1.3 发酵工程及其应用课件-2025-2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

DNA是主要遗传物质 第一章 发酵工程 第3节 发酵工程及其应用 选必三 REN JIAO BAN GAO ZHONG SHENG WU XUAN BI SAN 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。那么，在工业上，青霉素究竟是怎样生产的呢？ 通过发酵工程生产 从社会中来 对发酵原理的认识 微生物纯培养技术的建立 密闭式发酵罐的成功设计 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 现代工程技术 发酵工程：指利用微生物的特定功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品。它涉及菌种的选育和培养、产物的分离和提纯等方面。 温故知新 发酵工程 4 1、发酵工程的概念： 利用微生物的特定功能，通过现代化工程技术，规模化生产对人类有用的产品。 ①微生物： 自然界中具有优良性状的微生物 诱变育种的微生物 基因重组的微生物 （常规菌） （工程菌） ②产 品： 包括利用酵母菌发酵制造的啤酒、果酒，利用乳酸菌发酵制造的酸奶，及利用工程菌生产的人胰岛素。 ③实 质： 利用微生物进行产品生产。 发酵工程的基本环节 01. 接种 选育菌种 配制培养基 扩大培养 灭菌 发酵罐内发酵 分离、提纯产物 获得产品 发酵工程的基本环节 01. 选育菌种 扩大培养 配置培养基 灭菌 接种 发酵罐内发酵 分离、 提纯产物 获得产品 ②② ①方法： 自然界直接筛选性状优良的常规菌种； 通过诱变育种或基因工程育种获得。 ②实例： 筛选产酸量高的黑曲霉生产柠檬酸（自然界）； 使用基因工程改造的啤酒酵母生产啤酒（基因工程） 2、发酵工程的基本环节： 如青霉素高产菌株的获取（诱变育种）。 发酵工程的基本环节 01. 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 获得产品 ①从自然界筛选 ②通过诱变育种或基因工程育种获得 工业发酵罐接种量大，在发酵之前需要对菌种进行扩大培养。 在菌种确定之后，要选择原料制备培养基。培养基的配方要经过反复试验才能确定。 发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种。培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌 这是发酵工程的中心环节 ①了解发酵进程：随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等。 ②及时添加必需的营养组分。 ③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。 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。 ①产品是微生物细胞：采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥 ②产品是代谢物：根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施获得产品 发酵工程的基本环节 01. 某镇特产一种美酒，以下是对该镇环境的描述：四面环山，地势低洼，气候炎热，具有独特的微生物种群，因为与外界的空气对流循环较缓慢，所以微生物种群较稳定。这对你理解发酵工程中菌种选育的重要性有什么启示？ 我国幅员辽阔,地理生态环境多样，为各种微生物的生长繁殖提供了条件，这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。 发酵工程的基本环节 01. 选育菌种 扩大培养 配置培养基 灭菌 接种 发酵罐内发酵 分离、 提纯产物 获得产品 ②② ②扩大培养的原因： 工业发酵罐的体积一般较大。 因此，需要接入的菌种数目比较多。 ③怎样扩大培养？ 将培养到增长速率最快时期的菌体分开，再进行培养。 ①扩大培养的目的： 获得更多的菌种 2、发酵工程的基本环节： 液体培养基 发酵工程的基本环节 01. 选育菌种 扩大培养 配置培养基 灭菌 接种 发酵罐内发酵 分离、 提纯产物 获得产品 ②② ①在菌种确定之后，要选择原料制备培养基。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配置的培养基要经过反复试验才能大规模应用。 