1.3發酵工程及其應用-2選擇性必修3發酵工程在生產上有哪些重要的價值？自然選育誘變育種基因工程育種菌種選育擴大培養原料配制培養基發酵罐內發酵接種滅菌分離提純菌體代謝產物產品溫故：發酵工程的基本環節三、發酵工程的應用產物專一生產條件溫和原料來源豐富且價格低廉廢棄物對環境污染小且容易處理發酵工程的特點在食品工業上的應用在醫藥工業上的應用在農牧業上的應用在其他方面的應用發酵工程的應用1.在食品工業上的應用生產傳統發酵產品生產各種各樣的食品添加劑生產酶制劑第一：生產傳統發酵產品醬油大豆(主要原料)黑曲霉(蛋白酶)小分子肽和氨基酸淋洗、調制醬油的生產谷物或水果釀酒酵母各種酒類各種酒類的生產思考·討論：啤酒的工業化生產流程工業化生產流程如下圖發芽12焙烤3碾磨4糖化大麥水糖化罐大麥種子發芽，釋放淀粉酶。加熱殺死種子胚但不使淀粉酶失活。將干燥的麥芽碾磨成麥芽粉。淀粉水解形成糖漿。蒸煮56發酵7消毒8終止工業化生產流程如下圖產生風味組分，終止酶的進一步作用，并對糖漿滅菌。酵母菌將糖轉化為酒精和CO2殺死啤酒中的大多數微生物，延長它的保存期。過濾、調節、分裝啤酒進行出售。糖漿啤酒花過濾冷卻裝瓶裝罐儲存罐生產傳統發酵產品發芽焙烤碾磨糖化蒸煮發酵消毒終止加啤酒花冷卻接種過濾主發酵后發酵酵母菌繁殖，大部分糖分解和代謝物生成。在低溫、密閉的環境下儲存一段時間，形成澄清、成熟的啤酒。討論發芽焙烤碾磨糖化蒸煮發酵消毒終止加啤酒花冷卻接種過濾1.與傳統的手工發酵相比，啤酒發酵生產過程中，哪些工程手段使啤酒的產量和質量明顯提高？菌種的選育、對原材料的處理、發酵過程的控制、產品的消毒等，都有助于提高啤酒的產量和品質。討論2.現在市面上流行一種“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、不進行過濾和消毒處理等。應該辯證地看待這一產品。有人認為飲用“精釀”啤酒比飲用“工業”啤酒更健康,你怎么看待這個問題?“精釀”啤酒是小規模釀造產品,發酵時間長、產量低和價格高,卻依然有著市場需求,我們如何辯證地看待大規模生產與小規模制作?一方面：這類產品具有多樣化的特點，能夠滿足一些人對獨特口感的需求，或者滿足一些人的時尚追求。另一方面：這類產品是手工作坊式生產的，存在啤酒品質不穩定，價格昂貴的問題。第二：生產各種各樣的食品添加劑添加劑類型舉例酸度調節劑L-蘋果酸、檸檬酸、乳酸增味劑5`-肌苷酸二鈉、谷氨酸鈉著色劑β-胡蘿卜素、紅曲黃色素增稠劑黃原膠、β-環狀糊精、結冷膠防腐劑乳酸鏈球菌、溶菌酶添加了檸檬酸的飲料增加食品的營養延長食品的保存期改善食品的口味、色澤和品質食品添加劑的作用第三：生產酶制劑食品直接生產改進生產工藝簡化生產過程提高產品產量延長食品儲存期改善產品的品質和口味②酶制劑的作用果膠酶脂肪酶α-淀粉酶β-淀粉酶氨基酸肽酶…

…①酶制劑2.在醫藥工業上的應用各種抗生素多種氨基酸多種激素多種免疫調節劑①發酵工程生產的藥物2.在醫藥工業上的應用②基因工程、蛋白質工程與發酵工程相結合動植物的基因微生物直接改造微生物轉入微生物病原體的抗原基因轉入發酵工程藥物藥物疫苗3.在農牧業上的應用①生產微生物肥料a.微生物肥料：利用微生物在代謝過程中產生的有機酸、生物活性物質等來增進土壤肥力、改良土壤結構、促進植株生長、增強植物抗病性和抗逆性。b.常見微生物肥料：根瘤菌肥、固氮菌肥②生產微生物農藥a.微生物農藥：利用微生物或其代謝物來防治病蟲害。b.常見微生物農藥：蘇云金桿菌(Bt毒蛋白):防治80多種農林害蟲白僵菌(真菌):防治玉米螟、松毛蟲放線菌(井岡霉素):防治水稻枯紋病③生產微生物飼料a.微生物飼料：以微生物為發酵菌種，將飼料原料轉化為微生物菌體蛋白、生物活性小肽類氨基酸、微生物活性益生菌、復合酶制劑為一體的生物發酵飼料。單細胞蛋白：以淀粉或纖維素的水解液、制糖工業廢料等為原料，通過發酵獲得的大量微生物菌體。單細胞蛋白不僅含有豐富的蛋白質，還含有糖類、脂質和維生素等物質。b.常見微生物飼料：青貯飼料中添加乳酸菌，可以提高飼料品質，使飼料保鮮，動物食用后還能提高免疫力。④在其他方面的應用a.利用纖維廢料發酵生產酒精、乙烯等能源物質已取得成功。