1、發(fā)酵工程及其應(yīng)用新課標(biāo)核心素養(yǎng)1.概述發(fā)酵工程。2.簡(jiǎn)述發(fā)酵工程的一般流程。3.說(shuō)明發(fā)酵工程在生產(chǎn)上有哪些重要的價(jià)值。1.科學(xué)思維：發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)分析。2.社會(huì)責(zé)任：認(rèn)同發(fā)酵工程是在傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它實(shí)現(xiàn)了發(fā)酵食品、藥物等的工業(yè)化生產(chǎn)，極大地改善了人們的生活。知識(shí)點(diǎn)(一)發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)1發(fā)酵工程發(fā)展的前提(1)微生物純培養(yǎng)技術(shù)的建立；(2)密閉式發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)成功；(3)人們能夠在嚴(yán)格控制的環(huán)境條件下大規(guī)模生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)品。2發(fā)酵工程的含義是指利用微生物的特定功能，通過(guò)現(xiàn)代工程技術(shù)，規(guī)?；a(chǎn)對(duì)人類有用的產(chǎn)品。3發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)(1)菌種的選育性狀優(yōu)良的菌種可以從自然界中篩選

2、出來(lái)，也可以通過(guò)誘變育種或基因工程育種獲得。(2)擴(kuò)大培養(yǎng)在發(fā)酵之前還需要對(duì)菌種進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)。(3)培養(yǎng)基的配制在菌種確定之后，要選擇原料制備培養(yǎng)基。在生產(chǎn)實(shí)踐中，培養(yǎng)基的配方要經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)才能確定。(4)滅菌培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備都必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的滅菌。(5)接種將菌種接種到發(fā)酵罐培養(yǎng)液中。(6)發(fā)酵這是發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)。 在發(fā)酵過(guò)程中，要隨時(shí)檢測(cè)培養(yǎng)液中的微生物數(shù)量、產(chǎn)物濃度等，以了解發(fā)酵進(jìn)程。要及時(shí)添加必需的營(yíng)養(yǎng)組分，要嚴(yán)格控制溫度、pH和溶解氧等發(fā)酵條件。(7)產(chǎn)品的分離、提純?nèi)绻l(fā)酵產(chǎn)品是微生物細(xì)胞本身，可在發(fā)酵結(jié)束之后，采用過(guò)濾、沉淀等方法將菌體分離和干燥，即可得到產(chǎn)品。如果產(chǎn)品是代謝物

3、，可根據(jù)產(chǎn)物的性質(zhì)采取適當(dāng)?shù)奶崛?、分離和純化措施來(lái)獲得產(chǎn)品。(1)在啤酒生產(chǎn)中，使用基因工程改造的啤酒酵母，可以加速發(fā)酵過(guò)程，縮短生產(chǎn)周期()(2)在青霉素生產(chǎn)過(guò)程中如果污染了雜菌，某些雜菌會(huì)分泌酶將發(fā)酵菌種分解掉()(3)谷氨酸的發(fā)酵生產(chǎn)：在中性和弱堿性條件下會(huì)積累谷氨酰胺；在酸性條件下則容易形成谷氨酸和N乙酰谷氨酰胺()(4)環(huán)境條件不僅會(huì)影響微生物的生長(zhǎng)繁殖，而且會(huì)影響微生物代謝物的形成()1(生命觀念)微生物菌種資源豐富，選擇發(fā)酵工程用的菌種時(shí)需要考慮哪些因素？提示：(1)能在廉價(jià)原料制成的培養(yǎng)基上迅速生長(zhǎng)，且目的產(chǎn)物產(chǎn)量高、易于回收。(2)生長(zhǎng)速度和反應(yīng)速度較快，發(fā)酵周期較短。(3)

