2018版高中生物 第3章 生物科學(xué)與工業(yè) 第1節(jié) 微生物發(fā)酵及其應(yīng)用學(xué)案 新人教版選修2.doc

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第1節(jié)　微生物發(fā)酵及其應(yīng)用 [課程目標(biāo)]導(dǎo)航 1.說出微生物發(fā)酵生產(chǎn)的基本過程。 2.舉例說出微生物發(fā)酵與食品生產(chǎn)的關(guān)系。 3.參與有關(guān)微生物發(fā)酵的調(diào)查活動(dòng)。 4.通過發(fā)酵工程發(fā)展的歷史，體驗(yàn)科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)三者間的緊密聯(lián)系和互動(dòng)。知識(shí)點(diǎn)1　發(fā)酵工程史話 [知識(shí)梳理] 1.四千年以前，我們的祖先就會(huì)利用微生物將谷物發(fā)酵成酒類。 2.1857年，法國微生物學(xué)家巴斯德用實(shí)驗(yàn)證明，酒精發(fā)酵是由活的酵母引起的。 3.1897年德國畢希納進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了酶在酵母發(fā)酵中的作用。 4.20世紀(jì)40年代初，弗洛里和錢恩與許多科學(xué)家合作，研究出大規(guī)模生產(chǎn)青霉素的方法。 5.20世紀(jì)50年代起，氨基酸發(fā)酵工業(yè)、酶制劑工業(yè)、多糖和維生素發(fā)酵工業(yè)相繼誕生。 6.20世紀(jì)70年代以后，獲得具有特殊生產(chǎn)能力的基因工程菌發(fā)酵產(chǎn)生胰島素、生長激素等。 [活學(xué)活用] 1.在將鮮牛奶制成酸奶的過程中，盛鮮奶的容器必須密封的主要原因是防止(　　) A.空氣進(jìn)入容器 B.產(chǎn)生的乳酸分解 C.水分過度蒸發(fā) D.灰塵掉入容器 思維導(dǎo)圖： 解析　酸奶中含有乳酸，而乳酸是無氧呼吸產(chǎn)物，有氧存在時(shí)會(huì)抑制乳酸的生成。故制酸奶時(shí)容器應(yīng)密封。 答案　A 歸納總結(jié)　發(fā)酵對(duì)周圍環(huán)境的物理和化學(xué)條件十分敏感，任何一種微生物發(fā)酵均需要適宜的溫度、pH、溶解氧、營養(yǎng)物質(zhì)等，保證最適的發(fā)酵條件是發(fā)酵成功獲得高產(chǎn)產(chǎn)品的關(guān)鍵。 2.下列不需要利用發(fā)酵工程的是(　　) A.生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白飼料 B.通過生物技術(shù)培育可移植的皮膚 C.利用工程菌生產(chǎn)胰島素 D.工廠化生產(chǎn)青霉素 思維導(dǎo)圖： 解析　生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白是利用發(fā)酵工程生產(chǎn)微生物菌體本身的過程。利用工程菌生產(chǎn)胰島素和工廠化生產(chǎn)青霉素是利用發(fā)酵工程。通過生物技術(shù)培育可移植的皮膚是利用細(xì)胞工程的動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)。 答案　B 反思領(lǐng)悟　發(fā)酵工程應(yīng)用已非常廣泛，現(xiàn)代發(fā)酵工程不但生產(chǎn)酒精類飲料、醋酸等，還生產(chǎn)胰島素、干擾素、生長激素、抗生素和疫苗等多種醫(yī)療保健藥物。 [歸納總結(jié)] (1)原始發(fā)展時(shí)期 人類有意無意地利用微生物已經(jīng)有幾千年的歷史，在長期的生產(chǎn)實(shí)踐中，積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。最初可能是人類發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)存水果會(huì)自然發(fā)酵變酒，而逐漸形成釀酒技術(shù)。相傳，在埃及和中亞兩河流域，在公元前40世紀(jì)至公元前30世紀(jì)已開始釀酒。我國利用微生物進(jìn)行谷物酒類發(fā)酵，至少是在四千年前的龍山文化時(shí)期。在夏禹時(shí)期已有了關(guān)于儀俠釀旨酒，夏少康(即杜康)造秫酒的記載。隨著社會(huì)的發(fā)展，又出現(xiàn)制醬和醬油、醋、泡菜、奶酒、干酪技術(shù)和面團(tuán)發(fā)酵。 這個(gè)時(shí)期，發(fā)酵技術(shù)原始，頂多是家庭小制作，技術(shù)進(jìn)步緩慢，完全是經(jīng)驗(yàn)式的。在幾千年的文明史中，人們只知道這樣做可以得到所需的東西，并不知道其中的原理。 (2)傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)時(shí)期 1857年法國微生物學(xué)家巴斯德通過實(shí)驗(yàn)證明了酒精發(fā)酵是由活的酵母引起的。1897年德國的畢希納進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，即使將酵母磨碎，仍然能使糖發(fā)酵形成酒精，他將這種具有發(fā)酵能力的物質(zhì)稱為酶。從而人們才開始了解發(fā)酵現(xiàn)象的本質(zhì)。 從19世紀(jì)末到20世紀(jì)30年代，隨著人們對(duì)微生物世界認(rèn)識(shí)的不斷深入和發(fā)展，利用微生物生產(chǎn)的新產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，例如，酒精、乳酸、面包酵母、丙酮、丁醇、檸檬酸、淀粉酶和蛋白酶等。這些產(chǎn)品的生產(chǎn)，采用開放式的發(fā)酵方式，生產(chǎn)過程較為簡單，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備要求不高，規(guī)模一般不大，因此被稱為傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)。 (3)現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)時(shí)期 1928年，弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉素能殺菌。青霉素的發(fā)現(xiàn)和工業(yè)化生產(chǎn)，給人們帶來巨大啟迪。不久，鏈霉素、金霉素、土霉素等相繼問世，從而興起了一個(gè)新的工業(yè)——抗生素工業(yè)。生產(chǎn)抗生素的經(jīng)驗(yàn)和設(shè)備很快被引用到其他發(fā)酵產(chǎn)品的生產(chǎn)上，極大地促進(jìn)了這些產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，從而形成了一個(gè)全新的產(chǎn)業(yè)——現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)。 20世紀(jì)50年代的氨基酸發(fā)酵工業(yè)，60年代的酶制劑工業(yè)，70年代的多糖、維生素發(fā)酵工業(yè)，70年代以后生物大分子發(fā)酵技術(shù)相繼誕生。這個(gè)時(shí)期生產(chǎn)技術(shù)要求高(由于多為好氧純種發(fā)酵，需要通入無菌空氣和保持無菌條件)；生產(chǎn)規(guī)模大(用于青霉素生產(chǎn)的攪拌通氣發(fā)酵罐的體積達(dá)到500 m3，單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)用的氣升式發(fā)酵罐已達(dá)到2 000 m3)；技術(shù)發(fā)展速度快。因此，菌種的生產(chǎn)能力大幅度提高，新產(chǎn)品、新技術(shù)、新設(shè)備的應(yīng)用達(dá)到前所未有的程度。 (4)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)時(shí)代 現(xiàn)在人們可以將源于動(dòng)物或植物，甚至源于人的基因轉(zhuǎn)移到諸如大腸桿菌、枯草桿菌、酵母菌等微生物中，獲得具有特殊生產(chǎn)能力的基因工程菌。由于基因表達(dá)的產(chǎn)物均為蛋白質(zhì)，因此在工業(yè)上利用基因工程菌大規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)品，主要是用于治療各種疾病的藥物，又稱為基因工程藥物(如人胰島素、人干擾素、人生長激素等，大約有40多種)，同樣也可以用于不同目的的酶(比如用于將葡萄糖轉(zhuǎn)化為高果糖糖漿的葡萄糖異構(gòu)酶，用于生產(chǎn)青霉素母核的青霉素酰化酶，用在洗衣粉中的堿性蛋白酶等等)。除了利用基因工程開發(fā)新的產(chǎn)品外，利用基因工程對(duì)傳統(tǒng)發(fā)酵和現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)上使用的菌種進(jìn)行改造，也獲得了巨大成功。知識(shí)點(diǎn)2　發(fā)酵生產(chǎn)過程探秘與食品生產(chǎn) [知識(shí)梳理] 1.發(fā)酵 是利用微生物在適宜的條件下，將原料經(jīng)過特定的代謝途徑轉(zhuǎn)化為人類所需要的產(chǎn)物的過程。 2.原理 不同的微生物具有產(chǎn)生不同代謝產(chǎn)物的能力。例如：谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵可以生產(chǎn)味精；黃色短桿菌發(fā)酵可以生產(chǎn)賴氨酸。 