高中生物1.3發(fā)酵工程及應(yīng)用知識(shí)梳理新人教版選擇性必修3

1.3發(fā)酵工程及應(yīng)用知識(shí)梳理發(fā)酵工程（1）概念：利用微生物的特定功能，通過(guò)現(xiàn)代工程技術(shù)，規(guī)?；a(chǎn)對(duì)人類有用的產(chǎn)品。（2）對(duì)發(fā)酵工程概念的理解①微生物：包括來(lái)自自然界的微生物（即“常規(guī)菌”）和基因重組的微生物（即“工程菌”）。②產(chǎn)品：通過(guò)微生物的大量繁殖獲得所需產(chǎn)品。包括利用酵母菌發(fā)酵制造的啤酒、果酒，利用乳酸菌發(fā)酵制造的酸奶，及利用工程菌生產(chǎn)的人胰島素。③實(shí)質(zhì)：利用微生物進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)（如次生代謝物和菌體本身）。一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)1.選育菌種：（1）目的：獲得________性狀優(yōu)良的菌種________。（2）菌種來(lái)源：從自然界中篩選、_______誘變育種________或________基因工程育種________（3）實(shí)例：篩選______產(chǎn)酸量高的黑曲霉______用來(lái)生產(chǎn)______檸檬酸______；使用基因工程改造的______啤酒酵母______，加速發(fā)酵、縮短生產(chǎn)周期；優(yōu)良的菌種不僅______具有健壯，不易退化______，其發(fā)酵產(chǎn)品的______產(chǎn)量高、質(zhì)量穩(wěn)定______等優(yōu)點(diǎn)，它往往還會(huì)賦予發(fā)酵產(chǎn)品獨(dú)特的風(fēng)味，因此______菌種選育______環(huán)節(jié)在很大程度上決定了生物發(fā)酵產(chǎn)物的成敗。2.擴(kuò)大培養(yǎng)：（1）目的：獲得_______更多的菌種_______。（2）原因：工業(yè)發(fā)酵罐的體積一般為幾十到幾百立方米，接入的菌種總體積需要幾立方米到幾十立方米。所以，在發(fā)酵之前還需要對(duì)菌種進(jìn)行______擴(kuò)大培養(yǎng)______。3.配制培養(yǎng)基：①在菌種確定之后，要______選擇原料________制備培養(yǎng)基。②在生產(chǎn)實(shí)踐中，培養(yǎng)基的配方要經(jīng)過(guò)_______反復(fù)試驗(yàn)________才能確定。4.滅菌：（1）滅菌原因：發(fā)酵工程種所用的菌種大多是_______單一菌種_______，一旦有雜菌污染，可能導(dǎo)致_______產(chǎn)量大大降低_______。（2）_______培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備________都必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的滅菌；5.接種：將______擴(kuò)大培養(yǎng)______的菌種投放到發(fā)酵罐中。6.發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵：這是發(fā)酵工程的______中心______環(huán)節(jié)。（1）要求：①發(fā)酵過(guò)程中，要_______隨時(shí)檢測(cè)_______培養(yǎng)液中_______微生物數(shù)量_____________、_______產(chǎn)物濃度_______等，以________了解發(fā)酵進(jìn)程________；②要及時(shí)添加_______必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)_______，要嚴(yán)格控制_______溫度_______、_____pH____和________溶氧量_______等發(fā)酵條件。（2）嚴(yán)格控制發(fā)酵條件的原因：①環(huán)境條件不僅會(huì)影響微生物的______生長(zhǎng)繁殖______，而且影響微生物______代謝物的形成______；例如，谷氨酸的發(fā)酵生產(chǎn)：在中性和弱堿性條件下會(huì)積累谷氨酸；在酸性條件下則容易形成______谷氨酰胺______和______N-乙酰谷氨酰胺______。②嚴(yán)格控制發(fā)酵條件，有利于使發(fā)酵全過(guò)程處于最佳狀態(tài)。（3）不同發(fā)酵條件的影響實(shí)例——谷氨酸發(fā)酵①在_______中性_______和________弱堿性________條件下會(huì)積累谷氨酸；②在_______酸性________條件下則容易生成谷氨酰胺和N-乙酰谷胺酰胺。