【复习必备】2023年版高中生物生物科学与工业第1节微生物发酵及其应用学案新人教版选修

101节微生物发酵及其应用[课程目标]·导航说出微生物发酵生产的根本过程。举例说出微生物发酵与食品生产的关系。参与有关微生物发酵的调查活动。通过发酵工程进展的历史，体验科学、技术、社会三者间的严密联系和互动。学问点1发酵工程史话[学问梳理]1.四千年以前，我们的祖先就会利用微生物将谷物发酵成酒类。2.18573.18974.20405.20506.2070[活学活用]在将鲜牛奶制成酸奶的过程中，盛鲜奶的容器必需密封的主要缘由是防( )空气进入容器C.水分过度蒸发思维导图：

产生的乳酸分解D.灰尘掉入容器解析酸奶中含有乳酸，而乳酸是无氧呼吸产物，有氧存在时会抑制乳酸的生成。故制酸奶时容器应密封。答案A归纳总结发酵对四周环境的物理和化学条件格外敏感，任何一种微生物发酵均需要适宜的温度、pH、溶解氧、养分物质等，保证最适的发酵条件是发酵成功获得高产产品的关键。2.以下不需要利用发酵工程的是( )生产单细胞蛋白饲料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.工厂化生产青霉素思维导图：化生产青霉素是利用发酵工程。通过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育。答案B干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等多种医疗保健药物。[归纳总结]原始进展时期人类有意无意地利用微生物已经有几千年的历史，在长期的生产实践中，积存了丰富阅历。最初可能是人类觉察储存水果会自然发酵变酒，而渐渐形成酿酒技术。相传，在埃及和中亚两河流域，在4030的进展，又消灭制酱和酱油、醋、泡菜、奶酒、干酪技术和面团发酵。这个时期，发酵技术原始，顶多是家庭小制作，技术进步缓慢，完全是阅历式的。在几千年的文明史中，人们只知道这样做可以得到所需的东西，并不知道其中的原理。传统发酵工业时期18571897年德国的毕希从而人们才开头了解发酵现象的本质。192030的产品不断消灭，例如，酒精、乳酸、面包酵母、丙酮、丁醇、柠檬酸、淀粉酶和蛋白酶等。这因此被称为传统发酵工业。现代发酵工业时期1928年，弗莱明觉察青霉素能杀菌。青霉素的觉察和工业化生产，给人们带来巨大启迪。不久，链霉素、金霉素、土霉素等相继问世，从而兴起了一个的工业——抗生素工业。生产抗生素的阅历和设备很快被引用到其他发酵产品的生产上，极大地促进了这些产业的快速进展，从而形成了一个全的产业——现代发酵工业。2050607070年月以后生物大分子发酵技术相继诞生。这个时期生产技术要求高(由于多为好氧纯种发酵，需要500单细胞蛋白生产用的气升式发酵罐已到达2000m3)；技术进展速度快。因此，菌种的生产力量大幅度提高，产品、技术、设备的应用到达前所未有的程度。生物技术产业时代现在人们可以将源于动物或植物，甚至源于人的基因转移到诸如大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌等微生物中，获得具有特别生产力量的基因工程菌。由于基因表达的产物均为蛋白质，因此在工业上利岛素、人干扰素、人生长激素等，大约有40多种)，同样也可以用于不同目的的酶(比方用于将葡萄糖转化为高果糖糖浆的葡萄糖异构酶，用于生产青霉素母核的青霉素酰化酶，用在洗衣粉中的碱性蛋白酶等等)。除了利用基因工程开发的产品外，利用基因工程对传统发酵和现代发酵工业上使用的菌种进展改造，也获得了巨大成功。学问点2发酵生产过程探秘与食品生产[学问梳理]发酵是利用微生物在适宜的条件下，将原料经过特定的代谢途径转化为人类所需要的产物的过程。原理不同的微生物具有产生不同代谢产物的力量。例如：谷氨酸棒状杆菌发酵可以生产味精；黄色短杆菌发酵可以生产赖氨酸。发酵过程选育菌种：可承受自然界选种、诱变育种、基因工程育种等。配制培育基：依据微生物的养分需要供给碳源、氮源、生长因子、无机盐和水。(3)灭菌：培育基和发酵设备均需严格灭菌。扩大培育和接种：大规模生产中需要使菌种到达肯定数量；将菌种接种到培育基上，接种时防止杂菌污染。发酵罐内发酵：要随时检测发酵进程，要准时满足养分需求，还要严格掌握温度、pH、溶解氧等发酵条件。分别、提纯产物：假设产品是菌体，可承受过滤、沉淀等方法；假设产品是代谢产物，可承受提取、分别和纯化措施来获得产品。生产日常食品如馒头、面包、腐乳、泡菜、葡萄酒等。生产食品添加剂如味精、醋、酱油等调味剂，各种食品养分增加剂，食品防腐剂，食品色素。[活学活用]1.19世纪初德国一位科学家制造了微生物分别与纯化技术开创了人为掌握微生物的时代这位科学家是( )A.科赫 B.施莱登C.施旺 D.达尔文解析1905A。答案A2.1857年，微生物学家觉察了发酵原理后才逐步形成了发酵工程，这位微生物学家( )巴斯德C.列文虎克