3.發(fā)酵過程 (1)選育菌種：可采用自然界選種、誘變育種、基因工程育種等。 (2)配制培養(yǎng)基：根據(jù)微生物的營養(yǎng)需要提供碳源、氮源、生長因子、無機(jī)鹽和水。 (3)滅菌：培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備均需嚴(yán)格滅菌。 (4)擴(kuò)大培養(yǎng)和接種：大規(guī)模生產(chǎn)中需要使菌種達(dá)到一定數(shù)量；將菌種接種到培養(yǎng)基上，接種時(shí)防止雜菌污染。 (5)發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵：要隨時(shí)檢測發(fā)酵進(jìn)程，要及時(shí)滿足營養(yǎng)需求，還要嚴(yán)格控制溫度、pH、溶解氧等發(fā)酵條件。 (6)分離、提純產(chǎn)物：如果產(chǎn)品是菌體，可采用過濾、沉淀等方法；如果產(chǎn)品是代謝產(chǎn)物，可采用提取、分離和純化措施來獲得產(chǎn)品。 4.生產(chǎn)日常食品 如饅頭、面包、腐乳、泡菜、葡萄酒等。 5.生產(chǎn)食品添加劑 如味精、醋、醬油等調(diào)味劑，各種食品營養(yǎng)增強(qiáng)劑，食品防腐劑，食品色素。 [活學(xué)活用] 1.19世紀(jì)初，德國一位科學(xué)家發(fā)明了微生物分離與純化技術(shù)，開創(chuàng)了人為控制微生物的時(shí)代。這位科學(xué)家是(　　) A.科赫 B.施萊登 C.施旺 D.達(dá)爾文 解析　1905年德國微生物學(xué)家科赫建立了微生物的培養(yǎng)技術(shù)，故選A。 答案　A 2.1857年，微生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)了發(fā)酵原理后才逐步形成了發(fā)酵工程，這位微生物學(xué)家是(　　) A.巴斯德 B.拉馬克 C.列文虎克 D.科赫 解析　1857年，微生物學(xué)家巴斯德通過實(shí)驗(yàn)證明酒精是由活的酵母引起的，發(fā)現(xiàn)了發(fā)酵的原理。 答案　A [歸納總結(jié)] 1.好氧微生物發(fā)酵生產(chǎn)的流程圖及其分析說明 (1)選育菌種 根據(jù)微生物遺傳變異的特點(diǎn)，人們在生產(chǎn)實(shí)踐中已經(jīng)試驗(yàn)出一套行之有效的微生物育種方法。主要包括自然選育、誘變育種、雜交育種、原生質(zhì)體融合、基因工程等。 (2)擴(kuò)大培養(yǎng) (3)配制培養(yǎng)基 在菌種確定之后，要根據(jù)培養(yǎng)基的配制原則，選擇原料制備培養(yǎng)基。培養(yǎng)基中應(yīng)包含微生物需要的營養(yǎng)物質(zhì)如碳源、氮源、生長因子、無機(jī)鹽和水等。 配制培養(yǎng)基的原則：目的明確、營養(yǎng)物質(zhì)協(xié)調(diào)、pH適宜。如培養(yǎng)基中C/N比影響代謝：C/N＝4時(shí)，細(xì)菌繁殖較快；真菌在C/N＝10時(shí)，生長較快。谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)時(shí)，C/N＝4時(shí)，菌體繁殖快、產(chǎn)物少；C/N＝3時(shí)，菌體繁殖慢、產(chǎn)物多。細(xì)菌適宜pH約為4.5～6.0。 (4)滅菌 現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)絕大多數(shù)采用單一菌種發(fā)酵，培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備都必須經(jīng)過嚴(yán)格的滅菌，并進(jìn)行無菌操作，一般采用高壓蒸汽滅菌法。 (5)接種 將多次擴(kuò)大培養(yǎng)后的菌種接入工業(yè)發(fā)酵罐中，菌種的體積與發(fā)酵罐的體積比約為1∶10。 (6)發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵 發(fā)酵過程中，要隨時(shí)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(jìn)程。還要及時(shí)添加必需的營養(yǎng)組分，以滿足微生物的營養(yǎng)需求。同時(shí)，要嚴(yán)格控制溫度、pH、溶解氧等發(fā)酵條件。這是因?yàn)榄h(huán)境條件的變化，不僅會(huì)影響微生物的生長繁殖，而且會(huì)影響微生物代謝產(chǎn)物的形成。 (7)分離、提純產(chǎn)物 將發(fā)酵液中的發(fā)酵產(chǎn)物進(jìn)行分離純化，是制取發(fā)酵產(chǎn)品不可缺少的階段。