。 视频：红豆杉冷发酵 3、在农牧业上的应用 二、发酵工程的应用 （1）生产微生物肥料 ①微生物肥料的作用 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。 有的还可以抑制土壤中病原微生物的生长，从而减少病害的的发生。 ②常见微生物肥料： 根瘤菌肥、固氮菌肥 视频：微生物肥料 二、发酵工程的应用 3、在农牧业上的应用 （2）生产微生物农药 作用： 常见微生物农药： 苏云金杆菌（Bt毒蛋白）: 防治80多种农林害虫 白僵菌（真菌）: 防治玉米螟、松毛虫 放线菌 （井冈霉素）: 防治水稻枯纹病 微生物农药防治与化学农药防治的比较 项目 微生物农药防治 化学农药防治 防治机理 利用微生物或其代谢物来防治虫害 利用化学药剂（如杀虫剂、杀鼠剂等）进行防治 优点 成本低、无污染、可以维持生态平衡 见效快，操作简单 缺点 防止速度慢 成本高、污染环境，不利于维持生态平衡 属于生物防治 利用微生物或其代谢物来防治病虫害。 二、发酵工程的应用 3、在农牧业上的应用 （3）生产微生物饲料 原理： 微生物含有丰富的蛋白质，如细菌的蛋白质含量占细胞干重的60%~80% ,而且细菌生长繁殖速度很快。 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。 用酵母菌等生产的单细胞蛋白可以作为食品添加剂； 单细胞蛋白制成微生物饲料，能使家畜、家禽增重快，产奶或产蛋量显著提高。 实例2:在青贮饲料中添加乳酸菌，可以提高饲料的品质，使饲料保鲜，动物食用后还能提高免疫力。 实例1:单细胞蛋白 二、发酵工程的应用 4.在其他方面的应用： （2）将极端微生物应用于生产实践 （1）解决资源短缺与环境污染问题 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。 通过电催化结合发酵的方式，用CO2合成葡萄糖和脂肪酸，助力实现碳达峰、碳中和。 自然界中还存在着一定数量的极端微生物，它们能在极端恶劣的环境（如高温、高压、高盐和低温等环境）中正常生活。 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。 发酵工程的意义： 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。 我国发酵工程概况： 截至2015年，我国生物发酵产业年总产值近2 900亿元，产品总量位居世界第一。我国是名副其实的发酵大国。 食品工业 医药工业 生产传统发酵食品 农牧业 其他方面 生产食品添加剂 发酵工程应用 生产酶制剂 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 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 生产微生物肥料 生产微生物农药 生产微生物饲料 解决资源短缺与环境污染问题 将极端微生物应用于生产实践 课堂小结 1.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、产品的分离和提纯等方面，其中发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节。 2.发酵过程监控和发酵条件控制直接会影响产品的质量和产量。一方面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；另一方面要及时添加必需的营养组分；同时要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件。 3.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。 要语必背 4.发酵产品的分离、提纯要根据产品类型选择不同方法，若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。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。 5.微生物肥料利用了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，常见的有根瘤菌肥、固氮菌肥等。 6.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。 1.发酵工程具有_________________________________________________ ____________________________________的特点。 2.单细胞蛋白是______________________________________________________ _________________________。 