第1章發(fā)酵工程第3節(jié)發(fā)酵工程及其應(yīng)用課標(biāo)要點學(xué)法指導(dǎo)1.理解發(fā)酵工程的含義2．簡述發(fā)酵工程的一般流程3．舉例說明發(fā)酵工程在生產(chǎn)上的應(yīng)用1.結(jié)合教材圖片熟記發(fā)酵工程的流程及操作，通過教材上的思考與討論理解發(fā)酵工程操作需要注意的事項(科學(xué)思維)2．結(jié)合具體實例，熟記發(fā)酵工程的應(yīng)用，運用發(fā)酵工程原理解釋生產(chǎn)生活中發(fā)酵工程的實例(科學(xué)思維、社會責(zé)任)知識導(dǎo)圖課前·新知導(dǎo)學(xué)1．發(fā)酵工程的形成隨著人們對發(fā)酵原理的認(rèn)識，微生物____________的建立，以及______________的成功設(shè)計，人們能夠在嚴(yán)格控制的環(huán)境條件下大規(guī)模生產(chǎn)__________，發(fā)酵工程逐步形成。發(fā)酵工程的形成及基本環(huán)節(jié)純培養(yǎng)技術(shù)密閉式發(fā)酵罐發(fā)酵產(chǎn)品2．發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)【答案】①自然界②誘變育種③試驗④發(fā)酵設(shè)備⑤中心環(huán)節(jié)⑥溶解氧⑦全過程⑧沉淀⑨代謝物在發(fā)酵過程中，怎樣對發(fā)酵條件進行調(diào)控以滿足微生物的生長需要？【答案】發(fā)酵過程中，通過計算機系統(tǒng)，隨時監(jiān)測培養(yǎng)液中的微生物數(shù)量、產(chǎn)物濃度，了解發(fā)酵進程，及時添加必需的營養(yǎng)組成，嚴(yán)格控制溫度、pH和溶解氧等發(fā)酵條件

下列關(guān)于發(fā)酵工程的操作流程的敘述，錯誤的是 (

)A．發(fā)酵所需的菌種需要進行篩選或育種獲得B．菌種在接種之前要進行擴大培養(yǎng)C．發(fā)酵所用的培養(yǎng)基要進行滅菌，發(fā)酵設(shè)備不需要嚴(yán)格滅菌D．若產(chǎn)品是代謝物，可根據(jù)產(chǎn)物的性質(zhì)采取適當(dāng)?shù)奶崛　⒎蛛x和純化措施獲得【答案】C【解析】發(fā)酵工程所需菌種必須是性狀優(yōu)良的菌種，可以從自然界中篩選，也可以通過誘變育種或基因工程育種獲得，才能獲得高品質(zhì)的產(chǎn)品，A正確；發(fā)酵工程所用的發(fā)酵罐較大，為提高發(fā)酵效率，發(fā)酵之前需要對菌種進行擴大培養(yǎng)，B正確；發(fā)酵工程是在無菌條件下進行操作的，所以所用的培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備都必須經(jīng)過嚴(yán)格的滅菌，否則很可能會造成培養(yǎng)基的污染，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降，C錯誤；要根據(jù)所獲得的發(fā)酵產(chǎn)品的類型分離、提純產(chǎn)物，若發(fā)酵產(chǎn)品是代謝物，可根據(jù)產(chǎn)物的性質(zhì)采取適當(dāng)?shù)奶崛?、分離和純化措施來獲得產(chǎn)品。1．在食品工業(yè)上的應(yīng)用(1)生產(chǎn)傳統(tǒng)的________。例如，以大豆為主要原料，利用產(chǎn)生_______的霉菌，將原料中的蛋白質(zhì)分解成________________________，然后經(jīng)淋洗、調(diào)制成醬油的產(chǎn)品；以谷類或水果等為原料，利用釀酒酵母發(fā)酵生產(chǎn)的各種酒類。發(fā)酵工程的應(yīng)用發(fā)酵產(chǎn)品蛋白酶小分子的肽和氨基酸(2)生產(chǎn)各種各樣的____________。食品添加劑不僅可以增加食品的營養(yǎng)，改善食品的__________________，有時還可以延長食品的________。(3)生產(chǎn)____________。2．在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用人們采用____________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；或者直接對菌種進行改造，再通過____________大量生產(chǎn)所需要的產(chǎn)品。食品添加劑口味、色澤和品質(zhì)保存期酶制劑基因工程發(fā)酵技術(shù)3．在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用(1)生產(chǎn)______________。(2)生產(chǎn)______________。(3)生產(chǎn)______________。微生物肥料微生物農(nóng)藥微生物飼料單細(xì)胞蛋白是蛋白質(zhì)嗎？其有哪些方面的應(yīng)用？【答案】單細(xì)胞蛋白不是蛋白質(zhì)，而是通過發(fā)酵獲得的大量的微生物菌體。用酵母菌等生產(chǎn)的單細(xì)胞蛋白可以作為食品添加劑；用單細(xì)胞蛋白制成的微生物飼料，能增加家禽、家畜的重量；在青貯飼料中添加乳酸菌，可以提高飼料的品質(zhì)，使飼料保鮮，動物食用后還能提高免疫力。

