發(fā)酵工程簡介高中生物

發(fā)酵工程簡介高中生物第1頁/共13頁根據(jù)谷氨酸棒狀桿菌合成谷氨酸的途徑，思考回答下列問題：1、谷氨酸棒狀桿菌在一定的條件下能夠利用環(huán)境中的什么營養(yǎng)物質(zhì)來合成谷氨酸？2、谷氨酸發(fā)酵最重要的無疑就是選擇菌種了，是不是所有的谷氨酸棒狀桿菌都可用于谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)呢？我們應(yīng)該選育什么樣的谷氨酸棒狀桿菌作為菌種呢？答：只有選擇細胞膜通透較強，在細胞內(nèi)不積累谷氨酸的谷氨酸棒狀桿菌做菌種才有可能獲得大量的谷氨酸第2頁/共13頁3、有了菌種用什么樣的培養(yǎng)基去培養(yǎng)呢？答：培養(yǎng)基應(yīng)滿足微生物生長所需要的碳源、氮源、水、無機鹽和生長因子等營養(yǎng)需求。4、谷氨酸發(fā)酵所需培養(yǎng)基的各種成分中屬于無機鹽、氮源、碳源、生長因子的分別有哪些？這種培養(yǎng)基能否滿足氨酸棒狀桿菌所需各種營養(yǎng)？這種培養(yǎng)基從組成成分和物理性質(zhì)上看屬于哪種培養(yǎng)基？答：①豆餅（或馬鈴薯等）的水解液，玉米漿、尿素、磷酸氫二鉀、氧化鉀、硫酸鎂、生物素。②能③從物理性質(zhì)上看是液體培養(yǎng)基，從化學(xué)成分上看是天然培養(yǎng)基。第3頁/共13頁答：（1）液體培養(yǎng)基能使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)在發(fā)酵過程中得到充分的利用，還能為菌體提供更大的生存空間。同時，也有利于生產(chǎn)過程中培養(yǎng)條件的控制以及產(chǎn)物的提取。

（2）采用天然物質(zhì)作營養(yǎng)物質(zhì)既能滿足菌體的營養(yǎng)需求，又能降低生產(chǎn)成本，還能減少對環(huán)境的污染。

5、在工業(yè)生產(chǎn)過程中常采用這種天然成分作為營養(yǎng)物質(zhì)的液體培養(yǎng)基，這在發(fā)酵生產(chǎn)中有什么好處呢？6、有了菌種和合適的培養(yǎng)基，那發(fā)酵的主體設(shè)備又該是什么樣的呢？

發(fā)酵罐第4頁/共13頁7、發(fā)酵的主體設(shè)備發(fā)酵罐的控制部分構(gòu)成有哪些？分別有什么作用？在發(fā)酵過程中，發(fā)酵罐內(nèi)的溫度、pH、溶氧量都會變化，從而影響微生物的生長。因此，必須有相應(yīng)的控制結(jié)構(gòu)來保持發(fā)酵條件的穩(wěn)定。8、在發(fā)酵罐中是怎樣進行谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)的？

菌種培養(yǎng)基發(fā)酵罐條件控制谷氨酸產(chǎn)品加工提取第5頁/共13頁二、發(fā)酵工程的概念和內(nèi)容（一）、概念：

即采用現(xiàn)代工程技術(shù)手段，利用微生物的某些特定功能，為人類生產(chǎn)有用的產(chǎn)品，或直接把微生物應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程中的一種新技術(shù)。

（二）、內(nèi)容：從自然界中分離的菌種誘變育種基因工程細胞工程生產(chǎn)有菌種擴大培養(yǎng)發(fā)酵罐發(fā)酵條件控制微生物菌體代謝產(chǎn)物醫(yī)藥工業(yè)食品工業(yè)原料產(chǎn)品應(yīng)用接種分離提純滅菌培養(yǎng)基配制第6頁/共13頁

1．菌種的選育：

思考：發(fā)酵工程是利用微生物為人類生產(chǎn)有用產(chǎn)品，因此要想通過發(fā)酵工程獲得在種類、產(chǎn)量和質(zhì)量等方面符合人們要求的產(chǎn)品，最重要的是要有優(yōu)良的菌種，人們怎樣才能得到優(yōu)良的菌種呢？

答：基因突變、基因工程、細胞工程如果生產(chǎn)的是微生物直接合成的產(chǎn)物，如青霉素、谷氨酸等，則可以從自然界中先分離出相應(yīng)的菌種，再用物理或化學(xué)的方法使菌種產(chǎn)生突變，從突變個體中篩選出符合生產(chǎn)要求的優(yōu)良菌種。如果生產(chǎn)的是一般微生物不能合成的產(chǎn)品，則可用基因工程、細胞工程的方法對菌種的遺傳特性進行定向改造，以構(gòu)建工程細胞或工程菌，從而達到生產(chǎn)相應(yīng)產(chǎn)品的目的。

