1.3發(fā)酵工程及其應(yīng)用課件-高二下學(xué)期生物人教版選擇性必修3

第1章發(fā)酵工程第3節(jié)發(fā)酵工程及其應(yīng)用課標(biāo)要點(diǎn)學(xué)法指導(dǎo)1．理解發(fā)酵工程的含義2．簡(jiǎn)述發(fā)酵工程的一般流程3．舉例說明發(fā)酵工程在生產(chǎn)上的應(yīng)用1．結(jié)合教材圖片熟記發(fā)酵工程的流程及操作，通過教材上的思考與討論理解發(fā)酵工程操作需要注意的事項(xiàng)(科學(xué)思維)2．結(jié)合具體實(shí)例，熟記發(fā)酵工程的應(yīng)用，運(yùn)用發(fā)酵工程原理解釋生產(chǎn)生活中發(fā)酵工程的實(shí)例(科學(xué)思維、社會(huì)責(zé)任)知識(shí)導(dǎo)圖

課前·新知導(dǎo)學(xué)

發(fā)酵工程的形成及基本環(huán)節(jié)1．發(fā)酵工程的形成隨著人們對(duì)發(fā)酵原理的認(rèn)識(shí)，微生物____________的建立，以及_______________的設(shè)計(jì)成功，人們能夠在嚴(yán)格控制的環(huán)境條件下大規(guī)模生產(chǎn)___________，發(fā)酵工程逐步形成。純培養(yǎng)技術(shù)密閉式發(fā)酵罐發(fā)酵產(chǎn)品2．發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)【答案】①自然界②誘變育種③試驗(yàn)④發(fā)酵設(shè)備⑤中心環(huán)節(jié)⑥溶解氧⑦全過程⑧沉淀⑨代謝物在發(fā)酵過程中，怎樣對(duì)發(fā)酵條件進(jìn)行調(diào)控以滿足微生物的生長(zhǎng)需要？____________________________________【答案】發(fā)酵過程中，通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，隨時(shí)監(jiān)測(cè)培養(yǎng)液中的微生物數(shù)量、產(chǎn)物濃度，了解發(fā)酵進(jìn)程，及時(shí)添加必需的營(yíng)養(yǎng)組成，嚴(yán)格控制溫度、pH和溶解氧等發(fā)酵條件。

下列關(guān)于發(fā)酵工程的操作流程的敘述，錯(cuò)誤的是

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)A．發(fā)酵所需的菌種需要進(jìn)行篩選或育種獲得B．菌種在接種之前要進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)C．發(fā)酵所用的培養(yǎng)基要進(jìn)行滅菌，發(fā)酵設(shè)備不需要嚴(yán)格滅菌D．若產(chǎn)品是代謝物，可根據(jù)產(chǎn)物的性質(zhì)采取適當(dāng)?shù)奶崛?、分離和純化措施獲得【答案】C【解析】發(fā)酵工程所需菌種必須是性狀優(yōu)良的菌種，可以從自然界中篩選，也可以通過誘變育種或基因工程育種獲得，才能獲得高品質(zhì)的產(chǎn)品，A正確；發(fā)酵工程所用的發(fā)酵罐較大，為提高發(fā)酵效率，發(fā)酵之前需要對(duì)菌種進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)，B正確；發(fā)酵工程是在無(wú)菌條件下進(jìn)行操作的，所以所用的培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備都必須經(jīng)過嚴(yán)格的滅菌，否則很可能會(huì)造成培養(yǎng)基的污染，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降，C錯(cuò)誤；要根據(jù)所獲得的發(fā)酵產(chǎn)品的類型分離、提純產(chǎn)物，若發(fā)酵產(chǎn)品是代謝物，可根據(jù)產(chǎn)物的性質(zhì)采取適當(dāng)?shù)奶崛?、分離和純化措施來(lái)獲得產(chǎn)品。