4、培養(yǎng)條件易于控制等。2(科學(xué)思維)發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)相比有哪些改進(jìn)之處？提示：發(fā)酵工程可以連續(xù)發(fā)酵；有電腦控制實(shí)行高度的自動(dòng)化，采用經(jīng)過(guò)基因重組的工程菌生產(chǎn)等。1下列關(guān)于發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)的敘述，不正確的是()A生產(chǎn)檸檬酸需要篩選產(chǎn)酸量高的黑曲霉B培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備都必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的消毒C發(fā)酵罐具有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，可以進(jìn)行反饋控制D發(fā)酵產(chǎn)品若是微生物細(xì)胞本身，采用過(guò)濾、沉淀等方法將菌體分離和干燥解析：選B發(fā)酵過(guò)程中要對(duì)培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備進(jìn)行滅菌。2下列對(duì)發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵的相關(guān)敘述，不正確的是()A該過(guò)程是發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)B應(yīng)隨時(shí)檢測(cè)培養(yǎng)液中微生物的種類、產(chǎn)物濃度等C要嚴(yán)格控制溫度、pH和溶解氧等發(fā)酵

5、條件D要及時(shí)添加必需的營(yíng)養(yǎng)成分答案：B歸納提升影響發(fā)酵過(guò)程的因素(1)溫度溫度影響酶活性。在最適溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，菌體生長(zhǎng)和代謝加快，發(fā)酵反應(yīng)的速率加快。當(dāng)超過(guò)最適溫度范圍以后，隨著溫度的升高，酶很快失活，菌體衰老，發(fā)酵周期縮短，產(chǎn)量降低。溫度影響生物合成的途徑。例如：金色鏈霉菌在30 以下時(shí)，合成金霉素的能力較強(qiáng)，當(dāng)溫度超過(guò)35 溫度影響發(fā)酵液的物理性質(zhì)，以及菌種對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的分解吸收等。要保證正常的發(fā)酵過(guò)程，就需維持最適溫度，但菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物合成所需的最適溫度不一定相同。如灰色鏈霉菌的最適生長(zhǎng)溫度是37 ，但產(chǎn)生抗生素的最適溫度是28 (2)pHpH能夠影響酶的活性，以及細(xì)胞膜的帶

6、電荷狀況。細(xì)胞膜的帶電荷狀況如果發(fā)生變化，膜的透性會(huì)改變，從而有可能影響微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收及代謝產(chǎn)物的分泌。pH影響培養(yǎng)基中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的分解等。(3)溶解氧氧的供應(yīng)對(duì)需氧發(fā)酵來(lái)說(shuō)，是一個(gè)關(guān)鍵因素。必須向發(fā)酵液中連續(xù)補(bǔ)充大量的氧，并要不斷地進(jìn)行攪拌，這樣可以提高氧在發(fā)酵液中的溶解度。(4)泡沫通氣攪拌、微生物的代謝過(guò)程及培養(yǎng)基中某些成分的分解等，都有可能產(chǎn)生泡沫。過(guò)多的持久性泡沫對(duì)發(fā)酵是不利的。因?yàn)榕菽瓡?huì)占據(jù)發(fā)酵罐的容積，影響通氣和攪拌的正常進(jìn)行，甚至導(dǎo)致代謝異常。常用的消泡沫措施有兩類：一類是安裝消泡沫擋板，通過(guò)強(qiáng)烈的機(jī)械振蕩，促使泡沫破裂；另一類是使用消泡沫劑。(5)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度發(fā)酵液中

7、各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度，特別是碳氮比、無(wú)機(jī)鹽和維生素的濃度，會(huì)直接影響菌體的生長(zhǎng)和代謝產(chǎn)物的積累。知識(shí)點(diǎn)(二)發(fā)酵工程的應(yīng)用1在食品工業(yè)上的應(yīng)用(1)生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品。(2)生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑。(3)生產(chǎn)eq avs4al(酶)制劑。2在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用(1)采用基因工程的方法，將植物或動(dòng)物的基因轉(zhuǎn)移到微生物中，獲得具有某種藥物生產(chǎn)能力的微生物。(2)直接對(duì)菌種進(jìn)行改造，再通過(guò)發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)所需要的新產(chǎn)品。(3)將病原體的某個(gè)或某幾個(gè)抗原基因轉(zhuǎn)入適當(dāng)?shù)奈⑸锛?xì)胞，獲得的表達(dá)產(chǎn)物就可以作為疫苗使用。3在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用(1)生產(chǎn)微生物肥料。(2)生產(chǎn)微生物農(nóng)藥。(3)生產(chǎn)微生物飼料。(1)以

