【復習必備】2023年版高中生物生物科學與工業(yè)第1節(jié)微生物發(fā)酵及其應用學案新人教版選修

101節(jié)微生物發(fā)酵及其應用[課程目標]·導航說出微生物發(fā)酵生產的根本過程。舉例說出微生物發(fā)酵與食品生產的關系。參與有關微生物發(fā)酵的調查活動。通過發(fā)酵工程進展的歷史，體驗科學、技術、社會三者間的嚴密聯系和互動。學問點1發(fā)酵工程史話[學問梳理]1.四千年以前，我們的祖先就會利用微生物將谷物發(fā)酵成酒類。2.18573.18974.20405.20506.2070[活學活用]在將鮮牛奶制成酸奶的過程中，盛鮮奶的容器必需密封的主要緣由是防( )空氣進入容器C.水分過度蒸發(fā)思維導圖：

產生的乳酸分解D.灰塵掉入容器解析酸奶中含有乳酸，而乳酸是無氧呼吸產物，有氧存在時會抑制乳酸的生成。故制酸奶時容器應密封。答案A歸納總結發(fā)酵對四周環(huán)境的物理和化學條件格外敏感，任何一種微生物發(fā)酵均需要適宜的溫度、pH、溶解氧、養(yǎng)分物質等，保證最適的發(fā)酵條件是發(fā)酵成功獲得高產產品的關鍵。2.以下不需要利用發(fā)酵工程的是( )生產單細胞蛋白飼料通過生物技術培育可移植的皮膚C.利用工程菌生產胰島素D.工廠化生產青霉素思維導圖：化生產青霉素是利用發(fā)酵工程。通過生物技術培育可移植的皮膚是利用細胞工程的動物細胞培育。答案B干擾素、生長激素、抗生素和疫苗等多種醫(yī)療保健藥物。[歸納總結]原始進展時期人類有意無意地利用微生物已經有幾千年的歷史，在長期的生產實踐中，積存了豐富閱歷。最初可能是人類覺察儲存水果會自然發(fā)酵變酒，而漸漸形成釀酒技術。相傳，在埃及和中亞兩河流域，在4030的進展，又消滅制醬和醬油、醋、泡菜、奶酒、干酪技術和面團發(fā)酵。這個時期，發(fā)酵技術原始，頂多是家庭小制作，技術進步緩慢，完全是閱歷式的。在幾千年的文明史中，人們只知道這樣做可以得到所需的東西，并不知道其中的原理。傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)時期18571897年德國的畢希從而人們才開頭了解發(fā)酵現象的本質。192030的產品不斷消滅，例如，酒精、乳酸、面包酵母、丙酮、丁醇、檸檬酸、淀粉酶和蛋白酶等。這因此被稱為傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)?，F代發(fā)酵工業(yè)時期1928年，弗萊明覺察青霉素能殺菌。青霉素的覺察和工業(yè)化生產，給人們帶來巨大啟迪。不久，鏈霉素、金霉素、土霉素等相繼問世，從而興起了一個的工業(yè)——抗生素工業(yè)。生產抗生素的閱歷和設備很快被引用到其他發(fā)酵產品的生產上，極大地促進了這些產業(yè)的快速進展，從而形成了一個全的產業(yè)——現代發(fā)酵工業(yè)。2050607070年月以后生物大分子發(fā)酵技術相繼誕生。這個時期生產技術要求高(由于多為好氧純種發(fā)酵，需要500單細胞蛋白生產用的氣升式發(fā)酵罐已到達2000m3)；技術進展速度快。因此，菌種的生產力量大幅度提高，產品、技術、設備的應用到達前所未有的程度。生物技術產業(yè)時代現在人們可以將源于動物或植物，甚至源于人的基因轉移到諸如大腸桿菌、枯草桿菌、酵母菌等微生物中，獲得具有特別生產力量的基因工程菌。由于基因表達的產物均為蛋白質，因此在工業(yè)上利島素、人干擾素、人生長激素等，大約有40多種)，同樣也可以用于不同目的的酶(比方用于將葡萄糖轉化為高果糖糖漿的葡萄糖異構酶，用于生產青霉素母核的青霉素?；福迷谙匆路壑械膲A性蛋白酶等等)。除了利用基因工程開發(fā)的產品外，利用基因工程對傳統(tǒng)發(fā)酵和現代發(fā)酵工業(yè)上使用的菌種進展改造，也獲得了巨大成功。學問點2發(fā)酵生產過程探秘與食品生產[學問梳理]發(fā)酵是利用微生物在適宜的條件下，將原料經過特定的代謝途徑轉化為人類所需要的產物的過程。原理不同的微生物具有產生不同代謝產物的力量。例如：谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵可以生產味精；黃色短桿菌發(fā)酵可以生產賴氨酸。發(fā)酵過程選育菌種：可承受自然界選種、誘變育種、基因工程育種等。配制培育基：依據微生物的養(yǎng)分需要供給碳源、氮源、生長因子、無機鹽和水。(3)滅菌：培育基和發(fā)酵設備均需嚴格滅菌。擴大培育和接種：大規(guī)模生產中需要使菌種到達肯定數量；將菌種接種到培育基上，接種時防止雜菌污染。發(fā)酵罐內發(fā)酵：要隨時檢測發(fā)酵進程，要準時滿足養(yǎng)分需求，還要嚴格掌握溫度、pH、溶解氧等發(fā)酵條件。分別、提純產物：假設產品是菌體，可承受過濾、沉淀等方法；假設產品是代謝產物，可承受提取、分別和純化措施來獲得產品。生產日常食品如饅頭、面包、腐乳、泡菜、葡萄酒等。生產食品添加劑如味精、醋、醬油等調味劑，各種食品養(yǎng)分增加劑，食品防腐劑，食品色素。[活學活用]1.19世紀初德國一位科學家制造了微生物分別與純化技術開創(chuàng)了人為掌握微生物的時代這位科學家是( )A.科赫 B.施萊登C.施旺 D.達爾文解析1905A。答案A2.1857年，微生物學家覺察了發(fā)酵原理后才逐步形成了發(fā)酵工程，這位微生物學家( )巴斯德C.列文虎克