拉马克D.科赫解析1857答案A[归纳总结]1.好氧微生物发酵生产的流程图及其分析说明选育菌种依据微生物遗传变异的特点，人们在生产实践中已经试验出一套行之有效的微生物育种方法。主要包括自然选育、诱变育种、杂交育种、原生质体融合、基因工程等。扩大培育配制培育基在菌种确定之后，要依据培育基的配制原则，选择原料制备培育基。培育基中应包含微生物需要的养分物质如碳源、氮源、生长因子、无机盐和水等。pH适宜。如培育基中C/NC/N＝4细菌生殖较快；真菌在C/N＝10C/N＝4少；C/N＝3pH4.5～6.0。灭菌现代发酵工业绝大多数承受单一菌种发酵，培育基和发酵设备都必需经过严格的灭菌，并进展无菌操作，一般承受高压蒸汽灭菌法。接种将屡次扩大培育后的菌种接入工业发酵罐中，菌种的体积与发酵罐的体积比约为1∶10。发酵罐内发酵发酵过程中，要随时检测培育液中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程。还要准时添加必pH、溶解氧等发酵条件。这是由于环境条件的变化，不仅会影响微生物的生长生殖，而且会影响微生物代谢产物的形成。分别、提纯产物将发酵液中的发酵产物进展分别纯化，是制取发酵产品不行缺少的阶段。产品不同，分别提纯的方法也不同。假设发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵之后，承受过滤、沉淀等方法将菌体分别，枯燥即可得到产品。假设产品是代谢产物，可依据产物的性质实行适当的提取、分别和纯化措施来获得产品。2.影响发酵的因素(1)菌种发酵是利用微生物来生产产品，因此菌种至关重要。现在工业上用于生产青霉素的微生物主要是青霉菌，生产味精的微生物是谷氨酸棒状杆菌，生产柠檬酸的微生物主要是黑曲霉。这是由于每一种微生物的代谢特征不同，它们产生特定产物的力量也不同。为了利用发酵生产所需的产物，不是任凭拿来一个菌种就行。直接从自然界分别到的微生物不肯定具有生产特定产物的力量，须在试验室里对几百株、数千株微生物进展筛选。(2)纯种发酵与灭菌现代发酵工业绝大多数承受纯种发酵，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。(3)发酵培育基现在大规模工业发酵产品的生产，多承受液体培育基进展深层发酵。使用的培育基必需满足微生物细胞生长、生殖的需要，由于没有大量的细胞就不行能产生大量的产物；但是细胞的过分生长会消耗大量的养分物，有时又会影响细胞的生产力量，会使产物的产量和产率下降。使用的培育基还必需有利于微生物大量合成产物。因此，培育基的组成格外关键。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，随着温度的上升，细胞内的酶反响速度加快；另一方面，随着温度的进一步上升，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，每种微生物都有最适生长温度。