1.3 發(fā)酵工程及其應(yīng)用-講義

第3節(jié)發(fā)酵工程及其應(yīng)用【知識回顧】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)?；a(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)物的分離和提純等環(huán)節(jié)。2.選一選:基于對發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)的理解,下列有關(guān)說法正確的是②④⑤①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)行擴大培養(yǎng)。③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。④發(fā)酵工程所用的培養(yǎng)基是液體培養(yǎng)基。⑤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。⑥發(fā)酵結(jié)束后即可得到發(fā)酵產(chǎn)品。3.發(fā)酵工程中的發(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。2.在食品工業(yè)上的應(yīng)用:判一判:基于對發(fā)酵工程在食品工業(yè)上的應(yīng)用的理解,判斷下列說法的正誤:(1)發(fā)酵工程在食品工業(yè)上的應(yīng)用包括生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品、生產(chǎn)食品添加劑、生產(chǎn)酶制劑。 ()(2)生產(chǎn)醬油的原理是以大豆為原料,利用產(chǎn)生脂肪酶的霉菌,將原料中的蛋白質(zhì)水解成小分子的肽和氨基酸,再經(jīng)淋洗,調(diào)制而成。 ()(3)啤酒的工業(yè)生產(chǎn)過程中的焙烤的作用是加熱殺死種子胚但不使淀粉酶失活。()(4)啤酒發(fā)酵的原理是利用酵母菌在有氧條件下將糖氧化分解為酒精和CO2。()(5)α-淀粉酶、β-淀粉酶、氨基肽酶和脂肪酶及免疫調(diào)節(jié)劑等都屬于酶制劑。()3.在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用:(1)發(fā)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)對解決資源短缺與環(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)酵工程正滲透到幾乎所有的工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。知識點一發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)

1.發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié):(1)選育菌種:①條件:環(huán)境條件穩(wěn)定、溫和,利于菌種生產(chǎn)繁殖。②途徑:a.從自然界中篩選的常規(guī)菌種。b.通過誘變育種或基因工程育種獲得。(2)擴大培養(yǎng):①目的:增加菌種數(shù)量。②所用培養(yǎng)基:液體培養(yǎng)基或固體培養(yǎng)基。(3)配制培養(yǎng)基:①配制原則:目的明確、營養(yǎng)協(xié)調(diào)、pH適宜。②營養(yǎng)構(gòu)成:水、無機鹽、碳源、氮源等。③注意:培養(yǎng)基使用前要經(jīng)過反復(fù)試驗才能用于大規(guī)模生產(chǎn)。(4)滅菌:①目的:防止雜菌污染。②對象:培養(yǎng)基和發(fā)酵罐。(5)接種:無菌條件。(6)發(fā)酵:①地位:中心環(huán)節(jié)。②監(jiān)控:a.隨時檢測培養(yǎng)液中微生物數(shù)量、產(chǎn)物濃度以了解發(fā)酵進(jìn)程。b.及時添加必需的營養(yǎng)組分來延長穩(wěn)定期的時間,以得到更多產(chǎn)物。c.嚴(yán)格控制溫度、pH、溶解氧等條件,以保證產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。(7)分離、提純:①若產(chǎn)品為菌體本身,可采用過濾沉淀等方法分離、干燥。②若產(chǎn)品為代謝物,可根據(jù)產(chǎn)物的性質(zhì)采取適當(dāng)?shù)奶崛?、分離和純化措施。(8)獲得產(chǎn)品?！咎貏e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。①使空氣和發(fā)酵液充分混合,增加培養(yǎng)液中的溶解氧。②使菌種與培養(yǎng)液充分接觸,提高原料利用率?！镜淅弧咳鐖D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①表示,這樣做的目的是

。

(3)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)④表示,發(fā)酵結(jié)束后可采用等方法獲得產(chǎn)品。

