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(共36张PPT)
第11单元
生物技术与工程
第60讲　发酵工程及其应用
内容索引
核心体系
学习目标
活动方案
名卷优选
学 习 目 标
1. 了解什么是发酵工程。2. 掌握发酵工程的一般流程。3. 了解发酵工程在生产上的重要价值。
核 心 体 系
活 动 方 案
发酵工程在工业生产上得到广泛应用，其生产流程如图1所示。谷氨酸是生物体内重要的有机小分子，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。结合赖氨酸或谷氨酸的生产过程，请回答相关问题。
活动一　掌握发酵工程的一般流程
图1
(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，酵母菌与它们在结构上最主要的区别是什么？
【答案】 酵母菌有以核膜为界限的细胞核。
图2
(2) 人工控制微生物代谢的措施有哪些？图中①已经选育出不能合成高丝氨酸脱氢酶的黄色短杆菌新菌种，其方法是什么？
【答案】 改变微生物的遗传特性、控制生产过程中的各种条件。诱变育种。
(3) 在发酵过程中，产物源源不断地产生。这说明赖氨酸或谷氨酸的生产采用的发酵方式是什么？
【答案】 连续培养。
(4) 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2所示，可以判断谷氨酸棒状杆菌的代谢类型是什么？所加氨水有哪些作用？
【答案】 异养需氧型。提供细菌生长所需氮源，调节培养液的pH。
青霉素作为治疗细菌感染的药物，是20世纪医学上的重大发现，是抗生素工业的首要产品。请回答下列问题。
活动二　了解发酵工程在生产上的重要价值
注：冷冻干燥孢子：在极低温度(－70 ℃左右)、真空干燥状态下保藏的菌种。米孢子：生长在小米或大米培养基上的孢子
(1) 目前发酵生产中常用的高产青霉素菌种是通过什么方法选育的？据图可以判断青霉菌的代谢类型是什么？生殖方式是什么？
【答案】 诱变育种(人工诱变)。异养需氧型。孢子生殖。
(2) 配制培养基时需要将其调节至________(填“酸性”“碱性”或“中性”)。种子罐2又叫繁殖罐，可推测②属于发酵工程中的哪个阶段？发酵罐接种前必须进行的处理是什么？
【答案】 扩大培养。灭菌。
酸性
随着人们对发酵原理的认识、微生物纯培养技术的建立，以及密闭式发酵罐的成功设计，人们能够在严格控制的环境条件下大规模生产发酵产品，发酵工程逐步形成。我国是世界上啤酒的生产和消费大国，啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的。请回答以下几个问题。
(1) 发酵工程一般包括________________________________________ __________________________________等方面。
(2) 发酵工程的特点：生产条件________、原料来源________且价格________、产物________、废弃物对环境的____________________。
活动三　发酵工程的特点和应用
菌种的选育，扩大培养，培养基的配制、灭菌，接种，发酵，产物的分离、提纯
温和
丰富
低廉
专一
污染小且容易处理
(3) 与传统发酵相比，发酵工程中所用的菌种有什么特点？
【答案】 发酵工程中所用的菌种通常是从自然界中筛选出来的，或者通过诱变育种、基因工程育种获得，且大多是单一菌种。
(4) 请补充完成啤酒的工业化生产流程。
发芽：释放__________分解淀粉
焙烤：____________________________，减少有机物消耗，保留营养物质，但不使______________
碾磨：将干燥的麦芽碾磨成麦芽粉，便于________
糖化：淀粉分解，形成糖浆
蒸煮：产生风味组分，终止_____的进一步作用，并对糖浆______
发酵：酵母菌将糖转化为酒精和CO2
①主发酵：_________________________________________________ _________________
