新教材2020-2021版高中生物人教版选择性必修三ppt课件：1.3-发酵工程及其应用.ppt

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1、第3节发酵工程及其应用 必备知识必备知识素养奠基素养奠基一、发酵工程的概念和基本环节一、发酵工程的概念和基本环节1.1.发酵工程的概念发酵工程的概念:(1)(1)过程过程:利用利用_的特定功能的特定功能,通过通过_技术技术,规模化生产对人类有用规模化生产对人类有用的产品。的产品。(2)(2)范围范围:它涉及菌种的选育和培养、它涉及菌种的选育和培养、_等方面。等方面。微生物微生物现代工程现代工程产物的分离和提纯产物的分离和提纯2.2.发酵工程的基本环节发酵工程的基本环节:(1)(1)基本环节基本环节:(2)(2)选一选选一选:下列关于发酵工程基本环节的描述正确的是下列关于发酵工程基本环节的描述正

2、确的是_用于发酵工程的菌种应该具备优良性状用于发酵工程的菌种应该具备优良性状,并且只能从自然界中筛选。并且只能从自然界中筛选。在进行发酵前在进行发酵前,需要对选育的菌种进行扩大培养。需要对选育的菌种进行扩大培养。发酵工程所用的菌种大多是单一菌种发酵工程所用的菌种大多是单一菌种,所以没有必要进行严格的灭菌。所以没有必要进行严格的灭菌。发酵工程所用的培养基是液体培养基。发酵工程所用的培养基是液体培养基。在发酵过程中要随时进行检测在发酵过程中要随时进行检测,还需要对发酵条件进行严格的控制。还需要对发酵条件进行严格的控制。发酵结束后即可得到发酵产品。发酵结束后即可得到发酵产品。【激疑】【激疑】现代发酵

3、工程和传统发酵技术所用菌种的来源有什么差异现代发酵工程和传统发酵技术所用菌种的来源有什么差异?提示提示:传统发酵技术用的菌种一般是原材料中天然存在的多种菌种传统发酵技术用的菌种一般是原材料中天然存在的多种菌种,而现代发酵而现代发酵工程用的菌种是通过微生物培养技术获得的单一菌种。工程用的菌种是通过微生物培养技术获得的单一菌种。3.3.发酵装置发酵装置:二、发酵工程的应用二、发酵工程的应用1.1.特点特点:(1)_(1)_。(2)(2)原料来源丰富且价格低廉。原料来源丰富且价格低廉。(3)_(3)_。(4)(4)废弃物对环境的污染小和容易处理。废弃物对环境的污染小和容易处理。生产条件温和生产条件温

4、和产物专一产物专一 【激疑】【激疑】为什么发酵工程的生产条件比较温和为什么发酵工程的生产条件比较温和?提示提示:发酵是利用微生物的代谢将原料进行转化发酵是利用微生物的代谢将原料进行转化,而微生物细胞代谢是在常温常而微生物细胞代谢是在常温常压条件下进行的压条件下进行的,因此发酵工程的生产条件比较温和。因此发酵工程的生产条件比较温和。2.2.在食品工业上的应用在食品工业上的应用:(1)(1)生产传统的生产传统的_。优点优点:能明显提高产品的能明显提高产品的_。实例实例:发酵产品发酵产品产量和质量产量和质量b.b.啤酒的工业化生产流程啤酒的工业化生产流程:(2)(2)生产各种各样的食品添加剂生产各种

5、各样的食品添加剂:酸度调节剂、酸度调节剂、_、着色剂、着色剂、_、防腐剂等。防腐剂等。(3)(3)生产生产_:_:在食品工业中在食品工业中,经常用到一些酶制剂经常用到一些酶制剂,如如-淀粉酶、淀粉酶、-淀粉淀粉酶、氨基肽酶和脂肪酶等。酶、氨基肽酶和脂肪酶等。增味剂增味剂增稠剂增稠剂酶制剂酶制剂【激疑】【激疑】有人认为食品添加剂都是有害的有人认为食品添加剂都是有害的,这种想法对吗这种想法对吗?为什么为什么?提示提示:不对。食品添加剂可以增加食品的营养不对。食品添加剂可以增加食品的营养,改善食物的口味等改善食物的口味等,只要符合国只要符合国家标准家标准,并不会对人体产生伤害。并不会对人体产生伤害。

6、3.3.在医药工业上的应用在医药工业上的应用:(1)(1)发酵工程可以生产抗生素、发酵工程可以生产抗生素、_、激素和、激素和_等。等。(2)(2)基因工程与基因工程与_相结合生产所需要的产品。相结合生产所需要的产品。氨基酸氨基酸免疫调节剂免疫调节剂发酵技术发酵技术4.4.在农牧业上的应用在农牧业上的应用:主要表现在生产主要表现在生产_、微生物农药、微生物农药、_等方面。等方面。5.5.在其他方面的应用在其他方面的应用:(1)(1)对解决资源与对解决资源与_问题具有重要意义。问题具有重要意义。(2)_(2)_微生物的应用。微生物的应用。(3)(3)发酵工程渗透到几乎所有的工农业领域。发酵工程渗透

