資源簡介

選擇性必修第一章第3節　
發酵工程及其應用導學案
【學習目標】
1.能夠說出發酵工程的基本環節
2.能夠說出發酵工程在食品、醫藥、農牧業等方面的應用
【重點難點】
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
【探究案】
【任務驅動一】　
請根據發酵工程的基本環節和發酵罐的結構,思考回答下列問題。
發酵罐示意圖

1.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?

2.怎樣對發酵條件進行調控以滿足微生物的生長需要?

3.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?

【任務驅動二】　
發酵工程正滲透到幾乎所有的工農業領域,在助力解決糧食、環境、健康和能源等方面的重大問題上,做出了越來越大的貢獻。請思考回答以下問題。
利用微生物將纖維素發酵產生乙醇,和汽油按一定比例混合后形成乙醇汽油,請描述一下乙醇汽油的優點。
請列舉一下發酵工程在環境保護方面的其他應用。
3.請列舉一下發酵工程在其他行業中的應用。
【講練結合】
1．下列對發酵工程內容的敘述，正確的是（ ）
A．單細胞蛋白就是從人工培養的微生物菌體中提取的蛋白質
B．用誘變育種、細胞工程、基因工程等方法選育出性狀優良的工程菌并進行擴大培養
C．根據工程菌所需的營養精確地配制出合成培養基并進行嚴格地滅菌處理
D．人工控制微生物代謝的唯一措施是控制生產過程中的各種條件
2．為了改善食品品質和色、香、味及防腐與加工工藝的需要，人們在食品中加入一些化學合成或天然物質，這類物質被稱為食品添加劑，下列有關敘述錯誤的是（ ）
A．許多食品添加劑可以通過發酵工程生產，如檸檬酸可以通過黑曲霉的發酵制得
B．食品工業中，常用的著色劑有false胡蘿卜素，紅曲黃色素等
C．食品工業中，用來延長食品保質期的乳酸鏈球菌素、溶菌酶可通過發酵工程生產
D．食品添加劑不能增加食品的營養
3．下列不屬于發酵工程的應用的是（ ）
A．生產抗生素、維生素、藥用氨基酸等 B．生產啤酒、果酒和食醋等
C．化學檢測和水質監測 D．生產各種各樣的食品添加劑
4．培養過程中不希望培養液pH發生變化時，應該（ ）
A．加酸 B．加堿 C．加緩沖液 D．加無機鹽
5．發酵過程的滅菌范圍不包括（ ）
A．操作人員 B．培養基
C．發酵設備 D．發酵工程提供的空氣
6．關于菌種的選育不正確的是（ ）
A．自然選育菌種費時且盲目性大
B．誘變育種原理的基礎是基因突變
C．生產檸檬酸需要篩選產酸量高的酵母，在啤酒生產中，使用基因工程改造的啤酒酵母，可以加速發酵過程，縮短生產周期
D．采用基因工程的方法可構建工程菌
7．現在市場上流行一種“精釀”啤酒，它的制作工藝與普通啤酒有所不同，下列有關“精釀”啤酒和普通啤酒的敘述，不正確的是（ ）
A．“精釀”啤酒的原料和普通啤酒不同，“精釀”啤酒只使用麥芽、啤酒花、酵母菌和水，普通啤酒除了麥芽、啤酒花、酵母菌和水以外，還有玉米等物質
B．“精釀”啤酒由于原料主要是麥芽，麥芽汁的濃度較高，口味較為濃郁
C．“精釀”啤酒不添加食品添加劑，雖然產量低，價格高，但它也有一定的市場
D．“精釀”啤酒和普通啤酒樣可以直接放心飲用
8．下面是有關啤酒的工業化生產的流程。下列有關敘述不正確是（ ）
發芽→焙烤→碾磨→糖化→蒸煮→發酵→消毒→終止
A．啤酒的發酵過程包括主發酵和后發酵兩個階段
B．發芽的過程中大麥會產生淀粉酶，便于將大麥中的淀粉分解為葡萄糖進行酒精發酵
