资源简介

第一章　第三节
基 础 题 组
一、选择题
1．(2024·广东模拟预测)下列关于发酵工程的叙述错误的是(　　 )
A．发酵的过程中补充培养液和空气须先灭菌
B．发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节
C．发酵罐中微生物的生长繁殖、代谢产物的形成速度都与搅拌速率有关
D．单细胞蛋白是从微生物细胞中提取出来的
答案：D
解析：由于发酵的过程是培养同种生物，因此在培养过程中补充的同种培养液，并且为防止杂菌污染，培养液和空气须先灭菌，A正确；发酵工程的内容包括菌种选育、培养基的配置、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离提纯(生物分离工程)等，发酵工程的中心环节是发酵罐内发酵，B正确；搅拌可增加溶氧量，发酵罐中微生物的生长繁殖、代谢产物的形成速度都与搅拌速度有关，C正确；单细胞蛋白是指通过发酵获得大量的微生物菌体，D错误。故选D。
2．(2024·山东聊城一中校考期中)下列关于发酵工程的说法中，不正确的是(　　 )
A．在菌种选育过程中，可以利用人工诱变、自然界中筛选和基因工程等手段
B．青霉素是抗生素，所以在青霉素生产过程中不需要严格灭菌
C．在谷氨酸发酵过程中，pH呈酸性时产生谷氨酰胺和N－乙酰谷氨酰胺
D．发酵工程的产品可以采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥
答案：B
解析：在菌种选育过程中，性状优良的菌种可以利用人工诱变(引起基因突变)、自然界中筛选和基因工程等手段生产，A正确；虽然青霉素是抗生素，可以杀死部分细菌，但不能杀死所有的细菌，有些细菌能分泌分解青霉素的酶，故在青霉素生产过程中仍然需要严格灭菌，B错误；谷氨酸棒状杆菌属于好氧型细菌，发酵过程中应进行通气和搅拌，以提高培养液中的溶氧量。当pH呈酸性时，谷氨酸棒状杆菌就会生成乙酰谷氨酰胺和谷氨酰胺；当溶氧不足时，生成的代谢产物就会是乳酸或琥珀酸，C正确；若发酵工程的产品是微生物细胞本身，可在发酵结束后采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥，若产品是代谢物，可以根据产物的性质采取蒸馏、萃取、离子交换等方法提取、分离和纯化产品，D正确。故选B。
3．(2023·江苏盐城高二校联考期中)下列有关发酵工程的基本环节的叙述，正确的是(　　 )
A．发酵工程的基本环节有选育菌种、扩大培养、配制培养基、灭菌、接种和发酵、产品的分离和纯化
B．接种是发酵工程的中心环节，接种必须在无菌条件下进行
C．发酵过程中，不能再向发酵罐中添加营养物质，以免造成污染
D．整个发酵过程中通过人工方法对发酵过程中温度、pH、溶解氧等进行检测和控制，从而使发酵过程处于最佳状态
答案：A
解析：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技术。发酵工程的基本环节有选育菌种、扩大培养、配制培养基、灭菌、接种和发酵、产品的分离和纯化，A正确；发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节，B错误；在发酵过程中，要随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度，以了解发酵进程，同时要严格控制发酵条件，如温度、pH、溶解氧，故可能需要适时添加营养物质等，C错误；现代发酵工程中，计算机控制系统可以通过负反馈机制，使发酵罐内的发酵全过程处于最佳状态，D错误。故选A。
4．下列关于发酵工程特点的描述，错误的是(　　 )
A．生产条件温和
B．原料来源丰富且价格低廉
C．可同时获得多种产物
D．废弃物对环境影响小且易处理
答案：C
解析：发酵工程是指利用微生物的特定功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品，主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身。发酵工程一般包括菌种的选育，扩大培养，培养基的配制、灭菌，接种，发酵、产品的分离、提纯等方面。发酵过程一般来说都是在常温常压下进行，条件温和、反应安全，原料简单、污染小，反应专一性强，因而可以得到较为专一的产物。发酵工程在医药、食品、农业、冶金、环境保护等许多领域都得到广泛应用。A、B、D正确，C错误。故选C。
5．发酵工程由一系列工艺环节构成，下列不属于发酵罐内发酵这一环节的是(　　 )
A．随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等
B．及时添加必需的营养组分
