高中生物 第3章 生物科学与工业 第1节 微生物发酵及其应用导学案 新人教版选修2.doc

第3章 生物科学与工业 第1节 微生物发酵及其应用核心解读1.制作馒头时，面团放置时间长，做出的馒头有酸味的原因大规模生产的馒头是采用活性干酵母为发酵菌种。首先将活性干酵母与适当的水混合，制成菌悬浮液，再与面粉混合形成面团，放置一定时间使酵母增殖发酵，然后制成小面团蒸制成馒头。利用活性干酵母进行面团发酵的优点是：因加入的面包酵母在面团中占有菌种优势，其他微生物占有很少的比例，可以保证发酵的质量。如果发酵面团放置时间过长，被其他微生物，如乳酸菌或其他产酸菌污染，面团就会变酸，使蒸制的馒头有酸味。家庭发面蒸制馒头采用的是自然发酵，在和面时没有加入菌种，而是利用在面粉和水中存在的微生物进行发酵。在面团中能够自然生长繁殖的微生物很多，因此，自然面团发酵是混合菌发酵。在这些微生物中就有产酸微生物，面团发酵会产生酸，因此需要加入碱进行中和，再蒸制成馒头。如果发酵面团留下一些，作为下一次发酵的“面引子”，经过多次的这样接种式发酵，面团中的微生物会因生长优势而逐渐“纯化”，杂菌逐渐减少，使面团中的微生物主要成为乳酸菌。因为乳酸菌发酵产酸，因此，如果放置时间过长再蒸，就可能带酸味。2.食品与经发酵生产的食品添加剂的关系喜蛋、糖果、饼干、果冻等添加了红曲色素，以调节色泽；果汁、饼干、面包、点心、方便面等添加了黄原胶，起悬浮、稳定、增稠、改善口感、防止粘牙、延长储存期等作用；各类罐头，包括蔬菜、水果、蘑菇、鱼类、肉类、蛋类罐头，香肠，包装奶等添加了乳链杆菌肽，以保鲜、防腐，降低杀菌强度，保存营养和改善口感等；各种果汁、啤酒和饮料中均需使用柠檬酸或乳酸作为酸味剂调节口味、口感；饭店、食堂和家庭制作的菜肴中常加味精或肌苷，以增加鲜味。可以说市场上出售的各类食品均加有各种食品添加剂，其中约70%80%的食品添加剂是用发酵法或发酵产生的酶加工生产的。3.发酵生产过程中，有哪些因素会影响发酵效果？菌种直接从自然界分离到的微生物不一定具有生产特定产物的能力，需要在实验室里对几百株、数千株微生物进行筛选。即使得到了产生特定产物能力的菌株，其生产能力和性能也不见得能够满足生产的需要，还需要经过诱变选育得到高产、性能优良的菌种。即使利用基因工程构建的具有特殊生产能力的工程菌，都还要对其进行仔细研究，全面了解产生产物的规律、影响菌株产生产物的各种因素和它们之间的关系以及控制的办法，并在实验室里进行验证和扩大规模的验证，才能够用于生产。在大规模工业生产上有了优良的生产菌种还不够，必须通过适当的措施提供足够量的种子。发酵培养基现在大规模工业发酵产品的生产，多采用液体培养基进行深层发酵。使用的培养基必须满足微生物细胞生长、繁殖的需要，因为没有大量的细胞就不可能产生大量的产物；但是细胞的过分生长会消耗大量的营养物，有时又会影响细胞的生产能力，会使产物的产量和产率下降。使用的培养基还必须有利于微生物大量合成产物。因此，培养基的组成十分关键。纯种发酵与灭菌现代发酵工业绝大多数采用纯种发酵，可以保证高产及生产过程和产品质量的稳定。污染是发酵工业的大敌，它会使发酵失败，造成巨大损失。因此，灭菌和无菌操作成为发酵工业的重要环节。温度对微生物生长的影响温度主要是通过影响微生物细胞内生物大分子的活性来影响微生物的生命活动。一方面，随着温度的升高，细胞内的酶反应速度加快；另一方面，随着温度的进一步增高，生物活性物质（蛋白质、核酸等）发生变性，细胞功能下降，甚至死亡。