2、发酵工程的基本环节： 发酵工程的基本环节 01. 选育菌种 扩大培养 配置培养基 灭菌 接种 发酵罐内发酵 分离、 提纯产物 获得产品 ②② ①发酵工程所用的菌种大多数是单一菌种。 ②灭菌的原因分析： 杂菌与菌种之间形成的种间竞争关系使产量下降或杂菌产生的代谢物抑制菌种的生长使产量下降。 ④实例： 在青霉素生产过程中如果污染了杂菌，杂菌分泌青霉素酶就会将青霉素分解掉。 ③灭菌的目的： 防止杂菌污染而影响产品的质量和品质。 发酵工程的基本环节 01. 选育菌种 扩大培养 配置培养基 灭菌 接种 发酵罐内发酵 分离、 提纯产物 获得产品 ②② 将扩大培养的菌种投放到发酵罐内 2、发酵工程的基本环节： 发酵工程的基本环节 01. 选育菌种 扩大培养 配置培养基 灭菌 接种 分离、 提纯产物 获得产品 ②② 发酵工程的中心环节 ①发酵过程的监控： a、要在发酵过程中随时取样，检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程； b、及时添加必需的营养物质组分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发酵产物； c、严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与搅拌等发酵条件，已获得所需的发酵产物。 发酵罐内发酵 发酵工程的基本环节 01. 选育菌种 扩大培养 配置培养基 灭菌 接种 发酵罐内发酵 分离、 提纯产物 获得产品 ②② 发酵工程的中心环节 ②发酵过程中为什么还要控制发酵条件呢？（原因） 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。 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。 b.严格控制发酵条件，有利于发酵过程处于最佳状态。 发酵工程的基本环节 01. 培养物或营养物质的加入口 观察孔 取样管 温度传感器及控制装置 冷却水进入口 阀门 空气入口 放料管 生物传感器装置 搅拌叶轮 发酵液 冷却夹层 冷却水排出口 pH计 排气管 电动机 发酵罐示意图： 抽取样本进行检测 调节罐温 调节罐压 控制溶解氧含量 不断搅拌的目的： ①使菌种与发酵液混合均匀，提高原料利用率； ②加快O2的溶解以及散热。 发酵工程的基本环节 01. 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。 发酵工程的基本环节 01. （1）温度：通过发酵罐上的温度传感器和控制装置进行监测和调整。 （2）溶解氧：通过通气量和搅拌速度加以调节。 （3）pH：通过加料装置添加酸或碱进行调节，也可以在培养基中添加pH缓冲液。 电动机 排气管 pH计 冷却水排出口 冷却夹层 发酵液 搅拌叶轮 生物传感器装置 空气入口 放料管 阀门 培养物或营养物质的加入口 观察孔 取样管 温度传感器和控制装置 冷却水进入口 发酵工程的基本环节 01. 选育菌种 扩大培养 配置培养基 灭菌 接种 发酵罐内发酵 分离、 提纯产物 获得产品 ②② 发酵产物类型 获得产品的方法 微生物细胞 代谢物 过滤、沉淀等方法 适当的提取、分离和纯化措施 分离、提纯产物的方法措施： 发酵工程的基本环节 01. 选育菌种 扩大培养 配置培养基 灭菌 接种 发酵罐内发酵 分离、 提纯产物 获得产品 ②② 啤酒 味精 发酵工程的基本环节 01. 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？ 需要考虑的因素包括： ①在低成本的培养基上能迅速生长繁殖； ②生产所需代谢物的产量高； ③发酵条件容易控制； ④菌种不易变异、退化等。 2. 怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？ 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组分。 思考讨论 结合图1-9，分析和讨论以下问题。 21 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、过滤等方法来分离和提纯产物。 发酵工程中使用的分离和提纯产物的方法较多。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。 思考讨论 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弃培养液进行二次清洁或灭菌处理。 