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

第3节 发酵工程及其应用 第1章 选择性必修三：生物技术与工程 发酵工程 学习目标 核心素养要求 1.基于发酵工程的基本环节和应用实例，阐明发酵工程的概念。 2.根据发酵产品和利用微生物的不同，讨论发酵工程中的发酵条件及控制方法。 3.认可发酵工程在生产上重要的应用价值。 1. 生命观念：举例说明发酵工程在医药、食品及其他工农业生产上有重要的应用价值。 2. 科学思维：根据发酵产品和利用微生物的不同讨论发酵工程中的发酵条件及控制方法。 3.社会责任：认可发酵工程在生产上的重要应用价值。 发酵工程及其应用 选择性必修三：生物技术与工程 内容1 内容2 发酵工程的基本环节 发酵工程的应用 本节目录 内容聚焦 抗生素等抗菌剂的抑菌或杀菌作用，主要是针对“细菌有而人（或其他动植物）没有”的机制进行杀伤，主要包含以下作用机理，即：抑制细菌细胞壁合成，增强细菌细胞膜通透性，干扰细菌蛋白质合成以及抑制细菌核酸复制转录。 青霉素 【问题探讨】 从社会中来 青霉素 是世界上第一个应用于临床的抗生素。 你知道青霉素的历史吗？ 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。 【问题探讨】 从社会中来 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。 早期1瓶规格大概20万单位的青霉素最高卖到 一根金条 如今1瓶规格160万单位的青霉素注射剂 一元 ？ 【问题探讨】 微生物 现代化工程技术 青霉素 是世界上第一个应用于临床的抗生素。 从社会中来 你知道青霉素的历史吗？ 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。 【问题探讨】 发酵工程 7 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。 【问题探讨】 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。 选育 高产菌种 配制 培养基 扩大培养 灭菌 接种 发酵罐内发酵 分离、 提纯产物 获得产品 那么，在工业上，青霉素究竟是怎样生产的呢？ 【问题探讨】 从社会中来 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种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决定了生产发酵产品的成败。 内容1 发酵工程的基本环节 一. 选育菌种 1.发酵工程中菌种是 ，优良的菌种是提高发酵产物的质量和产量的首要条件，可以加速发酵过程，缩短生产周期。 生产柠檬酸 黑曲霉 生产啤酒 啤酒酵母 生产青霉素 黄青霉 生产味精 谷氨酸棒状杆菌 方法 从自然界中筛选出优良菌种。 通过诱变育种或基因工程育种获得。 内容1 发酵工程的基本环节 关键 2.方法： 自然选育和菌种改良 在生产过程中，不经过人工处理，利用菌种的自发突变，从而选育出优良菌种的过程。筛选产酸量高的黑曲霉生产柠檬酸 自然选育 优点： 缺点： 自发突变频率低，出现优良性状可能性小，需要时间长。 经济实惠 采用物理、化学、生物学方法处理目的微生物，使其遗传基因发生变化，使生物代谢途径朝着人们所希望的方向进行，使某些代谢产物过量积累，获得所需的高产、优质和低耗的菌种。如使用基因工程改造的 ，加速发酵、缩短生产周期； 菌种改良 优点： 缺点： 技术要求高。 育种时间短、提高发酵产物纯度、减少副产物。 内容1 发酵工程的基本环节 一. 选育菌种 啤酒酵母 二. 配制培养基 碳源 氮源 无机盐 水 特殊营养物质 PH O2 内容1 发酵工程的基本环节 1.类型： 2.要求： ①根据菌种的代谢类型，选择不同的材料配制培养基。 ②配置的培养基应包括微生物生长所需： ③应尽量降低生产成本，以得到更高的经济效益。 ④配置的培养基要经过反复试验才能大规模应用。 发酵工程一般使用液体培养基。 三. 扩大培养 内容1 发酵工程的基本环节 ②② 2.扩大培养的原因： 工业发酵罐的体积一般较大，一般为几十立方米到几百立方米，接入的菌种总体积需要几立方米到几十立方米。故在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养。 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： 液体培养基 获得更多的菌种 四. 灭菌 发酵工程所用的菌种大多是 菌种。一旦有杂菌污染， 可能导致产量大大下降。 青霉菌 杂菌 青霉素酶 青霉素 产生 产生 分解 1.