2020-2021年高中生物 第1章 發(fā)酵工程 3 發(fā)酵工程及其應(yīng)用學(xué)案+練習(xí)新人教版選擇性必修3

1、2020-2021年高中生物 第1章 發(fā)酵工程 3 發(fā)酵工程及其應(yīng)用學(xué)案+練習(xí)新人教版選擇性必修32020-2021年高中生物 第1章 發(fā)酵工程 3 發(fā)酵工程及其應(yīng)用學(xué)案+練習(xí)新人教版選擇性必修3年級：姓名：- 24 -第3節(jié)發(fā)酵工程及其應(yīng)用 必備知識素養(yǎng)奠基一、發(fā)酵工程的概念和基本環(huán)節(jié)1.發(fā)酵工程的概念:(1)過程:利用微生物的特定功能,通過現(xiàn)代工程技術(shù),規(guī)模化生產(chǎn)對人類有用的產(chǎn)品。(2)范圍:它涉及菌種的選育和培養(yǎng)、產(chǎn)物的分離和提純等方面。2.發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié):(1)基本環(huán)節(jié):(2)選一選:下列關(guān)于發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)的描述正確的是用于發(fā)酵工程的菌種應(yīng)該具備優(yōu)良性狀,并且只能從自然界中篩選。

2、在進(jìn)行發(fā)酵前,需要對選育的菌種進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)。發(fā)酵工程所用的菌種大多是單一菌種,所以沒有必要進(jìn)行嚴(yán)格的滅菌。發(fā)酵工程所用的培養(yǎng)基是液體培養(yǎng)基。在發(fā)酵過程中要隨時進(jìn)行檢測,還需要對發(fā)酵條件進(jìn)行嚴(yán)格的控制。發(fā)酵結(jié)束后即可得到發(fā)酵產(chǎn)品?，F(xiàn)代發(fā)酵工程和傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)所用菌種的來源有什么差異?提示:傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)用的菌種一般是原材料中天然存在的多種菌種,而現(xiàn)代發(fā)酵工程用的菌種是通過微生物培養(yǎng)技術(shù)獲得的單一菌種。3.發(fā)酵裝置:二、發(fā)酵工程的應(yīng)用1.特點:(1)生產(chǎn)條件溫和。(2)原料來源豐富且價格低廉。(3)產(chǎn)物專一。(4)廢棄物對環(huán)境的污染小和容易處理。為什么發(fā)酵工程的生產(chǎn)條件比較溫和?提示:發(fā)酵是利用微生物

3、的代謝將原料進(jìn)行轉(zhuǎn)化,而微生物細(xì)胞代謝是在常溫常壓條件下進(jìn)行的,因此發(fā)酵工程的生產(chǎn)條件比較溫和。2.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。優(yōu)點:能明顯提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。實例:a.大豆中的蛋白質(zhì)肽和氨基酸醬油b.啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程:(2)生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑:酸度調(diào)節(jié)劑、增味劑、著色劑、增稠劑、防腐劑等。(3)生產(chǎn)酶制劑:在食品工業(yè)中,經(jīng)常用到一些酶制劑,如-淀粉酶、-淀粉酶、氨基肽酶和脂肪酶等。有人認(rèn)為食品添加劑都是有害的,這種想法對嗎?為什么?提示:不對。食品添加劑可以增加食品的營養(yǎng),改善食物的口味等,只要符合國家標(biāo)準(zhǔn),并不會對人體產(chǎn)生傷害。3.在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用:(1)發(fā)

4、酵工程可以生產(chǎn)抗生素、氨基酸、激素和免疫調(diào)節(jié)劑等。(2)基因工程與發(fā)酵技術(shù)相結(jié)合生產(chǎn)所需要的產(chǎn)品。4.在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用:主要表現(xiàn)在生產(chǎn)微生物肥料、微生物農(nóng)藥、微生物飼料等方面。5.在其他方面的應(yīng)用:(1)對解決資源與環(huán)境污染問題具有重要意義。(2)極端微生物的應(yīng)用。(3)發(fā)酵工程滲透到幾乎所有的工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。關(guān)鍵能力素養(yǎng)形成知識點一發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)1.選育菌種:(1)常用菌種:主要是細(xì)菌、放線菌、酵母菌和霉菌等。(2)菌種特點:對周圍環(huán)境的溫度、滲透壓、酸堿度等條件有極大的適應(yīng)能力。有極強的消化能力。有極強的繁殖能力。(3)選育方法:從自然界中篩選出優(yōu)良菌種。利用誘變育種篩選出符合生產(chǎn)要求的優(yōu)

5、良菌種。利用基因工程、細(xì)胞工程的方法對菌種的遺傳特性進(jìn)行定向改造,構(gòu)建出能生產(chǎn)相應(yīng)產(chǎn)品的菌種。2.擴(kuò)大培養(yǎng):在進(jìn)行接種前,要進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)。(1)目的:增加菌種的數(shù)量,縮短生產(chǎn)周期。(2)方法:將培養(yǎng)到生長速度最快時期的菌體分開,再進(jìn)行培養(yǎng)。3.配制培養(yǎng)基:(1)類型:發(fā)酵工程一般使用液體培養(yǎng)基。(2)要求:根據(jù)不同的菌種,選擇不同的材料配制培養(yǎng)基。培養(yǎng)基應(yīng)滿足微生物在碳源、氮源、生長因子、水、無機(jī)鹽等方面的營養(yǎng)要求,并為微生物提供適宜的ph,以利于產(chǎn)物的合成。應(yīng)盡量降低生產(chǎn)成本,以得到更高的經(jīng)濟(jì)效益。4.滅菌和接種:在發(fā)酵前對培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格的滅菌處理,接種過程中要注意防止雜菌污染。5

