新教材高中生物选择性必修3课件：1 3 发酵工程及其应用(人教版)

第3节

发酵工程及其应用1.掌握发酵工程的基本环节。2.理解发酵工程在食品工业、医药工业及其他工农业生

产上有重要的应用价值。学习目标发酵工程及其应用网络构建课时对点练内容索引发酵工程及其应用1.发酵工程的基本环节教材梳理预习新知夯实基础溶解氧营养反馈产物浓度营养组分溶解氧过滤干燥性质纯化2.发酵罐排气管排出口温度进入口空气3.发酵工程的应用(1)在食品工业上的应用①生产传统的发酵产品a.以

为主要原料，利用产生

的霉菌生产酱油。b.以谷物或

等为原料，利用酿酒酵母发酵生产各种酒类。②生产各种各样的食品添加剂食品添加剂可以增加食品的

，改善食品的

、色泽和品质，有时还可以延长食品的

。a.柠檬酸可以通过

的发酵制得。b.由

发酵可以得到谷氨酸，谷氨酸经过一系列处理就能制成味精。大豆蛋白酶水果营养口味保存期黑曲霉谷氨酸棒状杆菌③生产酶制剂常用酶制剂有α-淀粉酶、

、果胶酶、

和脂肪酶等。目前，已有50多种酶制剂成功用于食品的直接生产、改进

、简化生产过程、改善产品的

和口味、延长食品储存期和提高产品_____等方面。(2)在医药工业上的应用①发酵工程可以生产抗生素、

、激素和

等。②基因工程、

工程等的广泛应用给发酵工程制药领域的发展注入了强劲动力。β-淀粉酶氨基肽酶生产工艺品质产量氨基酸免疫调节剂蛋白质③应用实例a.生长激素释放抑制激素最初从

中提取，远远不能满足需要，利用经过

改造的微生物进行发酵生产，产量大幅提升，价格降为原来的几百分之一。b.将乙型肝炎病毒的抗原基因转入

，再通过发酵生产乙型肝炎疫苗。c.未来甚至还可能利用微生物来生产过去只能从植物中分离提取的

、

等化合物。羊脑基因酵母菌紫杉醇青蒿素前体(3)在农牧业上的应用①生产微生物肥料a.作用：利用微生物在代谢过程中产生的

、

等来增进土壤肥力，改良土壤

，促进植株生长。有的微生物肥料还可以抑制土壤中

的生长，从而减少病害的发生。b.类型：常见的有

肥和

肥等。②生产微生物农药a.原理：微生物农药利用微生物或

来防治病虫害。b.实例：苏云金杆菌可用来防治

多种农林虫害，利用

可以防治玉米螟、松毛虫等虫害；一种放线菌产生的抗生素——

可以用于防治水稻枯纹病。有机酸生物活性物质结构病原微生物根瘤菌固氮菌其代谢物80白僵菌井冈霉素③生产微生物饲料a.单细胞蛋白：以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵获得了大量的微生物

