傳統(tǒng)發(fā)酵技術的應用與發(fā)酵工程【知識精研+拓展提升】 高考生物一輪復習 課件

01發(fā)酵工程02細胞工程03基因工程04生物技術的安全性與倫理問題第40講

傳統(tǒng)發(fā)酵技術的應用與發(fā)酵工程從傳統(tǒng)發(fā)酵技術到發(fā)酵工程科學家發(fā)現(xiàn)了酶在酵母菌發(fā)酵中的作用，之后微生物的分離和純化技術得到了應用。1897年用微生物生產(chǎn)谷氨酸獲得成功，酶制劑、多糖、維生素發(fā)酵工業(yè)興起。1957年科學家開始運用數(shù)學、動力學、化學工程原理以及計算機技術對發(fā)酵過程進行綜合研究。20世紀80年代以后法國微生物學家巴斯德通過實驗證明酒精發(fā)酵是由活的酵母菌引起的，從而將酵母菌與發(fā)酵聯(lián)系起來。1857年利用發(fā)酵工程大規(guī)模生產(chǎn)青霉素，隨著鏈霉素、金霉素和土霉素等抗生素的發(fā)現(xiàn)及生產(chǎn)，抗生素發(fā)酵工業(yè)興起。20世紀40年代基因工程。細胞工程等發(fā)展，人胰島素和干擾素大量生產(chǎn)。20世紀70年代以后190019401960185019801970約9000年前我們祖先就會利用微生物將谷物、水果發(fā)酵為含酒精的飲料。究竟什么是發(fā)酵呢？(教材P5黑體字)閱讀教材P4-8，列表梳理下列問題：1.發(fā)酵的概念；2.什么是傳統(tǒng)發(fā)酵技術？傳統(tǒng)發(fā)酵技術的特點有？3.乳酸菌的代謝類型？乳酸發(fā)酵的反應式？常見的乳酸菌有？乳酸菌發(fā)酵的應用4.酵母菌的代謝類型？酒精發(fā)酵的反應式？酵母菌最適生長溫度？酵母菌發(fā)酵的應用5.醋酸菌的代謝類型？醋酸發(fā)酵的反應式（糖源充足、不足情況下）？醋酸菌最適生長溫度？醋酸菌發(fā)酵的應用考點一：傳統(tǒng)發(fā)酵技術的應用1、發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術②操作簡單易上手，有利于傳承文化③生產(chǎn)條件不易控制，容易受雜菌污染，生產(chǎn)效率低傳統(tǒng)發(fā)酵技術直接利用原材料中天然存在的微生物，比如前一次發(fā)酵保存下來的面團、鹵汁等發(fā)酵物中的微生物。(教材P5第二自然段)定義腐乳醋醬油豆豉泡菜

