1.3发酵工程及其应用导学案（习题含答案）高二下学期生物人教版选择性必修3
文档属性
| 名称 | 1.3发酵工程及其应用导学案（习题含答案）高二下学期生物人教版选择性必修3 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 24.1KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2023-07-13 18:18:33 | ||
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文档简介
1.3 发酵工程及其应用
班级： 姓名：
学习目标：
概述发酵工程及其基本环节。
举例说明发酵工程在生产上有重要的应用价值。
基础学习
一、发酵工程的基本环节
1.选育菌种
（1）目的：获得 的菌种。
（2）菌种来源：自然界中筛选、 或 育种。
（3）实例：筛选产酸量高的 用来生产柠檬酸；
使用基因工程改造的 ，加速发酵、缩短生产周期。
2.扩大培养
（1）目的：获得更多的菌种。
（2）原因：工业发酵罐的体积一般 ，因此，需要接入的菌种总体积大（数目多）。
（3）扩大培养的培养基：一般为 培养基。
3.配制培养基、灭菌
（1）配制要求：①在菌种确定之后，选择原料制备培养基。
②在生产实践中，培养基的配方要经过反复试验才能确定。
（2）灭菌原因：发酵工程种所用的菌种大多是 菌种，一旦有杂菌污染，可能导致产量大大降低。
（3）灭菌目的：避免因 而影响产品的品质和产量。
和 都必须经过严格的灭菌。
4.接种
将扩大培养后的菌种投放到 中。
5.发酵罐内发酵
（1）地位：发酵罐内发酵是发酵工程的 。
（2）要求：
①发酵过程中，要随时检测培养液中微生物数量、产物浓度等，以了解 。
②要及时添加必需的 ，要严格控制温度、pH和溶氧量等发酵条件。
（3）严格控制发酵条件的原因：
①环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，而且影响微生物代谢物的形成。
②严格控制发酵条件，有利于使发酵全过程处于 。
（4）不同发酵条件的影响。
实例—谷氨酸发酵
①在 条件下会积累谷氨酸。
②在 条件下则容易生成谷氨酰胺和N-乙酰谷胺酰胺。
补充内容：谷氨酸发酵常用菌种为谷氨酸棒状杆菌（ 生物）。
（5）现代发酵工程使用的发酵罐的优点：
均有计算机控制系统，能对发酵过程中的温度、pH、溶氧量、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等进行监测和控制，还可以进行反馈控制，使发酵全过程处于最佳状态。
6.分离、提纯产物、获得产品
如果发酵产品是微生物细胞本身：
可在发酵结束后，采用 、 方法将菌体分离和干燥，即可得到产品。
如果产品是代谢物：
可根据产物性质采取适当提取、分离和 措施来获得产品。
思考·讨论 发酵工程基本环节分析
1.微生物菌种资源丰富，选择发酵工程用的菌种时，需要考虑哪些因素？
①在低成本的培养基上能迅速生长繁殖。 ②生产所需代谢物的产量 。
③发酵条件易控制。 ④菌种不易 ，退化等。
2.怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？
要对 、 、溶氧量等发酵条件进行严格控制，使其最适合微生物的生长繁殖，同时及时添加
必要的 。
3.在产物分离和提纯方面，发酵工程与传统发酵技术相比有哪些改进之处？
传统发酵技术获得的产物一般不是 的组分，而是成分复杂的 ，很多时候不会再对产物进行分离和提纯处理，或者仅采用简单的沉淀、过滤等方法来分离提纯产物。
发酵工程中使用的分离和提纯产物的方法较多。在产物的 阶段，常采用沉淀、萃取、膜分离、吸附或
离子交换等方法；在 阶段，会采用液相层析法、结晶法等方法。发酵工程产物无论是代谢物还是菌体本身，都需要进行 ，合格后才能成为正式产品。