發(fā)酵工程的應(yīng)用1．在食品工業(yè)上的應(yīng)用(1)生產(chǎn)傳統(tǒng)的__________。例如，以大豆為主要原料，利用產(chǎn)生________的霉菌，將原料中的蛋白質(zhì)分解成____________________，然后經(jīng)淋洗、調(diào)制成醬油的產(chǎn)品；以谷類或水果等為原料，利用釀酒酵母發(fā)酵生產(chǎn)的各種酒類。(2)生產(chǎn)各種各樣的____________。食品添加劑不僅可以增加食品的營(yíng)養(yǎng)，改善食品的_________________，有時(shí)還可以延長(zhǎng)食品的_______。(3)生產(chǎn)__________。發(fā)酵產(chǎn)品蛋白酶小分子的肽和氨基酸食品添加劑口味、色澤和品質(zhì)保存期酶制劑2．在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用人們采用____________的方法，將植物或動(dòng)物的基因轉(zhuǎn)移到微生物中，獲得具有某種藥物生產(chǎn)能力的微生物；或者直接對(duì)菌種進(jìn)行改造，再通過____________大量生產(chǎn)所需要的產(chǎn)品。3．在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用(1)生產(chǎn)______________。(2)生產(chǎn)______________。(3)生產(chǎn)______________?；蚬こ贪l(fā)酵技術(shù)微生物肥料微生物農(nóng)藥微生物飼料單細(xì)胞蛋白是蛋白質(zhì)嗎？其有哪些方面的應(yīng)用？_____________________________________________?！敬鸢浮繂渭?xì)胞蛋白不是蛋白質(zhì)，而是通過發(fā)酵獲得的大量的微生物菌體。用酵母菌等生產(chǎn)的單細(xì)胞蛋白可以作為食品添加劑；用單細(xì)胞蛋白制成的微生物飼料，能增加家禽、家畜的重量；在青貯飼料中添加乳酸菌，可以提高飼料的品質(zhì)，使飼料保鮮，動(dòng)物食用后還能提高免疫力

下列不屬于發(fā)酵工程在食品工業(yè)上應(yīng)用的是 (

)A．生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品，如醬油、酒類等B．生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑，如增味劑、增稠劑等C．生產(chǎn)各種酶制劑，如果膠酶、脂肪酶、α-淀粉酶等D．生產(chǎn)抗生素、多種氨基酸和免疫調(diào)節(jié)劑等【答案】D【解析】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)各種各樣的食品添加劑、生產(chǎn)酶制劑等，A、B、C正確；生產(chǎn)抗生素、多種氨基酸和免疫調(diào)節(jié)劑等屬于發(fā)酵工程在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用，D錯(cuò)誤。課堂·重難探究發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)分析[知識(shí)歸納]1．微生物菌種資源豐富，選擇發(fā)酵工程用的菌種時(shí)需要考慮哪些因素？提示：需要考慮的因素包括：在低成本的培養(yǎng)基上能迅速生長(zhǎng)繁殖；生產(chǎn)所需代謝物的產(chǎn)量高；發(fā)酵條件容易控制；菌種不易變異、退化等。2．在產(chǎn)物分離和提純方面，發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)相比有哪些改進(jìn)之處？提示：傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)獲得的產(chǎn)物一般不是單一的組分，而是成分復(fù)雜的混合物，很多時(shí)候不會(huì)再對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行分離和提純處理，或者僅采用簡(jiǎn)單的沉淀、過濾等方法來(lái)分離和提純產(chǎn)物。在發(fā)酵工程中使用的分離和提純產(chǎn)物的方法較多，發(fā)酵工程產(chǎn)物無(wú)論是代謝物還是菌體本身，都需要進(jìn)行質(zhì)量檢查，合格后才能成為正式產(chǎn)品。[對(duì)點(diǎn)精練]1．(2023·廣東珠海期末)由于發(fā)酵工程生產(chǎn)條件溫和、原料來(lái)源豐富、價(jià)格低廉等，在食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、農(nóng)牧業(yè)等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，下列有關(guān)發(fā)酵工程的敘述，正確的是 (