思考讨论 对发酵工程概念的理解 原理 所用生物 过程 实质 产物 发酵原理和工程学原理 常规菌种、通过诱变育种或基因工程获得的菌种等 通过微生物的大量繁殖获得所需产品 代谢物或微生物细胞本身 归纳总结 24 选育菌种 扩大培养 配置 培养基 灭菌 接种 发酵罐内发酵 分离、提纯产物 获得产品 ①从自然界中筛选的常规菌种 ①配置原则：目的明确、营养协调、pH适宜 ①目的：防止杂菌污染 ①检测培养液中的微生物数量、产物浓度等 地位：中心环节 ②通过诱变育种或基因工程育种获得 ②营养构成：水、无机盐、碳源、氮源等 ②对象：培养基和发酵罐 ②及时添加必需的营养物质组分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发酵产物 ②代谢物：适当的提取、分离和纯化措施 ③严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等发酵条件 ③注意：培养基使用前要经过反复试验才能用于大规模生产 条件：环境条件稳定、温和，利于菌种生长繁殖 目的：增加菌种数量 所用培养基：液体培养基或固体培基 ①菌体本身：过滤、沉淀 监控 途径 归纳总结 发酵工程基本环节分析 25 1.发酵工程的基本环节不包括( ) A.生产菌种的选育 B.发酵温度等条件的控制 C.发酵罐的设计与生产 D.产物的提取、分离与纯化 C 针对训练 2.关于发酵工程中所用性状优良菌种的来源，一般不包括（ ） A. 自然界中筛选 B. 诱变育种 C. 基因工程育种 D. 杂交育种 D 针对训练 3．生物学家将大肠杆菌的质粒取出，连接上人生长激素的基因以后，重新置于大肠杆菌细胞内，然后用这种带有人生长激素基因的大肠杆菌进行发酵，该处理过程在发酵中属于(　　) A．菌种选育 B．扩大培养 C．接种 D．诱变育种 A 针对训练 4.发酵工程在现代生物工程中的地位越来越重要。下列有关发酵过程的叙述，错误的是(　　) A.密闭式发酵罐的设计成功使大规模生产发酵产品得以实现 B.要随时取样，检测培养液的细菌数目、产物浓度等，以了解发酵进程 C.在发酵过程中不需要向装置中再添加必需的营养组分 D.要严格控制温度、pH、溶解氧等发酵条件 C 针对训练 解析　发酵工程的产物专一。 解析　在发酵过程中微生物代谢、繁殖会消耗营养组分，因此需要向装置中添加必需的营养组分，C错误。 29 图是发酵工程生产产品的流程简图。 (1)能生产人生长激素的工程菌是通过①培养的，①是________； 高产青霉素菌种是通过②培育的， ②是________，③是细胞工程。 基因工程 诱变育种 针对训练 (2)④表示______，⑤表示_____。 (3)整个过程的中心阶段是发酵， 在此阶段需要随时取样、检测______________________等，以了解发酵进程，还要及时添加______________，同时严格控制________________________。 接种　 微生物数目和产物浓度　 必需的营养组分　 发酵条件(pH、通气量、转速)　 灭菌 针对训练 5.下列关于发酵工程基本环节的叙述，错误的是（ ） A. 发酵工程的主要环节包括选育菌种、扩大培养、灭菌和配制培养基、接种、发酵、分离提纯 B. 扩大培养是发酵工程的中心环节 C. 性状优良的菌种可以通过基因工程育种或诱变育种获得 D. 对于获得的产品菌种，可以采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥 B 针对训练 6．下列关于发酵工程的说法，不正确的是(　 　) A．在菌种选育过程中，可以采用人工诱变、基因工程等手段 B．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 C．在谷氨酸发酵过程中，pH呈酸性时产生乳酸或琥珀酸，pH呈碱性时产生谷氨酸 D．发酵工程的产品可以采用过滤、沉淀、蒸馏、萃取、离子交换等方法提取 C 针对训练 7. 下列关于发酵工程的说法，正确的是（　　） A.菌种都是从自然界获得的天然菌种 B.若目的菌种是优势种群，培养基就不需要灭菌 C.发酵工程用的培养基是液体培养基 D.培养基从一开始就按比例配好，中途不能更改 C 针对训练 8. 右图是发酵工程常用的发酵罐的结构示意图，请据图回答下列问题。 (1)在发酵过程中，电动机不停带动搅拌叶轮转动，这样做的目的是 。 (2)冷却水是为了带走微生物进行 产生的热量，以维持发酵液温度的稳定，若温度过高，会影响微生物 ，导致不能产生相应代谢产物，甚至死亡。 