4.在进行发酵生产时，排出的气体和废弃培养液等能直接排放到外界环境中吗 为什么？
不能；因为在进行发酵生产时，微生物及其代谢物中都可能含有危害环境的物质。
为了减少或避免污染物的产生和排放，实现清洁生产，应该对排出的气体和废气培养液进行二次清洁或灭菌处理。
二、发酵工程的应用
发酵工程的特点：
生产条件 ；原料来源丰富且价格低廉；产物 ；废弃物对环境污染 且容易处理。
1.在食品工业上的应用
(1)生产传统发酵产品
思考·讨论 啤酒的工业化生产流程
1.与传统的手工发酵相比，在下面啤酒的发酵生产过程中，哪些工程手段使啤酒的产量和质量明显提高
的选育、对 的处理、 的控制、产品的消毒等，都有助于提高啤酒的产量和品质。
2.现在市面上流行一种“精酿”啤酒，它的制作工艺与普通啤酒有所不同，如一般不添加食品添加剂、不进行过滤和消毒处理等。有人认为饮用“精酿”啤酒比饮用“工业”啤酒更健康，你怎么看待这个问题？“精酿”啤酒是小规模酿造产品，发酵时间长、产量低和价格高，却依然有着市场需求，我们如何辩证地看待大规模生产与小规模制作？
一方面，这类产品具有多样化的特点，能够满足一些人对独特口感的需求，或者满足一些人的时尚追求。
另一方面，这类产品是手工作坊式生产的，存在啤酒品质不稳定、价格昂贵的问题。
(2)生产各种各样的食品添加剂
①作用：
增加食物的营养；改善食品的口味、色泽和品质；延长食品的保存期。
②实例：
柠檬酸：一种食品酸度调节剂，可以通过 的发酵制得。
味精：由 发酵可以得到谷氨酸经过一系列处理就能制成味精。
(3)生产酶制剂
①常见酶制剂
α-淀粉酶、β-淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶、脂肪酶。
②食品的直接生产、改进生产工艺、简化生产过程、改善产品的品质和口味、
延长食品储存期和提高产品产量等。
③酶制剂来源少数由 生产；绝大多数通过 生产。
2.在医药工业上的应用
（1）采用基因工程的方法，将植物或动物的基因转移到微生物中,获得具有某种
药物生产能力的微生物。
（2）直接对 进行改造，再通过发酵技术大量生产所需要的产品。
（3）未来可能用微生物生产过去只能从植物中分离提取的紫杉醇、青蒿素前体等。
（4）利用基因工程，将病原体的某个或某几个抗原基因转入适当的微生物细胞，获得的表达产物就可以作为疫苗使用。
3.在农牧业上的应用
（1）生产微生物 。
①种类：根瘤菌肥、固氮菌肥。
②作用：
Ⅰ利用了微生物在代谢过程中产生的有机酸、生物活性物质等来增进土壤肥力，
改良土壤结构，促进植株生长。
Ⅱ有的微生物肥料可以抑制土壤中病原微生物的生长，从而减少病害的发生。
（2）生产微生物 。
①作用机理：利用微生物或其 来防治病虫害
②实例：苏云金杆菌→防治80多种农林虫害。
白僵菌→防治玉米螟、松毛虫等虫害。
井冈霉素（一种放线菌产生的抗生素）→防治水稻枯纹病。
③防治类型： 。
（3）生产微生物饲料。
①原理：微生物含有丰富的蛋白质，且繁殖速度快。
②实例1—单细胞蛋白：
以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵获得了大量的微生物 ，即单细胞蛋白。
实例2—乳酸菌：
在青贮饲料中添加乳酸菌，可以提高饲料的品质，使饲料保鲜，动物食用后还能提高免疫力。
4.在其他方面的应用
（1）解决资源短缺与环境污染问题
随着对纤维素水解研究的不断深入，利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质已取得成功。
（2）将极端微生物应用于生产实践
①极端微生物：自然界中还存在着一定数量的极端微生物，它们能在极端恶劣的环境（高温、高压、高盐和低温等环境）中正常生活。
②举例：嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产洗涤剂。
嗜低温菌有助于提高热敏性产品的产量。
【习题巩固】
