高中生物《发酵工程及其应用》微课精讲+知识点+课件教案习题

↓重点知识：1.发酵工程:是根据生物学,化学和工程学的原理进行工业规划的经营和开发微生物,动植物细胞及其亚细胞组分,进而利用生物体所具有的功能元件来提供商品而服务于社会的一门综合性科学技术.2.发酵动力学:研究微生物生长,产物合成,底物消耗之间动态定量关系,定量描述微生物生长和产物形成的过程.3.生物反应过程特点：①发酵原料的选择和预处理②菌种的选育和扩大培养③微生物发酵和控制④产品的分离和纯化发酵工程知识点：1、菌种培育由于从自然界分离的菌种不一定能满足生产的要求，因此必须对菌种进行改造，如何改造培育优良菌种呢？第一，生产微生物直接合成的产物，即微生物的天然产品，如抗生素、氨基酸等，先从自然界分离出相应的菌种，再用物理或化学的方法进行诱变育种，从中筛选出产量高的菌株用于生产。

例如生产用青霉菌的培育过程。

第二，生产微生物不能合成的产物，如人的生长激素、胰岛素等产品，则用细胞工程、基因工程对微生物的遗传特性进行定向的改造，构建工程菌来达到生产相应产品的目的。

例如单克隆抗体、白细胞介素—2、抗血友病因子的生产。

2、两次培养发酵工程的几个环节中有两次对微生物进行培养，第一次是对菌种的扩大培养，第二次是发酵生产产品过程时的培养。

它们有何区别呢？第一，两次培养的目的不同。

扩大培养是为了让菌种在短时间内快速繁殖，以便得到大量的菌种用于生产。

而发酵过程的培养是为了获得生物产品、单细胞蛋白或者是发酵产物。

第二，两次培养的条件不相同。

例如：酒精发酵，扩大培养要在有氧的条件下进行，让酵母菌进行有氧呼吸，获得的能量多，短时间内大量繁殖使自己在培养基中成为优势种群，发酵过程的培养要在厌氧的条件下进行才能产生酒精；又如谷氨酸发酵，谷氨酸棒状杆菌扩大培养要求C：N＝4：1，菌体大量繁殖，发酵过程的培养C：N＝3：1才能大量合成谷氨酸。

3、菌体生长规律研究微生物的生长规律是为发酵提供理论依据，是将少量的单一菌种接种到恒定容积的液体培养基中，在适宜条件下培养并定期取样测定菌体的群体生长规律，由于营养物质有限，菌体生长有调整期、对数期、稳定期、衰亡期四个阶段。

但是发酵工程的发酵阶段是为了最大限度地得到产品，要进行连续培养，所以只有调整期、对数期、稳定期三个阶段，没有衰亡期。

精品课件：教案：一、发酵工程的基本环节发酵工程一般包括菌种的选育，扩大培养，培养基的配制、灭菌，接种，发酵，产品分离、提纯等方面。

1．选育菌种：性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得。

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反复试验才能确定。

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，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。

5．接种：扩大培养的菌种和灭菌后的培养基加入发酵罐中。

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。

6．发酵罐内发酵：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组分，要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件。

7．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、沉淀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提取、分离和纯化措施来获得产品。

二、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，如酱油、各种酒类。

(2)生产各种各样的食品添加剂，如通过黑曲霉发酵制得的柠檬酸，由谷氨酸棒状杆菌发酵生产味精。

(3)生产酶制剂，如α淀粉酶、β淀粉酶、脂肪酶等。

2．在医药工业上的应用基因工程、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(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，常见的有根瘤菌肥、固氮菌肥等。

(2)生产微生物农药。

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。

(3)生产微生物饲料。

微生物含有丰富的蛋白质。

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，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。

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、健康和能源等方面的重大问题上，作出了越来越大的贡献。

判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)1．发酵工程利用的菌种都是从自然界中筛选出来的。

(×)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。

2．发酵工程的中心环节是选育菌种。

(×)提示：发酵工程的中心环节是发酵罐内发酵的过程。

3．发酵工程中要对培养基进行灭菌，发酵设备不用灭菌。

(×)提示：培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。

4．利用微生物农药防治农林虫害属于化学防治。

(×)提示：利用微生物农药防治农林虫害属于生物防治。

5．微生物饲料主要是利用发酵工程生产的微生物的菌体。

(√)发酵工程中发酵条件的控制1．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。

2．由于微生物发酵是多达数十步甚至数百步的生物化学反应，其过程远比化学反应过程复杂，往往环境条件的微小变化，就会对微生物的生产能力产生明显影响。

所以，为了控制整个发酵过程，必须了解微生物在发酵过程中的代谢变化规律，这是通过各种检测方法，测定各种发酵参数如细胞浓度、碳氮源等物质的消耗、产物浓度等随时间变化的情况，以便能够控制发酵过程，使生产菌种的生产能力得到充分发挥。

