【生物】发酵工程及其应用课件-2023-2024学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3.pptx

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1、第3节发酵工程及其应用本节聚焦:l什么是发酵工程？l发酵工程的一般流程是什么？l发酵工程在生产上有哪些重要的价值？第一章发酵工程早期1瓶规格大概20万单位的青霉素最高卖到如今1瓶规格160万单位的青霉素注射剂一元？青霉素实现手段：发酵工程发酵工程的概念（课本P1）指指利利用用微微生生物物的的特特定定功功能能，通通过过现现代代工工程程技技术术，规规模模化化生产生产对人类有用的对人类有用的产品产品。对发酵原理的认识微生物纯培养技术建立密闭式发酵罐设计成功严格控制环境条件(温度、pH、溶解氧、压强、营养物、泡沫等)大规模生产发酵产品现代化工程技术微生物的特定功能【情境创设】在工业上，如何通过发酵工程

2、生产高产青霉素选育菌种扩大培养配制培养基灭菌接种发酵罐内发酵分离、提纯产物获得产品【任务】1、优良菌种的来源?2、扩大培养的目的是什么？3、培养基配制的要求？在生产实践中如何确定最优培养基？4、要对什么进行灭菌？为什么要进行灭菌？5、发酵工程的核心环节是什么？需要用到什么设备？6、发酵过程中需要注意哪些操作？7、发酵的产品是什么？如何从发酵夜中分离？一、发酵工程的基本环节选育菌种扩大培养配制培养基灭菌接种发酵罐内发酵分离、提纯产物获得产品1 1、目的：、目的：获得获得性状优良的菌种性状优良的菌种优良的菌种具有健壮，不易退化，其发酵产品的产量高、质量稳定等优点，它往往还会赋予发酵产品独特的风味菌

3、种选育环节是发酵工程的首要条件微生物菌种资源丰富，选择发酵工程用的菌种时，需要考虑因素：繁殖快、代谢旺盛、代谢产物多繁殖快、代谢旺盛、代谢产物多对营养物质的要求低，低成本培养对营养物质的要求低，低成本培养发酵条件容易控制发酵条件容易控制菌种不易变异、退化等菌种不易变异、退化等一、发酵工程的基本环节选育菌种扩大培养配制培养基灭菌接种发酵罐内发酵分离、提纯产物获得产品1 1、目的：、目的：获得获得性状优良的菌种性状优良的菌种2 2、来源、来源从自然界中筛选诱变育种基因工程育种例：生产柠檬酸就需要筛选产酸量高的黑曲霉。例：使用基因工程改造的啤酒酵母生产啤酒。例：通过不断诱变选育，得到青霉素产量高的菌

4、株。（常规菌）工程菌一、发酵工程的基本环节选育菌种扩大培养配制培养基灭菌接种发酵罐内发酵分离、提纯产物获得产品【扩大培养】【扩大培养】获得更多的菌种。工业发酵罐的体积一般为几十到几百立方米，接入的菌种总体积需要几立方米到几十立方米。目的：将培养到增长速率最快时期的菌体分开培养一、发酵工程的基本环节选育菌种扩大培养配制培养基灭菌接种发酵罐内发酵分离、提纯产物获得产品【配制培养基】【配制培养基】要求：菌种能大量生产目的产物，所用原料廉价且易于获得。营养物质满足微生物的需要，浓度及配比恰当，物理、化学条件适宜等。原则：注意：注意：经过反复试验才能大规模应用。液体培养基配制的培养基：包括微生物生长所需

5、的碳源、氮源、水、无机盐及特殊营养要求。一、发酵工程的基本环节选育菌种扩大培养配制培养基灭菌接种发酵罐内发酵分离、提纯产物获得产品【灭菌】【灭菌】对象：对象：原因：原因：种间竞争杂菌的代谢物抑制菌种生长防止杂菌污染，导致产量下降例、在例、在青霉素生产过程中如青霉素生产过程中如果果污染了杂菌污染了杂菌，杂菌分泌，杂菌分泌青青霉素酶霉素酶就会将就会将青霉素分解青霉素分解掉。掉。培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。对通入的空气进行灭菌，对生产环境需进行消毒处理。一、发酵工程的基本环节选育菌种扩大培养配制培养基灭菌接种发酵罐内发酵分离、提纯产物获得产品将扩大培养后的菌种投放到发酵罐中电动机发酵液冷却

