2012届高考生物考点发酵工程研究成果与分析精讲精析复习教案

j.Co M 高考考点5 发酵工程研究成果与分析
Ⅰ热点知识简介
1．沼气发酵
沼气是有机物经沼气发酵微生物的发酵作用而产生的一种混合气体。其主要成分是甲烷(CH4)，另外还有二氧化碳和少量的硫化氢、一氧化碳、氢等。甲烷是一种无色无味的可燃气体，和空气混合遇明火就能燃烧并放出大量的热。
(1)沼气发酵
①沼气发酵微生物
沼气发酵微生物分为不产甲烷群落和产甲烷群落。
不产甲烷微生物群落主要是一类兼性厌氧菌，它们具有水解和发酵大分子有机物而产生酸的功能，在满足自身需要的同时，为产甲烷微生物提供营养物质和能量。产甲烷微生物群落，通常称为甲烷细菌。甲烷细菌可利用不产甲烷微生物的中间产物和最终代谢产物作为营养物质和能源而生长繁殖，并最终产生甲烷和二氧化碳等。
②沼气发酵过程
沼气池中的大分子有机物，在一定的温度、水分、酸碱度和密闭条件下，首先被不产甲烷微生物菌群分泌的胞外酶水解成小分子物质，如氨基酸、单糖类等。然后这些小分子物质进入不产甲烷微生物菌群，通过发酵作用被转化成为酸类和三氧化碳。
甲烷细菌将不产甲烷微生物产生的中间产：物和最终代谢物分解转化成甲烷、二氧化碳和氨。在产气阶段产生的甲烷和二氧化碳都能挥发而排出池外，而氨以强碱性的亚硝酸氨形式留在沼池中，中和了产酸阶段的酸性，创造了甲烷稳定的碱性环境。
③影响沼气发酵的主要因素
a，温度
沼气发酵微生物众多，对温度的适应范围也不一样，按发酵类型大体可分为四类。高温发酵(52～58℃)，中温发酵(32～38℃)，常温发酵(12～30℃)，低温发酵(10℃t以下)。实践证明，农户沼池采用20～28℃的常温发酵比较经济实用。
b．酸碱度
一般不产甲烷微生物对酸碱度的适应范围较广，而产甲烷细菌对酸碱度的适应范围较窄，只有在中性或微碱性的环境里才能正常生长发育。所以，沼气池里发酵液的pH在6．5～8．0为宜。
c．沼气池密闭状况
沼气池必须要密闭，不漏水，不漏气。这是人工制取沼气的关键。因为如果沼气池密闭性能不好，产生的沼气容易漏掉。更重要的是甲烷细菌是严格的厌氧菌，氧对这类微生物具有毒害作用。，
(2)沼气发酵的应用
①处理农作物秸杆和人畜粪便
如果以农作物秸秆作原料进行沼气发酵，产生的沼气再用
作生活燃料，沼气燃烧不仅没有浓烟，而且热能的利用率可高达60％以上。这对节约能源，减少公害都具有很重要的意义。如果以作物秸秆、杂草、树叶和人畜粪便作原料进行沼气发酵，不仅可产生大量沼气成为再生能源，而且沼液、沼渣还是优质高效和无病害肥料。因为沼气发酵完全是在密闭厌氧条件下进行的，残留在秸秆上的病原微生物及害虫卵会彻底被杀死。并且有机物经完全发酵分解之后，有利于植物吸收利用。所以用沼液、沼渣作肥料，其肥效较高，而且也不会造成作物病虫害的传播和流行。
②处理城市污水和垃圾
世界上普遍采用生物处理法处理城市污水和垃圾，生物处理法又分为好氧法和厌氧法。
好氧生物处理是好氧微生物在有氧条件下，将污水中的有机物氧化分解为二氧化碳和水及硝酸盐类，即所谓有机物的矿化。此法一般适于处理低浓度有机污水。
厌氧生物处理是厌氧微生物在无氧条件下，将污水中的有机物转化成甲烷和二氧化碳，工程上称之为厌氧消化，实际上就是沼气发酵。对于高浓度有机污水可通过沼气发酵法进行处理。
2．啤酒发酵
啤酒是颇受群众欢迎的具有泡沫和特殊香味的低酒度饮料。现就啤酒酿造作简要介绍。
(1)原料
