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课时5　发酵工程为人类提供多样的生物产品
课时概念解析　本课时的概念为“发酵工程利用现代工程技术及微生物的特定功能，工业化生产人类所需产品”，这一概念的建构需要以下基本概念或证据的支持：
(1)发酵工程包括菌种的选育和扩大培养、发酵过程的控制及产品的分离与提纯等主要过程；(2)发酵工程为人类提供多样的生物产品。
1.微生物工业发酵的基本过程
2.发酵工程的基本环节
3.发酵工程的三大特点
(1)生产条件________。
(2)原料________且价格低廉。
(3)废弃物对环境影响小且________。
4.发酵工程的应用
(1)绝大多数抗生素也是微生物发酵的产物，或由微生物发酵产物加工而成。
(2)近年来，在医药领域开发的酶抑制剂、免疫调节剂、________、________、生物表面活性剂和抗辐射药物等许多新药也是微生物发酵的产物或衍生物。
(3)采用发酵工程生产的酶制剂除了应用于食品工业生产中，还广泛应用于洗涤剂生产、纺织、皮革、造纸工业中。
[辨正误]
(1)菌种扩大培养时，常将菌种接种到固体培养基中培养。(　　)
(2)发酵过程中的pH、氧气、温度等影响发酵产物。(　　)
(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)如果发酵的产品是微生物的代谢产物，可采用过滤、沉淀等方法将菌体从培养液中分离出来。(　　)
(生活、学习和实践情境)木聚糖酶可以将木聚糖(植物细胞壁的主要成分之一)降解为木糖，在酿造、饲料生产中很有应用价值。木聚糖酶可以用黑曲霉发酵生产，下图表示生产该酶的连续发酵装置。
(1)根据物理性质，该发酵过程使用的培养基属于何种培养基？___________________________________________________________________
(2)从发酵装置输入的培养物必须经过严格的________处理。根据图示可知，发酵过程除了要严格控制搅拌速度外，还需要严格控制哪些主要条件？___________________________________________________________________
____________________________________________________________________
(3)大规模的发酵生产中，需要将选育出的优良菌种经过多次扩大培养，使菌种达到一定数量再接种，其目的是什么？__________________________________________________________________
___________________________________________________________________
【典例应用】
例1 某同学采用如图所示的装置进行葡萄酒发酵，下列叙述错误的是(　　)
A.发酵过程需检测发酵液温度
B.发酵初期罐内可能出现负压
C.需从进气口定期通入无菌空气
D.可以通过监测残余糖的浓度来决定终止发酵时间
例2 下列关于微生物与发酵工程的叙述错误的是(　　)
A.好氧、用单一纯种微生物生产单一产品是现代发酵工业的主流
B.发酵工程具有生产条件温和、原料丰富且价格低廉、废弃物对环境影响小且容易处理等特点
C.当菌种进入新鲜的培养基后，代谢产生的生物碱、毒素等化合物是维持菌种生命活动必需的物质
D.发酵工业所使用的菌种应对环境没有明显或潜在的危害
1.(2022·山东卷，14)青霉菌处在葡萄糖浓度不足的环境中时，会通过分泌青霉素杀死细菌，以保证自身生存所需的能量供应。目前已实现青霉素的工业化生产，关于该生产过程，下列说法错误的是(　　)
A.发酵液中的碳源不宜使用葡萄糖
B.可用深层通气液体发酵技术提高产量
C.选育出的高产菌株经扩大培养后才可接种到发酵罐中
D.青霉素具有杀菌作用，因此发酵罐不需严格灭菌
2.(2021·全国乙卷，37)工业上所说的发酵是指微生物在有氧或无氧条件下通过分解与合成代谢将某些原料物质转化为特定产品的过程。利用微生物发酵制作酱油在我国具有悠久的历史。某企业通过发酵制作酱油的流程示意图如下。
回答下列问题：
(1)米曲霉发酵过程中，加入大豆、小麦和麦麸可以为米曲霉的生长提供营养物质，大豆中的________可为米曲霉的生长提供氮源，小麦中的淀粉可为米曲霉的生长提供________。
(2)米曲霉发酵过程的主要目的是使米曲霉充分生长繁殖，大量分泌制作酱油过程所需的酶类，这些酶中的________、________能分别将发酵池中的蛋白质和脂肪分解成易于吸收、风味独特的成分，如将蛋白质分解为小分子的肽和________。米曲霉发酵过程需要提供营养物质、通入空气并搅拌，由此可以判断米曲霉属于________(填“自养厌氧”“异养厌氧”或“异养好氧”)微生物。
(3)在发酵池发酵阶段添加的乳酸菌属于________(填“真核生物”或“原核生物”)；添加的酵母菌在无氧条件下分解葡萄糖的产物是____________。在该阶段抑制杂菌污染和繁殖是保证酱油质量的重要因素，据图分析该阶段中可以抑制杂菌生长的物质是_____________________________________(答出1点即可)。