所以，每种微生物都有个最适生长温度。ph对微生物生长的影响培养基的ph对微生物生长的影响主要是引起细胞膜电荷变化，以及影响营养物离子化程度，从而影响微生物对营养物的吸收；ph也会影响生物活性物质，如酶的活性。溶解氧的影响工业上大部分为好氧发酵，如抗生素、氨基酸、维生素、多糖、有机酸（细菌发酵生产乳酸例外）等发酵均需要往发酵液中通入无菌空气，以满足微生物生长代谢过程对氧的需求；而酒精、丙酮、丁醇和乳酸的细菌发酵为厌氧发酵，发酵过程不需要氧。微生物在不同发酵阶段，因其生长、代谢水平的变化，对氧的需求量也有变化，因此，控制发酵液的溶氧可以达到提高生产水平的目的。发酵液中溶解氧浓度可以通过控制通气量、罐压、搅拌速度等控制氧的溶解速度和浓度。可以看出，发酵过程对周围环境的物理和化学条件十分敏感，任何一种微生物发酵均需要适当的温度、ph、溶解氧、营养物等，保证最适的发酵条件是发酵成功获得高产产品的关键。题例领悟题型一发酵过程应控制的条件【例题1】发酵罐发酵过程中，使温度升高的热量来源于（）冷却水供应不足微生物代谢培养基不新鲜搅拌放料口排出产物a.b.c.d.解析：首先从题目要求来分析，要求找出使发酵罐温度升高的热量来源，其来源有两个：一是微生物代谢产生的（呼吸作用）热量；二是搅拌器不断地搅拌产生的热量。散热的途径主要是冷却水。答案：d反思感悟微生物的呼吸作用产生微生物生命活动所必需的能量atp，同时也释放了大量的热能，使发酵罐温度升高，再就是搅拌器不断地搅拌摩擦生热。发酵过程应该控制温度、ph、溶解氧、罐压、通气量、搅拌、泡沬和营养等。题型二发酵工程的产品【例题2】下列不需要利用发酵工程的是（）a.生产单细胞蛋白饲料b.通过生物技术培育可移植的皮肤c.利用工程菌生产胰岛素d.工厂化生产青霉素解析：生产单细胞蛋白是利用发酵工程生产微生物菌体本身的过程。利用工程菌生产胰岛素是利用发酵工程大量生产胰岛素。工厂化生产青霉素也是利用发酵工程大量生产。生物技术培育可移植的皮肤是利用细胞工程的动物细胞培养产生可移植的皮肤。答案：b反思感悟发酵工程应用已非常广泛，现代发酵工程不但生产酒精类饮料、醋酸等，而且生产胰岛素、干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等多种医疗保健药物。随堂训练1.发酵工程的中心阶段是（）a.菌种的选育b.扩大培养的接种c.发酵过程d.分离提纯答案：c2.在谷氨酸培养过程中，必须不断地调整培养液的ph，原因是（）谷氨酸发酵的最适ph是7.08.0在发酵过程中，培养液ph会发生变化当ph呈酸性时，谷氨酸的产量会下降不调节ph，培养液中生成的谷氨酸会变成其他物质a.b.c.d.答案：b3.温度对发酵过程的影响，不正确的是（）a.温度过高，发酵周缩短，产量降低b.温度不影响生物合成的途径c.温度能影响菌种对营养物质的吸收d.菌体生长和产物合成所需的最适温度不一定相同解析：解答此题需从如下四方面分析：第一，发酵过程需要适宜的温度，如果温度过高，酶很快失活，菌体衰老，发酵周期就会缩短，产量也会降低；第二，温度能影响生物合成的途径，这是因为生物合成过程需要酶，不同酶的活性与温度有关；第三，菌种吸收营养物质时，多数是主动运输需要呼吸作用提供能量，这与温度有关；第四，菌体生长和产物合成，体内旺盛的代谢作基础，而用于生长繁殖和代谢产物生成