让微生物与营养物质充分接触，以保证微生物的营养供应 细胞呼吸 酶的活性 电动机 排气管 pH计 冷却水排出口 冷却夹层 发酵液 搅拌叶轮 生物传感器装置 空气入口 放料管 阀门 培养物或营养物质的加入口 观察孔 取样管 温度传感器和控制装置 冷却水进入口 针对训练 产物专一 生产条件温和 原料来源丰富且价格低廉 废弃物对环境污染小且容易处理 发酵工程的特点 在食品工业上的应用 在医药工业上的应用 在农牧业上的应用 在其他方面的应用 发酵工程的应用 发酵工程的应用 02. 36 生产传统的发酵产品 在食品工业上的应用 利用霉菌发酵生产酱油、利用酿酒酵母发酵生产各种酒类： 酱油 大豆中蛋白质 小分子肽和氨基酸 黑曲霉 淋洗、调制 谷物、水果 酿酒酵母 酒类 酒精+CO2 发酵工程的应用 02. 啤酒的工业生产流程 【酿制啤酒的原理】 啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的。 思考讨论 啤酒的工业生产流程 【酿制啤酒的原理】 啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的。 思考讨论 我国是世界上啤酒的生产和消费大国。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下图所示。其中发酵过程分为主发酵和后发酵两个阶段。酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成都在主发酵阶段完成。主发酵结束后，发酵液还不适合饮用，要在低温、密闭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。发酵的温度和发酵的时间随啤酒品种和口味要求的不同而有所差异。 发芽 焙烤 碾磨 糖化 蒸煮 发酵 主发酵 消毒 终止 后发酵 完成酵母菌的繁殖，大部分糖的分解和代谢物的生成 在低温、密闭的环境下储存一段时间 思考讨论 啤酒的工业化生产流程 1.与传统的手工发酵相比，在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，都有助于提高啤酒的产量和质量。 思考讨论 2.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。另一方面，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。 思考讨论 类别 “精酿”啤酒 “工业”啤酒 原料 是否添加食品添加剂 麦芽汁浓度 发酵时间 特点 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 思考讨论 某酒厂以大米为主原料，利用席母南发牌生产活精度不低于12度的米酒，其主要工艺流程如下: 试就生产过程回答下列问题。 (1)糖化阶段主要包括蒸煮大米及加人“糖化酶"等，“糖化酶”应包括的主要酶类有 ，糖化酶使(大米中)淀粉发生的主要变化是____________。 (2)发酵阶段主要在5 m3的发酵罐中进行，主要工艺为：加料(糖化后的米浆)→接种菌种(主要为酵母菌)→通气培养→密封发酵。 ①接种后通气培养的主要目的是 。 在接种时常加入尿素或其他氮肥，其目的是 。 ②"密封”的目的是 。 淀粉酶和麦芽糖酶 淀粉→麦芽糖→葡萄糖 使酵母菌呼吸作用旺盛、能量充足而迅速繁殖 提供菌种生长所需要的氮元素 造成缺氧环境，让酵母菌进行发酵 糖化 发酵 后加工（勾兑、储运等） 针对训练 某酒厂以大米为主原料，利用席母南发牌生产活精度不低于12度的米酒，其主要工艺流程如下: 试就生产过程回答下列问题。 (3)在酿酒业中,为了保持酒的风味不变，应让酵母菌进行 (填“无性生殖”或“有性生殖”)，这是利用了 ；为了研制新酒，应让酵母菌进行 (填“无性生殖”或“有性生殖”)，这是利用了 。 无性生殖 无性生殖能保持亲本性状的稳定性 有性生殖后代有较大的变异性 有性生殖 糖化 发酵 后加工（勾兑、储运等） 针对训练 生产传统的发酵产品 在食品工业上的应用 生产各种各样的食品添加剂 ②实例1——柠檬酸 ③实例2——味精 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 淀粉 淀粉酶 黑曲霉 葡萄糖 柠檬酸合成酶 柠檬酸 谷氨酸棒状杆菌 发酵 氧气 谷氨酸 处理 味精 食品添加剂的作用 发酵工程的应用 02. 添加剂的类型 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 乳酸链球菌素、溶菌酶 常用的几类食品添加剂 发酵工程的应用 02. 食品添加剂 ≠ 违法添加物 公众谈食品添加剂色变，更多的原因是混淆了非法添加物和食品添加剂的概念，把一些非法添加物的罪名扣到食品添加剂的头上显然是不公平的。 