常見傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品：①直接利用原材料中天然存在的微生物

特點

：菌種名稱生物分類代謝類型適宜溫度繁殖方式發(fā)酵對氧的需求乳酸菌酵母菌醋酸菌真核生物異養(yǎng)兼性厭氧出芽生殖

前期需氧，后期不需氧原核生物異養(yǎng)需氧30—35℃二分裂一直需氧原核生物異養(yǎng)厭氧二分裂密閉厭氧18—30℃18—20℃反應式C2H5OH+O2→CH3COOH（醋酸）+H2O+能量酶②-1酵母菌先在有氧條件下大量繁殖②-2再在無氧條件下進行酒精發(fā)酵C6H12O6+6O2+6H2O→6CO2+12H2O+能量酶C6H12O6→2C2H5OH（酒精）+2CO2+能量酶③-1醋酸菌在氧氣、糖源充足時,將糖分解成醋酸C6H12O6+2O2→2CH3COOH+2CO2+2H2O+能量酶③-2當缺少糖源時，將乙醇變?yōu)橐胰?，再將乙醛變?yōu)榇姿幄偃樗峋跓o氧條件下將糖分解成乳酸C6H12O6→2C3H6O3（乳酸）+能量酶2.常見微生物及代謝產(chǎn)物閱讀教材P4-8，梳理下列問題：6.腐乳制作原理；參與的微生物有？7.制作泡菜：①泡菜的口味、品質最佳時期？②如何配置鹽水？為什么要將鹽水煮沸？煮沸后為什么冷卻后再用？③加入鹽水的目的？加入蒜瓣、生姜及其他香辛料的目的？（調味、抑制雜菌生長）④用水密封泡菜壇的目的？泡菜壇只裝八成滿的原因？⑤為什么泡菜壇內有時會長一層白膜？（產(chǎn)膜酵母菌的繁殖）⑥分析泡菜發(fā)酵過程中，乳酸菌數(shù)量、乳酸含量的變化及亞硝酸鹽的含量。8.制作果酒和果醋：①器具消毒方法？如何處理新鮮葡萄？②將葡萄汁裝入發(fā)酵瓶中，留有大約1/3的空間的目的？③果酒發(fā)酵的溫度控制在？發(fā)酵時間為？每隔12h將瓶蓋擰松一次的目的？④醋酸發(fā)酵溫度是？時間為？發(fā)酵完成后液面出現(xiàn)一層菌膜是醋酸菌膜。考點一：傳統(tǒng)發(fā)酵技術的應用果酒果醋腐乳泡菜微生物原理反應條件反應式檢測方法酵母菌醋酸菌主要毛霉乳酸菌酵母菌的無氧呼吸產(chǎn)生酒精18~30℃，初期需氧，后期無氧重鉻酸鉀與其反應呈灰綠色醋酸菌的有氧呼吸產(chǎn)生醋酸30~35℃，通入氧氣品嘗、pH試紙檢測豆腐中的蛋白質被分解成小分子的肽和氨基酸15～18℃接種，酒精含量控制在12％左右乳酸菌無氧呼吸產(chǎn)生乳酸常溫，無氧條件pH檢測，亞硝酸鹽的檢測方法C6H12O6→2C2H5OH（酒精）+CO2+能量C6H12O6+2O2→2CH3COOH（醋酸+2H2O+2CO2+能量C2H5OH+O2→CH3COOH（醋酸+H2O+能量C6H12O6→2C3H6O3（乳酸）+能量3.傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品的制作用清水和食鹽配制質量百分比為5%-20%的鹽水，并將鹽水煮沸，冷卻待用；4.泡菜的制作過程將冷卻好的鹽水緩緩倒入壇中，使鹽水沒過菜料，蓋好壇蓋；配制鹽水原料處理、蔬菜裝壇加鹽水封壇發(fā)酵向壇蓋邊緣的水槽中注滿水，并在發(fā)酵過程中注意經(jīng)常向水槽中補充水；根據(jù)室內溫度控制發(fā)酵時間；將新鮮蔬菜洗凈，切成塊狀或條狀，混合均勻，晾干后裝入泡菜壇內；裝至半壇時，加入蒜瓣、生姜及其他香辛料，繼續(xù)裝至八成滿；過高：乳酸發(fā)酵受抑制，泡菜風味差；過低：雜菌易繁殖，導致泡菜變質。殺菌除氧創(chuàng)造無氧環(huán)境在泡菜發(fā)酵初期，酵母菌等較為活躍，發(fā)酵產(chǎn)物中有較多的CO2，防止發(fā)酵液溢出壇外；防止因裝太滿使鹽水未完全淹沒菜料而導致菜料變質腐爛；同時留有一定空間，也更方便拿取泡菜。5.果酒和果醋的制作過程將發(fā)酵瓶、榨汁機等器具用洗潔精清洗干凈，并用體積分數(shù)為70%的酒精消毒，晾干備用;用榨汁機榨取葡萄汁，將葡萄汁裝入發(fā)酵瓶（注意：要留有大約1/3的空間），蓋好瓶蓋;將溫度控制在18-30℃進行發(fā)酵，在發(fā)酵過程中，每隔12h左右將瓶蓋擰松一點（注意：不是打開瓶蓋），此后再擰緊瓶蓋。發(fā)酵時間為10-12d?？赏ㄟ^從發(fā)酵瓶口取樣來對發(fā)酵的情況進行檢測。取新鮮葡萄，用清水沖洗1-2次，再去除枝梗和腐爛的籽粒，瀝干;去除表面灰塵、污物避免葡萄破損，減少被雜菌污染的機會先讓酵母菌進行有氧呼吸，快速繁殖，耗盡O2后，再進行酒精發(fā)酵；防止發(fā)酵過程中產(chǎn)生的CO2造成發(fā)酵液溢出。防止野生菌種數(shù)量減少，影響發(fā)酵排出氣體防止雜菌污染器具消毒沖洗葡萄榨汁裝瓶果酒發(fā)酵果醋發(fā)酵當葡萄酒制作完成后，打開瓶蓋，蓋上一層紗布，進行葡萄醋的發(fā)酵。發(fā)酵溫度為30-35℃，時間為7-8d。空氣中的醋酸菌會進入果酒發(fā)酵液中大量繁殖泡菜發(fā)酵過程中，乳酸菌、乳酸和亞硝酸鹽的含量變化時期乳酸菌乳酸亞硝酸鹽發(fā)酵前期發(fā)酵中期發(fā)酵后期變化曲線少（O2抑制乳酸菌活動）少增加（硝酸鹽還原菌的作用）最多（乳酸菌比其他雜菌更耐酸。乳酸積累，抑制其他菌活動）增多達到最多后開始下降（硝酸鹽還原菌受抑制，部分亞硝酸鹽被分解）減少（乳酸積累，pH下降，抑制乳酸菌活動）繼續(xù)增多，最后保持穩(wěn)定下降至保持相對穩(wěn)定（硝酸鹽還原菌被完全抑制）重難盲點·講練疏通果酒制作發(fā)酵裝置及各部件的作用1.下列有關泡菜制作的敘述錯誤的是（