)A．分離、提純獲得微生物細(xì)胞本身或其代謝物是發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)B．啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)中，酵母菌的繁殖在主發(fā)酵階段完成，大部分糖的分解和代謝物的生成在后發(fā)酵階段完成C．將乙型肝炎病毒的抗原基因轉(zhuǎn)入酵母菌，再通過發(fā)酵，可生產(chǎn)乙型肝炎疫苗D．可通過發(fā)酵工程從微生物細(xì)胞中提取單細(xì)胞蛋白，制成微生物飼料【答案】C【解析】發(fā)酵工程一般包括菌種的選育、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、提純等方面，發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵是發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)，A錯(cuò)誤；啤酒發(fā)酵的過程分為主發(fā)酵和后發(fā)酵兩個(gè)階段，其中酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代謝物的生成在主發(fā)酵完成，B錯(cuò)誤；乙肝疫苗的主要成分是乙肝病毒表面的抗原蛋白，將乙型肝炎病毒的抗原基因轉(zhuǎn)入酵母菌，可生產(chǎn)乙型肝炎疫苗，C正確；用單細(xì)胞蛋白制成的微生物飼料，其中的單細(xì)胞蛋白是微生物菌體，并不是通過發(fā)酵工程從微生物細(xì)胞中提取獲得的，D錯(cuò)誤。2．(2023·廣東番禺期中)下圖為啤酒生產(chǎn)過程的簡(jiǎn)要流程，其中糖化的目的是將麥芽中的淀粉等有機(jī)物水解為小分子物質(zhì)。下列敘述錯(cuò)誤的是

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)A．過程①可用赤霉素溶液浸泡大麥種子，使種子無(wú)需發(fā)芽就能產(chǎn)生α-淀粉酶B．過程③的主發(fā)酵階段的初期需要氧氣，隨后再保持厭氧環(huán)境，以便完成酒精的生成C．在啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)過程中，酒精的產(chǎn)生積累主要在后發(fā)酵階段完成D．發(fā)酵過程中要適時(shí)往外排氣，后發(fā)酵時(shí)期可以延長(zhǎng)排氣時(shí)間間隔【答案】C【解析】大麥種子萌發(fā)的過程中，赤霉素可誘導(dǎo)胚乳的糊粉層大量合成α-淀粉酶，故過程①制麥時(shí)可用赤霉素溶液浸泡大麥種子，使種子無(wú)需發(fā)芽就能產(chǎn)生α-淀粉酶，A正確；為了縮短發(fā)酵時(shí)間，發(fā)酵初期應(yīng)適當(dāng)提供氧氣，有利于酵母菌有氧呼吸快速繁殖，隨后再保持厭氧環(huán)境，以便完成酒精的生成，B正確；啤酒發(fā)酵過程分為主發(fā)酵和后發(fā)酵兩個(gè)階段，其中酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代謝物的生成都是在主發(fā)酵階段完成，故啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)過程中，酒精的產(chǎn)生積累主要在主發(fā)酵階段完成，C錯(cuò)誤；酵母菌的有氧呼吸和無(wú)氧呼吸都會(huì)產(chǎn)生二氧化碳，故發(fā)酵過程中要適時(shí)往外排氣，后發(fā)酵時(shí)期由于糖類物質(zhì)不足，產(chǎn)生的二氧化碳減少，可以延長(zhǎng)排氣時(shí)間間隔，D正確。[知識(shí)歸納]發(fā)酵工程的應(yīng)用及實(shí)例總結(jié)：發(fā)酵工程的應(yīng)用項(xiàng)目應(yīng)用實(shí)例在食品工業(yè)上的應(yīng)用生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品醬油、啤酒等生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑增味劑、增稠劑、防腐劑等生產(chǎn)酶制劑α-淀粉酶、果膠酶等在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用生產(chǎn)各種藥物抗生素、激素、免疫調(diào)節(jié)劑等項(xiàng)目應(yīng)用實(shí)例在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用生產(chǎn)微生物肥料根瘤菌肥、固氮菌肥等生產(chǎn)微生物農(nóng)藥利用蘇云金桿菌防止農(nóng)林蟲害，利用白僵菌防止玉米螟、松毛蟲等蟲害生產(chǎn)微生物飼料利用酵母菌生產(chǎn)的單細(xì)胞蛋白作為食品添加劑，利用單細(xì)胞蛋白制成微生物飼料等[對(duì)點(diǎn)精練]1．下列關(guān)于發(fā)酵工程在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用的敘述，不正確的是