拉馬克D.科赫解析1857答案A[歸納總結]1.好氧微生物發(fā)酵生產的流程圖及其分析說明選育菌種依據微生物遺傳變異的特點，人們在生產實踐中已經試驗出一套行之有效的微生物育種方法。主要包括自然選育、誘變育種、雜交育種、原生質體融合、基因工程等。擴大培育配制培育基在菌種確定之后，要依據培育基的配制原則，選擇原料制備培育基。培育基中應包含微生物需要的養(yǎng)分物質如碳源、氮源、生長因子、無機鹽和水等。pH適宜。如培育基中C/NC/N＝4細菌生殖較快；真菌在C/N＝10C/N＝4少；C/N＝3pH4.5～6.0。滅菌現代發(fā)酵工業(yè)絕大多數承受單一菌種發(fā)酵，培育基和發(fā)酵設備都必需經過嚴格的滅菌，并進展無菌操作，一般承受高壓蒸汽滅菌法。接種將屢次擴大培育后的菌種接入工業(yè)發(fā)酵罐中，菌種的體積與發(fā)酵罐的體積比約為1∶10。發(fā)酵罐內發(fā)酵發(fā)酵過程中，要隨時檢測培育液中的微生物數量、產物濃度等，以了解發(fā)酵進程。還要準時添加必pH、溶解氧等發(fā)酵條件。這是由于環(huán)境條件的變化，不僅會影響微生物的生長生殖，而且會影響微生物代謝產物的形成。分別、提純產物將發(fā)酵液中的發(fā)酵產物進展分別純化，是制取發(fā)酵產品不行缺少的階段。產品不同，分別提純的方法也不同。假設發(fā)酵產品是微生物細胞本身，可在發(fā)酵之后，承受過濾、沉淀等方法將菌體分別，枯燥即可得到產品。假設產品是代謝產物，可依據產物的性質實行適當的提取、分別和純化措施來獲得產品。2.影響發(fā)酵的因素(1)菌種發(fā)酵是利用微生物來生產產品，因此菌種至關重要?，F在工業(yè)上用于生產青霉素的微生物主要是青霉菌，生產味精的微生物是谷氨酸棒狀桿菌，生產檸檬酸的微生物主要是黑曲霉。這是由于每一種微生物的代謝特征不同，它們產生特定產物的力量也不同。為了利用發(fā)酵生產所需的產物，不是任憑拿來一個菌種就行。直接從自然界分別到的微生物不肯定具有生產特定產物的力量，須在試驗室里對幾百株、數千株微生物進展篩選。(2)純種發(fā)酵與滅菌現代發(fā)酵工業(yè)絕大多數承受純種發(fā)酵，可以保證高產及生產過程和產品質量的穩(wěn)定。污染是發(fā)酵工業(yè)的大敵，它會使發(fā)酵失敗，造成巨大損失。因此，滅菌和無菌操作成為發(fā)酵工業(yè)的重要環(huán)節(jié)。(3)發(fā)酵培育基現在大規(guī)模工業(yè)發(fā)酵產品的生產，多承受液體培育基進展深層發(fā)酵。使用的培育基必需滿足微生物細胞生長、生殖的需要，由于沒有大量的細胞就不行能產生大量的產物；但是細胞的過分生長會消耗大量的養(yǎng)分物，有時又會影響細胞的生產力量，會使產物的產量和產率下降。使用的培育基還必需有利于微生物大量合成產物。因此，培育基的組成格外關鍵。溫度對微生物生長的影響溫度主要是通過影響微生物細胞內生物大分子的活性來影響微生物的生命活動。一方面，隨著溫度的上升，細胞內的酶反響速度加快；另一方面，隨著溫度的進一步上升，生物活性物質(蛋白質、核酸等)發(fā)生變性，細胞功能下降，甚至死亡。所以，每種微生物都有最適生長溫度。