6、夹层生物传感器pH计冷却水排出口培养物或营养物质的加入口观察孔温度传感器和控制装置阀门放料管搅拌叶轮空气入口排气管取样管冷却水进入口抽取样本进行检测调节罐压控制冷水流速调节罐温控制溶解氧含量使微生物与发酵液混合均匀，加快O2溶解以及散热【发酵装置】发酵罐一、发酵工程的基本环节选育菌种扩大培养配制培养基灭菌接种发酵罐内发酵分离、提纯产物获得产品【发酵罐内发酵】中心环节要在发酵过程中随时取样，检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程；及时添加必需的营养物质组分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发酵产物；严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等发酵条件谷氨酸发酵中性弱碱性谷氨酸谷

7、氨酰胺、N-乙酰谷氨酰胺酸性原因：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。一、发酵工程的基本环节选育菌种扩大培养配制培养基灭菌接种发酵罐内发酵分离、提纯产物获得产品【发酵罐内发酵】检测控制还可以进行反馈控制，使发酵全过程处于最佳状态。温度pH溶解氧灌压搅拌泡沫营养通气量发酵过程中使用大型发酵罐均有计算机控制系统。一、发酵工程的基本环节【发酵罐内发酵】温度控制发酵前期菌量少，发酵目的是要尽快达到大量的菌体，采用菌量少，发酵目的是要尽快达到大量的菌体，采用稍稍高的温度高的温度，能促进菌的呼吸与代谢，使菌体生长迅速。，能促进菌的呼吸与代谢，使菌体生长迅速。发酵中期菌量已达到

8、最适，适当菌量已达到最适，适当降低温度降低温度，延长发酵时间，提高产量。延长发酵时间，提高产量。发酵后期产物合成能力降低，延长发酵时间没有必产物合成能力降低，延长发酵时间没有必要，可要，可提高发酵温度提高发酵温度，刺激产物释放。，刺激产物释放。一、发酵工程的基本环节【发酵罐内发酵】pH控 制方法直接加入酸或碱加入缓冲剂（磷酸盐）进行补料（补充营养组分）尿素（pH下降）搅拌叶轮加快O2的溶解以及散热。空气入口控制溶解氧含量溶解氧控制氧气供需调节的根本目的是满足微生物生长和代谢的各阶段对发酵液溶解氧浓度的需求。溶解氧调控的主要手段：通风和搅拌一、发酵工程的基本环节选育菌种扩大培养配制培养基灭菌接种

9、发酵罐内发酵分离、提纯产物获得产品 发酵产品是发酵产品是微生物细胞本身微生物细胞本身 发酵产品是发酵产品是代谢物代谢物根据产物性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品。过滤、沉淀发酵液菌体分离、干燥产品发酵液预处理细胞分离细胞破碎细胞破碎分离初步纯化高度纯化成品加工胞外产物发酵产品检验合格、才能上市产品类型产品类型主要产物主要产物微生物微生物菌体细胞菌体细胞 酵母菌、食用菌、微生物农药微生物微生物酶类酶类各种酶、酶制剂和各种曲类微生物微生物代谢产物代谢产物初级代谢产物，如氨基酸、有机酸、有机溶剂、核苷酸、蛋白质、核酸和维生素；次级代谢产物，如抗生素、生物碱和植物激素类似物微生物微生物转化产

10、物转化产物利用微生物代谢过程中的某种酶或酶系，将一种化合物转化成含有特殊功能基团的产物。例如，将甘油转化为二羟基丙酮，将葡萄糖转化为葡萄糖酸，将甾体转化成甾体激素工程菌工程菌发酵产物发酵产物通过基因工程和细胞工程创造出许多具有特殊功能的“工程菌”，用发酵技术生产更多更好的产品，发挥更大的经济效益动植物细胞的产物动植物细胞的产物通过大规模培养木瓜细胞，生产木瓜蛋白酶；利用植物细胞培养技术生产天然食用色素等发酵工程产品的主要类型讨论4：不能。不能。因为在进行发酵生产时，微生物及其代谢物中都可能含因为在进行发酵生产时，微生物及其代谢物中都可能含有危害环境的物质。为了有危害环境的物质。为了避免污染环境

11、避免污染环境，实现清洁生产，实现清洁生产,应该对应该对排出的气体和废弃培养液进行排出的气体和废弃培养液进行二次清洁二次清洁或或灭菌处理灭菌处理。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？讨论2、怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？要对温度、要对温度、pHpH、溶解氧等、溶解氧等发酵条件发酵条件进行严格控制，使其最适合进行严格控制，使其最适合微生物的生长繁殖，同时及时添加必要的微生物的生长繁殖，同时及时添加必要的营养组分营养组分。一、发酵工程的基本环节发酵工程传统发酵技术不同点菌种通过微生物技术筛选或其它技术生产的优良菌种，大多是菌种原材料中天然存在的