8、谷物或水果作原料，利用醋酸菌發(fā)酵生產(chǎn)各種酒類()(2)由谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵可以得到谷氨酸，谷氨酸經(jīng)過(guò)一系列處理就能制成味精()(3)食品工業(yè)中經(jīng)常用到的酶制劑都是通過(guò)發(fā)酵工程生產(chǎn)的()(4)單細(xì)胞蛋白是通過(guò)發(fā)酵產(chǎn)生的大量的微生物分泌蛋白()1(生命觀念)發(fā)酵工程在食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)和農(nóng)牧業(yè)等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，形成了規(guī)模龐大的發(fā)酵工業(yè)。發(fā)酵工程有哪些特點(diǎn)？提示：生產(chǎn)條件溫和、原料來(lái)源豐富且價(jià)格低廉、產(chǎn)物專一、廢棄物對(duì)環(huán)境的污染小和容易處理等特點(diǎn)。2(社會(huì)責(zé)任)回憶你昨天一天的食物，看看哪些食品是直接由微生物發(fā)酵生產(chǎn)的，哪些食品中添加了經(jīng)發(fā)酵生產(chǎn)的食品添加劑？提示：直接由微生物發(fā)酵生產(chǎn)的有

9、：酸奶、豆腐乳、泡菜、酸菜等。食品中添加了經(jīng)發(fā)酵生產(chǎn)的食品添加劑有：方便面、火腿腸、餅干、果凍、薯片等。3(科學(xué)思維)抗生素、氨基酸、酶制劑等產(chǎn)品為什么能通過(guò)微生物發(fā)酵來(lái)生產(chǎn)？這與微生物的生長(zhǎng)和代謝特點(diǎn)有什么關(guān)系？提示：(1)某些微生物因爭(zhēng)奪生存環(huán)境或營(yíng)養(yǎng)物，會(huì)產(chǎn)生抗生素將其他種類的微生物殺死。(2)微生物細(xì)胞會(huì)通過(guò)合成或分解代謝生產(chǎn)它必需的一些物質(zhì)，包括氨基酸、核苷酸等。(3)微生物會(huì)產(chǎn)生蛋白酶、纖維素酶和淀粉酶，將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)水解成可吸收的小分子的多肽或氨基酸、葡萄糖。1發(fā)酵技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì)是()A完全利用自然界原有的微生物進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)B利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)改造微生物，發(fā)酵生產(chǎn)人類所需的產(chǎn)品C完善傳

10、統(tǒng)的發(fā)酵生產(chǎn)工藝D發(fā)酵技術(shù)將主要用于食品和飲料的生產(chǎn)解析：選B利用發(fā)酵技術(shù)的目的就是生產(chǎn)出人類生活所需的特定產(chǎn)品。2下列與發(fā)酵工程有關(guān)的敘述中，不正確的是()A發(fā)酵罐中必須通入無(wú)菌空氣B不經(jīng)處理排放的廢棄培養(yǎng)液是一種污染物C培育新菌種，可用于分解更多種類的有機(jī)污染物D發(fā)酵工程在醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)和環(huán)境保護(hù)等方面均有廣泛應(yīng)用解析：選A依據(jù)發(fā)酵罐中微生物的是否需氧類型，通入相應(yīng)的無(wú)菌氣體。學(xué)習(xí)小結(jié)1下列哪項(xiàng)不是發(fā)酵過(guò)程中要完成的()A隨時(shí)取樣檢測(cè)培養(yǎng)液中的細(xì)菌數(shù)目，產(chǎn)物濃度B不斷添加菌種C及時(shí)添加必需的培養(yǎng)液組分D嚴(yán)格控制溫度、pH、溶解氧、通氣量與轉(zhuǎn)速等條件解析：選B發(fā)酵罐內(nèi)微生物在適宜的條件下