C．严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件
D．对选育的菌种进行扩大培养
答案：D
解析：对选育的菌种进行扩大培养，属于接种前的技术环节，不属于发酵罐内发酵这一环节，D符合题意。故选D。
6．(2024·河南洛阳高二统考期中)与传统发酵技术相比，发酵工程的产品种类更加丰富。下列关于发酵工程的叙述错误的是(　　 )
A．发酵工程涉及菌种的选育和培养、产物的分离和提纯等方面
B．发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身
C．农牧业生产上利用发酵工程生产微生物肥料，可增进土壤肥力
D．通过发酵工程可以从微生物细胞中提取单细胞蛋白
答案：D
解析：发酵工程是通过现代工程技术，利用微生物的特定功能，规模化生产对人类有用的产品。它涉及菌种的选育和培养、产物的分离和提纯等方面，A正确；发酵工程是指利用微生物的特定功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品，主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身，B正确；农牧业生产上利用发酵工程生产微生物肥料，增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长，常见的有根瘤菌肥、固氮菌肥等，C正确；单细胞蛋白是指利用发酵工程获得的大量的微生物菌体，而并非微生物的代谢产物，故不需要提取，D错误。故选D。
7．(2024·湖北武汉高二校联考期中)下列有关发酵工程及其应用的叙述中，正确的是(　　 )
A．发酵工程生产的单细胞蛋白是从微生物菌体细胞中提取出来的
B．发酵工程生产用菌种是对自然界分离的菌种进行定向改造后获得的
C．利用发酵工程生产微生物的代谢物可以用蒸馏、过滤、沉淀等方法提取
D．利用发酵工程可以产生微生物肥料来增加土壤肥力、改善土壤结构、促进植株生长，如根瘤菌肥、固氮菌肥等
答案：D
解析：发酵工程生产的单细胞蛋白是通过发酵获得的大量的微生物菌体，A错误；性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来，也可以通过诱变育种和基因工程育种方法获得，B错误；如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后，采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥，即可得到产品。如果产品是代谢物，可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品，C错误；利用发酵工程生产的微生物肥料利用了微生物在代谢过程中产生的有机酸、生物活性物质等来增进土壤肥力、改善土壤结构、促进植株生长，如根瘤菌肥、固氮菌肥等，D正确。故选D。
二、非选择题
8．(2023·河南南阳高二校联考期中)发酵工程可以生产各种各样的食品添加剂，柠檬酸是一种具有广泛用途的食品添加剂，工业生产柠檬酸的原料主要是糖质原料(如淀粉)，为减少粮食的消耗，某科研小组以秸秆为原料寻找柠檬酸发酵的新工艺，通过黑曲霉液体深层发酵柠檬酸的工艺条件化实验的简要过程如下图所示。请回答下列问题：
下表是培养基A、B、C的配方：
配方
培养基A 纤维素、酵母膏、(NH4)2SO4、水、琼脂
培养基B 水稻秸秆粉、小麦麸皮、(NH4)2SO4、玉米粉、CaCl2、水
培养基C 水稻秸秆粉、(NH4)2SO4、MgSO4、蛋白胨、KH2PO4、CaCl2、ZnCl2、尿素、水
(1)在培养基A、B、C中接种黑曲霉(孢子)后，经培养后可用于观察菌落形态的是 ____________(填“培养基A”“培养基B”或“培养基C”)。培养基C中蛋白胨的作用是__________________。配制完培养基后，要采用_________
_______法对其进行灭菌。为检验灭菌效果，对照组的操作应是______________
________________________________________________________。
(2)根据实验流程，若想研究成熟孢子的密度，可采用____________的方法对培养基B中的成熟孢子进行计数，若使用的是长和宽均为1 mm，深度为0.1 mm的血细胞计数板(16个中方格，每个中方格包括25个小方格)，稀释了100倍的发酵液，统计了4个中方格的孢子数量，理论上4个中方格的孢子数量应不少于________个，才能达到每毫升8×107个孢子的预期密度，该方法统计的结果一般是__________________的总和。