（4）現(xiàn)代發(fā)酵工程使用的發(fā)酵罐的優(yōu)點(diǎn)：均有_______計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)________，能對(duì)發(fā)酵過(guò)程中的溫度、pH、溶氧量、罐壓、通氣量、攪拌、泡沫和營(yíng)養(yǎng)等進(jìn)行_______監(jiān)測(cè)_______和_______控制_______，還可以進(jìn)行________反饋控制_______，使發(fā)酵全過(guò)程處于________最佳狀態(tài)________；7.分離、提純產(chǎn)物：①發(fā)酵產(chǎn)品是微生物細(xì)胞本身時(shí)，可在發(fā)酵結(jié)束之后，采用_______過(guò)濾_______、________沉淀_______等方法將菌體_______分離_______和_______干燥_______；②發(fā)酵產(chǎn)品是代謝物時(shí)，可根據(jù)______產(chǎn)物的性質(zhì)_______采取適當(dāng)?shù)腳______提取_______、_______分離_______和_______純化_______措施來(lái)獲得產(chǎn)品。8.獲得產(chǎn)品：?jiǎn)渭?xì)胞蛋白、味精等。二、發(fā)酵工程的應(yīng)用發(fā)酵工程的優(yōu)點(diǎn)：①生產(chǎn)條件______溫和______；②原料來(lái)源豐富且價(jià)格低廉；③產(chǎn)物______專一______；④廢棄物對(duì)環(huán)境的污染___小___和容易處理。因此，發(fā)酵工程在食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、農(nóng)牧業(yè)等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，形成了規(guī)模龐大的發(fā)酵工業(yè)。1.在食品工業(yè)上的應(yīng)用（1）生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品：如醬油、各種酒類等。發(fā)酵工程使這些產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量明顯提高。實(shí)例：①以大豆為主要原料，利用產(chǎn)生______蛋白酶______的霉菌（如黑曲霉），將原料中的蛋白質(zhì)水解成小分子的______肽______和______氨基酸______，然后經(jīng)淋洗、調(diào)制成的醬油產(chǎn)品。②以谷物或水果等為原料，利用______釀酒酵母______發(fā)酵生產(chǎn)的各種酒類。（2）生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑。食品添加劑不僅可以增加食品的______營(yíng)養(yǎng)______，改善食品的口味、色澤和______品質(zhì)______，有時(shí)還可以延長(zhǎng)食品的保存期。實(shí)例：①檸檬酸是一種廣泛應(yīng)用的食品______酸度______調(diào)節(jié)劑，可以通過(guò)黑曲霉的發(fā)酵制得。②由______谷氨酸棒狀桿菌______發(fā)酵可以得到谷氨酸，谷氨酸經(jīng)過(guò)一系列處理就能制作______味精______。（3）生產(chǎn)酶制劑。常用的酶制劑如α-淀粉酶、β-淀粉酶、______果膠______酶、氨基肽酶和脂肪酶等。①應(yīng)用：食品的直接生產(chǎn)、改進(jìn)______生產(chǎn)工藝______、簡(jiǎn)化生產(chǎn)過(guò)程、改善產(chǎn)品的品質(zhì)和口味、延長(zhǎng)食品儲(chǔ)存期和提高產(chǎn)品產(chǎn)量等方面。②來(lái)源：少數(shù)由______動(dòng)植物______生產(chǎn)，絕大多數(shù)通過(guò)______發(fā)酵工程______生產(chǎn)。2.在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用（1）采用______基因工程______的方法，將植物或動(dòng)物的基因轉(zhuǎn)移到微生物中，獲得具有某種藥物生產(chǎn)能力的微生物。（2）直接對(duì)菌種進(jìn)行改造，再通過(guò)______發(fā)酵技術(shù)______大量生產(chǎn)所需要的產(chǎn)品。