下列不屬于發(fā)酵工程在食品工業(yè)上應(yīng)用的是 (

)A．生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品，如醬油、酒類等B．生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑，如增味劑、增稠劑等C．生產(chǎn)各種酶制劑，如果膠酶、脂肪酶、α-淀粉酶等D．生產(chǎn)抗生素、多種氨基酸和免疫調(diào)節(jié)劑等【答案】D【解析】發(fā)酵工程在食品工業(yè)上的應(yīng)用包括生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品、生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑、生產(chǎn)酶制劑等，A、B、C正確；生產(chǎn)抗生素、多種氨基酸和免疫調(diào)節(jié)劑等屬于發(fā)酵工程在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用，D錯誤。課堂·重難探究發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)分析[知識歸納]1．微生物菌種資源豐富，選擇發(fā)酵工程用的菌種時需要考慮哪些因素？提示：需要考慮的因素包括：在低成本的培養(yǎng)基上能迅速生長繁殖；生產(chǎn)所需代謝物的產(chǎn)量高；發(fā)酵條件容易控制；菌種不易變異、退化等。2．在產(chǎn)物分離和提純方面，發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)相比有哪些改進之處？提示：傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)獲得的產(chǎn)物一般不是單一的組分，而是成分復(fù)雜的混合物，很多時候不會再對產(chǎn)物進行分離和提純處理，或者僅采用簡單的沉淀、過濾等方法來分離和提純產(chǎn)物。在發(fā)酵工程中使用的分離和提純產(chǎn)物的方法較多，發(fā)酵工程產(chǎn)物無論是代謝物還是菌體本身，都需要進行質(zhì)量檢查，合格后才能成為正式產(chǎn)品。1．(2024·廣東茂名期中)發(fā)酵工程在多個領(lǐng)域發(fā)揮著不可或缺的作用，從醫(yī)藥到食品生產(chǎn)，從能源開發(fā)到環(huán)境保護，均展現(xiàn)了其巨大的應(yīng)用潛力和社會價值。下列關(guān)于發(fā)酵工程的表述正確的是 (

)A．發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)最大的區(qū)別就是前者可以利用微生物來進行發(fā)酵B．發(fā)酵工程的產(chǎn)品主要包括微生物的代謝物、酶及菌體本身C．在發(fā)酵工程的發(fā)酵環(huán)節(jié)中，發(fā)酵條件變化只會影響微生物的生長繁殖D．通過發(fā)酵工程可以從微生物細(xì)胞中提取單細(xì)胞蛋白[對點精練]【答案】B【解析】發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)都需要利用微生物來進行發(fā)酵，A錯誤；通過發(fā)酵工程獲得的產(chǎn)品一般有微生物的代謝物、酶及菌體本身，B正確；在發(fā)酵工程的發(fā)酵環(huán)節(jié)中，發(fā)酵條件不僅影響微生物的生長繁殖，也會通過影響酶的活性影響微生物的代謝途徑，C錯誤；單細(xì)胞蛋白是指利用發(fā)酵工程獲得的大量的微生物菌體，D錯誤。2．(2024·廣東珠海期末)發(fā)酵工程可實現(xiàn)發(fā)酵產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)，下圖為發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)，相關(guān)敘述正確的是 (