7、到几乎所有的工农业领域。微生物肥料微生物肥料微生物饲料微生物饲料环境污染环境污染极端极端关键能力关键能力素养形成素养形成知识点一发酵工程的基本环节知识点一发酵工程的基本环节1.1.选育菌种选育菌种:(1)(1)常用菌种常用菌种:主要是细菌、放线菌、酵母菌和霉菌等。主要是细菌、放线菌、酵母菌和霉菌等。(2)(2)菌种特点菌种特点:对周围环境的温度、渗透压、酸碱度等条件有极大的适应能力。对周围环境的温度、渗透压、酸碱度等条件有极大的适应能力。有极强的消化能力。有极强的消化能力。有极强的繁殖能力。有极强的繁殖能力。(3)(3)选育方法选育方法:从自然界中筛选出优良菌种。从自然界中筛选出优良菌种。利用

8、诱变育种筛选出符合生产要求的优良菌种。利用诱变育种筛选出符合生产要求的优良菌种。利用基因工程、细胞工程的方法对菌种的遗传特性进行定向改造利用基因工程、细胞工程的方法对菌种的遗传特性进行定向改造,构建出能生构建出能生产相应产品的菌种。产相应产品的菌种。2.2.扩大培养扩大培养:在进行接种前在进行接种前,要进行扩大培养。要进行扩大培养。(1)(1)目的目的:增加菌种的数量增加菌种的数量,缩短生产周期。缩短生产周期。(2)(2)方法方法:将培养到生长速度最快时期的菌体分开将培养到生长速度最快时期的菌体分开,再进行培养。再进行培养。3.3.配制培养基配制培养基:(1)(1)类型类型:发酵工程一般使用液

9、体培养基。发酵工程一般使用液体培养基。(2)(2)要求要求:根据不同的菌种根据不同的菌种,选择不同的材料配制培养基。选择不同的材料配制培养基。培养基应满足微生物在碳源、氮源、生长因子、水、无机盐等方面的营养要培养基应满足微生物在碳源、氮源、生长因子、水、无机盐等方面的营养要求求,并为微生物提供适宜的并为微生物提供适宜的pH,pH,以利于产物的合成。以利于产物的合成。应尽量降低生产成本应尽量降低生产成本,以得到更高的经济效益。以得到更高的经济效益。4.4.灭菌和接种灭菌和接种:在发酵前对培养基和发酵设备进行严格的灭菌处理在发酵前对培养基和发酵设备进行严格的灭菌处理,接种过程中接种过程中要注意防止

10、杂菌污染。要注意防止杂菌污染。5.5.发酵罐内发酵发酵罐内发酵发酵工程的中心环节发酵工程的中心环节:【特别提醒】【特别提醒】通过发酵罐对发酵条件进行控制通过发酵罐对发酵条件进行控制(1)(1)温度温度:通过发酵罐上的温度传感器和控制装置进行监测和调整。通过发酵罐上的温度传感器和控制装置进行监测和调整。(2)(2)溶解氧溶解氧:通过通气量和搅拌速度加以调节。通过通气量和搅拌速度加以调节。(3)pH:(3)pH:通过加料装置添加酸或碱进行调节通过加料装置添加酸或碱进行调节,也可以在培养基中添加也可以在培养基中添加pHpH缓冲液。缓冲液。6.6.分离、提纯产物分离、提纯产物,获得发酵产品获得发酵产品

11、:【特别提醒】【特别提醒】关于发酵罐使用的三点提醒关于发酵罐使用的三点提醒(1)(1)发酵罐在使用前要进行灭菌发酵罐在使用前要进行灭菌,培养基和发酵设备一般用蒸汽灭菌培养基和发酵设备一般用蒸汽灭菌,空气采用过空气采用过滤的方法除菌。滤的方法除菌。(2)(2)对于需氧发酵对于需氧发酵,为了防止杂菌污染为了防止杂菌污染,应该从空气入口通入无菌空气。应该从空气入口通入无菌空气。(3)(3)搅拌的作用搅拌的作用:a.a.使空气和发酵液充分混合使空气和发酵液充分混合,增加培养液中的溶解氧增加培养液中的溶解氧;b.b.使菌种与培养液充分接触使菌种与培养液充分接触,提高原料利用率。提高原料利用率。【素养案例

12、】【素养案例】如图所示是发酵工程生产产品的流程图如图所示是发酵工程生产产品的流程图,据图回答下列问题据图回答下列问题:(1)(1)发酵工程中发酵工程中,选育优良性状的菌种选育优良性状的菌种,至关重要。高产青霉素菌种是通过至关重要。高产青霉素菌种是通过_育种获得的育种获得的,啤酒酵母菌是通过啤酒酵母菌是通过_改造的。改造的。(2)(2)图中图中表示表示_,这样做的目的是这样做的目的是_。(3)(3)表示表示_,是整个过程的中心环节是整个过程的中心环节,在此阶段需随时取样、检测在此阶段需随时取样、检测_、_等等,以了解发酵进程以了解发酵进程,还要及时添加还要及时添加_,同同时严格控制时严格控制_等

13、发酵条件。等发酵条件。(4)(4)表示表示_,发酵结束后可采用发酵结束后可采用_等方法获得产品。等方法获得产品。【解题导引】【解题导引】解答本题的两个关键点解答本题的两个关键点:(1)(1)发酵工程的基本环节发酵工程的基本环节:菌种的选育和扩大培养菌种的选育和扩大培养,培养基的配制培养基的配制,灭菌灭菌,接种接种,发发酵酵,产品的分离提纯。产品的分离提纯。(2)(2)发酵工程的中心环节发酵工程的中心环节:发酵罐内发酵。发酵罐内发酵。【解析】【解析】(1)(1)高产青霉素菌种是通过诱变育种获得的高产青霉素菌种是通过诱变育种获得的,啤酒酵母菌是通过基因工啤酒酵母菌是通过基因工程改造的。程改造的。(