6、.發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié):【特別提醒】通過發(fā)酵罐對發(fā)酵條件進(jìn)行控制(1)溫度:通過發(fā)酵罐上的溫度傳感器和控制裝置進(jìn)行監(jiān)測和調(diào)整。(2)溶解氧:通過通氣量和攪拌速度加以調(diào)節(jié)。(3)ph:通過加料裝置添加酸或堿進(jìn)行調(diào)節(jié),也可以在培養(yǎng)基中添加ph緩沖液。6.分離、提純產(chǎn)物,獲得發(fā)酵產(chǎn)品:發(fā)酵產(chǎn)品分離提純方法微生物細(xì)胞過濾、沉淀將菌體分離和干燥代謝物蒸餾、萃取、離子交換等方法【特別提醒】關(guān)于發(fā)酵罐使用的三點提醒(1)發(fā)酵罐在使用前要進(jìn)行滅菌,培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備一般用蒸汽滅菌,空氣采用過濾的方法除菌。(2)對于需氧發(fā)酵,為了防止雜菌污染,應(yīng)該從空氣入口通入無菌空氣。(3)攪拌的作用:a.使空氣和發(fā)

7、酵液充分混合,增加培養(yǎng)液中的溶解氧;b.使菌種與培養(yǎng)液充分接觸,提高原料利用率。如圖所示是發(fā)酵工程生產(chǎn)產(chǎn)品的流程圖,據(jù)圖回答下列問題:(1)發(fā)酵工程中,選育優(yōu)良性狀的菌種,至關(guān)重要。高產(chǎn)青霉素菌種是通過_育種獲得的,啤酒酵母菌是通過_改造的。 (2)圖中表示_,這樣做的目的是_。(3)表示_,是整個過程的中心環(huán)節(jié),在此階段需隨時取樣、檢測_、_等,以了解發(fā)酵進(jìn)程,還要及時添加_,同時嚴(yán)格控制_等發(fā)酵條件。(4)表示_,發(fā)酵結(jié)束后可采用_等方法獲得產(chǎn)品。【解題導(dǎo)引】解答本題的兩個關(guān)鍵點:(1)發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié):菌種的選育和擴(kuò)大培養(yǎng),培養(yǎng)基的配制,滅菌,接種,發(fā)酵,產(chǎn)品的分離提純。(2)發(fā)酵工程

8、的中心環(huán)節(jié):發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵。【解析】(1)高產(chǎn)青霉素菌種是通過誘變育種獲得的,啤酒酵母菌是通過基因工程改造的。(2)圖中表示擴(kuò)大培養(yǎng),目的是增加菌種的數(shù)量,縮短生產(chǎn)周期。(3)是整個過程的中心環(huán)節(jié)發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵,在此階段需隨時取樣、檢測微生物數(shù)量、產(chǎn)物濃度等,以了解發(fā)酵進(jìn)程。隨著發(fā)酵進(jìn)行,培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質(zhì)減少,還要及時添加必需的營養(yǎng)組分,同時嚴(yán)格控制溫度、ph和溶解氧等發(fā)酵條件。(4)是發(fā)酵工程產(chǎn)品微生物細(xì)胞(菌體),發(fā)酵結(jié)束后可采用過濾、沉淀等方法將菌體分離和干燥。答案:(1)誘變基因工程(2)擴(kuò)大培養(yǎng)增加菌種的數(shù)量,可以縮短生產(chǎn)周期(3)發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵微生物數(shù)量產(chǎn)物濃度必需的營養(yǎng)組分溫度、ph

9、和溶解氧(4)微生物細(xì)胞(菌體)過濾、沉淀【誤區(qū)警示】菌種的選育和培養(yǎng)常見誤區(qū)(1)誤認(rèn)為高產(chǎn)青霉素菌種是通過基因工程獲得的:高產(chǎn)青霉素菌種是通過誘變育種獲得的。(2)易弄錯增加菌種數(shù)量的方法:獲得優(yōu)良菌種后,為了縮短生產(chǎn)周期,要進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)來增加菌種數(shù)量?！舅仞B(yǎng)探究母題追問】 (1)科學(xué)思維分析與推理發(fā)酵過程中為什么要控制發(fā)酵條件?提示:發(fā)酵條件會影響微生物的生長繁殖和代謝物的形成。(2)科學(xué)探究結(jié)果評價在谷氨酸發(fā)酵中產(chǎn)物是什么?它屬于代謝物嗎?提示:谷氨酸發(fā)酵產(chǎn)物是谷氨酸棒狀桿菌產(chǎn)生的谷氨酸,是細(xì)胞代謝物?！舅仞B(yǎng)遷移】(2018江蘇高考)某高校采用如圖所示的發(fā)酵罐進(jìn)行葡萄酒主發(fā)酵過程的研究

10、,下列敘述錯誤的是()a.夏季生產(chǎn)果酒時,常需對罐體進(jìn)行降溫處理b.乙醇為揮發(fā)性物質(zhì),故發(fā)酵過程中空氣的進(jìn)氣量不宜太大c.正常發(fā)酵過程中罐內(nèi)的壓力不會低于大氣壓d.可以通過監(jiān)測發(fā)酵過程中殘余糖的濃度來決定何時終止發(fā)酵【解析】選b。果酒發(fā)酵過程中會放出熱量使罐體溫度上升,故需對發(fā)酵罐進(jìn)行降溫處理,a項正確;乙醇雖然為揮發(fā)性物質(zhì),但其能溶于水,而且酒精發(fā)酵為無氧呼吸,發(fā)酵過程中不需進(jìn)氣,b項錯誤;發(fā)酵過程中有co2產(chǎn)生,所以罐內(nèi)壓力不會低于大氣壓,c項正確;發(fā)酵程度可以通過監(jiān)測發(fā)酵液中殘余糖的濃度來確定,d項正確。知識點二發(fā)酵工程的應(yīng)用1.發(fā)酵工程的應(yīng)用:發(fā)酵工程滲透到幾乎所有的工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。(1)

