3-1微生物发酵及其应用

高三生物知识点：微生物发酵及其应用功能技成，庖丁解牛久练而技进乎道；路在脚下，荀子劝学博学则青出于蓝。

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发酵工程的发展简史20世纪20年代的酒精、甘油和丙酮等发酵工程，属于厌氧发酵。

从那时起，发酵工程又经历了几次重大的转折，在不断地发展和完善。

20世纪40年代初，随着青霉素的发现，抗生素发酵工业逐渐兴起。

由于青霉素产生菌是需氧型的，微生物学家就在厌氧发酵技术的基础上，成功地引进了通气搅拌和一整套无菌技术，建立了深层通气发酵技术。

它大大促进了发酵工业的发展，使有机酸、微生素、激素等都可以用发酵法大规模生产。

1957年，日本用微生物生产谷氨酸成功，如今20种氨基酸都可以用发酵法生产。

氨基酸发酵工业的发展，是建立在代谢控制发酵新技术的基础上的。

科学家在深入研究微生物代谢途径的基础上，通过对微生物进行人工诱变，先得到适合于生产某种产品的突变类型，再在人工控制的条件下培养，就大量产生人们所需要的物质。

目前，代谢控制发酵技术已经与核苷酸、有机酸和部分抗生素等的生产中。

20世纪70年代以后，基因工程、细胞工程等生物工程技术的开发，使发酵工程进入了定向育种的新阶段，新产品层出不穷。

20世纪80年代以来，随着学科之间的不断交叉和渗透，微生物学家开始用数学、动力学、化工工程原理、计算机技术对发酵过程进行综合研究，使得对发酵过程的控制更为合理。

在一些国家，已经能够自动记录和自动控制发酵过程的全部参数，明显提高了生产效率。

发酵工程的概念和内容发酵工程是指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。

发酵工程的内容包括菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离提纯等方面。

（1）＂发酵＂有＂微生物生理学严格定义的发酵＂和＂工业发酵＂，词条＂发酵工程＂中的＂发酵＂应该是＂工业发酵＂。

（2）工业生产上通过＂工业发酵＂来加工或制作产品，其对应的加工或制作工艺被称为＂发酵工艺＂。

人教(2019)生物选择性必修三(学案+练习)发酵工程及其应用1．概念：利用微生物的特定功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品。

2．发酵工程的基本环节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。

②生产各种各样的食品添加剂。

③生产酶制剂。

(2)在医药工业上的应用①青霉素的发现和产业化生产推动了发酵工程在医药领域的应用和发展。

②发酵工程逐步扩展到了其他抗生素、多种氨基酸、激素和免疫调节剂等的生产领域。

(3)在农牧业上的应用：①生产微生物肥料。

②生产微生物农药。

③生产微生物饲料。

(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，做出越来越大的贡献。

1．发酵工程中所需的性状优良的菌种只能从自然界中筛选出来。

(×)2．在菌种确定之前就要选择原料制备培养基。

(×) 3．发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节。

(√) 4．发酵工程在食品工业、医药工业和农牧业等许多领域得到了广泛的应用。

(√)1．发酵工程中心环节的分析2．啤酒的工业化生产的过程分析(1)啤酒发酵的过程及内容(2)“精酿”啤酒与“工业”啤酒的区别1．下面是有关啤酒的工业化生产的流程。

下列有关叙述错误的是()发芽→焙烤→碾磨→糖化→蒸煮→发酵→消毒→终止A．啤酒的发酵过程包括主发酵和后发酵两个阶段B．发芽的过程中大麦会产生淀粉酶，便于将大麦中的淀粉分解为葡萄糖进行酒精发酵C．发酵的过程就是酵母菌进行有氧呼吸的过程D．消毒的目的是杀死啤酒中的大多数微生物，以延长它的保存期C解析：发酵的过程是酵母菌进行无氧呼吸产生酒精的过程，C错误。

2．(2021·山东济南二模)发酵工程是指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品。

常用好氧菌谷氨酸棒状杆菌利用图1的发酵罐来大量生产味精，发酵流程如图2所示。

下列叙述正确的是()A．发酵中所使用的谷氨酸棒状杆菌菌种可从自然界筛选，也可通过诱变育种、杂交育种或基因工程育种获得B．为了保证发酵产品的产量和品质，图中发酵配料及发酵罐需经过严格的灭菌C．在发酵过程中，通过加料口取样，随时监测产物浓度和微生物数量D．图中发酵过程需通入无菌空气，并通过搅拌使培养液与菌种充分接触后关闭通气口B解析：谷氨酸棒状杆菌属于原核生物，不能进行有性生殖，无法通过杂交育种获得，A错误；严格灭菌可以杀死发酵配料及发酵罐中的所有微生物，防止杂菌污染，从而保证发酵产品的产量和品质，B正确；在发酵过程中，应通过放料口取样，随时监测产物浓度和微生物数量，C错误；谷氨酸棒状杆菌属于好氧菌，在发酵过程中要不断地通入无菌空气，不能关闭通气口，D错误。