解決資源短缺與環境污染問題。b.極端微生物的利用嗜熱菌、嗜鹽菌可以用來生產洗滌劑嗜低溫菌有助于提高熱敏性產品的產量一、概念檢測與傳統發酵技術相比,發酵工程的產品種類更加豐富,產量和質量明顯提高。判斷下列相關表述是否正確。(1)發酵工程與傳統發酵技術最大的區別就是前者可以利用微生物來進行發酵。（）(2)發酵工程的產品主要包括微生物的代謝物、酶及菌體本身。（）(3)在發酵工程的發酵環節中,發酵條件變化不僅會影響微生物的生長繁殖,也會影響微生物的代謝途徑。（）(4)通過發酵工程可以從微生物細胞中提取單細胞蛋白。（）×√√×二、拓展應用1.在青霉素的發酵生產過程中,人們遇到了兩個問題。請你運用所學知識或查閱資料,并發揮想象力,提出解決這些問題的思路。(1)青霉素發酵是高耗氧過程,如何能夠保證在發酵過程中給微生物持續高效地供氧呢?(提示:血紅蛋白具有攜帶O2的能力)可以用基因工程的方法，將血紅蛋白基因轉入青霉素生產菌來提高菌體對氧的吸收和利用率。二、拓展應用1.在青霉素的發酵生產過程中,人們遇到了兩個問題。請你運用所學知識或查閱資料,并發揮想象力,提出解決這些問題的思路。(2)在發酵過程中,總有頭孢霉素產生。人們通過對青霉素生產菌代謝途徑的研究發現,在青霉素與頭孢霉素的合成過程中,它們有一個共同的前體,這個前體經過兩種不同酶的作用分別合成兩個產物。如何改造青霉素生產菌使其只生產生青霉素，或者只產生頭孢霉素呢？可以對兩種酶的基因進行改造或敲除其中一種酶的基因，從而使青霉素生產菌只生產一種產物。2、通過微生物發酵,可以將糧食(如玉米、小麥等)及各種植物纖維加工成燃料乙醇;將燃料乙醇和普通汽油按一定比例混配,就形成了目前在我國多地廣泛使用的乙醇汽油。乙醇汽油的環保性令人稱道。調查顯示,使用乙醇汽油與使用普通汽油相比,排放到空氣中的NO2、CO等均有不同程度下降。有人認為燃料乙醇“可再生”;但也有人認為,生產燃料乙醇需要消耗大量糧食,會增加糧食短缺的風險。請你嘗試通過查閱資料,評估這一風險,并說明在生產時應如何規避這風險。存在風險。在生產燃料乙醇時，為了規避這一風險，應該使用陳化糧食(如陳化的稻谷等)或者非糧食生物材料(如秸稈等)。使用陳化糧食來生產燃料乙醇，還有利于防止問題糧食流入市場。污水池中污泥樣品初選振蕩培養若干天后測定各瓶中化合物A的含量接種候選菌接種選擇接種接種固體培養基重復多次，直至獲得目的菌。1.某化工廠為了處理排出污水中的一種有害的、難以降解的有機化合物A，其研究團隊用化合物A、磷酸鹽、鎂鹽和微量元素等配制了培養基，成功地篩選出能高效降解化合物A的細菌(目的菌)。實驗的主要步驟如下圖所示，請分析回答問題。(1)在培養基中加人化合物A的目的是_________________________________,這種培養基屬于______培養基。篩選出可以降解化合物A的微生物選擇污水池中污泥樣品初選振蕩培養若干天后測定各瓶中化合物A的含量接種候選菌接種選擇接種接種固體培養基重復多次，直至獲得目的菌。1.某化工廠為了處理排出污水中的一種有害的、難以降解的有機化合物A，其研究團隊用化合物A、磷酸鹽、鎂鹽和微量元素等配制了培養基，成功地篩選出能高效降解化合物A的細菌(目的菌)。實驗的主要步驟如下圖所示，請分析回答問題。(2)培養若干天后,應選擇培養瓶中化合物A含量____________的培養液，接入新的培養液中連續培養，使目的菌的數量_________顯著降低擴增污水池中污泥樣品初選振蕩培養若干天后測定各瓶中化合物A的含量接種候選菌接種選擇接種接種固體培養基重復多次，直至獲得目的菌。1.某化工廠為了處理排出污水中的一種有害的、難以降解的有機化合物A，其研究團隊用化合物A、磷酸鹽、鎂鹽和微量元素等配制了培養基，成功地篩選出能高效降解化合物A的細菌(目的菌)。實驗的主要步驟如下圖所示，請分析回答問題。(3)若要研究目的菌的生長規律,可挑取單個菌落進行液體培養，再采用________________方法進行計數。請你預測目的菌的種群數量會發生怎樣的變化。