11、在食品工業(yè)上的應(yīng)用:生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品、食品添加劑和酶制劑。(2)在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用:生產(chǎn)抗生素、氨基酸、激素、免疫調(diào)節(jié)劑和疫苗等。(3)在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用:生產(chǎn)微生物肥料、微生物農(nóng)藥、微生物飼料等?！咎貏e提醒】啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)的五點提醒(1)啤酒酵母菌:通過微生物培養(yǎng)技術(shù)篩選出的優(yōu)良菌種,在接種前進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng),縮短生產(chǎn)周期。(2)焙烤溫度不能過高,防止淀粉酶失活。(3)蒸煮后的糖漿一定要冷卻后才能接種,防止高溫殺死酵母菌。(4)發(fā)酵過程中注意控制好溫度、ph、通氣、發(fā)酵時間等。(5)接種前要對發(fā)酵罐進(jìn)行滅菌,接種時要進(jìn)行無菌操作,防止雜菌污染。2.發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的比較:發(fā)酵工程傳統(tǒng)發(fā)酵

12、技術(shù)不同點菌種通過微生物純培養(yǎng)技術(shù)篩選或其他技術(shù)生產(chǎn)的優(yōu)良菌種,大多是單一菌種原材料中天然存在的混合菌種發(fā)酵方式液體發(fā)酵為主固體發(fā)酵或半固體發(fā)酵為主對發(fā)酵條件的控制嚴(yán)格無菌操作,防止雜菌污染。通過現(xiàn)代工程技術(shù)對發(fā)酵條件精確地控制,使發(fā)酵條件處于最佳狀態(tài)不是無菌操作,容易受到雜菌污染。對發(fā)酵條件不能嚴(yán)格控制,易受外界條件影響生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模大,實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。原料來源豐富,成本低,產(chǎn)物多樣,產(chǎn)量高通常是家庭式或作坊式的,產(chǎn)量低,生產(chǎn)往往受季節(jié)和原料限制,產(chǎn)品風(fēng)味品種比較單一,質(zhì)量不穩(wěn)定相同點都是利用了微生物的作用發(fā)酵工程是在傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的啤酒是以糧食作物大麥為主要原料釀造

13、的,如圖是某種啤酒的生產(chǎn)流程,回答下列問題。(1)在釀造過程中需要將大麥種子進(jìn)行發(fā)芽處理,此過程的目的是_,麥芽經(jīng)過焙烤、碾磨成_。(2)經(jīng)過糖化階段,麥芽中的淀粉、蛋白質(zhì)等大分子被分解成酵母菌可利用的可溶性小分子物質(zhì)。糖化時溫度的變化通常是由低溫逐步升至高溫,以防止_。(3)在蒸煮階段,要將糖漿中加入啤酒花煮沸一定時間,不僅可以蒸發(fā)掉多余的水分,還可以起到_作用。(4)在主發(fā)酵初期,往往先通入無菌空氣,目的是_,之后進(jìn)行密封發(fā)酵。酒精就是在密封發(fā)酵期間產(chǎn)生的,寫出反應(yīng)簡式_。(5)經(jīng)過一段時間的后發(fā)酵,才能形成澄清、成熟的啤酒。后發(fā)酵期間糖類繼續(xù)發(fā)酵,促進(jìn)啤酒風(fēng)味的成熟。影響啤酒風(fēng)味的因素有

14、_、_等。【解題導(dǎo)引】解答本題需掌握以下三個關(guān)鍵知識:(1)大麥種子發(fā)芽的目的:產(chǎn)生淀粉酶等。(2)糖化的實質(zhì):大分子物質(zhì)在酶的作用下,被分解成小分子物質(zhì)。(3)酵母菌發(fā)酵的過程:前期有氧條件酵母菌的數(shù)量增加,后期無氧條件酵母菌進(jìn)行酒精發(fā)酵?！窘馕觥?1)大麥種子發(fā)芽的目的是釋放淀粉酶、蛋白酶等多種酶。麥芽經(jīng)過焙烤、碾磨成麥芽粉。(2)糖化時由低溫逐步升至高溫,以防止麥芽中淀粉酶等因高溫而變性失活。(3)在蒸煮階段,不僅可以蒸發(fā)掉多余的水分,還可以起到滅菌作用。(4)在主發(fā)酵初期,需要通入無菌空氣,目的是增加酵母菌的數(shù)量,有利于密閉時獲得更多的酒精產(chǎn)物,反應(yīng)簡式見答案。(5)影響啤酒風(fēng)味的因素

15、有酵母菌菌種、大麥品種、發(fā)酵時間、發(fā)酵溫度等。答案:(1)釋放淀粉酶麥芽粉(2)麥芽中淀粉酶等因高溫而變性失活(3)滅菌(4)有氧條件酵母菌進(jìn)行出芽生殖,數(shù)量增加c6h12o62c2h5oh+2co2+能量(5)酵母菌菌種大麥品種發(fā)酵時間發(fā)酵溫度(寫兩種即可)【素養(yǎng)探究母題追問】(1)科學(xué)思維分析與綜合在糖化階段,溫度低影響啤酒品質(zhì),溫度高會使麥芽產(chǎn)生的淀粉酶等失活,你能想到什么方法解決?提示:可以在此階段使用發(fā)酵工程生產(chǎn)的耐高溫的淀粉酶制劑。(2)科學(xué)思維分析與推理發(fā)酵后的啤酒需要經(jīng)過消毒才能包裝銷售,請你利用所學(xué)知識,分析用什么方法對啤酒進(jìn)行消毒。提示:為了保持啤酒的風(fēng)味,應(yīng)用巴氏(低溫)