(3)发酵罐内柠檬酸的发酵是发酵工程的中心环节，发酵时要严格控制温度、pH等环境条件，原因是________________________________________________
____________________。
答案：(1)培养基A　提供碳源和氮源　高压蒸汽灭菌　将未接种的空白培养基置于适宜条件下培养一段时间，观察是否有菌落出现
(2)抽样检测　20　死孢子和活孢子
(3)环境条件的变化不仅会影响菌种的生长繁殖，而且会影响代谢产物的形成
解析：(1)能观察菌落形态的培养基应为固体培养基，分析图表可知，在培养基A、B、C中只有培养基A含有凝固剂琼脂，属于固体培养基，故可用于观察菌落形态的是培养基A；蛋白胨来源于动物，含有糖、维生素和有机氮等物质，故培养基C中蛋白胨的作用是微生物生长提供碳源和氮源；培养基的灭菌方法是高压蒸汽灭菌法；检验该培养基灭菌效果的常用方法是将未接种的空白培养基置于适宜条件下培养一段时间，观察是否有菌落出现；若没有菌落出现，则说明培养基灭菌合格，反之说明不合格。(2)结合后文可知，使用的是长和宽均为1 mm，深度为0.1 mm的血细胞计数板，故研究成熟孢子的密度，可采用抽样检测的方法，用血细胞计数板计数法对培养基B中的成熟孢子进行计数；预期密度为每毫升8×107个活细胞，设4个中方格的孢子数量应不少于x，则有4x÷0.1×103×100＝8×107，解得x＝20；该方法统计的结果一般是死细菌和活细菌的总和。(3)微生物发酵过程中要严格控制温度、pH、溶氧、通气量与转速等发酵条件，因为环境条件的变化不仅会影响菌种的生长繁殖，而且会影响代谢产物的形成。
能 力 提 升
一、选择题
1．(2024·湖北宜昌高二校联考期中)食品工业是微生物最早开发和应用的领域，一直以来与发酵有关的食品工业的产量和产值都居于发酵工业的首位。下列相关叙述正确的是(　　 )
A．在食品工业中用到的酶制剂都是通过发酵工程生产的
B．筛选出高产谷氨酸的谷氨酸棒状杆菌菌种后可直接接种到发酵罐中进行发酵生产
C．啤酒发酵的过程中酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成在主发酵阶段完成
D．食品工业中，用来延长食品保质期的乳酸链球菌素和β－胡萝卜素可通过发酵工程生产
答案：C
解析：目前大量生产酶制剂主要是通过微生物发酵工程生产的，并不是所有的酶制剂都是通过发酵工程生产的，A错误；筛选出能高产谷氨酸的谷氨酸棒状杆菌菌种后还需要进一步扩大化培养才能接种到发酵罐中进行发酵生产，B错误；啤酒发酵的过程分为主发酵和后发酵两个阶段，酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成都在主发酵阶段完成，主发酵结束后在低温、密闭环境下储存一段时间属于后发酵，C正确；β－胡萝卜素在食品工业中常用来增加食品的色泽，是着色剂不是防腐剂，D错误。故选C。
2．(2024·广西高二校联考期中)谷氨酸棒状杆菌可用于微生物发酵工程生产谷氨酸来制取谷氨酸钠(味精)，该细菌在发酵过程中要不断地通入无菌空气，并通过搅拌使空气形成细小的气泡，迅速溶解在培养液中(溶氧)；在温度为30～37 ℃，pH为7～8的情况下，经28～32小时，培养液中会生成大量的谷氨酸。如图表示利用玉米淀粉为材料制备谷氨酸的流程图。下列叙述错误的是(　　 )
A．尿素能为谷氨酸棒状杆菌提供氮源和碳源
B．利用玉米淀粉制备糖液时，可采用酶解法
C．谷氨酸棒状杆菌通过有氧发酵产生谷氨酸
D．维生素B能为发酵菌提供特殊的营养物质
答案：A
解析：谷氨酸棒状杆菌为异养型生物，糖液中的糖为谷氨酸棒状杆菌提供碳源，而尿素为谷氨酸棒状杆菌提供氮源，A错误；玉米淀粉在淀粉酶的作用下，可以制备成糖液，因此利用玉米淀粉制备糖液时，可采用酶解法，B正确；谷氨酸棒状杆菌在发酵过程中要不断地通入无菌空气，因此谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸，进行的是有氧发酵，C正确；糖液中的糖为发酵菌提供碳源，尿素提供氮源，另外，还有水和无机盐，因此，维生素B为发酵菌的生长提供特殊的营养物质，D正确。故选A。
3．(2024·湖北省普通高中学业水平选择性考试)广式高盐稀态酱油发酵工艺中盐分含量对于发酵过程和产品风味至关重要，其作用之一是防腐抑菌，淘汰非耐盐野生杂菌或有害微生物。随着健康中国建设的推进，酱油的减盐成为一种趋势。科研人员研究了不同盐分条件下不同发酵阶段微生物群落结构的变化，结果如下表所示。下列说法错误的是(　　 )
不同盐分条件下不同发酵阶段各类微生物菌落总数
样品 菌落总数/(1 g CFU/mL)
细菌 真菌 乳酸菌
LⅠ 6.95 4.87 6.18
LⅡ 6.65 6.46 6.37
LⅢ 5.87 4.72 4.60
MⅠ 6.93 4.03 4.70