12、菌种发酵方式发酵为主固体发酵或_发酵为主对发酵条件的控制严格_操作，防止杂菌污染。通过技术对发酵条件精确地控制，使发酵条件处于最佳状态。不是无菌操作，容易受到污染。对发酵条件不能严格控制，易受_影响。生产规模和产品生产规模大，实现了工业化生产。原料来源丰富，成本_，产物_，产量_。通常是或作坊式的，产量低。生产往往受和原料限制。产品风味品种比较_，质量。产品处理纯培养纯培养单一混合液体半固体无菌现代工程杂菌外界条件低多样高家庭式季节单一不稳定分离和提纯产物的方法较多分离和提纯产物的方法较多。最后需要进行最后需要进行_质量检查质量检查不会再对产物进行分离和提纯不会再对产物进行分离和提纯处理，或仅

13、采用处理，或仅采用简单沉淀、过简单沉淀、过滤滤等方法来分离和提纯产物。等方法来分离和提纯产物。【习题巩固】如图为通过谷氨酸棒状杆菌(一种好氧细菌)发酵获得谷氨酸的装置图。(1)图中3、6处是发酵罐夹层中水的进口和出口，水在发酵罐夹层流动的作用是_。(2)谷氨酸发酵过程中，当培养液呈_时，会积累谷氨酸；当培养液呈_时，易形成_。(3)如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后，采用_(填“过滤、沉淀”或“提取、分离”)等方法获得产品。(4)图中5的作用是_。冷却(或降温)中性或弱碱性酸性谷氨酰胺和N乙酰谷氨酰胺过滤、沉淀使微生物与发酵液混合均匀，加快氧气的溶解以及散热选育菌种扩大培养接种灭菌

14、配制培养基发酵罐内发酵分离、提纯产物获得产品代谢物：适当的提取、分离和纯化措施微生物细胞本身：过滤、沉淀随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等地位：中心环节及时添加必需的营养组分严格控制温度、pH、溶解氧等发酵条件监控目的：防止杂菌污染对象：培养基和发酵设备营养构成：水、无机盐、碳源、氮源等方法从自然界中筛选的优良菌种通过诱变育种或基因工程育种获得【小结】目的：增加菌种数量一、发酵工程的基本环节1.发酵工程的正确操作过程是发酵培养基的配制灭菌产品的分离与提纯菌种的选育接种扩大培养A.B.C.D.2.下列关于微生物发酵过程的说法，正确的是A.菌种选育是发酵工程的中心环节B.只要不断地向发酵罐中

15、通入液体培养基，就能保证发酵的正常进行C.在发酵过程中，要严格控制温度、pH、溶氧、通气量与转速等发酵条件，否则会影响菌种代谢产物的形成D.在发酵工程的发酵环节中，发酵条件会影响微生物的生长繁殖，但是不影响微生物的代谢途径3.某高校采用如图所示的发酵罐进行葡萄酒发酵过程的研究。下列叙述正确的是A.为加快发酵速度，应使发酵液保持35 的恒温B.给发酵罐适时排气，后期可缩短排气间隔时间C.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.若定期对培养液中酵母菌进行计数，只能采用稀释涂布平板法二、发酵工程的二、发酵工程的应用应用产物专一生产条件温和原料来源丰富且价格低廉废弃物对环境污染小且容易

16、处理发酵工程的特点发酵工程的特点在在食品食品工业工业在在医药医药工业工业在在农牧农牧业业在其他方面在其他方面发酵工程的应用发酵工程的应用二、发酵工程的二、发酵工程的应用应用思考讨论：啤酒的工业化生产流程1、啤酒发酵的主要原料和微生物？2、啤酒发酵的过程可以分为哪几个阶段，分别进行完成哪些重要过程？3、影响啤酒品种和口味的因素有哪些？4、啤酒工业化的生产流程？啤酒的工业化生产流程啤酒的工业化生产流程啤酒的工业化生产流程啤酒的工业化生产流程啤酒的工业化生产流程啤酒的工业化生产流程啤酒的工业化生产流程啤酒的工业化生产流程啤酒的工业化生产流程啤酒的工业化生产流程啤酒的工业化生产流程啤酒的工业化生产流程