14、2)(2)图中图中表示扩大培养表示扩大培养,目的是增加菌种的数量目的是增加菌种的数量,缩短生产周期。缩短生产周期。(3)(3)是整个过程的中心环节是整个过程的中心环节发酵罐内发酵发酵罐内发酵,在此阶段需随时取样、检测微在此阶段需随时取样、检测微生物数量、产物浓度等生物数量、产物浓度等,以了解发酵进程。随着发酵进行以了解发酵进程。随着发酵进行,培养基中的营养物质培养基中的营养物质减少减少,还要及时添加必需的营养组分还要及时添加必需的营养组分,同时严格控制温度、同时严格控制温度、pHpH和溶解氧等发酵条和溶解氧等发酵条件。件。(4)(4)是发酵工程产品微生物细胞是发酵工程产品微生物细胞(菌体菌体)

15、,),发酵结束后可采用过滤、沉淀等发酵结束后可采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥。方法将菌体分离和干燥。答案答案:(1)(1)诱变基因工程诱变基因工程(2)(2)扩大培养增加菌种的数量扩大培养增加菌种的数量,可以缩短生产周期可以缩短生产周期(3)(3)发酵罐内发酵微生物数量产物浓度必需的营养组分温度、发酵罐内发酵微生物数量产物浓度必需的营养组分温度、pHpH和溶解和溶解氧氧(4)(4)微生物细胞微生物细胞(菌体菌体)过滤、沉淀过滤、沉淀 【误区警示】【误区警示】菌种的选育和培养常见误区菌种的选育和培养常见误区(1)(1)误认为高产青霉素菌种是通过基因工程获得的误认为高产青霉素菌种是通过基因工

16、程获得的:高产青霉素菌种是通过诱变高产青霉素菌种是通过诱变育种获得的。育种获得的。(2)(2)易弄错增加菌种数量的方法易弄错增加菌种数量的方法:获得优良菌种后获得优良菌种后,为了缩短生产周期为了缩短生产周期,要进行扩要进行扩大培养来增加菌种数量。大培养来增加菌种数量。【素养【素养探究探究母题追问】母题追问】(1)(1)科学思维科学思维分析与推理分析与推理发酵过程中为什么要控制发酵条件发酵过程中为什么要控制发酵条件?提示提示:发酵条件会影响微生物的生长繁殖和代谢物的形成。发酵条件会影响微生物的生长繁殖和代谢物的形成。(2)(2)科学探究科学探究结果评价结果评价在谷氨酸发酵中产物是什么在谷氨酸发酵

17、中产物是什么?它属于代谢物吗它属于代谢物吗?提示提示:谷氨酸发酵产物是谷氨酸棒状杆菌产生的谷氨酸谷氨酸发酵产物是谷氨酸棒状杆菌产生的谷氨酸,是细胞代谢物。是细胞代谢物。【素养【素养迁移】迁移】(2018(2018江苏高考江苏高考)某高校采用如图所示的发酵罐进行葡萄酒主发酵过程的研究某高校采用如图所示的发酵罐进行葡萄酒主发酵过程的研究,下列叙述错误的是下列叙述错误的是()A.A.夏季生产果酒时夏季生产果酒时,常需对罐体进行降温处理常需对罐体进行降温处理B.B.乙醇为挥发性物质乙醇为挥发性物质,故发酵过程中空气的进气量不宜太大故发酵过程中空气的进气量不宜太大C.C.正常发酵过程中罐内的压力不会低于

18、大气压正常发酵过程中罐内的压力不会低于大气压D.D.可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度来决定何时终止发酵可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度来决定何时终止发酵【解析】【解析】选选B B。果酒发酵过程中会放出热量使罐体温度上升。果酒发酵过程中会放出热量使罐体温度上升,故需对发酵罐进行故需对发酵罐进行降温处理降温处理,A,A项正确项正确;乙醇虽然为挥发性物质乙醇虽然为挥发性物质,但其能溶于水但其能溶于水,而且酒精发酵为无氧而且酒精发酵为无氧呼吸呼吸,发酵过程中不需进气发酵过程中不需进气,B,B项错误项错误;发酵过程中有发酵过程中有COCO2 2产生产生,所以罐内压力不会所以罐内压力不会低于大气压低于

19、大气压,C,C项正确项正确;发酵程度可以通过监测发酵液中残余糖的浓度来确定发酵程度可以通过监测发酵液中残余糖的浓度来确定,D,D项项正确。正确。知识点二发酵工程的应用知识点二发酵工程的应用1.1.发酵工程的应用发酵工程的应用:发酵工程渗透到几乎所有的工农业领域。发酵工程渗透到几乎所有的工农业领域。(1)(1)在食品工业上的应用在食品工业上的应用:生产传统的发酵产品、食品添加剂和酶制剂。生产传统的发酵产品、食品添加剂和酶制剂。(2)(2)在医药工业上的应用在医药工业上的应用:生产抗生素、氨基酸、激素、免疫调节剂和疫苗等。生产抗生素、氨基酸、激素、免疫调节剂和疫苗等。(3)(3)在农牧业上的应用在