课时5　发酵工程为人类提供多样的生物产品
自主建构
1．灭菌
2．分离　遗传　发酵的时间　不同　过滤　沉淀　减压　吸附剂
3．(1)温和　(2)丰富　(3)容易处理
4．(2)类激素　抗氧化剂
辨正误
(1)×　提示：菌种扩大培养时通常使用的是液体培养基。
(2)√
(3)×　提示：发酵工程的废弃物对环境影响小且容易处理。
(4)×　提示：如果发酵的产品是菌体本身，可采用过滤、沉淀等方法将菌体从培养液中分离出来。
合作探究
(1)提示：液体培养基。
(2)提示：灭菌　温度、pH、溶氧量、通气量。
(3)提示：缩短菌种在发酵罐中发酵的时间。
典例应用
例1　C　[酵母菌进行果酒发酵时需要适宜的温度，因此发酵过程需检测发酵液温度，A正确；发酵初期罐内微生物进行需氧呼吸消耗了氧气，因此可能出现负压，B正确；酵母菌通过厌氧呼吸产生酒精，因此不能从进气口通入空气，C错误；可以通过监测残余糖的浓度来决定终止发酵时间，D正确。]
例2　C　[当菌种进入新鲜的培养基后，代谢产生维持生命活动的氨基酸、核苷酸、多糖、脂类等各种物质，生长到一定阶段后，产生的生物碱、毒素等化合物对微生物自身的生命活动没有明确的功能，C错误。]
感悟真题
1．D　[青霉菌处于葡萄糖浓度不足的环境中会通过分泌青霉素杀死细菌；发酵液中的碳源不宜使用葡萄糖，A正确；青霉菌的代谢类型为异养需氧型，可用深层通气液体发酵技术提高产量，B正确；选育出的高产青霉素菌株经扩大培养纯化后，才可接种到发酵罐中进行工业化生产，C正确；为了防止细菌、其他真菌等微生物的污染，获得纯净的青霉素，发酵罐仍需严格灭菌，D错误。]
2．(1)蛋白质　碳源　(2)蛋白酶　脂肪酶　氨基酸　异养好氧　(3)原核生物　酒精和CO2　食盐
解析　(1)大豆的主要营养成分有蛋白质，可为米曲霉的生长提供氮源。淀粉属于多糖，组成元素有C、H、O，可为米曲霉的生长提供碳源。(2)蛋白质和脂肪的分解分别需要蛋白酶和脂肪酶。蛋白酶可以将蛋白质水解为小分子的肽和氨基酸。依题意可知，米曲霉发酵过程中需要提供营养物质，且需要通入空气并搅拌，故米曲霉的代谢类型为异养好氧型。(3)乳酸菌为原核生物；酵母菌为兼性厌氧微生物，在无氧条件下可以通过厌氧呼吸产生酒精和CO2。由题图可知，发酵池中有米曲霉发酵阶段的产物，还有发酵池发酵阶段添加的食盐，食盐可以通过提高发酵液的渗透压来抑制杂菌生长。(共27张PPT)
第一章　发酵工程
课时5　
发酵工程为人类提供多样的生物产品
本课时的概念为“发酵工程利用现代工程技术及微生物的特定功能，工业化生产人类所需产品”，这一概念的建构需要以下基本概念或证据的支持：
(1)发酵工程包括菌种的选育和扩大培养、发酵过程的控制及产品的分离与提纯等主要过程；(2)发酵工程为人类提供多样的生物产品。
课时概念解析
目录 CONTENTS
感悟真题
合作探究
课时概念图
自主建构
1.微生物工业发酵的基本过程
灭菌
2.发酵工程的基本环节
分离
遗传
发酵的
时间
不同
2.发酵工程的基本环节
过
滤
沉
淀
减压
吸附
剂
3.发酵工程的三大特点
(1)生产条件______。
(2)原料______且价格低廉。
(3)废弃物对环境影响小且__________。
温和
丰富
容易处理
4.发酵工程的应用
(1)绝大多数抗生素也是微生物发酵的产物，或由微生物发酵产物加工而成。
(2)近年来，在医药领域开发的酶抑制剂、免疫调节剂、________、__________、生物表面活性剂和抗辐射药物等许多新药也是微生物发酵的产物或衍生物。
(3)采用发酵工程生产的酶制剂除了应用于食品工业生产中，还广泛应用于洗涤剂生产、纺织、皮革、造纸工业中。
类激素
抗氧化剂
×
[辨正误]
(1)菌种扩大培养时，常将菌种接种到固体培养基中培养。( )
提示：菌种扩大培养时通常使用的是液体培养基。
(2)发酵过程中的pH、氧气、温度等影响发酵产物。( )
(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。( )
提示：发酵工程的废弃物对环境影响小且容易处理。
(4)如果发酵的产品是微生物的代谢产物，可采用过滤、沉淀等方法将菌体从培养液中分离出来。( )
提示：如果发酵的产品是菌体本身，可采用过滤、沉淀等方法将菌体从培养液中分离出来。
√
×
×
(生活、学习和实践情境)木聚糖酶可以将木聚糖(植物细胞壁的主要成分之一)降解为木糖，在酿造、饲料生产中很有应用价值。木聚糖酶可以用黑曲霉发酵生产，下图表示生产该酶的连续发酵装置。
(1)根据物理性质，该发酵过程使用的培养基属于何种培养基？
提示：液体培养基。
(2)从发酵装置输入的培养物必须经过严格的________处理。根据图示可知，发酵过程除了要严格控制搅拌速度外，还需要严格控制哪些主要条件？
提示：灭菌　温度、pH、溶氧量、通气量。
●图示连续培养装置以一定的速度不断添加新的培养物，同时又以同样的速度放出旧的培养物，可大大提高生产效率，其原因是什么？
提示：①保证微生物对营养物质的需求；②排出部分有害代谢产物；③使微生物保持较长时间的高速生长。