1．发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节。下列有关叙述错误的是( )
A．在发酵过程中，要随时检测培养液中微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程
B．环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，而且会影响微生物代谢物的形成
C．谷氨酸发酵在酸性条件下会积累谷氨酸
D．在发酵过程中，需要及时添加必需的营养组分
2．与传统的手工发酵相比，利用发酵工程所酿制的啤酒产量和质量明显提高，下列相关叙述不合理的是( )
A．通过基因工程对酿酒酵母进行选育的过程中，基因重组是所运用到的生物学原理之一
B．在发酵过程中的焙烤目的是加热杀死种子胚，但不使淀粉酶失活
C．啤酒工业化生产的糖化阶段，酵母菌将糖转化为酒精和CO2
D．啤酒生产过程中蒸煮产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌
3．下列关于发酵工程的说法，正确的是 ( )
A．人工诱变、基因工程等都可对微生物进行定向改造
B．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
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
D．单细胞蛋白是从微生物细胞中提取出来的
4.下列不是发酵过程中要完成的是( )
A.随时取样检测培养液中的微生物数量及产物浓度
B.不断添加菌种
C.及时添加必需的营养组分
D.严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等条件
5.下列不属于发酵工程应用的是( )
A.利用工程菌生产人生长激素释放抑制激素
B.利用啤酒酵母酿造啤酒
C.用培养的人细胞构建人造皮肤
D.用酵母菌生产作为食品添加剂的单细胞蛋白
6.下列关于发酵工程在食品工业上应用的叙述，错误的是
A.生产传统发酵产品，如利用产生蛋白酶的霉菌酿造酱油
B.生产各种各样的食品添加剂，可以改善食品的口味但不能增加食品的营养
C.生产食品酸度调节剂，如柠檬酸可以通过黑曲霉的发酵制得
D.生产酶制剂，少数酶制剂由动植物生产，绝大多数通过发酵工程生产
班级： 姓名：
学习目标：
概述发酵工程及其基本环节。
举例说明发酵工程在生产上有重要的应用价值。
基础学习
一、发酵工程的基本环节
1.选育菌种
（1）目的：获得 的菌种。
（2）菌种来源：自然界中筛选、 或 育种。
（3）实例：筛选产酸量高的 用来生产柠檬酸；
使用基因工程改造的 ，加速发酵、缩短生产周期。
2.扩大培养
（1）目的：获得更多的菌种。
（2）原因：工业发酵罐的体积一般 ，因此，需要接入的菌种总体积大（数目多）。
（3）扩大培养的培养基：一般为 培养基。
3.配制培养基、灭菌
（1）配制要求：①在菌种确定之后，选择原料制备培养基。
②在生产实践中，培养基的配方要经过反复试验才能确定。
（2）灭菌原因：发酵工程种所用的菌种大多是 菌种，一旦有杂菌污染，可能导致产量大大降低。
（3）灭菌目的：避免因 而影响产品的品质和产量。
和 都必须经过严格的灭菌。
4.接种
将扩大培养后的菌种投放到 中。
5.发酵罐内发酵
（1）地位：发酵罐内发酵是发酵工程的 。
（2）要求：
①发酵过程中，要随时检测培养液中微生物数量、产物浓度等，以了解 。
②要及时添加必需的 ，要严格控制温度、pH和溶氧量等发酵条件。
（3）严格控制发酵条件的原因：
①环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，而且影响微生物代谢物的形成。
②严格控制发酵条件，有利于使发酵全过程处于 。
（4）不同发酵条件的影响。
实例—谷氨酸发酵
①在 条件下会积累谷氨酸。
②在 条件下则容易生成谷氨酰胺和N-乙酰谷胺酰胺。
补充内容：谷氨酸发酵常用菌种为谷氨酸棒状杆菌（ 生物）。