pH培育基的pH对微生物生长的影响主要是引起细胞膜电荷变化，以及影响养分物离子化程度，从而影响微生物对养分物的吸取；pHpHpHpHpH般微生物生长的最适pH在4.0～9.0(pH在3.0～4.0细菌、放线菌一般适应于中性偏碱性环境，而酵母菌、霉菌适应于偏酸性环境。溶氧的影响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。发酵工程在食品工业上的应用格外广泛，主要包括以下三方面。①生产传统的发酵产品：如啤酒、果酒、白酒和食醋等，使产品的产量和品质得到明显的提高，特别是酒精饮料，是食品发酵工业中产量最大的一类产品。乳制品是仅次于酒精饮料的其次大食品发酵产品，其中酸奶是主要产品之一。②生产各种各样的食品添加剂(如下表)，改善了食品的品质及色、香、味。添加剂添加剂举例酸味剂苹果酸、柠檬酸、乳酸鲜味剂肌苷酸、谷氨酸色素β胡萝卜素、红曲素甜味剂高果糖浆、甜菜糖③随着人口的增长，粮食短缺已成为困扰人类的社会问题之一，而发酵工程的进展将为解决这一问60%～80%，酵母菌的蛋白质含量占45%～65%，而且它们生长生殖的速度很快。很多国家通过发酵获得大使产奶或产蛋量显著提高。用酵母菌等生产的单细胞蛋白可作为食品添加剂。最近国外市场上消灭的一种真菌蛋白食品，就以其高蛋白、低脂肪的特点受到了消费者的欢送。除以上所述，发酵工程在生产生物杀虫剂、生物肥料和微生物除草剂等农用生产物资以及在生物能源开发方面也发挥了重要作用。此外，发酵工程也应用于生物冶金(如铜、铀、钴、锰等)。[随堂练习]·稳固发酵工程的第一重要工作是选择优良的单一纯种，消灭杂菌，获得纯种的方法不包( A.依据微生物对碳源需求的差异，使用含有不同碳源的培育基B.依据微生物需要生长因子的种类，在培育基中增减不同的生长因子C.依据微生物遗传组成的差异，在培育基中参加不同比例的核酸D.依据微生物对抗菌素敏感性的差异，在培育基中参加不同的抗菌素解析微生物生长所必需的养分物质有碳源、氮源、无机盐、水和生长因子，不同微生物对养分物质的要求不同(水除外)，可以依据微生物的生长对碳源、氮源、无机盐和生长因子的需求来配制特殊的选择培育基，以便获得单一的菌种；也可以依据微生物对不同抗菌素的敏感性的差异，参加不微生物不会由于培育基中参加的核酸不同，而培育出不同的物质。答案C以下不属于发酵的是( )利用需氧型青霉菌生产青霉素B.缺氧时人的组织细胞产生乳酸C.利用酵母菌的无氧呼吸获得酒精D.利用乳酸菌制泡菜AC、D是指分别通过培育青霉菌、酵母菌、乳酸菌获得它们的代谢产物青霉素、酒精、乳酸的过程，符合发酵的概念。而B选项中虽有代谢产物乳酸，但它既不是微生物所为，也不存在培育微生物的过程，更不能用于生产，所以不属于发酵。答案B发酵工业常利用酵母菌发酵获得酒精，那么酒精是酵母菌的()有氧呼吸的产物C.单细胞蛋白