pH培育基的pH對微生物生長的影響主要是引起細胞膜電荷變化，以及影響?zhàn)B分物離子化程度，從而影響微生物對養(yǎng)分物的吸取；pHpHpHpHpH般微生物生長的最適pH在4.0～9.0(pH在3.0～4.0細菌、放線菌一般適應于中性偏堿性環(huán)境，而酵母菌、霉菌適應于偏酸性環(huán)境。溶氧的影響發(fā)酵均需要往發(fā)酵液中通入無菌空氣，以滿足微生物生長代謝過程對氧的需求；而酒精、丙酮、丁醇和乳酸的細菌發(fā)酵為厭氧發(fā)酵，發(fā)酵過程不需要氧。發(fā)酵工程在食品工業(yè)上的應用格外廣泛，主要包括以下三方面。①生產傳統(tǒng)的發(fā)酵產品：如啤酒、果酒、白酒和食醋等，使產品的產量和品質得到明顯的提高，特別是酒精飲料，是食品發(fā)酵工業(yè)中產量最大的一類產品。乳制品是僅次于酒精飲料的其次大食品發(fā)酵產品，其中酸奶是主要產品之一。②生產各種各樣的食品添加劑(如下表)，改善了食品的品質及色、香、味。添加劑添加劑舉例酸味劑蘋果酸、檸檬酸、乳酸鮮味劑肌苷酸、谷氨酸色素β胡蘿卜素、紅曲素甜味劑高果糖漿、甜菜糖③隨著人口的增長，糧食短缺已成為困擾人類的社會問題之一，而發(fā)酵工程的進展將為解決這一問60%～80%，酵母菌的蛋白質含量占45%～65%，而且它們生長生殖的速度很快。很多國家通過發(fā)酵獲得大使產奶或產蛋量顯著提高。用酵母菌等生產的單細胞蛋白可作為食品添加劑。最近國外市場上消滅的一種真菌蛋白食品，就以其高蛋白、低脂肪的特點受到了消費者的歡送。除以上所述，發(fā)酵工程在生產生物殺蟲劑、生物肥料和微生物除草劑等農用生產物資以及在生物能源開發(fā)方面也發(fā)揮了重要作用。此外，發(fā)酵工程也應用于生物冶金(如銅、鈾、鈷、錳等)。[隨堂練習]·穩(wěn)固發(fā)酵工程的第一重要工作是選擇優(yōu)良的單一純種，消滅雜菌，獲得純種的方法不包( A.依據微生物對碳源需求的差異，使用含有不同碳源的培育基B.依據微生物需要生長因子的種類，在培育基中增減不同的生長因子C.依據微生物遺傳組成的差異，在培育基中參加不同比例的核酸D.依據微生物對抗菌素敏感性的差異，在培育基中參加不同的抗菌素解析微生物生長所必需的養(yǎng)分物質有碳源、氮源、無機鹽、水和生長因子，不同微生物對養(yǎng)分物質的要求不同(水除外)，可以依據微生物的生長對碳源、氮源、無機鹽和生長因子的需求來配制特殊的選擇培育基，以便獲得單一的菌種；也可以依據微生物對不同抗菌素的敏感性的差異，參加不微生物不會由于培育基中參加的核酸不同，而培育出不同的物質。答案C以下不屬于發(fā)酵的是( )利用需氧型青霉菌生產青霉素B.缺氧時人的組織細胞產生乳酸C.利用酵母菌的無氧呼吸獲得酒精D.利用乳酸菌制泡菜AC、D是指分別通過培育青霉菌、酵母菌、乳酸菌獲得它們的代謝產物青霉素、酒精、乳酸的過程，符合發(fā)酵的概念。而B選項中雖有代謝產物乳酸，但它既不是微生物所為，也不存在培育微生物的過程，更不能用于生產，所以不屬于發(fā)酵。答案B發(fā)酵工業(yè)常利用酵母菌發(fā)酵獲得酒精，那么酒精是酵母菌的()有氧呼吸的產物C.單細胞蛋白