（3）實(shí)例：①利用經(jīng)過(guò)基因改造的微生物生產(chǎn)生長(zhǎng)激素釋放抑制激素；②利用微生物生產(chǎn)過(guò)去只能從植物中分離提取的紫杉醇、青蒿素前體等化合物；③利用______基因工程______改造的微生物生產(chǎn)疫苗。將病原體的某個(gè)或某幾個(gè)______抗原基因______轉(zhuǎn)入適當(dāng)?shù)奈⑸锛?xì)胞，獲得的______表達(dá)產(chǎn)物______就可以作為疫苗使用。3.在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用（1）生產(chǎn)微生物肥料。利用了微生物在代謝過(guò)程中產(chǎn)生的______有機(jī)酸______、______生物活性物質(zhì)______等來(lái)增進(jìn)土壤肥力，改良土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，常見(jiàn)的有根瘤菌肥、固氮菌肥等。有的微生物肥料還可以______抑制______土壤中病原微生物的生長(zhǎng)，從而減少病害的發(fā)生。（2）生產(chǎn)微生物農(nóng)藥。與傳統(tǒng)的化學(xué)農(nóng)藥不同，微生物農(nóng)藥是利用______微生物______或其______代謝物______來(lái)防治病蟲(chóng)害的。微生物農(nóng)藥作為_(kāi)_____生物______防治的重要手段。實(shí)例：______蘇云金桿______菌→防治80多種農(nóng)林蟲(chóng)害。______白僵______菌→防治玉米螟、松毛蟲(chóng)等蟲(chóng)害。______井岡霉______素（一種放線菌產(chǎn)生的抗生素）→防治水稻枯紋病。（3）生產(chǎn)微生物飼料。微生物含有豐富的______蛋白質(zhì)______，且生長(zhǎng)繁殖速度______很快______。實(shí)例：①單細(xì)胞蛋白：以淀粉或纖維素的水解液、制糖工業(yè)的廢液等為原料，通過(guò)發(fā)酵獲得了大量的______微生物菌體______。單細(xì)胞蛋白的應(yīng)用：______食品添加劑______、微生物飼料等。②乳酸菌：在青貯飼料中添加乳酸菌，可以提高飼料的品質(zhì)，使飼料______保鮮______，動(dòng)物食用后還能提高_(dá)_____免疫力______。4.在其他方面的應(yīng)用（1）解決______資源短缺______與______環(huán)境污染______問(wèn)題隨著對(duì)纖維素水解研究的不斷深入，利用纖維廢料發(fā)酵生產(chǎn)______酒精______、乙烯等能源物質(zhì)已取得成功。（2）將極端微生物應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐自然界中還存在著一定數(shù)量的極端微生物，它們能在極端惡劣的環(huán)境（如高溫、高壓、高鹽和低溫等環(huán)境）中正常生活。例如嗜熱菌、嗜鹽菌可以用來(lái)生產(chǎn)______洗滌劑______，嗜低溫菌有助于提高_(dá)_____熱敏性______產(chǎn)品的產(chǎn)量?？偨Y(jié)：1.發(fā)酵工程的應(yīng)用具體應(yīng)用成果在食品工業(yè)上的應(yīng)用生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品利用霉菌發(fā)酵生產(chǎn)醬油、利用釀酒酵母生產(chǎn)各種酒類生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑利用黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸、利用谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸生產(chǎn)酶制劑利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)淀粉酶、果膠酶、脂肪酶和氨基肽酶等在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用通過(guò)工程菌生產(chǎn)藥物利用工程菌發(fā)酵生產(chǎn)生長(zhǎng)激素釋放抑制激素通過(guò)改造菌種生產(chǎn)藥物通過(guò)誘變的青霉菌發(fā)酵生產(chǎn)青霉素在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用生產(chǎn)微生物肥料利用根瘤菌和固氮菌生產(chǎn)的根瘤菌肥、固氮菌肥生產(chǎn)微生物農(nóng)藥利用蘇云