16、消毒法進(jìn)行消毒?！舅仞B(yǎng)遷移】下列有關(guān)發(fā)酵工程應(yīng)用的說法錯誤的是()a.發(fā)酵工程可以生產(chǎn)醬油、泡菜等傳統(tǒng)發(fā)酵食品b.檸檬酸、乳酸等食品添加劑可以通過發(fā)酵工程生產(chǎn)c.發(fā)酵工程可以生產(chǎn)多種藥物,但是不能生產(chǎn)疫苗d.發(fā)酵工程生產(chǎn)的單細(xì)胞蛋白可以制作成微生物飼料【解析】選c。發(fā)酵工程可以生產(chǎn)傳統(tǒng)發(fā)酵食品,a正確;檸檬酸、乳酸是通過發(fā)酵工程生產(chǎn)的食品添加劑,b正確;科學(xué)家利用基因工程將病原體基因轉(zhuǎn)入微生物細(xì)胞,通過發(fā)酵工程可以生產(chǎn)疫苗,c錯誤;單細(xì)胞蛋白可以制作成微生物飼料,d正確?！狙a償訓(xùn)練】以下不屬于發(fā)酵的是()a.利用需氧型青霉菌生產(chǎn)青霉素b.缺氧時人的組織細(xì)胞產(chǎn)生乳酸c.利用酵母菌的無氧呼吸獲得酒

17、d.利用乳酸菌制作泡菜【解析】選b。發(fā)酵是指通過微生物的代謝將原料轉(zhuǎn)化為人類所需要的產(chǎn)物的過程?？梢?利用需氧型青霉菌生產(chǎn)青霉素、利用酵母菌的無氧呼吸獲得酒和利用乳酸菌制作泡菜,都屬于發(fā)酵,而缺氧時人的組織細(xì)胞產(chǎn)生乳酸的過程則不屬于發(fā)酵,a、c、d均不符合題意,b符合題意。【課堂回眸】課堂檢測素養(yǎng)達(dá)標(biāo)【概念診斷】1.運用發(fā)酵工程可以生產(chǎn)多種產(chǎn)品,請分析下列關(guān)于發(fā)酵工程的敘述,正確的是_。防止雜菌入侵和獲得純凈的微生物培養(yǎng)物是發(fā)酵工程的重要基礎(chǔ)發(fā)酵工程最重要的環(huán)節(jié)是發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵青霉素有抗菌作用,即使生產(chǎn)青霉素的發(fā)酵過程中混入了雜菌,發(fā)酵也不受影響大型發(fā)酵罐有計算機(jī)控制系統(tǒng),能對發(fā)酵條件進(jìn)行控制發(fā)

18、酵工程不能生產(chǎn)傳統(tǒng)發(fā)酵食品發(fā)酵工程可以生產(chǎn)微生物農(nóng)藥發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)都是利用微生物的作用進(jìn)行的發(fā)酵【解析】選。發(fā)酵工程常用單一菌種發(fā)酵,因此防止雜菌入侵和獲得純凈的微生物培養(yǎng)物是發(fā)酵工程的重要基礎(chǔ),正確;發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)是發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵過程,正確;青霉素的生產(chǎn)過程中混入了雜菌,雜菌分泌的青霉素酶會將青霉素分解,錯誤;發(fā)酵罐有計算機(jī)控制系統(tǒng),能對發(fā)酵過程中的各種條件進(jìn)行監(jiān)測和控制,正確;發(fā)酵工程能生產(chǎn)傳統(tǒng)發(fā)酵食品,錯誤;發(fā)酵工程可以生產(chǎn)微生物農(nóng)藥、微生物肥料、微生物飼料等,正確;發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的共同點都是利用微生物進(jìn)行的發(fā)酵,正確。2.下列選項中不是發(fā)酵工程特點的是()a.原料來源

19、豐富,價格低b.產(chǎn)物專一,產(chǎn)量高c.廢棄物對環(huán)境污染小,容易處理d.生產(chǎn)條件需要高溫高壓【解析】選d。發(fā)酵工程是運用微生物的功能進(jìn)行的生產(chǎn),生產(chǎn)條件溫和,即在常溫常壓條件下進(jìn)行,d錯誤。3.用發(fā)酵工程生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白時,對產(chǎn)物進(jìn)行分離提純時可采用的方法是()a.蒸餾、過濾b.過濾、沉淀c.萃取、離子交換d.沉淀、萃取【解析】選b。單細(xì)胞蛋白是微生物菌體,采用過濾、沉淀等方法將菌體進(jìn)行分離和干燥。【思維躍遷】4.下列關(guān)于發(fā)酵工程的說法,正確的是()a.人工誘變、細(xì)胞工程、基因工程等都可對微生物進(jìn)行定向改造b.環(huán)境條件的變化不僅影響微生物的生長繁殖,也會影響微生物的代謝c.發(fā)酵罐中微生物的生長繁殖、