11、會(huì)迅速繁殖，因此，發(fā)酵過(guò)程中不需要添加菌種。2發(fā)酵罐發(fā)酵的過(guò)程中，使溫度升高的熱量來(lái)源于()冷卻水供應(yīng)不足微生物代謝旺盛培養(yǎng)基不新鮮攪拌放料口排出產(chǎn)物ABCD解析：選D題目問(wèn)的是使溫度升高的熱量來(lái)源，而冷卻水只能帶走熱量，不能產(chǎn)生熱量；發(fā)酵過(guò)程中微生物的呼吸作用可以產(chǎn)生大量的化學(xué)能，且大部分轉(zhuǎn)變成了熱能；培養(yǎng)基的新鮮程度可影響代謝速度，但與熱量的產(chǎn)生無(wú)直接關(guān)系，放料口排出產(chǎn)物屬同理；攪拌除了增加溶氧、加快反應(yīng)速度外，同時(shí)還通過(guò)摩擦產(chǎn)生了熱能。3有關(guān)谷氨酸發(fā)酵的敘述中正確的是()A發(fā)酵中要不斷通入空氣B培養(yǎng)條件不當(dāng)將不能得到產(chǎn)品C攪拌的唯一目的是使空氣成為小泡D冷卻水可使酶活性下降解析：選B進(jìn)行

12、谷氨酸發(fā)酵的菌種是異養(yǎng)需氧型微生物，所以要在培養(yǎng)過(guò)程中不斷通入空氣，但是必須通入的是無(wú)菌空氣，普通空氣容易造成雜菌污染。攪拌不但使空氣成為小氣泡以增加培養(yǎng)基中的溶氧量，還能使培養(yǎng)基與菌種充分接觸，提高原料的利用率。在培養(yǎng)過(guò)程中，由于微生物的代謝產(chǎn)熱和機(jī)械摩擦生熱，會(huì)使培養(yǎng)基的溫度升高，高到一定程度，就會(huì)使酶的結(jié)構(gòu)和核酸的結(jié)構(gòu)遭到破壞，培養(yǎng)會(huì)因此而受到影響。降低溫度，是保證酶正?；钚缘臈l件之一而不會(huì)使酶的活性下降。當(dāng)培養(yǎng)條件不恰當(dāng)時(shí)，不能得到谷氨酸。如pH降低時(shí)將得到乙酰谷氨酰胺，溶氧低時(shí)將得到乳酸或琥珀酸。4分離提純是制取發(fā)酵產(chǎn)品不可缺少的階段，產(chǎn)品不同，分離提純的方法不同。若要獲得發(fā)酵工程生

13、產(chǎn)的微生物代謝產(chǎn)物，常采用的提取方法是()蒸餾萃取過(guò)濾離子交換沉淀ABCD解析：選B發(fā)酵產(chǎn)品為菌體時(shí)，可用過(guò)濾、沉淀等方法，但若是代謝產(chǎn)物，則與發(fā)酵液混合在一起，需用蒸餾、萃取、離子交換等方法提取。5(多選)與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)相比，發(fā)酵工程的產(chǎn)品種類更加豐富，產(chǎn)量和質(zhì)量明顯提高。下列相關(guān)表述正確的是()A發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)最大的區(qū)別就是前者可以利用微生物來(lái)進(jìn)行發(fā)酵B發(fā)酵工程的產(chǎn)品主要包括微生物的代謝物、酶及菌體本身C在發(fā)酵工程的發(fā)酵環(huán)節(jié)中，發(fā)酵條件變化不僅會(huì)影響微生物的生長(zhǎng)繁殖，也會(huì)影響微生物的代謝途徑D通過(guò)發(fā)酵工程可以從微生物細(xì)胞中提取單細(xì)胞蛋白解析：選BC發(fā)酵工程及傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)都是利用微生物來(lái)進(jìn)行發(fā)酵的，A項(xiàng)錯(cuò)誤；微生物菌體即是單細(xì)胞蛋白，不需從細(xì)胞中提取，D項(xiàng)錯(cuò)誤。6如圖是發(fā)酵工程生產(chǎn)產(chǎn)品的流程簡(jiǎn)圖。據(jù)圖回答