例如：可將人工合成的人的胰島素基因與大腸桿菌的質(zhì)粒結(jié)合，形成重組DNA，再把重組DNA導(dǎo)入大腸桿菌細胞內(nèi)形成工程菌。通過篩選則可培養(yǎng)出能生產(chǎn)人的胰島素的菌種。

第7頁/共13頁2．培養(yǎng)基的配制：思考回答在配制培養(yǎng)基時應(yīng)該注意哪些事情呢？答：（1）根據(jù)不同的菌種，應(yīng)選擇不同的材料配制培養(yǎng)基。配制的培養(yǎng)基應(yīng)滿足微生物在碳源、氮源、生長因子、水、無機鹽等方面的營養(yǎng)要求，并為微生物提供適宜的pH。

（2）培養(yǎng)基的營養(yǎng)要協(xié)調(diào)，以利于產(chǎn)物的合成。

（3）培養(yǎng)基在滿足微生物的營養(yǎng)需求的基礎(chǔ)上應(yīng)盡量降低生產(chǎn)成本，以得到更高的經(jīng)濟效益。

例如：發(fā)酵生產(chǎn)常采用天然成分的液體培養(yǎng)基。而且，經(jīng)常用野生的植物淀粉、甘蔗渣、秸稈水解物以及乙醇、醋酸等石化產(chǎn)品代替糧食來配制培養(yǎng)基。

3．滅菌：思考：

發(fā)酵工程所用的菌種大多是單一的純種，整個發(fā)酵過程中不能混入雜菌。這是為什么呢？那如何防止雜菌的污染呢？怎樣才算滅菌徹底呢？第8頁/共13頁答：在發(fā)酵過程中如混入其他微生物，將與菌種形成競爭關(guān)系，對發(fā)酵過程造成不良影響；要在發(fā)酵前對培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)施進行嚴(yán)格的滅菌處理；

用高溫、高壓的方式，殺死所有雜菌的胞體、芽孢和孢子

4．?dāng)U大培養(yǎng)和接種：

思考：如何對菌種進行擴大培養(yǎng)呢？擴大培養(yǎng)與發(fā)酵生產(chǎn)過程中的培養(yǎng)有何不同呢？有了用于生產(chǎn)的充足的菌體，在接種時要注意什么事項呢？

答：擴大培養(yǎng)是將培養(yǎng)到對數(shù)期的菌體分開，分頭進行培養(yǎng)，以促使菌體數(shù)量快速增加，能在短時間里得到大量的菌體；擴大培養(yǎng)是為了讓菌體在短時期內(nèi)快速增殖，而發(fā)酵過程中的培養(yǎng)是為了獲得代謝產(chǎn)物，目的不同采用的培養(yǎng)條件就有可能不同；接種過程中要注意防止雜菌污染。第9頁/共13頁思考：哪些條件能影響菌體的發(fā)酵呢？發(fā)酵過程中為什么還要控制發(fā)酵條件呢？

答：發(fā)酵生產(chǎn)中溫度、pH、溶氧量等對發(fā)酵過程有重大影響；隨著代謝的進行，產(chǎn)熱的增加、營養(yǎng)物質(zhì)的消耗，以及某些酸性和堿性物質(zhì)的產(chǎn)生，會使溫度、pH等發(fā)生變化，這些都會對微生物的生長造成不利影響。因此，需要對發(fā)酵過程的中溫度、pH、溶氧量等發(fā)酵條件進行嚴(yán)格的控制，以保證菌體生長和代謝途徑朝著有利人類的方向進行。

6．分離、提純：

思考：發(fā)酵產(chǎn)物不同分離提純的方法是否相同？如不同分別有什么方法進行分離、提純？

答：一類是代謝產(chǎn)物、另一類是菌體本身。5．發(fā)酵過程：

第10頁/共13頁三、發(fā)酵工程的應(yīng)用（一）在醫(yī)藥方面：

1．發(fā)酵工程能生產(chǎn)人們所需的藥品。例如：通過青霉發(fā)酵能生產(chǎn)青霉素。

2．通過發(fā)酵工程能生產(chǎn)基因藥品。例如：將合成的人的胰島素基因轉(zhuǎn)移到大腸桿菌細胞內(nèi)構(gòu)建成“工程菌”，再通過培養(yǎng)“工程菌”即可獲得人的胰島素。

（二）在食品工業(yè)方面：

1．發(fā)酵工程能為人們提供豐富優(yōu)質(zhì)的傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品。

如：生產(chǎn)呻酒，果酒等。

2、發(fā)酵工程能為解決人類糧食短缺問題開辟新途徑。

例如：通過發(fā)酵可獲得大量的微生物菌體——單細胞蛋白。20世紀(jì)80年代中期全世界的