資源簡介

1.3發酵工程及其應用的學案
【學習目標】
闡明發酵工程利用現代工程技術及微生物的特定功能，工業化生產人類所需產品。
核心素養：1.文化基礎：舉例說明發酵工程在醫藥、食品及其他工農業生產上有重要的應用價值。
2.自主發展：根據發酵產品和利用微生物的不同討論發酵工程中的發酵條件及控制方法。
3.社會參與：認可發酵工程在生產上的重要應用價值。
【學習重難點】
【教學重點】發酵工程的基本環節、發酵工程的應用。
【教學難點】發酵工程的基本環節。
【預習新知】
發酵工程的基本環節
1．發酵工程的定義
通過現代工程技術，利用微生物的特定功能，生產人類所需的產品的過程。發酵工程一般包括____________，擴大培養，培養基的配制、________，接種，________，產品的分離、提純等方面。
2．發酵工程的基本環節
(1)選育菌種：性狀優良的菌種可以從________中篩選出來，也可以通過________或____________獲得。
(2)擴大培養：工業發酵罐的體積很大，接入的菌種總體積也要較大，因此在發酵之前還需要對菌種進行________。
(3)配制培養基：在菌種確定之后，要選擇原料制備培養基。培養基的配方要經過________才能確定。
(4)滅菌：發酵工程中所用的菌種大多是單一菌種。一旦有雜菌污染，可能導致產量大大下降。因此，________和________都必須經過嚴格的滅菌。
(5)接種：擴大培養的菌種和滅菌后的________加入發酵罐中。大型發酵罐有計算機控制系統，能對發酵過程中的溫度、pH、溶解氧、罐壓、通氣量、攪拌、泡沫和營養等進行監測和控制。
(6)發酵罐內發酵：在發酵過程中，要隨時檢測培養液中的____________、________等，以了解發酵進程。還要及時添加必需的________，要嚴格控制________、________和溶解氧等發酵條件。
(7)分離、提純產物：如果發酵產品是微生物細胞本身，可在發酵結束之后，采用____________等方法將菌體分離和干燥得到產品。如果產品是代謝物，可根據產物的性質采取適當的____________措施來獲得產品。
答案：
1．菌種的選育　滅菌　發酵
2．(1)自然界　誘變育種　基因工程育種　(2)擴大培養　(3)反復試驗　(4)培養基　發酵設備　(5)培養基(6)微生物數量　產物濃度　營養組分　溫度　pH　(7)過濾、沉淀　提取、分離和純化
發酵工程的應用
發酵工程的特點：發酵工程有其生產條件 、原料來源 且價格 、產物 、廢棄物對環境的污染 和 等特點
啤酒的工業化生產流程：啤酒的工業化生產流程主要分為 和 兩個階段。具體為 ，焙烤， ， ，蒸煮，發酵， ，終止環節。
發酵工程的具體應用
應用領域 應用成果 實例
在食品工業上的應用 生產傳統發酵產品 、
增味劑、 、防腐劑等
生產酶制劑 加酶洗衣粉中的蛋白酶、脂肪酶等
在醫藥工業上的應用 將動植物目的基因轉移到 中，獲得具有某種藥物生產能力的微生物，通過發酵技術獲得所需藥物 胰島素、干擾素、紫杉醇等
將 直接改造，通過發酵技術獲得藥物 生長激素釋放抑制激素
將病原體的抗體基因轉入微生物中，或得表達產物即可作為疫苗使用
在農牧業上的應用 生產微生物肥料 、
用蘇云金桿菌防治農林害蟲；用白僵菌防治 、 等
單細胞蛋白作為食品添加劑；單細胞蛋白制成生物飼料等
【易錯提示】
關于發酵罐使用的三點提醒
(1)發酵罐在使用前要進行滅菌,培養基和發酵設備一般用蒸汽滅菌,空氣采用過濾的方法除菌。
(2)對于需氧發酵,為了防止雜菌污染,應該從空氣入口通入無菌空氣。
(3)攪拌的作用:
a.使空氣和發酵液充分混合,增加培養液中的溶解氧;
b.使菌種與培養液充分接觸,提高原料利用率。
【深化探究】
探討點一　發酵工程基本環節分析及應用：觀察分析教材第22、23頁圖19，思考回答下列問題： 1.完善發酵基本環節的流程圖。
2．微生物菌種資源豐富，選擇發酵工程用的菌種時需要考慮哪些因素？
提示：選擇發酵工程用的菌種時需考慮：能夠利用廉價的 ，簡單的 ，大量高效地合成產物；菌種改造的可操作性要強；遺傳性能要相對 ；生長速度 ，不易感染其他微生物或噬菌體等。