MⅡ 6.41 6.32 5.52
MⅢ 5.57 4.07 5.11
HⅠ 6.82 3.48 4.60
HⅡ 6.15 5.78 5.84
HⅢ 5.39 2.43 4.93
注：L、M、H分别表示低盐组(120 g/L)、中盐组(150 g/L)、高盐组(170 g/L)，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别表示发酵第5天、发酵第25天、发酵第55天
A．高浓度盐分能通过提高培养液的渗透压来实现防腐抑菌
B．在发酵初期，盐浓度的提高对真菌及乳酸菌形成有效抑制
C．在发酵过程中，细菌、真菌、乳酸菌的数量均呈现降低趋势
D．随时检测培养液中的微生物数量，可以更好地了解发酵进程
答案：C
解析：高浓度盐分能通过提高培养液的渗透压使微生物失水死亡，从而实现防腐抑菌，A正确；由表格内容可知，在发酵初期提高盐浓度，对真菌及乳酸菌形成有效抑制，B正确；由表中数据可知，低盐组、中盐组和高盐组的细菌数量随发酵时间推移数量减少；而真菌和乳酸菌数量随着发酵时间的推移呈现先增后减的趋势，C错误；发酵过程中，随时检测培养液中的微生物数量，可以更好地了解发酵进程，D正确。故选C。
4．为了改善食品的品质和色、香、味及满足防腐与加工工艺的需要，人们会在食品中加入一些化学合成或天然物质，这类物质被称为食品添加剂，下列有关叙述错误的是(　　 )
A．许多食品添加剂可以通过发酵工程生产，如柠檬酸可以通过黑曲霉的发酵制得
B．食品工业中，常用的着色剂有β－胡萝卜素、红曲黄色素等
C．食品工业中，用来延长食品保质期的乳酸链球菌素、溶菌酶可通过发酵工程生产
D．食品添加剂不能增加食品的营养
答案：D
解析：许多食品添加剂都能通过发酵工程生产，如柠檬酸可以通过黑曲霉的发酵制得，A项正确；β－胡萝卜素、红曲黄色素等在食品工业中常用来增加食品的色泽，B项正确；食品工业中，用来延长食品保质期的乳酸链球菌素、溶菌酶可通过发酵工程生产，C项正确；食品添加剂不仅可以增加食品的营养，改善食品的口味、色泽和品质，有时还可以延长食品的保存期，D项错误。
5．(2023·河南洛阳高二统考期中)啤酒的工业化生产中，大麦经发芽、焙烤、碾磨、糖化、蒸煮、发酵、消毒等工序后，最终过滤、调节、分装。下列说法错误的是(　　 )
A．啤酒是以大麦为主要原料，利用酵母菌产生的淀粉酶将淀粉水解
B．焙烤过程通过加热杀死大麦种子胚但并不使淀粉酶失活
C．糖浆经蒸煮过程终止了酶的进一步作用并对糖浆起到了灭菌的作用
D．选育出的高产啤酒酵母需经扩大培养后才可接种到发酵罐中
答案：A
解析：大麦芽产生的淀粉酶将大麦中的淀粉水解产生葡萄糖，酵母菌利用产生的葡萄糖发酵获得啤酒，A错误；啤酒的生产过程中，焙烤的目的是杀死大麦种子的胚，但不使淀粉酶失活，B正确；酶活性的发挥需要适宜的温度，而蒸煮过程中淀粉酶活性因高温丧失，因此蒸煮过程可以终止淀粉酶的进一步作用，并对糖浆灭菌，C正确；为提高啤酒产量，选育出的高产啤酒酵母需经扩大培养后才可接种到发酵罐中，D正确。故选A。
6．(2024·四川成都高二校联考期中)现在大力提倡无纸化办公，但是仍然不可避免地每年要产生大量的废纸，其主要成分是木质纤维，人类正努力将其转化为一种新的资源——乙醇。下图是工业上利用微生物通过纤维素生产乙醇的基本工艺流程，下列说法错误的是(　　 )
A．过程①以纤维素作为碳源
B．过程②中的酶是纤维素酶
C．纤维素糖化时会产生水
D．微生物X可能是酵母菌
答案：C
解析：过程①筛选纤维素分解菌时用纤维素作为唯一碳源的选择培养基，纤维素分解菌能够很好地生长，其他微生物则不能生长，A正确；根据酶的专一性，纤维素酶水解纤维素，因此过程②中的酶是纤维素酶，B正确；纤维素糖化是纤维素水解的过程，应消耗水，C错误；酵母菌无氧呼吸产生酒精，微生物X可能是酵母菌，D正确。故选C。
7．(2024·山东日照高二校联考期中)柠檬酸是一种广泛应用的食品酸度调节剂，工业上可以以玉米为原料，通过黑曲霉发酵制得，工艺流程如下图所示。下列叙述错误的是(　　 )
A．种子培养是在发酵前对菌种进行扩大培养
B．蒸煮有利于酶的进一步作用并对糖浆灭菌
C．发酵液pH降低到一定值后可进行过滤纯化
D．利用废渣为原料可进一步获得单细胞蛋白
答案：B
解析：种子培养是在发酵前对菌种进行扩大培养，增加菌体的数量，A正确；蒸煮的作用是终止酶的作用，并进一步对糖浆灭菌，B错误；发酵产物为柠檬酸，呈酸性，故发酵液pH降低到一定值后可进行过滤纯化，C正确；微生物含有丰富的蛋白质，废渣中含有大量的发酵菌体，故利用废渣为原料可进一步获得单细胞蛋白，D正确。故选B。
二、非选择题
8．(2023·四川德阳高二德阳五中校考阶段练习)中国是食醋酿造大国，有几千年的酿醋历史。但目前中国常用的醋酸杆菌菌株AS1.41产酸能力、酒精耐受性均有待提高。拟从醋醅中筛选高产酸、高耐酒精的醋酸菌，其中醋酸能溶解培养基中的碳酸钙形成透明圈，过程如图1所示。