以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废料等为原料，通过发酵获得的大量的微生物菌体 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 长句表达 3.啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的，其工业化生产流程如图所示。 (1)其中发酵过程分为主发酵和后发酵两个阶段。____________________________ ________________都在主发酵阶段完成。主发酵结束后，发酵液还不适合饮用，要在___________的环境下储存一段时间进行后发酵，这样才能形成澄清、成熟的啤酒。 酵母菌的繁殖、大部分糖的分解 和代谢物的生成 低温、密闭 (2)焙烤阶段的目的是___________________________；糖化阶段的目的是_______________________；蒸煮、冷却、加啤酒花的目的是_______________ _______________________________________。 加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活 使淀粉分解，形成糖浆 产生风味 组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌 1、啤酒的工业化生产中，大麦经发芽、焙烤、碾磨、糖化、蒸煮、发酵、消毒等工序后，最终过滤、调节、分装。下列说法错误的是（ ） A．用赤霉素处理大麦，可使大麦种子无须发芽就能产生α-淀粉酶 B．焙烤是为了利用高温杀死大麦种子胚并进行灭菌 C．糖浆经蒸煮、冷却后需接种酵母菌进行发酵 D．通过转基因技术可减少啤酒酵母双乙酰的生成，缩短啤酒的发酵周期 2、果酒的家庭制作与啤酒的工业化生产相比，共同点有（ ） A.都利用了酵母菌无氧呼吸产生酒精的原理 B.都需要在无氧环境供发酵菌种繁殖 C.发酵前都需要对原料进行灭菌 D.发酵结束后都必须进行消毒以延长保存期 3、发酵工程广泛应用于多个行业，下列有关叙述错误的是（ ） A.黑曲霉可作为酿制酱油、生产柠檬酸的菌种 B.啤酒酿制终止后，可得到啤酒、单细胞蛋白等产品 C.生产酶制剂，少数酶制剂由动植物生产，绝大多数通过发酵工程生产 D.用液体培养基可大规模生产新冠病毒减毒疫苗 B A D 课后练习（检） 5、发酵工程在工业生产上得到广泛应用，其生产流程如下图所示。结合赖氨酸或谷氨酸的生产实际，回答相关问题。 (1)图中①表示的育种方法是__________。 (2)人工控制微生物代谢的措施包括 _____________________ 和 __________________________。 (3)在赖氨酸或谷氨酸发酵过程中，产物源源不断 地产生，这说明该生产采用了________的发酵方式。 在生产过程中，常需增加通氧量，因此判断赖氨酸或谷氨酸发酵菌种为 ______菌。 (4)当发酵生产的产品是代谢产物时，还要采用____________________________等分离提纯的方法进行提取。 诱变育种 改变微生物遗传特性 　 连续培养 好氧 萃取(或蒸馏或离子交换等) 控制生产过程中的各种条件 4、下列有关发酵过程的做法中，符合生产实际的是(　　) A．通过人工诱变、杂交、基因工程和细胞工程选育菌种 B．生产过程中排出的废弃物可直接排入附近农田作肥料 C．在谷氨酸棒状杆菌发酵过程中，pH呈酸性时产生乳酸或琥珀酸，pH呈碱性时产生谷氨酸 D．虽然青霉素是抗生素，但在青霉素生产过程中仍然需要严格灭菌 D 课后练习（检） 1.与传统发酵技术相比，发酵工程的产品种类更加丰富，产量和质量明显提高。判断下列相关表述是否正确。 (1)发酵工程与传统发酵技术最大的区别就是前者可以利用微生物来进行发酵（ ） (2)发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身。（ ） (3)在发酵工程的发酵环节中,发酵条件变化不仅会影响微生物的生长繁殖,也会影响微生物的代谢途径。（ ） (4)通过发酵工程可以从微生物细胞中提取单细胞蛋白。（ ） × √ √ × 一、概念检测 练习与应用(P28) 1.在青霉素的发酵生产过程中，人们遇到了两个问题。请你运用所学知识或查阅资料，并发挥想象力，提出解决这些问题的思路。 (1)青霉素发酵是高耗氧过程，如何能够保证在发酵过程中给微生物持续高效地供氧呢？(提示:血红蛋白具有携带O2的能力) 可以用基因工程的方法，将血红蛋白基因转入青霉素生产菌来提高菌体对氧的吸收和利用率。 二、拓展应用 练习与应用(P28) (2)在发酵过程中，总有头孢霉素产生。人们通过对青霉素生产菌代谢途径的研究发现，在青霉素与头孢霉素的合成过程中，它们有一个共同的前体，这个前体经过两种不同酶的作用分别合成两个产物。如何改造青霉素生产菌使其只生产生青霉素，或者只产生头孢霉素呢？ 