產(chǎn)品不同，分離提純的方法也不同。如果發(fā)酵產(chǎn)品是微生物細(xì)胞本身，可在發(fā)酵之后，采用過濾、沉淀等方法將菌體分離，干燥即可得到產(chǎn)品。如果產(chǎn)品是代謝產(chǎn)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。 2.影響發(fā)酵的因素 (1)菌種 發(fā)酵是利用微生物來生產(chǎn)產(chǎn)品，因此菌種至關(guān)重要。現(xiàn)在工業(yè)上用于生產(chǎn)青霉素的微生物主要是青霉菌，生產(chǎn)味精的微生物是谷氨酸棒狀桿菌，生產(chǎn)檸檬酸的微生物主要是黑曲霉。這是因?yàn)槊恳环N微生物的代謝特征不同，它們產(chǎn)生特定產(chǎn)物的能力也不同。為了利用發(fā)酵生產(chǎn)所需的產(chǎn)物，不是隨便拿來一個(gè)菌種就行。直接從自然界分離到的微生物不一定具有生產(chǎn)特定產(chǎn)物的能力，須在實(shí)驗(yàn)室里對(duì)幾百株、數(shù)千株微生物進(jìn)行篩選。 (2)純種發(fā)酵與滅菌 現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)絕大多數(shù)采用純種發(fā)酵，可以保證高產(chǎn)及生產(chǎn)過程和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。污染是發(fā)酵工業(yè)的大敵，它會(huì)使發(fā)酵失敗，造成巨大損失。因此，滅菌和無菌操作成為發(fā)酵工業(yè)的重要環(huán)節(jié)。 (3)發(fā)酵培養(yǎng)基 現(xiàn)在大規(guī)模工業(yè)發(fā)酵產(chǎn)品的生產(chǎn)，多采用液體培養(yǎng)基進(jìn)行深層發(fā)酵。使用的培養(yǎng)基必須滿足微生物細(xì)胞生長、繁殖的需要，因?yàn)闆]有大量的細(xì)胞就不可能產(chǎn)生大量的產(chǎn)物；但是細(xì)胞的過分生長會(huì)消耗大量的營養(yǎng)物，有時(shí)又會(huì)影響細(xì)胞的生產(chǎn)能力，會(huì)使產(chǎn)物的產(chǎn)量和產(chǎn)率下降。使用的培養(yǎng)基還必須有利于微生物大量合成產(chǎn)物。因此，培養(yǎng)基的組成十分關(guān)鍵。 (4)溫度對(duì)微生物生長的影響 溫度主要是通過影響微生物細(xì)胞內(nèi)生物大分子的活性來影響微生物的生命活動(dòng)。一方面，隨著溫度的升高，細(xì)胞內(nèi)的酶反應(yīng)速度加快；另一方面，隨著溫度的進(jìn)一步升高，生物活性物質(zhì)(蛋白質(zhì)、核酸等)發(fā)生變性，細(xì)胞功能下降，甚至死亡。所以，每種微生物都有最適生長溫度。 (5)pH對(duì)微生物生長的影響 培養(yǎng)基的pH對(duì)微生物生長的影響主要是引起細(xì)胞膜電荷變化，以及影響營養(yǎng)物離子化程度，從而影響微生物對(duì)營養(yǎng)物的吸收；pH也會(huì)影響生物活性物質(zhì)，如酶的活性。與溫度對(duì)微生物的影響類似，微生物存在最低生長pH、最適生長pH和最高生長pH。不同微生物對(duì)環(huán)境pH適應(yīng)的范圍不同。一般微生物生長的最適pH在4.0～9.0范圍內(nèi)。真菌生長的范圍寬，細(xì)菌較窄(pH在3.0～4.0范圍內(nèi))，細(xì)菌、放線菌一般適應(yīng)于中性偏堿性環(huán)境，而酵母菌、霉菌適應(yīng)于偏酸性環(huán)境。 (6)溶氧的影響 工業(yè)上大部分為好氧發(fā)酵，如抗生素、氨基酸、維生素、多糖、有機(jī)酸(細(xì)胞發(fā)酵生產(chǎn)乳酸例外)等發(fā)酵均需要往發(fā)酵液中通入無菌空氣，以滿足微生物生長代謝過程對(duì)氧的需求；而酒精、丙酮、丁醇和乳酸的細(xì)菌發(fā)酵為厭氧發(fā)酵，發(fā)酵過程不需要氧。 發(fā)酵工程在食品工業(yè)上的應(yīng)用十分廣泛，主要包括以下三方面。 ①生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品：如啤酒、果酒、白酒和食醋等，使產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)得到明顯的提高，特別是酒精飲料，是食品發(fā)酵工業(yè)中產(chǎn)量最大的一類產(chǎn)品。乳制品是僅次于酒精飲料的第二大食品發(fā)酵產(chǎn)品，其中酸奶是主要產(chǎn)品之一。 ②生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑(如下表)，改善了食品的品質(zhì)及色、香、味。 