無氧呼吸的產物D.放線菌的代謝產物酶解析酵母菌無氧呼吸的反響方程式為：CHO2CHOH＋2CO答案B

6126 25 2以下關于滅菌和消毒的表達中，不正確的選項是( )滅菌是指殺滅環(huán)境中的一切微生物的細胞、芽孢和孢子B.消毒和滅菌實質上是一樣的C.接種環(huán)用灼燒法滅菌D.滅菌方法有加熱法、過濾法、紫外線法、化學藥品法等解析滅菌是指使用猛烈的理化因素殺死物體內外全部的微生物，包括芽孢和孢子；消毒和滅菌的實質不同。答案B在家中用鮮葡萄制作果酒時，正確的操作是( )A.讓發(fā)酵裝置承受光照B.給發(fā)酵裝置適時排氣C.向發(fā)酵裝置通入空氣D.45℃處解析果酒的制作原理是利用酵母菌進展無氧呼吸產生酒精和二氧化碳。要想得到酒精，不能向發(fā)酵裝置內通入空氣。酵母菌是異養(yǎng)型生物，不能直接利用光能。適宜的溫度是酵母菌生長和生殖的必要條件，溫度為20℃左右時，最適合酵母菌生長生殖。制作果酒過程中給發(fā)酵裝置適時排氣是為了放出產生的二氧化碳，維持裝置內氣壓的平衡。答案B以下關于發(fā)酵過程的表達中，不正確的選項是( )對培育基滅菌是發(fā)酵生產中的一個很重要的環(huán)節(jié)隨時檢測影響發(fā)酵過程的各種環(huán)境條件，并予以掌握，才能保證發(fā)酵的正常進展在發(fā)酵過程中，要嚴格掌握溫度、pH、溶氧、通氣量與轉速等發(fā)酵條件，否則會影響菌種代謝產物的形成發(fā)酵產品的分別方法是共同的解析不同的發(fā)酵產品其分別方法各不一樣，有的需要過濾、沉淀，而有的則需進展蒸餾、萃取或離子交換。答案D嚴格掌握發(fā)酵條件是保證發(fā)酵正常進展的關鍵，直接關系到能否得到高品質、高產量的產物。通常所指的發(fā)酵條件不包括( )溫度C.pH