培养基和发酵设备都必须经过严格的 。 2.对通入的空气进行 ，对生产环境需进行 处理。 单一 灭菌 内容1 发酵工程的基本环节 五.接种： 将_________ _ 的菌种投放到 中 发酵罐 扩大培养后 消毒 灭菌 六. 发酵罐内发酵 电动机 发酵液 冷却夹层 生物传感器 pH计 冷却水排出口 培养物或营养物质的加入口 观察孔 温度传感器 和控制装置 阀门 放料管 搅拌叶轮 空气入口 排气管 取样管 冷却水 进入口 抽取样本进行检测 调节罐压 控制冷水流速调节罐温 控制溶解氧含量 使微生物与发酵液混合均匀，加快O2的溶解以及散热 内容1 发酵工程的基本环节 电动机 发酵液 冷却夹层 生物传感器 pH计 冷却水排出口 培养物或营养物质的加入口 观察孔 温度传感器和控制装置 阀门 放料管 搅拌叶轮 空气入口 排气管 取样管 冷却水进入口 1. 发酵罐内发酵是发酵工程的 。 2.发酵过程的监控 发酵过程中 ，检测培养液中的 、产物浓度等，了解发酵进程。 及时添加必需的 。 严格控制 等发酵条件。 内容1 发酵工程的基本环节 六. 发酵罐内发酵 中心环节 随时取样 微生物数量 营养组分 温度、pH、溶解氧 3. 严格控制发酵条件的原因 环境条件不仅影响微生物生长繁殖，而且会影响微生物代谢物的形成。 谷氨酸发酵 中性 弱碱性 谷氨酸 谷氨酰胺 N-乙酰谷氨酰胺 酸性 4. 发酵过程中使用大型发酵罐均有计算机控制系统。 检测 控制 还可以进行反馈控制，使发酵全过程处于最佳状态。 温度 pH 溶解氧 灌压 搅拌 泡沫 营养 通气量 内容1 发酵工程的基本环节 六. 发酵罐内发酵 温度控制 发酵前期 菌量少，发酵目的是要尽快达到大量的菌体，采用稍高的温度，能促进菌的呼吸与代谢，使菌体生长迅速。 发酵中期 菌量已达到最适，适当降低温度，延长发酵实践，提高产量。 发酵后期 产物合成能力降低，延长发酵时间没有必要，可提高发酵温度，刺激产物释放。 内容1 发酵工程的基本环节 六. 发酵罐内发酵 pH控制 方法 直接加入酸或碱 加入缓冲剂（磷酸盐） 进行补料（补充营养组分） 搅拌叶轮 加快O2的溶解 以及散热。 空气入口 控制溶解氧含量 溶解氧控制 氧气供需调节的根本目的是满足微生物生长和代谢的各阶段对发酵液溶解氧浓度的需求。 溶解氧调控的主要手段： 通风和搅拌 内容1 发酵工程的基本环节 六. 发酵罐内发酵 七. 分离、提纯产物 1.发酵产品是微生物细胞本身 2. 发酵产品是代谢物 根据产物性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品。 过滤、沉淀 发酵液 菌体 分离、干燥 产品 发酵液 预处理 细胞分离 细胞破碎 细胞破碎分离 初步纯化 高度纯化 成品加工 胞外产物 内容1 发酵工程的基本环节 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。 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？ 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。 内容1 发酵工程的基本环节 发酵工程基本环节分析 思考讨论 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。 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弃培养液进行二次清洁或灭菌处理。 内容1 发酵工程的基本环节 发酵工程基本环节分析 思考讨论 【拓展】发酵工程与传统发酵技术的比较 项目 发酵工程 传统发酵技术 相同点 菌种 对发酵条件的控制 产品 处理 生产规模和产品 相同点 联系 分离和提纯产物的方法较多。最后需要进行质量检查 不会再对产物进行分离和提纯处理，或仅采用简单沉淀、过滤等方法来分离和提纯产物。 通过微生物纯培养技术筛选或其他技术生产的优良菌种，大多是单一菌种 原材料中天然存在的混合菌种 严格无菌操作，防止杂菌污染。通过现代工程技术对发酵条件精确地控制，使发酵条件处于最佳状态 不是无菌操作，容易受到杂菌污染，对发酵条件不能严格控制，易受外界条件影响 生产规模大，实现了工业化生产。原料来源丰富，成本低，产物多样，产量高 通常是家庭式或作坊式的，产量低，生产往往受季节和原料限制，产品风味品种比较单一，质量不稳定 都是利用了微生物的作用。 发酵工程是在传统发酵技术的基础上发展起来的。 