2024-2025学年高二生物人教版选择性必修3 第1章 第3节 发酵工程及其应用.docx

第3节发酵工程及其应用

[学习目标]1.掌握发酵工程的基本环节。2.理解发酵工程在农业、食品工业、医药工业及其他工业生产上有重要的应用价值。

1．发酵工程的基本环节

2．发酵罐

3．发酵工程的应用

(1)在食品工业上的应用

①生产传统的发酵产品

a．以大豆为主要原料，利用产生蛋白酶的霉菌生产酱油。

b．以谷物或水果等为原料，利用酿酒酵母发酵生产各种酒类。

②生产各种各样的食品添加剂

食品添加剂不仅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：苏云金杆菌可以用来防治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物菌体。

b．在青贮饲料中添加乳酸菌，可以提高饲料的品质，使饲料保鲜，动物食用后还能提高免疫力。

(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。

②极端微生物的利用，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。

判断正误

(1)发酵工程的中心环节是对微生物细胞本身或其代谢物进行分离、提纯()

(2)谷氨酸的发酵生产在酸性条件下容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺()

(3)现代发酵工程中所用的菌种大多是复合菌种以提高生产效率()

(4)发酵工程生产条件温和、原料来源丰富，但废弃物对环境污染很大，不易处理()

(5)生产柠檬酸需要筛选产酸量高的乳酸菌()

答案(1)×(2)√(3)×(4)×(5)×

提示(1)发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节。(3)发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种。(4)发酵工程生产条件温和、原料来源丰富，且废弃物对环境污染小，容易处理。(5)生产柠檬酸需要筛选产酸量高的黑曲霉，而不是乳酸菌。

任务：发酵工程基本环节分析及应用

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的因素：能在低成本的培养基上生长，且大量高效地合成产物；发酵条件如温度、pH、溶解氧等易控制；遗传性能稳定；抗噬菌体及杂菌污染能力强等。

2．需要控制发酵条件的原因：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。

3．在产物分离和提纯方面，与传统发酵技术相比，发酵工程的改进之处：传统发酵技术获得的产物一般不是单一组分，而是成分复杂的混合物，很多时候不会再对产物进行分离和提纯处理。在发酵工程中，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、沉淀等方法将菌体从发酵液中分离出来。如果产品是代谢物，可采用蒸馏、萃取、离子交换等方法进行提取。

4．在进行发酵生产时，排出的气体和废弃培养液等能直接排放到外界环境中吗？为什么？

提示不能；因为发酵过程可能产生一些有害物质，会污染环境。

5．与传统的手工发酵相比，在啤酒的工厂化生产中，哪些工程手段使啤酒的产量和质量明显提高？

提示菌种的选育、对原材料的处理、发酵过程的控制、产品的消毒等，都有助于提高啤酒的产量和品质。

啤酒的工业化生产流程

其中酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成都在主发酵阶段完成。主发酵结束后，发酵液还不适合饮用，要在低温、密闭的环境下储存一段时间进行后发酵，才能形成澄清、成熟的啤酒。

1．(多选)(2023·山东，20)果酒的家