)A．①、②依次是誘變育種、基因工程育種B．③是發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)，需要嚴(yán)格控制發(fā)酵條件C．④需要在菌種確定之前選擇原料并反復(fù)實驗D．產(chǎn)物濃度的檢測必須在發(fā)酵結(jié)束后進行【答案】A【解析】發(fā)酵工程所用的優(yōu)良菌種可以從自然界中篩選出來，也可以通過誘變育種或基因工程育種獲得，因此①、②可以是誘變育種或基因工程育種，A正確；發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵是發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)，③是滅菌，不是發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)，B錯誤；④是配制培養(yǎng)基，在菌種確定之后，要選擇原料制備培養(yǎng)基，在生產(chǎn)實踐中，培養(yǎng)基的配方要經(jīng)過反復(fù)試驗才能確定，C錯誤；在發(fā)酵過程中，要隨時檢測培養(yǎng)液中的微生物數(shù)量、產(chǎn)物濃度等，以了解發(fā)酵進程，D錯誤。發(fā)酵工程的應(yīng)用及實例總結(jié)：發(fā)酵工程的應(yīng)用[知識歸納]項目應(yīng)用實例在食品工業(yè)上的應(yīng)用生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品醬油、啤酒等生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑增味劑、增稠劑、防腐劑等生產(chǎn)酶制劑α-淀粉酶、果膠酶等在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用生產(chǎn)各種藥物抗生素、激素、免疫調(diào)節(jié)劑等項目應(yīng)用實例在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用生產(chǎn)微生物肥料根瘤菌肥、固氮菌肥等生產(chǎn)微生物農(nóng)藥利用蘇云金桿菌防止農(nóng)林蟲害，利用白僵菌防止玉米螟、松毛蟲等蟲害生產(chǎn)微生物飼料利用酵母菌生產(chǎn)的單細(xì)胞蛋白作為食品添加劑，利用單細(xì)胞蛋白制成微生物飼料等1．下列關(guān)于發(fā)酵工程在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用的敘述，不正確的是

(

)A．利用發(fā)酵工程生產(chǎn)的微生物肥料，可以增進土壤肥力，改良土壤結(jié)構(gòu)，促進植株生長，但有時會引發(fā)病蟲害的發(fā)生B．利用發(fā)酵工程生產(chǎn)的微生物農(nóng)藥與傳統(tǒng)的化學(xué)農(nóng)藥相比，具有成本低、無污染的特點[對點精練]C．利用發(fā)酵工程生產(chǎn)的微生物飼料可以作為食品添加劑，也可以使家禽、家畜快速地增重D．在青貯飼料中添加乳酸菌，可以提高飼料的品質(zhì)，使飼料保鮮，動物食用后還能提高免疫力【答案】A【解析】利用發(fā)酵工程生產(chǎn)的微生物肥料，可以增進土壤肥力，改良土壤結(jié)構(gòu)，促進植株生長，有些微生物還可以抑制土壤中病原微生物的生長，減少病蟲害的發(fā)生，A錯誤；利用發(fā)酵工程生產(chǎn)的微生物農(nóng)藥是利用微生物或其代謝物來防治害蟲的，與傳統(tǒng)的化學(xué)農(nóng)藥相比，具有成本低、無污染的特點，B正確；利用發(fā)酵工程生產(chǎn)的微生物飼料可以作為食品添加劑，如酵母菌等生產(chǎn)的單細(xì)胞蛋白就可以作為食品添加劑，微生物飼料也可以使家禽、家畜快速地增重，C正確；在青貯飼料中添加乳酸菌，可以提高飼料的品質(zhì)，使飼料保鮮，動物食用后還能提高免疫力，D正確。2．(2024·廣東東莞階段練習(xí))青霉素別名盤尼西林，它是最早發(fā)現(xiàn)、最先提純、臨床上應(yīng)用最廣的一種抗生素，發(fā)酵工程中常利用產(chǎn)黃青霉來生產(chǎn)青霉素，產(chǎn)黃青霉生長最適溫度和產(chǎn)生青霉素的適宜溫度不同。下列相關(guān)敘述錯誤的是 (