17、发芽12焙烤3碾磨4糖化大麦水糖化罐大麦种子发芽，释放淀粉酶终止麦芽生长，减少有机物消耗保留营养物质将干燥的麦芽碾磨成麦芽粉淀粉水解形成糖浆二、发酵工程的二、发酵工程的应用应用加热杀死种子胚不使淀粉酶失活增大接触面积，便于糖化二、发酵工程的二、发酵工程的应用应用蒸煮56发酵7消毒8终止产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌酵母菌将糖转化为酒精和CO2杀死啤酒中的大多数微生物，延长它的保存期过滤、调节、分装啤酒进行出售糖浆啤酒花过滤冷却装瓶 装罐储存罐啤酒的工业化生产流程啤酒的工业化生产流程啤酒的工业化生产流程啤酒的工业化生产流程啤酒的工业化生产流程啤酒的工业化生产流程啤酒的工业化生产流

18、程啤酒的工业化生产流程啤酒的工业化生产流程啤酒的工业化生产流程啤酒的工业化生产流程啤酒的工业化生产流程先通气，后密闭二、发酵工程的二、发酵工程的应用应用发芽焙烤碾磨糖化蒸煮发酵消毒终止主发酵后发酵在低温、密闭的环境下储存一段时间，形成澄清、成熟的啤酒思考讨论：啤酒的工业化生产流程加啤酒花冷却接种过滤与传统的手工发酵相比，在上面啤酒的发酵生产过程中，哪些工程手段使与传统的手工发酵相比，在上面啤酒的发酵生产过程中，哪些工程手段使啤酒的产量和质量明显提高啤酒的产量和质量明显提高?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。酵母菌繁殖大部分糖的分解代谢物的生

19、成二、发酵工程的二、发酵工程的应用应用类别类别“精酿精酿”啤酒啤酒“工业工业”啤酒啤酒原料食品添加剂麦芽汁浓度发酵时间特点只使用麦芽、啤酒花、酵母菌和水麦芽、啤酒花、酵母菌、水、大米、玉米、淀粉等不添加添加较高，口味浓郁较低，口味清淡长，可达2个月短，通常7天左右产量低、价格高产量高、价格低“精酿”啤酒与“工业”啤酒的区别2.2.现在市面上流行一种现在市面上流行一种“精酿精酿”啤酒啤酒，它的制作工艺与普通啤酒有所，它的制作工艺与普通啤酒有所不同，如一般不同，如一般不添加食品添加剂、不进行过滤和消毒处理不添加食品添加剂、不进行过滤和消毒处理等。有人认为等。有人认为饮用饮用“精酿精酿”啤酒比饮用啤

20、酒比饮用“工业工业”啤酒更健康，你怎么看待这个问题？啤酒更健康，你怎么看待这个问题？“精酿精酿”啤酒是啤酒是小规模酿造产品，发酵时间长、产量低和价格高小规模酿造产品，发酵时间长、产量低和价格高，却，却依然有着市场需求，我们如何辩证地看待大规模生产与小规模制作？依然有着市场需求，我们如何辩证地看待大规模生产与小规模制作？【讨论】课本【讨论】课本P25P25应该辩证地看待这一产品。一方面，这类产品具有多样化的特点，能够满足一些人对独特口感的需求，或者满足一些人的时尚追求另一方面，这类产品是手工作坊式生产的，存在啤酒品质不稳定、价格昂贵的问题。二、发酵工程的二、发酵工程的应用应用1.1.在食品工业上

21、的应用在食品工业上的应用1.1.在在食品食品工业上的应用工业上的应用（1 1）生产）生产传统发酵产品传统发酵产品酱油酱油大豆大豆(主要原料主要原料)黑曲霉黑曲霉(蛋白酶蛋白酶)小分子肽小分子肽和氨基酸和氨基酸淋洗、调制淋洗、调制酱油的生产酱油的生产谷物或水果谷物或水果酿酒酵母酿酒酵母各种各种酒类酒类各种酒类的生产各种酒类的生产优点：产品的产量和质量明显提高二、发酵工程的二、发酵工程的应用应用1.1.在食品工业上的应用在食品工业上的应用1.1.在在食品食品工业上的应用工业上的应用（2）生产食品添加剂利用黑曲霉发酵生产柠檬酸利用谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸，经处理制成味精添加剂类型添加剂类型举例举

