第1章發(fā)酵工程第3節(jié)發(fā)酵工程及應(yīng)用課標(biāo)要求學(xué)習(xí)目標(biāo)[課標(biāo)內(nèi)容]1.發(fā)酵工程為人類提供多樣的生物產(chǎn)品。2.舉例說(shuō)明日常生活中的某些食品是運(yùn)用傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)的3.闡明發(fā)工程利用現(xiàn)代工程技術(shù)及微生物的特定功能，工業(yè)化生產(chǎn)人類所需產(chǎn)品4.

.舉例說(shuō)明發(fā)酵工程在醫(yī)藥、食品及其他工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上有重要的應(yīng)用價(jià)值[核心素養(yǎng)]生命觀念：基于啤酒生產(chǎn)過(guò)程的了解,闡明發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)科學(xué)探究：通過(guò)掌握發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié),形成模擬發(fā)酵工程的探究能力社會(huì)責(zé)任：基于發(fā)酵工程在各個(gè)方面的應(yīng)用,形成利用發(fā)酵工程解決實(shí)際問(wèn)題的社會(huì)責(zé)任[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.概述發(fā)酵工程及其基本環(huán)節(jié)2.舉例說(shuō)明發(fā)酵工程在生產(chǎn)上有重要的應(yīng)用價(jià)值[學(xué)習(xí)重點(diǎn)]發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)、發(fā)酵工程的應(yīng)用[學(xué)習(xí)難點(diǎn)]發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)課題：發(fā)酵工程及其應(yīng)用問(wèn)題探討發(fā)酵工程的應(yīng)用發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)問(wèn)題一

？發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)1.發(fā)酵工程的出現(xiàn)發(fā)酵原理的認(rèn)識(shí)純培養(yǎng)技術(shù)的建立大規(guī)模生產(chǎn)在嚴(yán)格控制的環(huán)境條件下溫度、PH、溶氧、壓強(qiáng)、營(yíng)養(yǎng)等密閉發(fā)酵罐的成功設(shè)計(jì)2.發(fā)酵罐①①②③②③流式培養(yǎng)①增加溶氧、②利于培養(yǎng)物充分利用養(yǎng)分和氧氣下進(jìn)上出調(diào)節(jié)罐壓均有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，能對(duì)發(fā)酵過(guò)程中的溫度、pH、溶氧量、罐壓、通氣量、攪拌、泡沫和營(yíng)養(yǎng)等進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，還可以進(jìn)行反饋控制，使發(fā)酵全過(guò)程處于最佳狀態(tài)。發(fā)酵罐構(gòu)造理解水和空氣都下進(jìn)上出，效率高?？諝鉃闊o(wú)菌空氣養(yǎng)料從上面加，發(fā)酵產(chǎn)物從下端流出分離攪拌可以使菌體與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)充分接觸，并增加溶氧量[思維拓展]3.發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)菌種可以在自然界選?。◤钠溥m宜生存的環(huán)境中）

