(教用word)第1章 第3节 发酵工程及其应用-【提分教练】2022-2023学年新教材高中生物选择性必修3 生物技术与工程(人教版2019)

第3节　发酵工程及其应用 学习任务目标 1．运用分析与综合等方法，阐明发酵工程的概念和特点。 2．基于传统发酵到发酵工程的发展历程，认同发酵工程的发展离不开科技进步。 3．了解发酵工程在食品工业、医药工业、工农业生产上的应用实例，认同发酵工程的应用价值。 一、发酵工程 1．概念：利用微生物的特定功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品。它涉及菌种的选育和扩大培养、产物的分离和提纯等方面。 2．形成条件：对发酵原理的认识、微生物纯培养技术的建立，以及密闭式发酵罐的设计成功。 3．发酵工程的基本环节 选育菌种：可以从自然界中筛选出来，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得 　↓ 扩大培养：目的是获取更多的菌种 　↓ 配制培养基：在生产实践中，培养基的配方要经过反复试验才能确定 　↓ 灭菌：培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降 　↓ 　　接种：将菌种接种在发酵罐内 　↓ 发酵：是发酵工程的中心环节，发酵过程中要随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，还要及时添加必需的营养组分，严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件。环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，而且会影响微生物代谢物的形成 　↓ 若发酵产品是微生物细胞本身，发酵结束后采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥；若发酵产品是代谢物，可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施获得产品 4．发酵装置 二、发酵工程的应用 1．特点 (1)生产条件温和。 (2)原料来源丰富且价格低廉。 (3)产物专一。 (4)废弃物对环境的污染小和容易处理。 2．在食品工业上的应用 (1)生产传统的发酵产品，如酱油、各种酒类。 (2)生产各种各样的食品添加剂，如通过黑曲霉发酵制得的柠檬酸，由谷氨酸棒状杆菌发酵生产味精。 (3)生产酶制剂，如α­淀粉酶、β­淀粉酶、脂肪酶等。 3．在医药工业上的应用 (1)发酵工程可以生产抗生素、多种氨基酸、激素和免疫调节剂等。 (2)基因工程与发酵技术相结合生产所需要的产品。 4．在农牧业上的应用：主要表现在生产微生物肥料、微生物农药、微生物饲料等方面。 5．在其他方面的应用 (1)对解决资源短缺与环境污染问题具有重要意义。 (2)极端微生物的应用。 (3)发酵工程渗透到几乎所有的工农业领域。 发酵工程 发酵工程是指采用现代工程技术，利用微生物给人类生产有用的产品，下图为发酵工程的基本环节。据此探究下列问题： 探究1．图中育种方式中，哪一育种方式可定向培育优良菌种？ 提示：基因工程育种。 探究2．扩大培养与发酵生产过程中的培养条件是否一定相同？ 提示：扩大培养是为了让菌体在短时期内快速增殖，而发酵过程中的培养是为了获得代谢产物，目的不同采用的培养条件就有可能不同。例如：在酒精发酵过程中，扩大培养是为了促使酵母菌快速增殖，因此在有氧条件下进行。而在发酵生产酒精的过程中则必须在无氧条件下进行，以获得大量的酒精。 探究3．发酵罐中的搅拌叶轮可能起到什么作用？ 提示：使菌体与营养物质充分接触；增加溶氧量。 (2021·全国乙卷)工业上所说的发酵是指微生物在有氧或无氧条件下通过分解与合成代谢将某些原料物质转化为特定产品的过程。利用微生物发酵制作酱油在我国具有悠久的历史。某企业通过发酵制作酱油的流程示意图如下。 回答下列问题： (1)米曲霉发酵过程中，加入大豆、小麦和麦麸可以为米曲霉的生长提供营养物质，大豆中的________可为米曲霉的生长提供氮源，小麦中的淀粉可为米曲霉的生长提供________。 (2)米曲霉发酵过程的主要目的是使米曲霉充分生长繁殖，大量分泌制作酱油过程所需的酶类，这些酶中的________、________能分别将发酵池中的蛋白质和脂肪分解成易于吸收、风味独特的成分，如将蛋白质分解为小分子的肽和________。米曲霉发酵过程需要提供营养物质、通入空气并搅拌，由此可以判断米曲霉属于________(填“自养厌氧”“异养厌氧”或“异养好氧”)微生物。 (3)在发酵池发酵阶段添加的乳酸菌属于________(填“真核生物”或“原核生物”)；添加的酵母菌在无氧条件下分解葡萄糖的产物是________。在该阶段抑制杂菌污染和繁殖是保证酱油质量的重要因素，据图分析该阶段中可以抑制杂菌生长的物质是________(答出1点即可)。 解析：(1)大豆中含有丰富的蛋白质，可为微生物的生长繁殖提供氮源。小麦中的淀粉可以为微生物的生长繁殖提供碳源。(2)米曲霉在发酵过程中产生的蛋白酶能将蛋白质分解为小分子的肽和氨基酸，产生的脂肪酶能将脂肪分解为甘油和脂肪酸，使发酵的产物具有独特的风味。米曲霉发酵时需要利用现有的有机物和需要氧气，说明其代谢类型是异养好氧型。(3)乳酸菌没有核膜包被的细胞核，属于原核生物。酵母菌属于兼性厌氧型