(3)大规模的发酵生产中，需要将选育出的优良菌种经过多次扩大培养，使菌种达到一定数量再接种，其目的是什么？
提示：缩短菌种在发酵罐中发酵的时间。
C
例1 某同学采用如图所示的装置进行葡萄酒发酵，下列叙述错误的是(　　)
【典例应用 】
A.发酵过程需检测发酵液温度
B.发酵初期罐内可能出现负压
C.需从进气口定期通入无菌空气
D.可以通过监测残余糖的浓度来决定终止发酵时间
解析：酵母菌进行果酒发酵时需要适宜的温度，因此发酵过程需检测发酵液温度，A正确；
发酵初期罐内微生物进行需氧呼吸消耗了氧气，因此可能出现负压，B正确；
酵母菌通过厌氧呼吸产生酒精，因此不能从进气口通入空气，C错误；
可以通过监测残余糖的浓度来决定终止发酵时间，D正确。
A.发酵过程需检测发酵液温度
B.发酵初期罐内可能出现负压
C.需从进气口定期通入无菌空气
D.可以通过监测残余糖的浓度来决定终止发酵时间
例2 下列关于微生物与发酵工程的叙述错误的是(　　)
A.好氧、用单一纯种微生物生产单一产品是现代发酵工业的主流
B.发酵工程具有生产条件温和、原料丰富且价格低廉、废弃物对环境影响小且容易处理等特点
C.当菌种进入新鲜的培养基后，代谢产生的生物碱、毒素等化合物是维持菌种生命活动必需的物质
D.发酵工业所使用的菌种应对环境没有明显或潜在的危害
C
解析：当菌种进入新鲜的培养基后，代谢产生维持生命活动的氨基酸、核苷酸、多糖、脂类等各种物质，生长到一定阶段后，产生的生物碱、毒素等化合物对微生物自身的生命活动没有明确的功能，C错误。
D
1.(2022·山东卷，14)青霉菌处在葡萄糖浓度不足的环境中时，会通过分泌青霉素杀死细菌，以保证自身生存所需的能量供应。目前已实现青霉素的工业化生产，关于该生产过程，下列说法错误的是(　　)
A.发酵液中的碳源不宜使用葡萄糖
B.可用深层通气液体发酵技术提高产量
C.选育出的高产菌株经扩大培养后才可接种到发酵罐中
D.青霉素具有杀菌作用，因此发酵罐不需严格灭菌
解析：青霉菌处于葡萄糖浓度不足的环境中会通过分泌青霉素杀死细菌；发酵液中的碳源不宜使用葡萄糖，A正确；
青霉菌的代谢类型为异养需氧型，可用深层通气液体发酵技术提高产量，B正确；
选育出的高产青霉素菌株经扩大培养纯化后，才可接种到发酵罐中进行工业化生产，C正确；
为了防止细菌、其他真菌等微生物的污染，获得纯净的青霉素，发酵罐仍需严格灭菌，D错误。
2.(2021·全国乙卷，37)工业上所说的发酵是指微生物在有氧或无氧条件下通过分解与合成代谢将某些原料物质转化为特定产品的过程。利用微生物发酵制作酱油在我国具有悠久的历史。某企业通过发酵制作酱油的流程示意图如下。
回答下列问题：
(1)米曲霉发酵过程中，加入大豆、小麦和麦麸可以为米曲霉的生长提供营养物质，大豆中的________可为米曲霉的生长提供氮源，小麦中的淀粉可为米曲霉的生长提供________。
蛋白质
碳源
(2)米曲霉发酵过程的主要目的是使米曲霉充分生长繁殖，大量分泌制作酱油过程所需的酶类，这些酶中的________、________能分别将发酵池中的蛋白质和脂肪分解成易于吸收、风味独特的成分，如将蛋白质分解为小分子的肽和________。米曲霉发酵过程需要提供营养物质、通入空气并搅拌，由此可以判断米曲霉属于________(填“自养厌氧”“异养厌氧”或“异养好氧”)微生物。
蛋白酶
脂肪酶
氨基酸
异养好氧
(3)在发酵池发酵阶段添加的乳酸菌属于________(填“真核生物”或“原核生物”)；添加的酵母菌在无氧条件下分解葡萄糖的产物是________________。在该阶段抑制杂菌污染和繁殖是保证酱油质量的重要因素，据图分析该阶段中可以抑制杂菌生长的物质是_______________________(答出1点即可)。
原核生物
酒精和CO2
食盐
解析：(1)大豆的主要营养成分有蛋白质，可为米曲霉的生长提供氮源。淀粉属于多糖，组成元素有C、H、O，可为米曲霉的生长提供碳源。
(2)蛋白质和脂肪的分解分别需要蛋白酶和脂肪酶。蛋白酶可以将蛋白质水解为小分子的肽和氨基酸。依题意可知，米曲霉发酵过程中需要提供营养物质，且需要通入空气并搅拌，故米曲霉的代谢类型为异养好氧型。
(3)乳酸菌为原核生物；酵母菌为兼性厌氧微生物，在无氧条件下可以通过厌氧呼吸产生酒精和CO2。由题图可知，发酵池中有米曲霉发酵阶段的产物，还有发酵池发酵阶段添加的食盐，食盐可以通过提高发酵液的渗透压来抑制杂菌生长。课时精练5 酵工程为人类提供多样的生物产品
(时间：30分钟分值：50分)
选择题：第1～9题，每小题2分，共18分。
【基础对点】
题型1　工业发酵的基本过程
1.发酵工程的正确操作过程是(　　)
①大型发酵　②发酵培养基的配制　③灭菌　④产品的分离与提纯　⑤菌种的选育　⑥扩大培养
⑦接种
⑤②⑥⑦①③④ ⑤⑥②③⑦①④
②⑤③⑦①⑥④ ⑦⑥⑤②③①④
2.酵母菌在发酵液的酒精浓度达到11.4%时，不再产生酒精。如果在发酵罐上施以负压，酒精从发酵液中挥发出来，酒精发酵速率就由原来的7.0 g/(L·h)提高到40 g/(L·h)。这种提取微生物代谢产物的方法属于(　　)
吸附发酵 真空发酵
萃取发酵 过滤、沉淀
3.发酵工程的内容包括菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产物的分离提纯等方面。下列关于发酵工程的认识，错误的是(　　)