3．怎樣對發酵條件進行調控以滿足微生物的生長需要？
4．在產物分離和提純方面，發酵工程與傳統發酵技術相比有哪些改進之處？
提示：如果發酵產品是微生物細胞本身，可在發酵結束之后，采用 等方法將菌體從發酵液中分離出來。如果產品是代謝產物，可采用蒸餾、萃取、離子交換等方法進行提取。
5．在進行發酵生產時，排出的氣體和廢棄培養液等能直接排放到外界環境中嗎？為什么？
探討點二 啤酒的工業化生產流程2．觀察分析教材第24～25“思考·討論”
1.完成圖示變式訓練。
(1)將下列啤酒的工業化生產流程按照正確的順序排列 。
①發芽　②碾磨　③糖化　④發酵　⑤消毒　⑥焙烤　⑦蒸煮　⑧終止
(2)將啤酒的工業化生產流程各環節和對應的作用連線。
與傳統的手工發酵相比，在啤酒的工廠化生產中，哪些工程手段使啤酒的產量和質量明顯提高？
【鞏固訓練】
（一）鞏固訓練
1.某高校采用如圖所示的發酵罐進行葡萄酒主發酵過程的研究，下列敘述錯誤的是( )
A.夏季生產果酒時，常需對罐體進行降溫處理
B.乙醇為揮發性物質，故發酵過程中空氣的進氣量不宜太大
C.正常發酵過程中罐內的壓力不會低于大氣壓
D.可以通過監測發酵過程中殘余糖的濃度來決定何時終止發酵
2.下列與果酒、果醋和腐乳制作相關的敘述，正確的是( )
A.腐乳制作所需要的適宜溫度最高
B.果醋發酵包括無氧發酵和有氧發酵
C.使用的菌種分別是酵母菌、醋酸菌、乳酸菌
D.使用的菌種都具有細胞壁、核糖體、DNA和RNA
3.下列有關發酵工程實驗操作正確的是( )
A.在暴露于空氣的無氮培養基上生長出的都是固氮微生物
B.泡菜制作時鹽水浸沒菜料的主要目的是殺死菜料中的雜菌
C.血細胞計數板適用于酵母菌但不適用于細菌的數量測定
D.家庭制果酒和工業化啤酒生產都要嚴格對原料進行滅菌
4.山西老陳醋是中國四大名醋之一，素有“天下第一醋”的盛譽。為滿足食醋產量需求、縮短發酵周期，現代工業制醋一般采用人工選育的純培養的高產醋酸菌進行醋酸發酵，下列有關描述錯誤的是( )
A.純培養物是指由單一個體繁殖所獲得的微生物群體
B.細菌能在固體培養基上形成肉眼可見的有一定形態結構的菌落
C.通過檢測發酵液中的醋酸含量，篩選出高產醋酸菌并進行純化
D.為防止雜菌污染，醋酸菌的純化培養需要在密閉無菌條件下進行
5.啤酒是以麥芽汁為原料，經釀酒酵母發酵所得。根據發酵溫度和酵母菌種類的不同，分成了艾爾（Ale）和拉格（Lager）。上發酵（Ale）啤酒酵母在發酵罐頂端工作，溫度在10-20度，下發酵（Lager）啤酒酵母在發酵罐底部工作，溫度在10度以下。發酵流程一般都包含發芽、焙烤、碾磨、糖化、蒸煮、發酵、消毒、終止等流程。下列表述正確的是( )
A.用適量細胞分裂素溶液浸泡大麥種子可以有效促進大麥種子發芽
B.艾爾和拉格的釀酒酵母最適溫度不同，不同啤酒的風味組分與蒸煮時加入的啤酒花有關
C.焙烤是加熱殺死種子的胚，終止淀粉酶分解淀粉
D.麥芽汁為釀酒酵母提供碳源、氮源、水、無機鹽
6.在發酵工程誕生之前，葡萄酒、醋、泡菜等都是人們運用傳統的發酵技術制作而成的。下列有關傳統發酵技術的敘述正確的是( )
A.葡萄酒釀制過程必須不斷通入無菌空氣以保證酵母菌的活性
B.在果酒基礎上的果醋發酵過程中，可觀察到有大量氣泡產生
C.泡菜裝壇時應盡可能裝滿容器以保證乳酸菌無氧呼吸產生乳酸
D.傳統發酵產品均利用微生物的天然發酵能力，但需防止雜菌污染
7.“廁污一體化”治理模式目前在部分農村推廣，每戶配備污水收集桶。盥洗“灰水”收集沉淀后，可以沖洗廁所、澆花，廁污“黑水”通過化糞池沉淀、發酵處理后，用作農肥進行綜合利用，利用有機農家肥種植的黃瓜，產量更高，品質更好。下列說法錯誤的是( )
A.土壤中的微生物可以分解有機肥提高作物的光合速率
B.有機農家肥為黃瓜的生長提供了無機鹽和能源
C.沉淀、發酵處理能減少水體污染和疾病傳播
D.該治污模式能夠實現物質的良性循環，從而減少了廢物
8.米酒舊時稱酒釀，其乙醇含量極少，口味香甜醇美，深受人們喜愛。其現代工藝流程如圖所示，下列說法錯誤的是( )
A.蒸米和淋冷有利于根霉菌的糖化過程
B.根霉菌在細胞內利用淀粉酶分解淀粉
C.加酵母曲后需要控制通氣條件，以利于發酵
D.對發酵液進行滅菌有利于米酒的保存