22、例酸度调节剂酸度调节剂L-L-苹果酸、柠檬酸、乳酸苹果酸、柠檬酸、乳酸增味剂增味剂5-5-肌苷酸二钠、谷氨酸钠肌苷酸二钠、谷氨酸钠着色剂着色剂-胡萝卜素、红曲黄色素胡萝卜素、红曲黄色素增稠剂增稠剂黄原胶、黄原胶、-环状糊精、结冷胶环状糊精、结冷胶防腐剂防腐剂乳酸链球菌素、溶菌酶乳酸链球菌素、溶菌酶增加食品的增加食品的营养营养延长食品的延长食品的保存期保存期改善食品的改善食品的口味、口味、色泽和品质色泽和品质实例:二、发酵工程的二、发酵工程的应用应用1.1.在食品工业上的应用在食品工业上的应用1.1.在在食品食品工业上的应用工业上的应用（3）生产酶制剂食品直接生产食品直接生产改进生产工艺改进生产

23、工艺简化生产过程简化生产过程提高产品产量提高产品产量延长食品储存期延长食品储存期改善产品的品质和口味改善产品的品质和口味酶制剂的作用果胶酶果胶酶脂肪酶脂肪酶-淀粉酶淀粉酶-淀粉酶淀粉酶氨基酸肽酶氨基酸肽酶 酶制剂概念：酶经过提纯、加工后的具有催化功能的生物制品。来源：大多数通过发酵工程生产少数由动植物生产二、发酵工程的二、发酵工程的应用应用2.2.在在医药医药工业上的应用工业上的应用第1：采用基因工程的方法，将植物或动物的基因转移到微生物中，获得具有某种药物生产能力的微生物（工程菌）。生长激素释放抑制激素能够抑制生长激素的不适宜分泌，可用于治疗肢端肥大症。如何获取羊脑中50万个羊脑才能提取5m

24、g。基因改造的微生物发酵7.5L培养液中就能得到5mg肢端肥大症二、发酵工程的二、发酵工程的应用应用2.2.在在医药医药工业上的应用工业上的应用第2：直接对菌种进行改造，再通过发酵技术大量生产所需要的产品。第3：利用基因工程，将病原体的某个或某几个抗原基因转入适当的微生物细胞，获得的表达产物就可以作为疫苗使用。一种生产乙型肝炎疫苗的方法就是将乙型肝炎病毒的抗原基因转入酵母菌，再通过发酵生产。乙肝疫苗青霉素利用诱变育种筛选出的高产青霉菌发酵生产青霉素，用于治疗脑膜炎、骨髓炎、肺炎等。二、发酵工程的二、发酵工程的应用应用2.2.在在医药医药工业上的应用工业上的应用与基因工程、蛋白质工程相结合动植物

25、的基因微生物直接改造微生物转入微生物病原体的抗原基因转入发酵工程药物药物疫苗各种抗生素各种抗生素多种氨基酸多种氨基酸多种激素多种激素多种免疫调节剂多种免疫调节剂二、发酵工程的二、发酵工程的应用应用3.3.在在农业农业工业上的应用工业上的应用从自然界选育出优良菌株，再通过发酵工程大规模发酵生产制成的活菌或其代谢物产品等正应用于现代农牧业的很多方面。二、发酵工程的二、发酵工程的应用应用3.3.在在农业农业工业上的应用工业上的应用（1）生产微生物肥料微生物肥料：常见微生物肥料：微生物代谢有机酸生物活性物质等增进土壤肥力改良土壤结构促进植株生长微生物抑制土壤中病原微生物的生长，减少病害发生。根瘤菌肥、

26、固氮菌肥等二、发酵工程的二、发酵工程的应用应用3.3.在在农业农业工业上的应用工业上的应用（2）生产微生物农药生物防治利用微生物或其代谢物来防治病虫害苏云金杆菌Bt毒蛋白防治80多种农林虫害；白僵菌防治玉米螟、松毛虫等虫害一种放线菌井冈霉素防治防治水稻枯纹病；二、发酵工程的二、发酵工程的应用应用3.3.在在农业农业工业上的应用工业上的应用项目微生物农药防治化学农药防治防治机理优点缺点利用微生物或代谢利用微生物或代谢物进行防治物进行防治成本低、无污染，成本低、无污染，可以维持生态平衡可以维持生态平衡防治速度慢防治速度慢利用利用化学药剂化学药剂（如杀虫剂、（如杀虫剂、杀鼠剂）等进行防治杀鼠剂）等进