_______細菌計數板計數S型增長污水池中污泥樣品初選振蕩培養若干天后測定各瓶中化合物A的含量接種候選菌接種選擇接種接種固體培養基重復多次，直至獲得目的菌。1.某化工廠為了處理排出污水中的一種有害的、難以降解的有機化合物A，其研究團隊用化合物A、磷酸鹽、鎂鹽和微量元素等配制了培養基，成功地篩選出能高效降解化合物A的細菌(目的菌)。實驗的主要步驟如下圖所示，請分析回答問題。(4)將目的菌用于環境保護實踐時,還有哪些問題需要解決?目的菌能否在自然環境中大量生長繁殖、是否會產生對環境有害的代謝物、降解化合物A后是否會產生二次污染等問題都需要研究清楚后，才能進行實踐。污水池中污泥樣品初選振蕩培養若干天后測定各瓶中化合物A的含量接種候選菌接種選擇接種接種固體培養基重復多次，直至獲得目的菌。1.某化工廠為了處理排出污水中的一種有害的、難以降解的有機化合物A，其研究團隊用化合物A、磷酸鹽、鎂鹽和微量元素等配制了培養基，成功地篩選出能高效降解化合物A的細菌(目的菌)。實驗的主要步驟如下圖所示，請分析回答問題。(5)有人提出,可以通過改造細菌的基因來獲得能夠降解化合物A的細菌,請分析這種方法是否可行。可行。這是后面將要學習的基因工程的基本思路。2.某個高溫日,某校三位高中學生相約去吃冰激凌，之后兩人都出現腹瀉現象，于是他們懷疑冰激凌中的大腸桿菌含量超標。老師建議他們利用學過的有關微生物培養的知識對此冰激凌進行檢測。經過一番資料查閱,他們提出了如下實驗設計思路立即去賣冰激凌的小店再買一個同樣品牌的同種冰激凌;配制伊紅一亞甲藍瓊脂培養基(該培養基可用來鑒別大腸桿菌,生長在此培養基上的大腸桿菌菌落呈深紫色,并有金屬光澤)、滅菌、倒平板;取10mL剛融化的冰激凌作為原液然后進行梯度稀釋,稀釋倍數為1×10~1x105;取每個濃度的冰激凌液各0.1mL,用涂布平板法進行接種,每個濃度涂3個平板,一共培養18個平板;在適宜溫度下培養48h,統計菌落數目。(1)請你從下面幾個角度對這三位同學的思路進行評議。①他們只打算對一個冰激凌進行檢測,理由是:兩個人吃過冰激凌后,都拉肚子了,所以再檢測一個就足以說明問題。你同意這樣的觀點嗎?為什么?立即去賣冰激凌的小店再買一個同樣品牌的同種冰激凌;配制伊紅一亞甲藍瓊脂培養基(該培養基可用來鑒別大腸桿菌,生長在此培養基上的大腸桿菌菌落呈深紫色,并有金屬光澤)、滅菌、倒平板;取10mL剛融化的冰激凌作為原液然后進行梯度稀釋,稀釋倍數為1×10~1x105;取每個濃度的冰激凌液各0.1mL,用涂布平板法進行接種,每個濃度涂3個平板,一共培養18個平板;在適宜溫度下培養48h,統計菌落數目。(1)請你從下面幾個角度對這三位同學的思路進行評議。①他們只打算對一個冰激凌進行檢測,理由是:兩個人吃過冰激凌后,都拉肚子了,所以再檢測一個就足以說明問題。你同意這樣的觀點嗎?為什么?不同意。只檢測一個冰激凌數據太少,不能排除偶然因素的影響。立即去賣冰激凌的小店再買一個同樣品牌的同種冰激凌;配制伊紅一亞甲藍瓊脂培養基(該培養基可用來鑒別大腸桿菌,生長在此培養基上的大腸桿菌菌落呈深紫色,并有金屬光澤)、滅菌、倒平板;取10mL剛融化的冰激凌作為原液然后進行梯度稀釋,稀釋倍數為1×10~1x105;取每個濃度的冰激凌液各0.1mL,用涂布平板法進行接種,每個濃度涂3個平板,一共培養18個平板;在適宜溫度下培養48h,統計菌落數目。②有沒有必要對冰激凌原液進行梯度稀釋?為什么?【提示:我國衛生部門規定了飲用水標準,1mL自來水中細菌總數不可以超過100個(37℃培養24h),1000mL自來水中大腸桿菌菌落數不能超過3個(37℃培養48h)】沒有必要。提示根據國家的標準，自來水中的大腸桿菌數目應該是非常少的。即使冰激凌中大腸桿菌數目超標了，也不可能很離譜,如果進行梯度稀釋,最后培養出來的菌落數可能不在計數要求的范圍內,從而導致結果誤差大。解答這個問題的時候,應該讓學生明白并不是所有的細菌檢測培養都需要進行梯度稀釋,而是要根據實際情況來確定培養方案。立即去賣冰激凌的小店再買一個同樣品牌的同種冰激凌;配制伊紅一亞甲藍瓊脂培養基(該培養基可用來鑒別大腸桿菌,生長在此培養基上的大腸桿菌菌落呈深紫色,并有金屬光澤)、滅菌、倒平板;