9.四川產的郫縣豆瓣是中國頂尖調味料之一，有“川菜之魂”之稱，深受消費者喜愛，其制作技藝列入第二批國家級非物質文化遺產名錄。其制作流程如下：
回答下面相關問題：
（1）作郫縣豆瓣時，精選上等蠶豆，經沸水漂燙后放入冷水中浸泡冷卻一下，撈起濾掉水分。沸水漂燙、冷卻的目的分別是_____________、_____________。
（2）制曲時在米曲霉中按比例加入精面粉，拌合均勻。加入精面粉主要是為米曲霉的生長提供更多的_____________，加速制曲進程。然后將米曲霉與蠶豆瓣混合，攪拌均勻，放入竹簍，送入制曲房，使之發酵。大規模工業生產時，制曲房需要用排氣扇，使用排氣扇的目的是_____________（答出2點）。
（3）發酵形成的甜瓣子味鮮美，這是因為米曲霉大量分泌的蛋白酶將蛋白質分解為_____________。
（4）袋裝豆瓣醬在夏季氣溫高時容易發生脹袋，給產品品質造成巨大影響。引起脹袋的原因是_____________。
參考答案
1.答案：B
解析：生產果酒是利用酵母菌的無氧呼吸產生酒精的過程，酒精發酵時一般將溫度控制在18~30℃(18~25℃)，夏季溫度高，且發酵過程有熱量產生，故夏季生產果酒時，常需對罐體進行降溫處理，A項正確；在發酵產酒精過程中需保持無氧狀態，B項錯誤；酵母菌的呼吸過程會產生CO2，故正常發酵過程中罐內的壓力不會低于大氣壓，C項正確；可以通過監測發酵過程中殘余糖的濃度決定何時終止發酵，D項正確。
2.答案：D
解析：果酒制作需要的溫度是18~30 ℃,果醋制作需要的溫度是30~35 ℃,腐乳制作需要的溫度是15~18 ℃,所以果醋發酵所需要的溫度最高,A錯誤;醋酸菌為需氧型細菌,因此進行的是有氧發酵,B錯誤;果酒、果醋和腐乳制作所使用的菌種分別是酵母菌(真菌)、醋酸菌(細菌)和毛霉(真菌),它們均有細胞結構,都具有細胞壁、核糖體、DNA和RNA,C錯誤,D正確。
3.答案：C
解析：A、無氮培養基只能篩選出自生固氮微生物，因為自生固氮微生物能夠利用空氣中的氮氣作為氮源，但在無氮培養基上生長的微生物并不一定都是固氮微生物，A錯誤;
B、在泡菜制作過程中，鹽水需要浸沒全部菜料，主要目的是創造一個無氧的環境，有利于乳酸菌的發酵，B錯誤;
C、血細胞計數板適用于測定酵母菌等個體較大細胞，而不適用于細菌等個體較小的細胞的測定，C正確;
D、家庭制果酒利用的是葡萄表面附著的野生酵母菌，所以不能滅菌，D錯誤。
4.答案：D
解析：A、在微生物的培養過程中，由單一個體繁殖所獲得的微生物群體稱為純培養物，A正確；
B、細菌十分微小，必須借助光學顯微鏡或電子顯微鏡才能看清其形態和結構。要想用肉眼觀察到，必須培養成菌落。一個細菌繁殖后形成的肉眼可見的集合體——細菌菌落，B正確；
C、醋酸發酵的產物是醋酸，通過檢測發酵液中的醋酸含量，能夠篩選出高產醋酸菌并進行純化，C正確；
D、醋酸菌是好氧菌，純化培養需要在有氧無菌條件下進行，D錯誤。
故選D。
5.答案：B
解析：
6.答案：D
解析：葡萄酒釀制過程主要利用酵母菌的無氧呼吸，無需不斷通入空氣，A錯誤。醋酸菌利用酒精進行的果醋發酵過程中，一般無氣泡產生，B錯誤。泡菜裝壇時不能裝滿容器，防止發酵液等溢出，防止雜菌污染，C錯誤。
7.答案：B
解析：土壤微生物分解有機物產生CO2和無機鹽，為光合作用提供原料，可以提高作物光合速率，A正確。有機肥分解后可以為黃瓜的生長提供無機鹽，但是不能提供能源，B錯誤。污水物理沉淀可以提升水質，通過發酵可以殺死病原體，如寄生蟲、蟲卵等，減少疾病傳播，C正確。該治污模式用收集沉淀后的盥洗“灰水”澆花，將經沉淀、發酵處理的廁污“黑水”用作農肥，實現了物質的良性循環，從而減少了廢物，D正確。
8.答案：B
解析：據圖可知，加根霉曲使糯米糖化，蒸米和淋冷有利于根霉菌代謝，有利于糖化過程，A正確。根霉菌分泌的淀粉酶在細胞外將淀粉分解，B錯誤。加酵母曲后需要先通氣使酵母菌擴大繁殖，再提供無氧條件，使酵母菌進行酒精發酵， C正確。對發酵液進行滅菌有利于米酒的保存，D正確。
9.答案：（1）鑒別；將蛋白胨改成尿素；酚紅
（2）滅菌；消毒
（3）顯微鏡直接計數法
（4）BC

展開更多......

收起↑