4—5发酵工程简介
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一、发酵工程的概念和内容
发酵工程是指采用_______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、_______、_______、______________、发酵过程和产品的分离提纯等方面。
答案：现代工程 培养基的配制 灭菌扩大培养和接种
二、菌种的选育
要想通过发酵工程获得在种类、产量和质量等方面符合人们要求的产品，首先要有性状优良的_______。通常采用 、_______工程、_______工程等方法，构建工程细胞或工程菌。
答案：菌种 诱变育种 细胞 基因
三、发酵过程
这是发酵的_______阶段。要严格控制温度、pH、溶氧、通气量与转速等发酵条件。例如，在谷氨酸发酵过程中，当pH呈_______性时，谷氨酸棒状杆菌就会生成乙酰谷氨酰胺；当溶氧不足时，生成的代谢产物就会是_______或_______酸。
答案：中心 酸 乳酸 琥珀
四、分离提纯
这是制取发酵产品不可缺少的阶段。应用发酵工程生产的产品有两类：一类是_______，另一类是_______，如酵母菌和细菌等。产品不同，分离提纯的方法一般不同。如果产品是菌体，可采用_______、_______等方法将菌体从培养液中分离出来；如果产品是代谢产物，可采用_______、萃取、_______等方法进行提取。
答案：代谢产物 菌体本身 过滤 沉淀 蒸馏 离子交换
探究归纳
要点1 发酵工程
【例1】 (经典回放)(多选)发酵工程的第一个重要工作是选择优良的单一纯种。消灭杂菌，获得纯种的方法包括（ ）
A.根据微生物对碳源需要的差别，使用含不同碳源的培养基
B.根据微生物缺乏生长因子的种类，在培养基中增减不同的生长因子
C.根据微生物遗传组成的差异，在培养基中加入不同比例的核酸
D.根据微生物对抗菌素敏感性的差异，在培养基中加入不同的抗菌素
解析：微生物生长所必需的营养：碳源、氮源、无机盐、水和生长因子。因微生物不同，对碳源、氮源、无机盐、水和生长因子的需求也不相同，可以根据微生物的生长需求来配制特殊的选择培养基以获得单一纯种；也可以根据微生物对不同抗菌素的敏感性不同，加入不同的抗菌素来获得目的菌种。
答案：ABD
归纳与迁移
1.主要利用微生物的发酵功能,通过现代工程技术手段生产有用物质的技术。发酵工程的关键在于优良菌株的获取,除选用常用的诱变、杂交、原生质体融合等传统方法外，还与基因工程相结合，大力改造菌种。
2.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、发酵工程、分离提纯等几个阶段，每阶段都有其目的、原理、方法。如发酵工程的目的是为了获得更多的发酵产品，其原理是让微生物长期处于稳定期，加快菌种的生长繁殖和代谢产物的形成，必须通过控制温度、pH、通气量与搅拌速度等方法实现。
3.菌种选育的三种方法：诱变育种，如青霉素新类型，此方法优点可提高变异频率，大幅度改良某些性状，缺点是盲目性大。培养基配制注意配制原则，灭菌的对象：杀死所有微生物的菌体、芽孢、孢子；相关设备：通入空气都要灭菌。发酵工程是中心环节，控制好条件，分离提纯。根据产物是菌体还是代谢产物，所用方法有所区别。对温度的控制，产热来自两个方面：搅拌、微生物自身代谢；散热也来自两个方面：冷却水降温、罐壁散热。pH改变，可通过营养物质消耗、代谢产物的积累、微生物呼出CO2；pH调整，可通过加酸、碱或加缓冲液。O2供给可通过搅拌增加溶氧，通无氧空气。
要点2 发酵工程的应用
【例2】 下列对微生物连续培养优点的叙述中，不正确的是（ ）
A.能及时连续地补充微生物所需的营养物质，提高产量
B.有利于微生物尽快将代谢产物释放到培养基中
C.提高了设备利用率，且便于自动控制与管理
D.能及时排出部分有害代谢产物
解析：本题考查微生物生长规律的特点。要明确连续培养的一般目的是为了延长稳定期，提高代谢产物的产量。为了尽量延长稳定期，需创造有利于微生物生长繁殖的条件，主要做法是添加新的培养基（增养），排出老培养基（去害），改善微生物的生存条件。连续培养的优点是便于管理，自动化程度高，而代谢产物是否能从细胞内释放出来与此无关。综合以上分析可得出正确答案为B。
答案：B
归纳与迁移
微生物发酵过程中，受环境中温度、pH、氧气等因素影响很大。因为微生物生长和繁殖过程需要适宜的条件，只有在此条件下，微生物群体生长处于稳定期，其代谢产物的产量最高，单位时间内的经济效益也最高。在发酵过程中，培养基中的营养成分及其含量对生产过程的影响也很大。例谷氨酸棒状杆菌C∶N=4∶1时，扩大培养；若C∶N=3∶1时，用于生产谷氨酸。pH＜7时,谷氨酸棒状杆菌不再生产谷氨酸而形成乙酰谷氨酰胺；若溶氧不足,产物变成琥珀酸或乳酸。酵母菌有O2 时繁殖,无O2时产生酒精。
汗老师讲方法
关于发酵工程中注意的几个问题
（1）灭菌：①对象：杀死所有微生物的菌体、芽孢、孢子。
②设备：培养基和发酵装置都要灭菌，通入的空气、加入培养基的所有物质要灭菌。
③方法：高温蒸气、火焰灼烧、酒精灭菌等。
④原因：防止杂菌与发酵菌种形成竞争关系，影响发酵产品。
（2）外界因素对发酵的影响：包括氧、温度、pH和磷酸盐对发酵过程的影响。
（3）单细胞蛋白：单细胞蛋白指菌体本身，而非某种蛋白质。用作饲料或食品添加剂。
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