发酵工程具有条件温和、产物单一、污染小的特点
发酵工程的产品包括微生物的代谢产物和菌体本身
通常所指的发酵条件包括温度、溶解氧和pH等
发酵工程与传统发酵技术最大的区别是前者可以用微生物进行发酵
4.(2024·海淀区高二期末)某工厂采用如图所示的发酵罐工业生产啤酒，下列相关操作叙述正确的是(　　)
pH检测及控制装置可监测发酵液pH以便适时调整
发酵过程中需不断通入无菌空气
发酵中搅拌的主要目的是降低发酵温度
发酵罐消毒后即可接种菌株进行酒精发酵
5.(2024·9＋1联盟高二联考)果啤以浓郁突出的啤酒醇香和水果风味，倍受广大消费者青睐。以下是以库尔勒香梨为主要原料，利用啤酒酵母，结合啤酒工艺工业生产果啤的基本工艺流程图。下列叙述正确的是(　　)
图中两种原料的预处理方式不同，按比例混合后可直接作为发酵培养基
保存在斜面培养基中的菌种，可以直接接种于发酵培养基中进行发酵
为了让CO2更易排出，发酵过程中空气的进气量不宜太大
影响果啤风味的因素除了菌种外，还有原料、pH、温度等
6.(2024·湖州质检)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(　　)
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
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
根据微生物对碳源需要的差别，使用含不同碳源的培养基
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
题型2　发酵工程的应用
7.传统发酵技术和现代发酵工程都是利用各种微生物的代谢来实现相关产品的生产的，下列微生物在发酵生产产品过程中需要提供空气或氧气的是(　　)
①酵母菌　②醋酸菌　③乳酸菌　④谷氨酸棒状杆菌
③④ ①②④
①②③ ②④
8.下列有关发酵工程应用的说法，错误的是(　　)
发酵工程可以生产酱油、泡菜等传统发酵食品
柠檬酸、乳酸等食品添加剂可以通过发酵工程生产
发酵工程可以生产多种药物，但是不能生产疫苗
发酵工程生产的单细胞蛋白可以制作成微生物饲料
9.吸水链霉菌在28 ℃时的发酵产物为静丝霉素，在37～40 ℃时的发酵产物为井冈霉素。这说明(　　)
菌种在不同的发酵阶段要求的环境条件是不同的
环境不同，同种微生物的代谢产物可能不同
静丝霉素和井冈霉素是吸水链霉菌生长到一定的阶段后合成的
可以采用过滤、沉淀等方法从发酵液中分离出静丝霉素或井冈霉素
【综合提升】
10.(18分)(2024·精诚联盟联考)具有耐高糖和耐酸特性的酵母菌是理想的酒精发酵菌种。图1是工业化生产酵母菌的流程，图2是耐高糖和耐酸特性的酵母菌工业化生产装置示意图。回答下列问题：
图2
(1)(8分)图1中，a________的操作目的是_______________________________
___________________________________________________________________；
b________常用的方法是______________________________________________。
(2)(4分)实验室用高浓度葡萄糖筛选经诱变处理后的野生酵母菌，经多次传代培养以获得目标菌株。最常用的分离单菌落的方法是稀释涂布平板法和________。培养过程中定期取样并用________(工具)进行菌落计数，评估菌株增殖状况。选育出来的菌种具有稳定的____________________________________________。
(3)(4分)图2发酵罐通过传感器监测发酵液酒精浓度、温度、氧气、pH等物质、环境的变化，其中pH需控制在__________(填“酸性”或“碱性”)环境下。图中③为叶轮，可以加快酵母菌繁殖速率，其原理是___________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(4)(2分)工业化大规模生产通过发酵罐实现，如发酵产品是为了得到酵母菌，可通过________等方法将菌体从培养液中分离出来；如发酵产品是酒精，则可用________法进行提取。
11.(14分)(2024·天域名校联盟联考)啤酒的工业化生产主要分为七步，如下图所示。请回答下列问题：
(1)(4分)步骤①中常用__________(填植物激素)处理大麦，可诱导淀粉酶合成，加快大麦种子发芽。步骤④糖化阶段需要控制反应温度，这是因为酶
__________________________________________________________________。
(2)(6分)步骤⑥发酵阶段，需要添加酿酒酵母。在操作过程中，发酵罐先通气，后密封。通气能提高________的数量，有利于密封时获得更多的__________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
