北師大版高中生物選修2：生物科學(xué)與社會 第1節(jié) 微生物發(fā)酵及其應(yīng)用

第1節(jié)微生物發(fā)酵及其應(yīng)用1.說出微生物發(fā)酵生產(chǎn)的基本過程。2.舉例說出微生物發(fā)酵與食品生產(chǎn)的關(guān)系。3.參與有關(guān)微生物發(fā)酵的調(diào)查活動。4．通過發(fā)酵工程發(fā)展的歷史，體驗科學(xué)、技術(shù)、社會三者間的緊密聯(lián)系和互動。學(xué)習(xí)目標產(chǎn)品名稱原料發(fā)酵微生物用途酸奶酸泡菜醬油豆腐乳

米醋

面包葡萄酒牛奶白菜等蔬菜大豆、小麥大豆大米面粉果汁乳酸菌等乳酸菌等米曲霉等米曲霉、毛霉等醋酸桿菌等面包酵母酵母菌飲料風(fēng)味小菜調(diào)味品調(diào)味品調(diào)味品主食飲料日常生活中的發(fā)酵食品什么是發(fā)酵？利用微生物在有氧或無氧條件下，將原料經(jīng)過特定的代謝途徑轉(zhuǎn)化為人類所需要的產(chǎn)品的過程。微生物學(xué)的奠基人——偉大的巴斯德我國的傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品醬油、醋、腐乳等享譽世界我國的釀酒已經(jīng)有4000多年的歷史我國的醬油距今已有3000年的歷史1857年巴斯德證明發(fā)酵是由于微生物的作用發(fā)酵工業(yè)發(fā)展階段？原始發(fā)展階段（發(fā)酵技術(shù)原始，頂多是家庭小制作，技術(shù)進步緩慢，完全是經(jīng)驗式的，并不知道其中的原理

。）傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)階段（人們才開始了解發(fā)酵現(xiàn)象的本質(zhì)，采用開放式的發(fā)酵方式，生產(chǎn)過程較為簡單，對生產(chǎn)設(shè)備要求不高，規(guī)模一般不大。）現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)階段（生產(chǎn)技術(shù)要求高；生產(chǎn)規(guī)模大；技術(shù)發(fā)展速度快；菌種的生產(chǎn)能力大幅度提高，新產(chǎn)品、新技術(shù)、新設(shè)備的應(yīng)用達到前所未有的程度。

）生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)階段（利用構(gòu)建的基因工程菌生產(chǎn)

）1.微生物發(fā)酵的類型

(1)固體發(fā)酵

(2)液體深層發(fā)酵

①含義：將微生物接種在__________培養(yǎng)基上進行發(fā)酵生產(chǎn)的過程。固體

(1)固體發(fā)酵

③缺點：具有勞動強度大、生產(chǎn)慢、微生物品種少、產(chǎn)品有限等缺點。②優(yōu)點：一般都是開放式的，無菌要求不高，因而固體發(fā)酵所需的設(shè)備____________________。簡單、操作容易①含義：將微生物接種在_________培養(yǎng)基中進行發(fā)酵的過程。液體空氣

(2)液體深層發(fā)酵

②分類：液體深層發(fā)酵又分為厭氧液體深層發(fā)酵和好氧液體深層發(fā)酵。在厭氧液體深層發(fā)酵過程中，不需要通入__________。好氧液體深層發(fā)酵所用的設(shè)備是帶攪拌和通氣裝置的發(fā)酵罐，在發(fā)酵過程中需要不斷通入____________無菌空氣③優(yōu)點：液體深層發(fā)酵法生產(chǎn)周期短，產(chǎn)量高，占地面積小，還可以實現(xiàn)生產(chǎn)過程的_____________控制，從而減輕了勞動強度。自動化發(fā)酵工程發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)判一判(1)蘑菇的生產(chǎn)、泡菜的制作、酒精的工業(yè)化生產(chǎn)均是固體發(fā)酵。(2)乳酸、抗生素、維生素、氨基酸的生產(chǎn)均為好氧液體深層發(fā)酵。

(3)在發(fā)酵工業(yè)中絕大多數(shù)微生物為好氧微生物。(×)(×)(√)(1)發(fā)酵的步驟：主要包括：________制備、菌種的擴大培養(yǎng)、發(fā)酵和_____________四個步驟。菌種提取精制代謝(2)發(fā)酵的實質(zhì)：通過微生物產(chǎn)生的各種酶進行一系列的生物化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)過不同的__________途徑生成不同的產(chǎn)物。2.微生物發(fā)酵的過程發(fā)酵培養(yǎng)基的配制