应用实践：(1)利用酵母菌进行酒精发酵过程中为什么要“先通气后密封”？提示：“通气”的目的是使酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖，“密封”的目的是使酵母菌进行酒精发酵产生酒精。

(2)啤酒生产中，发酵是重要环节，发酵后期，如果密封不严，会使啤酒变酸，你知道这是发生了什么变化吗？提示：醋酸菌是一种好氧菌，若发酵罐密封不严，酒精就会在醋酸菌的作用下被氧化产生乙醛，最后变为醋酸。

1．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．可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度来决定何时终止发酵B[果酒发酵的适宜温度为18～25 ℃，因此夏季生产果酒时，常需对罐体进行降温处理，A正确；乙醇是酵母菌无氧呼吸的产物，因此分解过程中不需要通入空气，B错误；无氧呼吸产生了二氧化碳，但是没有消耗氧气，因此发酵罐中的气压不会低于大气压，C正确；葡萄酒发酵的原料是糖类，因此可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度来决定何时终止发酵，D正确。

] 2．发酵工程在工业生产上得到广泛应用，其生产流程如下图所示。

结合赖氨酸或谷氨酸的生产实际，回答相关问题。

(1)图中①表示的育种方法是________________。

(2)人工控制微生物代谢的措施包括________和________。

(3)在赖氨酸或谷氨酸发酵过程中，产物源源不断地产生，这说明该生产采用了________的发酵方式。

在生产过程中，常需增加通氧量，因此判断赖氨酸或谷氨酸发酵菌种为________菌。

(4)当发酵生产的产品是代谢产物时，还要采用________等分离提纯的方法进行提取。

[解析]基因工程、细胞工程和诱变育种是发酵工程菌种的来源。

控制微生物代谢的措施包括两个方面：一方面是改变微生物的遗传特性，另一方面是控制微生物的生长繁殖条件。

在发酵生产中，产物源源不断地产生，因此发酵过程是连续的。

发酵生产的产品是代谢产物，分离提取产物的方法有萃取、蒸馏和离子交换等。

[答案](1)诱变育种(2)改变微生物遗传特性控制生产过程中的各种条件(3)连续培养好氧(4)萃取(或蒸馏或离子交换等)发酵工程的应用发酵工程的应用应用实践：1.微生物肥料使作物增产的原理是什么？提示：微生物在代谢过程中产生的有机酸、生物活性物质能增进土壤肥力、改良土壤结构，促进植物生长。

2．微生物农药防治农林害虫的原理是什么？提示：微生物农药是利用微生物或其代谢产物来防治病虫害的。

关于发酵工程应用的说法错误的是()A．发酵工程的产品可以是微生物的代谢产物B．通过发酵工程可以从微生物中提取一些酶C．通过发酵工程可以从微生物中提取单细胞蛋白D．发酵工程的产品可以是微生物的菌体C[单细胞蛋白是通过发酵工程获得的微生物菌体，而不是从微生物中提取单细胞蛋白。

][课堂小结]1．关于发酵工程说法错误的是()A．依赖微生物纯培养技术的建立B．发酵设备都是密封的C．食品、医药工业离不开发酵工程D．发酵工程与工农业生产也有密切关系B[发酵设备是密闭的，不是密封的。

]2．关于发酵工程的菌种说法错误的是()A．发酵工程的菌种可以从自然界中筛选出来B．发酵工程可以利用原材料中含有的菌种C．发酵工程的菌种可以来自基因工程D．发酵工程的菌种可以来自诱变育种B[传统发酵技术利用的是原材料中的菌种，发酵工程利用的是经过筛选或培育的菌种中含有。

] 3．关于啤酒生产的流程说法错误的是()A．让大麦种子发芽的目的是释放淀粉酶B．焙烤发芽的大麦种子时，淀粉酶丧失活性C．糖化的目的是让淀粉分解D．蒸煮时终止了酶的作用，并对糖浆进行灭菌B[焙烤发芽的大麦种子是杀死大麦种子，但不能使淀粉酶丧失活性。

]4．啤酒是发酵工程的主要产品，关于啤酒发酵的说法错误的是()A．啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的B．酵母菌的大量繁殖在啤酒发酵主发酵阶段C．啤酒生产的主发酵阶段酵母菌主要进行有氧呼吸D．啤酒生产的后发酵阶段是在低温度和密闭环境下进行的C[啤酒生产的主发酵阶段，大部分糖分解和代谢产物生成，此时酵母菌主要进行无氧呼吸。

]5．发酵法生产酒精后的废液(pH 4.3)含有大量有机物，可用于培养、获得白地霉菌体，生产高蛋白饲料。