添加劑 舉例 酸味劑 蘋果酸、檸檬酸、乳酸 鮮味劑 肌苷酸、谷氨酸 色素 β胡蘿卜素、紅曲素 甜味劑 高果糖漿、甜菜糖 ③隨著人口的增長，糧食短缺已成為困擾人類的社會(huì)問題之一，而發(fā)酵工程的發(fā)展將為解決這一問題開辟新的途徑。研究表明，微生物中含有豐富的蛋白質(zhì)，如細(xì)菌的蛋白質(zhì)含量占細(xì)胞干重的60%～80%，酵母菌的蛋白質(zhì)含量占45%～65%，而且它們生長繁殖的速度很快。許多國家通過發(fā)酵獲得大量的微生物菌體，這種微生物菌體就叫單細(xì)胞蛋白。單細(xì)胞蛋白用作飼料，能使家畜、家禽增重快，使產(chǎn)奶或產(chǎn)蛋量顯著提高。用酵母菌等生產(chǎn)的單細(xì)胞蛋白可作為食品添加劑。最近國外市場上出現(xiàn)的一種真菌蛋白食品，就以其高蛋白、低脂肪的特點(diǎn)受到了消費(fèi)者的歡迎。 除以上所述，發(fā)酵工程在生產(chǎn)生物殺蟲劑、生物肥料和微生物除草劑等農(nóng)用生產(chǎn)物資以及在生物能源開發(fā)方面也發(fā)揮了重要作用。此外，發(fā)酵工程也應(yīng)用于生物冶金(如銅、鈾、鈷、錳等)。 [隨堂練習(xí)]鞏固 1.發(fā)酵工程的第一重要工作是選擇優(yōu)良的單一純種，消滅雜菌，獲得純種的方法不包括(　　) A.根據(jù)微生物對(duì)碳源需求的差別，使用含有不同碳源的培養(yǎng)基 B.根據(jù)微生物需要生長因子的種類，在培養(yǎng)基中增減不同的生長因子 C.根據(jù)微生物遺傳組成的差異，在培養(yǎng)基中加入不同比例的核酸 D.根據(jù)微生物對(duì)抗菌素敏感性的差異，在培養(yǎng)基中加入不同的抗菌素 解析　微生物生長所必需的營養(yǎng)物質(zhì)有碳源、氮源、無機(jī)鹽、水和生長因子，不同微生物對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的要求不同(水除外)，可以根據(jù)微生物的生長對(duì)碳源、氮源、無機(jī)鹽和生長因子的需求來配制特殊的選擇培養(yǎng)基，以便獲得單一的菌種；也可以根據(jù)微生物對(duì)不同抗菌素的敏感性的差異，加入不同的抗菌素來獲得單一的目的純種。核酸雖然是微生物的組成成分，但不是它們所需要的營養(yǎng)成分，微生物不會(huì)因?yàn)榕囵B(yǎng)基中加入的核酸不同，而培養(yǎng)出不同的物質(zhì)。 答案　C 2.下列不屬于發(fā)酵的是(　　) A.利用需氧型青霉菌生產(chǎn)青霉素 B.缺氧時(shí)人的組織細(xì)胞產(chǎn)生乳酸 C.利用酵母菌的無氧呼吸獲得酒精 D.利用乳酸菌制泡菜 解析　發(fā)酵是指在實(shí)際生產(chǎn)中，人們通過微生物的培養(yǎng)，大量生產(chǎn)各種代謝產(chǎn)物的過程。選項(xiàng)A、C、D是指分別通過培養(yǎng)青霉菌、酵母菌、乳酸菌獲得它們的代謝產(chǎn)物青霉素、酒精、乳酸的過程，符合發(fā)酵的概念。而B選項(xiàng)中雖有代謝產(chǎn)物乳酸，但它既不是微生物所為，也不存在培養(yǎng)微生物的過程，更不能用于生產(chǎn)，所以不屬于發(fā)酵。 答案　B 3.發(fā)酵工業(yè)常利用酵母菌發(fā)酵獲得酒精，那么酒精是酵母菌的(　　) A.有氧呼吸的產(chǎn)物 B.無氧呼吸的產(chǎn)物 C.單細(xì)胞蛋白 D.放線菌的代謝產(chǎn)物 解析　酵母菌無氧呼吸的反應(yīng)方程式為：C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋少量能量。 答案　B 4.下列關(guān)于滅菌和消毒的敘述中，不正確的是(　　) A.滅菌是指殺滅環(huán)境中的一切微生物的細(xì)胞、芽孢和孢子 B.消毒和滅菌實(shí)質(zhì)上是相同的 C.接種環(huán)用灼燒法滅菌 D.滅菌方法有加熱法、過濾法、紫外線法、化學(xué)藥品法等 解析　滅菌是指使用強(qiáng)烈的理化因素殺死物體內(nèi)外所有的微生物，包括芽孢和孢子；消毒和滅菌的實(shí)質(zhì)不同。 答案　B 5.在家中用鮮葡萄制作果酒時(shí)，正確的操作是(　　) A.讓發(fā)酵裝置接受光照 B.給發(fā)酵裝置適時(shí)排氣 C.向發(fā)酵裝置通入空氣 D.將發(fā)酵裝置放在45 ℃處 解析　果酒的制作原理是利用酵母菌進(jìn)行無氧呼吸產(chǎn)生酒精和二氧化碳。要想得到酒精，不能向發(fā)酵裝置內(nèi)通入空氣。酵母菌是異養(yǎng)型生物，不能直接利用光能。適宜的溫度是酵母菌生長和繁殖的必要條件，溫度為20 ℃左右時(shí)，最適合酵母菌生長繁殖。制作果酒過程中給發(fā)酵裝置適時(shí)排氣是為了放出產(chǎn)生的二氧化碳，維持裝置內(nèi)氣壓的平衡。 答案　B 6.下列關(guān)于發(fā)酵過程的敘述中，不正確的是(　　) A.