C．發酵的過程就是酵母菌進行有氧呼吸的過程
D．消毒的目的是殺死啤酒中的大多數微生物，以延長它的保存期
9．現代發酵工程常常利用計算機系統對發酵過程中的各種指標進行檢測和控制，關于發酵過程中發酵條件的描述，不正確的是（ ）
A．發酵過程中，由于微生物代謝產生的熱量和攪拌葉輪攪拌產生的熱量達到一定的數值時，可以通過溫度傳感器和控制裝置感受并控制冷水從進水口進入
B．冷水從發酵罐的下方進入從上方流出的目的是使冷卻更充分
C．在發酵過程中可能需要通過營養物質加入口加入酸或堿來調節發酵液的pH
D．培養液要一次性全部加入，在發酵過程中不能重新加入
10．苯酚是工業生產排放的有毒污染物質，自然界中存在著降解苯酚的微生物。某工廠產生的廢水中含有苯酚，為了降解廢水中的苯酚，研究人員從土壤中篩選獲得了只能降解利用苯酚的細菌菌株，篩選的主要步驟如下圖所示,①為土壤樣品。下列相關敘述錯誤的是（　　）
A．使用平板劃線法可以在⑥上獲得單個菌落
B．如果要測定②中活細菌數量,常采用稀釋涂布平板法
C．圖中②培養目的菌株的選擇培養基中應加入苯酚作為碳源
D．涂布平板法在③培養皿中長出的菌落數一定等于最初的活菌數
11．關于發酵過程產物檢驗的說法，正確的是（　?。?
A．果汁發酵是否產生酒精，可用NaOH來檢驗
B．檢驗醋酸產生的簡單易行的方法是品嘗或用pH試紙鑒定
C．在用比色法測定亞硝酸鹽含量時，可以不必配制標準顯色液
D．測定果酒、果醋的產生和亞硝酸鹽的含量均可用品嘗法
12．通過發酵罐發酵可大規模生產谷氨酸，生產中常用的菌種是好氧的谷氨酸棒狀桿菌。下面有關谷氨酸發酵過程的敘述，正確的是
A．溶氧充足時，發酵液中有乳酸的積累
B．發酵液中碳源和氮源比例的變化不影響谷氨酸的產量
C．菌體中谷氨酸的排出，有利于谷氨酸的合成和產量的提高
D．發酵液PH值呈堿性時，有利于谷氨酸棒狀桿菌生成乙酰谷氨酰胺
評卷人
得分
二、綜合題
13．圖甲為豆瓣醬中甜瓣子的生產工藝圖，圖乙為腐乳制作的實驗流程圖。請回答下列問題：
（1）圖甲中釀制甜瓣子利用的微生物主要是曲霉，獲得蠶豆瓣時，要選擇______的蠶豆，洗凈后浸泡，后蒸煮至軟而不爛。在制曲之前常向蠶豆瓣中添加一定量的淀粉，目的是為菌種提供______。發酵過程中，上層的醬發酵效果好于下層，因而常需要將下層的醬翻至上層，說明參與發酵的菌種屬于______（填“需氧型”或“厭氧型”）。
（2）圖乙中，將豆腐塊放在自然條件下即可長出毛霉，主要是因為______。配制鹵湯時，通常會加入一定量的酒，加酒的作用有______，加入的______也具有相似的作用。
（3）用蠶豆和豆腐等原材料制作甜瓣子和豆腐乳是因為其中富含蛋白質，在曲霉、毛霉中的蛋白酶和脂肪酶的作用下，蛋白質被分解為______，脂肪被分解為______，易于消化吸收。
14．閱讀下列關于能源、環境和農業生產方面的材料，回答相關問題：
材料Ⅰ：隨著能源和環境問題日益嚴峻，利用纖維素酶降解秸稈生產燃料乙醇，對緩解全球能源危機有著重大意義?？蒲腥藛T開展篩選、誘變及選育高產纖維素酶菌株的相關研究，過程如下圖。請回答：
（1）從物理狀態來看CMC平板屬于________培養基。富集培養后的菌種常采用__________法接種于CMC平板，培養一段時間后，可根據________初步鑒定并挑取產纖維素酶菌株XZ33。
（2）誘變選育高產纖維素酶的菌株時，通過向培養基中加入剛果紅染液篩選出______________與菌落直徑比大的菌落。
