人教版高中生物学选择性必修3生物技术与工程精品课件 第1章 发酵工程 第3节 发酵工程及其应用 (2).ppt

2.在医药工业上的应用(1)利用发酵工程可以生产抗生素、多种氨基酸、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.在农牧业上的应用第一,生产微生物肥料。常见的有根瘤菌肥、固氮菌肥等。第二,生产微生物农药。与传统的化学农药不同,微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害的。微生物农药作为生物防治的重要手段,将在农业的可持续发展方面发挥越来越重要的作用。第三,生产微生物饲料,如单细胞蛋白。4.在其他方面的应用(1)利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质已取得成功。2022年,我国科学家通过电催化结合发酵的方式,用CO2合成了葡萄糖和脂肪酸。像这样的CO2资源化利用,将助力我国实现碳达峰、碳中和。(2)自然界中还存在着一定数量的极端微生物,其中一些极端微生物已应用于生产实践。例如,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。(3)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。合作探究释疑解惑[问题引领]知识点一发酵工程的基本环节1.发酵工程所用的菌种大多是纯种,整个发酵过程中不能混入杂菌。这是为什么呢?请举例说明。提示:在发酵过程中如果混入其他微生物,将与发酵所需的菌种形成竞争关系,对发酵过程造成不良影响。如果在谷氨酸发酵过程中混入放线菌,放线菌分泌的抗生素会使大量的谷氨酸棒状杆菌死亡。如果在青霉素生产过程中混入了杂菌,某些杂菌可能会分泌青霉素酶,将青霉素分解掉。2.现代发酵工程和传统发酵技术所用菌种的来源有什么差异?提示:传统发酵技术用的菌种一般是原材料中天然存在的多种菌种,而现代发酵工程用的菌种是通过微生物培养技术获得的单一菌种。3.扩大培养与发酵生产过程中的培养有何不同?提示:扩大培养是为了让菌体在短时期内快速增殖,而发酵过程中的培养一般是为了获得代谢物。目的不同采用的培养条件就有可能不同。例如,在酒精发酵过程中,扩大培养是为了促使酵母菌快速增殖,因此是在有氧条件下进行的。而发酵产生酒精的过程必须在无氧条件下进行,以获得大量的酒精。4.与化工生产相比,为什么发酵工程的生产条件比较温和?提示:发酵是利用微生物的代谢将原料进行转化,而微生物细胞代谢是在常温常压条件下进行的,因此发酵工程的生产条件比较温和。[归纳提升]1.选择发酵工程用的菌种时需要考虑的因素(1)原料廉价、生产迅速、目的产物产量高。(2)易于控制培养条件,酶活性高,发酵周期较短。(3)抗杂菌和噬菌体的能力强。(4)菌种遗传性能稳定,不易变异和退化,不产生任何有害的生物活性物质和毒素,保证安全生产。2.发酵过程的控制: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成分,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。3.产物的分离和提纯: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。[典型例题]图1为谷氨酸发酵装置示意图,图2为谷氨酸产生机理图。据图分析,下列对谷氨酸发酵的叙述,正确的是()A.菌体是异养厌氧型微生物B.在酸性条件下更易积累谷氨酸C.谷氨酸的形成与搅拌速度无关D.提高产物产量的关键是改变菌体膜的通透性答案:D解析:由图1装置可知,发酵过程需通入无菌空气,因此谷氨酸发酵的菌体为异养需氧型微生物,A项错误。谷氨酸发酵生产过程中,在中性和弱碱性条件下更易积累谷氨酸,B项错误。谷氨酸发酵的菌体为需氧型,搅拌可以增加溶解氧的量,故谷氨酸的形成与搅拌速度有关,C项错误。由图2可知,当谷氨酸过量时,会抑制谷氨酸脱氢酶的活性,导致谷氨酸的合成量减少,若细胞膜的通透性好,则有利于代谢物及时排出,避免谷氨酸对谷氨酸脱氢酶活性的抑制,从而提高产物产量,D项正确。[问题引领]知识点二发酵工程的应用1.发酵工程的应用主要有哪些方面?提示:发酵工程的应用主要体现在四个方面:①在食品工业上的应用;②在医药工业上的应用;③在农牧业上的应用;④在其他方面的应用。2.发酵工程在农牧业上的应用主要体现在哪几个方面?提示:①生产微生