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)A．利用發(fā)酵工程生產(chǎn)微生物肥料，可以增進(jìn)土壤肥力，改良土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)植株生長(zhǎng)，但有時(shí)會(huì)引發(fā)病蟲害的發(fā)生B．利用發(fā)酵工程生產(chǎn)的微生物農(nóng)藥與傳統(tǒng)的化學(xué)農(nóng)藥相比，具有成本低、無(wú)污染的特點(diǎn)C．利用發(fā)酵工程生產(chǎn)的微生物飼料可以作為食品添加劑，也可以使家禽、家畜快速地增重D．在青貯飼料中添加乳酸菌，可以提高飼料的品質(zhì)，使飼料保鮮，動(dòng)物食用后還能提高免疫力【答案】A【解析】利用發(fā)酵工程生產(chǎn)的微生物肥料，可以增進(jìn)土壤肥力，改良土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)植株生長(zhǎng)，有些微生物還可以抑制土壤中病原微生物的生長(zhǎng)，減少病蟲害的發(fā)生，A錯(cuò)誤；利用發(fā)酵工程生產(chǎn)的微生物農(nóng)藥是利用微生物或其代謝物來(lái)防治害蟲的，與傳統(tǒng)的化學(xué)農(nóng)藥相比，具有成本低、無(wú)污染的特點(diǎn)，B正確；利用發(fā)酵工程生產(chǎn)的微生物飼料可以作為食品添加劑，如酵母菌等生產(chǎn)的單細(xì)胞蛋白就可以作為食品添加劑，微生物飼料也可以使家禽、家畜快速地增重，C正確；在青貯飼料中添加乳酸菌，可以提高飼料的品質(zhì)，使飼料保鮮，動(dòng)物食用后還能提高免疫力，D正確。2．(2023·廣東佛山階段練習(xí))我國(guó)是名副其實(shí)的發(fā)酵大國(guó)，發(fā)酵工程在食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)及農(nóng)牧業(yè)等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是

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)A．利用黑曲霉將大豆原料中的蛋白質(zhì)水解，經(jīng)淋洗后可調(diào)制成醬油B．利用酵母菌等菌種的發(fā)酵工程生產(chǎn)的單細(xì)胞蛋白，可作為食品添加劑C．將乙型肝炎病毒的抗原基因轉(zhuǎn)入酵母菌，再通過發(fā)酵可生產(chǎn)乙型肝炎疫苗D．利用發(fā)酵工程生產(chǎn)的微生物農(nóng)藥，可作為化學(xué)防治的重要手段【答案】D【解析】以大豆為主要原料，利用產(chǎn)生蛋白酶的霉菌(如黑曲霉)，將原料中的蛋白質(zhì)水解成小分子的肽和氨基酸，然后經(jīng)淋洗、調(diào)制可以制成醬油產(chǎn)品，A正確；微生物含有豐富的蛋白質(zhì)，以淀粉或纖維素的水解液，制糖工業(yè)的廢液等為原料，通過發(fā)酵獲得了大量的微生物菌體，即單細(xì)胞蛋白，可作為食品添加劑，B正確；可以將乙肝病毒的抗原基因轉(zhuǎn)入酵母菌通過發(fā)酵工程制備乙肝疫苗，C正確；微生物農(nóng)藥是利用微生物或其代謝物來(lái)防治病蟲害的，微生物農(nóng)藥作為生物防治的重要手段，將在農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，D錯(cuò)誤。課堂·延伸提分易錯(cuò)易混：傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)與現(xiàn)代發(fā)酵工程的比較項(xiàng)目傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)現(xiàn)代發(fā)酵工程菌種來(lái)源原料或前一次發(fā)酵保存下來(lái)的發(fā)酵物中的微生物從自然界中篩選或利用生物技術(shù)培育的是否需嚴(yán)格滅菌不需嚴(yán)格滅菌需要嚴(yán)格滅菌發(fā)酵條件的控制人為地控制發(fā)酵條件，沒有特別嚴(yán)格通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制發(fā)酵條件，特別嚴(yán)格產(chǎn)品的分離、純化較為簡(jiǎn)單，往往直接使用較為復(fù)雜，方法有過濾、沉淀、蒸餾、萃取等例下列有關(guān)傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)與現(xiàn)代工業(yè)發(fā)酵的描述，正確的是