①水：啤酒中水占90％左右，酿造用水的质量好坏，直接影响到啤酒的质量与风味，所以对水的选择是很重要的。
②麦芽：到目前为止，大麦仍然是酿造啤酒的主要原料。麦芽的成分和质量直接影响到啤酒的质量。我国主要生产淡色麦芽，也制造少量浓色麦芽和黑麦芽、焦香麦芽等。
③辅助原料：为了降低啤酒蛋白质含量，增加啤酒的保存性和改善啤酒的风味，以及降低生产成本，经常掺加部分未发芽谷类，如大米、玉米、大麦、小麦、高梁等；也有用淀粉或糖浆及各种糖类的，如蔗糖等。
④酒花：酒花是啤酒的重要原料，酒花含芳香油，是啤酒的芳香剂，它能使啤酒持有特异的香味及爽口的苦味，并能增加啤酒的稳定性和泡沫的持久性，啤酒生产中使用的酒花是一种雌花(雄花不能使用)。
⑤酵母：啤酒生产所需要的酵母为啤酒酵母，其生理特性能发酵葡萄糖、麦芽糖、蔗糖、半乳糖及棉子糖等。通过酵母的新陈代谢，将这些物质变成啤酒所含的成分。
(2)麦芽汁的制作
①粉碎：麦芽及辅助原料在糖化前必须先行粉碎。粉碎的目的是增加原料与水的接触面积，使可溶性物质容易渗出，不溶性成分容易受酶的作用而水解。
②糖化，将麦芽和辅料内的物质溶解为溶液的操作称为“糖化”，制成的溶液为“麦芽汁”。糖化的结果是，在淀粉酶的作用下将淀粉分解成为麦芽糖；在蛋白酶的作用下将蛋白质分解为氨基酸。
③麦芽汁的过滤：糖化终了进行麦芽汁的过滤操作，以除去残渣。
④麦芽汁的煮沸及酒花的添加；过滤后的麦芽汁须煮沸和添加酒花，其目的是蒸发掉多余的水分，将麦芽汁浓缩到规定的浓度，使麦芽汁中热凝固性蛋白质凝结沉淀，延长啤酒的保存期，破坏全部酶和杀菌。
⑤麦芽汁的冷却：麦芽汁经过酒花分离器分离之后，使之迅速冷却到发酵最适宜的温度，即5～7℃。
(3)主发酵
麦芽汁是一种较稀薄的糖液，在适宜的条件下加入酵母，经过酵母的发酵作用，使麦芽汁由原来的甜苦气味，逐渐变成芳香气味，而且麦芽汁的甜度也随着下降，生成了酒精和二氧化碳。二氧化碳不断地从麦芽汁液中释放出来，液面浮有一层白沫。
(4)后发酵
后发酵的目的使发酵液的残糖继续发酵。在发酵液中，每毫升含300万-1亿个酵母细胞，能利用发酵液中可发酵性糖继续发酵，产生酒精和二氧化碳，使酒的甜味和不成熟味减少。二氧化碳是啤酒质量的重要指标，缺乏二氧化碳酒喝到口里不杀口，感到平淡，泡沫减少。
(5)滤酒
发酵结束后须经过过滤，除去悬浮的蛋白质和酵母细胞等微粒，使啤酒口味醇正，清亮透明，富有光泽，具有良好的保存性和商品特点。
(6)啤酒酿造的工艺卫生
啤酒酿造过程不允许其他杂菌感染。常见的杂菌有酒花毛霉、根霉、青霉、醋酸菌、乳酸菌、八联球菌和野生酵母等。生产中应注意每一道工序的卫生，经常用硫磺、甲醛、酒精和漂白粉进行环境消毒。
(7)成品包装
成品包装是啤酒生产的最后一道工序。主要步骤包括洗瓶、空瓶检查、灌酒和压盖。压完盖的啤酒称生啤酒，可以贴商标出厂。熟啤酒还必须用60～62°C的温度经过18～20min，将酒内酵母杀死，然后经过验酒、贴商标、包装出厂。
Ⅱ新高考探究
1谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径如下图所示要提高谷氨酸的产量必须采取的措施是
A．增加葡萄糖
B．增加谷氨酸脱氢酶
C．改变细胞膜透性，使谷氨酸排放细胞外
D．增加a-酮戊二酸
答案： C
2为研究微生物群体生长规律，常将少量的某种细菌接种到培养基中，定时取样测定培养基里的细菌数目，以时间为横坐标，以细菌数目的对数为坐标，得到生长曲线图，对培养基的要求是
A.恒定容积的液体培养基