20、农牧业上的应用:生产微生物肥料、微生物农药、微生物饲料等。生产微生物肥料、微生物农药、微生物饲料等。【特别提醒】【特别提醒】啤酒的工业化生产的五点提醒啤酒的工业化生产的五点提醒(1)(1)啤酒酵母菌啤酒酵母菌:通过微生物培养技术筛选出的优良菌种通过微生物培养技术筛选出的优良菌种,在接种前进行扩大培养在接种前进行扩大培养,缩短生产周期。缩短生产周期。(2)(2)焙烤温度不能过高焙烤温度不能过高,防止淀粉酶失活。防止淀粉酶失活。(3)(3)蒸煮后的糖浆一定要冷却后才能接种蒸煮后的糖浆一定要冷却后才能接种,防止高温杀死酵母菌。防止高温杀死酵母菌。(4)(4)发酵过程中注意控制好温度、发酵过程中注意控

21、制好温度、pHpH、通气、发酵时间等。、通气、发酵时间等。(5)(5)接种前要对发酵罐进行灭菌接种前要对发酵罐进行灭菌,接种时要进行无菌操作接种时要进行无菌操作,防止杂菌污染。防止杂菌污染。2.2.发酵工程与传统发酵技术的比较发酵工程与传统发酵技术的比较:【素养案例】【素养案例】啤酒是以粮食作物大麦为主要原料酿造的啤酒是以粮食作物大麦为主要原料酿造的,如图是某种啤酒的生产流程如图是某种啤酒的生产流程,回答下回答下列问题。列问题。(1)(1)在酿造过程中需要将大麦种子进行发芽处理在酿造过程中需要将大麦种子进行发芽处理,此过程的目的是此过程的目的是_,麦芽经过焙烤、碾磨成麦芽经过焙烤、碾磨成_。(

22、2)(2)经过糖化阶段经过糖化阶段,麦芽中的淀粉、蛋白质等大分子被分解成酵母菌可利用的可麦芽中的淀粉、蛋白质等大分子被分解成酵母菌可利用的可溶性小分子物质。糖化时温度的变化通常是由低温逐步升至高温溶性小分子物质。糖化时温度的变化通常是由低温逐步升至高温,以防止以防止_。(3)(3)在蒸煮阶段在蒸煮阶段,要将糖浆中加入啤酒花煮沸一定时间要将糖浆中加入啤酒花煮沸一定时间,不仅可以蒸发掉多余的水不仅可以蒸发掉多余的水分分,还可以起到还可以起到_作用。作用。(4)(4)在主发酵初期在主发酵初期,往往先通入无菌空气往往先通入无菌空气,目的是目的是_,之后进行密封发酵。酒精就是在密封发酵期间产生的之后进行

23、密封发酵。酒精就是在密封发酵期间产生的,写出反应简式写出反应简式_。(5)(5)经过一段时间的后发酵经过一段时间的后发酵,才能形成澄清、成熟的啤酒。后发酵期间糖类继续才能形成澄清、成熟的啤酒。后发酵期间糖类继续发酵发酵,促进啤酒风味的成熟。影响啤酒风味的因素有促进啤酒风味的成熟。影响啤酒风味的因素有_、_等。等。【解题导引】【解题导引】解答本题需掌握以下三个关键知识解答本题需掌握以下三个关键知识:(1)(1)大麦种子发芽的目的大麦种子发芽的目的:产生淀粉酶等。产生淀粉酶等。(2)(2)糖化的实质糖化的实质:大分子物质在酶的作用下大分子物质在酶的作用下,被分解成小分子物质。被分解成小分子物质。(

24、3)(3)酵母菌发酵的过程酵母菌发酵的过程:前期有氧条件酵母菌的数量增加前期有氧条件酵母菌的数量增加,后期无氧条件酵母菌进后期无氧条件酵母菌进行酒精发酵。行酒精发酵。【解析】【解析】(1)(1)大麦种子发芽的目的是释放淀粉酶、蛋白酶等多种酶。麦芽经过焙大麦种子发芽的目的是释放淀粉酶、蛋白酶等多种酶。麦芽经过焙烤、碾磨成麦芽粉。烤、碾磨成麦芽粉。(2)(2)糖化时由低温逐步升至高温糖化时由低温逐步升至高温,以防止麦芽中淀粉酶等因高温而变性失活。以防止麦芽中淀粉酶等因高温而变性失活。(3)(3)在蒸煮阶段在蒸煮阶段,不仅可以蒸发掉多余的水分不仅可以蒸发掉多余的水分,还可以起到灭菌作用。还可以起到灭

25、菌作用。(4)(4)在主发酵初期在主发酵初期,需要通入无菌空气需要通入无菌空气,目的是增加酵母菌的数量目的是增加酵母菌的数量,有利于密闭时有利于密闭时获得更多的酒精产物获得更多的酒精产物,反应简式见答案。反应简式见答案。(5)(5)影响啤酒风味的因素有酵母菌菌种、大麦品种、发酵时间、发酵温度等。影响啤酒风味的因素有酵母菌菌种、大麦品种、发酵时间、发酵温度等。答案答案:(1)(1)释放淀粉酶麦芽粉释放淀粉酶麦芽粉(2)(2)麦芽中淀粉酶等因高温而变性失活麦芽中淀粉酶等因高温而变性失活(3)(3)灭菌灭菌(4)(4)有氧条件酵母菌进行出芽生殖有氧条件酵母菌进行出芽生殖,数量增加数量增加C C6 6