20、代謝產(chǎn)物的形成都與攪拌速度無關(guān)d.單細(xì)胞蛋白是從微生物細(xì)胞中提取出來的【解析】選b。人工誘變導(dǎo)致基因突變是不定向的,細(xì)胞工程、基因工程是具有目的性的,故人工誘變不能對微生物進(jìn)行定向改造,a錯誤;環(huán)境條件的變化不僅影響微生物的生長繁殖,也會影響微生物的代謝,b正確;攪拌可增加溶氧量,發(fā)酵罐中微生物的生長繁殖、代謝產(chǎn)物的形成速度都與攪拌速度有關(guān),c錯誤;單細(xì)胞蛋白是指通過發(fā)酵獲得的大量的微生物菌體,d錯誤。5.如圖是發(fā)酵工程常用的機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐,是工業(yè)生產(chǎn)中最常用的發(fā)酵罐。回答下列問題:(1)1是培養(yǎng)物或營養(yǎng)物質(zhì)的_,2是_,4是_,3是_。(2)5是_,此裝置運轉(zhuǎn)時,既能使空氣和發(fā)酵液充分混合

21、,增加培養(yǎng)液中的_,又能使菌種與培養(yǎng)液_,提高原料利用率。但是在利用乳酸菌生產(chǎn)乳酸時一般不用此裝置,這是因為_。(3)若此裝置用于酒精發(fā)酵,在發(fā)酵過程中,ph_, 罐內(nèi)的壓力會_。(4)發(fā)酵罐在使用前要進(jìn)行_?！窘馕觥?1)分析此裝置,1是培養(yǎng)物或營養(yǎng)物質(zhì)的加入口,2是排氣管,4是冷卻水進(jìn)入口,3是空氣入口。(2)5是攪拌葉輪,作用是使空氣和發(fā)酵液充分混合,增加培養(yǎng)液中的溶解氧,使菌種與培養(yǎng)液充分接觸,提高原料利用率。乳酸菌是厭氧型微生物,所以進(jìn)行乳酸發(fā)酵不使用此裝置。(3)在酒精發(fā)酵過程中,由于有二氧化碳產(chǎn)生,所以會導(dǎo)致ph下降, 罐內(nèi)的壓力會增加。(4)防止雜菌污染,發(fā)酵罐在使用前要進(jìn)行滅

22、菌。答案:(1)加入口排氣管冷卻水進(jìn)入口空氣入口(2)攪拌葉輪溶解氧充分接觸乳酸菌是厭氧型微生物,發(fā)酵過程不需要氧氣(3)下降增加(4)滅菌【拓展探究】6.植物乳桿菌屬于乳酸菌的一種,在繁殖過程中可分泌一類具有抑菌活性的蛋白質(zhì),此種蛋白質(zhì)稱為細(xì)菌素,作為重要的天然食品防腐劑在食品加工中有著廣泛應(yīng)用。現(xiàn)有兩種較高產(chǎn)細(xì)菌素的菌株,菌株a產(chǎn)細(xì)菌素能力強于菌株b,但菌株a細(xì)胞中的細(xì)菌素合成途徑中缺少兩個重要的調(diào)控基因plnc和plnd,而菌株b細(xì)胞中具有這兩個基因。研究人員按下圖所示流程對菌株a和b進(jìn)行改良,獲得了更高產(chǎn)細(xì)菌素的新型菌株c。(1)從細(xì)胞結(jié)構(gòu)的角度分析,植物乳桿菌屬于_生物,其進(jìn)行合成細(xì)

23、菌素等生命活動所需的能量由_呼吸提供。(2)實驗發(fā)現(xiàn),植物乳桿菌對檸檬色葡萄球菌的抑菌效果最好,研究人員選擇檸檬色葡萄球菌作為指示菌進(jìn)行抑菌實驗,來比較菌株a、b、c的產(chǎn)細(xì)菌素能力。實驗步驟如下:a.在平板培養(yǎng)基中涂布_; b.分別在平板的不同位置接種_作為實驗組;對照組的處理是_; c.培養(yǎng)一段時間后,觀察并比較抑菌圈大小。預(yù)期結(jié)果為:_ _。(3)抗生素是由微生物產(chǎn)生的具有較強抑菌殺菌效果的小分子有機(jī)物。請結(jié)合所學(xué)知識及相關(guān)信息,分析將細(xì)菌素而非抗生素用作食品防腐劑的優(yōu)勢_。(答出一點即可)【解析】(1)植物乳桿菌屬于乳酸菌的一種,屬于細(xì)菌,是原核生物;由于植物乳桿菌是厭氧性細(xì)菌,故進(jìn)行合

24、成細(xì)菌素等生命活動所需的能量由無氧呼吸提供。 (2)植物乳桿菌對檸檬色葡萄球菌的抑菌效果最好,研究人員選擇檸檬色葡萄球菌作為指示菌進(jìn)行抑菌實驗,來比較菌株a、b、c的產(chǎn)細(xì)菌素能力,故應(yīng)該在平板培養(yǎng)基上涂布檸檬色葡萄球菌菌液,分別在平板的不同位置接種a、b、c菌液的上清液(蘸取a、b、c菌液的濾紙片)作為實驗組,接種等量無菌水(蘸取無菌水的濾紙片)作為對照組,觀察含有抑菌物質(zhì)的濾紙片周圍的抑菌圈大小,預(yù)期結(jié)果為抑菌圈從大到小依次為c、a、b,對照組無抑菌圈。(3)將細(xì)菌素而非抗生素用作食品防腐劑的優(yōu)勢為:與抗生素不同,細(xì)菌素的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì),被人體食用后可被胃蛋白酶等消化酶降解,不會被吸收進(jìn)入