可以誘變育種或基因工程育種生產(chǎn)檸檬酸就要篩選產(chǎn)酸量高的黑曲霉菌種量大易于種群的發(fā)展，采取液體培養(yǎng)一般選取繁殖快、產(chǎn)量高，性能穩(wěn)定不易變異，發(fā)酵條件要求低的高品質(zhì)菌種加速發(fā)酵過(guò)程，縮短生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)品品質(zhì)加速發(fā)酵過(guò)程，縮短生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)品品質(zhì)P22旁欄思考某鎮(zhèn)特產(chǎn)一種美酒，以下是對(duì)該鎮(zhèn)環(huán)境的描述：四面環(huán)山，地勢(shì)低洼，氣候炎熱，具有獨(dú)特的微生物種群，因?yàn)榕c外界的空氣對(duì)流循環(huán)較緩慢，所以微生物種群較穩(wěn)定。這對(duì)你理解發(fā)酵工程中菌種選育的重要性有什么啟示？菌種是影響發(fā)酵工程產(chǎn)物品質(zhì)的首要因素。2.發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)根據(jù)菌種，反復(fù)試驗(yàn)確定培養(yǎng)基配方2.發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)嚴(yán)格滅菌菌種單一，污染會(huì)導(dǎo)致減產(chǎn)加速發(fā)酵過(guò)程，縮短生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)品品質(zhì)2.發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)液體發(fā)酵用于大規(guī)模生產(chǎn)2.發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)隨時(shí)監(jiān)測(cè)微生物數(shù)量、產(chǎn)物濃度等，了解發(fā)酵狀態(tài)及時(shí)添加營(yíng)養(yǎng)嚴(yán)格控制發(fā)酵條件（如溫度、PH、溶氧量等）發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)【思考】條件控制影響微生物代謝途徑嗎？原因：環(huán)境條件不但會(huì)影響微生物生長(zhǎng)繁殖還會(huì)影響代謝產(chǎn)物的生成如：谷氨酸的發(fā)酵:在中性和弱堿性條件下會(huì)積累谷氨酸;在酸性條件下則容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。2.發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)溫度、PH、溶氧量、罐壓、通氣量、攪拌速度、泡沫、營(yíng)養(yǎng)，進(jìn)行監(jiān)測(cè)，還可以進(jìn)行反饋控制以保持發(fā)酵最佳狀態(tài)2.發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)產(chǎn)品獲?。壕w：過(guò)濾、沉淀等方法分離、干燥處理代謝物：依據(jù)產(chǎn)物性質(zhì)采取相應(yīng)方法提取、分離、純化1．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?2．怎樣對(duì)發(fā)酵條件進(jìn)行調(diào)控以滿足微生物的生長(zhǎng)需要?3.在產(chǎn)物分離和提純方面，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?4.在進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)時(shí)，排出的氣體和廢棄培養(yǎng)液等能直接排放到外界環(huán)境中嗎?為什么?在低成本的培養(yǎng)基上能迅速生長(zhǎng)繁殖;生產(chǎn)所需代謝物的產(chǎn)量高;發(fā)酵條件容易控制;菌種不易變異、退化等。要對(duì)溫度、pH、溶解氧等發(fā)酵條件進(jìn)行嚴(yán)格控制，使其最適合微生物的生長(zhǎng)繁殖，同時(shí)及時(shí)添加必要的營(yíng)養(yǎng)組分。傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)獲得的產(chǎn)物一般不是單一的組分，而是成分復(fù)雜的混合物，很多時(shí)候不會(huì)再對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行分離和提純處理，或者僅采用簡(jiǎn)單的沉淀、過(guò)濾等方法來(lái)分離和提純產(chǎn)物。發(fā)酵工程中使用的分離和提純產(chǎn)物的方法較多。在產(chǎn)物的初分離階段，常采用沉淀、萃取、膜分離、吸附和離子交換等方法;在進(jìn)一步純化階段，會(huì)采用液相層析法、結(jié)晶法等方法。發(fā)酵工程產(chǎn)物無(wú)論是代謝物還是菌體本身，都需要進(jìn)行質(zhì)量檢查，合格后才能成為正式產(chǎn)品。不能。因?yàn)樵谶M(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)時(shí)，微生物及其代謝物中都可能含有危害環(huán)境的物質(zhì)。為了減少或避免污染物的產(chǎn)生和排放，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，應(yīng)該對(duì)排出的氣體和廢棄培養(yǎng)液進(jìn)行二次清潔或滅菌處理。引起發(fā)酵罐內(nèi)培養(yǎng)液的溫度和pH變化的原因有哪些？如何處理?方法：常用冷卻水進(jìn)行溫度的調(diào)節(jié)方法：是在培養(yǎng)基中添加緩沖液，在發(fā)酵過(guò)程中加酸或堿同時(shí)及時(shí)添加必要的營(yíng)養(yǎng)組分、調(diào)控溶解氧及時(shí)調(diào)控以滿足微生物的生長(zhǎng)需求。pH：培養(yǎng)基中營(yíng)養(yǎng)成分的利用和代謝產(chǎn)物的積累。溫度：微生物分解有機(jī)物釋放的能量，機(jī)械攪拌也會(huì)引起溫度升高。