)A．選育菌種時，可以借助誘變育種獲取高產(chǎn)青霉素的產(chǎn)黃青霉菌株B．發(fā)酵過程中使用的設(shè)備和培養(yǎng)基都要進行嚴(yán)格滅菌處理C．為了提高青霉素產(chǎn)量，發(fā)酵時不同階段要控制不同溫度D．發(fā)酵結(jié)束后，可根據(jù)青霉素的化學(xué)性質(zhì)采用過濾、沉淀等方法從發(fā)酵液中提取青霉素【答案】D【解析】高產(chǎn)青霉菌株是通過誘變育種獲得的，所以選育菌種時，可以借助誘變育種獲取高產(chǎn)青霉素的產(chǎn)黃青霉菌株，A正確；發(fā)酵過程所用培養(yǎng)基和設(shè)備必須嚴(yán)格控制無菌，避免雜菌污染，B正確；由題干信息可知，發(fā)酵工程中常利用產(chǎn)黃青霉來生產(chǎn)青霉素，產(chǎn)黃青霉生長最適溫度和產(chǎn)生青霉素的適宜溫度不同，所以為了提高青霉素產(chǎn)量，發(fā)酵時不同階段要控制不同溫度，C正確；若發(fā)酵工程的產(chǎn)品是微生物細(xì)胞本身，可在發(fā)酵結(jié)束后采用過濾、沉淀等方法將菌體分離和干燥，若產(chǎn)品是代謝物青霉素，可以根據(jù)產(chǎn)物的性質(zhì)采取蒸餾、萃取、離子交換等方法提取、分離和純化產(chǎn)品，D錯誤。課堂·延伸提分易錯易混：傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)與現(xiàn)代發(fā)酵工程的比較項目傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)現(xiàn)代發(fā)酵工程菌種來源原料或前一次發(fā)酵保存下來的發(fā)酵物中的微生物從自然界中篩選或利用生物技術(shù)培育的是否需嚴(yán)格滅菌不需嚴(yán)格滅菌需要嚴(yán)格滅菌發(fā)酵條件的控制人為地控制發(fā)酵條件，沒有特別嚴(yán)格通過計算機系統(tǒng)控制發(fā)酵條件，特別嚴(yán)格產(chǎn)品的分離、純化較為簡單，往往直接使用較為復(fù)雜，方法有過濾、沉淀、蒸餾、萃取等例下列有關(guān)傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)與現(xiàn)代工業(yè)發(fā)酵的描述，正確的是

(

)A．傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)與現(xiàn)代工業(yè)發(fā)酵都需要進行嚴(yán)格的無菌操作，防止雜菌的污染，如都要進行培養(yǎng)基的滅菌B．傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)對發(fā)酵條件的控制主要通過人工控制，而現(xiàn)代工業(yè)發(fā)酵對發(fā)酵條件的控制是通過計算機系統(tǒng)進行全面的監(jiān)測和控制C．制作泡菜的菌種是人工接種的純的乳酸菌菌種D．果酒制作、果醋制作以及腐乳制作等都屬于現(xiàn)代工業(yè)發(fā)酵【答案】B【解析】傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)與現(xiàn)代工業(yè)發(fā)酵都要進行無菌操作，但傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)防止發(fā)酵液污染的措施主要是進行有關(guān)發(fā)酵裝置的消毒，滅菌不是很嚴(yán)格，傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)利用的是原料中存在的微生物，培養(yǎng)液是不能滅菌的，A錯誤；傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)對發(fā)酵條件的控制主要是通過人工控制的，現(xiàn)代工業(yè)發(fā)酵對發(fā)酵條件的控制是通過計算機系統(tǒng)自動進行監(jiān)測和控制的，B正確；制作泡菜屬于傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用，菌種來源于附著在原材料上的天然的乳酸菌，不需要接種，C錯誤；果酒制作、果醋制作以及腐乳制作屬于傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用，D錯誤。錯因分析：一是沒有理解傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)和現(xiàn)代發(fā)酵工程的操作，傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)往往通過控制發(fā)酵條件達(dá)到抑制雜菌生長的效果，沒有嚴(yán)格的滅菌和無菌操作，現(xiàn)代發(fā)酵工程需要嚴(yán)格的滅菌技術(shù)，并全程在無菌條件下操作；二是對發(fā)酵條件的控制方式理解不到位，傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)是通過人工控制發(fā)酵條件的，現(xiàn)代發(fā)酵工程是通過計算機系統(tǒng)監(jiān)測和控制發(fā)酵條件的；三是對于傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)和現(xiàn)代發(fā)酵工程的應(yīng)用區(qū)別不清楚。小練·素養(yǎng)達(dá)成1．在發(fā)酵過程中，不會直接引起發(fā)酵液pH變化的是 (