可以对两种酶的基因进行改造或敲除其中一种酶的基因，从而使青霉素生产菌只生产一种产物。 二、拓展应用 2.通过微生物发酵，可以将粮食(如玉米、小麦等)及各种植物纤维加工成燃料乙醇；将燃料乙醇和普通汽油按一定比例混配，就形成了目前在我国多地广泛使用的乙醇汽油。乙醇汽油的环保性令人称道。调查显示，使用乙醇汽油与使用普通汽油相比，排放到空气中的NO2、CO等均有不同程度下降。有人认为燃料乙醇“可再生”；但也有人认为，生产燃料乙醇需要消耗大量粮食，会增加粮食短缺的风险。请你尝试通过查阅资料，评估这一风险，并说明在生产时应如何规避这风险。 存在风险。在生产燃料乙醇时，为了规避这一风险，应该使用陈化粮食(如陈化的稻谷等)或者非粮食生物材料(如秸秆等)。使用陈化粮食来生产燃料乙醇，还有利于防止问题粮食流入市场。 (2)培养若干天后，应选择培养瓶中化合物A含量 的培养液，接入新的培养中续培养，使目的菌的数量________。 (1)在培养基中加入化合物A的目的是 _____________________________，这种培养基属 于_______培养基。 复习与提高 1.某化工厂为了处理排出污水中的一种有害的、难以降解的有机化合物A，其研究团队用化合物A、磷酸盐、镁盐和微量元素等配制了培养基，成功地筛选出能高效降解化合物A的细菌(目的菌)。实验的主要步骤如下图所示，请分析回答问题。 筛选出可降解化合物A的微生物 选择 显著降低 扩增 (3)若要研究目的菌的生长规律，可挑取单个菌落进行液体培养，再采用_____________方法进行计数。请你预测目的菌的种群数量会发生怎样的变化。 细菌计数板计数 S形增长 (4)将目的菌用于环境保护实践时,还有哪些问题需要解决? 目的菌能否在自然环境中大量生长繁殖、是否会产生对环境有害的代谢物、降解化合物A后是否会产生二次污染等问题都需要研究清楚后，才能进行实践。 (5)有人提出,可以通过改造细菌的基因来获得能够降解化合物A的细菌,请分析这种方法是否可行。 可行。这是后面将要学习的基因工程的基本思路。 复习与提高 2.某个高温日，某校三位高中学生相约去吃冰激凌，之后两人都出现腹泻现象，于是他们怀疑冰激凌中的大肠杆菌含量超标。老师建议他们利用学过的有关微生物培养的知识对此冰激凌进行检测。经过一番资料查阅,他们提出了如下实验设计思路。 立即去卖冰激凌的小店再买一个同样品牌的同种冰激凌；配制伊红一亚甲蓝琼脂培养基（该培养基可用来鉴别大肠杆菌，生长在此培养基上的大肠杆菌菌落呈深紫色，并有金属光泽）、灭菌、倒平板；取10 mL刚融化的冰激凌作为原液，然后进行梯度稀释,稀释倍数为1×10～1×105；取每个浓度的冰激凌液各0.1mL，用涂布平板法进行接种，每个浓度涂3个平板，一共培养18个平板；在适宜温度下培养48h，统计菌落数目。 不同意。只检测一个冰激凌数据太少，不能排除偶然因素的影响。 没有必要。根据国家的标准，自来水中的大肠杆菌数目应该是非常少的。即使冰激凌中大肠杆菌数超标，也不可能很高，如果进行梯度稀释，最后得到的菌落数可能不在计数要求的范围内，从而导致结果误差大。 (1)请你从下面几个角度对这三位同学的思路进行评议。 ①他们只打算对一个冰激凌进行检测，理由是：两个人吃过冰激凌后，都拉肚子了，所以再检测一个就足以说明问题。你同意这样的观点吗？为什么？ ②有没有必要对冰激凌原液进行梯度稀释？为什么？【提示：我国卫生部门规定了饮用水标准，1mL自来水中细菌总数不可以超过100个(37℃培养24h)，1000mL自来水中大肠杆菌菌落数不能超过3个(37℃培养48 h)】 ③他们认为，在用该方法统计菌落数目时不需要设计对照组,所以只准备培养18个平板。你认为在这项检测中是否需要对照组？为什么？ 需要设置对照组。严格来说，应该设置两组对照组。一组为阴性对照组，不进行涂布或者用无菌水涂布平板；另一组为阳性对照组，涂布大肠杆菌。前者可以说明培养基是否被污染，后者可以说明该培养基能否培养出大肠杆菌。 (2)下图所示为4种菌落分布图，一般不能由涂布平板法得到的是_____。 B 说明冰激凌中不仅有大肠杆菌，还有其他细菌或真菌等。 统计结果比实际值偏少。因为有些菌落可能会重叠，统计时容易将其误认为是一个菌落，并且这种计数方法统计的是活菌的数目。 (3)在完善实验设计思路后，三位同学进行了实验。培养结果显示，除了深紫色菌落，还有其他菌落存在，这说明了什么？如果以菌落数代表样品中的大肠杆菌数量，则统计结果比实际值是偏多还是偏少？为什么？ (4)如果实验结果显示，检测的冰激凌中大肠杆菌含量超标了，接下来他们应该做什么？ 应该马上去小店告知店主这批冰激凌不能再卖了；还要告知食品卫生管理部门，以对这批冰激凌的来源进行追踪调查。 复习与提高 Lavf58.28.100 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 Lavf58.46.101 Lavf58.46.101 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$