生物发酵技术的原理及其应用生物发酵技术是指利用活体微生物（如细菌、酵母、真菌等）在适宜的条件下，通过代谢产生物质（如有机酸、酶、激素等）的工艺技术。

现今，生物发酵技术在生物医药、食品工业、环境保护等领域得到了广泛的应用。

本文将针对生物发酵技术的原理及其应用进行介绍。

一、生物发酵技术的原理1. 微生物代谢产物微生物代谢一般分为两类：有氧代谢和无氧代谢。

其过程中会形成酸、碱、酶、气体等产物。

有氧代谢中，细胞利用氧气进行细胞呼吸，产生二氧化碳、水和能量。

而在无氧代谢中，由于缺乏氧气，细胞则会利用其他物质进行代谢，产生乳酸、酒精、琼脂等化合物。

2. 生物反应器生物反应器是生物发酵技术中的核心设备。

它包括反应容器、搅拌桨、进料口、出料口、通气口等组成部分。

反应器的设计通常是为了优化微生物生长所需要的环境因素，如温度、pH值、营养物质等。

此外，反应器的设计也十分重要，可以影响生产成本和产物质量。

3. 生长曲线在微生物发酵过程中，体积、生物量、产物含量等参数会随时间发生变化。

生长曲线通常通过细胞数量或组分浓度来描述微生物的生长情况，大致分为四个阶段：滞后期、指数期、平稳期和衰减期。

了解微生物的生长曲线有助于控制反应器的生产过程和提高产物质量。

二、生物发酵技术的应用1. 生物医药生物医药是利用生物反应器生产药品的一种方法。

通常，药品的活性物质是由微生物（如大肠杆菌、酵母等）产生的。

生物反应器在保证产品质量的同时，还可以提高产品的产量和提高生产效率。

众所周知，生物医药市场需求旺盛，很多公司通过生物发酵技术来生产药品。

例如，抗生素、维生素、激素等生物类药品都可以使用生物发酵技术进行生产。

2. 食品工业在酿酒、酱油、醋等食品生产中，生物发酵技术有着重要应用。

例如，在酿酒中，啤酒花先通过糖类分解产生醇类物质，然后再由酿酒酵母进行酵母。

在这个过程中，发酵条件、酵母的品种等都会影响最终的产品质量和口感。

3. 环境保护生物发酵技术可以用于环境污染处理。

新人教选择性必修三同步检测题发酵工程及其应用一、选择题1．单细胞蛋白是通过下列哪种方法获得的()A．基因工程B．细胞工程C．发酵工程D．酶工程解析：选C微生物含有丰富的蛋白质，而且微生物生长繁殖速度快，可通过发酵获得大量微生物菌体，这种微生物菌体就叫单细胞蛋白。

2．基因工程培育的“工程菌”通过发酵工程生产的产品，不包括()A．生长激素释放抑制激素B．干扰素C．聚乙二醇D．重组乙肝疫苗解析：选C“工程菌”通过发酵工程生产的产品包括生长激素释放抑制激素、干扰素、重组乙肝疫苗等，聚乙二醇是诱导细胞融合的诱导剂，不是通过发酵工程生产的产品。

3．下列关于发酵的叙述，正确的是()A．发酵就是无氧呼吸B．发酵是指人们利用微生物，在适宜的条件下，将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物的过程C．发酵就是只获得微生物的代谢产物D．发酵就是发酵工程解析：选B发酵包括有氧发酵和无氧发酵，A错误；发酵是指人们利用微生物，在适宜的条件下，将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物的过程，B正确，可通过发酵获得大量的微生物菌体，即单细胞蛋白，用于生产微生物饲料，C错误；发酵有自然发酵和工业发酵，发酵工程指工业发酵，D错误。