【典例二】(2021·濟南高二檢測)發(fā)酵工程在現(xiàn)代生物工程中地位越來越重要,下列有關(guān)發(fā)酵過程敘述錯誤的是 ()A.首先要對發(fā)酵設(shè)備和培養(yǎng)基嚴(yán)格滅菌B.要隨時取樣,檢測培養(yǎng)液的細(xì)菌數(shù)目、產(chǎn)物濃度等,以了解發(fā)酵進(jìn)程C.在發(fā)酵過程中不需要向裝置中再添加必需的營養(yǎng)組分D.要嚴(yán)格控制溫度、pH、溶解氧等環(huán)境因素知識點二發(fā)酵工程的應(yīng)用

1.發(fā)酵工程的應(yīng)用:(1)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、免疫抑制劑和疫苗等。(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。2.發(fā)酵工程和傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的比較:發(fā)酵工程傳統(tǒng)發(fā)酵技術(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①都是利用了微生物的作用②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【典例一】啤酒是以糧食作物大麥為主要原料釀造的,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、等。

【典例二】下圖為某工廠生產(chǎn)楊梅酒和楊梅醋的基本工藝流程,請回答:(1)①過程是處理。楊梅汁裝入甲罐時,要留有大約的空間,目的是

。

(2)甲罐上方彎管中加水的主要目的是保證酵母菌進(jìn)行,在有氧和無氧環(huán)境中,酵母菌細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生CO2的場所分別是、。

(3)在制備楊梅醋過程中,乙罐內(nèi)填充的木材刨花應(yīng)先經(jīng)滅菌處理,然后加入含菌的培養(yǎng)液,使該菌附著在刨花上,再讓甲罐中發(fā)酵完畢的楊梅酒流入乙罐進(jìn)行楊梅醋發(fā)酵,請寫出乙罐中生產(chǎn)楊梅醋的反應(yīng)簡式:。

【典例三】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D.利用乳酸菌制作泡菜課堂達(dá)標(biāo)訓(xùn)練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。

①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)②發(fā)酵工程最重要的環(huán)節(jié)是發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵③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④大型發(fā)酵罐有計算機控制系統(tǒng),能對發(fā)酵條件進(jìn)行控制⑤發(fā)酵工程不能生產(chǎn)傳統(tǒng)發(fā)酵食品⑥發(fā)酵工程可以生產(chǎn)微生物農(nóng)藥⑦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2.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.通入無菌空氣就可以達(dá)到滅菌的目的D.pH調(diào)到7左右滅菌效果最好3.(2021·寧波高二檢測)二鍋頭作為京酒的代表,有八百多年歷史。以下關(guān)于釀造二鍋頭的敘述中,正確的是 ()A.酵母菌能發(fā)酵產(chǎn)生酒精含量為52%的產(chǎn)品B.可用平板劃線法測定發(fā)酵接種所用菌液的濃度C.釀酒時的環(huán)境溫度不會影響釀酒進(jìn)程D.選用菌種的種類和比例會影響酒的品質(zhì)4.與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)相比,發(fā)酵工程的產(chǎn)品種類更加豐富,產(chǎn)量和質(zhì)量明顯提高。下列相關(guān)表述,不正確的是 ()A.發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)最大的區(qū)別就是前者可以利用微生物來進(jìn)行發(fā)酵B.發(fā)酵工程的產(chǎn)品主要包括微生物的代謝物及菌體本身C.在發(fā)酵工程的發(fā)酵環(huán)節(jié)中,發(fā)酵條件變化不僅會影響微生物的生長繁殖,也會影響微生物的代謝途徑D.通過發(fā)酵工程可以利用微生物生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白5.(2021·南京高二檢測)現(xiàn)在市場上流行一種“精釀”啤酒,它的制作工藝與普通啤酒有所不同。下列有關(guān)“精釀”啤酒和普通啤酒的敘述,不正確的是 ()A.“精釀”啤酒的原料和普通啤酒不同,“精釀”啤酒只使用麥芽、啤酒花、酵母菌和水,普通啤酒除了麥芽、啤酒花、酵母菌和水以外,還有玉米等物質(zhì)B.“精釀”啤酒由于原料主要是麥芽,麥芽汁的濃度較高,口味較為濃郁C.“精釀”啤酒不添加食品添加劑,雖然產(chǎn)量低價格高,但它也有一定的市場D.“精釀”啤酒和普通啤酒一樣可以直接放心飲用6.下列有關(guān)發(fā)酵工程及其應(yīng)用的敘述中,正確的是 ()A.發(fā)酵工程生產(chǎn)用菌種都是對自然界分離的菌種進(jìn)行定向改造后獲得的B.發(fā)酵工程生產(chǎn)的單細(xì)胞蛋白是從微生物菌體細(xì)胞中提取出來的C.利用發(fā)酵工程可以產(chǎn)生微生物肥料來增加土壤肥力、改善土壤結(jié)構(gòu)、促進(jìn)植株生長,如根瘤菌肥、固氮菌肥等D.利用發(fā)酵工程生產(chǎn)微生物的代謝物可以用蒸餾、過濾、沉淀等方法提取7.(2021·北京高二檢測)圖示為發(fā)酵工程生產(chǎn)產(chǎn)品的流程圖,據(jù)圖回答:(1)若能生產(chǎn)人生長激素的工程菌是通過①培養(yǎng)的,①應(yīng)該是;若高產(chǎn)青霉素菌種是通過②培育的,②應(yīng)該是。

