備課素材：發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的區(qū)別-高二下學(xué)期生物人教版選擇性必修3

發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的區(qū)別高中生物學(xué)選擇性必修三詳細(xì)介紹了傳統(tǒng)了酵技術(shù)，如果酒果醋的制作等，但對于發(fā)酵工程比較簡略，如啤酒的生產(chǎn)。有些同學(xué)對于發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的區(qū)別不是特別清楚。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，二者都是利用了微生物的作用。但又有顯著區(qū)別：1.菌種：發(fā)酵工程是過微生物純培養(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；傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)是原材料中天然存在的混合菌種。2.發(fā)酵方式：發(fā)酵工程一般以液體發(fā)酵為主；傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)可以是液體發(fā)酵，如果醋制作，也有固體發(fā)酵，如腐乳制作。3.發(fā)酵條件的控制：發(fā)酵工程嚴(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)；傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)則不是無菌操作，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（如溫度、濕度、氧氣等）影響。4.生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品：發(fā)酵工程生產(chǎn)規(guī)模大，實(shí)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；傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)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)味及品種比較單一，質(zhì)量不穩(wěn)定。發(fā)酵工程比傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)應(yīng)用要求更嚴(yán)格，如啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)：(1)啤酒酵母菌：通過微生物培養(yǎng)技術(shù)篩選出的優(yōu)良菌種，在接種前進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)，縮短生產(chǎn)周期。(2)焙烤溫度不能過高，防止淀粉酶失活。(3)蒸煮后的糖漿一定要冷卻后才能接種，防止高溫殺死酵母菌。(4)發(fā)酵過程中注意控制好溫度、pH、通氣、發(fā)酵時間等。(5)接種前要對發(fā)酵罐進(jìn)行滅菌，接種時要進(jìn)行無菌操作，防止雜菌污染。例1.啤酒是以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，要在糖漿中加入啤酒花并煮沸一定時間，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__________________(寫出兩種即可)。解析：(1)大麥種子發(fā)芽處理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)增加酵母菌的數(shù)量C6H12O6eq\o(→,\s\up7(酶),\s\do5())2C2H5OH＋2CO2＋能量(5)酵母菌菌種、大麥品種、發(fā)酵時間、發(fā)酵溫度例2.谷氨酸棒狀桿菌可用于微生物發(fā)酵工程生產(chǎn)谷氨酸，從而制作谷氨酸鈉(味精)。如圖為谷氨酸棒狀桿菌合成谷氨酸的途徑，通過發(fā)酵工程可以大量生產(chǎn)谷氨酸?；卮鹣铝袉栴}：(1)與酵母菌相比，谷氨酸棒狀桿菌在結(jié)構(gòu)上的顯著特點(diǎn)是______________________；谷氨酸發(fā)酵的培養(yǎng)基成分有豆餅水解液、玉米漿、尿素、磷酸氫二鉀、硫酸鎂、生物素等，從物理性質(zhì)看，該培養(yǎng)基屬于__________培養(yǎng)基。(2)發(fā)酵過程中要測定谷氨酸棒狀桿菌的數(shù)量，可采用的計數(shù)方法有顯微鏡直接計數(shù)法和____________，前者計數(shù)的結(jié)果比后者計數(shù)的結(jié)果值偏______(填“大”或“小”)，原因是__________________________________________________________。(3)由圖可知，谷氨酸棒狀桿菌體內(nèi)若積累了較多的谷氨酸，則會抑制谷氨酸脫氫酶的活性，微生物這種對自身代謝速率的調(diào)節(jié)方式是__________。(4)谷氨酸棒狀桿菌在發(fā)酵過程中要不斷地通入無菌空氣，并通過攪拌使空氣形成細(xì)小的氣泡，迅速溶解在培養(yǎng)液中，當(dāng)培養(yǎng)基中碳氮比為4∶1時，菌體大量繁殖而產(chǎn)生的谷氨酸少；當(dāng)碳氮比為3∶1時，菌體繁殖受抑制，但谷氨酸的合成量大增。在無氧條件下，谷氨酸棒狀桿菌代謝產(chǎn)物是乳酸或琥珀酸。由此說明谷氨酸棒狀桿菌的代謝類型是________________，由上述探究可知，通過發(fā)酵得到大量谷氨酸的發(fā)酵思路是_________________。解析：(1)谷氨酸棒狀桿菌屬于原核生物，酵母菌屬于真核生物，谷氨酸棒狀桿菌在結(jié)構(gòu)上的顯著特點(diǎn)是無核膜包被的細(xì)胞核。從物理性質(zhì)看，谷氨酸發(fā)酵所用的培養(yǎng)基屬于液體培養(yǎng)基。(2)測定谷氨酸棒狀桿菌的數(shù)量可采用的計數(shù)方法有顯微鏡直接計數(shù)法和稀釋涂布平板法。由于顯微鏡直接計數(shù)法中死菌和活菌一起計數(shù)，而稀釋涂布平板法只計數(shù)活菌數(shù)，且可能有多個菌體形成一個菌落，因此顯微鏡直接計數(shù)法計數(shù)的結(jié)果比稀釋涂布平板法計數(shù)的結(jié)果值更大。(3)據(jù)題圖分析，當(dāng)谷氨酸過量時，會抑制谷氨酸脫氫酶的活性，從而使谷氨酸含量下降，這種對自身代謝速率的調(diào)節(jié)方式是負(fù)反饋調(diào)節(jié)。(4)由題干信息分析可知，谷氨酸棒狀桿菌的代謝類型是異養(yǎng)兼性厭氧型，通過發(fā)酵得到大量谷氨酸的發(fā)酵條件是不斷向發(fā)酵液中通入無菌空氣，在發(fā)酵液中碳氮比為4∶1中培養(yǎng)一段時間，使菌種大量繁殖，后將培養(yǎng)液的碳氮化改為3∶1，即可通過發(fā)酵得到大量谷氨酸。答案：(1)無核膜包被的細(xì)胞核液體(2)