微生物的營養(yǎng)物質(zhì)有六大類要素，即水、碳源、氮源、無機鹽、生長因子和能源。生長因子：某些微生物本身不能從普通的碳源、氮源合成，需要額外少量加入才能滿足需要的有機物質(zhì)，包括氨基酸、維生素、嘌呤、嘧啶及其衍生物，有時也包括一些脂肪酸及其他膜成分

1.發(fā)酵工程所用的菌種大多是單一的純種，整個發(fā)酵過程中不能混入雜菌。這是為什么呢？

2.擴大培養(yǎng)與發(fā)酵生產(chǎn)過程中的培養(yǎng)有何不同呢？

思考與討論在發(fā)酵過程中如混入其他微生物，將與菌種形成競爭關(guān)系，對發(fā)酵過程造成不良影響。

例如：如果在谷氨酸發(fā)酵過程中混入放線菌，則放線菌分泌的抗生素就會使大量的谷氨酸棒狀桿菌死亡。如果在青霉素生產(chǎn)過程中污染了雜菌，這些雜菌則會分泌青霉素酶，將合成的青霉素分解掉。1.發(fā)酵工程所用的菌種大多是單一的純種，整個發(fā)酵過程中不能混入雜菌。這是為什么呢？

2.擴大培養(yǎng)與發(fā)酵生產(chǎn)過程中的培養(yǎng)有何不同呢？

擴大培養(yǎng)是為了讓菌體在短時期內(nèi)快速增殖，而發(fā)酵過程中的培養(yǎng)是為了獲得代謝產(chǎn)物，目的不同采用的培養(yǎng)條件就有可能不同。

例如：在酒精發(fā)酵過程中，擴大培養(yǎng)是為了促使酵母菌快速增殖，因此是在有氧條件下進行。而在發(fā)酵產(chǎn)生酒精的過程中則必須在無氧條件下進行以獲得大量的酒精。

發(fā)酵工程啤酒制造工藝流程發(fā)酵工程啤酒制造工藝流程發(fā)酵工程我國工業(yè)生產(chǎn)味精使用的菌種主要是經(jīng)過誘變育種得到的營養(yǎng)缺陷型的北京谷氨酸棒狀桿菌

例1以下不屬于發(fā)酵的是(

)A．利用需氧型青霉菌生產(chǎn)青霉素B．缺氧時人的組織細胞產(chǎn)生乳酸C．利用酵母菌的無氧呼吸獲得酒精D．利用乳酸菌制作泡菜B變式訓(xùn)練發(fā)酵罐發(fā)酵過程中，使溫度升高的熱量來源于(

)①冷卻水供應(yīng)不足②微生物代謝③培養(yǎng)基不新鮮④攪拌⑤放料口排出產(chǎn)物A．①②③⑤ B．②③④C．①④ D．②④D

二、微生物發(fā)酵在工業(yè)中的應(yīng)用

2006-03-15http://sw.dgzx.net為什么要利用微生物？微生物繁殖非常迅速微生物培養(yǎng)易于控制微生物本身也容易改造調(diào)查生活中的發(fā)酵食品發(fā)酵食品在其他領(lǐng)域的應(yīng)用小結(jié)練習(xí)利用酵母菌發(fā)酵生產(chǎn)酒精時，投放的最適原料和產(chǎn)生酒精的階段要控制的必要條件是（）A．玉米粉和有氧B．大豆粉和有氧C．玉米粉和無氧D．大豆粉和無氧C練習(xí)工業(yè)上利用谷氨酸棒狀桿菌大量積累谷氨酸，應(yīng)采用的最好方法是（）A．加大菌種密度B．改變碳源和氮源比例C．改變菌體細胞膜通透性D．加大葡萄糖釋放量C谷氨酸棒狀桿菌能夠利用C6H12O6，經(jīng)過復(fù)雜的代謝過程形成谷氨酸；谷氨酸合成過量，使合成途徑中斷，要提高谷氨酸產(chǎn)量的最好方法是改變菌體細胞膜的通透性，使谷氨酸能迅速排放到外面，避免因過量引起合成途徑中斷。練習(xí)關(guān)于滅菌和消毒的不正確的理解是（）A．滅菌是指殺滅環(huán)境中的一切微生物的細胞、芽孢和孢子B．消毒和滅菌實質(zhì)上是相同的C．接種環(huán)用灼燒法滅菌D．常用滅菌的方法有加熱法、過濾法、紫外線法、化學(xué)藥品法B