(1)试验中所用培养基均含有水、葡萄糖、酵母浸膏和酒精，其中葡萄糖可为醋酸菌的生长提供________。配制分离培养基时，除营养物质外，还需要添加2%的__________，以便观察醋酸与之反应后菌落周围形成的透明圈。
(2)分离醋酸菌时，需将富集的醋酸菌培养液进行梯度稀释，采用________________法接种到分离平板上。30 ℃培养72 h后，挑取透明圈______的单菌落进行划线分离。分离出的单菌落接种到斜面培养基(含3%酒精)上并于_________(温度)保藏。
(3)取保藏的三个菌株分别接种于发酵培养液(含5%酒精)中，30 ℃培养5 d后测产酸量，筛选出高产酸的醋酸杆菌J2菌株。将J2与AS1.41分别接种到含不同浓度酒精的培养液中，30 ℃培养24 h后测定活菌数量，结果如图2。由图2可知，酒精可________醋酸菌的生长。与AS1.41相比，J2菌株对酒精的耐受性________。
(4)获得J2菌株后，还可以采取________育种措施，进一步提高其酒精耐受性。
(5)筛选出J2菌株后，其高产酸特性的遗传是否稳定还需检测，具体操作是________________________________________________________，观察并比较产生的透明圈大小。若实验结果为__________________________，说明其高产酸特性能稳定遗传。
答案：(1)碳源　碳酸钙
(2)稀释涂布平板　大　4 ℃
(3)抑制　更高
(4)诱变
(5)将J2菌株连续培养多代，将每一代菌株都接种到培养基上　如果透明圈大小基本一致
解析：(1)试验中所用培养基均含有水、葡萄糖、酵母浸膏和酒精，其中葡萄糖可为醋酸菌生长的碳源。配制分离培养基时，除营养物质外，还需要添加2%的碳酸钙，以便观察醋酸与之反应后菌落周围形成的透明圈，从而可以鉴定醋酸菌的产酸能力。(2)分离醋酸菌时，需将富集的醋酸菌培养液进行梯度稀释，采用稀释涂布平板法接种到分离平板上。透明圈越大，说明产酸能力越强，因此30 ℃培养72 h后，挑取透明圈大的单菌落进行划线分离。分离出的单菌落接种到斜面培养基(含3%酒精)上并置于4 ℃条件下保藏。(3)取保藏的三个菌株分别接种于发酵培养液(含5%酒精)中，30 ℃培养5d后测产酸量，筛选出高产酸的醋酸杆菌J2菌株。将J2与AS1.41分别接种到含不同浓度酒精的培养液中，30 ℃培养24 h后测定活菌数量，结果如图2。根据图2结果可知，酒精可抑制醋酸菌的生长。与AS1.41相比，J2菌株菌体数量较高，因而说明该菌株对酒精的耐受性更高。(4)要改良生物的性状，可采用诱变育种的方法，因此获得J2菌株后，还可以采取诱变的育种措施，进一步提高其酒精耐受性。(5)筛选出J2菌株后，其高产酸特性的遗传是否稳定还需检测，由于醋酸菌是原核生物，只能进行分裂增殖，因此检测的基本过程为：将J2 菌株连续培养多代，将每一代菌株都接种到培养基上，观察并比较产生的透明圈大小，如果透明圈大小基本一致，说明其高产酸特性能稳定遗传，如果透明圈大小不一致，说明其高产酸特性不能稳定遗传。
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第1章　发酵工程
第3节　发酵工程及其应用
1．概述发酵工程及其基本环节。
2．说明发酵工程在生产上有重要的应用价值。
1．科学思维——发酵工程基本环节分析。
2．社会责任——认同发酵工程是在传统发酵技术的基础上发展起来的，它实现了发酵食品、药物等的工业化生产，极大地改善了人们的生活。
知识点一　发酵与传统发酵技术
基础知识·双基夯实
发酵工程一般包括_____________，扩大培养，培养基的配制、_______，接种，________，产品的分离、提纯等方面。
1．选育菌种：性状优良的菌种可以从_________中筛选出来，也可以通过___________或_______________获得。
2．扩大培养：工业发酵罐的体积很大，接入的菌种总体积也较大，因此在发酵之前还需要对菌种进行____________。
菌种的选育
灭菌
发酵
自然界
诱变育种
基因工程育种
扩大培养
3．配制培养基：在菌种确定之后，要选择原料制备培养基。培养基的配方要经过___________才能确定。
4．灭菌：发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种。一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。因此，_________和___________都必须经过严格的灭菌。