）A.發(fā)酵是利用微生物生產(chǎn)所需代謝產(chǎn)物的一種生產(chǎn)方式，通常說的乳酸菌發(fā)酵是厭氧發(fā)酵。B.乳酸菌是嚴格厭氧菌，無氧呼吸產(chǎn)物是乳酸與CO2。

C.乳酸菌與酵母菌在結構上的主要差異是前者沒有核膜、核仁。D.腌制泡菜時的溫度、食鹽用量和發(fā)酵時間均會影響泡菜的品質。E.泡菜壇的選擇、發(fā)酵過程中壇沿要注滿水都有利于泡菜的無氧發(fā)酵 F.泡菜制作過程可以隨時取出食用不同酸味的泡菜。G.制作泡菜過程中，有機物的干重和種類將減少。H.在發(fā)酵過程中，雜菌數(shù)目的減少使乳酸菌與雜菌的種間競爭減弱，因此乳酸菌數(shù)目一直增多BFGH鞏固練習2.下列有關果酒和果醋制作的敘述錯誤的是（

）

A.在葡萄酒的自然發(fā)酵中，需要人工添加酵母菌種 B.在果酒發(fā)酵后期，擰開瓶蓋的間隔時間可延長C.果醋發(fā)酵時，發(fā)酵液產(chǎn)生的氣泡量明顯少于果酒發(fā)酵時D.果酒發(fā)酵時，每日放氣需迅速，避免空氣回流入發(fā)酵容器E.乙醇既可作為醋酸發(fā)酵的底物，又可以抑制雜菌繁殖F.果酒發(fā)酵接入醋酸桿菌進行果醋發(fā)酵后，應適當升高發(fā)酵溫度G.紅葡萄酒中的紅色是紅葡萄皮中的色素進入發(fā)酵液產(chǎn)生的。H.酵母菌和醋酸桿菌均以有絲分裂的方式進行增殖ADH鞏固練習3.圖甲、圖乙為生物學實驗常用的裝置示意圖，其均可作為發(fā)酵裝置。下列說法錯誤的是A．甲裝置可用于制備果酒，但不適宜用于制備果醋B．若用甲裝置制備果酒，過一段時間需要將瓶蓋擰松放氣再擰緊C．若用乙裝置制備果酒并將d管連通裝有澄清石灰水的錐形瓶，石灰水變混濁的同時會有酒精產(chǎn)生D．利用乙裝置制備果醋時，氣閥1和氣閥2都要打開，并且需將a作為充氣口C4．楊梅果實風味獨特、酸甜適中，具有很高的營養(yǎng)和保健價值。下圖是制作楊梅酒和楊梅醋的流程圖。請回答下列問題：(1)傳統(tǒng)發(fā)酵中，發(fā)酵液雖然未經(jīng)過嚴格的滅菌處理，但雜菌卻不能正常生長繁殖，這是由于果酒發(fā)酵的__________________條件抑制了雜菌的生長。用來檢驗酒精的化學試劑是____________________。(2)果酒制作過程中，酵母菌無氧呼吸產(chǎn)生酒精的場所是_______________。溫度適宜時果酒發(fā)酵時間較短，原因是_________________________________________________。(3)楊梅醋的發(fā)酵過程中，除具備必需的營養(yǎng)物質外，還需要往發(fā)酵液中持續(xù)地通入_______________________。酸性重鉻酸鉀缺氧、酸性此時，與果酒發(fā)酵相關的酶活性最高，發(fā)酵速度快細胞質基質無菌氧氣(或無菌空氣)(4)下圖表示果酒發(fā)酵過程中，發(fā)酵液的糖度(葡萄糖的濃度)和酒精度(酒精濃度)隨時間變化的關系。發(fā)酵前24h，糖度變化很小，酒精度上升很慢，其原因是____________________________________________。96h后酒精度和糖度的變化都趨于平緩，其原因是____________________________________________________。高濃度的酒精和代謝廢物會抑制酵母菌的代謝而影響發(fā)酵此階段酵母菌主要進行有氧呼吸，大量增殖真題再現(xiàn)（2021·全國乙·37）工業(yè)上所說的發(fā)酵是指微生物在有氧或無氧條件下通過分解與合成代謝將某些原料物質轉化為特定產(chǎn)品的過程。利用微生物發(fā)酵制作醬油在我國具有悠久的歷史。某企業(yè)通過發(fā)酵制作醬油的流程示意圖如下。（1）米曲霉發(fā)酵過程中，加入大豆、小麥和麥麩可以為米曲霉的生長提供營養(yǎng)物質，大豆中的___________可為米曲霉的生長提供氮源，小麥中的淀粉可為米曲霉的生長提供___________。（2）米曲霉發(fā)酵過程的主要目的是使米曲霉充分生長繁殖，大量分泌制作醬油過程所需的酶類，這些酶中的_____

、______

能分別將發(fā)酵池中的蛋白質和脂肪分解成易于吸收、風味獨特的成分，如將蛋白質分解為小分子的肽和__________。米曲霉發(fā)酵過程需要提供營養(yǎng)物質、通入空氣并攪拌，由此可以判斷米曲霉屬于___________（填“自養(yǎng)厭氧”“異養(yǎng)厭氧”或“異養(yǎng)好氧”）微生物。（3）在發(fā)酵池發(fā)酵階段添加的乳酸菌屬于___________（填“真核生物”或“原核生物”）；添加的酵母菌在無氧條件下分解葡萄糖的產(chǎn)物是

。在該階段抑制雜菌污染和繁殖是保證醬油質量的重要因素，據(jù)圖分析該階段中可以抑制雜菌生長的物質是

（答出1點即可）。蛋白質

碳源蛋白酶脂肪酶氨基酸異養(yǎng)好氧

原核生物酒精和二氧化碳酒精、乳酸、食鹽1.發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)誘變育種基因工程育種菌種培養(yǎng)基發(fā)酵設備微生物數(shù)量產(chǎn)物濃度營養(yǎng)組分過濾、沉淀產(chǎn)物的性質考點二：