《国务院办公厅关于严厉打击食品非法添加行为切实加强食品添加剂监管的通知》中要求规范食品添加剂生产使用：严禁使用非食用物质生产复配食品添加剂，不得购入标识不规范、来源不明的食品添加剂，严肃查处超范围、超限量等滥用食品添加剂的行为，同时要求在2011年年底前制定并公布复配食品添加剂通用安全标准和食品添加剂标识标准。 发酵工程的应用 02. 生产传统的发酵产品 在食品工业上的应用 生产各种各样的食品添加剂 生产酶制剂，如淀粉酶、果胶酶、脂肪酶等 ①产品： α-淀粉酶、β-淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶和脂肪酶等。 ③来源： 少数由动植物生产， 大多数通过发酵工程生产 ②应用： 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量等方面。 发酵工程的应用 02. 在医药工业上的应用 基因 工程 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 通过诱变的青霉菌发酵生产青霉素 发酵工程的应用 02. 通过发酵技术大量生产所需要的产品 直接对菌种进行改造 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 在医药工业上的应用 基因 工程 利用工程菌发酵生产生长激素释放抑制激素 发酵工程的应用 02. 通过发酵技术大量生产所需要的产品 直接对菌种进行改造 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 在医药工业上的应用 基因 工程 将病原体抗原基因转入适当的微生物细胞，获得的表达产物可以作为疫苗使用 发酵工程的应用 02. 通过发酵技术大量生产所需要的产品 直接对菌种进行改造 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 在医药工业上的应用 基因 工程 将病原体抗原基因转入适当的微生物细胞，获得的表达产物可以作为疫苗使用 未来可能用微生物生产过去只能从植物中分离提取的紫杉醇、青蒿素前体等。 发酵工程的应用 02. 基因工程、蛋白质工程与发酵工程相结合 动植物的基因 微生物 直接改造微生物 转入 微生物 病原体的 抗原基因 转入 发酵 工程 药物 药物 疫苗 各种抗生素 多种氨基酸 多种激素 多种免疫调节剂 在医药工业上的应用 发酵工程的应用 02. 生产微生物肥料 利用根瘤菌和固氮菌生产的根瘤菌肥、固氮菌肥 在农牧业上的应用 微生物肥料利用了微生物在代谢过程中产生的　　　 、　　　 等来增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长。有的微生物肥料可以抑制土壤中病原微生物的生长，从而减少病害的发生。 有机酸 生物活性物质 发酵工程的应用 02. 生产微生物肥料 在农牧业上的应用 微生物农药是利用　　　或　　　 来防治病虫害的。 微生物农药作为　　　　的重要手段 微生物 其代谢物 生物防治 微生物或代谢产物 防治病虫害种类 苏云金杆菌 80多种农林虫害 白僵菌 玉米螟、松毛虫 一种放线菌产生的抗生素 —井冈霉素 水稻枯纹病 生产微生物农药 发酵工程的应用 02. 项目 微生物农药防治 化学农药防治 防治机理 优点 缺点 利用微生物或代谢物进行防治 成本低、无污染，可以维持生态平衡 防治速度慢 利用化学药剂（如杀虫剂、杀鼠剂）等进行防治 见效快，操作简单 成本高，污染环境，不利于维持生态平衡 微生物农药防治和化学农药防治的比较 发酵工程的应用 02. 生产微生物农药 生产微生物肥料 在农牧业上的应用 微生物含有丰富的　　　 蛋白质 实例1——单细胞蛋白 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。 实例2——乳酸菌 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。 应用——食品添加剂、微生物饲料 生产微生物饲料 发酵工程的应用 02. 解决资源短缺和环境污染问题 利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质 利用嗜热菌、嗜盐菌生产洗涤剂；嗜低温菌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　 和　　 等方面的重大问题上，作出了越来越大的贡献。 粮食、环境、健康 能源 在其他方面的应用 对极端微生物（生活在高温、高压、高盐和低温环境）的利用 发酵工程的应用 02. 