(2)根據(jù)培養(yǎng)基的用途,可以將它們分為培養(yǎng)基和培養(yǎng)基。各種培養(yǎng)基的具體配方不同,但一般都含有等營養(yǎng)成分。培養(yǎng)基在使用之前要用進(jìn)行滅菌。

(3)整個過程的中心環(huán)節(jié)是,在該時期要隨時取樣檢測培養(yǎng)基中的等。同時,要嚴(yán)格控制等發(fā)酵條件,因為環(huán)境條件不僅會影響微生物的生長繁殖,而且會影響微生物的形成。

(4)在發(fā)酵過程中要不斷攪拌的目的是①;

②。

(5)發(fā)酵產(chǎn)品分離、提純時要根據(jù)產(chǎn)品的類型不同選擇合適的方法。如果發(fā)酵產(chǎn)品是菌體本身,常常采用等方法分離、提純;如果發(fā)酵產(chǎn)品是微生物的代謝物,還要根據(jù)采取適當(dāng)?shù)姆椒ǚ蛛x提純。

8.(2021·廣東選擇考)中國科學(xué)家運用合成生物學(xué)方法構(gòu)建了一株嗜鹽單胞菌H,以糖蜜(甘蔗榨糖后的廢棄液,含較多蔗糖)為原料,在實驗室發(fā)酵生產(chǎn)PHA等新型高附加值可降解材料,期望提高甘蔗的整體利用價值。工藝流程如圖。回答下列問題:(1)為提高菌株H對蔗糖的耐受能力和利用效率,可在液體培養(yǎng)基中將蔗糖作為,并不斷提高其濃度,經(jīng)多次傳代培養(yǎng)(指培養(yǎng)一段時間后,將部分培養(yǎng)物轉(zhuǎn)入新配的培養(yǎng)基中繼續(xù)培養(yǎng))以獲得目標(biāo)菌株。培養(yǎng)過程中定期取樣并用的方法進(jìn)行菌落計數(shù),評估菌株增殖狀況。此外,選育優(yōu)良菌株的方法還有等。(答出兩種方法即可)

(2)基于菌株H嗜鹽、酸堿耐受能力強等特性,研究人員設(shè)計了一種不需要滅菌的發(fā)酵系統(tǒng),其培養(yǎng)基鹽濃度設(shè)為60g/L,pH為10,菌株H可正常持續(xù)發(fā)酵60d以上。該系統(tǒng)不需要滅菌的原因是

。(答出兩點即可)