②后发酵：_________________________________________________ ___________
淀粉酶
加热杀死胚，终止麦芽生长
淀粉酶失活
糖化
酶
灭菌
完成酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成，得到的是嫩啤酒
低温、密闭环境下一段时间，调压使CO2溶入啤酒得到成熟啤酒
低温过滤
消毒：____________________________，延长保存期
终止：过滤、调节、分装、出售
杀死啤酒中的大多数微生物
(5) 上述生产流程中淀粉糖化后啤酒酵母才能充分发酵的原因是什么？
【答案】 酵母菌不能直接利用淀粉作为碳源。
(6) 蒸煮的流程中，加入的啤酒花有什么作用？
【答案】 加入的啤酒花具有调节啤酒风味、抑制杂菌的作用。
名 卷 优 选
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1. 发酵工程在农业、食品工业、医药工业及其他工业生产上有重要的应用价值。下列相关叙述正确的是(　　)
A. 啤酒发酵的过程中大部分糖的分解发生在主发酵阶段
B. 从酵母菌细胞中提取的单细胞蛋白可以制成微生物饲料
C. 在发酵工程的发酵环节中，改变发酵条件，不会影响微生物的代谢途径
D. 发酵工程需要用单一菌种进行发酵，否则会导致杂菌污染，产量下降
A
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【解析】 啤酒发酵的过程中大部分糖的分解发生在主发酵阶段，A正确；单细胞蛋白就是微生物菌体，并不是从酵母菌细胞中提取获得，B错误；在发酵工程的发酵环节中，改变发酵条件，可能会影响微生物的代谢途径，C错误；发酵工程大多需要用单一菌种进行发酵，一旦有杂菌污染，可能会导致产量下降，D错误。
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2. [2025盐城八校联考]青霉素是临床上广泛应用的抗生素。利用发酵工程生产青霉素的流程如图所示，图中①～⑤代表相应过程。下列叙述错误的是(　　)
A. 接种前的过程①②都属于扩大培养环节
B. 发酵罐中的发酵是该发酵工程的中心环节
C. 过程③可选择干热灭菌法对培养基进行灭菌
D. 过程④可用过滤、沉淀的方法将菌体分离干燥
C
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【解析】 图中的过程①②都属于扩大培养，该过程需要进行培养液的更换，这样有利于增加菌种的数量，A正确；发酵罐中的发酵是该发酵工程的中心环节，通过该环节可以获得人类所需要的产品，B正确；过程③是配制培养基，需要利用高压蒸汽灭菌法进行灭菌，以防止培养基中掺杂其他微生物，不能利用干热灭菌法灭菌，C错误；过程④是获得菌种，即微生物本身，常采用过滤和沉淀等方法将菌体分离和干燥，分离出的菌种可以再使用，D正确。
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3. [2024南通如皋适应性考]生产啤酒的主要工艺流程如图所示。下列叙述错误的是(　　)
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A. 过程①中大麦种子发芽释放淀粉酶参与过程②中的糖化过程
B. 过程②中焙烤杀死大麦种子胚，碾磨缩短糖化的时间
C. 过程②蒸煮时加入啤酒花可增加啤酒的苦度等风味
D. 过程③主发酵阶段进行酵母菌繁殖，后发酵阶段产生代谢产物
D
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【解析】 过程③主发酵阶段进行酵母菌繁殖和无氧发酵产生酒精和CO2以及一些代谢物，后发酵阶段在低温密闭的环境中储存形成成熟的产品，D错误。
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4. [2025淮安期中]图示以黑曲霉为主要菌种利用自然发酵法酿造酱油的流程，下列叙述正确的是(　　)
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A. 加入的面粉可为发酵菌种生长提供所需的碳源和氮源
B. 通风和翻曲可促进曲种中黑曲霉、酵母菌和乳酸菌等的生长繁殖
C. 加入盐水可抑制酱醅中有害微生物的生长并调节酱油风味
D. 采用煮沸消毒法可彻底杀灭生酱油中的微生物以提高成品安全性
C
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【解析】 面粉主要成分是淀粉，主要元素是C、H、O，不能为发酵菌种生长提供氮源，A错误；乳酸菌属于厌氧菌，翻曲会导致氧气增多，不利于乳酸菌生长繁殖，B错误；加入盐水会导致微生物渗透失水死亡，故可抑制酱醅中有害微生物，并调节酱油风味，C正确；煮沸消毒法只是消灭部分微生物，不能彻底杀灭所有微生物，D错误。
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5. [2026云南模拟]味精的主要成分是谷氨酸钠，利用谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸，再经过中和等步骤制成谷氨酸钠。流程图如下，下列相关叙述正确的是(　　)
1
A. 发酵工程和传统发酵技术最大的区别是前者可以利用微生物来进行发酵
B. 谷氨酸的发酵生产中，在酸性条件下积累谷氨酸，需要严格控制酸性条件
C. 发酵结束后，可采用提取单细胞蛋白的措施来获得谷氨酸
D. 谷氨酸棒杆菌是异养微生物，为扩大培养，发酵工程中应使用液体培养基
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【解析】 发酵工程和传统发酵技术都利用微生物发酵，A错误；在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸，在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N－乙酰谷氨酰胺，B错误；单细胞蛋白是微生物菌体，谷氨酸是代谢物，应采取提取、分离和纯化等措施来获得产品，C错误。
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6. (多选)[2025镇江期末]生物技术与工程涉及许多探究与实践活动。下列相关叙述错误的有( )
A. 制作泡菜时，泡菜坛内长出的一层白膜是大量乳酸菌聚集在发酵液表面形成的
B. 进行酵母菌纯培养时，若未接种的培养基表面有菌落生长，可能是培养基被污染
C. 啤酒制作过程中，主发酵阶段进行酵母菌的大量繁殖以及大部分糖的分解和代谢物的生成
D. 利用酵母菌发酵产生的单细胞蛋白属于分泌蛋白，可制成微生物饲料
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【解析】 制作泡菜时，乳酸菌是厌氧菌，主要分布在发酵液内部，白膜并非乳酸菌，A错误；未接种的培养基表面出现菌落，说明灭菌不彻底或培养基被污染，B正确；单细胞蛋白指微生物菌体本身，而非分泌到细胞外的分泌蛋白，D错误。
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7. (多选)[2025南京六校联考]谷氨酸棒状杆菌在pH为7.0的环境下生长良好，通过以下代谢途径发酵生产L－谷氨酰胺。下列叙述正确的有(　　)
1
A. 环境条件会影响微生物的生长和微生物代谢产物的形成
B. 发酵初期控制pH为7.0，后期调为5.6，有利于提高L－谷氨酰胺产量
C. 发酵结束后，采用过滤、沉淀的方法即可得到纯净的L－谷氨酰胺
D. 使用固体或半固体培养基进行发酵能得到更多的L－谷氨酰胺
AB
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【解析】 由题干可知，谷氨酸棒状杆菌在pH为7.0的环境下生长良好，且在不同pH条件下(pH＝6.5～8和pH＝5.6)代谢途径有所不同，产生的代谢产物也不同，这充分说明环境条件会影响微生物的生长和微生物代谢产物的形成，A正确；谷氨酸棒状杆菌生长的最适pH为7.0，谷氨酰胺合成酶最适pH为5.6，因此发酵初期控制pH为7.0，有利于增加谷氨酸棒状杆菌的数量，后调为5.6，有利于提高谷氨酰胺合成酶的活性，进而提高L－谷氨酰胺产量，B正确；发酵结束后，发酵液中除了L－谷氨酰胺外，还含有其他微生物细胞、代谢废物等多种杂质，仅采用过滤、沉淀的方法不能完全除去这些杂质，无法得到纯净的L－谷氨酰胺，还需要进一步的分离提纯操作，C错误；工业上发酵生产通常使用液体培养基，因为液体培养基与菌体接触更充分，营养物质和氧气等的供应更及时，有利于菌体的生长和代谢产物的合成，D错误。
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8. (多选)[2025镇江检测]PHA是一种重要的可降解材料，中国科学家构建了一株嗜盐单胞菌H，以糖蜜或餐厨垃圾为原料在实验室发酵生产PHA，工艺流程如下图所示。下列叙述错误的有( )
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A. 菌种扩大培养是发酵工程的中心环节
B. 为避免杂菌污染，可适当降低发酵液中盐的浓度
C. 发酵罐内发酵要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件
D. 发酵结束之后，采取适当的过滤、沉淀措施获得PHA
1
【解析】 发酵工程的中心环节是发酵罐内发酵，A错误；提高发酵液中盐的浓度，一定程度上可以避免杂菌污染，B错误；在发酵过程中，需随时监测培养液中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程，还要及时添加必需的营养组分，严格控制温度、pH和溶解氧等条件，C正确；发酵结束之后，对于菌体的代谢物，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，D错误。
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1 下列不属于发酵工程在应用领域特点的是(　　)
A. 成本低 B. 污染小
C. 产量高 D. 产物多样化
2 发酵食品是中国传统食品中一个重要的类别，承载了中华民族悠久的历史和丰富的文化内涵。请结合所学发酵知识和生活经验，指出下列未经发酵的商品是(　　)
A. 泡菜 B. 食醋 C. 豆腐 D. 酸奶
3 [2026南京月考]枯草芽孢杆菌是一种安全性较高的细菌，能分泌纤维素酶等消化酶，可作为家畜饲料添加剂。下列相关叙述正确的是(　　)
A. 纤维素酶在枯草芽孢杆菌游离的核糖体、粗面内质网上合成
B. 枯草芽孢杆菌能在家畜消化道中将纤维素水解为氨基酸
C. 枯草芽孢杆菌中纤维素酶基因的转录和翻译过程可同时进行
D. 利用发酵工程使枯草芽孢杆菌有丝分裂生产微生物饲料
4 随着微生物纯培养技术的建立，人们可以从自然界中选择所需微生物通过发酵工程应用于生产生活中。下列关于微生物纯培养与发酵工程的说法，正确的是(　　)
A. 微生物的纯培养物就是不含有代谢废物的微生物培养物
B. 平板划线法既可以用于微生物的纯培养，又可用于微生物计数
C. 利用酵母菌发酵产生的单细胞蛋白属于分泌蛋白，可制成微生物饲料
D. 在农牧业中，利用发酵工程生产的微生物肥料一般是微生物的代谢产物
5 赤藓糖醇是通过发酵工程生产的新型甜味剂，研究团队通过删除解脂耶氏酵母菌株中的EYD基因，无氧条件下发酵使赤藓糖醇的产量提高了12.2倍。下列叙述正确的是(　　)
A. 高产解脂耶氏酵母菌株的获得利用了诱变育种的方法
B. 为避免杂菌污染，发酵罐接种前用酒精擦拭，培养基进行高压蒸汽灭菌
C. 为提高赤藓糖醇产量，应持续通入适量无菌空气以促进菌种的有氧呼吸
D. 可采用适当的提取、分离和纯化措施从培养液中获取赤藓糖醇
6 [2026南通如皋阶段考]青霉素是产黄青霉菌发酵的产物，青霉素的发酵是一个高耗氧过程。下列叙述错误的是(　　)
A. 用X射线照射产黄青霉菌，可能会得到青霉素高产菌株
B. 含血红蛋白基因的产黄青霉菌，会提高发酵过程中的氧气利用能力
C. 青霉素发酵过程中，提供充足的营养物质和氧气，即可获得较高产量
D. 青霉素生产过程中如果污染了杂菌，可能会将发酵产生的青霉素分解掉
7 [2026湖北月考]发酵工程在食品工业、医药工业和农牧业等许多领域得到了广泛的应用，形成了规模庞大的发酵工业。下列叙述正确的是(　　)
A. 黑曲霉菌可进行发酵生产谷氨酸，谷氨酸经过一系列处理就能制成味精
B. 菌落的大小、数目、有无荚膜等肉眼可见的特征可作为菌种鉴定的依据
C. 通过发酵工程从微生物细胞中提取出的单细胞蛋白，可制成微生物饲料
D. 啤酒制作中，主发酵主要是酒精发酵，后发酵侧重沉淀和风味物质形成
8 人们用乙醇梭菌厌氧发酵生产单细胞蛋白和乙醇，产生乙醇的代谢过程如下图所示。在含CO2的环境中，某乙醇梭菌突变株接种在基础培养基上无法产生乙醇。下列叙述错误的是(　　)
A. 采用过滤、沉淀等方法可将菌体分离和干燥，获得单细胞蛋白
B. 利用乙醇梭菌厌氧发酵生产的乙醇代替化石燃料，可降低生态足迹
C. 突变株在加入中间产物1的基础培养基中正常生长，可推测突变株是T酶缺陷型
D. 若突变株是A酶缺陷类型，向基础培养基中添加中间产物2可使突变株产生乙醇
9 [2025盐城期中]如图为重庆啤酒厂啤酒酿造工艺流程。下列有关叙述错误的是(　　)
A. “糖化”是利用麦芽中的淀粉酶、麦芽糖酶等，将蒸煮后大米中的淀粉水解为酵母菌容易吸收利用的物质
B. 糖化液添加酒花煮沸的目的是产生风味组分，终止酶进一步作用，并对糖浆杀菌
C. 发酵初期适当充氧、搅拌可缩短发酵时间
D. “精酿”啤酒不进行过滤和消毒，故发酵过程不需要在无菌条件进行
10 (多选)[2025四川成都模拟]发酵工程生产条件温和、原料来源丰富、价格低廉等，在食品工业、医药工业、农牧业等许多领域得到了广泛的应用。下列有关发酵工程说法，错误的有(　　)
A. 发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节，所用菌种大多是混合菌种
B. 利用放线菌产生的井冈霉素防治水稻纹枯病是一种重要的生物防治手段
C. 黑曲霉可作为生产多种发酵产品的菌种，如酱油、豆豉、柠檬酸、醋
D. 精酿啤酒采用传统发酵工艺，发酵时间长、产量低、保质期长、价格高
11 (多选)[2025山东卷]酿造某大曲白酒的过程中，微生物的主要来源有大曲和窖泥。大曲主要提供白酒酿造过程中糖化所需的微生物，制曲过程需经堆积培养，培养时温度可达60 ℃左右；将大曲和酿酒原料混合，初步发酵后放入窖池；窖池发酵是白酒酿造过程中微生物发酵的最后阶段。下列说法正确的有(　　)
A. 堆积培养过程中的高温有利于筛选酿酒酵母
B. 大曲中存在能分泌淀粉酶的微生物
C. 窖池发酵过程中，酵母菌以无氧呼吸为主
D. 窖池密封不严使酒变酸是因为乳酸含量增加
12 (多选)[2026江苏五校联考]柠檬酸是一种广泛应用的食品酸度调节剂。如图为研究人员以红薯粉为原料经黑曲霉发酵生产柠檬酸的简要流程图。下列说法错误的有(　　)
A. 黑曲霉发酵生产柠檬酸和谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸时，培养液的pH都应调至酸性
B. 将菌种接种至A培养基时，浸泡在酒精中的涂布器使用前需在火焰上灼烧
C. 将菌种转接至B培养基的目的是增加黑曲霉菌种数量
D. 若发酵罐C中的原料为大豆粉，可利用黑曲霉水解大豆中的淀粉制成酱油
13 [2025盐城期末]啤酒工业化生产要通过发酵工程来实现，请回答下列问题。
(1) 啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的，啤酒的工业化生产的原理是____________。
(2) 啤酒工业化生产过程如图1所示，若用________溶液处理大麦种子，无需发芽就可以产生α淀粉酶，图中会使α淀粉酶失活的过程是____。发酵过程中酵母菌的繁殖、酒精的大量生成分别发生在________、________阶段。用于接种的酵母菌可来自________(填序号：①自然界中筛选而来；②诱变育种获得；③基因工程育种获得)，经过________后再加入发酵罐中。
图1
(3) 图2所示发酵罐，冷却水进入口和排出口分别是________(填图中序号)。③为搅拌叶轮，在啤酒发酵过程中的作用是____________________。
图2
(4) 啤酒发酵时具有活力的酵母需达到一定的数量，故在菌种活化的过程中，需定时取样，检测酵母的生长状况。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(规格为1 mm×1 mm×0.1 mm)上计数________色细胞，5个中格中的细胞数为244个，该样品中活酵母细胞的密度为________个/mL。
第60讲　发酵工程及其应用
1 D　2 C
3 C　枯草芽孢杆菌为原核生物，无内质网、高尔基体等细胞器，纤维素酶仅在游离核糖体上合成，A错误；纤维素酶催化纤维素水解为葡萄糖，B错误；枯草芽孢杆菌是原核生物，不能进行有丝分裂；发酵工程通过培养微生物生产饲料，D错误。
4 D　微生物的纯培养物就是由单一个体繁殖所获得的微生物群体，A错误；平板划线法可以用于微生物的纯培养，不可用于微生物计数，B错误；利用酵母菌发酵产生的单细胞蛋白属于微生物菌体，可制成微生物饲料，C错误。
5 D　高产解脂耶氏酵母菌株的获得利用了基因工程的方法，A错误；为避免杂菌污染，发酵罐和培养基均需要灭菌，以彻底杀灭包括芽孢在内的所有微生物，仅用酒精擦拭无法满足无菌要求，B错误；解脂耶氏酵母菌株无氧条件下产生赤藓糖醇，有氧条件会抑制无氧呼吸的进行，不利于赤藓糖醇产量的提升，C错误。
6 C　用X射线照射产黄青霉菌属于诱变育种，可诱导基因突变，可能获得青霉素高产菌株(如代谢途径优化的突变体)，A正确；血红蛋白具有结合氧气的能力，将血红蛋白基因导入产黄青霉菌可增强其氧气运输效率，提高发酵过程中的氧气利用率，B正确；青霉素是次级代谢产物，其产量除受营养物质和氧气影响外，还受pH、温度、菌种特性及代谢产物积累等因素调控。仅提供充足营养和氧气无法保证高产(如可能因代谢废物抑制而减产)，C错误；某些杂菌(如部分细菌)可分泌青霉素酶(β-内酰胺酶)分解青霉素，导致产物损失，D正确。
7 D　谷氨酸发酵生产常用菌种为谷氨酸棒杆菌，A错误；菌落的鉴定依据是大小、形状、颜色等肉眼可见的菌落特征，“数目”并非菌种鉴定的特征；而“荚膜”是细菌细胞的微观结构，肉眼无法观察，B错误；单细胞蛋白指微生物菌体本身，可直接制成饲料，无需从细胞中提取，C错误；啤酒制作中，主发酵阶段主要是酵母菌进行酒精发酵(产生酒精和CO2)；后发酵在低温下进行，侧重酵母沉淀、风味物质(如酯类)的形成，D正确。
8 D　如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束后，采用过滤、沉淀等方法可将菌体分离和干燥，获得单细胞蛋白，A正确；突变株在加入中间产物1的基础培养基中正常生长，说明C酶和A酶正常，可推测突变株是T酶缺陷型，C正确；若突变株是A酶缺陷类型，向基础培养基中添加中间产物2，突变株依然无法产生乙醇，D错误。
9 D　精酿啤酒不进行过滤和消毒，但发酵过程必须在无菌条件下进行，防止杂菌繁殖对发酵过程产生影响，D错误。
10 ACD　发酵工程的中心环节是发酵罐内的发酵过程，现代发酵工程通常使用纯种培养(单一菌种)以保证产物品质和生产效率，A错误；黑曲霉是生产柠檬酸的主要菌种，也可用于酱油生产(与米曲霉协同)，但豆豉多用毛霉或曲霉，醋的酿造主要依赖醋酸菌，C错误；精酿啤酒采用传统工艺，发酵时间长、产量低、价格高，但因未充分灭菌及过滤，其保质期较短，D错误。
11 BC　酵母菌最适宜生长繁殖的温度范围是18～30℃，堆积培养过程中温度可以达到60 ℃左右，高温不利于筛选酿酒酵母，A错误；窖池密封不严使酒变酸是因为乙醇被氧化为醋酸，D错误。
12 ABD　谷氨酸棒状杆菌发酵时，需在中性或弱碱性条件下，才能积累谷氨酸，故生产谷氨酸需将pH调至中性或弱碱性，A错误；将菌种接种至A培养基时，应该将接种环使用前需在火焰上灼烧而不是涂布器，B错误；以大豆为主要原料，利用黑曲霉，将原料中的蛋白质水解成小分子的肽和氨基酸，然后经淋洗、调制可以制成酱油产品，D错误。
13 (1) 酵母菌无氧呼吸产生酒精　(2) 赤霉素　蒸煮　主发酵　主发酵　①②③　扩大培养　(3) ①、②　使菌种和培养液充分混合　(4) 无　1.22×109
解析：(4) 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。若某次样品经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244个，则该样品中活酵母细胞的密度为244÷5×25÷0.1×102×103＝1.22×109个细胞/mL。第60讲　发酵工程及其应用