（5）现代发酵工程使用的发酵罐的优点：
均有计算机控制系统，能对发酵过程中的温度、pH、溶氧量、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等进行监测和控制，还可以进行反馈控制，使发酵全过程处于最佳状态。
6.分离、提纯产物、获得产品
如果发酵产品是微生物细胞本身：
可在发酵结束后，采用 、 方法将菌体分离和干燥，即可得到产品。
如果产品是代谢物：
可根据产物性质采取适当提取、分离和 措施来获得产品。
思考·讨论 发酵工程基本环节分析
1.微生物菌种资源丰富，选择发酵工程用的菌种时，需要考虑哪些因素？
①在低成本的培养基上能迅速生长繁殖。 ②生产所需代谢物的产量 。
③发酵条件易控制。 ④菌种不易 ，退化等。
2.怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？
要对 、 、溶氧量等发酵条件进行严格控制，使其最适合微生物的生长繁殖，同时及时添加
必要的 。
3.在产物分离和提纯方面，发酵工程与传统发酵技术相比有哪些改进之处？
传统发酵技术获得的产物一般不是 的组分，而是成分复杂的 ，很多时候不会再对产物进行分离和提纯处理，或者仅采用简单的沉淀、过滤等方法来分离提纯产物。
发酵工程中使用的分离和提纯产物的方法较多。在产物的 阶段，常采用沉淀、萃取、膜分离、吸附或
离子交换等方法；在 阶段，会采用液相层析法、结晶法等方法。发酵工程产物无论是代谢物还是菌体本身，都需要进行 ，合格后才能成为正式产品。
4.在进行发酵生产时，排出的气体和废弃培养液等能直接排放到外界环境中吗 为什么？
不能；因为在进行发酵生产时，微生物及其代谢物中都可能含有危害环境的物质。
为了减少或避免污染物的产生和排放，实现清洁生产，应该对排出的气体和废气培养液进行二次清洁或灭菌处理。
二、发酵工程的应用
发酵工程的特点：
生产条件 ；原料来源丰富且价格低廉；产物 ；废弃物对环境污染 且容易处理。
1.在食品工业上的应用
(1)生产传统发酵产品
思考·讨论 啤酒的工业化生产流程
1.与传统的手工发酵相比，在下面啤酒的发酵生产过程中，哪些工程手段使啤酒的产量和质量明显提高
的选育、对 的处理、 的控制、产品的消毒等，都有助于提高啤酒的产量和品质。
2.现在市面上流行一种“精酿”啤酒，它的制作工艺与普通啤酒有所不同，如一般不添加食品添加剂、不进行过滤和消毒处理等。有人认为饮用“精酿”啤酒比饮用“工业”啤酒更健康，你怎么看待这个问题？“精酿”啤酒是小规模酿造产品，发酵时间长、产量低和价格高，却依然有着市场需求，我们如何辩证地看待大规模生产与小规模制作？
一方面，这类产品具有多样化的特点，能够满足一些人对独特口感的需求，或者满足一些人的时尚追求。
另一方面，这类产品是手工作坊式生产的，存在啤酒品质不稳定、价格昂贵的问题。
(2)生产各种各样的食品添加剂
①作用：
增加食物的营养；改善食品的口味、色泽和品质；延长食品的保存期。
②实例：
柠檬酸：一种食品酸度调节剂，可以通过 的发酵制得。
味精：由 发酵可以得到谷氨酸经过一系列处理就能制成味精。
(3)生产酶制剂
①常见酶制剂
α-淀粉酶、β-淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶、脂肪酶。
②食品的直接生产、改进生产工艺、简化生产过程、改善产品的品质和口味、
延长食品储存期和提高产品产量等。
③酶制剂来源少数由 生产；绝大多数通过 生产。
2.在医药工业上的应用
（1）采用基因工程的方法，将植物或动物的基因转移到微生物中,获得具有某种
药物生产能力的微生物。
（2）直接对 进行改造，再通过发酵技术大量生产所需要的产品。
（3）未来可能用微生物生产过去只能从植物中分离提取的紫杉醇、青蒿素前体等。
（4）利用基因工程，将病原体的某个或某几个抗原基因转入适当的微生物细胞，获得的表达产物就可以作为疫苗使用。
3.在农牧业上的应用