(3)研究人員在工廠進(jìn)行擴大培養(yǎng),在適宜的營養(yǎng)物濃度、溫度、pH條件下發(fā)酵,結(jié)果發(fā)現(xiàn)發(fā)酵液中菌株H細(xì)胞增殖和PHA產(chǎn)量均未達(dá)到預(yù)期,并產(chǎn)生了少量乙醇等物質(zhì),說明發(fā)酵條件中可能是高密度培養(yǎng)的限制因素。

參考答案【知識回顧】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)?；a(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)物的分離和提純等環(huán)節(jié)。2.選一選:基于對發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)的理解,下列有關(guān)說法正確的是②④⑤①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)行擴大培養(yǎng)。③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。④發(fā)酵工程所用的培養(yǎng)基是液體培養(yǎng)基。⑤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。⑥發(fā)酵結(jié)束后即可得到發(fā)酵產(chǎn)品。3.發(fā)酵工程中的發(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。2.在食品工業(yè)上的應(yīng)用:判一判:基于對發(fā)酵工程在食品工業(yè)上的應(yīng)用的理解,判斷下列說法的正誤:(1)發(fā)酵工程在食品工業(yè)上的應(yīng)用包括生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品、生產(chǎn)食品添加劑、生產(chǎn)酶制劑。 (√)(2)生產(chǎn)醬油的原理是以大豆為原料,利用產(chǎn)生脂肪酶的霉菌,將原料中的蛋白質(zhì)水解成小分子的肽和氨基酸,再經(jīng)淋洗,調(diào)制而成。 (×)提示:醬油制作過程中利用的是產(chǎn)生蛋白酶的霉菌。(3)啤酒的工業(yè)生產(chǎn)過程中的焙烤的作用是加熱殺死種子胚但不使淀粉酶失活。(√)(4)啤酒發(fā)酵的原理是利用酵母菌在有氧條件下將糖氧化分解為酒精和CO2。(×)提示:啤酒發(fā)酵的原理是利用酵母菌在無氧條件下將糖氧化分解為酒精和CO2。(5)α-淀粉酶、β-淀粉酶、氨基肽酶和脂肪酶及免疫調(diào)節(jié)劑等都屬于酶制劑。(×)提示:免疫調(diào)節(jié)劑不屬于酶制劑。3.在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用:(1)發(fā)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)對解決資源短缺與環(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)酵工程正滲透到幾乎所有的工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。知識點一發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)

1.發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié):(1)選育菌種:①條件:環(huán)境條件穩(wěn)定、溫和,利于菌種生產(chǎn)繁殖。②途徑:a.從自然界中篩選的常規(guī)菌種。b.通過誘變育種或基因工程育種獲得。(2)擴大培養(yǎng):①目的:增加菌種數(shù)量。②所用培養(yǎng)基:液體培養(yǎng)基或固體培養(yǎng)基。(3)配制培養(yǎng)基:①配制原則:目的明確、營養(yǎng)協(xié)調(diào)、pH適宜。②營養(yǎng)構(gòu)成:水、無機鹽、碳源、氮源等。③注意:培養(yǎng)基使用前要經(jīng)過反復(fù)試驗才能用于大規(guī)模生產(chǎn)。(4)滅菌:①目的:防止雜菌污染。②對象:培養(yǎng)基和發(fā)酵罐。(5)接種:無菌條件。(6)發(fā)酵:①地位:中心環(huán)節(jié)。②監(jiān)控:a.隨時檢測培養(yǎng)液中微生物數(shù)量、產(chǎn)物濃度以了解發(fā)酵進(jìn)程。b.及時添加必需的營養(yǎng)組分來延長穩(wěn)定期的時間,以得到更多產(chǎn)物。c.嚴(yán)格控制溫度、pH、溶解氧等條件,以保證產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。(7)分離、提純:①若產(chǎn)品為菌體本身,可采用過濾沉淀等方法分離、干燥。②若產(chǎn)品為代謝物,可根據(jù)產(chǎn)物的性質(zhì)采取適當(dāng)?shù)奶崛?、分離和純化措施。(8)獲得產(chǎn)品。【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。①使空氣和發(fā)酵液充分混合,增加培養(yǎng)液中的溶解氧。②使菌種與培養(yǎng)液充分接觸,提高原料利用率?！镜淅弧咳鐖D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①表示,這樣做的目的是