溶解氧D.酶濃度掌握解析通常所指的發(fā)酵條件包括pH不屬于人為掌握的發(fā)酵條件。答案D一、選擇題以下不能用于菌種選育的是( )A.人工誘變C.基因工程育種

[課時作業(yè)]·達標B.自然選育D.雜交育種解析菌種選育包括人工誘變、自然選育、基因工程育種等，雜交育種適用于有性生殖的生物。答案D發(fā)酵工程的中心階段是( )菌種的選育C.發(fā)酵過程答案C以下不屬于發(fā)酵工程產物的是( A.目的基因C.激素答案A

B.擴大培育的接種D.分別提純B.青霉素D.色素以下關于溫度對發(fā)酵過程的影響的表達，不正確的選項是( )A.溫度過高，發(fā)酵周期縮短，產量降低溫度不影響生物合成的途徑溫度能影響菌種對養(yǎng)分物質的吸取菌體生長和產物合成所需的最適溫度不肯定一樣解析發(fā)酵過程需要適宜的溫度，假設溫度過高，酶很快失活，菌體年輕，發(fā)酵周期就會縮短，產量也會降低；溫度能影響生物合成的途徑，這是由于生物合成過程需要酶，不同酶的活性與溫度有關；菌種吸取養(yǎng)分物質時，多數是主動運輸，需要呼吸作用供給能量，這與溫度有關；菌體生長和產物合成需體內旺盛的代謝作根底，而用于生長生殖和代謝產物生成的酶不同，因此所需的最適宜的溫度也不肯定一樣。答案B以下關于單細胞蛋白表達，正確的選項是( )A.是從微生物細胞中提取的蛋白質B.是通過發(fā)酵生產的微生物菌體C.是微生物細胞分泌的抗生素D.單細胞蛋白不能作為食品解析單細胞蛋白是利用淀粉或維生素的水解液、制糖工業(yè)的廢液、石化產品等為原料，通過發(fā)酵獲得大量的微生物菌體，所以不是特指微生物的某種蛋白質或抗生素；單細胞蛋白含有豐富的蛋白質，如真菌蛋白可作為食品。答案B利用生物工程生產啤酒、味精、胰島素、酸奶的常用菌種分別是( )A.酵母菌、枯草桿菌、大腸桿菌、乳酸菌B.酵母菌、大腸桿菌、青霉菌、乳酸菌C.酵母菌、谷氨酸棒狀桿菌、大腸桿菌、乳酸菌D.黃色短桿菌、酵母菌、大腸桿菌、乳酸菌答案C在發(fā)酵過程中，可以通過以下哪一組方法實現對溶氧的掌握( )①添加酸或堿②調整通氣量③調整攪拌速度④添加緩沖劑①②C.②③答案C

①④D.①②④以下有關發(fā)酵罐中谷氨酸發(fā)酵的表達，正確的選項是( )A.發(fā)酵中不斷通入空氣B.攪拌的目的只是使空氣形成細小氣泡，增加培育液中的溶氧量C.冷卻水可使酶活性下降D.假設培育條件不當就不能得到所需產品解析發(fā)酵中應通入無菌空氣。攪拌的目的有兩個：一是增加培育液中的溶解氧；二是使菌種與培育液充分接觸。發(fā)酵過程產生熱使溫度上升，不利于發(fā)酵。冷卻水的目的是使溫度降低，使發(fā)酵順當進展。培育條件不當得不到所需產品。答案D生物學家將大腸桿菌的質粒取出，連接上人生長激素的基因以后，重置于大腸桿菌細胞內，然菌種選育C.接種