(3)(4分)步骤⑥发酵时具有生活力的酿酒酵母需达到一定的数量，故需定时在发酵罐中取样，检测酿酒酵母的生长状况。若某次样品经2次10倍稀释后，经台盼蓝染色(体积不计)，在25×16型血细胞计数板上计数______________色细胞，5个中格中的细胞数为188个，该样品中具有生活力的酿酒酵母细胞的密度为__________个/mL。
课时精练5　发酵工程为人类提供多样的生物产品
1．B　[发酵工程的基本操作过程为：菌种的选育→扩大培养→发酵培养基的配制→灭菌→接种→大型发酵→产品的分离与提纯。因此正确的操作过程是⑤⑥②③⑦①④，B正确。]
2．B　[真空发酵是对发酵罐减压，使易挥发的发酵产物从发酵液中分离出来的技术，因此上述方法属于真空发酵，故选B。]
3．D　[传统发酵技术和发酵工程都是利用各种微生物的代谢来实现相关产品的生产，D错误。]
4．A　[生产啤酒过程中代谢产物会影响发酵液中的pH，通过检测发酵液中的pH来监测发酵进程，并适时调节pH，保证发酵效率，A正确；生产啤酒利用的是酵母菌厌氧呼吸产生酒精的原理，前期通无菌空气能使酵母菌大量繁殖，而酒精发酵过程需要严格的无氧环境，此时不需要通入无菌空气，B错误；发酵中搅拌的主要目的是使气泡与发酵液混合，而且使微生物细胞与发酵液中的营养物质接触，C错误；由于发酵工程用的菌种数量庞大，因此，发酵罐消毒后，在接种前需进行扩大培养，以获得足够多的菌种，D错误。]
5．D　[图中两种原料的预处理方式不同，按比例混合后不可直接作为发酵培养基，麦芽汁需要进行煮沸，A错误；保存在斜面培养基中的菌种，不可以直接接种于发酵培养基中进行发酵，需要经过活化后才能应用于生产，B错误；发酵过程是酵母菌的厌氧呼吸，不需要通入空气，C错误；影响果啤风味的因素除了不同的菌种外，还有不同的原料、pH、温度、氧气等环境因素，D正确。]
6．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(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。]
7．D　[酿酒是利用酵母菌在无氧条件下进行乙醇发酵的原理，发酵过程不需提供氧气；醋酸菌是好氧菌，在氧气充足条件下才能进行醋酸发酵，故需提供氧气；乳酸菌为厌氧菌，无氧条件下生成乳酸，不需氧气；在生产谷氨酸过程中要适量通气，D正确。]
8．C　[乙肝疫苗可用发酵工程的方法生产，这种方法生产乙肝疫苗的优点是酵母菌繁殖快，代谢旺盛，单位时间内乙肝疫苗的产量高，C错误。]
9．B　[A、C两项的叙述虽然是正确的，但是题干的信息不能说明这两点；代谢产物的分离通常采用真空发酵、吸附发酵、萃取发酵等提取，D错误。]
10．(1)扩大培养　缩短菌种在发酵罐中发酵的时间　灭菌　高压蒸汽灭菌法　(2)平板划线法　培养皿和涂布器　遗传特性和生产能力　(3)酸性　搅拌不仅使气泡与发酵液混合，而且使微生物细胞与发酵液中的营养物质接触　(4)过滤、沉淀　真空发酵
解析　(1)菌种选育后需进行菌体的繁殖，故图1中a操作是扩大培养，该操作目的是增加菌体数量从而缩短菌种在发酵罐中发酵的时间；配制培养基后需对培养基进行灭菌处理，故b操作为灭菌，培养基灭菌的常用方法是高压蒸汽灭菌法。(2)最常用的分离单菌落的方法是稀释涂布平板法和平板划线法，稀释涂布平板法可用于菌落计数，该方法用的工具为培养皿和涂布器。最终选育出来的菌种具有稳定的遗传特性和生产能力，满足人们的需要。(3)选育的酵母菌具有耐高糖和耐酸特性，故发酵液应保持酸性环境；搅拌器搅拌不仅使气泡与发酵液混合，而且使微生物细胞与发酵液中的营养物质接触，从而加快酵母菌繁殖。(4)工业化大规模生产通过发酵罐实现，如发酵产品是酵母菌，由于酵母菌质量和体积均较大，且不溶于发酵液，故可通过过滤、沉淀等方法将菌体从培养液中分离出来；如发酵产品是酒精，由于酒精易挥发，则可用真空发酵法进行提取。
11．(1)赤霉素　在最适温度下催化能力最强
(2)酿酒酵母　酒精产物　(3)无　9.4×108
解析　(1)赤霉素可促进种子萌发，因此步骤①中常用赤霉素处理大麦，可诱导淀粉酶合成，加快大麦种子发芽。酶的催化需要适宜的温度，在最适温度下催化能力最强，温度过高或过低都会影响酶活性，因此步骤④糖化阶段需要控制反应温度。(2)酵母菌进行需氧呼吸能够大量繁殖，因此通气能提高酿酒酵母的数量。酵母菌数量越多，密封时进行厌氧呼吸产生的酒精产物也就越多。(3)细胞膜具有选择透过性，台盼蓝不能进入活细胞，因此染色后用血细胞计数板计数时对应无色细胞进行计数。某次样品经2次10倍稀释后，在25×16型血细胞计数板上计数，若5个中格细胞数为188个，则该样品中具有生活力的酿酒酵母细胞的密度为188÷5÷16×400×10 000×102＝9.4×108(个/mL)。(共29张PPT)
课时精练5
发酵工程为人类提供多样的生物产品
(时间：30分钟　满分：50分)
B
题型1　工业发酵的基本过程
1.发酵工程的正确操作过程是(　　)
①大型发酵　②发酵培养基的配制　③灭菌　④产品的分离与提纯　⑤菌种的选育　⑥扩大培养　⑦接种
A.⑤②⑥⑦①③④ B.⑤⑥②③⑦①④
C.②⑤③⑦①⑥④ D.⑦⑥⑤②③①④
解析：发酵工程的基本操作过程为：菌种的选育→扩大培养→发酵培养基的配制→灭菌→接种→大型发酵→产品的分离与提纯。因此正确的操作过程是⑤⑥②③⑦①④，B正确。