27、行防治见效快，操作简单见效快，操作简单成本高，污染环境，不成本高，污染环境，不利于维持生态平衡利于维持生态平衡二、发酵工程的二、发酵工程的应用应用3.3.在在农业农业工业上的应用工业上的应用（3）生产微生物饲料常见种类单细胞蛋白乳酸菌原理：微生物含有丰富的蛋白，且繁殖速度快来源：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成分：应用：丰富的蛋白质，还有糖类、脂质和维生素等物质食品添加剂微生物饲料能使家畜、家禽增重快，产奶或产蛋量显著提高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。二、发酵工程的二、发酵工程的应用应用4.4.其

28、他方面的其他方面的应用应用解决资源短缺和环境污染问题利用利用纤维废料发酵生产发酵生产酒精、乙烯等能源物质。等能源物质。对极端微生物（生活在高温、高压、高盐和低温环境）的利用12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。电催化结合发酵的方式，用的方式，用COCO2 2合成葡萄糖和脂肪酸，使资源化利用合成葡萄糖和脂肪酸，使资源化利用二、发酵工程的二、发酵工程的应用应用具体应用成果食品酱油（霉菌）、酒类（酿酒酵母）医药农牧业其他方面食品添加剂酶制剂柠檬酸（柠檬酸（黑曲霉黑曲霉）、谷氨酸（）、谷氨酸（谷氨酸棒状杆菌谷氨酸棒状杆菌）淀粉酶、果胶酶、脂肪酶和氨基肽酶等淀粉酶、果胶

29、酶、脂肪酶和氨基肽酶等生长激素释放抑制激素、青霉素、乙型肝炎疫苗根瘤菌肥、固氮菌肥（根瘤菌肥、固氮菌肥（根瘤菌和固氮菌根瘤菌和固氮菌）多种农林虫害（多种农林虫害（苏云金杆菌苏云金杆菌）、玉米螟（）、玉米螟（白僵菌白僵菌）微生物菌体（单细胞蛋白）微生物菌体（单细胞蛋白）酒精、乙烯（纤维废料）酒精、乙烯（纤维废料）洗涤剂（洗涤剂（嗜热菌、嗜盐菌嗜热菌、嗜盐菌）肥料农药饲料解决资源短缺和环境污染问题对极端微生物的利用传统的发酵产品抗生素、氨基酸、激素、免疫调节剂等一、概念检测与传统发酵技术相比,发酵工程的产品种类更加丰富,产量和质量明显提高。判断下列相关表述是否正确。(1)发酵工程与传统发酵技术最大

30、的区别就是前者可以利用微生物来进行发酵。（）(2)发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身。（）(3)在发酵工程的发酵环节中,发酵条件变化不仅会影响微生物的生长繁殖,也会影响微生物的代谢途径。（）(4)通过发酵工程可以从微生物细胞中提取单细胞蛋白。（）二、拓展应用1.在青霉素的发酵生产过程中,人们遇到了两个问题。请你运用所学知识或查阅资料,并发挥想象力,提出解决这些问题的思路。(1)青霉素发酵是高耗氧过程,如何能够保证在发酵过程中给微生物持续高效地供氧呢?(提示:血红蛋白具有携带O2的能力)可以用基因工程的方法，将血红蛋白基因转入青霉素生产菌来提高菌体对氧的吸收和利用率。(2)在发酵

31、过程中,总有头孢霉素产生。人们通过对青霉素生产菌代谢途径的研究发现,在青霉素与头孢霉素的合成过程中,它们有一个共同的前体,这个前体经过两种不同酶的作用分别合成两个产物。如何改造青霉素生产菌使其只生产生青霉素，或者只产生头孢霉素呢？可以对两种酶的基因进行改造或敲除其中一种酶的基因，从而使青霉素生产菌只生产一种产物。2、通过微生物发酵,可以将粮食(如玉米、小麦等)及各种植物纤维加工成燃料乙醇;将燃料乙醇和普通汽油按一定比例混配,就形成了目前在我国多地广泛使用的乙醇汽油。乙醇汽油的环保性令人称道。调查显示,使用乙醇汽油与使用普通汽油相比,排放到空气中的NO2、CO等均有不同程度下降。有人认为燃料乙醇

32、“可再生”;但也有人认为,生产燃料乙醇需要消耗大量粮食,会增加粮食短缺的风险。请你尝试通过查阅资料,评估这一风险,并说明在生产时应如何规避这风险。存在风险。在生产燃料乙醇时，为了规避这一风险，应该使用陈化粮食(如陈化的稻谷等)或者非粮食生物材料(如秸秆等)。使用陈化粮食来生产燃料乙醇，还有利于防止问题粮食流入市场。回答下列问题：（1）为提高菌株H对蔗糖的耐受能力和利用效率，可在液体培养基中将蔗糖作为_，并不断提高其浓度，经多次传代培养（指培养一段时间后，将部分培养物转入新配的培养基中继续培养）以获得目标菌株。培养过程中定期取样并用_的方法进行菌落计数，评估菌株增殖状况。此外，选育优良菌株的方法