。b.在青贮饲料中添加乳酸菌，可以提高饲料的品质，使饲料

，动物食用后还能提高

。(4)在其他方面的应用①利用纤维废料发酵生产酒精、

等能源物质。②极端微生物的利用，如

、

可以用来生产洗涤剂，_____

有助于提高热敏性产品的产量。菌体保鲜免疫力乙烯嗜热菌嗜盐菌嗜低温菌(1)生产柠檬酸需要筛选产酸量高的乳酸菌(

)(2)谷氨酸的发酵生产在酸性条件下容易形成谷氨酰胺和N－乙酰谷氨酰胺(

)(3)发酵工程生产条件温和、原料来源丰富，但废弃物对环境污染很大，不易处理(

)(4)单细胞蛋白指通过发酵而获得的微生物菌体(

)判断正误×√×√探讨点发酵工程基本环节分析及应用1.微生物菌种资源丰富，选择发酵工程用的菌种时需要考虑的因素：能在低成本的

上生长，且大量高效地合成产物；发酵条件如

、

、

等易控制；遗传性能稳定；抗噬菌体及杂菌污染能力强等。核心探讨突破重难强化素养培养基温度pH溶解氧2.在进行发酵生产时，排出的气体和废弃培养液等能直接排放到外界环境中吗？为什么？提示不能。因为发酵过程可能产生一些有害物质，会污染环境。3.与传统的手工发酵相比，在啤酒的工厂化生产中，哪些工程手段使啤酒的产量和质量明显提高？提示菌种的选育、对原材料的处理、发酵过程的控制、产品的消毒等，都有助于提高啤酒的产量和品质。1.发酵工程的基本环节核心归纳基本环节主要方法及目的选育菌种选育方法：从自然界中筛选；诱变育种；基因工程育种扩大培养快速增加菌种数量配制培养基结合菌种的代谢特点配制培养基灭菌避免因杂菌污染而影响产品品质和产量接种将扩大培养后的菌种投放到发酵罐中发酵罐内发酵①监测并控制温度、pH、溶解氧等发酵条件，使发酵全过程处于最佳状态；②随时检测培养液中微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程，还要及时添加必需的营养组分等分离、提纯产物①若发酵产品是微生物细胞本身，采用过滤、沉淀等方法将菌体分离、干燥；②若发酵产品是代谢物，可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品2.啤酒的工业化生产流程1.发酵工程的正确操作过程是①发酵②培养基的配制③灭菌④产品的分离与提纯⑤菌种的选育⑥接种⑦扩大培养A.①③④⑤⑦②⑥ B.⑤⑦②③⑥①④C.②⑤⑦③①⑥④ D.⑥⑤⑦②④③①典题应用及时反馈知识落实√2.发酵工程广泛应用于多个行业，下列有关叙述错误的是A.黑曲霉可作为酿制酱油、生产柠檬酸的菌种B.啤酒酿制终止后，可得到啤酒、单细胞蛋白等产品C.用纤维废料发酵得到酒精，可减少环境污染、减缓能源短缺问题D.用液体培养基可大规模生产新冠病毒减毒疫苗√解析黑曲霉产生的蛋白酶可将大豆中的蛋白质分解为小分子的肽和氨基酸，进一步加工为酱油，柠檬酸也可通过黑曲霉发酵获得，A正确；啤酒酿制终止后，可通过过滤、沉淀等手段获得酵母细胞(单细胞蛋白)，将滤液加工后得到啤酒，B正确；纤维废料分解得到葡萄糖，其经过发酵得到酒精，既减少了环境污染，又减缓了能源短缺问题，C正确；新冠病毒减毒疫苗是新冠病毒经过减毒处理得到的，需用特定的动物细胞进行培养，病毒不能独立地在液体培养基中生长繁殖，D错误。网络构建课时对点练题组一发酵工程的基本环节1.现代发酵工程使用的大型发酵罐有计算机控制系统，能对发酵过程的一些指标进行监测和控制。下列指标无法监测的是A.菌体大小 B.pHC.溶解氧 D.温度对点训练123456789101112131415161718√2.下列关于发酵工程的说法不正确的是A.发酵过程中要随时检测培养液中的微生物数量B.发酵过程中要随时检测培养液中的产物浓度C.发酵过程中不需要再添加营养组分D.发酵过程中要严格控制温度、pH和溶解氧等1234567891011121315161718√14解析发酵过程中需要及时添加必需的营养组分。3.(2021·天津市第八中学高二月考)下列关于发酵工程的菌种说法错误的是A.发酵工程的菌种可以从自然界中筛选出来B.发酵工程可以利用原材料中含有的菌种C.发酵工程的菌种可以来自基因工程D.发酵工程的菌种可以来自诱变育种1234567891011121315161718√解析发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种，一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降，因此，培养基因和发酵设备都必须经过严格灭菌。故发酵工程的菌种不可以利用原材料中含有的菌种。发酵工程的优良性状的菌种可以从自然界中筛选出来，也可以通过诱变育种和基因工程育种获得。B错误。144.下列关于微生物发酵过程的说法，正确的是A.菌种选育是发酵工程的中心环节B.只要不断地向发酵罐中通入液体培养基，就能保证发酵的正常进行C.在发酵过程中，要严格控制温度、pH、溶氧、通气量与转速等发酵

条件，否则会影响菌种代谢产物的形成D.在发酵工程的发酵环节中，发酵条件会影响微生物的生长繁殖，但

是不影响微生物的代谢途径123456789101112131516171814√1234567891011121315161718解析发酵工程的内容包括菌种选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离提纯等方面。其中发酵过程是发酵工程的中心环节，A错误；发酵过程中应随时检测培养液中的细菌数目、产物浓度等，同时应对发酵过程中的一些条件进行控制才能保证发酵的正常进行，B错误；在发酵工程的发酵环节中，发酵条件不仅影响微生物的生长繁殖，也会影响微生物的代谢途径，D错误。145.某高校采用如图所示的发酵罐进行葡萄酒发酵过程的研究。下列叙述正确的是1234567891011121315161718A.为加快发酵速度，应使发酵液保持35℃的恒温B.给发酵罐适时排气，后期可缩短排气间隔时间C.可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度来决定