26、H H1212O O6 6 2C 2C2 2H H5 5OH+2COOH+2CO2 2+能量能量(5)(5)酵母菌菌种大麦品种发酵时间发酵温度酵母菌菌种大麦品种发酵时间发酵温度(写两种即可写两种即可)【素养【素养探究探究母题追问】母题追问】(1)(1)科学思维科学思维分析与综合分析与综合在糖化阶段在糖化阶段,温度低影响啤酒品质温度低影响啤酒品质,温度高会使麦芽产生的淀粉酶等失活温度高会使麦芽产生的淀粉酶等失活,你能想你能想到什么方法解决到什么方法解决?提示提示:可以在此阶段使用发酵工程生产的耐高温的淀粉酶制剂。可以在此阶段使用发酵工程生产的耐高温的淀粉酶制剂。(2)(2)科学思维科学思维分析与

27、推理分析与推理发酵后的啤酒需要经过消毒才能包装销售发酵后的啤酒需要经过消毒才能包装销售,请你利用所学知识请你利用所学知识,分析用什么方法分析用什么方法对啤酒进行消毒。对啤酒进行消毒。提示提示:为了保持啤酒的风味为了保持啤酒的风味,应用巴氏应用巴氏(低温低温)消毒法进行消毒。消毒法进行消毒。【素养【素养迁移】迁移】下列有关发酵工程应用的说法错误的是下列有关发酵工程应用的说法错误的是()A.A.发酵工程可以生产酱油、泡菜等传统发酵食品发酵工程可以生产酱油、泡菜等传统发酵食品B.B.柠檬酸、乳酸等食品添加剂可以通过发酵工程生产柠檬酸、乳酸等食品添加剂可以通过发酵工程生产C.C.发酵工程可以生产多种药

28、物发酵工程可以生产多种药物,但是不能生产疫苗但是不能生产疫苗D.D.发酵工程生产的单细胞蛋白可以制作成微生物饲料发酵工程生产的单细胞蛋白可以制作成微生物饲料 【解析】【解析】选选C C。发酵工程可以生产传统发酵食品。发酵工程可以生产传统发酵食品,A,A正确正确;柠檬酸、乳酸是通过发柠檬酸、乳酸是通过发酵工程生产的食品添加剂酵工程生产的食品添加剂,B,B正确正确;科学家利用基因工程将病原体基因转入微生物科学家利用基因工程将病原体基因转入微生物细胞细胞,通过发酵工程可以生产疫苗通过发酵工程可以生产疫苗,C,C错误错误;单细胞蛋白可以制作成微生物饲料单细胞蛋白可以制作成微生物饲料,D,D正确。正确。

29、【补偿训练】【补偿训练】以下不属于发酵的是以下不属于发酵的是()A.A.利用需氧型青霉菌生产青霉素利用需氧型青霉菌生产青霉素B.B.缺氧时人的组织细胞产生乳酸缺氧时人的组织细胞产生乳酸C.C.利用酵母菌的无氧呼吸获得酒利用酵母菌的无氧呼吸获得酒D.D.利用乳酸菌制作泡菜利用乳酸菌制作泡菜 【解析】【解析】选选B B。发酵是指通过微生物的代谢将原料转化为人类所需要的产物的过。发酵是指通过微生物的代谢将原料转化为人类所需要的产物的过程。可见程。可见,利用需氧型青霉菌生产青霉素、利用酵母菌的无氧呼吸获得酒和利用利用需氧型青霉菌生产青霉素、利用酵母菌的无氧呼吸获得酒和利用乳酸菌制作泡菜乳酸菌制作泡菜,

30、都属于发酵都属于发酵,而缺氧时人的组织细胞产生乳酸的过程则不属于而缺氧时人的组织细胞产生乳酸的过程则不属于发酵发酵,A,A、C C、D D均不符合题意均不符合题意,B,B符合题意。符合题意。【课堂回眸】【课堂回眸】课堂检测课堂检测素养达标素养达标【概念【概念诊断】诊断】1.1.运用发酵工程可以生产多种产品运用发酵工程可以生产多种产品,请分析下列关于发酵工程的叙述请分析下列关于发酵工程的叙述,正确的是正确的是_。防止杂菌入侵和获得纯净的微生物培养物是发酵工程的重要基础防止杂菌入侵和获得纯净的微生物培养物是发酵工程的重要基础发酵工程最重要的环节是发酵罐内发酵发酵工程最重要的环节是发酵罐内发酵青霉素

31、有抗菌作用青霉素有抗菌作用,即使生产青霉素的发酵过程中混入了杂菌即使生产青霉素的发酵过程中混入了杂菌,发酵也不受影发酵也不受影响响大型发酵罐有计算机控制系统大型发酵罐有计算机控制系统,能对发酵条件进行控制能对发酵条件进行控制发酵工程不能生产传统发酵食品发酵工程不能生产传统发酵食品发酵工程可以生产微生物农药发酵工程可以生产微生物农药发酵工程与传统发酵技术都是利用微生物的作用进行的发酵发酵工程与传统发酵技术都是利用微生物的作用进行的发酵【解析】【解析】选选。发酵工程常用单一菌种发酵。发酵工程常用单一菌种发酵,因此防止杂菌入侵和获因此防止杂菌入侵和获得纯净的微生物培养物是发酵工程的重要基础得纯净的微

