1.3發(fā)酵工程及其應(yīng)用+講義+ 高二下學期生物人教版選擇性必修3

1.3發(fā)酵工程及其應(yīng)用【學習目標】1．概述發(fā)酵工程的一般流程2．闡明發(fā)酵工程利用現(xiàn)代工程技術(shù)及微生物的特定功能，工業(yè)化生產(chǎn)人類所需產(chǎn)品3舉例說明發(fā)酵工程在醫(yī)藥、食品及其他工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上有重要的應(yīng)用價值【學習重難點】重點：發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)，發(fā)酵工程的應(yīng)用。難點：發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)知識梳理一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)1.選育菌種(1)目的：獲得性狀優(yōu)良的菌種(3)實例：篩選產(chǎn)酸量高的黑曲霉用來生產(chǎn)檸檬酸：使用基因工程改造的啤酒酵母，加速發(fā)酵、縮短生產(chǎn)周期：優(yōu)良的菌種不僅具有健壯，不易退化，其發(fā)酵產(chǎn)品的產(chǎn)量高、質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點，它往往還會賦予發(fā)酵產(chǎn)品獨特的風味，因此菌種選育環(huán)節(jié)在很大程度上決定了生物發(fā)酵產(chǎn)物的成敗。(1)目的：獲得更多的菌種。(2)原因：工業(yè)發(fā)酵罐的體積一般為幾十到幾百立方米，接入的菌種總體積需要幾立方米到幾十立方米。所以，在發(fā)酵之前還需要對菌種進行擴大培養(yǎng)。①在菌種確定之后，要選擇原料制備培養(yǎng)基。②在生產(chǎn)實踐中，培養(yǎng)基的配方要經(jīng)過_反復試驗_才能確定。(1)滅菌原因：發(fā)酵工程種所用的菌種大多是單一菌種，一旦有雜菌污染，可能導致產(chǎn)量大大降低。(2)培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備都必須經(jīng)過嚴格的滅菌；將擴大培養(yǎng)后的菌種投放到發(fā)酵罐中。6.發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵——(發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié))(1)要求：①發(fā)酵過程中，要隨時檢測培養(yǎng)液中微生物數(shù)量、產(chǎn)物濃度等，以了解發(fā)酵進程;②要及時添加必需的營養(yǎng)物質(zhì),要嚴格控制溫度pH和溶氧量等發(fā)酵條件。(2)嚴格控制發(fā)酵條件的原因：①環(huán)境條件不僅會影響微生物的生長繁殖,而且影響微生物代謝物的形成;②嚴格控制發(fā)酵條件，有利于使發(fā)酵全過程處于最佳狀態(tài)。(3)不同發(fā)酵條件的影響實例——谷氨酸發(fā)酵N-乙酰谷胺酰胺。(4)現(xiàn)代發(fā)酵工程使用的發(fā)酵罐的優(yōu)點：均有計算機控制系統(tǒng),能對發(fā)酵過程中的溫度、pH、溶氧量、罐壓、通氣量、攪拌、泡沫和營養(yǎng)等進行監(jiān)測和控制,還可以進行反饋控制，使發(fā)酵全過程處于最佳狀態(tài)7.分離、提純產(chǎn)物①發(fā)酵產(chǎn)品是微生物細胞本身時，可在發(fā)酵結(jié)束之后，采用過濾、沉淀等方法將菌體_分離_和_干燥；②發(fā)酵產(chǎn)品是代謝物時，可根據(jù)產(chǎn)物的性質(zhì)采取適當?shù)奶崛　⒎蛛x和純化措施來獲得產(chǎn)品。單細胞蛋白、味精等。1.發(fā)酵工程的優(yōu)點：①生產(chǎn)條件溫和；②原料來源豐富且價格低廉③產(chǎn)物專一；④廢棄物對環(huán)境的污染小和2.在食品工業(yè)上的應(yīng)用(2)生產(chǎn)食品添加劑：檸檬酸、味精、酸度調(diào)節(jié)劑、增味劑、著色劑、增稠劑、防腐劑。(3)生產(chǎn)酶制劑：α-淀粉酶、β-淀粉酶、果膠酶、氨基肽酶、脂肪酶。2.在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用(1)采用基因工程的方法，將植物或動物的基因轉(zhuǎn)移到微生物中，獲得具有某種藥物生產(chǎn)能力的微生物。(2)直接對菌種進行改造，再通過發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)所需要的產(chǎn)品。