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第五章 微生物与发酵工程(二)


高 三 生 物(第 10 讲)
【教学内容】
第五章:微生物与发酵工程(二)

【重点与难点】
重点:发酵工程的概念和内容;酶制剂的生产和应用;生物工程各分支之间的密切关系。 难点:在发酵过程中,如何保证菌种生长和代谢的正常进行;生产酶制剂的基本原理。 【延伸与拓展】

第五章:微生物与发酵工程(二)

>第三节 发酵工程简介 一、应用发酵工程的生产实例―-谷氨酸发酵 常用菌种:谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌。 液体培养基: 培养基 原料:豆饼水解液、玉米浆、尿素、磷酸二氢钾、氧化钾、硫酸镁、生物素 发酵过程 罐连续培养 控制条件:温度、PH 值、溶氧、搅拌速度 二、一般流程:

菌种选育
(自然界选种、诱变育种、基因工程、细胞工程)

培养基配制
(根据培养基的配制原则制备,实践中需多次试验配方)





(培养基和发酵设备均需严格灭菌,杀死所有杂菌)

扩大培养
(大规模生产中需使菌种达到一定量)





(将菌种接种到培养基上)
1

发酵过程(中心阶段)
(随时检测了解发酵进程,满足营养需要; 严格控制温度、PH、溶氧、转速等)

分离纯化
菌 体:过滤、沉淀 代谢产物:蒸馏、萃取、离子交换 三、应用 1.医药工业:(1)直接生产多种药品,如抗生素、维生素、动物激素、药用氨基酸 (2)与基因工程和细胞工程结合来生产药品,如:人生长激素、重组乙肝疫苗、 某些种类的单克隆抗体、白细胞介素-2、抗血友病因子等。 2.食品工业: (1)使传统的发酵产品质量和产量得到提高 (2)生产各种食品添加剂,如:酸味剂(L-苹果酸、柠檬酸、乳酸)、鲜味剂(肌苷 酸、谷氨酸)、色素(红曲素、β -胡萝卜素)、甜味剂(高果糖浆、甜菜糖)。 (3)解决粮食问题的重要途径,如生产单细胞蛋白。

第四节 酶工程简介

酶工程是指将酶所具有的生物催化功能,借助工程学的手段,应用于生产、生活、医疗诊断和 环境保护等方面的一门科学技术。酶工程由酶制剂的生产和应用两方面组成。 一、酶制剂的生产 1. 概念:酶制剂是指含有酶的制品,可以分为两类。 固体:如胃蛋白酶液(治疗某些胃病)。 液体:如加酶洗衣粉中的蛋白酶和脂肪酶。 2. 酶的提取: 早期: 从动植物组织和器官中提取(如从胰脏中提取蛋白酶, 从麦芽中提取淀粉酶)。 目前:大多数来自微生物。 3. 分离和纯化分:采用透析和离心的方法。 4. 制成酶制剂:在纯化后的酶中加入适量的稳定剂和填充剂。 5. 固定化酶:将酶固定到一定载体上,以便以催化反应结束后能将酶回收。 二、酶制剂的应用 1. 治疗疾病:如溶菌酶因其能分解病原菌的细胞壁,具有抗菌和消炎作用。 2. 加工生产产品: 如:食品加工上,利用果胶酶来澄清果酒和果汁;木瓜酶制成嫩肉粉。 药品生产上,生产出氨苄青霉素。 3. 化验诊断和水质监测 如:尿糖试纸、血糖快速测试仪、多酚氧化酶传感器(用于水质监测) 4. 生物工程其他分支领域 如:限制性内切酶、DNA 连接酶。 三、生物工程各分支领域的关系 上游处理技术:基因工程、细胞工程 下游处理技术:发酵工程、酶工程
2

相互交叉渗透、 高度综合

实验三 学习细菌培养的技术
一、实验原理(略) 二、目的要求(略) 三、材料用具(略) 四、方法步骤 称 量(牛肉膏 0.5g、蛋白胨 1 g、NaCl0.5g、琼脂 2 g)