5．接种：扩大培养的菌种和灭菌后的__________加入发酵罐中。大型发酵罐有计算机控制系统，能对发酵过程中的温度、pH、溶解氧、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等进行监测和控制。
反复试验
培养基
发酵设备
培养基
6．发酵罐内发酵：在发酵过程中，要随时检测培养液中的_______
_____、 ___________等，以了解发酵进程。还要及时添加必需的___________，要严格控制_______、_______和溶解氧等发酵条件。
7．分离、提纯产物：如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后，采用_______、_______等方法将菌体分离和干燥得到产品。如果产品是代谢物，可根据产物的性质采取适当的_______、_______和_______措施来获得产品。
数量
微生物
产物浓度
营养组分
温度
pH
过滤
沉淀
提取
分离
纯化
1．发酵工程利用的菌种都是从自然界中筛选出来的。(　　 )
2．发酵工程的中心环节是选育菌种。(　　 )
3．发酵工程中要对培养基进行灭菌，发酵设备不用灭菌。(　　 )
×
×
×
1.利用酵母菌进行酒精发酵过程中为什么要“先通气后密封”？
提示：“通气”的目的是使酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖，“密封”的目的是使酵母菌进行酒精发酵产生酒精。
2．啤酒生产中，发酵是重要环节，发酵后期，如果密封不严，会使啤酒变酸，你知道这是发生了什么变化吗？
提示：醋酸菌是一种好氧菌，若发酵罐密封不严，酒精就会在醋酸菌的作用下被氧化产生乙醛，最后变为乙酸。
课内探究·名师点睛
1．对发酵工程概念的理解
原理 发酵原理和工程学原理
所用生物 常规菌种、基因工程改造的“工程菌”菌种、诱变育种获得的菌种等
过程
实质 利用微生物进行产品生产
产物 通过微生物的大量繁殖获得所需产品、次生代谢物和菌体本身
2．发酵工程基本环节分析
1.某高校采用下图所示的发酵罐进行葡萄酒主发酵过程的研究，下列叙述错误的是(　　 )
A．夏季生产果酒时，常需对罐体进行降温处理
B．乙醇为挥发性物质，故发酵过程中空气的进气量不宜太大
C．正常发酵过程中罐内的压力不会低于大气压
D．可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度来决定何时终止发酵
答案：B
解析：A对：利用酵母菌进行酒精发酵时，一般将温度控制在18～30 ℃，因此夏季生产果酒时，需要对发酵罐体进行降温处理。B错：发酵过程中，进气口阀门应该关闭，以保证发酵罐的无氧环境，使酵母菌进行无氧呼吸产生酒精。C对：正常发酵过程中，由于酵母菌进行无氧呼吸产生CO2，所以发酵罐内的压力增大，高于大气压。D对：葡萄酒的发酵过程消耗葡萄糖，所以可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度来决定何时终止发酵。
变式训练 发酵工程在工业生产上得到广泛应用，其生产流程如图所示。结合赖氨酸或谷氨酸的生产实际，下列说法错误的是(　　 )
A．①为诱变育种，②为提取、分离和纯化等
B．赖氨酸或谷氨酸的生产过程中为使产物源源不断地产生，可及时添加必需的营养组分
C．由于赖氨酸或谷氨酸的发酵菌种为好氧菌，在生产过程中常需增加通氧量
D．人工控制微生物代谢的唯一措施是控制生产过程中的各种条件
答案：D
解析：由题意分析可知，图中①为诱变育种，②为提取、分离和纯化，A正确；为了提高代谢产物的产量，可及时添加必需的营养组分，B正确；由于赖氨酸或谷氨酸的发酵菌种为好氧菌，因此在生产过程中常需增加通氧量，C正确；人工控制微生物代谢的措施包括改变微生物遗传特性(即选育菌种)、控制生产过程中的各种条件(即发酵条件)等，D错误。
知识点二　发酵工程的应用
基础知识·双基夯实
1．在食品工业上的应用
(1)生产传统的发酵产品，如_________________。
(2)生产各种各样的食品添加剂，如通过_________发酵制得的柠檬酸，由_________________发酵生产的味精。
(3)生产酶制剂，如α-淀粉酶、β-淀粉酶、脂肪酶等。
酱油、各种酒类
黑曲霉
谷氨酸棒状杆菌
2．在医药工业上的应用
_______工程、__________工程等的广泛应用给发酵工程制药领域的发展注入了强劲动力。
3．在农牧业上的应用
(1)生产微生物肥料。微生物肥料利用了微生物在代谢过程中产生的_________、_______________等来增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长，常见的有___________、___________等。