基础对点
01
02
03
04
05
06
类题
07
08
类题
09
10
11
2.酵母菌在发酵液的酒精浓度达到11.4%时，不再产生酒精。如果在发酵罐上施以负压，酒精从发酵液中挥发出来，酒精发酵速率就由原来的7.0 g/(L·h)提高到40 g/(L·h)。这种提取微生物代谢产物的方法属于(　　)
A.吸附发酵 B.真空发酵 C.萃取发酵 D.过滤、沉淀
解析：真空发酵是对发酵罐减压，使易挥发的发酵产物从发酵液中分离出来的技术，因此上述方法属于真空发酵，故选B。
B
基础对点
01
02
03
04
05
06
类题
07
08
类题
09
10
11
3.发酵工程的内容包括菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产物的分离提纯等方面。下列关于发酵工程的认识，错误的是(　　)
A.发酵工程具有条件温和、产物单一、污染小的特点
B.发酵工程的产品包括微生物的代谢产物和菌体本身
C.通常所指的发酵条件包括温度、溶解氧和pH等
D.发酵工程与传统发酵技术最大的区别是前者可以用微生物进行发酵
解析：传统发酵技术和发酵工程都是利用各种微生物的代谢来实现相关产品的生产，D错误。
D
基础对点
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类题
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类题
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4.(2024·海淀区高二期末)某工厂采用如图所示的发酵罐工业生产啤酒，下列相关操作叙述正确的是(　　)
A
基础对点
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类题
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类题
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A.pH检测及控制装置可监测发酵液pH以便适时调整
B.发酵过程中需不断通入无菌空气
C.发酵中搅拌的主要目的是降低发酵温度
D.发酵罐消毒后即可接种菌株进行酒精发酵
解析：生产啤酒过程中代谢产物会影响发酵液中的pH，通过检测发酵液中的pH来监测发酵进程，并适时调节pH，保证发酵效率，A正确；
生产啤酒利用的是酵母菌厌氧呼吸产生酒精的原理，前期通无菌空气能使酵母菌大量繁殖，而酒精发酵过程需要严格的无氧环境，此时不需要通入无菌空气，B错误；
发酵中搅拌的主要目的是使气泡与发酵液混合，而且使微生物细胞与发酵液中的营养物质接触，C错误；
由于发酵工程用的菌种数量庞大，因此，发酵罐消毒后，在接种前需进行扩大培养，以获得足够多的菌种，D错误。
A.pH检测及控制装置可监测发酵液pH以便适时调整
B.发酵过程中需不断通入无菌空气
C.发酵中搅拌的主要目的是降低发酵温度
D.发酵罐消毒后即可接种菌株进行酒精发酵
基础对点
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5.(2024·9＋1联盟高二联考)果啤以浓郁突出的啤酒醇香和水果风味，倍受广大消费者青睐。以下是以库尔勒香梨为主要原料，利用啤酒酵母，结合啤酒工艺工业生产果啤的基本工艺流程图。下列叙述正确的是(　　)
D
基础对点
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A.图中两种原料的预处理方式不同，按比
例混合后可直接作为发酵培养基
B.保存在斜面培养基中的菌种，可以直接
接种于发酵培养基中进行发酵
C.为了让CO2更易排出，发酵过程中空气的进气量不宜太大
D.影响果啤风味的因素除了菌种外，还有原料、pH、温度等
解析：图中两种原料的预处理方式不同，按比例混合后不可直接作为发酵培养基，麦芽汁需要进行煮沸，A错误；
保存在斜面培养基中的菌种，不可以直接接种于发酵培养基中进行发酵，需要经过活化后才能应用于生产，B错误；
发酵过程是酵母菌的厌氧呼吸，不需要通入空气，C错误；
影响果啤风味的因素除了不同的菌种外，还有不同的原料、pH、温度、氧气等环境因素，D正确。
A.图中两种原料的预处理方式不同，按比例混合后可直接作为发酵培养基
B.保存在斜面培养基中的菌种，可以直接接种于发酵培养基中进行发酵
C.为了让CO2更易排出，发酵过程中空气的进气量不宜太大
D.影响果啤风味的因素除了菌种外，还有原料、pH、温度等
基础对点
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6.(2024·湖州质检)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
A
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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。
