1.3發酵工程及應用知識梳理發酵工程（1）概念：利用微生物的特定功能，通過現代工程技術，規模化生產對人類有用的產品。（2）對發酵工程概念的理解①微生物：包括來自自然界的微生物（即“常規菌”）和基因重組的微生物（即“工程菌”）。②產品：通過微生物的大量繁殖獲得所需產品。包括利用酵母菌發酵制造的啤酒、果酒，利用乳酸菌發酵制造的酸奶，及利用工程菌生產的人胰島素。③實質：利用微生物進行產品生產（如次生代謝物和菌體本身）。一、發酵工程的基本環節1.選育菌種：（1）目的：獲得________性狀優良的菌種________。（2）菌種來源：從自然界中篩選、_______誘變育種________或________基因工程育種________（3）實例：篩選______產酸量高的黑曲霉______用來生產______檸檬酸______；使用基因工程改造的______啤酒酵母______，加速發酵、縮短生產周期；優良的菌種不僅______具有健壯，不易退化______，其發酵產品的______產量高、質量穩定______等優點，它往往還會賦予發酵產品獨特的風味，因此______菌種選育______環節在很大程度上決定了生物發酵產物的成敗。2.擴大培養：（1）目的：獲得_______更多的菌種_______。（2）原因：工業發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，在發酵之前還需要對菌種進行______擴大培養______。3.配制培養基：①在菌種確定之后，要______選擇原料________制備培養基。②在生產實踐中，培養基的配方要經過_______反復試驗________才能確定。4.滅菌：（1）滅菌原因：發酵工程種所用的菌種大多是_______單一菌種_______，一旦有雜菌污染，可能導致_______產量大大降低_______。（2）_______培養基和發酵設備________都必須經過嚴格的滅菌；5.接種：將______擴大培養______的菌種投放到發酵罐中。6.發酵罐內發酵：這是發酵工程的______中心______環節。（1）要求：①發酵過程中，要_______隨時檢測_______培養液中_______微生物數量_____________、_______產物濃度_______等，以________了解發酵進程________；②要及時添加_______必需的營養物質_______，要嚴格控制_______溫度_______、_____pH____和________溶氧量_______等發酵條件。（2）嚴格控制發酵條件的原因：①環境條件不僅會影響微生物的______生長繁殖______，而且影響微生物______代謝物的形成______；例如，谷氨酸的發酵生產：在中性和弱堿性條件下會積累谷氨酸；在酸性條件下則容易形成______谷氨酰胺______和______N-乙酰谷氨酰胺______。②嚴格控制發酵條件，有利于使發酵全過程處于最佳狀態。（3）不同發酵條件的影響實例——谷氨酸發酵①在_______中性_______和________弱堿性________條件下會積累谷氨酸；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）現代發酵工程使用的發酵罐的優點：均有_______計算機控制系統________，能對發酵過程中的溫度、pH、溶氧量、罐壓、通氣量、攪拌、泡沫和營養等進行_______監測_______和_______控制_______，還可以進行________反饋控制_______，使發酵全過程處于________最佳狀態________；7.分離、提純產物：①發酵產品是微生物細胞本身時，可在發酵結束之后，采用_______過濾_______、________沉淀_______等方法將菌體_______分離_______和_______干燥_______；②發酵產品是代謝物時，可根據______產物的性質_______采取適當的_______提取_______、_______分離_______和_______純化_______措施來獲得產品。8.獲得產品：單細胞蛋白、味精等。二、發酵工程的應用發酵工程的優點：①生產條件______溫和______；②原料來源豐富且價格低廉；③產物______專一______；④廢棄物對環境的污染___小___和容易處理。因此，發酵工程在食品工業、醫藥工業、農牧業等許多領域得到了廣泛的應用，形成了規模龐大的發酵工業。1.在食品工業上的應用（1）生產傳統的發酵產品：如醬油、各種酒類等。發酵工程使這些產品的產量和質量明顯提高。實例：①以大豆為主要原料，利用產生______蛋白酶______的霉菌（如黑曲霉），將原料中的蛋白質水解成小分子的______肽______和______氨基酸______，然后經淋洗、調制成的醬油產品。②以谷物或水果等為原料，利用______釀酒酵母______發酵生產的各種酒類。（2）生產各種各樣的食品添加劑。食品添加劑不僅可以增加食品的______營養______，改善食品的口味、色澤和______品質______，有時還可以延長食品的保存期。實例：①檸檬酸是一種廣泛應用的食品______酸度______調節劑，可以通過黑曲霉的發酵制得。②由______谷氨酸棒狀桿菌______發酵可以得到谷氨酸，谷氨酸經過一系列處理就能制作______味精______。（3）生產酶制劑。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應用：食品的直接生產、改進______生產工藝______、簡化生產過程、改善產品的品質和口味、延長食品儲存期和提高產品產量等方面。②來源：少數由______動植物______生產，絕大多數通過______發酵工程______生產。2.在醫藥工業上的應用（1）采用______基因工程______的方法，將植物或動物的基因轉移到微生物中，獲得具有某種藥物生產能力的微生物。（2）直接對菌種進行改造，再通過______發酵技術______大量生產所需要的產品。（3）實例：①利用經過基因改造的微生物生產生長激素釋放抑制激素；②利用微生物生產過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______改造的微生物生產疫苗。將病原體的某個或某幾個______抗原基因______轉入適當的微生物細胞，獲得的______表達產物______就可以作為疫苗使用。3.在農牧業上的應用（1）生產微生物肥料。利用了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，促進植物生長，常見的有根瘤菌肥、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，從而減少病害的發生。（2）生產微生物農藥。與傳統的化學農藥不同，微生物農藥是利用______微生物______或其______代謝物______來防治病蟲害的。微生物農藥作為______生物______防治的重要手段。實例：______蘇云金桿______菌→防治80多種農林蟲害。______白僵______菌→防治玉米螟、松毛蟲等蟲害。______井岡霉______素（一種放線菌產生的抗生素）→防治水稻枯紋病。（3）生產微生物飼料。微生物含有豐富的______蛋白質______，且生長繁殖速度______很快______。實例：①單細胞蛋白：以淀粉或纖維素的水解液、制糖工業的廢液等為原料，通過發酵獲得了大量的______微生物菌體______。單細胞蛋白的應用：______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，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（1）解決______資源短缺______與______環境污染______問題隨著對纖維素水解研究的不斷深入，利用纖維廢料發酵生產______酒精______、乙烯等能源物質已取得成功。（2）將極端微生物應用于生產實踐自然界中還存在著一定數量的極端微生物，它們能在極端惡劣的環境（如高溫、高壓、高鹽和低溫等環境）中正常生活。例如嗜熱菌、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。總結：1.發酵工程的應用具體應用成果在食品工業上的應用生產傳統的發酵產品利用霉菌發酵生產醬油、利用釀酒酵母生產各種酒類生產各種各樣的食品添加劑利用黑曲霉發酵生產檸檬酸、利用谷氨酸棒狀桿菌發酵生產谷氨酸生產酶制劑利用微生物發酵生產淀粉酶、果膠酶、脂肪酶和氨基肽酶等在醫藥工業上的應用通過工程菌生產藥物利用工程菌發酵生產生長激素釋放抑制激素通過改造菌種生產藥物通過誘變的青霉菌發酵生產青霉素在農牧業上的應用生產微生物肥料利用根瘤菌和固氮菌生產的根瘤菌肥、固氮菌肥生產微生物農藥利用蘇云