备课素材：发酵工程与传统发酵技术的区别-高二下学期生物人教版选择性必修3

发酵工程与传统发酵技术的区别高中生物学选择性必修三详细介绍了传统了酵技术，如果酒果醋的制作等，但对于发酵工程比较简略，如啤酒的生产。有些同学对于发酵工程与传统发酵技术的区别不是特别清楚。发酵工程是在传统发酵技术的基础上发展起来的，二者都是利用了微生物的作用。但又有显著区别：1.菌种：发酵工程是过微生物纯培养技术筛选或其他技术生产的优良菌种，大多是单一菌种；传统发酵技术是原材料中天然存在的混合菌种。2.发酵方式：发酵工程一般以液体发酵为主；传统发酵技术可以是液体发酵，如果醋制作，也有固体发酵，如腐乳制作。3.发酵条件的控制：发酵工程严格无菌操作，防止杂菌污染。通过现代工程技术对发酵条件精确地控制，使发酵条件处于最佳状态；传统发酵技术则不是无菌操作，容易受到杂菌污染。对发酵条件不能严格控制，易受外界条件（如温度、湿度、氧气等）影响。4.生产规模和产品：发酵工程生产规模大，实现了工业化生产。原料来源丰富，成本低，产物多样，产量高；传统发酵技术通常是家庭式或作坊式的，产量低，生产往往受季节和原料限制，产品风味及品种比较单一，质量不稳定。发酵工程比传统发酵技术应用要求更严格，如啤酒的工业化生产：(1)啤酒酵母菌：通过微生物培养技术筛选出的优良菌种，在接种前进行扩大培养，缩短生产周期。(2)焙烤温度不能过高，防止淀粉酶失活。(3)蒸煮后的糖浆一定要冷却后才能接种，防止高温杀死酵母菌。(4)发酵过程中注意控制好温度、pH、通气、发酵时间等。(5)接种前要对发酵罐进行灭菌，接种时要进行无菌操作，防止杂菌污染。例1.啤酒是以大麦为主要原料酿造的，如图是某种啤酒的生产流程，回答下列问题。(1)在酿造过程中需要将大麦种子进行发芽处理，此过程的目的是________________，麦芽经过焙烤、碾磨成_______。(2)经过糖化阶段，麦芽中的淀粉、蛋白质等大分子被分解成酵母菌可利用的可溶性小分子物质。糖化时温度的变化通常是由低温逐步升至高温，以防止__________________________。(3)在蒸煮阶段，要在糖浆中加入啤酒花并煮沸一定时间，不仅可以蒸发掉多余的水分，还可以起到__________作用。(4)在主发酵初期，往往先通入无菌空气，目的是__________________________，之后进行密封发酵。酒精就是在密封发酵期间产生的，写出反应简式：______________________________。(5)经过一段时间的后发酵，才能形成澄清、成熟的啤酒。后发酵期间糖类继续发酵，促进啤酒风味的成熟。影响啤酒风味的因素有__________________(写出两种即可)。解析：(1)大麦种子发芽处理的目的是释放淀粉酶。麦芽经过焙烤、碾磨成麦芽粉。(2)糖化时由低温逐步升至高温，以防止麦芽中淀粉酶等因高温而变性失活。(3)在蒸煮阶段，不仅可以蒸发掉多余的水分，还可以起到灭菌作用。(4)在主发酵初期，需要通入无菌空气，目的是增加酵母菌的数量，有利于密闭时获得更多的酒精产物，反应简式见答案。(5)影响啤酒风味的因素有酵母菌菌种、大麦品种、发酵时间、发酵温度等。答案：(1)释放淀粉酶麦芽粉(2)麦芽中淀粉酶等因高温而变性失活(3)灭菌(4)增加酵母菌的数量C6H12O6eq\o(→,\s\up7(酶),\s\do5())2C2H5OH＋2CO2＋能量(5)酵母菌菌种、大麦品种、发酵时间、发酵温度例2.谷氨酸棒状杆菌可用于微生物发酵工程生产谷氨酸，从而制作谷氨酸钠(味精)。如图为谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径，通过发酵工程可以大量生产谷氨酸。回答下列问题：(1)与酵母菌相比，谷氨酸棒状杆菌在结构上的显著特点是______________________；谷氨酸发酵的培养基成分有豆饼水解液、玉米浆、尿素、磷酸氢二钾、硫酸镁、生物素等，从物理性质看，该培养基属于__________培养基。(2)发酵过程中要测定谷氨酸棒状杆菌的数量，可采用的计数方法有显微镜直接计数法和____________，前者计数的结果比后者计数的结果值偏______(填“大”或“小”)，原因是__________________________________________________________。(3)由图可知，谷氨酸棒状杆菌体内若积累了较多的谷氨酸，则会抑制谷氨酸脱氢酶的活性，微生物这种对自身代谢速率的调节方式是__________。(4)谷氨酸棒状杆菌在发酵过程中要不断地通入无菌空气，并通过搅拌使空气形成细小的气泡，迅速溶解在培养液中，当培养基中碳氮比为4∶1时，菌体大量繁殖而产生的谷氨酸少；当碳氮比为3∶1时，菌体繁殖受抑制，但谷氨酸的合成量大增。在无氧条件下，谷氨酸棒状杆菌代谢产物是乳酸或琥珀酸。由此说明谷氨酸棒状杆菌的代谢类型是________________，由上述探究可知，通过发酵得到大量谷氨酸的发酵思路是_________________。解析：(1)谷氨酸棒状杆菌属于原核生物，酵母菌属于真核生物，谷氨酸棒状杆菌在结构上的显著特点是无核膜包被的细胞核。从物理性质看，谷氨酸发酵所用的培养基属于液体培养基。(2)测定谷氨酸棒状杆菌的数量可采用的计数方法有显微镜直接计数法和稀释涂布平板法。由于显微镜直接计数法中死菌和活菌一起计数，而稀释涂布平板法只计数活菌数，且可能有多个菌体形成一个菌落，因此显微镜直接计数法计数的结果比稀释涂布平板法计数的结果值更大。(3)据题图分析，当谷氨酸过量时，会抑制谷氨酸脱氢酶的活性，从而使谷氨酸含量下降，这种对自身代谢速率的调节方式是负反馈调节。(4)由题干信息分析可知，谷氨酸棒状杆菌的代谢类型是异养兼性厌氧型，通过发酵得到大量谷氨酸的发酵条件是不断向发酵液中通入无菌空气，在发酵液中碳氮比为4∶1中培养一段时间，使菌种大量繁殖，后将培养液的碳氮化改为3∶1，即可通过发酵得到大量谷氨酸。答案：(1)无核膜包被的细胞核液体(2)