●我国科学家构建了一株嗜盐单胞菌H，该菌能以甘蔗榨糖后的废弃液为原料，在实验室发酵条件下发酵产生PHA等新型高附加值的可降解材料，其工艺流程如图所示。下列说法正确的是(　　)
D
基础对点
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类题
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A.在发酵工程中选育出优良的菌种后
即可在发酵罐内发酵
B.用嗜盐单胞菌H发酵产生PHA时，
要给予无氧发酵等条件
C.培养过程中可用平板划线法对样品
中活菌进行接种和计数
D.发酵罐内可检测微生物数量、产物浓度，也可添加必需的营养
解析：在发酵工程中选育出优良的菌种，要扩大培养后才能接种到发酵罐内发酵，A错误；
图示用嗜盐单胞菌H发酵产生PHA时，有提供空气，所以给予的是有氧发酵等条件，B错误；
不能用平板划线法对样品中活菌进行接种和计数，可以采用稀释涂布平板法对样品中活菌进行接种和计数，C错误。
A.在发酵工程中选育出优良的菌种后即可在发酵罐内发酵
B.用嗜盐单胞菌H发酵产生PHA时，要给予无氧发酵等条件
C.培养过程中可用平板划线法对样品中活菌进行接种和计数
D.发酵罐内可检测微生物数量、产物浓度，也可添加必需的营养
基础对点
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题型2　发酵工程的应用
7.传统发酵技术和现代发酵工程都是利用各种微生物的代谢来实现相关产品的生产的，下列微生物在发酵生产产品过程中需要提供空气或氧气的是(　　)
①酵母菌　②醋酸菌　③乳酸菌　④谷氨酸棒状杆菌
A.③④ B.①②④ C.①②③ D.②④
解析：酿酒是利用酵母菌在无氧条件下进行乙醇发酵的原理，发酵过程不需提供氧气；醋酸菌是好氧菌，在氧气充足条件下才能进行醋酸发酵，故需提供氧气；乳酸菌为厌氧菌，无氧条件下生成乳酸，不需氧气；在生产谷氨酸过程中要适量通气，D正确。
D
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8.下列有关发酵工程应用的说法，错误的是(　　)
A.发酵工程可以生产酱油、泡菜等传统发酵食品
B.柠檬酸、乳酸等食品添加剂可以通过发酵工程生产
C.发酵工程可以生产多种药物，但是不能生产疫苗
D.发酵工程生产的单细胞蛋白可以制作成微生物饲料
解析：乙肝疫苗可用发酵工程的方法生产，这种方法生产乙肝疫苗的优点是酵母菌繁殖快，代谢旺盛，单位时间内乙肝疫苗的产量高，C错误。
C
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●发酵工程是指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。下列相关叙述错误的是(　　)
A.发酵工程的产品包括微生物的代谢物、酶以及菌体本身
B.发酵工程具有生产条件温和、原料来源丰富且价格低廉等特点
C.利用发酵工程可以生产的根瘤菌肥作为微生物农药可以促进植物生长
D.在发酵工程中，发酵条件的改变会影响微生物的生长繁殖和代谢途径
解析：利用发酵工程生产的根瘤菌肥能够增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植物生长，C错误。
C
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9.吸水链霉菌在28 ℃时的发酵产物为静丝霉素，在37～40 ℃时的发酵产物为井冈霉素。这说明(　　)
A.菌种在不同的发酵阶段要求的环境条件是不同的
B.环境不同，同种微生物的代谢产物可能不同
C.静丝霉素和井冈霉素是吸水链霉菌生长到一定的阶段后合成的
D.可以采用过滤、沉淀等方法从发酵液中分离出静丝霉素或井冈霉素
解析：A、C两项的叙述虽然是正确的，但是题干的信息不能说明这两点；代谢产物的分离通常采用真空发酵、吸附发酵、萃取发酵等提取，D错误。
B
基础对点
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10.(2024·精诚联盟联考)具有耐高糖和耐酸特性的酵母菌是理想的酒精发酵菌种。图1是工业化生产酵母菌的流程，图2是耐高糖和耐酸特性的酵母菌工业化生产装置示意图。回答下列问题：
综合提升
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图2
(1)图1中，a______________的操作目的是__________________________________；
b________________常用的方法是_______________________________________。
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图2
扩大培养
缩短菌种在发酵罐中发酵的时间
灭菌
高压蒸汽灭菌法