无氧呼吸的产物D.放线菌的代谢产物酶解析酵母菌无氧呼吸的反响方程式为：CHO2CHOH＋2CO答案B

6126 25 2以下关于灭菌和消毒的表达中，不正确的选项是( )灭菌是指杀灭环境中的一切微生物的细胞、芽孢和孢子B.消毒和灭菌实质上是一样的C.接种环用灼烧法灭菌D.灭菌方法有加热法、过滤法、紫外线法、化学药品法等解析灭菌是指使用猛烈的理化因素杀死物体内外全部的微生物，包括芽孢和孢子；消毒和灭菌的实质不同。答案B在家中用鲜葡萄制作果酒时，正确的操作是( )A.让发酵装置承受光照B.给发酵装置适时排气C.向发酵装置通入空气D.45℃处解析果酒的制作原理是利用酵母菌进展无氧呼吸产生酒精和二氧化碳。要想得到酒精，不能向发酵装置内通入空气。酵母菌是异养型生物，不能直接利用光能。适宜的温度是酵母菌生长和生殖的必要条件，温度为20℃左右时，最适合酵母菌生长生殖。制作果酒过程中给发酵装置适时排气是为了放出产生的二氧化碳，维持装置内气压的平衡。答案B以下关于发酵过程的表达中，不正确的选项是( )对培育基灭菌是发酵生产中的一个很重要的环节随时检测影响发酵过程的各种环境条件，并予以掌握，才能保证发酵的正常进展在发酵过程中，要严格掌握温度、pH、溶氧、通气量与转速等发酵条件，否则会影响菌种代谢产物的形成发酵产品的分别方法是共同的解析不同的发酵产品其分别方法各不一样，有的需要过滤、沉淀，而有的则需进展蒸馏、萃取或离子交换。答案D严格掌握发酵条件是保证发酵正常进展的关键，直接关系到能否得到高品质、高产量的产物。通常所指的发酵条件不包括( )温度C.pH

溶解氧D.酶浓度掌握解析通常所指的发酵条件包括pH不属于人为掌握的发酵条件。答案D一、选择题以下不能用于菌种选育的是( )A.人工诱变C.基因工程育种

[课时作业]·达标B.自然选育D.杂交育种解析菌种选育包括人工诱变、自然选育、基因工程育种等，杂交育种适用于有性生殖的生物。答案D发酵工程的中心阶段是( )菌种的选育C.发酵过程答案C以下不属于发酵工程产物的是( A.目的基因C.激素答案A

B.扩大培育的接种D.分别提纯B.青霉素D.色素以下关于温度对发酵过程的影响的表达，不正确的选项是( )A.温度过高，发酵周期缩短，产量降低温度不影响生物合成的途径温度能影响菌种对养分物质的吸取菌体生长和产物合成所需的最适温度不肯定一样解析发酵过程需要适宜的温度，假设温度过高，酶很快失活，菌体年轻，发酵周期就会缩短，产量也会降低；温度能影响生物合成的途径，这是由于生物合成过程需要酶，不同酶的活性与温度有关；菌种吸取养分物质时，多数是主动运输，需要呼吸作用供给能量，这与温度有关；菌体生长和产物合成需体内旺盛的代谢作根底，而用于生长生殖和代谢产物生成的酶不同，因此所需的最适宜的温度也不肯定一样。答案B以下关于单细胞蛋白表达，正确的选项是( )A.是从微生物细胞中提取的蛋白质B.是通过发酵生产的微生物菌体C.是微生物细胞分泌的抗生素D.单细胞蛋白不能作为食品解析单细胞蛋白是利用淀粉或维生素的水解液、制糖工业的废液、石化产品等为原料，通过发酵获得大量的微生物菌体，所以不是特指微生物的某种蛋白质或抗生素；单细胞蛋白含有丰富的蛋白质，如真菌蛋白可作为食品。答案B利用生物工程生产啤酒、味精、胰岛素、酸奶的常用菌种分别是( )A.酵母菌、枯草杆菌、大肠杆菌、乳酸菌B.酵母菌、大肠杆菌、青霉菌、乳酸菌C.酵母菌、谷氨酸棒状杆菌、大肠杆菌、乳酸菌D.黄色短杆菌、酵母菌、大肠杆菌、乳酸菌答案C在发酵过程中，可以通过以下哪一组方法实现对溶氧的掌握( )①添加酸或碱②调整通气量③调整搅拌速度④添加缓冲剂①②C.②③答案C