4．下列有关微生物的叙述，错误的是()A．酶合成的调节增强了微生物对环境的适应能力B．在发酵工程中，可通过诱变育种、基因工程和细胞工程定向选育出性状优良的生产用菌种C．细菌在生态系统中可作为生产者、消费者和分解者D．在基因工程中可用大肠杆菌作受体细胞，通过发酵工程来大量生产人的胰岛素解析：选B酶合成的调节增强了微生物对环境的适应能力，A正确；诱变育种的原理是基因突变，突变具有不定向性，故不能通过诱变育种定向选育出性状优良的生产用菌种，B错误；细菌在生态系统中可作为生产者、消费者和分解者，如硝化细菌可作为生产者，某些致病菌可作为消费者，腐生细菌可作为分解者，C正确；基因工程中可用大肠杆菌作受体细胞，通过发酵工程来大量生产人的胰岛素，D正确。

↓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。

第一章第3节发酵工程及其应用班级：姓名：【学习目标】1.建构发酵工程的概念2.概述发酵工程的基本环节，举例说明发酵工程的应用3.提升对发酵工程基本环节的认识，发展工程思维，认同发酵工程为人类提供了多样的生物产品4.关注发酵工程在食品、医药、农牧业的应用，倡导健康、安全的生活和生产【重点难点】阐明发酵工程利用现代工程技术及微生物的特定功能，工业化生产人类所需产品预习案一、发酵工程的基本环节1.发酵工程的形成过程：随着人们对的认识，的建立，以及的设计成功，人们能够在严格控制的环境条件下大规模生产发酵产品，发酵工程逐步形成2.发酵工程的基本环节：发酵工程一般包括，扩大培养，、，接种，，等方面（1）选育菌种：性状优良的菌种可以从中筛选出来，也可以通过或获得。

（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。

（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，和都必须经过严格的灭菌。

（5）接种（6）发酵罐内发酵：这是发酵工程的。

在发酵过程中，要随时检测培养液中的、等，以了解发酵进程。

还要及时添加必需的，要严格控制、和溶解氧等发酵条件。

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。

（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) ，如酱油、各种酒类。

(2) ，如通过发酵制得的柠檬酸，由发酵生产味精。

(3) ，如α­淀粉酶、β­淀粉酶、脂肪酶等。

2．在医药工业上的应用工程、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。

微生物发酵技术及其在生物化学工程中的应用一、微生物发酵技术的概述微生物发酵技术是一种利用微生物代谢功能生产工业化合物的方法，被广泛应用于食品、医药、化工等领域。

在微生物发酵过程中，微生物利用特定的底物通过代谢反应生产出目标产品。

发酵过程需要考虑微生物的生长条件、营养需求、气体、温度、pH 等因素的控制。

二、微生物发酵技术的分类1. 传统发酵技术：传统发酵技术主要是利用自然界存在的微生物通过发酵产生工业化合物，如酵母菌产生的酒精、葡萄糖、乳酸等。

2. 细胞培养技术：细胞培养技术是通过培养和维护特定的细胞系，利用细胞代谢功能产生目标产品。

应用广泛，包括单克隆抗体、疫苗、人类生长激素等。

3. 重组DNA技术：重组DNA技术利用基因工程技术将目标基因导入微生物中，使其具有产生特定蛋白质的能力。

应用广泛，包括人胰岛素、赖氨酸、天然酶等。

三、微生物发酵技术在生物化学工程中的应用1. 食品工业：微生物发酵技术被广泛应用于食品工业中，制造酸奶、醋、豆瓣酱等日常生活必需品。

此外，微生物发酵技术也可以被应用到生产高端的乳清蛋白、麦芽糖等。

2. 医药工业：微生物发酵技术被广泛应用于医药工业中，如生产抗生素、蛋白质药物、基因工程药物等。

微生物发酵技术不仅能提高产量，还能保证产品的纯度和有效性。

3. 化工工业：微生物发酵技术被广泛应用于化工工业中，如生产生物柴油、生物塑料、生物润滑油等。

微生物发酵技术可以代替传统的化工合成，具有绿色环保、可持续性等优势。

4. 生物燃料工业：生物燃料工业是利用微生物发酵技术生产生物燃料，包括生物柴油、生物乙醇等。

微生物发酵技术不仅能够降低能源消耗和环境污染，还能利用再生资源实现可持续发展。

四、微生物发酵技术的前景和挑战微生物发酵技术在未来仍具有广阔的发展前景，特别是在”绿色经济”的发展趋势下，微生物发酵技术将成为替代传统合成化学的主流技术。

然而，微生物发酵技术的应用面临一些挑战，如微生物基因的安全性、发酵条件的控制等。