1．滅菌是指采用強烈的理化因素殺死一定環(huán)境中所有微生物的細胞、芽孢和孢子的措施，是徹底殺死。消毒是一種采用較溫和的理化因素，殺死物體表面或內(nèi)部一部分對人體有害的病原菌，而對被消毒物體基本無害的措施，是部分殺滅。2．常用滅菌方法：物理殺菌的常用方法：高溫、輻射、超聲波和激光等；化學(xué)殺菌常用方法：表面消毒劑和化學(xué)治療劑，如抗生素，中草藥有效成分。

2006-03-15http://sw.dgzx.net微生物的應(yīng)用酒類：包括果酒、啤酒、白酒及其他酒均是利用釀酒酵母，在厭氧條件下進行發(fā)酵，將葡萄糖轉(zhuǎn)化為酒精生產(chǎn)的。白酒經(jīng)過蒸餾，因此酒的主要成分是水和酒精，以及一些加熱后易揮發(fā)物質(zhì)，如各種酯類、其他醇類和少量低碳醛酮類化合物。果酒和啤酒是非蒸餾酒，發(fā)酵時酵母將果汁中或發(fā)酵液中的葡萄糖，轉(zhuǎn)化為酒精，而其他營養(yǎng)成分會部分被酵母利用，產(chǎn)生一些代謝產(chǎn)物，如氨基酸、維生素等，也會進入發(fā)酵的酒液中。因此，果酒和啤酒營養(yǎng)價值較高。

2006-03-15http://sw.dgzx.net微生物的應(yīng)用醋：食品店或超市出售的醋中，除了白醋是由化學(xué)合成的食品級醋酸勾兌的外，其他的則是由醋酸菌在好氧條件下發(fā)酵，將固體發(fā)酵產(chǎn)生的酒精轉(zhuǎn)化為醋酸生產(chǎn)的。由于使用的微生物菌種或曲種的差異，在葡萄糖發(fā)酵過程中會產(chǎn)生乳酸或其他有機酸，因而使醋有不同的風(fēng)味。

2006-03-15http://sw.dgzx.net微生物的應(yīng)用醬油：醬油生產(chǎn)以大豆為主要原料，其他有麥麩、小麥、玉米等，將上述原料經(jīng)粉碎制成固體培養(yǎng)基，在好氧條件下，利用產(chǎn)生蛋白酶的霉菌，如黑曲霉進行發(fā)酵。微生物在生長過程中會產(chǎn)生大量的蛋白酶，將培養(yǎng)基中的蛋白質(zhì)水解成小分子的肽和氨基酸，然后淋洗、調(diào)制成醬油產(chǎn)品。醬油富含氨基酸和肽，具有特殊香味。

2006-03-15http://sw.dgzx.net微生物的應(yīng)用醬：以大豆和少量面粉為原料，蒸煮后在空氣中自然發(fā)酵。發(fā)酵過程主要是能夠產(chǎn)生蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶的霉菌，將大豆中的蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉分解，產(chǎn)生出氨基酸、多肽、甘油、脂肪酸等多種物質(zhì)。這些物質(zhì)使醬具有獨特的醬香味。2006-03-15http://sw.dgzx.net微生物的應(yīng)用酸奶：牛奶在厭氧條件下，由乳酸菌發(fā)酵，將乳糖分解，并進一步發(fā)酵產(chǎn)生乳酸和其他有機酸，以及一些芳香物質(zhì)和維生素等；同時蛋白質(zhì)也部分水解。因此，酸奶是營養(yǎng)豐富、易消化，少含乳糖，是適合于有乳糖不適應(yīng)癥者的優(yōu)良食品。

2006-03-15http://sw.dgzx.net微生物的應(yīng)用醪糟：又稱酒釀，是大米經(jīng)蒸煮后，接種根霉，在好氧條件下，發(fā)酵生產(chǎn)的含低濃度酒精和不同糖分的食品。根霉在生長時會產(chǎn)生大量的淀粉酶，將大米中的淀粉水解成葡萄糖，同時利用部分葡萄糖發(fā)酵產(chǎn)生酒精。由于使用的根霉菌種不同，可以生產(chǎn)不同酒精度、不同甜度和不同香味的醪糟。