基因
蛋白质
有机酸
生物活性物质
根瘤菌肥
固氮菌肥
(2)生产微生物农药。微生物农药是利用_________或___________来防治病虫害的。微生物农药作为___________的重要手段，将在农业的_____________方面发挥越来越重要的作用。
(3)生产微生物饲料。微生物含有丰富的_________。以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵获得了大量的微生物菌体，即_____________，用单细胞蛋白制成的微生物饲料，能使家畜、家禽增重快，产奶或产蛋量显著提高。
微生物
其代谢物
生物防治
可持续发展
蛋白质
单细胞蛋白
4．在其他方面的应用
发酵工程正渗透到几乎所有的工农业领域，在助力解决_______、_______、_______和_______等方面的重大问题上，作出了越来越大的贡献。
粮食
环境
健康
能源
1．利用微生物农药防治农林虫害属于化学防治。(　　 )
2．微生物饲料主要是利用发酵工程生产的微生物的菌体。(　　 )
×
√
1．微生物肥料使作物增产的原理是什么？
提示：微生物在代谢过程中产生的有机酸、生物活性物质能增进土壤肥力、改良土壤结构，促进植物生长。
2．微生物农药防治农林害虫的原理是什么？
提示：微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害的。
课内探究·名师点睛
1．啤酒发酵的过程及内容
2．“精酿”啤酒与“工业”啤酒的区别
2.食品工业是微生物最早开发和应用的领域，利用发酵过程生产的食品比比皆是，下列有关叙述错误的是(　　 )
A．黑霉菌产生的蛋白酶可以将大豆中的蛋白质分解成肽和氨基酸
B．利用谷物酿制白酒时，酵母菌只需要进行无氧呼吸即可，所以整个发酵过程需要隔绝空气进行
C．利用乳酸链球菌可以提取乳酸链球菌素制作防腐剂
D．味精的生产需要谷氨酸棒状杆菌经过发酵先产生谷氨酸
答案：B
解析：酵母菌是兼性厌氧微生物，在发酵初期，需要向发酵罐内通气，促进酵母菌大量繁殖，增加酵母菌菌种数量，之后再进行密闭，有利于酵母菌进行无氧呼吸产生酒精。
变式训练 我国是世界上啤酒生产和消费大国。啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的。啤酒生产需经过制麦、糖化、发酵等主要环节。糖化主要是将麦芽中的淀粉等有机物水解为小分子的过程。主要工艺流程如图所示，下列关于啤酒发酵的叙述，错误的是(　　 )
A．糖化采用的温度越高，淀粉水解速度越快
B．啤酒中的酒精是糖类经酵母菌无氧呼吸产生的代谢产物
C．在酿造啤酒过程中，酵母菌进行了有氧呼吸和无氧呼吸
D．酵母不能直接利用淀粉，需要淀粉酶等将淀粉转化成酵母可利用的糖
答案：A
解析：糖化采用的温度适宜，淀粉水解速度快，如果温度过高，酶失活反应速度下降，A错误；酵母菌无氧呼吸产生酒精和二氧化碳，故啤酒中的酒精是糖类经酵母菌无氧呼吸产生的代谢产物，B正确；在酿造啤酒过程中，酵母菌开始进行有氧呼吸繁殖增加数量，后酵母菌进行无氧呼吸产生酒精，C正确；酵母菌细胞呼吸的底物为葡萄糖，不能直接利用淀粉，需要淀粉酶等将淀粉转化成酵母菌可利用的糖，D正确。
指点迷津·拨云见日
传统发酵技术与现代工业发酵在很多方面存在差异，总结如下：
项目 传统发酵技术 现代工业发酵
概念 直接利用原料中存在的天然微生物或前一次发酵保存下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术 利用微生物的特定功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品
菌种
来源 来源于空气、蔬菜、面团发酵物等，菌种不纯 选育的纯菌种，可从自然界中分离，也可利用工程技术改造获得
项目 传统发酵技术 现代工业发酵
过程 无菌种选育、扩大培养和接种，无严格的灭菌等 菌种选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵、产品的分离和提纯
发酵条
件控制 通过微生物自身的代谢调节pH，通过充气口、排气口及其他人工措施调节溶解氧 通过计算机控制系统，对发酵过程中的温度、pH、溶解氧等进行监测和控制
应用 果酒、果醋的制作，腐乳、泡菜的制作等 应用于食品工业、医药工业、农牧业等
3.下列有关传统发酵技术与现代工业发酵的描述，正确的是(　　 )
A．传统发酵技术与现代工业发酵都需要进行严格的无菌操作，防止杂菌的污染，如都要进行培养液的灭菌
B．传统发酵技术对发酵条件的控制主要通过人工控制，而现代工业发酵对发酵条件的控制是通过计算机系统进行全面的监测和控制
C．制作泡菜的菌种是人工接种的纯的乳酸菌菌种