32、生物培养物是发酵工程的重要基础,正确正确;发酵工程的中心环节是发酵工程的中心环节是发酵罐内发酵过程发酵罐内发酵过程,正确正确;青霉素的生产过程中混入了杂菌青霉素的生产过程中混入了杂菌,杂菌分泌的青霉杂菌分泌的青霉素酶会将青霉素分解素酶会将青霉素分解,错误错误;发酵罐有计算机控制系统发酵罐有计算机控制系统,能对发酵过程中的各能对发酵过程中的各种条件进行监测和控制种条件进行监测和控制,正确正确;发酵工程能生产传统发酵食品发酵工程能生产传统发酵食品,错误错误;发酵工发酵工程可以生产微生物农药、微生物肥料、微生物饲料等程可以生产微生物农药、微生物肥料、微生物饲料等,正确正确;发酵工程与传统发酵工程与传

33、统发酵技术的共同点都是利用微生物进行的发酵发酵技术的共同点都是利用微生物进行的发酵,正确。正确。2.2.下列选项中不是发酵工程特点的是下列选项中不是发酵工程特点的是()A.A.原料来源丰富原料来源丰富,价格低价格低B.B.产物专一产物专一,产量高产量高C.C.废弃物对环境污染小废弃物对环境污染小,容易处理容易处理D.D.生产条件需要高温高压生产条件需要高温高压【解析】【解析】选选D D。发酵工程是运用微生物的功能进行的生产。发酵工程是运用微生物的功能进行的生产,生产条件温和生产条件温和,即在即在常温常压条件下进行常温常压条件下进行,D,D错误。错误。3.3.用发酵工程生产单细胞蛋白时用发酵工程

34、生产单细胞蛋白时,对产物进行分离提纯时可采用的方法是对产物进行分离提纯时可采用的方法是()A.A.蒸馏、过滤蒸馏、过滤B.B.过滤、沉淀过滤、沉淀C.C.萃取、离子交换萃取、离子交换D.D.沉淀、萃取沉淀、萃取【解析】【解析】选选B B。单细胞蛋白是微生物菌体。单细胞蛋白是微生物菌体,采用过滤、沉淀等方法将菌体进行分采用过滤、沉淀等方法将菌体进行分离和干燥。离和干燥。【思维【思维跃迁】跃迁】4.4.下列关于发酵工程的说法下列关于发酵工程的说法,正确的是正确的是()A.A.人工诱变、细胞工程、基因工程等都可对微生物进行定向改造人工诱变、细胞工程、基因工程等都可对微生物进行定向改造B.B.环境条件

35、的变化不仅影响微生物的生长繁殖环境条件的变化不仅影响微生物的生长繁殖,也会影响微生物的代谢也会影响微生物的代谢C.C.发酵罐中微生物的生长繁殖、代谢产物的形成都与搅拌速度无关发酵罐中微生物的生长繁殖、代谢产物的形成都与搅拌速度无关D.D.单细胞蛋白是从微生物细胞中提取出来的单细胞蛋白是从微生物细胞中提取出来的【解析】【解析】选选B B。人工诱变导致基因突变是不定向的。人工诱变导致基因突变是不定向的,细胞工程、基因工程是具有细胞工程、基因工程是具有目的性的目的性的,故人工诱变不能对微生物进行定向改造故人工诱变不能对微生物进行定向改造,A,A错误错误;环境条件的变化不仅环境条件的变化不仅影响微生物

36、的生长繁殖影响微生物的生长繁殖,也会影响微生物的代谢也会影响微生物的代谢,B,B正确正确;搅拌可增加溶氧量搅拌可增加溶氧量,发发酵罐中微生物的生长繁殖、代谢产物的形成速度都与搅拌速度有关酵罐中微生物的生长繁殖、代谢产物的形成速度都与搅拌速度有关,C,C错误错误;单单细胞蛋白是指通过发酵获得的大量的微生物菌体细胞蛋白是指通过发酵获得的大量的微生物菌体,D,D错误。错误。5.5.如图是发酵工程常用的机械搅拌式发酵罐如图是发酵工程常用的机械搅拌式发酵罐,是工业生产中最常用的发酵罐。是工业生产中最常用的发酵罐。回答下列问题回答下列问题:(1)1(1)1是培养物或营养物质的是培养物或营养物质的_,2,2

37、是是_,4,4是是_,3,3是是_。(2)5(2)5是是_,此装置运转时此装置运转时,既能使空气和发酵液充分混合既能使空气和发酵液充分混合,增加培养液增加培养液中的中的_,又能使菌种与培养液又能使菌种与培养液_,提高原料利用率。但是在利提高原料利用率。但是在利用乳酸菌生产乳酸时一般不用此装置用乳酸菌生产乳酸时一般不用此装置,这是因为这是因为_。(3)(3)若此装置用于酒精发酵若此装置用于酒精发酵,在发酵过程中在发酵过程中,pH,pH_,罐内的压力会罐内的压力会_。(4)(4)发酵罐在使用前要进行发酵罐在使用前要进行_。【解析】【解析】(1)(1)分析此装置分析此装置,1,1是培养物或营养物质的

38、加入口是培养物或营养物质的加入口,2,2是排气管是排气管,4,4是冷却是冷却水进入口水进入口,3,3是空气入口。是空气入口。(2)5(2)5是搅拌叶轮是搅拌叶轮,作用是使空气和发酵液充分混合作用是使空气和发酵液充分混合,增增加培养液中的溶解氧加培养液中的溶解氧,使菌种与培养液充分接触使菌种与培养液充分接触,提高原料利用率。乳酸菌是厌提高原料利用率。乳酸菌是厌氧型微生物氧型微生物,所以进行乳酸发酵不使用此装置。所以进行乳酸发酵不使用此装置。(3)(3)在酒精发酵过程中在酒精发酵过程中,由于有由于有二氧化碳产生二氧化碳产生,所以会导致所以会导致pHpH下降下降,罐内的压力会增加。罐内的压力会增加。