内容1 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 ②代谢物：适当的提取、 分离和纯化措施 ①菌体本身：过滤、沉淀 ①随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等 地位：中心环节 ②及时添加必需的营养组分 ③严格控制温度、pH、溶解氧等发酵条件 监控 ①目的：防止杂菌污染 ②对象：培养基和发酵设备 营养构成： 水、无机盐、碳源、氮源等 方法 ①从自然界中筛选的优良菌种 ②通过诱变育种或基因工程育种获得 课堂小结 目的：增加菌种数量 内容1 发酵工程的基本环节 （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）利用微生物农药防治农林虫害属于化学防治。( ) × × × × 习题检测 1、判断正误 26 2.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 习题检测 3.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 习题检测 4．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 习题检测 5.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 习题检测 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。 30 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 内容2 发酵工程的应用 食品工业 医药工业 农牧业 其他方面 31 1.生产传统的发酵产品 大豆（主要原料） 黑曲酶 （蛋白酶） 小分子肽和氨基酸 淋洗、调制 酱油 酱油的生产 谷物或水果 酿酒酵母 各种酒类 各种酒类的生产 发酵工程使这些产品的产量和质量明显提高。 一. 在食品工业的应用 内容2 发酵工程的应用 啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制作成的，其中发酵过程分为 和 两个阶段。 主发酵 后发酵 酵母菌 发酵 大部分 糖的分解 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 一. 在食品工业的应用 内容2 发酵工程的应用 啤酒的工业化生产流程 思考讨论 主发酵 后发酵 工业化生产流程如下图： 大麦 水 糖化罐 发芽 1 大麦种子发芽，释放淀粉酶。 焙烤 2 加热杀死种子胚，但不使淀粉酶失活。 碾磨 3 将干燥的麦芽碾磨成麦芽粉。 糖化 4 淀粉水解，形成糖浆。 一. 在食品工业的应用 内容2 发酵工程的应用 啤酒的工业化生产流程 思考讨论 工业化生产流程如下图： 蒸煮 5 产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌。 发酵 6 酵母菌将糖转化为酒精和CO2。 消毒 7 杀死啤酒中的大多数微生物，延长它的保存期。 终止 8 过滤、调节、分装啤酒进行出售。 糖浆 啤酒花 冷却 过滤 装瓶 装罐 储存罐 ①使啤酒具有清爽的芳香气味、苦味。 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。 一. 在食品工业的应用 内容2 发酵工程的应用 啤酒的工业化生产流程 思考讨论 一. 在食品工业的应用 内容2 发酵工程的应用 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 1. 与传统的手工发酵相比，啤酒发酵生产过程中，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品质。 主发酵 后发酵 （低温、密闭的环境下储存） ①酵母菌发酵 ②大部分糖的分解 ③代谢物的生成 一. 在食品工业的应用 内容2 发酵工程的应用 啤酒的工业化生产流程 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，我国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味的需求，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。 内容2 发酵工程的应用 啤酒的工业化生产流程 思考讨论 “精酿”啤酒与“工业”啤酒的区别 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 内容2 发酵工程的应用 39 2.生产各种各样的食品添加剂 许多食品添加剂都能通过发酵工程生产。 柠檬酸 饮料成分表 谷氨酸 淀粉 黑曲酶 （淀粉酶） 葡萄糖 柠檬酸合成酶 柠檬酸 柠檬酸是一种广泛应用的食品酸度调节剂；它通过黑曲霉的发酵制得。 谷氨酸棒状杆菌 发酵 谷氨酸 一系列处理 味精 氧气 一. 