單元活動(dòng)構(gòu)建第1章發(fā)酵工程單元活動(dòng)運(yùn)用科學(xué)探究實(shí)踐生產(chǎn)不同發(fā)酵產(chǎn)品從而滿足人類日益增長(zhǎng)的需求任務(wù)內(nèi)容任務(wù)一掌握發(fā)酵工程的基本流程，利用該技術(shù)生產(chǎn)多種發(fā)酵產(chǎn)品滿足人類需求任務(wù)二不同發(fā)酵產(chǎn)品需要的微生物不同，發(fā)酵是否成功與接種的微生物是否是純種有關(guān)任務(wù)三關(guān)注影響發(fā)酵的因素，從不同方面增加產(chǎn)量發(fā)酵工程在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用非常廣泛，其中青霉素的發(fā)現(xiàn)和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)進(jìn)一步推動(dòng)了發(fā)酵工程在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。青霉素是產(chǎn)黃青霉菌在有氧條件下產(chǎn)生的一種非常重要的抗菌藥物，生產(chǎn)青霉素的發(fā)酵工程流程如下圖所示。利用發(fā)酵工程也可將人類活動(dòng)產(chǎn)生的大量廢紙和玉米、麥草的秸稈等纖維廢料轉(zhuǎn)化為新的資源——燃料乙醇，這對(duì)解決資源短缺及環(huán)境污染均具有重要意義，發(fā)酵過(guò)程和青霉素的生產(chǎn)過(guò)程基本相同。另外，也可以利用發(fā)酵技術(shù)制作各類特色食品，如果酒、果醋、腐乳、泡菜等。雜菌污染是導(dǎo)致大腸桿菌發(fā)酵失敗的重要原因。為解決該問(wèn)題，科學(xué)家利用基因工程技術(shù)，改造出一種加強(qiáng)型大腸桿菌，可防止雜菌污染。當(dāng)然發(fā)酵過(guò)程的每個(gè)環(huán)節(jié)必須要嚴(yán)格消毒滅菌，這是獲得發(fā)酵產(chǎn)品的關(guān)鍵?；顒?dòng)1隨著人們對(duì)發(fā)酵原理的認(rèn)識(shí)，微生物純培養(yǎng)技術(shù)的建立，發(fā)酵工程逐步形成。發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)一般包括菌種的選育，擴(kuò)大培養(yǎng)，______________，滅菌，接種，發(fā)酵，產(chǎn)物的分離及提純等方面。其中，選育性狀優(yōu)良的菌種的方法有

_______________________________________。任務(wù)一掌握發(fā)酵工程的基本流程，利用該技術(shù)生產(chǎn)多種發(fā)酵產(chǎn)品滿足人類需求配制培養(yǎng)基從自然界中篩選、誘變育種、基因工程育種活動(dòng)2釀制蘋(píng)果醋通常有兩條途徑，一條途徑是向搗碎的蘋(píng)果汁中直接接種醋酸菌，經(jīng)過(guò)一次發(fā)酵制成，在發(fā)酵過(guò)程中需要經(jīng)常向發(fā)酵液中通入____________，寫(xiě)出此發(fā)酵過(guò)程的反應(yīng)簡(jiǎn)式：_________________________________________________________；另一條途徑需經(jīng)過(guò)先后兩次發(fā)酵獲得，其簡(jiǎn)要的過(guò)程為

___________________________________________________。無(wú)菌空氣菌獲得果酒，再在果酒中接種醋酸菌獲得果醋先接種酵母

活動(dòng)3利用發(fā)酵工程可將人類活動(dòng)產(chǎn)生的大量廢紙和玉米、麥草的秸稈等纖維廢料轉(zhuǎn)化為新的資源——燃料乙醇，所需微生物大多分布在富含纖維素的環(huán)境中。從土壤中篩選目的菌需要使用以________為唯一碳源的培養(yǎng)基，這種培養(yǎng)基從功能上看屬于______培養(yǎng)基。實(shí)驗(yàn)室篩選微生物的基本原理是

_________________________________________________________。纖維素選擇人為提供目的菌生長(zhǎng)的條件，同時(shí)抑制或阻止其他微生物的生長(zhǎng)活動(dòng)1下圖表示生產(chǎn)青霉素的發(fā)酵過(guò)程，此過(guò)程中對(duì)產(chǎn)黃青霉菌進(jìn)行分離純化采用了____________法，其可以用來(lái)計(jì)數(shù)的原理為_(kāi)____________________________________________________________________________。在制備該培養(yǎng)基時(shí)，除了添加必要的營(yíng)養(yǎng)成分外，還需要將pH調(diào)至__性。任務(wù)二不同發(fā)酵產(chǎn)品需要的微生物不同，發(fā)酵是否成功與接種的微生物是否是純種有關(guān)稀釋涂布平板當(dāng)樣品的稀釋度足夠高時(shí)，培養(yǎng)基表面生長(zhǎng)的一個(gè)菌落來(lái)源于樣品稀釋液中的一個(gè)活菌酸活動(dòng)2發(fā)酵過(guò)程中，為了解某時(shí)刻產(chǎn)黃青霉菌的數(shù)量，取10mL菌液加入90mL無(wú)菌水中，混勻，逐級(jí)稀釋，將0.1mL稀釋液接種于培養(yǎng)基上，105倍稀釋液對(duì)應(yīng)的三個(gè)平板中菌落數(shù)量分別為68、76和78，則每毫升菌液中產(chǎn)黃青霉菌數(shù)量為_(kāi)________個(gè)，待完全發(fā)酵結(jié)束后，采用______________等方法將菌體分離。7.4×107過(guò)濾、沉淀活動(dòng)1