25、人體內(nèi),也不會破壞人體腸道益生菌,排放入環(huán)境中的量少,因此一般情況下,具有無毒、無副作用、無殘留、少污染的優(yōu)點。答案:(1)原核無氧(2)檸檬色葡萄球菌菌液a、b、c菌液的上清液(蘸取a、b、c菌液的濾紙片)接種等量無菌水(蘸取無菌水的濾紙片)抑菌圈從大到小依次為c、a、b,對照組無抑菌圈(3)無毒、無副作用、無殘留、少污染 四發(fā)酵工程及其應(yīng)用 (20分鐘70分)一、選擇題(共7小題,每小題5分,共35分)1.發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵時,一定要控制好發(fā)酵條件,下列說法錯誤的是()a.對溫度的控制可以通過發(fā)酵罐上的溫度傳感器和控制裝置進(jìn)行監(jiān)測和調(diào)整b.若是谷氨酸發(fā)酵需要將ph調(diào)至酸性c.可以在培養(yǎng)基中添加緩

26、沖液以維持發(fā)酵時ph的相對穩(wěn)定d.對于需氧發(fā)酵通過調(diào)節(jié)通氣量和攪拌速度控制溶氧量【解析】選b。發(fā)酵過程對溫度的控制是通過發(fā)酵罐上的溫度傳感器和控制裝置完成的,a正確;谷氨酸發(fā)酵時,在中性或弱堿性條件會積累谷氨酸,在酸性條件下容易形成其他產(chǎn)物,因此應(yīng)將ph調(diào)至中性或弱堿性,b錯誤。維持ph穩(wěn)定的方法是通過加料裝置添加酸或堿進(jìn)行調(diào)節(jié),或者在培養(yǎng)基中添加ph緩沖液,c正確;對溶解氧的控制是通過調(diào)節(jié)通氣量和攪拌速度,d正確。2.發(fā)酵工程與現(xiàn)代生物技術(shù)相結(jié)合,應(yīng)用范圍越來越廣泛。下列關(guān)于發(fā)酵工程應(yīng)用的描述錯誤的是()a.運用發(fā)酵工程生產(chǎn)的傳統(tǒng)發(fā)酵食品,產(chǎn)量和質(zhì)量都得到了明顯的提高b.大多數(shù)酶制劑都是通過

27、發(fā)酵工程生產(chǎn)的c.發(fā)酵工程生產(chǎn)的單細(xì)胞蛋白可以用作微生物肥料d.基因工程、蛋白質(zhì)工程與發(fā)酵工程相結(jié)合大大降低了某些藥物的生產(chǎn)成本【解析】選c。發(fā)酵工程實現(xiàn)了規(guī)?；纳a(chǎn),發(fā)酵過程對發(fā)酵條件嚴(yán)格控制,提高了產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量,a正確;絕大多數(shù)酶制劑都是通過發(fā)酵工程生產(chǎn)的,b正確;單細(xì)胞蛋白可以用作微生物飼料,而不是微生物肥料,c錯誤;基因工程、蛋白質(zhì)工程與發(fā)酵工程相結(jié)合提高了藥物的產(chǎn)量,降低了藥物的生產(chǎn)成本,d正確。3.漆酶屬于木質(zhì)降解酶類,在環(huán)境修復(fù)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域有著廣泛用途。如圖是分離、純化和保存漆酶菌株的過程,相關(guān)敘述正確的是() a.生活污水中含有大量微生物,是分離產(chǎn)漆酶菌株的首選樣品b

28、.篩選培養(yǎng)基中需要加入漆酶的底物,通過菌落特征挑出產(chǎn)漆酶的菌落c.在涂布平板上長出的菌落,再通過劃線進(jìn)一步計數(shù)d.斜面培養(yǎng)基中含有大量營養(yǎng)物質(zhì),可在常溫下長期保存菌株【解析】選b。生活污水中含有大量微生物,但不一定含有產(chǎn)漆酶的菌株,可能分離不出產(chǎn)漆酶菌株,a錯誤;生活污水中含有大量微生物,將篩選培養(yǎng)基中加入漆酶的底物,通過菌落特征就能挑出產(chǎn)漆酶的菌落,b正確;在涂布平板上長出的菌落,再通過劃線進(jìn)一步純化,不是計數(shù),c錯誤;斜面培養(yǎng)基中含有大量營養(yǎng)物質(zhì),不能在常溫下保存,可在低溫下長期保存菌株,d錯誤。4.下列關(guān)于發(fā)酵過程的描述,錯誤的是()a.發(fā)酵過程中,微生物的生命活動會引起發(fā)酵溫度升高b.

29、發(fā)酵過程中要隨時檢測微生物數(shù)量和產(chǎn)物濃度c.發(fā)酵過程中產(chǎn)生的廢棄培養(yǎng)液等能直接排放到環(huán)境中d.啤酒的發(fā)酵過程中,酵母菌將糖類轉(zhuǎn)化為酒精和二氧化碳【解析】選c。發(fā)酵過程中微生物分解有機(jī)物釋放能量,一部分用于合成atp,另一部分散發(fā)到培養(yǎng)基中時,會引起發(fā)酵溫度升高,a正確;發(fā)酵過程中要隨時檢測微生物數(shù)量和產(chǎn)物濃度,以了解發(fā)酵進(jìn)程,b正確;發(fā)酵過程中產(chǎn)生的廢棄培養(yǎng)液等會污染環(huán)境,不能直接排放到環(huán)境中,c錯誤;啤酒的發(fā)酵過程中,酵母菌進(jìn)行厭氧發(fā)酵,將糖類轉(zhuǎn)化為酒精和二氧化碳,d正確?！净犹骄俊?1)除了微生物代謝,還有哪些因素可以使發(fā)酵溫度升高?提示:攪拌葉輪的機(jī)械攪拌,也會產(chǎn)生一部分熱量引起溫度升