B．任意容积的液体培养基
C．恒定容积的半固体培养基
D．任意容积的半固体培养基
答案： A
3黄色短杆菌合成赖氨酸的途径如下图所示，试分析要增加赖氨酸的产量，本质上必须
A．增加天冬氨酸
B．增加天冬氨酸激酶
C．降低(消除)高丝氨酸脱氢酶
D.减少苏氨酸
答案： C
4谷氨酸除用于制造味精外，还可用于治疗神经衰弱及配制营养注射液，应用前景广泛。光明制醋厂用谷氨酸棒
状杆菌发酵生产谷氨酸，结果代谢产物没有谷氨酸而产生乳酸及琥珀酸，其原因是
A．温度控制不适 B．通气量过多
C．pH呈酸性 D．溶氧不足
答案： D
5在现代发酵工程小，利用下列哪一项技术，有目的地改造原有的菌种并且提高其产量
A．细胞融合 B.诱变育种
C.克隆 D．DNA重组技术
答案： D
6产甲烷细菌的代谢方式为异养厌氧型，在营养充分、水分充足的情况下，产生甲烷较多的条件是
A.10℃、隔绝空气
D.20℃、隔绝空气
C.10℃、不隔绝空气
D．20℃、不隔绝空气
答案： B
7微生物产生抗毒素、抗生毒、色毒等的形成时期主要是在
A．调整期 B．对数期
C．稳定期 D．衰亡期
答案： C
8基因工程培育的“工程菌”通过发酵工程生产的产品有
①石油 ②人生长激素 ③紫草素 ④聚乙二醇 ⑤胰岛素 ⑥乙肝疫苗
A.①③⑥ B．②⑤⑥
C．③⑤⑥ D．②③⑤
答案： B
Ⅲ高分热点题预测
1人造蛋白食品是现代微生物工程的杰作之一，食用真菌蛋白是人造蛋白的一种。真菌蛋白的制造过程如下图示。
高考高考考动向：微生物的类型、营养及其代谢过程。
高考试题预测：请根据、图解回答下列问题：
(1)往发酵罐内注入少量氨水的目的是_____。
答案：满足真菌所需N源
(2)制造真菌蛋白时，要向发酵罐内注入空气，由此可推知发酵罐中真菌的异化作用类型是___________型。
答案：兼性厌氧
(3)往发酵罐内添加的一切物品都要经过消毒，从生态学的角度进行分析，其原因是___________。
答案：防止杂菌与真菌之间竞争
(4)添加的糖被真菌利用，转化形成真菌蛋白，必须经过的生理过程是___________。
答案：转氨基作用
(5)从自然界中分离出的真菌菌种，用于制造真菌蛋白时，真菌蛋白的产量较低。要获得较多的真菌蛋白，培育优良的真菌菌种可采用__________。
答案：诱变育种(或基因工程育种)
(6)利用微生物工程制造出的真菌蛋白，常作为家畜(如猪)的饲料添加剂。猪食用这些添加剂后，可加速育肥的原因是___________，这些添加剂在猪体内的代谢产物有___________。
答案：猪食用后，真菌蛋白质被分解成氨基酸，经脱氨基作用形成不含氮部分可转变成脂肪 H2、CO2尿素
2下图表示制造啤酒的过程方法。
高考高考考动向：微生物的培养代谢、生长及其影响因素。
高考试题预测：据图分析回答下列问题：
(1)把原料放人沸水中混合的原因是___________。
答案：为了除去原料中O2
(2)在混合物中加入糖的理由是___________。
答案：糖是啤酒酵母发酵的原料
(3)在混合物冷却后才把酵母加进去，是因为___________；
假如冷却时不慎使温度骤降到O°C，当温度逐渐回升到25℃时，酵母是否还具有活性?原因是：___________
答案：防止酵母死亡，并达到酶适宜的温度 低温使酶的活性降低，但并没有变性失活，当逐渐回升到最适温度，酵母菌生长生殖恢复正常
(4)说出酵母菌细胞所进行的生化反应过程的名称并用反应式叙述这一整个过程。