用葡萄生產(chǎn)葡萄醋的過(guò)程中，酒精發(fā)酵的質(zhì)量決定了醋的品質(zhì)。為了解酒精發(fā)酵進(jìn)程，可以在發(fā)酵過(guò)程中定期取樣，用____________的方法進(jìn)行菌落計(jì)數(shù)，評(píng)估菌株增殖狀況。選擇高產(chǎn)醋酸菌時(shí)，可將醋酸菌涂布培養(yǎng)在白色的CaCO3培養(yǎng)基上，并挑選_________________直徑的比值大的菌落作為發(fā)酵菌種，發(fā)酵菌種經(jīng)擴(kuò)大培養(yǎng)后再接種至酒醪中進(jìn)行發(fā)酵。若增加接種量和接種不同類型的醋酸菌，則可以加快產(chǎn)酸的進(jìn)程，并抑制_______________對(duì)發(fā)酵的影響，從而提高乙酸含量，使口感更純正。不同的人最后釀造出的葡萄糯米香醋口感不同，影響其風(fēng)味的因素可能有______________________________________________________________(寫(xiě)出兩點(diǎn)即可)。任務(wù)三關(guān)注影響發(fā)酵的因素，從不同方面增加產(chǎn)量稀釋涂布平板透明圈直徑與菌落(不耐酸等)雜菌菌種的類型、代謝特點(diǎn)，葡萄、糯米的品質(zhì)，發(fā)酵條件的不同等活動(dòng)2

在發(fā)酵工程中必須除去雜菌，分析其原因是什么。答案：雜菌易與生產(chǎn)菌種構(gòu)成競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，使發(fā)酵產(chǎn)品減少；有的雜菌能分解利用發(fā)酵產(chǎn)物，導(dǎo)致發(fā)酵產(chǎn)品減少?；顒?dòng)3

如果發(fā)酵產(chǎn)品是微生物細(xì)胞本身，可在發(fā)酵結(jié)束之后，采用____________等方法將菌體分離和干燥，即可得到產(chǎn)品。如果產(chǎn)品是代謝物，可根據(jù)產(chǎn)物的性質(zhì)采取適當(dāng)?shù)腳_________________措施來(lái)獲得產(chǎn)品。過(guò)濾、沉淀提取、分離和純化1．青霉菌處在葡萄糖濃度不足的環(huán)境中時(shí)，會(huì)通過(guò)分泌青霉素殺死其他細(xì)菌，以保證自身生存所需的能量供應(yīng)。目前已實(shí)現(xiàn)青霉素的工業(yè)化生產(chǎn)，關(guān)于該生產(chǎn)過(guò)程，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)A．發(fā)酵液中的碳源不宜使用葡萄糖B．可用深層通氣液體發(fā)酵技術(shù)提高產(chǎn)量C．選育出的高產(chǎn)菌株經(jīng)擴(kuò)大培養(yǎng)后才可接種到發(fā)酵罐中D．青霉素具有殺菌作用，因此發(fā)酵罐不需嚴(yán)格滅菌√D

解析：葡萄糖雖然能被青霉菌迅速利用，但葡萄糖濃度充足的環(huán)境不利于青霉菌合成青霉素，因此在青霉菌的發(fā)酵過(guò)程中，通常不選擇葡萄糖作為碳源，A正確；青霉菌的代謝類型為異養(yǎng)需氧型，深層通氣液體發(fā)酵技術(shù)可以提高溶解氧的濃度，有利于青霉菌的發(fā)酵，從而提高產(chǎn)量，B正確；選育出的高產(chǎn)青霉素菌株經(jīng)擴(kuò)大培養(yǎng)后，可以增加自身的濃度和純度，接種到發(fā)酵罐后能提高發(fā)酵的效率，C正確；為了防止細(xì)菌、其他真菌等微生物的污染，獲得純凈的青霉素，發(fā)酵罐仍需嚴(yán)格滅菌，D錯(cuò)誤。2．醬油起源于我國(guó)，至今已有數(shù)千年歷史。參與醬油釀造過(guò)程的微生物主要有米曲霉、酵母菌和乳酸菌等，在眾多微生物及其酶系的作用下，分解大豆、小麥中的蛋白質(zhì)、脂肪等有機(jī)物，最終形成具有特殊色澤和良好風(fēng)味的醬油。下圖是醬油發(fā)酵過(guò)程中主要微生物的數(shù)量變化，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)A．米曲霉產(chǎn)生的蛋白酶能將蛋白質(zhì)分解成小分子的肽及氨基酸B．在發(fā)酵初期乳酸菌含量較高，能抑制部分有害微生物的生長(zhǎng)C．在醬油發(fā)酵過(guò)程中，乳酸菌和酵母菌的關(guān)系表現(xiàn)為相互促進(jìn)D．某些代謝產(chǎn)物的抑制作用是后期酵母菌數(shù)量下降的原因之一√C