33、还有_等。（答出两种方法即可）唯一碳源诱变育种、基因工程育种2021广东高考真题21.中国科学家运用合成生物学方法构建了一株嗜盐单胞菌H，以糖蜜（甘蔗榨糖后的废弃液，含较多蔗糖）为原料，在实验室发酵生产PHA等新型高附加值可降解材料，期望提高甘蔗的整体利用价值。工艺流程如图。稀释涂布平板2021广东高考真题21.中国科学家运用合成生物学方法构建了一株嗜盐单胞菌H，以糖蜜（甘蔗榨糖后的废弃液，含较多蔗糖）为原料，在实验室发酵生产PHA等新型高附加值可降解材料，期望提高甘蔗的整体利用价值。工艺流程如图。（2）基于菌株H嗜盐、酸碱耐受能力强等特性，研究人员设计了一种不需要灭菌的发酵系统，其培养基盐浓

34、度设为60g/L，pH为10，菌株H可正常持续发酵60d以上。该系统不需要灭菌的原因是_。（答出两点即可）1.盐浓度为60g/L的条件下，其他杂菌因失水过多而死亡；2.pH为10的条件下，其他杂菌的酶变性失活，生长繁殖受抑制2021广东高考真题21.中国科学家运用合成生物学方法构建了一株嗜盐单胞菌H，以糖蜜（甘蔗榨糖后的废弃液，含较多蔗糖）为原料，在实验室发酵生产PHA等新型高附加值可降解材料，期望提高甘蔗的整体利用价值。工艺流程如图。（3）研究人员在工厂进行扩大培养，在适宜的营养物浓度、温度、pH条件下发酵，结果发现发酵液中菌株H细胞增殖和PHA产量均未达到预期，并产生了少量乙醇等物质，说明

35、发酵条件中_可能是高密度培养的限制因素。（4）菌株H还能通过分解餐厨垃圾（主要含蛋白质、淀粉、油脂等）来生产PHA，说明其能分泌_。氧气蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等污水池中污泥样品初选振荡培养若干天后测定各瓶中化合物A的含量接种候选菌接种选择接种接种固体培养基重复多次，直至获得目的菌。1.某化工厂为了处理排出污水中的一种有害的、难以降解的有机化合物A，其研究团队用化合物A、磷酸盐、镁盐和微量元素等配制了培养基，成功地筛选出能高效降解化合物A的细菌(目的菌)。实验的主要步骤如下图所示，请分析回答问题。(1)在培养基中加人化合物A的目的是_,这种培养基属于_培养基。筛选出可以降解化合物A的微生物选择(

36、2)培养若干天后,应选择培养瓶中化合物A含量_的培养液，接入新的培养液中连续培养，使目的菌的数量_显著降低扩增污水池中污泥样品初选振荡培养若干天后测定各瓶中化合物A的含量接种候选菌接种选择接种接种固体培养基重复多次，直至获得目的菌。(4)将目的菌用于环境保护实践时,还有哪些问题需要解决?目的菌能否在自然环境中大量生长繁殖、是否会产生对环境有害的代谢物、降解化合物A后是否会产生二次污染等问题都需要研究清楚后，才能进行实践。(5)有人提出,可以通过改造细菌的基因来获得能够降解化合物A的细菌,请分析这种方法是否可行。可行。基因工程的定向改造菌种(3)若要研究目的菌的生长规律,可挑取单个菌落进行液体培

37、养，再采用_方法进行计数。请你预测目的菌的种群数量会发生怎样的变化。_细菌计数板计数S形增长2.某个高温日,某校三位高中学生相约去吃冰激凌，之后两人都出现腹泻现象，于是他们怀疑冰激凌中的大肠杆菌含量超标。老师建议他们利用学过的有关微生物培养的知识对此冰激凌进行检测。经过一番资料查阅,他们提出了如下实验设计思路立即去卖冰激凌的小店再买一个同样品牌的同种冰激凌立即去卖冰激凌的小店再买一个同样品牌的同种冰激凌;配制伊红一亚甲配制伊红一亚甲蓝琼脂培养基蓝琼脂培养基(该培养基可用来鉴别大肠杆菌该培养基可用来鉴别大肠杆菌,生长在此培养基上的大肠杆生长在此培养基上的大肠杆菌菌落呈深紫色菌菌落呈深紫色,并有金