答案：酒精发酵 c6H12 2c2H5OH+2cO2+能量
(5)酵母比水更稠浓，但在化学反应中它会上升到混合物的顶部，解释为什么。
答案：酵母菌细胞内产生的CO2，增大了本身在液体中的浮力，使其上升
(6)为什么啤酒要至少搁置21天，才可以过滤装瓶，请说出一种理由。
答案：待酵母菌充分发酵，发酵过程停止，有利于混合物杂质沉淀
(7)在一只盛有糖溶液的瓶中加入酵母。以后的30天中混合物的变化情况如下图所示，用图中的信息回答下列问题：
①酵母量在什么时候达到最大值?___________
②为什么酵母数量停止增加下去，说出两种理由:
答案：第14天左右②糖被逐渐消耗，缺少生命活动的原料酒精和CO2积累，对细胞有毒害，再如生存斗争加剧，死亡率上升等(以上三项任意两项均可，其他合理答案也可)
3长期以来，我国农村烧秸秆取草木灰作农田肥料，则不仅浪费资源还造成环境污染。现在已经有些地方利用秸秆制造沼气。招气的制作如下图所示。
高考高考考动向：微生物的发酵条件、过程及生殖，生态系统中物质和能量的利用。
高考试题预测：请回答以下问题，
(1)在图中标出箭头，表示早期生产过程中的物质循环。
答案：如下图所示
(2)沼气池能产生沼气的基本条件有哪些?
答案：农作物废料和人畜粪便(含微生物)、水、适宜温度和pH值、隔绝空气(无氧)等
(3)沼气的主要成分是___________。
答案：甲烷
(4)作为能源物质，沼气中的能量是由___________间接转换来的。
答案：光能
(5)在发酵的过程中，好氧型、厌氧型和兼气型(如酵母菌)等微生物都参与了代谢活动，分析这三种微生物在沼气池中的消长规律：
①沼气发酵的开始阶段，___________微生物大量活动和繁殖。
②随着池中氧气的减少，___________微生物的活动受到抑制，而___________微生物的活动加强。
③最终___________微生物大量死亡，___________微生物大量繁殖。
答案：①好氧型和兼气型②好氧型 厌氧型和兼气型③好氧型 厌氧型和兼气型
(6)在农村和城市，建立沼气池有哪些积极意义?(不少于三点)
答案：充分利用有机废物(秸杆、粪便等)中的能量，提高了能量利用率；为人类提供清洁型能源，减少环境污染；有效地消灭人畜粪便中的病原体，减少传染病的发生；加快了有机废料的分解过程，促进了生态系统的物质循环过程；沼渣能为农作物提供丰富的矿物质(任意三点均对，其他合理的说法也可以)。
4把大量可降解的有机垃圾放在一起，经过一段时间处理，转变成植物可吸收的肥料，称做堆肥。堆肥不仅仅是一堆垃圾，它就像花园一样需要供给和照管。下面是进行小规模堆肥的一些步骤：___________，
①准备一只3m×l．5m的箱子，把从厨房和花园等处搜集来的有机垃圾堆放在其中，堆放时要保持疏松和透气；
②堆肥时要添加一些富含氮的材料；
③要保持一定的温度，可适当浇水；
④当垃圾堆满后，盖上盖子，保持热量；
⑤一推肥分解腐烂需要4-6个月的时间，当堆肥处理好后，经稀释后才要直接施入土壤。
高考高考考动向：微生物发酵的条件与实践应用。
高考试预测：根据上述材料回答下列问题：
(1)堆肥的生物学依据是___________。
答案：微生物的分解作用
(2)操作中疏松、浇水、保温等的目的是______________________。
答案：为分解者提供适宜的环境
(3)如果用堆好的肥料直接用在花卉的培植上，这些花卉能正确生长吗?