30、高。(2)怎樣降低發(fā)酵罐的溫度?提示:可以通過增加冷卻水的進(jìn)水量,降低發(fā)酵罐的溫度。5.“通州老窖”是以優(yōu)質(zhì)高粱、麩曲、產(chǎn)脂酵母菌為原材料釀制出的一種白酒。以下相關(guān)敘述正確的是()a.水質(zhì)、菌種和發(fā)酵時間會影響酒的品質(zhì)b.所用的菌種屬于生態(tài)系統(tǒng)中的消費者c.可用平板劃線法測定發(fā)酵液中的菌種濃度d.釀制過程必須進(jìn)行嚴(yán)格的滅菌操作【解析】選a。影響酒品質(zhì)的因素有很多,如水質(zhì)、菌種和發(fā)酵時間等,a正確;釀酒所用的菌種屬于生態(tài)系統(tǒng)中的分解者,b錯誤;可用稀釋涂布平板法測定發(fā)酵液中的菌種濃度,c錯誤;釀制過程不能進(jìn)行滅菌,防止把酵母菌殺死而影響酒的產(chǎn)量,d錯誤。6.發(fā)酵工程最重要的工作是選擇優(yōu)良的單一純

31、種,消滅雜菌。獲得純種的方法不包括()a.根據(jù)微生物對碳源需求的差別,使用含有不同碳源的培養(yǎng)基b.根據(jù)微生物需要生長因子的種類,在培養(yǎng)基中增減不同的生長因子c.根據(jù)微生物遺傳組成的差異,在培養(yǎng)基中加入不同比例的核酸d.根據(jù)微生物對抗生素敏感性的差異,在培養(yǎng)基中加入不同的抗生素【解析】選c。根據(jù)微生物對碳源需求的差別,使用含有不同碳源的培養(yǎng)基可以選擇微生物種類,能獲得純種,a不符合題意;在培養(yǎng)基中增減不同的生長因子的作用也是選擇微生物,b不符合題意;根據(jù)微生物遺傳組成的差異,在培養(yǎng)基中加入不同比例的核酸(dna和rna),它不會直接影響到微生物自身的遺傳組成,即使被微生物利用,也是被分解為核苷酸

32、后利用,所以培養(yǎng)基中加入不同比例的核酸,不會對微生物起選擇作用,c符合題意;抗生素也可對生物起選擇作用,d不符合題意。7.發(fā)酵工程的一項關(guān)鍵措施是滅菌,關(guān)于滅菌的敘述正確的是()a.培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備均需要嚴(yán)格滅菌b.滅菌是殺死培養(yǎng)基中的一切細(xì)菌和真菌c.通入無菌空氣可以達(dá)到滅菌的目的d.ph調(diào)到7左右滅菌效果最好【解析】選a。滅菌就是殺滅微生物,以排除對生產(chǎn)、實驗的干擾,關(guān)鍵是要對培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備滅菌,故a正確;培養(yǎng)基的滅菌是殺死培養(yǎng)基中的一切微生物,故b錯誤;為防止雜菌污染,通入的空氣也要是無菌的,但不是通入無菌空氣就可以達(dá)到滅菌的目的,故c錯誤;滅菌效果與ph無直接關(guān)系,故d錯誤。二、非選

33、擇題(共2小題,共35分)8.(15分)谷氨酸棒狀桿菌可用于微生物發(fā)酵工程生產(chǎn)谷氨酸,從而制取谷氨酸鈉(味精)。如圖為谷氨酸棒狀桿菌合成谷氨酸的途徑,通過發(fā)酵工程可以大量生產(chǎn)谷氨酸?；卮鹣铝袉栴}: (1)與酵母菌相比,谷氨酸棒狀桿菌在結(jié)構(gòu)上的顯著特點是_;谷氨酸發(fā)酵的培養(yǎng)基成分有豆餅水解液、玉米漿、尿素、磷酸氫二鉀、硫酸鎂、生物素等,從物理性質(zhì)看,該培養(yǎng)基屬于_培養(yǎng)基。(2)發(fā)酵過程中要測定谷氨酸棒狀桿菌的數(shù)量,可采用的計數(shù)方法有顯微鏡直接計數(shù)法和_,前者計數(shù)的結(jié)果比后者計數(shù)的結(jié)果值偏_(填“大”或“小”),原因是_。(3)由圖可知,谷氨酸棒狀桿菌體內(nèi)若積累了較多的谷氨酸,則會抑制谷氨酸脫氫酶

34、的活性,微生物這種對自身代謝速率的調(diào)節(jié)方式是_。(4)谷氨酸棒狀桿菌在發(fā)酵過程中要不斷地通入無菌空氣,并通過攪拌使空氣形成細(xì)小的氣泡,迅速溶解在培養(yǎng)液中,當(dāng)培養(yǎng)基中碳氮比為41時,菌體大量繁殖而產(chǎn)生的谷氨酸少;當(dāng)碳氮比為31時,菌體繁殖受抑制,但谷氨酸的合成量大增。在無氧條件下,谷氨酸棒狀桿菌代謝產(chǎn)物是乳酸或琥珀酸。由此說明谷氨酸棒狀桿菌的代謝類型是_,由上述探究可知,通過發(fā)酵得到大量谷氨酸的發(fā)酵思路_?！窘馕觥?1)谷氨酸棒狀桿菌屬于細(xì)菌,酵母菌屬于真菌,谷氨酸棒狀桿菌在結(jié)構(gòu)上的顯著特點是無核膜包被的細(xì)胞核。谷氨酸發(fā)酵的培養(yǎng)基成分有豆餅水解液、玉米漿、尿素、磷酸氫二鉀、硫酸鎂、生物素等,從物