(1)生產(chǎn)微生物肥料：根瘤菌肥、固氮菌肥(2)生產(chǎn)微生物農(nóng)藥：利用微生物或其代謝物來防治病蟲害。(3)生產(chǎn)微生物飼料：乳酸菌飼料可以提高飼料的品質(zhì)，使飼料保鮮,動物食用后還能4.在其他方面的應(yīng)用(1)解決資源短缺與環(huán)境污染問題：利用纖維廢料發(fā)酵生產(chǎn)酒精、乙烯等能源物質(zhì)。(2)將極端微生物應(yīng)用于生產(chǎn)實踐：極端微生物：嗜熱菌、嗜鹽菌可以用來生產(chǎn)洗滌劑，嗜低溫菌有助于提高熱敏性產(chǎn)品的產(chǎn)量。習題鞏固1．下列關(guān)于發(fā)酵工程的菌種的敘述，錯誤的是（CA．發(fā)酵工程的菌種可以從自然界中篩選出來B．發(fā)酵工程可以利用原材料中含有的菌種C．發(fā)酵工程的菌種可以來自基因程D．發(fā)酵工程的菌種可以來自誘變育種2.[2024江蘇揚州高二期中］從傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)到發(fā)酵工程，經(jīng)歷了漫長的歷史過程。下列關(guān)于兩者的比較，正確的是（)A．傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)大多為混合菌種，發(fā)酵工程大多為單一菌種B．傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)不需要控制發(fā)酵條件，發(fā)酵工程需嚴格控制發(fā)酵條件C．兩者都需要對發(fā)酵原料和發(fā)酵裝置進行嚴格滅菌，以防止雜菌污染D．傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)和發(fā)酵工程都不需要對發(fā)酵產(chǎn)物進行分離和提純處理3．下列對發(fā)酵工程內(nèi)容的敘述，正確的是（)A．單細胞蛋白就是從人工培養(yǎng)的微生物菌體中提取的蛋白質(zhì)B．用誘變育種、細胞工程、基因工程等方法選育出性狀優(yōu)良的工程菌并進行擴大培養(yǎng)C．根據(jù)工程菌所需的營養(yǎng)精確地配制出培養(yǎng)基并進行嚴格的消毒處理D．人工控制微生物代謝的唯一措施是控制生產(chǎn)過程中的各種條件4.[2024江蘇鎮(zhèn)江句容高級中學高二調(diào)研］下列有關(guān)發(fā)酵工程及其應(yīng)用的敘述，正確的是（A．利用微生物農(nóng)藥來防治病蟲害屬于一種化學防治的方法B．通過發(fā)酵工程可從微生物細胞中提取單細胞蛋白，可制成微生物飼料C．醬油的制作中利用黑曲霉將原料中的蛋白質(zhì)分解成小分子的肽和氨基酸D．啤酒發(fā)酵過程中酵母菌繁殖在主發(fā)酵階段完成，糖的分解和代謝物的生成在后發(fā)酵階段完成5.[2024江蘇泰州高三一模］我國是世界上啤酒的生產(chǎn)和消費大國。啤酒是以大麥芽為主要原料制成的。下列相關(guān)敘述錯誤的是（)A．破碎麥芽有利于釋放其中的淀粉酶B．發(fā)酵過程中有機物分解會引起發(fā)酵罐溫度升高C．要隨時檢測發(fā)酵液中的微生物數(shù)量等，以了解發(fā)酵進程D．發(fā)酵結(jié)束后需要對啤酒進行高壓蒸汽滅菌處理6．一種酸啤酒的釀造方法簡單易操作，具體流程如下圖。下列敘述錯誤的是()A.煮沸15min的主要目的是終止淀粉酶的進一步作用B.加入乳酸桿菌進行酸化前應(yīng)排盡發(fā)酵罐內(nèi)的氧氣C.發(fā)酵過程中的后發(fā)酵階段應(yīng)在低溫、密閉環(huán)境中進行D.過濾消毒可殺死啤酒中的所有微生物，延長啤酒的保存期7．燃料乙醇是一種綠色燃料。研究人員利用酵母菌以霉變的木薯和小麥為原料，混合發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇，流程圖如下。下列敘述錯誤的是()A.I階段是該發(fā)酵生產(chǎn)的中心環(huán)節(jié)B.I階段的淀粉酶不需進行滅菌處理C.II階段步驟①是接種酵母菌D.Ⅲ階段步驟②是產(chǎn)品的分離、提純8．發(fā)酵食品是指人們利用有益微生物加工制造的一類食品，具有獨特的風味。結(jié)合所學發(fā)酵知識和生活經(jīng)驗，指出下列不屬于發(fā)酵食品的是()A.面包和酸奶 B.豆腐和糖醋蒜 C.果酒和奶酪 D.味精和醬油9．關(guān)于發(fā)酵工程應(yīng)用的說法錯誤的是()A.通過發(fā)酵工程可以從微生物中提取單細胞蛋白B.發(fā)酵工程的產(chǎn)品可以是微生物的菌體C.發(fā)酵工程的產(chǎn)品可以是微生物的代謝產(chǎn)物D.通過發(fā)酵工程可以從微生物中提取一些酶10．下列關(guān)于發(fā)酵工程