提示：在农业生产中,可以利用农作物废弃物生产食用菌,利用菌糠生产有机肥或部分替代动物饲料;在植物保护方面,应用微生物产生的抗生素来生产生物农药,治理病虫害等。 1.请列举一下发酵工程在环境保护方面的其他应用。 提示：利用微生物发酵清理城市废弃物垃圾,利用发酵工程使烟气脱硫,还可以利用微生物工程除臭等。 2.请列举一下发酵工程在其他行业中的应用。 思考讨论 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)生产柠檬酸需要筛选产酸量高的乳酸菌( ) (2)谷氨酸的发酵生产需在强碱性条件下进行( ) (3)谷氨酸的发酵生产在酸性条件下容易形成谷氨酰胺和N－乙酰谷氨酰胺( ) (4)现代发酵工程中所用的菌种大多是复合菌种以提高生产效率( ) × × √ × (5)发酵工程生产条件温和、原料来源丰富，但废弃物对环境污染很大，不易处理。( ) (6)目前的酶制剂全部是微生物发酵生产的。( ) (7)现在已经可以通过微生物生产紫杉醇。( ) (8)单细胞蛋白指通过发酵而获得的微生物菌体。( ) × × × √ 针对训练 1.细菌放在固体培养基上培养，它会繁殖并形成菌落(如图)。某实验小组想检验两种抗生素的杀菌作用，下列实验方案最合适的是(　　) C 针对训练 解析　根据题意分析本实验的目的是检验两种抗生素的杀菌作用，该实验应遵循对照原则，即设计只有细菌的空白对照组，实验组是含有A抗生素和含有B抗生素，然后进行对比分析，符合分析的图示只有C。 64 2.谷氨酸是生物体内一种重要的有机小分子，谷氨酸钠是它的钠盐，是味精等调味品的主要成分。目前利用微生物发酵生产的氨基酸中，谷氨酸是产量最大的种类之一。请回答下列问题： (1)我国微生物发酵工程生产谷氨酸常用的菌种有谷氨酸棒状杆菌和黄色短杆菌，下列生物中与这些菌种在结构上存在明显区别的是________ (填字母)。 A.噬菌体　　　　　 B.人类免疫缺陷病毒(HIV) C.禽流感病毒 D.肺炎链球菌 E.酵母菌 F.硝化细菌 G.乳酸菌 ABCE 针对训练 (2)谷氨酸发酵的培养基成分主要有葡萄糖、氨水、磷酸盐、生物素等，发酵装置如图所示。某厂用谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸，结果代谢物中出现了大量的乳酸，从发酵条件看，其原因很可能是____________。 (3)谷氨酸发酵生产过程中，需要添加氨水，它不仅是细菌生长所需的_______，而且还有调节培养液_____的作用，所以应该分次加入。 通气量不足 氮源 pH 针对训练 一、概念检测 与传统发酵技术相比，发酵工程的产品种类更加丰富，产量和质粒明显提高。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、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。（ ） × √ × √ 练习与应用 二、拓展应用 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：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。 练习与应用 二、拓展应用 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。 （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的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产生青霉素，或者只产生头孢霉素呢？ 提示：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。 练习与应用 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的粮食，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一风险。 练习与应用 提示：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(如秸杆等)。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。 练习与应用 课堂小结 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 Lavf58.51.100 $