何时终止发酵D.若定期对培养液中酵母菌进行计数，只能采用

稀释涂布平板法14√解析酵母菌发酵的适宜温度为18～30℃，A错误；在发酵过程中需要给发酵罐适时排气，随着发酵过程的进行，产生的二氧化碳越来越少，后期可延长排气间隔时间，B错误；葡萄酒发酵的原料是糖类，因此可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度来决定何时终止发酵，C正确；1234567891011121315161718对酵母菌进行计数可以采用显微镜直接计数法和活菌计数法，因此，若定期对培养液中酵母菌进行计数，除采用稀释涂布平板法，还可以采用显微镜直接计数法，D错误。14题组二发酵工程的应用6.单细胞蛋白是指A.单个植物细胞培养得到的高纯度蛋白质B.通过发酵获得的大量微生物菌体C.单个细菌细胞分泌的蛋白质D.单个动物细胞培养得到的高纯度蛋白质123456789101112131516171814√7.目前发酵工程在医药工业上的应用还没有实现的是A.生产抗生素 B.生产免疫调节剂C.生产激素 D.生产紫杉醇1234567891011121315161718解析紫杉醇、青蒿素前体等化合物目前只能从植物体中分离提取，还不能用微生物来生产。14√8.以下属于酶制剂的应用的是①改进生产工艺②简化生产过程③改善产品品质和口味④延长食品储存期⑤提高产品产量⑥增加动物免疫力A.②③④⑤⑥ B.①②③④⑥C.①②③④⑤ D.①②③⑤⑥1234567891011121315161718√149.下列关于发酵工程在食品工业上应用的叙述，错误的是A.生产传统发酵产品，如利用产生蛋白酶的霉菌酿造酱油B.生产各种各样的食品添加剂，可以改善食品的口味但不能增加食品的

营养C.生产食品酸度调节剂，如柠檬酸可以通过黑曲霉的发酵制得D.生产酶制剂，少数酶制剂由动植物生产，绝大多数通过发酵工程生产1234567891011121315161718√1410.就当前的技术手段来说，利用基因工程培育的“工程菌”进行发酵，生产的产品有①石油②生长激素释放抑制激素③紫杉醇④磷脂⑤味精⑥重组乙肝疫苗A.③⑥ B.②⑥ C.①④ D.②⑤123456789101112131516171814√1234567891011121315161718解析石油是从地层中获得的，①不符合题意；生长激素释放抑制激素的化学本质是蛋白质，可以通过基因工程培育的“工程菌”发酵获得，②符合题意；紫杉醇是从植物组织中分离提取得到的，③不符合题意；磷脂广泛存在于各种细胞中，无需特意用“工程菌”生产，④不符合题意；味精的主要成分是谷氨酸钠，谷氨酸可以通过谷氨酸棒状杆菌发酵获得，⑤不符合题意；重组乙肝疫苗的化学本质是蛋白质，可以通过基因工程培育的“工程菌”发酵获得，⑥符合题意。1411.(2021·河北石家庄二中高二下期中)发酵工程的第一个重要工作是选择优良的单一纯种。消灭杂菌，获得纯种的方法不包括A.根据微生物遗传组成的差异，在培养基中加入不同比例的核酸B.根据微生物缺乏生长因子的种类，在培养基中增减不同的生长因子C.根据微生物对碳源需要的差别，使用含不同碳源的培养基D.根据微生物对抗生素敏感性的差异，在培养基中加入不同的抗生素综合强化1234567891011121315161718√14解析根据微生物遗传组成的差异，在培养基中加入不同比例的核酸(DNA和RNA)并不会直接影响到微生物自身的遗传组成，即使其被微生物利用，也是被分解为核苷酸后才能利用，所以培养基中加入不同比例的核酸，不会对微生物起选择作用，A错误。12345678910111213151617181412.关于发酵工程应用的说法错误的是A.发酵工程的产品可以是微生物的代谢产物B.通过发酵工程可以从微生物中提取一些酶C.通过发酵工程可以从微生物中提取单细胞蛋白D.发酵工程的产品可以是微生物的菌体123456789101112131516171814√解析单细胞蛋白本身就是微生物菌体，并不是微生物细胞的提取物，C错误。13.(2021·山东泰安市高二期中)由于发酵工程生产条件温和、原料来源丰富、价格低廉等，在食品工业、医药工业、农牧业等许多领域得到了广泛的应用。下列有关发酵工程在食品工业上应用的描述，正确的是A.日常生活中食用酱油的制作以大麦为主要原料，利用产蛋白酶的霉