對(duì)培養(yǎng)基滅菌是發(fā)酵生產(chǎn)中的一個(gè)很重要的環(huán)節(jié) B.隨時(shí)檢測影響發(fā)酵過程的各種環(huán)境條件，并予以控制，才能保證發(fā)酵的正常進(jìn)行 C.在發(fā)酵過程中，要嚴(yán)格控制溫度、pH、溶氧、通氣量與轉(zhuǎn)速等發(fā)酵條件，否則會(huì)影響菌種代謝產(chǎn)物的形成 D.發(fā)酵產(chǎn)品的分離方法是共同的 解析　不同的發(fā)酵產(chǎn)品其分離方法各不相同，有的需要過濾、沉淀，而有的則需進(jìn)行蒸餾、萃取或離子交換。 答案　D 7.嚴(yán)格控制發(fā)酵條件是保證發(fā)酵正常進(jìn)行的關(guān)鍵，直接關(guān)系到能否得到高品質(zhì)、高產(chǎn)量的產(chǎn)物。通常所指的發(fā)酵條件不包括(　　) A.溫度 B.溶解氧 C.pH D.酶濃度控制 解析　通常所指的發(fā)酵條件包括pH、溶解氧、溫度等。酶是微生物根據(jù)生命活動(dòng)的需要自發(fā)產(chǎn)生的，不屬于人為控制的發(fā)酵條件。 答案　D [課時(shí)作業(yè)]達(dá)標(biāo) 一、選擇題 1.下列不能用于菌種選育的是(　　) A.人工誘變 B.自然選育 C.基因工程育種 D.雜交育種 解析　菌種選育包括人工誘變、自然選育、基因工程育種等，雜交育種適用于有性生殖的生物。 答案　D 2.發(fā)酵工程的中心階段是(　　) A.菌種的選育 B.擴(kuò)大培養(yǎng)的接種 C.發(fā)酵過程 D.分離提純 答案　C 3.下列不屬于發(fā)酵工程產(chǎn)物的是(　　) A.目的基因 B.青霉素 C.激素 D.色素 答案　A 4.下列關(guān)于溫度對(duì)發(fā)酵過程的影響的敘述，不正確的是(　　) A.溫度過高，發(fā)酵周期縮短，產(chǎn)量降低 B.溫度不影響生物合成的途徑 C.溫度能影響菌種對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收 D.菌體生長和產(chǎn)物合成所需的最適溫度不一定相同 解析　發(fā)酵過程需要適宜的溫度，如果溫度過高，酶很快失活，菌體衰老，發(fā)酵周期就會(huì)縮短，產(chǎn)量也會(huì)降低；溫度能影響生物合成的途徑，這是因?yàn)樯锖铣蛇^程需要酶，不同酶的活性與溫度有關(guān)；菌種吸收營養(yǎng)物質(zhì)時(shí)，多數(shù)是主動(dòng)運(yùn)輸，需要呼吸作用提供能量，這與溫度有關(guān)；菌體生長和產(chǎn)物合成需體內(nèi)旺盛的代謝作基礎(chǔ)，而用于生長繁殖和代謝產(chǎn)物生成的酶不同，因此所需的最適宜的溫度也不一定相同。 答案　B 5.下列關(guān)于單細(xì)胞蛋白敘述，正確的是(　　) A.是從微生物細(xì)胞中提取的蛋白質(zhì) B.是通過發(fā)酵生產(chǎn)的微生物菌體 C.是微生物細(xì)胞分泌的抗生素 D.單細(xì)胞蛋白不能作為食品 解析　單細(xì)胞蛋白是利用淀粉或維生素的水解液、制糖工業(yè)的廢液、石化產(chǎn)品等為原料，通過發(fā)酵獲得大量的微生物菌體，所以不是特指微生物的某種蛋白質(zhì)或抗生素；單細(xì)胞蛋白含有豐富的蛋白質(zhì)，如真菌蛋白可作為食品。 答案　B 6.利用生物工程生產(chǎn)啤酒、味精、胰島素、酸奶的常用菌種分別是(　　) A.酵母菌、枯草桿菌、大腸桿菌、乳酸菌 B.酵母菌、大腸桿菌、青霉菌、乳酸菌 C.酵母菌、谷氨酸棒狀桿菌、大腸桿菌、乳酸菌 D.黃色短桿菌、酵母菌、大腸桿菌、乳酸菌 答案　C 7.在發(fā)酵過程中，可以通過下列哪一組方法實(shí)現(xiàn)對(duì)溶氧的控制(　　) ①添加酸或堿?、谡{(diào)節(jié)通氣量?、壅{(diào)節(jié)攪拌速度?、芴砑泳彌_劑 A.①② B.①④ C.②③ D.①②④ 答案　C 8.下列有關(guān)發(fā)酵罐中谷氨酸發(fā)酵的敘述，正確的是(　　) A.發(fā)酵中不斷通入空氣 B.攪拌的目的只是使空氣形成細(xì)小氣泡，增加培養(yǎng)液中的溶氧量 C.冷卻水可使酶活性下降 D.若培養(yǎng)條件不當(dāng)就不能得到所需產(chǎn)品 解析　發(fā)酵中應(yīng)通入無菌空氣。攪拌的目的有兩個(gè)：一是增加培養(yǎng)液中的溶解氧；二是使菌種與培養(yǎng)液充分接觸。發(fā)酵過程產(chǎn)生熱使溫度升高，不利于發(fā)酵。冷卻水的目的是使溫度降低，使發(fā)酵順利進(jìn)行。培養(yǎng)條件不當(dāng)?shù)貌坏剿璁a(chǎn)品。 答案　D 9.生物學(xué)家將大腸桿菌的質(zhì)粒取出，連接上人生長激素的基因以后，重新置于大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)，然后用這種帶有人生長激素基因的大腸桿菌進(jìn)行發(fā)酵，該處理過程在發(fā)酵中屬于(　　) A.