高三生物一轮复习：发酵工程及其应用

.3发酵工程及其应用1.发酵工程：是指人们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。2.发酵工程基本环节8.获得产品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。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。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。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。7.分离、提纯产物这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组分，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。这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组分，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。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。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。6.发酵罐内发酵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。工业发酵罐的体积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。所以，在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养。工业发酵罐的体积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。所以，在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养。2.扩大培养4.灭菌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。生产柠檬酸就需要筛选产酸量高的黑曲霉。在啤酒生产中，使用基因工程改造的啤酒酵母，可以加速发酵过程，缩短生产周期。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。生产柠檬酸就需要筛选产酸量高的黑曲霉。在啤酒生产中，使用基因工程改造的啤酒酵母，可以加速发酵过程，缩短生产周期。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。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。1.选育菌种3.配制培养基3.啤酒的工业化生产流程发芽焙烤研磨糖化蒸煮发酵消毒终止主发酵后发酵4.发酵工程的应用以大豆为主要原料，利用生产蛋白酶的霉菌生产酱油。以谷物或水果等为原料，利用酿酒酵母发酵生产各种酒类。（1）以大豆为主要原料，利用生产蛋白酶的霉菌生产酱油。以谷物或水果等为原料，利用酿酒酵母发酵生产各种酒类。1）生产传统的发酵食品生产各种各样的食品添加剂（酸度调节剂，增味剂，着色剂，增稠剂，防腐剂等）食品添加剂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。a.柠檬酸可以通过黑曲霉的发酵制得。b.由谷氨酸棒状杆菌发酵可以得到谷氨酸，谷氨酸经过一系列处理就能制成味精。3）生产酶制剂常用酶制剂有α-淀粉酶、β-淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶和脂肪酶等。目前,已有50多种酶制剂成功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。(2)在医药工业上的应用1）发酵工程可以生产抗生素、氨基酸、激素和免疫调节剂等。2）基因工程、蛋白质工程等的广泛应用给发酵工程制药领域的发展注入了强劲动力。3）应用实例a.生长激素释放抑制激素最初从羊脑中提取,远远不能满足需要,利用经过基因改造的微生物进行发酵生产,产量大幅提升,价格降为原来的几百分之一。b.将乙型肝炎病毒的抗原基因转入酵母菌,再通过发酵生产乙型肝炎疫苗。c.未来甚至还可能利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。(3)在农牧业上的应用1）生产微生物肥料a.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。有的微生物肥料还可以抑制土壤中病原微生物的生长,从而减少病害的发生。b.类型:常见的有根瘤菌肥和固氮菌肥等。2）生产微生物农药a.原理:微生物农药利用微生物或其代谢物来防治病虫害。b.实例:苏云金杆菌可用来防治80多种农林虫害,利用白僵菌可以防治玉米螟、松毛虫等虫害;一种放线菌产生的抗生素——井冈霉素可以用于防治水稻枯纹病。3）生产微生物饲料a.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