38、属光泽并有金属光泽)、灭菌、倒平板、灭菌、倒平板;取取10 mL10 mL刚融化的冰激凌刚融化的冰激凌作为原液然后进行梯度稀释作为原液然后进行梯度稀释,稀释倍数为稀释倍数为1101x101101x105 5;取每个浓度的冰激取每个浓度的冰激凌液各凌液各0.1mL,0.1mL,用涂布平板法进行接种用涂布平板法进行接种,每个浓度涂每个浓度涂3 3个平板个平板,一共培养一共培养1818个个平板平板;在适宜温度下培养在适宜温度下培养48 h,48 h,统计菌落数目。统计菌落数目。(1)请你从下面几个角度对这三位同学的思路进行评议。他们只打算对一个冰激凌进行检测,理由是:两个人吃过冰激凌后,都拉肚子了,

39、所以再检测一个就足以说明问题。你同意这样的观点吗?为什么?不同意。只检测一个冰激凌数据太少,不能排除偶然因素的影响。有没有必要对冰激凌原液进行梯度稀释?为什么?【提示:我国卫生部门规定了饮用水标准,1mL自来水中细菌总数不可以超过100个(37培养24h),1000mL自来水中大肠杆菌菌落数不能超过3个(37培养48h)】没有必要。根据国家的标准，自来水中的大肠杆菌数目应该是非常少的。即使冰激凌中大肠杆菌数目超标了，也不可能很离谱,如果进行梯度稀释,最后培养出来的菌落数可能不在计数要求的范围内,从而导致结果误差大。他们认为,在用该方法统计菌落数目时不需要设计对照组,所以只准备培养18个平板。你

40、认为在这项检测中是否需要对照组?为什么?需要设置对照组。严格来说,应该设置两组对照组。一组为阴性对照组,不进行涂布或者用无菌水涂布平板；另一组为阳性对照组,涂布大肠杆菌。前者可以说明培养基是否被污染后者可以说明该培养基能否培养出大肠杆菌。(2)下图所示为4种菌落分布图,一般不能由涂布平板法得到的是_ABCDB(3)在完善实验设计思路后,三位同学进行了实验。培养结果显示,除了深紫色菌落,还有其他菌落存在,这说明了什么?如果以菌落数代表样品中的大肠杆菌数量,则统计结果比实际值是偏多还是偏少?为什么?说明冰激凌中不仅有大肠杆菌,还有其他细菌或真菌等。统计结果比实际值偏少。因为有些菌落可能会重叠,统计

41、时容易将其误认为是一个菌落,并且这种计数方法统计的是活菌的数目。(4)如果实验结果显示,检测的冰激凌中大肠杆菌含量超标了。接下来他们应该做什么?应该马上去小店告知店主这批冰激凌不能再卖了；还要告知卫生管理部门，以对这批冰激凌的来源进行追踪调查。2.某个高温日,某校三位高中学生相约去吃冰激凌，之后两人都出现腹泻现象，于是他们怀疑冰激凌中的大肠杆菌含量超标。老师建议他们利用学过的有关微生物培养的知识对此冰激凌进行检测。经过一番资料查阅,他们提出了如下实验设计思路立即去卖冰激凌的小店再买一个同样品牌的同种冰激凌立即去卖冰激凌的小店再买一个同样品牌的同种冰激凌;配制伊红一亚甲蓝配制伊红一亚甲蓝琼脂培养

42、基琼脂培养基(该培养基可用来鉴别大肠杆菌该培养基可用来鉴别大肠杆菌,生长在此培养基上的大肠杆菌生长在此培养基上的大肠杆菌菌落呈深紫色菌落呈深紫色,并有金属光泽并有金属光泽)、灭菌、倒平板、灭菌、倒平板;取取10 mL10 mL刚融化的冰激凌作刚融化的冰激凌作为原液然后进行梯度稀释为原液然后进行梯度稀释,稀释倍数为稀释倍数为1101x101101x105 5;取每个浓度的冰激凌液取每个浓度的冰激凌液各各0.1mL,0.1mL,用涂布平板法进行接种用涂布平板法进行接种,每个浓度涂每个浓度涂3 3个平板个平板,一共培养一共培养1818个平板个平板;在适宜温度下培养在适宜温度下培养48 h,48 h,统计菌落数目。统计菌落数目。