菌種選育 B.擴(kuò)大培養(yǎng) C.接種 D.誘變育種 解析　發(fā)酵生產(chǎn)過程包括菌種選育、培養(yǎng)基的配制、滅菌、擴(kuò)大培養(yǎng)和接種、發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵和產(chǎn)品的分離、提純等。題中所述將大腸桿菌質(zhì)粒取出連接上人生長激素基因再重新置于大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)，然后用該菌進(jìn)行發(fā)酵，整個(gè)過程應(yīng)屬于利用基因工程手段培育發(fā)酵新菌種，即菌種選育過程。 答案　A 10.圖甲是果醋發(fā)酵裝置。發(fā)酵初期不通氣，溶液中有氣泡產(chǎn)生；中期可以聞到酒香；后期接種醋酸菌，適當(dāng)升高溫度并通氣，酒香逐漸變成醋香。圖乙中能表示整個(gè)發(fā)酵過程培養(yǎng)液pH變化的曲線是(　　) A.① B.② C.③ D.④ 解析　初期和中期酵母菌在無氧的條件下無氧呼吸產(chǎn)生酒精和二氧化碳，所以有酒香，氣泡是二氧化碳。后期通氣接種醋酸菌，醋酸菌利用產(chǎn)生的酒精生產(chǎn)醋酸，所以酒香變成了醋香，pH下降。 答案　B 11.用蔗糖、奶粉和經(jīng)蛋白酶水解后的玉米胚芽液通過乳酸菌發(fā)酵可生產(chǎn)新型酸奶，下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是(　　) A.蔗糖消耗量與乳酸生成量呈正相關(guān) B.酸奶出現(xiàn)明顯氣泡說明有雜菌污染 C.應(yīng)選擇處于對(duì)數(shù)期的乳酸菌接種 D.只有奶粉為乳酸菌發(fā)酵提供氮源 答案　D 12.在微生物培養(yǎng)過程中分別采用了高壓蒸汽滅菌、酒精擦拭、火焰灼燒等幾種不同的消毒或滅菌方法，這些方法可依次用于殺滅哪些地方的雜菌(　　) A.接種環(huán)、手、培養(yǎng)基 B.培養(yǎng)基、手、接種環(huán) C.手、培養(yǎng)基、接種環(huán) D.接種環(huán)、培養(yǎng)基、手 答案　B 13.下列關(guān)于發(fā)酵工程經(jīng)歷階段的描述，正確的是(　　) A.早期積累階段→中期發(fā)酵工業(yè)階段→現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)階段→創(chuàng)新發(fā)酵工業(yè)階段 B.原始發(fā)展階段→現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)階段→創(chuàng)新發(fā)酵工業(yè)階段→生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)階段 C.原始發(fā)展階段→傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)階段→現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)階段→生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)階段 D.原始發(fā)展階段→傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)階段→現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)階段→基因技術(shù)產(chǎn)業(yè)階段 解析　發(fā)酵工程經(jīng)歷了原始發(fā)展階段→傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)階段→現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)階段→生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)階段四個(gè)階段。 答案　C 二、非選擇題 14.下圖是發(fā)酵工程生產(chǎn)產(chǎn)品的流程圖，請據(jù)圖回答下列問題。 (1)能生產(chǎn)人生長激素的工程菌是通過①培養(yǎng)的，①是________；高產(chǎn)青霉素菌種是通過②培育的，②是________；③表示________。 (2)整個(gè)過程的中心階段是發(fā)酵，在此階段需隨時(shí)取樣檢測________等，以了解發(fā)酵進(jìn)程，還要及時(shí)添加必需的________，同時(shí)嚴(yán)格控制___________ _______________________________________。 (3)若④是單細(xì)胞蛋白，則④是________。