（1）生产微生物 。
①种类：根瘤菌肥、固氮菌肥。
②作用：
Ⅰ利用了微生物在代谢过程中产生的有机酸、生物活性物质等来增进土壤肥力，
改良土壤结构，促进植株生长。
Ⅱ有的微生物肥料可以抑制土壤中病原微生物的生长，从而减少病害的发生。
（2）生产微生物 。
①作用机理：利用微生物或其 来防治病虫害
②实例：苏云金杆菌→防治80多种农林虫害。
白僵菌→防治玉米螟、松毛虫等虫害。
井冈霉素（一种放线菌产生的抗生素）→防治水稻枯纹病。
③防治类型： 。
（3）生产微生物饲料。
①原理：微生物含有丰富的蛋白质，且繁殖速度快。
②实例1—单细胞蛋白：
以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵获得了大量的微生物 ，即单细胞蛋白。
实例2—乳酸菌：
在青贮饲料中添加乳酸菌，可以提高饲料的品质，使饲料保鲜，动物食用后还能提高免疫力。
4.在其他方面的应用
（1）解决资源短缺与环境污染问题
随着对纤维素水解研究的不断深入，利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质已取得成功。
（2）将极端微生物应用于生产实践
①极端微生物：自然界中还存在着一定数量的极端微生物，它们能在极端恶劣的环境（高温、高压、高盐和低温等环境）中正常生活。
②举例：嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产洗涤剂。
嗜低温菌有助于提高热敏性产品的产量。
【习题巩固】
1．发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节。下列有关叙述错误的是( )
A．在发酵过程中，要随时检测培养液中微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程
B．环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，而且会影响微生物代谢物的形成
C．谷氨酸发酵在酸性条件下会积累谷氨酸
D．在发酵过程中，需要及时添加必需的营养组分
2．与传统的手工发酵相比，利用发酵工程所酿制的啤酒产量和质量明显提高，下列相关叙述不合理的是( )
A．通过基因工程对酿酒酵母进行选育的过程中，基因重组是所运用到的生物学原理之一
B．在发酵过程中的焙烤目的是加热杀死种子胚，但不使淀粉酶失活
C．啤酒工业化生产的糖化阶段，酵母菌将糖转化为酒精和CO2
D．啤酒生产过程中蒸煮产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌
3．下列关于发酵工程的说法，正确的是 ( )
A．人工诱变、基因工程等都可对微生物进行定向改造
B．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
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
D．单细胞蛋白是从微生物细胞中提取出来的
4.下列不是发酵过程中要完成的是( )
A.随时取样检测培养液中的微生物数量及产物浓度
B.不断添加菌种
C.及时添加必需的营养组分
D.严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等条件
5.下列不属于发酵工程应用的是( )
A.利用工程菌生产人生长激素释放抑制激素
B.利用啤酒酵母酿造啤酒
C.用培养的人细胞构建人造皮肤
D.用酵母菌生产作为食品添加剂的单细胞蛋白
6.下列关于发酵工程在食品工业上应用的叙述，错误的是
A.生产传统发酵产品，如利用产生蛋白酶的霉菌酿造酱油
B.生产各种各样的食品添加剂，可以改善食品的口味但不能增加食品的营养
C.生产食品酸度调节剂，如柠檬酸可以通过黑曲霉的发酵制得
D.生产酶制剂，少数酶制剂由动植物生产，绝大多数通过发酵工程生产