)A．營養(yǎng)物質(zhì)的消耗B．微生物細(xì)胞數(shù)目的增多C．微生物呼吸作用釋放的CO2D．代謝物的積累【答案】B【解析】在發(fā)酵過程中，能引起pH變化的因素有營養(yǎng)物質(zhì)的消耗、微生物呼吸作用釋放的CO2和代謝物的積累，A、C、D不符合題意；微生物細(xì)胞數(shù)目的變化不會直接引起pH的變化，B符合題意。2．(2024·吉林松原期末)味精是常用的食品添加劑，主要成分是谷氨酸鈉，由谷氨酸棒狀桿菌等發(fā)酵可以得到谷氨酸。谷氨酸發(fā)酵的培養(yǎng)基成分有葡萄糖、氨水、磷酸鹽、生物素等，發(fā)酵裝置如圖所示，發(fā)酵過程中要不斷通入空氣，并通過攪拌形成細(xì)小的氣泡，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，但谷氨酸的合成量增大。在無氧條件下，谷氨酸棒狀桿菌的代謝物是乳酸或琥珀酸。下列分析正確的是 (

)A．谷氨酸棒狀桿菌的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和代謝類型都類似于酵母菌的B．谷氨酸的分離、提純是利用發(fā)酵工程生產(chǎn)谷氨酸的中心環(huán)節(jié)C．發(fā)酵過程中，分次添加的氨水既能提供氮源又能調(diào)節(jié)培養(yǎng)液pHD．谷氨酸棒狀桿菌的代謝物會抑制雜菌的生長，通入的空氣無須滅菌【答案】C【解析】谷氨酸棒狀桿菌是細(xì)菌，是原核生物，而酵母菌是真核細(xì)胞，因此兩者的細(xì)胞結(jié)構(gòu)不同，而代謝類型兩者都是兼性厭氧型，因此兩者的代謝類型比較類似，A錯誤；利用谷氨酸棒狀桿菌進行發(fā)酵是發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)，B錯誤；谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵的過程需要適宜的條件，因此發(fā)酵過程中，分次添加的氨水既能提供氮源又能調(diào)節(jié)培養(yǎng)液pH，C正確；由于空氣會帶入雜菌，因此通入的空氣必須滅菌，以防雜菌的污染，因為有些雜菌能以谷氨酸棒狀桿菌生長產(chǎn)生的次級代謝物作為營養(yǎng)物質(zhì)而生長，D錯誤。3．(2024·黑龍江哈爾濱期末)通過發(fā)酵工程能生產(chǎn)耐高溫的脂肪酶，已知該工程菌為異養(yǎng)需氧型。下列敘述不合理的是 (

)A．為防止雜菌污染可直接向發(fā)酵罐內(nèi)的培養(yǎng)基中加入多種抗生素B．向發(fā)酵罐內(nèi)適時補充營養(yǎng)物質(zhì)有利于菌體生長和提高脂肪酶產(chǎn)量C．選育出的工程菌需經(jīng)擴大培養(yǎng)后才能用于發(fā)酵罐中的大量生產(chǎn)D．發(fā)酵中應(yīng)控制通氣量和攪拌速度使發(fā)酵罐內(nèi)的溶解氧保持在適宜濃度范圍【答案】A【解析】向發(fā)酵罐培養(yǎng)基中加入抗生素應(yīng)濾過除菌后再加入，加入多種抗生素可能會殺死菌種，有效避免雜菌的污染的方法是對培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備進行嚴(yán)格的滅菌，A錯誤；控制通氣量，向發(fā)酵罐內(nèi)適時補充營養(yǎng)物質(zhì)，控制攪拌速度可使發(fā)酵罐內(nèi)的溶解氧保持在適宜濃度范圍，有利于異養(yǎng)需氧型工程菌充分利用O2和營養(yǎng)物質(zhì)、充分利用發(fā)酵罐空間生長繁殖，提高脂肪酶產(chǎn)量，B、D正確；選育出的優(yōu)良菌種需經(jīng)過擴大培養(yǎng)后，增加菌種量，才能用于體積較大發(fā)酵罐中培養(yǎng)基的接種，用于大量生產(chǎn)，C正確。4．(2024·河北邢臺期末)人造蛋白食品的生產(chǎn)可利用現(xiàn)代微生物發(fā)酵工程技術(shù)，食用真菌蛋白是人造蛋白的一種，真菌蛋白的制造過程如圖所示。下列相關(guān)分析錯誤的是

(

)A．糖類是培養(yǎng)真菌的主要能源物質(zhì)，可用CO2替代B．制造真菌蛋白時，發(fā)酵罐中的真菌的異化作用類型是需氧型C．向發(fā)酵罐中注入少量氨水可為真菌提供合成蛋白質(zhì)所需的氮源D．向發(fā)酵罐中加入的物質(zhì)需要滅菌，減少雜菌與真菌的競爭【答案】