35、理性質(zhì)看,該培養(yǎng)基屬于液體培養(yǎng)基。(2)測定谷氨酸棒狀桿菌的數(shù)量可采用的計數(shù)方法有顯微鏡直接計數(shù)法和稀釋涂布平板法。由于顯微鏡直接計數(shù)法中死活菌體一起計數(shù),而稀釋涂布平板法只計數(shù)活菌數(shù),且可能有多個菌體形成同一個菌落,因此顯微鏡直接計數(shù)法計數(shù)的結(jié)果比稀釋涂布平板法計數(shù)的結(jié)果值更大。(3)據(jù)題圖分析,當(dāng)谷氨酸過量時,會抑制谷氨酸脫氫酶的活性,導(dǎo)致谷氨酸脫氫酶的活性下降,從而使谷氨酸含量下降,這種對自身代謝速率的調(diào)節(jié)方式是負(fù)反饋調(diào)節(jié)。(4)分析可知,谷氨酸棒狀桿菌的代謝類型是異養(yǎng)兼性厭氧型,當(dāng)培養(yǎng)基中碳氮比為41時,菌體大量繁殖而產(chǎn)生的谷氨酸少;當(dāng)碳氮比為31時,菌體繁殖受抑制,但谷氨酸的合成量大

36、增,因此通過發(fā)酵得到大量谷氨酸的發(fā)酵條件是不斷向發(fā)酵液中通入無菌空氣,在發(fā)酵液c/n=41中培養(yǎng)一段時間,使菌種大量繁殖,后將培養(yǎng)液的c/n改為31,即可通過發(fā)酵得到大量谷氨酸。答案:(1)無核膜包被的細(xì)胞核液體(2)稀釋涂布平板法大前者死活菌體一起計數(shù),后者只計數(shù)活菌數(shù),且可能有多個菌體形成同一個菌落(3)負(fù)反饋調(diào)節(jié)(4)異養(yǎng)兼性厭氧型不斷向發(fā)酵液中通入無菌空氣,發(fā)酵液中碳氮比為41,培養(yǎng)一段時間使菌種大量繁殖,后將培養(yǎng)液的碳氮比改為31,使菌種合成大量谷氨酸9.(20分)隨著對纖維素水解研究的不斷深入,利用纖維素廢料發(fā)酵生產(chǎn)酒精等能源物質(zhì)已取得成功。發(fā)酵工程中可利用纖維素分解菌將纖維素分解

37、,隨后將其轉(zhuǎn)化成新的能源物質(zhì)乙醇,進(jìn)一步利用乙醇生產(chǎn)醋酸。工業(yè)生產(chǎn)這兩種成分的基本工藝流程如圖所示。請回答: (1)在發(fā)酵罐內(nèi),纖維素分解菌能夠分泌纖維素酶將纖維素分解為_。(2)在過程篩選纖維素分解菌時,常常采用平板劃線法和_法進(jìn)行純化。兩種方法的共同點是_。用來篩選纖維素分解菌的培養(yǎng)基是_培養(yǎng)基(從功能上分類),培養(yǎng)基中含有na2hpo4和kh2po4,其作用有_。(答出兩點)(3)微生物x應(yīng)為_,發(fā)酵一定時間后,觀察到發(fā)酵罐內(nèi)液體不再有_,說明發(fā)酵基本完畢。(4)微生物y應(yīng)是_。發(fā)酵罐內(nèi)和發(fā)酵罐內(nèi)除了嚴(yán)格控制溫度、ph外,發(fā)酵罐內(nèi)還需要通入_。(5)若發(fā)酵罐中的酒全部流經(jīng)發(fā)酵罐制成醋,發(fā)

38、酵罐中co2的產(chǎn)生量是_。a.發(fā)酵罐的兩倍b.與發(fā)酵罐的相等c.發(fā)酵罐的一半d.幾乎為零【解析】(1)在發(fā)酵罐內(nèi),纖維素分解菌能夠分泌纖維素酶,該酶可將纖維素分解為葡萄糖。(2)在過程篩選纖維素分解菌時,常常采用平板劃線法和稀釋涂布平板法進(jìn)行純化。兩種方法的共同點是把聚集在一起的細(xì)菌分散成單個,培養(yǎng)后得到單個菌落。用來篩選纖維素分解菌的培養(yǎng)基中含有na2hpo4和kh2po4(這些都是無機(jī)鹽,又是磷酸一氫鹽和磷酸二氫鹽),其作用有為細(xì)菌生長提供無機(jī)營養(yǎng),作為緩沖劑維持細(xì)胞生長過程中的ph穩(wěn)定。(3)發(fā)酵罐是通過酵母菌發(fā)酵生產(chǎn)乙醇,發(fā)酵一定時間后,觀察到發(fā)酵罐內(nèi)液體不再有氣泡產(chǎn)生,說明發(fā)酵基本完畢。(4)發(fā)酵罐是通過醋酸(桿)菌發(fā)酵生產(chǎn)醋酸。發(fā)酵罐內(nèi)和發(fā)酵罐內(nèi)除了嚴(yán)格控制溫度、ph外,發(fā)酵罐是需氧發(fā)酵,還需要通入無菌空氣。(5)若發(fā)酵罐中的酒全部流經(jīng)發(fā)酵罐制成醋,酒精氧化成醋酸是利用醋酸(桿)菌有氧呼吸得到的,但這一過程不產(chǎn)生co2,因此發(fā)酵罐中co2的產(chǎn)生量幾乎為零。答案:(1)葡萄糖(2)稀釋涂布平板把聚集在一起的細(xì)菌分散成單個,培養(yǎng)后得到單個菌落選擇為細(xì)菌生長提供無機(jī)營養(yǎng),作為緩沖劑維持細(xì)胞生長過程中的ph穩(wěn)定(3)酵母菌氣泡產(chǎn)生(4)醋酸(桿)菌無菌空氣(5)d (10分鐘30分)1.(8分)(不定項)下列關(guān)于發(fā)酵工程基本環(huán)