發(fā)酵工程及其應用蒸餾、萃取選擇發(fā)酵工程用的菌種時，需要考慮的因素有？？在低成本的培養(yǎng)基上能迅速生長繁殖；產(chǎn)量高；發(fā)酵條件易控制；菌種不易變異、退化等。用之前要用___________________________進行滅菌。鞏固練習：如圖所示為發(fā)酵工程生產(chǎn)產(chǎn)品的流程圖，據(jù)圖回答：(1)若能生產(chǎn)人生長激素的工程菌是通過①培育的，①應該是_________；若高產(chǎn)青霉素菌種是通過②培育的，②應該是________。基因工程誘變育種(2)根據(jù)培養(yǎng)基的用途，可以將它們分為_____培養(yǎng)基和_____培養(yǎng)基。各種培養(yǎng)基的具體配方不同，但一般都含有________________________等營養(yǎng)成分。培養(yǎng)基在使選擇鑒別碳源、氮源、水、無機鹽高壓蒸汽滅菌法(濕熱滅菌法)(3)整個過程的中心環(huán)節(jié)是_________，在該時期要隨時取樣檢測培養(yǎng)基中的______________________等。同時，要嚴格控制_________________等發(fā)酵條件，因為環(huán)境條件不僅會影響微生物的生長繁殖，而且會影響微生物________的形成。發(fā)酵過程微生物數(shù)量、產(chǎn)物濃度溶氧量、pH和溫度代謝物(4)在發(fā)酵過程中要不斷攪拌的目的是：①___________________；②___________________________________________。增加溶氧量使菌種與培養(yǎng)液充分接觸，提高原料的利用率(1)在發(fā)酵工程中，可通過誘變育種、基因工程育種獲得菌種。(

)(2)分離、提純酵母菌發(fā)酵生產(chǎn)的單細胞蛋白，可采用過濾、沉淀等方法。(

)(3)在連續(xù)培養(yǎng)過程中補充的同種培養(yǎng)液和空氣須先滅菌。(

)(4)乳酸菌可以代替酵母菌用于乙醇的生產(chǎn)。(

)(5)發(fā)酵罐中微生物的生長繁殖、代謝物的形成速度都與攪拌速度有關(

)(6)單細胞蛋白是從微生物細胞中提取出來的。(

)×√√√√×1．疫苗大規(guī)模生產(chǎn)的一種方法是首先在生物反應器中使細胞大量增殖，然后用含有所需抗原的轉基因病毒感染生物反應器中的細胞，并使該病毒增殖，最后離心、過濾、純化病毒，獲得所需疫苗，下列說法錯誤的是(

)A．發(fā)酵工程包括菌種的選育、擴大培養(yǎng)、培養(yǎng)基的配制、滅菌、接種、發(fā)酵和產(chǎn)品的分離提純等方面B．獲得純凈的微生物培養(yǎng)物的關鍵是分離、純化技術C．振蕩培養(yǎng)不僅可以提高培養(yǎng)液的溶氧量，還可以使細胞與培養(yǎng)液充分接觸D．雞胚通常也是疫苗制備的主要“工廠”B2．發(fā)酵工程是指采用現(xiàn)代工程技術手段，利用微生物的某些特定功能，為人類生產(chǎn)有用的產(chǎn)品。常用好氧菌谷氨酸棒狀桿菌利用圖1的發(fā)酵罐來大量生產(chǎn)味精，發(fā)酵流程如圖2所示。下列敘述正確的是(

)A．發(fā)酵中所使用的谷氨酸棒狀桿菌菌種可從自然界篩選也可通過誘變育種、雜交育種或者基因工程育種獲得B．為了保證發(fā)酵產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質，圖中發(fā)酵配料及發(fā)酵罐需經(jīng)過嚴格的滅菌C．在發(fā)酵過程中，通過加料口取樣，隨時監(jiān)測產(chǎn)物濃度和微生物數(shù)量D．圖中發(fā)酵過程需通入無菌空氣，并通過攪拌使培養(yǎng)液與菌種充分接觸后關閉通氣口B2.(2022高考真題)關于白酒、啤酒和果酒的生產(chǎn)，下列敘述錯誤的是A．在白酒、啤酒和果酒的發(fā)酵初期需要提供一定的氧氣B．白酒、啤酒和果酒釀制的過程也是微生物生長繁殖的過程C．葡萄糖轉化為乙醇所需的酶既存在于細胞質基質，也存在于線粒體D．生產(chǎn)白酒、啤酒和果酒的原材料不同，但發(fā)酵過程中起主要作用的都是酵母菌真題再現(xiàn)1.(2