化(牛肉膏、蛋白胨、NaCl 放入烧杯,加入蒸馏水 100mL、 加热至溶化,

培 养 基 的 配 制

调 PH(逐滴滴入 1mol/L 的 NaOH,至 PH 为 7.4~7.6)

加琼脂,溶化后补加蒸馏水至 100mL) 1/5) 培养基分装 (培养基的高度为试管高度的

加棉塞(棉塞长度的 2/3 在试管口内)

包 扎(每 10 支试管一捆,管口外面包上一层牛皮纸,挂上标签)

灭 菌

打开灭菌 锅,取出灭 菌桶,向锅 内加水

装有培养基 的试管放入 灭菌桶、放 回灭菌锅

加盖、插 入 排 气 管,旋紧 螺栓

排 出 锅 内 的 冷 空气

压力达 98Kpa 时切断 电源

压力为 0 时 打开排气 阀、取出试 管,放净水

搁 置 斜 面

培养基冷却至 50℃时,试管带棉塞一端搁在一木棒上

接 种

洗净双 手、酒 精擦试

点燃酒 精灯

3接



熄灭酒 精灯

填 写 标签

【例题精讲】 例一: 研究认为,用固定化酶技术处理污染物是很有前途的。如将从大肠杆菌得到的磷酸 三酯酶固定到尼龙膜上制成制剂,可用于降解残留在土壤中的有机磷农药,与用微生物降解相比,其作 用不需要适宜的( ) A.温度 B.PH 值 C.水分 D.营养 解析:本题主要考查酶工程的有关知识。 酶催化活性的发挥需要适宜的温度、 PH 和水分, 由于酶不能生长繁殖, 无生命活性, 故不需营养的供给。 因此,本题的答案是:D。 例二:发酵罐发酵的过程中,使温度升高的措施或原因是( ) ①冷却水供应不足 ②微生物代谢旺盛 ③培养基不新鲜 ④搅拌 ⑤放料口排出产物 A.①②③④⑤ B.②③④ C.①④ D.②④ 解析:本题主要考查发酵工程的有关知识。 冷却水只能带走热量,故 A、C 排除,发酵过程中呼吸作用产生大量的化学能,大部 分转变成了热能,搅拌可以增加溶氧,加快反应速度,同时摩擦产生热量。 因此,本题的答案是:D。 `

【同步练习】
一、选择题 1. 谷氨酸发酵常用的培养基为( ) A.液体培养基 B.固体培养基 C.选择培养基 D.鉴别培养基 2. 谷氨酸棒状杆菌的代谢类型属于( ) A.异养、厌氧型 B.异养、需氧型 C.异养、兼氧型 D.自养、需氧型 3.应用发酵工程生产的产品不包括( ) A.初级代谢产品 B.次级代谢产品 C.单细胞蛋白 D.目的基因 4.发酵工程的代谢产品分离提纯的方法包括( ) ①过滤 ②沉淀 ③蒸馏 ④萃取 ⑤离子交换 A.①③⑤ B.②④⑤ C.③④⑤ D.②③④ 5.酶的固定化常用的固定方式不包括( ) A.吸附 B.包埋 C.连接 D.将酶加工成固体 6.当前生产酶制剂所需的酶主要来自( ) A.动物组织和器官 B.植物组织和器官 C.微生物 D.基因工程 7.溶菌酶的主要作用是( ) A.溶解病原物的细胞壁 B.溶解细菌的细胞膜 C.溶解病原菌的所有构成物质 D.多种疾病 8.制备原生质体是,需要利用纤维素酶将细胞壁去掉,纤维素酶属于( A.基因工程必要的工具酶 B.动物细胞工程必需的工具酶 C.植物细胞工程必需的工具酶 D.细菌细胞工程必需的工具酶 9.通过酶工程生产的酶制剂中的酶的化学本质是 A.蛋白质 B.有机物 C.RNA D.核酸 10.具有帮助消化功能的多酶片属于( ) A.液体酶制剂 B.固体酶制剂 C.固定化酶 D.固定化酶膜
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【练习答案】
1.A 6.C 2.B 7.A 3.D 8.C 4.C 9.B 5.D 10.B

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