(2)实验室用高浓度葡萄糖筛选经诱变处理后的野生酵母菌，经多次传代培养以获得目标菌株。最常用的分离单菌落的方法是稀释涂布平板法和____________。培养过程中定期取样并用_________________(工具)进行菌落计数，评估菌株增殖状况。选育出来的菌种具有稳定的________________________。
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图2
平板划线法
培养皿和涂布器
遗传特性和生产能力
(3)图2发酵罐通过传感器监测发酵液酒精浓度、温度、氧气、pH等物质、环境的变化，其中pH需控制在________(填“酸性”或“碱性”)环境下。图中③为叶轮，可以加快酵母菌繁殖速率，其原理是______________________
__________________________________________________________________。
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图2
酸性
搅拌不仅使气泡与发酵液混合，而且使微生物细胞与发酵液中的营养物质接触
(4)工业化大规模生产通过发酵罐实现，如发酵产品是为了得到酵母菌，可通过______________等方法将菌体从培养液中分离出来；如发酵产品是酒精，则可用______________法进行提取。
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图2
过滤、沉淀
真空发酵
解析：(1)菌种选育后需进行菌体的繁殖，故图1中a操作是扩大培养，该操作目的是增加菌体数量从而缩短菌种在发酵罐中发酵的时间；配制培养基后需对培养基进行灭菌处理，故b操作为灭菌，培养基灭菌的常用方法是高压蒸汽灭菌法。
(2)最常用的分离单菌落的方法是稀释涂布平板法和平板划线法，稀释涂布平板法可用于菌落计数，该方法用的工具为培养皿和涂布器。最终选育出来的菌种具有稳定的遗传特性和生产能力，满足人们的需要。
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图2
(3)选育的酵母菌具有耐高糖和耐酸特性，故发酵液应保持酸性环境；搅拌器搅拌不仅使气泡与发酵液混合，而且使微生物细胞与发酵液中的营养物质接触，从而加快酵母菌繁殖。
(4)工业化大规模生产通过发酵罐实现，如发酵产品是酵母菌，由于酵母菌质量和体积均较大，且不溶于发酵液，故可通过过滤、沉淀等方法将菌体从培养液中分离出来；如发酵产品是酒精，由于酒精易挥发，则可用真空发酵法进行提取。
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图2
11.(2024·天域名校联盟联考)啤酒的工业化生产主要分为七步，如下图所示。请回答下列问题：
综合提升
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(1)步骤①中常用________(填植物激素)处理大麦，可诱导淀粉酶合成，加快大麦种子发芽。步骤④糖化阶段需要控制反应温度，这是因为酶_________________________________。
综合提升
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赤霉素
在最适温度下催化能力最强
(2)步骤⑥发酵阶段，需要添加酿酒酵母。在操作过程中，发酵罐先通气，后密封。通气能提高___________的数量，有利于密封时获得更多的______________。
综合提升
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酿酒酵母
酒精产物
(3)步骤⑥发酵时具有生活力的酿酒酵母需达到一定的数量，故需定时在发酵罐中取样，检测酿酒酵母的生长状况。若某次样品经2次10倍稀释后，经台盼蓝染色(体积不计)，在25×16型血细胞计数板上计数______________色细胞，5个中格中的细胞数为188个，该样品中具有生活力的酿酒酵母细胞的密度为__________个/mL。
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无
9.4×108
解析：(1)赤霉素可促进种子萌发，因此步骤①中常用赤霉素处理大麦，可诱导淀粉酶合成，加快大麦种子发芽。酶的催化需要适宜的温度，在最适温度下催化能力最强，温度过高或过低都会影响酶活性，因此步骤④糖化阶段需要控制反应温度。
(2)酵母菌进行需氧呼吸能够大量繁殖，因此通气能提高酿酒酵母的数量。酵母菌数量越多，密封时进行厌氧呼吸产生的酒精产物也就越多。
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(3)细胞膜具有选择透过性，台盼蓝不能进入活细胞，因此染色后用血细胞计数板计数时对应无色细胞进行计数。某次样品经2次10倍稀释后，在25×16型血细胞计数板上计数，若5个中格细胞数为188个，则该样品中具有生活力的酿酒酵母细胞的密度为188÷5÷16×400×10 000×102＝9.4×108(个/mL)。
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