39、(4)(4)防止杂菌污染防止杂菌污染,发发酵罐在使用前要进行灭菌。酵罐在使用前要进行灭菌。答案答案:(1)(1)加入口排气管冷却水进入口空气入口加入口排气管冷却水进入口空气入口(2)(2)搅拌叶轮溶解氧充分接触乳酸菌是厌氧型微生物搅拌叶轮溶解氧充分接触乳酸菌是厌氧型微生物,发酵过程不需要氧发酵过程不需要氧气气(3)(3)下降增加下降增加(4)(4)灭菌灭菌【拓展【拓展探究】探究】6.6.植物乳杆菌属于乳酸菌的一种植物乳杆菌属于乳酸菌的一种,在繁殖过程中可分泌一类具有抑菌活性的蛋在繁殖过程中可分泌一类具有抑菌活性的蛋白质白质,此种蛋白质称为细菌素此种蛋白质称为细菌素,作为重要的天然食品防腐剂在食

40、品加工中有着广作为重要的天然食品防腐剂在食品加工中有着广泛应用。现有两种较高产细菌素的菌株泛应用。现有两种较高产细菌素的菌株,菌株菌株A A产细菌素能力强于菌株产细菌素能力强于菌株B,B,但菌株但菌株A A细胞中的细菌素合成途径中缺少两个重要的调控基因细胞中的细菌素合成途径中缺少两个重要的调控基因plnCplnC和和plnD,plnD,而菌株而菌株B B细细胞中具有这两个基因。研究人员按下图所示流程对菌株胞中具有这两个基因。研究人员按下图所示流程对菌株A A和和B B进行改良进行改良,获得了获得了更高产细菌素的新型菌株更高产细菌素的新型菌株C C。(1)(1)从细胞结构的角度分析从细胞结构的角

41、度分析,植物乳杆菌属于植物乳杆菌属于_生物生物,其进行合成细其进行合成细菌素等生命活动所需的能量由菌素等生命活动所需的能量由_呼吸提供。呼吸提供。(2)(2)实验发现实验发现,植物乳杆菌对柠檬色葡萄球菌的抑菌效果最好植物乳杆菌对柠檬色葡萄球菌的抑菌效果最好,研究人员选择柠研究人员选择柠檬色葡萄球菌作为指示菌进行抑菌实验檬色葡萄球菌作为指示菌进行抑菌实验,来比较菌株来比较菌株A A、B B、C C的产细菌素能力。的产细菌素能力。实验步骤如下实验步骤如下:a.a.在平板培养基中涂布在平板培养基中涂布_;b.b.分别在平板的不同位置接种分别在平板的不同位置接种_作为实验组作为实验组;对照组的处理是对

42、照组的处理是_;c.c.培养一段时间后培养一段时间后,观察并比较抑菌圈大小。观察并比较抑菌圈大小。预期结果为预期结果为:_。(3)(3)抗生素是由微生物产生的具有较强抑菌杀菌效果的小分子有机物。请结合抗生素是由微生物产生的具有较强抑菌杀菌效果的小分子有机物。请结合所学知识及相关信息所学知识及相关信息,分析将细菌素而非抗生素用作食品防腐剂的优势分析将细菌素而非抗生素用作食品防腐剂的优势_。(答出一点即可答出一点即可)【解析】【解析】(1)(1)植物乳杆菌属于乳酸菌的一种植物乳杆菌属于乳酸菌的一种,属于细菌属于细菌,是原核生物是原核生物;由于植物乳由于植物乳杆菌是厌氧性细菌杆菌是厌氧性细菌,故进行

43、合成细菌素等生命活动所需的能量由无氧呼吸提供。故进行合成细菌素等生命活动所需的能量由无氧呼吸提供。(2)(2)植物乳杆菌对柠檬色葡萄球菌的抑菌效果最好植物乳杆菌对柠檬色葡萄球菌的抑菌效果最好,研究人员选择柠檬色葡萄球研究人员选择柠檬色葡萄球菌作为指示菌进行抑菌实验菌作为指示菌进行抑菌实验,来比较菌株来比较菌株A A、B B、C C的产细菌素能力的产细菌素能力,故应该在平故应该在平板培养基上涂布柠檬色葡萄球菌菌液板培养基上涂布柠檬色葡萄球菌菌液,分别在平板的不同位置接种分别在平板的不同位置接种A A、B B、C C菌液菌液的上清液的上清液(蘸取蘸取A A、B B、C C菌液的滤纸片菌液的滤纸片)

44、作为实验组作为实验组,接种等量无菌水接种等量无菌水(蘸取无菌蘸取无菌水的滤纸片水的滤纸片)作为对照组作为对照组,观察含有抑菌物质的滤纸片周围的抑菌圈大小观察含有抑菌物质的滤纸片周围的抑菌圈大小,预期预期结果为抑菌圈从大到小依次为结果为抑菌圈从大到小依次为C C、A A、B,B,对照组无抑菌圈。对照组无抑菌圈。(3)(3)将细菌素而非抗生素用作食品防腐剂的优势为将细菌素而非抗生素用作食品防腐剂的优势为:与抗生素不同与抗生素不同,细菌素的化细菌素的化学本质是蛋白质学本质是蛋白质,被人体食用后可被胃蛋白酶等消化酶降解被人体食用后可被胃蛋白酶等消化酶降解,不会被吸收进入人不会被吸收进入人体内体内,也不