在食品工业的应用 内容2 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 乳酸链球菌素、溶菌酶 食品添加剂不仅可以增加食品的营养，改善食品的口味、色泽和品质，有时还可以延长食品的保存期。 添加了柠檬酸的饮料 内容2 发酵工程的应用 2.生产各种各样的食品添加剂 一. 在食品工业的应用 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。 内容2 发酵工程的应用 3.生产酶制剂 α-淀粉酶、β-淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶和脂肪酶等。 产品 酶制剂的作用 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品产量等方面。 这些酶制剂除少数由动植物产生外，绝大多数也是通过发酵工程产生的。 一. 在食品工业的应用 内容2 发酵工程的应用 酶制剂的来源 二.在医药工业上的应用 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。 发酵工程生产的药物 各种抗生素 多种氨基酸 多种激素 多种免疫调节剂 内容2 发酵工程的应用 1.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（工程菌）。 生长激素释放抑制激素 能够抑制生长激素的不适宜分泌，可用于治疗肢端肥大症。 如何获取 羊脑中 50万个羊脑才能提取5mg。 基因改造的微生物 发酵 7.5L培养液中就能得到5mg 肢端肥大症 二.在医药工业上的应用 内容2 发酵工程的应用 2. 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。 3.利用基因工程，将病原体的某个或某几个抗原基因转入适当的微生物细胞，获得的表达产物就可以作为疫苗使用。。 一种生产乙型肝炎疫苗的方法就是将乙型肝炎病毒的抗原基因转入酵母菌，再通过发酵生产。 乙肝疫苗 青霉素 利用诱变育种筛选出的高产青霉菌发酵生产青霉素，用于治疗脑膜炎、骨髓炎、肺炎等。 二.在医药工业上的应用 内容2 发酵工程的应用 基因工程、蛋白质工程与发酵工程相结合 动植物的基因 转入 微生物 直接改造微生物 病原体的抗原基因 转入 微生物 发酵工程 药物 药物 疫苗 二.在医药工业上的应用 内容2 发酵工程的应用 三.在农牧业上的应用 生产微生物肥料 生产微生物农药 生产微生物饲料 从自然界选育出优良菌株，再通过发酵工程大规模发酵生产制成的活菌或其代谢物产品等正应用于现代农牧业的很多方面。 内容2 发酵工程的应用 1.生产微生物肥料。 有根瘤菌肥、固氮菌肥等 微生物肥料的种类 微生物肥料的作用 微生物 代谢 有机酸、生物活性物质 增进土壤肥力 改良土壤结构 促进植株生长 微生物 抑制土壤中病原微生物的生长，减少病害发生。 三.在农牧业上的应用 内容2 发酵工程的应用 2.生产微生物农药 微生物农药是利用 或 来防治病虫害的，是 防治的重要手段。 苏云金杆菌 Bt毒蛋白 防治80多种农林虫害； 白僵菌 防治玉米螟、松毛虫等虫害 一种放线菌 井冈霉素 防治防治水稻枯纹病； 微生物 其代谢物 三.在农牧业上的应用 内容2 发酵工程的应用 生物 常见种类 单细胞蛋白 应用 食品添加剂 微生物饲料 能使家畜、家禽增重快，产奶或产蛋量显著提高 单细胞蛋白不仅含有丰富的蛋白质，还含有糖类、脂质和维生素等物质。 3.生产微生物饲料 常见种类 乳酸菌 在青贮饲料中添加乳酸菌，还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。 单细胞蛋白：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。 三.在农牧业上的应用 内容2 发酵工程的应用 四. 在其他方面的应用 1.解决资源短缺与环境污染问题 2.将极端微生物（生活在高温、高压、高盐和低温环境）应用于生产实践 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。 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。像这样的发酵原料的改变推动发酵工业迅速发展，对解决资源短缺与环境污染问体具有重要意义。 内容2 发酵工程的应用 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。截止2015年，我国生物发酵生产年总值近2900亿元，产品总量位居世界第一。我国是名副其实的发酵大国。 内容2 发酵工程的应用 1. 