發(fā)酵工程的應(yīng)用問(wèn)題二

？?jī)?yōu)點(diǎn)：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)境污染小且容易處理①食品工業(yè)上a.生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品b.生產(chǎn)食品添加劑c.生產(chǎn)酶制劑②醫(yī)藥工業(yè)上③農(nóng)牧業(yè)上a.生產(chǎn)微生物肥料b.生產(chǎn)生物農(nóng)藥c.生產(chǎn)微生物飼料（單細(xì)胞蛋白即微生物菌體）1.發(fā)酵工程的應(yīng)用④其他方面應(yīng)用能大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用最早、最廣(1)食品工業(yè)上a.生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品1.發(fā)酵工程的應(yīng)用利用產(chǎn)生蛋白酶的霉菌（如黑曲霉)，制成的醬油;利用釀酒酵母發(fā)酵生產(chǎn)的各種酒類。發(fā)酵工程使這些產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量明顯提高。應(yīng)用最早、最廣利用霉菌發(fā)酵生產(chǎn)醬油、利用釀酒酵母生產(chǎn)各種酒類：大豆中蛋白小分子肽和氨基酸醬油黑曲霉淋洗、調(diào)制各種谷物、水果釀酒酵母各種酒類發(fā)酵工程的應(yīng)用——啤酒發(fā)酵啤酒發(fā)酵過(guò)程分為主發(fā)酵和后發(fā)酵兩個(gè)階段。（P24）主發(fā)酵階段完成酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代謝物的生成（發(fā)酵液還不適合飲用）后發(fā)酵,要在低溫、密閉的環(huán)境下儲(chǔ)存一段時(shí)間進(jìn)行，這樣才能形成澄清、成熟的啤酒中心環(huán)節(jié)后發(fā)酵主發(fā)酵發(fā)酵工程的應(yīng)用——啤酒發(fā)酵發(fā)芽12焙烤3碾磨4糖化大麥水糖化罐目的：釋放淀粉酶目的：使淀粉分解,形成糖漿（作酵母菌營(yíng)養(yǎng)）目的：將干燥的麥芽碾磨成麥芽粉。（利于酶與淀粉充分接觸）目的：加熱殺死種子胚，但不使淀粉酶失活蒸煮56發(fā)酵7消毒8終止糖漿啤酒花過(guò)濾冷卻裝瓶裝罐儲(chǔ)存罐發(fā)酵工程的應(yīng)用——啤酒發(fā)酵目的：產(chǎn)生風(fēng)味組分，終止酶的進(jìn)一步作用，并對(duì)糖漿滅菌目的：過(guò)濾、調(diào)節(jié)、分裝啤酒進(jìn)行出售目的：殺死大多數(shù)微生物，延長(zhǎng)它的保存期目的：酵母菌將糖轉(zhuǎn)化為酒精和CO2——中心環(huán)節(jié)接種大麥種子發(fā)芽目的是釋放淀粉酶焙烤目的是加熱殺死種子胚但不使淀粉酶失活（溫度不能太高）碾磨的目的是使淀粉成為粉末與淀粉酶充分接觸糖化目的是使淀粉分解,形成糖漿（作酵母菌營(yíng)養(yǎng)）蒸煮目的是產(chǎn)生風(fēng)味組分,終止酶的進(jìn)一步作用，并對(duì)糖漿滅菌。消毒目的是殺死啤酒中的大多數(shù)微生物,延長(zhǎng)它的保存期。1.與傳統(tǒng)的手工發(fā)酵相比，在啤酒的工廠化生產(chǎn)中，哪些工程手段使啤酒的產(chǎn)量和質(zhì)量明顯提高？菌種的選育、對(duì)原材料的處理、發(fā)酵過(guò)程的控制（隨時(shí)檢查培養(yǎng)液中的酵母菌數(shù)量；產(chǎn)物濃度；及時(shí)添加必需的營(yíng)養(yǎng)組分；嚴(yán)格控制發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間、pH、溶解氧含量、罐壓和攪拌速率等發(fā)酵條件）；產(chǎn)品的消毒等，都有助于提高啤酒的產(chǎn)量和品質(zhì)。2.現(xiàn)在市面上流行一種“精釀”啤酒，它的制作工藝與普通啤酒有所不同，如一般不添加食品添加劑、不進(jìn)行過(guò)濾和消毒處理等。有人認(rèn)為飲用“精釀”啤酒比飲用“工業(yè)”啤酒更健康，你怎么看待這個(gè)問(wèn)題？“精釀”啤酒是小規(guī)模釀造產(chǎn)品，發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)、產(chǎn)量低和價(jià)格高，卻依然有著市場(chǎng)需求，我們?nèi)绾无q證地看待大規(guī)模生產(chǎn)與小規(guī)模制作？應(yīng)該辯證地看待這一產(chǎn)品。一方面，這類產(chǎn)品具有多樣化的特點(diǎn)，能夠滿足一些人對(duì)獨(dú)特口感的需求，或者滿足一些人的時(shí)尚追求。