擴大培育D.誘變育種解析發(fā)酵生產過程包括菌種選育、培育基的配制、滅菌、擴大培育和接種、發(fā)酵罐內發(fā)酵和產品然后用該菌進展發(fā)酵，整個過程應屬于利用基因工程手段培育發(fā)酵菌種，即菌種選育過程。答案A圖甲是果醋發(fā)酵裝置。發(fā)酵初期不通氣，溶液中有氣泡產生；中期可以聞到酒香；后期接種醋酸菌，適當上升溫度并通氣，酒香漸漸變成醋香。圖乙中能表示整個發(fā)酵過程培育液pH變化的曲線是()A.①C.③

B.②D.④解析初期和中期酵母菌在無氧的條件下無氧呼吸產生酒精和二氧化碳，所以有酒香，氣泡是二氧化碳。后期通氣接種醋酸菌，醋酸菌利用產生的酒精生產醋酸，所以酒香變成了醋香，pH下降。答案B用蔗糖、奶粉和經蛋白酶水解后的玉米胚芽液通過乳酸菌發(fā)酵可生產型酸奶，以下相關表達錯誤的選項是( )A.蔗糖消耗量與乳酸生成量呈正相關B.酸奶消滅明顯氣泡說明有雜菌污染C.應選擇處于對數期的乳酸菌接種D.只有奶粉為乳酸菌發(fā)酵供給氮源答案D在微生物培育過程中分別承受了高壓蒸汽滅菌、酒精擦拭、火焰灼燒等幾種不同的消毒或滅菌方法，這些方法可依次用于殺滅哪些地方的雜菌( )接種環(huán)、手、培育基C.手、培育基、接種環(huán)答案B

培育基、手、接種環(huán)D.接種環(huán)、培育基、手以下關于發(fā)酵工程經受階段的描述，正確的選項是()A.早期積存階段→中期發(fā)酵工業(yè)階段→現代發(fā)酵工業(yè)階段→創(chuàng)發(fā)酵工業(yè)階段B.原始進展階段→現代發(fā)酵工業(yè)階段→創(chuàng)發(fā)酵工業(yè)階段→生物技術產業(yè)階段C.原始進展階段→傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)階段→現代發(fā)酵工業(yè)階段→生物技術產業(yè)階段D.原始進展階段→傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)階段→現代發(fā)酵工業(yè)階段→基因技術產業(yè)階段解析發(fā)酵工程經受了原始進展階段→傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)階段→現代發(fā)酵工業(yè)階段→生物技術產業(yè)階段四個階段。答案C二、非選擇題以下圖是發(fā)酵工程生產產品的流程圖，請據圖答復以下問題。能生產人生長激素的工程菌是通過①培育的，①；高產青霉素菌種是通過②培育的，②是 ；③表示 。整個過程的中心階段是發(fā)酵，在此階段需隨時取樣檢測 等，以了解發(fā)酵進程，還要準時添加必需的 ，同時嚴格掌握 。假設④是單細胞蛋白，則④是 。氨基酸、維生素屬于⑤中的 產物。答案(1)基因工程誘變育種接種(2)細菌數目和產物濃度培育基組分溶氧量、溫度、pH、通氣量及轉速等發(fā)酵條件(3)微生物菌體初級代謝以下圖是發(fā)酵罐構造圖，請據圖答復以下問題。影響發(fā)酵過程中溫度變化的因素是 。發(fā)酵過程中pH變化的緣由是 。攪拌器攪拌的作用是 。假設此裝置用于酵母菌發(fā)酵產生酒精，則通入無菌空氣進口 (填圖中數字)的空氣關鍵要。經檢測假