。

(3)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)④表示,發(fā)酵結(jié)束后可采用等方法獲得產(chǎn)品。

【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①表示擴大培養(yǎng),目的是增加菌種的數(shù)量,縮短生產(chǎn)周期。(3)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)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)擴大培養(yǎng)增加菌種的數(shù)量,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和溶解氧(4)微生物細(xì)胞(菌體)過濾、沉淀【典例二】(2021·濟南高二檢測)發(fā)酵工程在現(xiàn)代生物工程中地位越來越重要,下列有關(guān)發(fā)酵過程敘述錯誤的是 ()A.首先要對發(fā)酵設(shè)備和培養(yǎng)基嚴(yán)格滅菌B.要隨時取樣,檢測培養(yǎng)液的細(xì)菌數(shù)目、產(chǎn)物濃度等,以了解發(fā)酵進(jìn)程C.在發(fā)酵過程中不需要向裝置中再添加必需的營養(yǎng)組分D.要嚴(yán)格控制溫度、pH、溶解氧等環(huán)境因素【解析】選C。首先要對發(fā)酵設(shè)備和培養(yǎng)基嚴(yán)格滅菌,A正確;要隨時取樣,檢測培養(yǎng)液的細(xì)菌數(shù)目、產(chǎn)物濃度等,以了解發(fā)酵進(jìn)程,B正確;在發(fā)酵過程中需要向裝置中再添加必需的營養(yǎng)組分,C錯誤;要嚴(yán)格控制溫度、pH、溶解氧等環(huán)境因素,D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:(1)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、免疫抑制劑和疫苗等。(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。2.發(fā)酵工程和傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的比較:發(fā)酵工程傳統(tǒng)發(fā)酵技術(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①都是利用了微生物的作用②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【典例一】啤酒是以糧食作物大麥為主要原料釀造的,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、等。

【解析】(1)大麥種子發(fā)芽的目的是釋放淀粉酶。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,增加數(shù)量C6H12O62C2H5OH+2CO2+(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)【典例二】下圖為某工廠生產(chǎn)楊梅酒和楊梅醋的基本工藝流程,請回答:(1)①過程是處理。楊梅汁裝入甲罐時,要留有大約的空間,目的是

。

(2)甲罐上方彎管中加水的主要目的是保證酵母菌進(jìn)行,在有氧和無氧環(huán)境中,酵母菌細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生CO2的場所分別是、。

(3)在制備楊梅醋過程中,乙罐內(nèi)填充的木材刨花應(yīng)先經(jīng)滅菌處理,然后加入含菌的培養(yǎng)液,使該菌附著在刨花上,再讓甲罐中發(fā)酵完畢的楊梅酒流入乙罐進(jìn)行楊梅醋發(fā)酵,請寫出乙罐中生產(chǎn)楊梅醋的反應(yīng)簡式:。

【解析】(1)據(jù)題圖分析可知,①過程是楊梅經(jīng)過(沖洗)榨汁,獲得楊梅汁的過程;楊梅汁裝入甲罐時,要留有大約1/3的空間,使酵母菌能夠在有氧條件下快速通過出芽生殖的方式繁殖產(chǎn)生足量的菌種。(2)甲罐上方彎管中加水的主要目的是創(chuàng)造無氧條件,保證酵母菌進(jìn)行無氧呼吸。酵母菌是真核生物,兼性厭氧型,在有氧條件下,有氧呼吸第二階段產(chǎn)生二氧化碳,場所是線粒體基質(zhì);無氧條件下,進(jìn)行酒精發(fā)酵產(chǎn)生酒精和二氧化碳,場所是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)。(3)乙罐內(nèi)進(jìn)行的是醋酸發(fā)酵,需要的菌種是醋酸菌,為了防止雜菌污染,在制備楊梅醋過程中,乙罐內(nèi)填充的木材刨花應(yīng)先進(jìn)行滅菌處理,然后加入含有醋酸菌的培養(yǎng)液。乙罐中產(chǎn)生楊梅醋的反應(yīng)簡式為C2H5OH+O2CH3COOH+H2O。答案:(1)(沖洗)榨汁1/3讓酵母菌在有氧條件下繁殖產(chǎn)生足夠的菌種(2)無氧呼吸線粒體基質(zhì)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)(3)醋酸C2H5OH+O2CH3COOH+H2O【典例三】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。課堂達(dá)標(biāo)訓(xùn)練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。