45、会破坏人体肠道益生菌也不会破坏人体肠道益生菌,排放入环境中的量少排放入环境中的量少,因此一般情况下因此一般情况下,具有具有无毒、无副作用、无残留、少污染的优点。无毒、无副作用、无残留、少污染的优点。答案答案:(1)(1)原核无氧原核无氧(2)(2)柠檬色葡萄球菌菌液柠檬色葡萄球菌菌液A A、B B、C C菌液的上清液菌液的上清液(蘸取蘸取A A、B B、C C菌液的滤纸片菌液的滤纸片)接种等量无菌水接种等量无菌水(蘸取无菌水的滤纸片蘸取无菌水的滤纸片)抑菌圈从大到小抑菌圈从大到小依次为依次为C C、A A、B,B,对照组无抑菌圈对照组无抑菌圈(3)(3)无毒、无副作用、无残留、少污染无毒、无副

46、作用、无残留、少污染课时素养评价课时素养评价四发酵工程及其应用四发酵工程及其应用【基础达标】【基础达标】(20(20分钟分钟7070分分)一、选择题一、选择题(共共7 7小题小题,每小题每小题5 5分分,共共3535分分)1.1.发酵罐内发酵时发酵罐内发酵时,一定要控制好发酵条件一定要控制好发酵条件,下列说法错误的是下列说法错误的是()A.A.对温度的控制可以通过发酵罐上的温度传感器和控制装置进行监测和调整对温度的控制可以通过发酵罐上的温度传感器和控制装置进行监测和调整B.B.若是谷氨酸发酵需要将若是谷氨酸发酵需要将pHpH调至酸性调至酸性C.C.可以在培养基中添加缓冲液以维持发酵时可以在培养

47、基中添加缓冲液以维持发酵时pHpH的相对稳定的相对稳定D.D.对于需氧发酵通过调节通气量和搅拌速度控制溶氧量对于需氧发酵通过调节通气量和搅拌速度控制溶氧量【解析】【解析】选选B B。发酵过程对温度的控制是通过发酵罐上的温度传感器和控制装。发酵过程对温度的控制是通过发酵罐上的温度传感器和控制装置完成的置完成的,A,A正确正确;谷氨酸发酵时谷氨酸发酵时,在中性或弱碱性条件会积累谷氨酸在中性或弱碱性条件会积累谷氨酸,在酸性条在酸性条件下容易形成其他产物件下容易形成其他产物,因此应将因此应将pHpH调至中性或弱碱性调至中性或弱碱性,B,B错误。维持错误。维持pHpH稳定的稳定的方法是通过加料装置添加酸

48、或碱进行调节方法是通过加料装置添加酸或碱进行调节,或者在培养基中添加或者在培养基中添加pHpH缓冲液缓冲液,C,C正正确确;对溶解氧的控制是通过调节通气量和搅拌速度对溶解氧的控制是通过调节通气量和搅拌速度,D,D正确。正确。2.2.发酵工程与现代生物技术相结合发酵工程与现代生物技术相结合,应用范围越来越广泛。下列关于发酵工程应用范围越来越广泛。下列关于发酵工程应用的描述错误的是应用的描述错误的是()A.A.运用发酵工程生产的传统发酵食品运用发酵工程生产的传统发酵食品,产量和质量都得到了明显的提高产量和质量都得到了明显的提高B.B.大多数酶制剂都是通过发酵工程生产的大多数酶制剂都是通过发酵工程生

49、产的C.C.发酵工程生产的单细胞蛋白可以用作微生物肥料发酵工程生产的单细胞蛋白可以用作微生物肥料D.D.基因工程、蛋白质工程与发酵工程相结合大大降低了某些药物的生产成本基因工程、蛋白质工程与发酵工程相结合大大降低了某些药物的生产成本【解析】【解析】选选C C。发酵工程实现了规模化的生产。发酵工程实现了规模化的生产,发酵过程对发酵条件严格控制发酵过程对发酵条件严格控制,提高了产品的产量和质量提高了产品的产量和质量,A,A正确正确;绝大多数酶制剂都是通过发酵工程生产的绝大多数酶制剂都是通过发酵工程生产的,B,B正确正确;单细胞蛋白可以用作微生物饲料单细胞蛋白可以用作微生物饲料,而不是微生物肥料而不

50、是微生物肥料,C,C错误错误;基因工程、基因工程、蛋白质工程与发酵工程相结合提高了药物的产量蛋白质工程与发酵工程相结合提高了药物的产量,降低了药物的生产成本降低了药物的生产成本,D,D正正确。确。3.3.漆酶属于木质降解酶类漆酶属于木质降解酶类,在环境修复、农业生产等领域有着广泛用途。如图在环境修复、农业生产等领域有着广泛用途。如图是分离、纯化和保存漆酶菌株的过程是分离、纯化和保存漆酶菌株的过程,相关叙述正确的是相关叙述正确的是()A.A.生活污水中含有大量微生物生活污水中含有大量微生物,是分离产漆酶菌株的首选样品是分离产漆酶菌株的首选样品B.B.筛选培养基中需要加入漆酶的底物筛选培养基中需要