氨基酸、維生素屬于⑤中的________產(chǎn)物。 答案　(1)基因工程　誘變育種　接種　(2)細(xì)菌數(shù)目和產(chǎn)物濃度　培養(yǎng)基組分　溶氧量、溫度、pH、通氣量及轉(zhuǎn)速等發(fā)酵條件　(3)微生物菌體　初級(jí)代謝 15.下圖是發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)圖，請據(jù)圖回答問題。 (1)影響發(fā)酵過程中溫度變化的因素是_____________________ _________________________________________________。 (2)發(fā)酵過程中pH變化的原因是______________________ __________________________________________________。 (3)攪拌器攪拌的作用是______________________________ __________________________________________________。 (4)若此裝置用于酵母菌發(fā)酵產(chǎn)生酒精，則通入無菌空氣進(jìn)口________(填圖中數(shù)字)的空氣關(guān)鍵要________。 (5)經(jīng)檢測若發(fā)現(xiàn)放料口排出的舊培養(yǎng)基中微生物細(xì)胞形態(tài)多樣，甚至出現(xiàn)畸形，則此時(shí)微生物的生長處于________期，加料口________(填圖中數(shù)字)添加新培養(yǎng)基的速度應(yīng)該適當(dāng)________。 (6)若該裝置現(xiàn)階段發(fā)酵的目的是擴(kuò)大培養(yǎng)生產(chǎn)酵母菌菌種，則應(yīng)盡可能延長________期，采取的主要措施為：加料和放料的速度都________，通入的無菌空氣成分中應(yīng)________，攪拌的速度適當(dāng)________。 答案　(1)微生物代射、機(jī)械攪拌、罐壁散熱、水分蒸發(fā)、冷卻水循環(huán)等　(2)營養(yǎng)物質(zhì)的消耗、代謝產(chǎn)物的積累　(3)增加溶氧，使菌種與培養(yǎng)基充分接觸，提高原料利用率　(4)④　除去氧氣　(5)衰亡?、佟〖涌? (6)對(duì)數(shù)　加快　有充足的氧氣　加快 16.葡萄發(fā)酵可產(chǎn)生葡萄酒，請利用相關(guān)的知識(shí)回答問題。 注：各發(fā)酵瓶的左側(cè)管為充氣管，右側(cè)管為排氣管。 (1)利用葡萄制作葡萄酒的過程中，發(fā)揮作用的微生物是________。 (2)該微生物通過無氧呼吸可分解________，產(chǎn)生的終產(chǎn)物是________和________。 (3)甲、乙、丙三位同學(xué)將葡萄榨成汁后分別裝入相應(yīng)的發(fā)酵瓶中，在溫度等適宜的條件下進(jìn)行發(fā)酵，如上圖所示。發(fā)酵過程中，每隔一段時(shí)間均需排氣一次。據(jù)圖分析，甲和丙同學(xué)的操作有誤，其中甲同學(xué)的錯(cuò)誤是________，導(dǎo)致發(fā)酵中出現(xiàn)的主要異?，F(xiàn)象是________________。丙同學(xué)的錯(cuò)誤是___________ ___________，導(dǎo)致發(fā)酵中出現(xiàn)的主要異?，F(xiàn)象是______________________。上述發(fā)酵過程結(jié)束后，甲、乙、丙同學(xué)實(shí)際得到的發(fā)酵產(chǎn)品依次是________、________、________。 (4)在上述制作葡萄酒的過程中，假設(shè)乙同學(xué)的某一步驟操作錯(cuò)誤導(dǎo)致發(fā)酵瓶瓶塞被沖開，該操作錯(cuò)誤是________。 解析　(1)在制作果酒的時(shí)候，常用酵母菌作菌種。(2)酵母菌進(jìn)行無氧呼吸時(shí)將葡萄糖分解為酒精和CO2。(3)甲同學(xué)未夾住發(fā)酵瓶的充氣管，發(fā)酵液會(huì)從充氣管流出，由于氧氣進(jìn)入，有氧條件下醋酸菌繁殖產(chǎn)生葡萄醋，使發(fā)酵液變酸。丙同學(xué)發(fā)酵液過多淹沒了排氣管口，排氣時(shí)發(fā)酵液會(huì)從排氣口沖出。由于乙、丙均為無氧環(huán)境，所以發(fā)酵產(chǎn)物為葡萄酒。(4)由于發(fā)酵產(chǎn)生的CO2會(huì)使瓶內(nèi)壓力升高，所以應(yīng)定期排氣。 答案　(1)酵母菌　(2)葡萄糖　乙醇　CO2　(3)未夾住發(fā)酵瓶的充氣管　發(fā)酵液從充氣管流出，發(fā)酵液變酸　瓶中發(fā)酵液過多，淹沒了排氣管在瓶內(nèi)的管口　排氣時(shí)發(fā)酵液從排氣管流出　葡萄醋　葡萄酒　葡萄酒　(4)未及時(shí)排氣