①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)②發(fā)酵工程最重要的環(huán)節(jié)是發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵③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④大型發(fā)酵罐有計算機控制系統(tǒng),能對發(fā)酵條件進(jìn)行控制⑤發(fā)酵工程不能生產(chǎn)傳統(tǒng)發(fā)酵食品⑥發(fā)酵工程可以生產(chǎn)微生物農(nóng)藥⑦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①②④⑥⑦。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),①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,②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,③錯誤;發(fā)酵罐有計算機控制系統(tǒng),能對發(fā)酵過程中的各種條件進(jìn)行監(jiān)測和控制,④正確;發(fā)酵工程能生產(chǎn)傳統(tǒng)發(fā)酵食品,⑤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,⑥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,⑦正確。2.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.通入無菌空氣就可以達(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,A正確;培養(yǎng)基的滅菌是殺死培養(yǎng)基中的一切微生物,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,C錯誤;滅菌效果與pH無直接關(guān)系,D錯誤。3.(2021·寧波高二檢測)二鍋頭作為京酒的代表,有八百多年歷史。以下關(guān)于釀造二鍋頭的敘述中,正確的是 ()A.酵母菌能發(fā)酵產(chǎn)生酒精含量為52%的產(chǎn)品B.可用平板劃線法測定發(fā)酵接種所用菌液的濃度C.釀酒時的環(huán)境溫度不會影響釀酒進(jìn)程D.選用菌種的種類和比例會影響酒的品質(zhì)【解析】選D。酵母菌酒精發(fā)酵得到的并不是通常市場上見到的飲用酒,其酒精含量一般在6%～7%,一般需要蒸餾和濃縮,使酒精濃度達(dá)到50%～70%,A錯誤;可用稀釋涂布平板法測定發(fā)酵接種所用菌液的濃度,B錯誤;溫度會影響酶的活性,因此釀酒時的環(huán)境溫度會影響釀酒進(jìn)程,C錯誤;選用菌種的種類和比例會影響酒的品質(zhì),D正確。4.與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)相比,發(fā)酵工程的產(chǎn)品種類更加豐富,產(chǎn)量和質(zhì)量明顯提高。下列相關(guān)表述,不正確的是 ()A.發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)最大的區(qū)別就是前者可以利用微生物來進(jìn)行發(fā)酵B.發(fā)酵工程的產(chǎn)品主要包括微生物的代謝物及菌體本身C.在發(fā)酵工程的發(fā)酵環(huán)節(jié)中,發(fā)酵條件變化不僅會影響微生物的生長繁殖,也會影響微生物的代謝途徑D.通過發(fā)酵工程可以利用微生物生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白【解析】選A。發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)都要利用微生物來進(jìn)行發(fā)酵,A錯誤;發(fā)酵工程的產(chǎn)品主要包括微生物的代謝物及菌體本身,B正確;在發(fā)酵工程的發(fā)酵環(huán)節(jié)中,發(fā)酵條件變化不僅會影響微生物的生長繁殖,也會影響微生物的代謝途徑,C正確;通過發(fā)酵工程獲得的含蛋白質(zhì)高的微生物菌體是單細(xì)胞蛋白,D正確。5.(2021·南京高二檢測)現(xiàn)在市場上流行一種“精釀”啤酒,它的制作工藝與普通啤酒有所不同。下列有關(guān)“精釀”啤酒和普通啤酒的敘述,不正確的是 ()A.“精釀”啤酒的原料和普通啤酒不同,“精釀”啤酒只使用麥芽、啤酒花、酵母菌和水,普通啤酒除了麥芽、啤酒花、酵母菌和水以外,還有玉米等物質(zhì)B.“精釀”啤酒由于原料主要是麥芽,麥芽汁的濃度較高,口味較為濃郁C.“精釀”啤酒不添加食品添加劑,雖然產(chǎn)量低價格高,但它也有一定的市場D.“精釀”啤酒和普通啤酒一樣可以直接放心飲用【解析】選D。和普通啤酒相比,“精釀”啤酒的原料主要是麥芽,所以產(chǎn)物中麥芽汁的濃度較高,口味濃郁,而且不添加食品添加劑,所以雖然產(chǎn)量低,價格高,但仍有一定的市場,A、B、C項正確;“精釀”啤酒由于不進(jìn)行過濾和消毒,所以在安全方面可能不如普通啤酒,需檢測后飲用,D項錯誤。6.下列有關(guān)發(fā)酵工程及其應(yīng)用的敘述中,正確的是 ()A.發(fā)酵工程生產(chǎn)用菌種都是對自然界分離的菌種進(jìn)行定向改造后獲得的B.發(fā)酵工程生產(chǎn)的單細(xì)胞蛋白是從微生物菌體細(xì)胞中提取出來的C.利用發(fā)酵工程可以產(chǎn)生微生物肥料來增加土壤肥力、改善土壤結(jié)構(gòu)、促進(jìn)植株生長,如根瘤菌肥、固氮菌肥等D.利用發(fā)酵工程生產(chǎn)微生物的代謝物可以用蒸餾、過濾、沉淀等方法提取【解析】選C。發(fā)酵工程生產(chǎn)用的菌種可通過自然界分離、誘變育種、基因工程獲得,A項錯誤;發(fā)酵工程生產(chǎn)的單細(xì)胞蛋白是含蛋白質(zhì)高的微生物菌體,B項錯誤;發(fā)酵工程在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用有生產(chǎn)微生物肥料、微生物農(nóng)藥、微生物飼料等,微生物肥料可以增加土壤肥力、改善土壤結(jié)構(gòu)、促進(jìn)植株生長,C項正確;微生物代謝物的提取,采用分離和純化等方法進(jìn)行,D項錯誤。7.(2021·北京高二檢測)圖示為發(fā)酵工程生產(chǎn)產(chǎn)品的流程圖,據(jù)圖回答:(1)若能生產(chǎn)人生長激素的工程菌是通過①培養(yǎng)的,①應(yīng)該是;若高產(chǎn)青霉素菌種是通過②培育的,②應(yīng)該是。

(2)根據(jù)培養(yǎng)基的用途,可以將它們分為培養(yǎng)基和培養(yǎng)基。各種培養(yǎng)基的具體配方不同,但一般都含有等營養(yǎng)成分。培養(yǎng)基在使用之前要用進(jìn)行滅菌。

(3)整個過程的中心環(huán)節(jié)是,在該時期要隨時取樣檢測培養(yǎng)基中的等。同時,要嚴(yán)格控制等發(fā)酵條件,因為環(huán)境條件不僅會影響微生物的生長繁殖,而且會影響微生物的形成。

(4)在發(fā)酵過程中要不斷攪拌的目的是①;

②。

(5)發(fā)酵產(chǎn)品分離、提純時要根據(jù)產(chǎn)品的類型不同選擇合適的方法。如果發(fā)酵產(chǎn)品是菌體本身,常常采用等方法分離、提純;如果發(fā)酵產(chǎn)品是微生物的代謝物,還要根據(jù)采取適當(dāng)?shù)姆椒ǚ蛛x提純。

【解析】(1)發(fā)酵工程的菌種可以是基因工程獲得的菌種、自然界中篩選的菌種或者是通過誘變育種獲得