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．乙醇为挥发性物质，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 B 习题检测 54 2. 关于发酵工程应用的说法错误的是（ ） C A. 发酵工程的产品可以是微生物的代谢产物 B. 通过发酵工程可以从微生物中提取一些酶 C. 通过发酵工程可以从微生物中提取单细胞蛋白 D. 发酵工程的产品可以是微生物的菌体 习题检测 55 3. 关于发酵工程说法错误的是（ ） A. 依赖微生物纯培养技术的建立 B. 发酵设备都是密封的 C. 食品、医药工业离不开发酵工程 D. 发酵工程与工农业生产也有密切关系 B 习题检测 56 4. 关于发酵工程的菌种说法错误的是（ ） A. 发酵工程的菌种可以从自然界中筛选出来 B. 发酵工程可以利用原材料中含有的菌种 C. 发酵工程的菌种可以来自基因工程 D. 发酵工程的菌种可以来自诱变育种 B 习题检测 57 5. 关于啤酒生产的流程说法错误的是（ ） B A. 让大麦种子发芽的目的是释放淀粉酶 B. 焙烤发芽的大麦种子时，淀粉酶丧失活性 C. 糖化的目的是让淀粉分解 D. 蒸煮时终止了酶的作用，并对糖浆进行灭菌 习题检测 58 6. 啤酒是发酵工程的主要产品，关于啤酒发酵的说法错误的是（ ） A. 啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的 B. 酵母菌的大量繁殖在啤酒发酵主发酵阶段 C. 啤酒生产的主发酵阶段酵母菌主要进行有氧呼吸 D. 啤酒生产的后发酵阶段是在低温度和密闭环境下进行的 C 习题检测 59 发酵工程及其应用 发酵工程的基本环节 发酵工程的应用 选育菌种 扩大培养 配制培养基 灭菌 接种 发酵罐发酵 分离、提纯产物 食品工业上的应用 药品工业上的应用 农牧业上的应用 其他方面的应用 课堂小结 课堂总结 一、概念检测 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 (2)在发酵过程中，总有头孢霉素的产生。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青霉素，或者只生产头孢霉素呢？ 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。 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。 (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 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等均由不同程度下降。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一风险。 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。 练习与应用 章末总结 64 污水池中污泥样品 初选 候选菌 接种 选择 接种 接种 接种 固体培养基 振荡培养若干天后， 测定各瓶中化合物A的含量 重复多次，直至获得目的菌 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讲解化合物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。 (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。 可降解化合物A的微生物 选择 (2) 培养若干天后，应选择培养培养瓶中化合物A含量___________的培养液，接入新的培养液中连续培养，使目的菌的数量_______。 显著降低 扩增 筛选出 复习与提高 污水池中污泥样品 初选 候选菌 接种 选择 接种 接种 接种 固体培养基 振荡培养若干天后， 测定各瓶中化合物A的含量 重复多次，直至获得目的菌 (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。 (4) 将目的菌用于环境保护实践时，还有哪些问题需要解决？ S形增长 细菌计数板计数 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 Lavf58.29.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.7.31 Lavf58.45.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $