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第2课时　发酵工程及其应用价值
知识点一　发酵工程的基本过程
1.（2024·浙江镇海中学联考）葡萄酒是以葡萄为原料酿造的一种果酒，可采用传统发酵技术进行家庭制作，也可采用现代发酵技术进行工业化生产。下列关于运用这两项技术生产葡萄酒的叙述，正确的是（　　）
A.发酵产物都必须进行严格的消毒
B.发酵前都需要对原料进行灭菌
C.发酵菌种的繁殖都需要有氧环境
D.发酵环境都可以实现精准控制
2.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
3.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
4.（2024·绍兴高二期末）影响发酵工程的因素很多，下列叙述错误的是（　　）
A.发酵工程需考虑培养基的来源和转化效率
B.培养基中各种营养物质的比例也会影响微生物的生长
C.发酵生产中，需要随时监控影响发酵过程的各种环境条件
D.选育获得优良菌种后，可以长期传代并用于大规模发酵生产中
5.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（　　）
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
知识点二　发酵工程的应用
6.下列关于发酵工程应用的叙述，错误的是（　　）
A.所有抗生素都是微生物发酵的产物
B.微生物发酵的食品和饮料在生活中比比皆是，其产品的品种多、数量大、产值高
C.近年来，在医药领域开发的酶抑制剂、免疫调节剂等也是微生物发酵的产物或衍生物
D.发酵工程在医药、食品及其他工农业生产上有重要的应用价值
7.下列不属于发酵工程的应用的是（　　）
A.生产抗生素、维生素、药用氨基酸等
B.生产啤酒、果酒和食醋等
C.化学检测和水质监测
D.生产各种各样的食品添加剂
8.利用农作物秸秆等纤维质原料生产的乙醇，经加工可制成燃料乙醇，从而减少了对石油资源的依赖。如图为生产燃料乙醇的简要流程，据图分析，下列叙述不正确的是（　　）
A.要得到微生物A，最好选择富含纤维素的土壤采集土样
B.图中②过程常用的微生物B是酵母菌
C.微生物A和微生物B可利用的碳源相同
D.可用纤维素酶制剂代替微生物A起作用
9.如图所示为面包霉体内合成氨基酸的途径。若在发酵工程中利用面包霉来大量合成氨基酸A，应采取的最佳措施是（　　）
A.改变面包霉的细胞膜通透性
B.在高温高压下进行发酵
C.对面包霉进行诱变处理，选育出不能合成酶③的菌种
D.对面包霉进行诱变处理，选育出不能合成酶②的菌种
10.（2023·浙江金华模拟）我国是酱油生产最早的国家。制曲是酱油生产的重要工序之一，其主要目的是给米曲霉创造最佳条件，使其生长繁殖并分泌和积累相应的酶，制曲设备示意图如下。下列叙述错误的是（　　）
A.鼓风机应不断通入经过滤的新鲜空气
B.酶及微生物的种类和数量是鉴定成曲质量的指标
C.将曲料摊铺在帘架上有利于控制微生物生长的温度
D.该制曲过程主要的发酵产物是葡萄糖、乙醇、乳酸等物质
11.谷氨酸是生物体内一种重要的有机小分子，谷氨酸钠是它的钠盐，是味精等调味品的主要成分。目前利用微生物发酵生产的氨基酸中，谷氨酸是产量最大的种类之一。回答下列问题：
（1）我国微生物发酵工程生产谷氨酸常用的菌种有谷氨酸棒状杆菌和黄色短杆菌，下列生物中与这些菌种在结构上存在明显区别的是　　　　（填字母）。
A.噬菌体　　　　B.人类免疫缺陷病毒（HIV）
C.禽流感病毒 D.肺炎链球菌
E.酵母菌 F.硝化细菌
G.乳酸菌
（2）谷氨酸发酵的培养基成分主要有葡萄糖、氨水、磷酸盐、生物素等，发酵装置如图所示。某厂用谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸，结果代谢物中出现了大量的乳酸，从发酵条件看，其原因很可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（3）谷氨酸发酵生产过程中，需要添加氨水，它不仅是细菌生长所需的　　　　　　，而且还有调节培养液　　　　　　的作用，所以应该分次加入。
（4）谷氨酸棒状杆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，当培养基中碳氮比为4∶1时，菌体大量繁殖而产生的谷氨酸少；当碳氮比为3∶1时，菌体繁殖受抑制，但谷氨酸的合成量大增。在溶氧不足条件下，谷氨酸棒状杆菌代谢物是乳酸或琥珀酸。由上述探究可知，通过发酵得到大量谷氨酸的思路是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
第2课时　发酵工程及其应用价值
1.C　发酵产物为乙醇，乙醇能抑制杂菌的生长繁殖，不需要消毒，A错误；传统发酵技术利用的是原料自身表面带有的菌种进行发酵，故不能对原料进行灭菌处理，B错误；二者的发酵菌种为酵母菌，呼吸方式为兼性厌氧型，其繁殖需要大量的能量，故都需要有氧环境进行需氧呼吸供能，C正确；传统发酵技术的发酵环境不能实现精准控制，现代发酵技术进行工业化生产可以实现精准控制，D错误。
2.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。
3.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。
4.D　选育获得优良菌种后，并不能长期传代使用，因为可能会发生变异，D错误。
5.D　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，提供了空气，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。
6.A　绝大多数抗生素是微生物发酵的产物，或由微生物发酵产物加工而成，A错误。
7.C　生产抗生素、维生素、药用氨基酸等为发酵工程在医药工业上的应用；生产啤酒、果酒和食醋，生产各种各样的食品添加剂，都是发酵工程在食品工业上的应用；化学检测和水质监测不属于发酵工程的应用。
8.C　微生物A所用碳源为纤维素，微生物B所用碳源为纤维素降解物，C错误。
9.C
10.D　米曲霉的代谢类型是异养需氧型，因此鼓风机应不断通入经过滤的新鲜空气，A正确；发酵的主要目的是使米曲霉充分生长繁殖并分泌和积累相应的酶，所以酶及微生物的种类和数量是鉴定成曲质量的指标，B正确；微生物的生长需要适宜的温度，曲料摊铺在帘架上可以及时散热，有利于控制微生物生长的温度，C正确；葡萄糖是发酵的底物，不是产物，D错误。
11.（1）ABCE　（2）通气量不足　（3）氮源　pH　（4）不断向发酵液中通入无菌空气，培养液中碳氮比为4∶1，培养一段时间使菌种大量繁殖，后将培养液的碳氮比改为3∶1（改变细胞膜的通透性，使谷氨酸迅速排放到细胞外）
2 / 3第2课时　发酵工程及其应用价值
导学 聚焦 1.阐明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。 2.举例说明发酵工程在医药、食品及其他工农业生产上有重要的应用价值
知识点（一）　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
1.发酵方式的转变：由传统的固体表面培养改变为　　　　　　培养。
2.微生物工业发酵
（1）基本过程
（2）发酵菌种的选择要求
①选择　　　　的菌种，使菌种的发酵产物中，需要的产物多，不需要的产物少。
②培养基来源充足且廉价，　　　　的效率高。
③菌种发酵产物易于　　　　。
④菌种对环境没有明显或　　　　的危害。
⑤菌种的　　　　　　和生产能力稳定。
（3）发酵产品的获得方式
①发酵产品为菌体本身：采用　　　　　　等方法将菌体从培养液中分离出来。
②发酵产品为微生物的代谢产物，采用　　　　　　、吸附发酵、　　　　　　等方法进行提取。
3.判断下列相关表述的正误
（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、温度等会影响发酵产物。（　　）
（3）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。（　　）
探讨　分析发酵工程的过程
　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）从发酵装置加料口输入的培养基必须经过严格的灭菌处理。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）图示连续培养装置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，其原因是什么？
（4）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？
　发酵过程的影响因素及相应的调节和控制方法
温度 ①微生物分解有机物释放的能量有一部分散发到培养液中时，引起发酵温度升高，机械搅拌也会产生一部分热量引起温度升高； ②用冷却水进行温度的调节
pH ①pH发生变化的主要原因是培养液中营养成分的利用和代谢产物的积累。如当谷氨酸棒状杆菌利用糖类物质不断生成谷氨酸时，培养液的pH就会下降，而碱性物质的生成则会导致培养液的pH上升； ②在培养基中添加缓冲液，在发酵过程中添加酸或碱
溶解 氧 ①对于好氧型微生物，发酵过程要保证充足的溶解氧；对于厌氧型微生物，要保证严格的无氧环境； ②利用发酵罐的通气口控制氧气的量
1.（2024·金华高二期末）以下关于传统发酵与现代发酵工程的说法中，错误的是（　　）
A.影响传统发酵食品风味的因素包括菌种差异、代谢特点以及种间关系
B.现代发酵工业大多采用好氧、液体、深层、分批及单一纯种发酵的方式组合进行
C.选育优质、高产的菌种是发酵工业的前提条件
D.如果发酵产品是微生物菌体，则可以采用吸附发酵进行产品的分离与提纯
2.（2024·丽水质检）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（　　）
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
知识点（二）　发酵工程在医药、食品及其他工农业生产上有重要的应用价值
1.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　　　　　　　　　　　　。
2.发酵工程的应用
3.判断下列相关表述的正误
（1）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。（　　）
（2）发酵工程的产品主要包括微生物的代谢产物、酶及菌体本身。（　　）
（3）抗生素都是微生物发酵的产物，或是微生物发酵产物加工而成的。（　　）
探讨　分析发酵工程的应用
　农作物秸秆的堆肥再利用是实现其资源化、无害化的有效手段之一。研究者尝试接种外源菌剂加速秸秆堆肥进程。
（1）微生物菌剂通常有液态和固态两种。下图是通过发酵工程制备菌剂的流程。你认为工业生产中应首选制备液态还是固态的微生物菌剂并阐述理由。
（2）请从生态效益和经济效益角度，评价接种菌剂进行堆肥相对于焚烧秸秆的优点。
1.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.发酵工程生产的微生物菌体可以制作成微生物饲料
2.发酵工程有着多项优点，广泛应用于许多领域，下列有关叙述，错误的是（　　）
A.进行发酵工程生产时排出的废弃物，对环境无害
B.在农牧业上利用发酵工程可生产出微生物肥料、饲料和农药
C.在医药工业上利用发酵工程不仅能提高药物产量，还能降低成本
D.在食品工业上利用发酵工程既能生产传统发酵产品，也能生产食品添加剂
　　
　
（1）发酵工程一般包括　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　等方面。
（2）在发酵工程中，需要将选育出的优良菌种多次扩大培养，达到一定数量后才进行接种的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（3）发酵产品为微生物的代谢产物，采用的提取方法有　　　　　　　　　　　　　等。
（4）发酵工程的生产特点是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　等。
1.与传统发酵技术相比，发酵工程的产品种类更加丰富，产量和质量明显提高。下列叙述正确的是（　　）
A.发酵工程与传统发酵技术最大的区别就是前者可以利用微生物来进行发酵
B.发酵工程的产品主要包括微生物的代谢产物、酶及菌体本身
C.在发酵工程的发酵环节中，发酵条件变化会影响微生物的生长繁殖，但不会影响微生物的代谢途径
D.利用真空发酵或萃取发酵从培养液中分离微生物菌体
2.（2024·浙江丽水高二期末）黄原胶具有高黏弹性和良好的水溶性，常作为食品添加剂。工业上以蔗糖和黄豆饼粉培养好氧型的高产黄单胞杆菌，提取加工其发酵产物制备黄原胶。下列叙述错误的是（　　）
A.应选择无叶轮和排气口的密封式发酵罐
B.蔗糖和黄豆饼粉在发酵过程均可作为碳源
C.高产菌株经扩大培养后才可接种到发酵罐
D.发酵温度和时间均会影响黄原胶的产量
3.（2024·金华十校联考）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
4.（2024·温州高二期中）下列有关发酵工程应用的叙述，不合理的是（　　）
A.生产酱油、味精等食品添加剂和各种酶制剂
B.某些疫苗、动物激素是利用基因改造或转基因的酵母菌发酵生产的
C.利用微生物在发酵过程中的代谢产物生产微生物菌肥、农药、饲料酵母等
D.嗜热菌可以用来生产洗涤剂，嗜低温菌有助于提高热敏性产品的产量
5.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
第2课时　发酵工程及其应用价值
【核心要点·巧突破】
知识点（一）
自主学习
1.液体深层
2.（1） 扩大培养　 灭菌　 接种　 代谢产物　 离心、沉淀　 提纯或加工　（2）①高产　②被转化　③分离　④潜在　⑤遗传特性　（3）①过滤、沉淀　②真空发酵　萃取发酵
3.（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：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。
互动探究
　（1）提示：液体培养基。
（2）提示：温度、pH、溶氧量、通气量。
（3）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。
（4）提示：缩短菌种在发酵罐中发酵的时间。
学以致用
1.D　如果发酵产品是菌体本身，可采用过滤、沉淀等方法将菌体从培养液中分离出来，D错误。
2.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，需要经过活化后才应用于生产，B错误；发酵作用的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。
知识点（二）
自主学习
1.（1）温和　（2）丰富　（3）容易处理
3.（1）×　提示：发酵工程生产条件温和、原料来源丰富，废弃物对环境污染小且易处理。
（2）√
（3）×　提示：大多数抗生素都是微生物发酵的产物，或是微生物发酵产物加工而成的。
互动探究
　（1）提示：液态：制备方法简单（无需选择合适载体、干燥、粉碎等操作）、成本低、使用方便、启动时间短；固态：方便保存、运输，微生物处于休眠状态，更易存活。
（2）提示：生态效益：替代化学肥料、减少环境污染；经济效益：秸秆降解，为植物提供无机肥料，使作物增产。
学以致用
1.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。
2.A　进行发酵工程生产时排出的废弃物虽然对环境的污染小，且容易处理，但也不能随意排放，A错误；在农牧业上利用发酵工程可生产出微生物肥料、饲料和农药，如利用微生物发酵工程方法制造出的真菌蛋白，常作为家畜的饲料添加剂，B正确；在医药工业上利用发酵工程不仅能提高药物产量，还能降低成本，如利用工程菌发酵生产生长激素释放抑制激素，通过诱变的青霉菌发酵生产青霉素等，C正确；在食品工业上利用发酵工程既能生产传统发酵产品，也能生产食品添加剂，如利用霉菌发酵生产酱油、利用酿酒酵母生产各种酒类、利用黑曲霉发酵生产柠檬酸、利用谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸等，D正确。
【过程评价·勤检测】
网络构建
（1）菌种的选育、扩大培养、培养基的配制和灭菌、接种、发酵、代谢产物和细胞的分离
（2）缩短菌种在发酵罐中发酵的时间
（3）真空发酵、吸附发酵、萃取发酵
（4）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易处理
课堂演练
1.B　发酵工程与传统发酵技术都需要利用微生物来进行发酵，A错误；在发酵工程的发酵环节中，发酵条件不仅影响微生物的生长繁殖，也会通过影响酶的活性影响微生物的代谢途径，C错误；真空发酵或萃取发酵用于提取微生物的代谢产物，D错误。
2.A　据题意可知，黄单胞杆菌属于好氧型微生物，应该通入无菌空气，所以应选择带叶轮和排气口的发酵罐，A错误；碳源是用于构成微生物细胞和代谢产物中碳素来源的营养物质，蔗糖和黄豆饼粉都含有碳元素，在发酵过程均可作为碳源，B正确；发酵工程一般包括菌种的选育，扩大培养，培养基的配置、灭菌，接种，发酵、代谢产物和细胞的分离、提纯等方面，因此高产菌株经扩大培养后才可接种到发酵罐，C正确；影响发酵过程的主要因素有温度、pH、溶解氧、营养物质的浓度、发酵时间等，因此发酵温度和时间均会影响黄原胶的产量，D正确。
3.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。
4.C　利用微生物在发酵过程中产生的有机酸、生物活性物质生产微生物菌肥，利用微生物或其代谢产物生产微生物农药，利用发酵获得的大量微生物菌体生产微生物饲料，C错误。
5.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。
5 / 5(共61张PPT)
第2课时　发酵工程及其应用价值
导
学 聚
焦 1.阐明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。
2.举例说明发酵工程在医药、食品及其他工农业生产上有重要
的应用价值
核心要点·巧突破
01
过程评价·勤检测
02
课时训练·提素能
03
目录
CONTENTS
核心要点·巧突破
01
精准出击 高效学习
知识点（一）　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
1. 发酵方式的转变：由传统的固体表面培养改变为
培养。
液体深层　
（1）基本过程
2. 微生物工业发酵
（2）发酵菌种的选择要求
①选择 的菌种，使菌种的发酵产物中，需要的产物
多，不需要的产物少。
②培养基来源充足且廉价， 的效率高。
③菌种发酵产物易于 。
④菌种对环境没有明显或 的危害。
⑤菌种的 和生产能力稳定。
高产　
被转化　
分离　
潜在　
遗传特性　
（3）发酵产品的获得方式
①发酵产品为菌体本身：采用 等方法将菌体
从培养液中分离出来。
②发酵产品为微生物的代谢产物，采用 、吸附
发酵、 等方法进行提取。
过滤、沉淀　
真空发酵　
萃取发酵　
3. 判断下列相关表述的正误
（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、温度等会影响发酵产物。
（　√　）
（3）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。
×
√
×
探讨　分析发酵工程的过程
　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，如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）从发酵装置加料口输入的培养基必须经过严格的灭菌处理。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：温度、pH、溶氧量、通气量。
（3）图示连续培养装置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，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。
（4）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。
　发酵过程的影响因素及相应的调节和控制方法
温
度 ①微生物分解有机物释放的能量有一部分散发到培养液中时，引
起发酵温度升高，机械搅拌也会产生一部分热量引起温度升高；
②用冷却水进行温度的调节
p
H ①pH发生变化的主要原因是培养液中营养成分的利用和代谢产物
的积累。如当谷氨酸棒状杆菌利用糖类物质不断生成谷氨酸时，
培养液的pH就会下降，而碱性物质的生成则会导致培养液的pH
上升；
②在培养基中添加缓冲液，在发酵过程中添加酸或碱
溶
解 氧 ①对于好氧型微生物，发酵过程要保证充足的溶解氧；对于厌氧
型微生物，要保证严格的无氧环境；
②利用发酵罐的通气口控制氧气的量
1. （2024·金华高二期末）以下关于传统发酵与现代发酵工程的说法
中，错误的是（　　）
A. 影响传统发酵食品风味的因素包括菌种差异、代谢特点以及种间
关系
B. 现代发酵工业大多采用好氧、液体、深层、分批及单一纯种发酵
的方式组合进行
C. 选育优质、高产的菌种是发酵工业的前提条件
D. 如果发酵产品是微生物菌体，则可以采用吸附发酵进行产品的分
离与提纯
解析：　如果发酵产品是菌体本身，可采用过滤、沉淀等方法将
菌体从培养液中分离出来，D错误。
2. （2024·丽水质检）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（　　）
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
过活化后才应用于生产，B错误；发酵作用的是酵母菌的厌氧呼
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。
知识点（二）　发酵工程在医药、食品及其他工农业生产上有重要的
应用价值
1. 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　
2. 发酵工程的应用
3. 判断下列相关表述的正误
（1）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：发酵工程生产条件温和、原料来源丰富，废弃物对环
境污染小且易处理。
（2）发酵工程的产品主要包括微生物的代谢产物、酶及菌体本身。 （　√　）
×
√
（3）抗生素都是微生物发酵的产物，或是微生物发酵产物加工而
成的。 （　×　）
提示：大多数抗生素都是微生物发酵的产物，或是微生物发
酵产物加工而成的。
×
探讨　分析发酵工程的应用
农作物秸秆的堆肥再利用是实现其资源化、无害化的有效手段之一。
研究者尝试接种外源菌剂加速秸秆堆肥进程。
（1）微生物菌剂通常有液态和固态两种。下图是通过发酵工程制备
菌剂的流程。你认为工业生产中应首选制备液态还是固态的微
生物菌剂并阐述理由。
提示：液态：制备方法简单（无需选择合适载体、干燥、粉碎
等操作）、成本低、使用方便、启动时间短；固态：方便保
存、运输，微生物处于休眠状态，更易存活。
（2）请从生态效益和经济效益角度，评价接种菌剂进行堆肥相对于
焚烧秸秆的优点。
提示：生态效益：替代化学肥料、减少环境污染；经济效益：
秸秆降解，为植物提供无机肥料，使作物增产。
1. 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. 发酵工程生产的微生物菌体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。
2. 发酵工程有着多项优点，广泛应用于许多领域，下列有关叙述，错
误的是（　　）
A. 进行发酵工程生产时排出的废弃物，对环境无害
B. 在农牧业上利用发酵工程可生产出微生物肥料、饲料和农药
C. 在医药工业上利用发酵工程不仅能提高药物产量，还能降低成本
D. 在食品工业上利用发酵工程既能生产传统发酵产品，也能生产食
品添加剂
解析：　进行发酵工程生产时排出的废弃物虽然对环境的污染
小，且容易处理，但也不能随意排放，A错误；在农牧业上利用发
酵工程可生产出微生物肥料、饲料和农药，如利用微生物发酵工程
方法制造出的真菌蛋白，常作为家畜的饲料添加剂，B正确；在医
药工业上利用发酵工程不仅能提高药物产量，还能降低成本，如利
用工程菌发酵生产生长激素释放抑制激素，通过诱变的青霉菌发酵
生产青霉素等，C正确；在食品工业上利用发酵工程既能生产传统
发酵产品，也能生产食品添加剂，如利用霉菌发酵生产酱油、利用
酿酒酵母生产各种酒类、利用黑曲霉发酵生产柠檬酸、利用谷氨酸
棒状杆菌发酵生产谷氨酸等，D正确。
过程评价·勤检测
02
反馈效果 筑牢基础
（1）发酵工程一般包括
等方面。
（2）在发酵工程中，需要将选育出的优良菌种多次扩大培养，达到
一定数量后才进行接种的目的是
。
（3）发酵产品为微生物的代谢产物，采用的提取方法有
等。
（4）发酵工程的生产特点是
等。
菌种的选育、扩大培养、培养基的配制和
灭菌、接种、发酵、代谢产物和细胞的分离　
缩短菌种在发酵罐中发酵的
时间　
真空发
酵、吸附发酵、萃取发酵　
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易处理　
1. 与传统发酵技术相比，发酵工程的产品种类更加丰富，产量和质量
明显提高。下列叙述正确的是（　　）
A. 发酵工程与传统发酵技术最大的区别就是前者可以利用微生物来
进行发酵
B. 发酵工程的产品主要包括微生物的代谢产物、酶及菌体本身
C. 在发酵工程的发酵环节中，发酵条件变化会影响微生物的生长繁
殖，但不会影响微生物的代谢途径
D. 利用真空发酵或萃取发酵从培养液中分离微生物菌体
解析：　发酵工程与传统发酵技术都需要利用微生物来进行发
酵，A错误；在发酵工程的发酵环节中，发酵条件不仅影响微生物
的生长繁殖，也会通过影响酶的活性影响微生物的代谢途径，C错
误；真空发酵或萃取发酵用于提取微生物的代谢产物，D错误。
2. （2024·浙江丽水高二期末）黄原胶具有高黏弹性和良好的水溶
性，常作为食品添加剂。工业上以蔗糖和黄豆饼粉培养好氧型的高
产黄单胞杆菌，提取加工其发酵产物制备黄原胶。下列叙述错误的
是（　　）
A. 应选择无叶轮和排气口的密封式发酵罐
B. 蔗糖和黄豆饼粉在发酵过程均可作为碳源
C. 高产菌株经扩大培养后才可接种到发酵罐
D. 发酵温度和时间均会影响黄原胶的产量
解析：　据题意可知，黄单胞杆菌属于好氧型微生物，应该通入
无菌空气，所以应选择带叶轮和排气口的发酵罐，A错误；碳源是
用于构成微生物细胞和代谢产物中碳素来源的营养物质，蔗糖和黄
豆饼粉都含有碳元素，在发酵过程均可作为碳源，B正确；发酵工
程一般包括菌种的选育，扩大培养，培养基的配置、灭菌，接种，
发酵、代谢产物和细胞的分离、提纯等方面，因此高产菌株经扩大
培养后才可接种到发酵罐，C正确；影响发酵过程的主要因素有温
度、pH、溶解氧、营养物质的浓度、发酵时间等，因此发酵温度
和时间均会影响黄原胶的产量，D正确。
3. （2024·金华十校联考）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
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。
4. （2024·温州高二期中）下列有关发酵工程应用的叙述，不合理的
是（　　）
A. 生产酱油、味精等食品添加剂和各种酶制剂
B. 某些疫苗、动物激素是利用基因改造或转基因的酵母菌发酵生产
的
C. 利用微生物在发酵过程中的代谢产物生产微生物菌肥、农药、饲
料酵母等
D. 嗜热菌可以用来生产洗涤剂，嗜低温菌有助于提高热敏性产品的
产量
解析：　利用微生物在发酵过程中产生的有机酸、生物活性物质
生产微生物菌肥，利用微生物或其代谢产物生产微生物农药，利用
发酵获得的大量微生物菌体生产微生物饲料，C错误。
5. 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。
课时训练·提素能
03
分级练习 巩固提升
知识点一　发酵工程的基本过程
1. （2024·浙江镇海中学联考）葡萄酒是以葡萄为原料酿造的一种果
酒，可采用传统发酵技术进行家庭制作，也可采用现代发酵技术进
行工业化生产。下列关于运用这两项技术生产葡萄酒的叙述，正确
的是（　　）
A. 发酵产物都必须进行严格的消毒
B. 发酵前都需要对原料进行灭菌
C. 发酵菌种的繁殖都需要有氧环境
D. 发酵环境都可以实现精准控制
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解析：　发酵产物为乙醇，乙醇能抑制杂菌的生长繁殖，不需要
消毒，A错误；传统发酵技术利用的是原料自身表面带有的菌种进
行发酵，故不能对原料进行灭菌处理，B错误；二者的发酵菌种为
酵母菌，呼吸方式为兼性厌氧型，其繁殖需要大量的能量，故都需
要有氧环境进行需氧呼吸供能，C正确；传统发酵技术的发酵环境
不能实现精准控制，现代发酵技术进行工业化生产可以实现精准控
制，D错误。
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2. 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。
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3. 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
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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。
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4. （2024·绍兴高二期末）影响发酵工程的因素很多，下列叙述错误
的是（　　）
A. 发酵工程需考虑培养基的来源和转化效率
B. 培养基中各种营养物质的比例也会影响微生物的生长
C. 发酵生产中，需要随时监控影响发酵过程的各种环境条件
D. 选育获得优良菌种后，可以长期传代并用于大规模发酵生产中
解析：　选育获得优良菌种后，并不能长期传代使用，因为可能
会发生变异，D错误。
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5. 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（　　）
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
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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，提供了空气，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。
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知识点二　发酵工程的应用
6. 下列关于发酵工程应用的叙述，错误的是（　　）
A. 所有抗生素都是微生物发酵的产物
B. 微生物发酵的食品和饮料在生活中比比皆是，其产品的品种多、
数量大、产值高
C. 近年来，在医药领域开发的酶抑制剂、免疫调节剂等也是微生物
发酵的产物或衍生物
D. 发酵工程在医药、食品及其他工农业生产上有重要的应用价值
解析：　绝大多数抗生素是微生物发酵的产物，或由微生物发酵
产物加工而成，A错误。
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7. 下列不属于发酵工程的应用的是（　　）
A. 生产抗生素、维生素、药用氨基酸等
B. 生产啤酒、果酒和食醋等
C. 化学检测和水质监测
D. 生产各种各样的食品添加剂
解析：　生产抗生素、维生素、药用氨基酸等为发酵工程在医药
工业上的应用；生产啤酒、果酒和食醋，生产各种各样的食品添加
剂，都是发酵工程在食品工业上的应用；化学检测和水质监测不属
于发酵工程的应用。
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8. 利用农作物秸秆等纤维质原料生产的乙醇，经加工可制成燃料乙
醇，从而减少了对石油资源的依赖。如图为生产燃料乙醇的简要流
程，据图分析，下列叙述不正确的是（　　）
A. 要得到微生物A，最好选择富含纤维素的土壤采集土样
B. 图中②过程常用的微生物B是酵母菌
C. 微生物A和微生物B可利用的碳源相同
D. 可用纤维素酶制剂代替微生物A起作用
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解析：　微生物A所用碳源为纤维素，微生物B所用碳源为纤维素降解物，C错误。
9. 如图所示为面包霉体内合成氨基酸的途径。若在发酵工程中利用面
包霉来大量合成氨基酸A，应采取的最佳措施是（　　）
A. 改变面包霉的细胞膜通透性
B. 在高温高压下进行发酵
C. 对面包霉进行诱变处理，选育出不能合成酶③的菌种
D. 对面包霉进行诱变处理，选育出不能合成酶②的菌种
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10. （2023·浙江金华模拟）我国是酱油生产最早的国家。制曲是酱油
生产的重要工序之一，其主要目的是给米曲霉创造最佳条件，使
其生长繁殖并分泌和积累相应的酶，制曲设备示意图如下。下列
叙述错误的是（　　）
A. 鼓风机应不断通入经过滤的新鲜空气
B. 酶及微生物的种类和数量是鉴定成曲质量的指标
C. 将曲料摊铺在帘架上有利于控制微生物生长的温度
D. 该制曲过程主要的发酵产物是葡萄糖、乙醇、乳酸等物质
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解析：　米曲霉的代谢类型是异养需氧型，因此鼓风机应不断
通入经过滤的新鲜空气，A正确；发酵的主要目的是使米曲霉充
分生长繁殖并分泌和积累相应的酶，所以酶及微生物的种类和数
量是鉴定成曲质量的指标，B正确；微生物的生长需要适宜的温
度，曲料摊铺在帘架上可以及时散热，有利于控制微生物生长的
温度，C正确；葡萄糖是发酵的底物，不是产物，D错误。
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11. 谷氨酸是生物体内一种重要的有机小分子，谷氨酸钠是它的钠
盐，是味精等调味品的主要成分。目前利用微生物发酵生产的氨
基酸中，谷氨酸是产量最大的种类之一。回答下列问题：
（1）我国微生物发酵工程生产谷氨酸常用的菌种有谷氨酸棒状杆
菌和黄色短杆菌，下列生物中与这些菌种在结构上存在明显
区别的是 （填字母）。
A. 噬菌体　　　B. 人类免疫缺陷病毒（HIV）
C. 禽流感病毒 D. 肺炎链球菌
E. 酵母菌 F. 硝化细菌 G. 乳酸菌
ABCE　
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（2）谷氨酸发酵的培养基成分主要有葡萄糖、氨水、磷酸盐、生
物素等，发酵装置如图所示。某厂用谷氨酸棒状杆菌发酵生
产谷氨酸，结果代谢物中出现了大量的乳酸，从发酵条件
看，其原因很可能是 。
通气量不足　
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（3）谷氨酸发酵生产过程中，需要添加氨水，它不仅是细菌生长
所需的 ，而且还有调节培养液 的作用，所以应该
分次加入。
氮源　
pH　
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（4）谷氨酸棒状杆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，当培
养基中碳氮比为4∶1时，菌体大量繁殖而产生的谷氨酸少；
当碳氮比为3∶1时，菌体繁殖受抑制，但谷氨酸的合成量大
增。在溶氧不足条件下，谷氨酸棒状杆菌代谢物是乳酸或琥
珀酸。由上述探究可知，通过发酵得到大量谷氨酸的思路
是

。
不断向发酵液中通入无菌空气，培养液中碳氮比为
4∶1，培养一段时间使菌种大量繁殖，后将培养液的碳氮比
改为3∶1（改变细胞膜的通透性，使谷氨酸迅速排放到细胞外）　
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