答案：不能，其中的无机盐浓度太高，会使花卉出现“烧苗”现象
(4)在堆肥时需要使用大量的有机材料，下列哪种材料不能使用
A.天然纤维织物 B．枯枝落叶
C．塑料制品 D．食物垃圾
答案： C
(5)堆肥与化肥相比较，其特点是
A．肥料来源广泛、肥效持久、成本低，有利于环境保护
B．肥料来源广泛，肥效短暂、成本低，有利于环境保护
C．肥料来源广泛，肥效持久、成本低，不利于环境保护
D.肥料来源广泛，肥效短暂、成本低，不利于环境保护
答案： A
(6)堆肥会产生热量，焚烧垃圾也会产生热量，两者的区别主要在于
A.等量的材料堆肥产热慢，热量多；焚烧产热快，热量少
B．等量的材料堆肥产热快、热量多；焚烧产热慢、热量多
C.等量的材料堆肥产热慢、热量少；焚烧产热快，热量多
D.等量的材料堆肥产热快、热量少；焚烧产热慢、热量多
答案： C
5随着世界人口的不断增长和耕地荒漠化的不断加剧，粮食短缺已成为困扰人类的社会问题之一。粮食价格大幅度地提升，这与世界粮食的减产有着密切的关系。近几年来，世界各国不断将目光转向人们肉眼看不到的细菌、真菌等微生物。
据研究资料表明，在适宜的条件下，大肠杆菌每小时分解的糖是自身的两千倍，乳酸菌每小时产生的乳酸能达到自身重量的成千上万倍。微生物不仅生长繁殖快，而且含有大量蛋白质，如细菌中的蛋白质含量占细胞干重的60％～80％，酵母菌中的占45％～65％。
微生物能够利用的原料相当广泛，如作物秸秆、植物的枯枝败叶、动物的粪便，甚至有机物垃圾等。只要舍有有机物，微生物就能将它们转化成人类所需要的糖类、蛋白质等营养物质。在20世纪80年代中期，全世界通过微生物生产的蛋白质已2×12010t。
高考高考考动向：细胞结构、蛋白质合成、微生物的营养与代谢、发酵工程等。
高考试题预测：根据以上材料，结合所学知识，分析回答下列问题：
(1)在适宜的条件下，大肠杆菌每小时分解的糖是自身的两千倍，乳酸菌每小时产生的乳酸能达到自身重量的成千上万倍。这些事实说了什么?其原因又是什么?
答案：事实说明了微生物的新陈代谢异常旺盛。其原因是微生物的相对表面积大，有利于微生物细胞与外界环境进行物质交换。
(2)细菌和酵母菌在细胞结构上最明显的区别是细菌___________；细菌和酵母菌在基因结构上的主要区别是酵母菌___________。
答案：没有明显的细胞核 基因的编码区是间隔的、不连续的
(3)细菌中的蛋白质含量占细胞干重的60％?80％，酵母菌中占45％-65％。这些蛋白质是在细胞内由 ___________控制合成的，其过程包括___________和_____________________。人们通常将这些微生物菌体称为_____________________。
答案：遗传物质(DNA) 转录 翻译 单细胞蛋白
(4)通过微生物利用作物秸秆、植物的枯枝败叶等物质，生产人类所需的糖类、蛋白质的过程中，微生物的同化作用类型是___________。在此过程中利用到的现代生物技术是___________。
答案：异养型 发酵工程
(1)人们为了提高微生物的合成能力，通常需要选育性状优良的微生物菌种。微生物育种的方法有___________ 、___________和__________等。
答案：诱变育种 基因工程 细胞工程
(6)在基因工程中，人们经常选用细菌或真菌等微生物作为目的基因的受体细胞，其原因是什么?
答案：细菌和真菌等微生物代谢快、繁殖快，目的基因能够得到快速的复制和表达。

版权声明：本文内容由互联网用户自发贡献，该文观点仅代表作者本人。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如发现本站有涉嫌抄袭侵权/违法违规的内容，请发送邮件至 lxy@jiyifa.cn 举报，一经查实，本站将立刻删除。