①④D.①②④以下有关发酵罐中谷氨酸发酵的表达，正确的选项是( )A.发酵中不断通入空气B.搅拌的目的只是使空气形成细小气泡，增加培育液中的溶氧量C.冷却水可使酶活性下降D.假设培育条件不当就不能得到所需产品解析发酵中应通入无菌空气。搅拌的目的有两个：一是增加培育液中的溶解氧；二是使菌种与培育液充分接触。发酵过程产生热使温度上升，不利于发酵。冷却水的目的是使温度降低，使发酵顺当进展。培育条件不当得不到所需产品。答案D生物学家将大肠杆菌的质粒取出，连接上人生长激素的基因以后，重置于大肠杆菌细胞内，然菌种选育C.接种

扩大培育D.诱变育种解析发酵生产过程包括菌种选育、培育基的配制、灭菌、扩大培育和接种、发酵罐内发酵和产品然后用该菌进展发酵，整个过程应属于利用基因工程手段培育发酵菌种，即菌种选育过程。答案A图甲是果醋发酵装置。发酵初期不通气，溶液中有气泡产生；中期可以闻到酒香；后期接种醋酸菌，适当上升温度并通气，酒香渐渐变成醋香。图乙中能表示整个发酵过程培育液pH变化的曲线是()A.①C.③

B.②D.④解析初期和中期酵母菌在无氧的条件下无氧呼吸产生酒精和二氧化碳，所以有酒香，气泡是二氧化碳。后期通气接种醋酸菌，醋酸菌利用产生的酒精生产醋酸，所以酒香变成了醋香，pH下降。答案B用蔗糖、奶粉和经蛋白酶水解后的玉米胚芽液通过乳酸菌发酵可生产型酸奶，以下相关表达错误的选项是( )A.蔗糖消耗量与乳酸生成量呈正相关B.酸奶消灭明显气泡说明有杂菌污染C.应选择处于对数期的乳酸菌接种D.只有奶粉为乳酸菌发酵供给氮源答案D在微生物培育过程中分别承受了高压蒸汽灭菌、酒精擦拭、火焰灼烧等几种不同的消毒或灭菌方法，这些方法可依次用于杀灭哪些地方的杂菌( )接种环、手、培育基C.手、培育基、接种环答案B

培育基、手、接种环D.接种环、培育基、手以下关于发酵工程经受阶段的描述，正确的选项是()A.早期积存阶段→中期发酵工业阶段→现代发酵工业阶段→创发酵工业阶段B.原始进展阶段→现代发酵工业阶段→创发酵工业阶段→生物技术产业阶段C.原始进展阶段→传统发酵工业阶段→现代发酵工业阶段→生物技术产业阶段D.原始进展阶段→传统发酵工业阶段→现代发酵工业阶段→基因技术产业阶段解析发酵工程经受了原始进展阶段→传统发酵工业阶段→现代发酵工业阶段→生物技术产业阶段四个阶段。答案C二、非选择题以下图是发酵工程生产产品的流程图，请据图答复以下问题。能生产人生长激素的工程菌是通过①培育的，①；高产青霉素菌种是通过②培育的，②是 ；③表示 。整个过程的中心阶段是发酵，在此阶段需随时取样检测 等，以了解发酵进程，还要准时添加必需的 ，同时严格掌握 。假设④是单细胞蛋白，则④是 。氨基酸、维生素属于⑤中的 产物。答案(1)基因工程诱变育种接种(2)细菌数目和产物浓度培育基组分溶氧量、温度、pH、通气量及转速等发酵条件(3)微生物菌体初级代谢以下图是发酵罐构造图，请据图答复以下问题。影响发酵过程中温度变化的因素是 。发酵过程中pH变化的缘由是 。搅拌器搅拌的作用是 。假设此装置用于酵母菌发酵产生酒精，则通入无菌空气进口 (填图中数字)的空气关键要。经检测假