新版高中生物第3节 发酵工程及其应用

第3节发酵工程及其应用人教版（2019）

高中生物选择性必修三学习目标1.文化基础：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.自主发展：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.社会参与：认可发酵工程在生产上的重要应用价值。阐明发酵工程利用现代工程技术及微生物的特定功能，工业化生产人类所需产品。从社会中来亚历山大·弗莱明（AlexanderFleming）英国微生物学家（1881.8.6-1955.3.11）二战”期间，青霉素成为战场上神奇的抗生素，大显神威，挽救了数以万计的生命，被称为“有魔力的子弹”。1945年获诺贝尔生理学医学奖。一、发酵工程的概念：

采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或者直接把微生物应用于工业生产的一种新技术。二、发酵工程的基本环节一般包括_____________，扩大培养，培养基的配制、___________，接种，__________，产品分离、提纯等方面。菌种的选育灭菌发酵1．选育菌种：性状优良的菌种可以从____________中筛选出来，也可以通过诱变育种或___________________获得。自然界基因工程育种筛选出产柠檬酸量高的黑曲霉基因工程改造的啤酒酵母，加速发酵过程，缩短成产周期2.扩大培养工业发酵罐的体积很大，接入的菌种总体积也较大，因此在发酵之前还需要对菌种进行___________________。扩大培养3．配制培养基：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_______________才能确定。反复试验4．灭菌：

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。因此，__________和____________都必须经过严格的灭菌。培养基发酵设备5．接种：

培养的菌种和灭菌后的___________加入发酵罐中。大型发酵罐有计算机控制系统，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。培养基6．发酵罐内发酵：在发酵过程中，要随时检测培养液中的____________、产物浓度等，以了解发酵进程。还要及时添加必需的________________，要严格控制__________、__________和溶解氧等发酵条件。微生物数量营养组分温度pH7．分离、提纯产物：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、__________等方法将菌体分离和干燥得到产品。如果产品是代谢物，可根据产物的性质采取适当的____________________措施来获得产品。沉淀提取、分离和纯化思考与讨论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？提示：①原料方面：广，转化率高；②产物方面：目的产物含量高，副产物少；③菌体方面：菌体生长快，繁殖力强，耐受力强，抗污染、抗噬菌体能力强，遗传特征稳定；④设备方面：产泡沐少，适宜大罐生产；生产周期短，需氧量少，抗污染能力强。2.怎么对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？提示：微生物发酵生产的水平最基本的条件取决于生产菌种的性能，但有了优良的菌种之后，还需要有最佳的环境条件即发酵工艺加以配合，才能使其生产能力充分表现出来。因此必须研究生产菌种的最佳发酵工艺条件，如营养要求、培养温度、pH条件、对氧的需求等，据此设计合理的发酵工艺，使生产菌种处于最佳的产物合成条件下，才能取得优质高产的效果。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？4.在进行发酵生产时，排出的气体和废物培养液等能直接排放到外界环境中吗？为什么？提示：发酵工程利用微生物所特有的发酵作用，与现代工程技术相结合，或直接用微生物反应器，进行大规模发酵生产。可以连续发酵和半连续性发酵；电脑控制实行高度的自动化；采用基因重组菌生产，可以450C左右加压生产。传统发酵工艺是间歇发酵，人工操作，用天然菌种，常温常压进行。提示：不能。发酵生产时产生可燃或有害气体及废物，会污染坏境。5．发酵工程利用的菌种都是从自然界中筛选出来的。 ()6．发酵工程的中心环节是选育菌种。 ()7．发酵工程中要对培养基进行灭菌，发酵设备不用灭菌。 ()8．利用微生物农药防治农林虫害属于化学防治。 ()判断提示：发酵工程的菌种也可以通过诱变育种和基因工程育种获得。提示：发酵工程的中心环节是发酵罐内发酵的过程。提示：培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。提示：利用微生物农药防治农林虫害属于生物防治。××××二、啤酒的工业化生产流程⑧终止1.主发酵2.后发酵酵母菌的繁殖、发部分糖的分解和代谢物的生成①发芽②焙烤③碾磨④糖化⑤蒸煮⑥发酵

⑦消毒大麦种子发芽，释放淀粉酶加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活将干燥的麦芽碾磨成麦芽粉淀粉分解，形成糖浆产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌酵母菌将糖转化为酒精和二氧化碳杀死啤酒中的大多数微生物，延长它的保存期过滤、调节、分装啤酒进行出售思考与讨论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？提示：工业化啤酒发酵利用现代发酵工程技术，利用最佳发酵条件，如营养要求、培养温度、pH条件、对氧的需求等，并选择纯化培养的酵母菌，经消毒灭菌等，提高啤酒产量和质量提示：精酿啤酒采用的发酵罐会比较小一点，发酵完成以后也不会进行过滤和杀菌等步骤，和精酿啤酒相反的是，发酵完成以后还会进行必要的过滤和杀菌，增加啤酒的保鲜时间，安全性更好。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，我们如何辨证地看待大规模生产与小规模制作？三、发酵工程的应用

具体应用成果在食品工业上的应用生产传统的发酵产品

生产各种各样的食品添加剂

生产酶制剂

在医药工业上的应用通过工程菌生产药物

通过改造菌种生产药物

在农牧业上的应用生产微生物肥料

生产微生物农药

在农牧业上的应用生产微生物饲料

在其他方面的应用解决资源短缺和环境污染问题

对极端微生物的利用（阅读：p24—27，完成表格）1．在食品工业上的应用(3)生产酶制剂，如α­淀粉酶、β­淀粉酶、脂肪酶等。(2)生产各种各样的食品添加剂，如通过__________发酵制得的柠檬酸，由_____________________发酵生产味精。(1)生产传统的发酵产品，如________________________。谷氨酸棒状杆菌黑曲霉酱油、各种酒类________工程、____________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。2．在医药工业上的应用基因蛋白质3．在农牧业上的应用(1)生产微生物肥料。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，常见的有_________________、_______________等。有机酸生物活性物质根瘤菌肥固氮菌肥(2)生产微生物农药。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，将在农业的_________________方面发挥越来越重要的作用。生物防治微生物其代谢物可持续发展(3)生产微生物饲料。微生物含有丰富的________________。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_________________，即单细胞蛋白，用单细胞蛋白制成的微生物饲料，能使家畜、家禽增重快，产奶或产蛋量显著提高。蛋白质微生物菌体4．在其他方面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、__________和__________等方面的重大问题上，作出了越来越大的贡献。健康能源到社会中去1.列出你昨天一天的食谱，看看哪些食品是直接由微生物发酵产生的，哪些食品中添加了经发酵生产的食品添加剂。四、总结及练习（4）通过发酵工程可以从微生物细胞中提取单细胞蛋白。（

）（1）发酵工程与传统发酵技术最大区别是前者可以利用微生物来进行发酵（

）×提示：发酵工程与传统发酵都是利用微生物发酵。（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，也会影响生物的代谢途径。（

）√×（5）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