解析：制作醬油時(shí)，米曲霉等微生物產(chǎn)生的蛋白酶能將蛋白質(zhì)分解成小分子的肽和氨基酸，A正確；由題圖可知，在發(fā)酵初期乳酸菌含量較高，乳酸菌產(chǎn)生的乳酸可以抑制其他微生物的生長(zhǎng)，B正確；分析題圖可知，在0～40天，乳酸菌含量減少時(shí)，酵母菌的數(shù)量增加，由此可知乳酸菌和酵母菌的關(guān)系不是相互促進(jìn)的，C錯(cuò)誤；隨著發(fā)酵的進(jìn)行，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不斷被消耗，某些積累的代謝產(chǎn)物會(huì)抑制酵母菌的生長(zhǎng)繁殖，D正確。3．我國(guó)是名副其實(shí)的發(fā)酵大國(guó)，發(fā)酵工程在食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)及農(nóng)牧業(yè)等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。下列相關(guān)敘述不正確的是(

)A．利用黑曲霉將大豆原科中的蛋白質(zhì)水解，經(jīng)淋洗后可調(diào)制成醬油B．利用酵母菌等菌種的發(fā)酵工程生產(chǎn)的單細(xì)胞蛋白，可作為食品添加劑C．將乙型肝炎病毒的抗原基因轉(zhuǎn)入酵母菌中，再通過(guò)發(fā)酵可生產(chǎn)乙型肝炎疫苗D．利用發(fā)酵工程生產(chǎn)的微生物農(nóng)藥，可作為化學(xué)防治的重要手段√D

解析：以大豆為主要原料，利用產(chǎn)生蛋白酶的霉菌(如黑曲霉)，將原料中的蛋白質(zhì)水解成小分子的肽和氨基酸，然后經(jīng)淋洗、調(diào)制可以制成醬油產(chǎn)品，A正確；微生物含有豐富的蛋白質(zhì)，以淀粉或纖維素的水解液，制糖工業(yè)的廢液等為原料，通過(guò)發(fā)酵可獲得大量的微生物菌體，即單細(xì)胞蛋白，其中利用酵母菌等生產(chǎn)的單細(xì)胞蛋白可作為食品添加劑，B正確；可以將乙型肝炎病毒的抗原基因轉(zhuǎn)入酵母菌中，再通過(guò)發(fā)酵工程制備乙肝疫苗，C正確；微生物農(nóng)藥是利用微生物或其代謝物來(lái)防治病蟲(chóng)害的，是生物防治的重要手段，D錯(cuò)誤。4．谷氨酸鈉是味精的主要成分，工業(yè)生產(chǎn)中常用谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸，進(jìn)而獲得味精。下表是生物興趣小組探究發(fā)酵條件對(duì)谷氨酸棒狀桿菌數(shù)量和產(chǎn)物生產(chǎn)的影響。組別發(fā)酵條件谷氨酸棒狀桿菌繁殖速率單個(gè)菌體產(chǎn)谷氨酸量第一組通入無(wú)菌空氣C∶N＝3∶1較慢較多第二組通入無(wú)菌空氣C∶N＝4∶1較快較少請(qǐng)分析回答下列問(wèn)題：(1)發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)是__________________，生產(chǎn)谷氨酸所用的培養(yǎng)基應(yīng)能給谷氨酸棒狀桿菌提供主要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，包括無(wú)機(jī)鹽、碳源、____________、____________，且pH應(yīng)調(diào)節(jié)至__________。(2)為避免雜菌污染，發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸的設(shè)備和培養(yǎng)基都需經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的____________處理。發(fā)酵過(guò)程采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、控制發(fā)酵條件，根據(jù)上述探究可判斷，利用谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸過(guò)程中，最佳控制條件應(yīng)為

_________________________________________________________________________________________。(3)對(duì)谷氨酸棒狀桿菌進(jìn)行計(jì)數(shù)可采用__________________直接計(jì)數(shù)法。若取稀釋1000倍的發(fā)酵液0.1mL滴加到計(jì)數(shù)板上，計(jì)數(shù)室(容納液體總體積為0.1mm3)內(nèi)共有菌體48個(gè)，則發(fā)酵液中菌體的密度為_(kāi)___________個(gè)/mL，但理論上實(shí)際的活菌數(shù)應(yīng)____________(填“>”或“<”)該數(shù)值。解析：(1)發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)是發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵。生產(chǎn)谷氨酸所用的培養(yǎng)基