2006-03-15http://sw.dgzx.net微生物的應(yīng)用面包：現(xiàn)在的面包均是利用活性干酵母（面包酵母）經(jīng)活化后，與面粉混合發(fā)酵，再加入各種添加劑，經(jīng)烤制生產(chǎn)的。面粉發(fā)酵后淀粉結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，變得易于消化、營養(yǎng)易于吸收。2006-03-15http://sw.dgzx.net微生物的應(yīng)用饅頭：以前做饅頭的面粉是經(jīng)自然發(fā)酵后蒸制的，如果連續(xù)使用面肥發(fā)酵，經(jīng)幾代發(fā)酵，微生物會因生長優(yōu)勢而單一化。發(fā)酵的菌種一般多為乳酸菌。因為發(fā)酵產(chǎn)酸，在蒸制前要用堿中和酸，制得的饅頭才松軟適口、帶有特殊香味?，F(xiàn)在，大批量生產(chǎn)是采用干酵母發(fā)酵，所以不產(chǎn)酸，不需要再用堿中和即可蒸制。2006-03-15http://sw.dgzx.net微生物的應(yīng)用泡菜：請參看《生物技術(shù)實踐》的專題1的課題3（乳酸菌）腐乳：請參看《生物技術(shù)實踐》的專題1的課題2（毛霉、青霉、酵母、曲霉等）酸菜：與泡菜類似。2006-03-15http://sw.dgzx.net微生物的應(yīng)用糖果、餅干、果凍等添加了紅曲色素，以調(diào)節(jié)色澤；果汁、餅干、面包、點心、方便面等添加了黃原膠，起懸浮、穩(wěn)定、增稠、改善口感、防止粘牙、延長儲存期等作用；各類罐頭，包括蔬菜、水果、蘑菇、魚類、肉類、蛋類罐頭，香腸，包裝奶等添加了乳鏈桿菌肽，以保鮮、防腐，保存營養(yǎng)和改善口感等；各種果汁、啤酒和飲料中均需使用檸檬酸或乳酸作為酸味劑調(diào)節(jié)口味、口感；飯店、食堂和家庭制作的菜肴中常加味精或肌苷，以增加鮮味。可以說市場上出售的各類食品均加有各種食品添加劑，其中約70%～80%的食品添加劑是用發(fā)酵法，或發(fā)酵產(chǎn)生的酶，加工生產(chǎn)的。2006-03-15http://sw.dgzx.net微生物的應(yīng)用制藥業(yè)：抗生素、氨基酸、維生素的生產(chǎn)廠家；食品業(yè)：醋、醬油、醬、酒等的生產(chǎn)廠家；輕工業(yè)：檸檬酸、乳酸、味精、肌苷酸、干酵母、色素、黃原膠、甘油等的生產(chǎn)廠家；化工業(yè)：酒精、丙酮、丁醇、衣康酸、丙烯酰胺和聚丙烯酰胺等的生產(chǎn)廠家；飼料業(yè)：飼料添加劑的生產(chǎn)廠家；農(nóng)藥業(yè)：農(nóng)用抗生素、微生物肥料、微生物農(nóng)藥等的生產(chǎn)廠家。2006-03-15http://sw.dgzx.net微生物的應(yīng)用酒類：如果酒（葡萄酒等）、米酒、白酒等；有機溶劑：如乙醇、丙酮、丁醇、甘油；有機酸：如醋酸、乳酸、葡萄糖酸、檸檬酸、酒石酸、衣康酸、長鏈二元酸（以十三到十八碳的直鏈烷烴為原料的發(fā)酵產(chǎn)品）；氨基酸：如谷氨酸（單谷氨酸鈉又稱味精）、賴氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、精氨酸、絲氨酸、丙氨酸、酪氨酸、蘇氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸等；核苷酸及其類似物：如鳥嘌呤核苷酸（5’-GMP）、肌苷酸（5’-IMP）、腺嘌呤核苷酸（5’-AMP）、黃嘌呤核苷酸（5’-XMP）等；抗生素：包括疾病治療的藥用抗生素，農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)用于防病抗病的抗生素，如青霉素、頭孢霉素、鏈霉素、四環(huán)素、土霉素、紅霉素、稻瘟素、井崗霉素、春日霉素等等；多糖：如黃原膠、普魯蘭等；酶：如堿性蛋白酶（洗滌劑）、中性蛋白酶（洗滌劑等）、脂肪酶（洗滌劑）、α-淀粉酶（淀粉水解）、葡萄糖淀粉酶（葡萄糖生產(chǎn)）、葡萄糖異構(gòu)酶（高果糖糖漿生產(chǎn)）、纖維素酶（纖維素水解、紡織品加工）、果膠酶（食品、水果加工等）、凝乳酶（奶酪制造）、青霉素酰化酶（青