D．果酒制作、果醋制作以及腐乳的制作等都属于现代工业发酵
答案：B
解析：传统发酵技术与现代工业发酵都要进行无菌操作，但传统发酵技术防止发酵液污染的措施主要是进行有关发酵装置的消毒，灭菌不是很严格，传统发酵技术利用的是原料中存在的微生物，培养液是不能灭菌的，A项错误；传统发酵技术对发酵条件的控制主要是通过人工控制的，现代工业发酵对发酵条件的控制是通过计算机系统自动进行监测和控制的，B项正确；制作泡菜属于传统发酵技术的应用，菌种来源于附着在原材料上的天然的乳酸菌，不需要接种，C项错误；果酒制作、果醋制作以及腐乳制作属于传统发酵技术的应用，D项错误。
1．性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得。
2．发酵工程所用的菌种大多是单一菌种。
3．发酵工程的中心环节是发酵罐内发酵。
4．如果发酵产品是微生物菌体可采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥得到产品；如果发酵产品是微生物的代谢物可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品。
5．发酵工程的产品主要包括微生物的代谢产物、酶及微生物的菌体。
课堂达标·巩固训练
1．下列关于通过发酵工程生产谷氨酸的叙述，正确的是(　　 )
A．发酵时常采用的培养基为固体天然培养基
B．从自然界分离的野生型菌株可直接用于生产
C．当菌体生长进入稳定期时，补充营养物质可提高谷氨酸的产量
D．酵母菌和谷氨酸棒状杆菌在发酵产生产品时需提供空气或氧气
答案：C
解析：通过发酵工程生产谷氨酸时所用的培养基通常由豆饼的水解液、玉米浆、尿素、磷酸氢二钾、氧化钾、硫酸镁、生物素等配制而成，呈液体状态，因此是液体天然培养基，A错误；从自然界分离的野生型菌株产量一般都比较低，不能满足工业上的需要，通常要用人工诱变的方法处理菌种，使其产生突变，再从中筛选出符合要求的优良菌种才能用于生产，B错误；当菌体生长进入稳定期时，要及时补充营养物质(或循环培养)以满足菌体的营养需求，提高谷氨酸的产量，C正确；酵母菌在发酵产生酒精时为无氧条件，D错误。
2．下列关于发酵工程的应用的说法，正确的是(　　 )
A．食品添加剂由于可以增加食品营养，改善食品的色、香、味，还可延长保存期，使用时应尽量多添加
B．加酶洗衣粉使用时用沸水洗涤效果最好
C．在青贮饲料中添加乳酸菌，可以提高饲料的品质，使饲料保鲜，同时提高动物免疫力
D．与使用化学农药相比，使用微生物农药具有成本高、见效快、无污染的特点
答案：C
解析：食品添加剂过量使用会对人体健康造成影响，甚至危及生命，不能过量使用，A项错误；加酶洗衣粉中酶制剂在最适温度下活性最高，沸水条件使酶失活，洗涤效果较差，B项错误；在青贮饲料中添加乳酸菌，通过乳酸菌的发酵，可以提高饲料品质，使饲料保鲜，同时提高动物免疫力，C项正确；与使用化学农药相比，使用微生物农药具有成本低、无污染、见效慢的特点，D项错误。
3．柠檬酸是一种广泛应用的食品酸度调节剂，它可以通过黑曲霉发酵制得。如图表示生产柠檬酸的连续发酵设置。
(1)根据物理性质，该发酵过程使用的培养基属于______________。根据工艺流程可知，黑曲霉的新陈代谢类型属于____________型。
(2)从加料口输入的培养基必须经过严格的________处理。根据图示可知，发酵过程需要严格控制______________________________和搅拌速度等条件。
(3)在大规模的发酵生产中，需要将选育出的优良菌种经过多次的____________，当达到一定数量后再接种。
(4)此工艺流程(连续培养)以一定的速度不断添加新的培养基，同时又以同样的速度放出旧的培养基，可大大提高生产效率，道理在于____
________________________________________________________________________。
答案：(1)液体培养基　异养需氧
(2)灭菌　温度、pH、溶解氧、通气量
(3)扩大培养
(4)保证微生物对营养物质的需求、排出部分代谢物和使微生物保持较长时间的快速生长
解析：(1)据题图分析：黑曲霉发酵产生柠檬酸属于液体发酵，该发酵过程使用的培养基属于液体培养基，黑曲霉属于异养需氧型微生物。(2)微生物发酵的培养基必须进行严格的灭菌处理，发酵过程需要严格控制温度、pH、溶解氧、通气量和搅拌速度等无关变量条件。(3)优良菌种经过多次扩大培养可以应用于大规模的发酵生产中。(4)连续培养的主要原理是保证微生物对营养物质的需求、排出部分代谢物和使微生物保持较长时间的快速生长。

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