另一方面,這類產(chǎn)品是手工作坊式生產(chǎn)的，存在啤酒品質(zhì)不穩(wěn)定、價(jià)格昂貴的問(wèn)題。思考·討論(1)食品工業(yè)上a.生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品b.生產(chǎn)食品添加劑c.生產(chǎn)酶制劑1.發(fā)酵工程的應(yīng)用利用產(chǎn)生蛋白酶的霉菌（如黑曲霉)，制成的醬油;利用釀酒酵母發(fā)酵生產(chǎn)的各種酒類。通過(guò)黑曲霉的發(fā)酵制得檸檬酸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。已有50多種酶制劑成功用于食品的直接生產(chǎn)、改進(jìn)生產(chǎn)工藝、簡(jiǎn)化生產(chǎn)過(guò)程、改善產(chǎn)品的品質(zhì)和口味、延長(zhǎng)食品儲(chǔ)存期和提高產(chǎn)品產(chǎn)量等方面。這些酶制劑除少數(shù)由動(dòng)植物生產(chǎn)外,絕大多數(shù)也是通過(guò)發(fā)酵工程生產(chǎn)的。果膠酶、纖維素酶——提高果酒產(chǎn)量、變澄清(2)醫(yī)藥工業(yè)上1.發(fā)酵工程的應(yīng)用青霉素的發(fā)現(xiàn)和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)推動(dòng)了發(fā)酵工程在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。之后，發(fā)酵工程逐步擴(kuò)展到了其他抗生素、多種氨基酸、激素和免疫調(diào)節(jié)劑等的生產(chǎn)領(lǐng)域。做法：改造微生物①基因工程獲得轉(zhuǎn)基因微生物②直接改造微生物（如誘變、蛋白質(zhì)工程）基因工程、蛋白質(zhì)工程等的廣泛應(yīng)用，大量生產(chǎn)和使用實(shí)例基因工程將植物或動(dòng)物的基因轉(zhuǎn)移到微生物中，獲得具有某種藥物生產(chǎn)能力的微生物將病原體的抗原基因轉(zhuǎn)入適當(dāng)?shù)奈⑸锛?xì)胞，獲得的表達(dá)產(chǎn)物作為疫苗未來(lái)：可能用微生物來(lái)生產(chǎn)過(guò)去只能從植物中分離提取的紫杉醇、青蒿素前體等化合物(3)農(nóng)牧業(yè)上a.生產(chǎn)微生物肥料b.生產(chǎn)生物農(nóng)藥c.生產(chǎn)微生物飼料1.發(fā)酵工程的應(yīng)用（單細(xì)胞蛋白即微生物菌體）微生物在代謝過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)酸、生物活性物質(zhì)等來(lái)增進(jìn)土壤肥力，改良土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)植株生長(zhǎng)常見(jiàn)的有根瘤菌肥、固氮菌肥等。有的微生物肥料還可以抑制土壤中病原微生物的生長(zhǎng)，從而減少病害的發(fā)生。與傳統(tǒng)的化學(xué)農(nóng)藥不同,微生物農(nóng)藥是利用微生物或其代謝物來(lái)防治病蟲(chóng)害的。例如,蘇云金桿菌可以用來(lái)防治80多種農(nóng)林蟲(chóng)害;利用白僵菌可以防治玉米各、松毛蟲(chóng)等蟲(chóng)害;一種放線菌產(chǎn)生的抗生素——井岡霉素可以用于防治水稻枯紋病。微生物含有豐富的蛋白質(zhì)。而且細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖速度很快。因此,許多國(guó)家以淀粉或纖維素的水解液、制糖工業(yè)的廢液等為原料，通過(guò)發(fā)酵獲得了大量的微生物菌體，即單細(xì)胞蛋白。用酵母菌等生產(chǎn)的單細(xì)胞蛋白可以作為食品添加劑;用單細(xì)胞蛋白制成的微生物飼料，能使家畜、家禽增重快，產(chǎn)奶或產(chǎn)蛋量顯著提高。另外，在青貯飼料中添加乳酸菌，可以提高飼料的品質(zhì)，使飼料保鮮，動(dòng)物食用后還能提高免疫力。屬于生物防治(4)其他方面應(yīng)用1.發(fā)酵工程的應(yīng)用極端微生物的利用。在助力解決糧食、環(huán)境、健康和能源等方面的重大問(wèn)題上，作出了越來(lái)越大的貢獻(xiàn)。對(duì)解決資源短缺與環(huán)境污染問(wèn)題具有重要意義。隨著對(duì)纖維素水解研究的不斷深入，利用纖維廢料發(fā)酵生產(chǎn)酒精、乙烯等能源物質(zhì)已取得成功。例如，嗜熱菌、嗜鹽菌可以用來(lái)生產(chǎn)洗滌劑,嗜低溫菌有助于提高熱敏性產(chǎn)品的產(chǎn)量。1.

下列關(guān)于發(fā)酵工程的敘述，正確的是（）

A.篩選出高產(chǎn)檸檬酸的黑曲霉菌種后可直接接種到發(fā)酵罐中進(jìn)