（3）圖是篩選獲得菌株UV－Co16過程中60Co－γ輻照劑量與致死率和正突變率(符合生產需要的突變菌數占誘變后活菌數的比例)的關系。實驗結果表明，用60Co－γ射線誘變處理時合適的輻照劑量為________。
材料Ⅱ：尿素是一種重要的農業氮肥、但尿素并不能直接被農作物吸收，只有當土壤中的細菌將尿素分解成氨之后，才能被植物利用。某課題小組從土壤中分離能夠分解尿素的細菌并進行計數的過程如下圖1所示，圖2是乙中的培養基配方。
（4）圖2所示培養基為微生物的生長提供碳源和氮源的分別是____________________。圖1中甲培養基與乙培養基的成分相比，唯一的區別是甲中培養基無瓊脂。在涂平板前需要對甲中的菌液進行稀釋，如何確定樣品的稀釋操作是否成功？_____________________。
（5）甲、乙培養基都是選擇培養基，如何確定該培養基能夠對土壤中微生物起到篩選作用？_______________________________________________________________________________。
（6）統計的菌落數往往比活菌的實際數目低，除了上述的活菌計數法外，____________也是測定微生物數量的常用方法。
15．為提高作物產量，種植業往往使用大量的氮素化肥，既增加了生產成本，又易造成環境污染。自生固氮菌營獨立生活，為改變這種現狀帶來了希望。某科研小組利用下面的培養基嘗試從土壤中分離固氮能力強的自生固氮菌，以便生產菌肥替代傳統化肥。清回答下列問題：
培養基配方表：
成分
葡萄糖
KH2PO4
MgSO4
NaCl
CuSO4
CaCO3
瓊脂
蒸餾水
用量
10g
0．2g
0．2g
0．2g
0．2g
5g
3．5g
IL
（1）配制培養基時，按配方表稱量、溶化、定容后需經_______法滅菌后再倒平板。此培養基能分離自生固氮菌的原因是______________。
（2）為分離純化自生固氨菌及觀察自生固氮菌的菌落特征，需將土樣經_________后，用滅菌后的____________（填接種工具名稱）采用________ 將菌液接種到平板上培養。
（3）已知固氮酶的化學本質為蛋白質，不同的蛋白質在不同濃度的鹽溶液中溶解度不同。為檢測分離得到的自生固氮菌的固氮酶活性?？蓪⒐痰毎扑楹蟛捎胈_______法分離出固氮酶，該方法的優點是_____________________。
（4）研究發現，土壤中碳含量降低，碳氮比低于40：1時，固氮菌的固氮作用迅速停止。因此純化后制作的優良菌肥最好與_________（填“ 氮肥”“磷肥”“鉀肥”或“有機肥”）配合施用。
參考答案
1．B
2．D
3．C
4．C
5．A
6．C
7．D
8．C
9．D
10．D
11．B
12．C
13．顆粒飽滿、新鮮無霉變 碳源（和能源） 需氧型 空氣中含有毛霉孢子 抑制微生物的生長，使腐乳具有獨特的香味 香辛料 小分子的肽和氨基酸 甘油和脂肪酸
14．固體 稀釋涂布平板法 菌落的特征 透明圈直徑 0.6KGy 葡萄糖、尿素 稀釋涂布后能得到菌落數目在30-300的平板（則說明稀釋操作比較成功） 將土壤稀釋液接種到牛肉膏蛋白胨培養基后生成的菌落數目明顯大于選擇培養基上菌落的數目（則說明該培養基能夠對土壤中微生物起到篩選作用） 顯微鏡直接計數
15．高壓蒸汽滅菌 該培養基無氮源，只有固氮菌才能在此培養基上生長 梯度稀釋 接種環（涂布器） 平板劃線法（稀釋涂布平板法） 鹽析 既能分離出固氮酶，又不會破壞固氮酶的結構而保持其活性 有機肥

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