菌的作用，将原料中的蛋白质分解成小分子的肽和氨基酸B.啤酒发酵的过程分为主发酵和后发酵两个阶段，其中，酵母菌的繁殖在

主发酵阶段完成，大部分糖的分解和代谢物的生成在后发酵阶段完成C.味精是由谷氨酸棒状杆菌发酵得到的谷氨酸经过一系列处理而获得的D.精酿啤酒发酵时间长、产量低、价格高，所以饮用更健康、保质期更长123456789101112131516171814√1234567891011121315161718解析制作酱油的主要原料是大豆，A错误；啤酒发酵的过程分为主发酵和后发酵两个阶段，但酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成都在主发酵阶段完成，主发酵结束后在低温、密闭环境下储存一段时间属于后发酵，B错误；味精的生产是谷氨酸棒状杆菌在有氧条件下发酵产生谷氨酸，谷氨酸经过一系列处理而获得的，C正确；精酿啤酒发酵时间长、产量低、价格高，但保质期更短(在发酵工艺上，精酿啤酒发酵完成后，不进行过滤和消毒处理)，D错误。14123456789101112131516171814.如图所示为面包霉体内合成氨基酸的途径。若在发酵工程中利用面包霉来大量合成氨基酸A，应采取的最佳措施是A.改变面包霉的细胞膜通透性B.在高温高压下进行发酵C.对面包霉进行诱变处理，选育出不能合成酶③的菌种D.对面包霉进行诱变处理，选育出不能合成酶②的菌种√1415.以下关于微生物饲料的叙述不正确的是A.酵母菌生产的单细胞蛋白可以作为食品添加剂B.用单细胞蛋白制成的微生物饲料，能使家畜、家禽增重快C.青贮饲料中添加乳酸菌可以提高饲料的品质，使饲料保鲜D.微生物饲料可以抑制病原微生物的生长，减少病害的发生1234567891011121315161718√14解析有些微生物肥料可以抑制土壤中病原微生物的生长，减少病害的发生，微生物饲料没有这方面的作用。16.下列关于发酵工程在其他方面的应用，叙述错误的是A.利用纤维蛋白废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质已取得成功B.发酵原料的改变对解决资源短缺与环境污染问题具有重要意义C.嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产洗涤剂D.嗜低温菌有助于提高热敏性产品的产量1234567891011121315161718√解析利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质已取得成功。1417.青霉素作为治疗细菌感染的药物，是20世纪医学上的重大发现，是抗生素工业的首要产品。[注：冷冻干燥孢子：在极低温度(－70℃左右)、真空干燥状态下保藏的菌种。米孢子：生长在小米或大米培养基上的孢子。]123456789101112131516171814据图回答下列问题：(1)目前发酵生产中常用的高产青霉素菌种是通过

方法选育的。据图可以判断青霉菌的代谢类型是

，生殖方式为

。123456789101112131516171814诱变育种(人工诱变)异养需氧型孢子生殖解析青霉素高产菌株是通过诱变育种获得的，原理是基因突变。青霉菌是需氧型生物，不能自己制造有机物，故代谢类型为异养需氧型。由图可知，青霉菌的生殖方式为孢子生殖。123456789101112131516171814(2)配制培养基时需要将其调节至

(填“酸性”“碱性”或“中性”)。种子罐2又叫繁殖罐，可推测②属于发酵工程中的

阶段。发酵罐接种

(填“前”或“后”)，必须进行灭菌处理。123456789101112131516171814酸性扩大培养前解析培养霉菌时需要将培养基调至酸性。发酵工程包括菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵、产品的分离和提纯等，种子罐2又叫繁殖罐，推测②属于发酵工程中的扩大培养阶段。为了避免杂菌污染，发酵罐接种前需要进行灭菌处理。12345678910111213151617181418.谷氨酸是生物体内一种重要的有机小分子，谷氨酸钠是它的钠盐，是味精等调味品的主要成分。目前利用微生物发酵生产的氨基酸中，谷氨酸是产量最大的种类之一。回答下列问题：(1)我国微生物发酵工程生产谷氨酸常用的菌种有谷氨酸棒状杆菌和黄色短杆菌，下列生物中与这些菌种在结构上存在明显区