(

)A．傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)與現(xiàn)代工業(yè)發(fā)酵都需要進(jìn)行嚴(yán)格的無(wú)菌操作，防止雜菌的污染，如都要進(jìn)行培養(yǎng)基的滅菌B．傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)對(duì)發(fā)酵條件的控制主要通過人工控制，而現(xiàn)代工業(yè)發(fā)酵對(duì)發(fā)酵條件的控制是通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)和控制C．制作泡菜的菌種是人工接種的純的乳酸菌菌種D．果酒制作、果醋制作以及腐乳制作等都屬于現(xiàn)代工業(yè)發(fā)酵【答案】B【解析】傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)與現(xiàn)代工業(yè)發(fā)酵都要進(jìn)行無(wú)菌操作，但傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)防止發(fā)酵液污染的措施主要是進(jìn)行有關(guān)發(fā)酵裝置的消毒，滅菌不是很嚴(yán)格，傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)利用的是原料中存在的微生物，培養(yǎng)液是不能滅菌的，A錯(cuò)誤；傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)對(duì)發(fā)酵條件的控制主要是通過人工控制的，現(xiàn)代工業(yè)發(fā)酵對(duì)發(fā)酵條件的控制是通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制的，B正確；制作泡菜屬于傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用，菌種來(lái)源于附著在原材料上的天然的乳酸菌，不需要接種，C錯(cuò)誤；果酒制作、果醋制作以及腐乳制作屬于傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用，D錯(cuò)誤。錯(cuò)因分析：一是沒有理解傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)和現(xiàn)代發(fā)酵工程的操作，傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)往往通過控制發(fā)酵條件達(dá)到抑制雜菌生長(zhǎng)的效果，沒有嚴(yán)格的滅菌和無(wú)菌操作，現(xiàn)代發(fā)酵工程需要嚴(yán)格的滅菌技術(shù)，并全程在無(wú)菌條件下操作；二是對(duì)發(fā)酵條件的控制方式理解不到位，傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)是通過人工控制發(fā)酵條件的，現(xiàn)代發(fā)酵工程是通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和控制發(fā)酵條件的；三是對(duì)于傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)和現(xiàn)代發(fā)酵工程的應(yīng)用區(qū)別不清楚。小練·素養(yǎng)達(dá)成1．在發(fā)酵過程中，不會(huì)直接引起發(fā)酵液pH變化的是 (

)A．營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消耗B．微生物細(xì)胞數(shù)目的增多C．微生物呼吸作用釋放的CO2D．代謝物的積累【答案】B【解析】在發(fā)酵過程中，能引起pH變化的因素有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消耗、微生物呼吸作用釋放的CO2和代謝物的積累，A、C、D不符合題意；微生物細(xì)胞數(shù)目的變化不會(huì)引起pH的變化，B符合題意。2．在發(fā)酵過程中有關(guān)氧氣的利用，正確的是 (

)A．微生物可直接利用空氣中的氧氣B．微生物只能利用發(fā)酵液中的溶解氧C．溫度升高，發(fā)酵液中溶解氧增多D．機(jī)械攪拌與溶解氧濃度無(wú)關(guān)【答案】B【解析】發(fā)酵工程中嚴(yán)格無(wú)菌操作，空氣中的氧氣中有微生物，會(huì)造成雜菌污染，只能利用發(fā)酵液中經(jīng)過滅菌的無(wú)菌氧氣，A錯(cuò)誤、B正確；溫度升高是代謝產(chǎn)熱和機(jī)械攪拌產(chǎn)熱引起的，與發(fā)酵液中的溶解氧沒有關(guān)系，C錯(cuò)誤；機(jī)械攪拌可以增加溶解氧的濃度，D錯(cuò)誤。3．下面是有關(guān)啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)的流程，下列有關(guān)敘述不正確的是 (

)發(fā)芽→焙烤→碾磨→糖化→蒸煮→發(fā)酵→消毒→終止A．啤酒的發(fā)酵過程包括主發(fā)酵和后發(fā)酵兩個(gè)階段B．發(fā)芽的過程中大麥會(huì)產(chǎn)生淀粉酶，便于將大麥中的淀粉分解為葡萄糖進(jìn)行酒精發(fā)酵C．發(fā)酵的過程就是酵母菌進(jìn)行有氧呼吸的過程D．消毒的目的是殺死啤酒中的大多數(shù)微生物，以延長(zhǎng)它的保存期【答案】C【解析】酒精發(fā)酵的過程是酵母菌進(jìn)行無(wú)氧呼吸產(chǎn)生酒精的過程，C錯(cuò)誤。4．下列關(guān)于發(fā)酵工程的說法中，不正確的是 (

)A．在菌種選育過程中，可以利用人工誘變、基因工程等手段B．雖然青霉素是抗生素，但在青霉素生