学习目标　1. 了解什么是发酵工程。2. 掌握发酵工程的一般流程。3. 了解发酵工程在生产上的重要价值。
核心体系
活动方案
活动一 掌握发酵工程的一般流程
发酵工程在工业生产上得到广泛应用，其生产流程如图1所示。谷氨酸是生物体内重要的有机小分子，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。结合赖氨酸或谷氨酸的生产过程，请回答相关问题。
图1
图2
(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，酵母菌与它们在结构上最主要的区别是什么？
(2) 人工控制微生物代谢的措施有哪些？图中①已经选育出不能合成高丝氨酸脱氢酶的黄色短杆菌新菌种，其方法是什么？
(3) 在发酵过程中，产物源源不断地产生。这说明赖氨酸或谷氨酸的生产采用的发酵方式是什么？
(4) 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2所示，可以判断谷氨酸棒状杆菌的代谢类型是什么？所加氨水有哪些作用？
活动二 了解发酵工程在生产上的重要价值
青霉素作为治疗细菌感染的药物，是20世纪医学上的重大发现，是抗生素工业的首要产品。请回答下列问题。
注：冷冻干燥孢子：在极低温度(－70 ℃左右)、真空干燥状态下保藏的菌种。米孢子：生长在小米或大米培养基上的孢子
(1) 目前发酵生产中常用的高产青霉素菌种是通过什么方法选育的？据图可以判断青霉菌的代谢类型是什么？生殖方式是什么？
(2) 配制培养基时需要将其调节至________(填“酸性”“碱性”或“中性”)。种子罐2又叫繁殖罐，可推测②属于发酵工程中的哪个阶段？发酵罐接种前必须进行的处理是什么？
活动三 发酵工程的特点和应用
随着人们对发酵原理的认识、微生物纯培养技术的建立，以及密闭式发酵罐的成功设计，人们能够在严格控制的环境条件下大规模生产发酵产品，发酵工程逐步形成。我国是世界上啤酒的生产和消费大国，啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的。请回答以下几个问题。
(1) 发酵工程一般包括______________________________________________
等方面。
(2) 发酵工程的特点：生产条件________、原料来源________且价格________、产物________、废弃物对环境的________________________。
(3) 与传统发酵相比，发酵工程中所用的菌种有什么特点？
(4) 请补充完成啤酒的工业化生产流程。
发芽：释放________分解淀粉
焙烤：________________________，减少有机物消耗，保留营养物质，但不使________
碾磨：将干燥的麦芽碾磨成麦芽粉，便于________
糖化：淀粉分解，形成糖浆
蒸煮：产生风味组分，终止________的进一步作用，并对糖浆________
发酵：酵母菌将糖转化为酒精和CO2
①主发酵：________________________________________________
②后发酵：_________________________________________________低温过滤
消毒：_________________________________________________，延长保存期
终止：过滤、调节、分装、出售
(5) 上述生产流程中淀粉糖化后啤酒酵母才能充分发酵的原因是什么？
(6) 蒸煮的流程中，加入的啤酒花有什么作用？
名卷优选
1. 发酵工程在农业、食品工业、医药工业及其他工业生产上有重要的应用价值。下列相关叙述正确的是(　　)
A. 啤酒发酵的过程中大部分糖的分解发生在主发酵阶段
B. 从酵母菌细胞中提取的单细胞蛋白可以制成微生物饲料
C. 在发酵工程的发酵环节中，改变发酵条件，不会影响微生物的代谢途径
D. 发酵工程需要用单一菌种进行发酵，否则会导致杂菌污染，产量下降
2. [2025盐城八校联考]青霉素是临床上广泛应用的抗生素。利用发酵工程生产青霉素的流程如图所示，图中①～⑤代表相应过程。下列叙述错误的是(　　)
A. 接种前的过程①②都属于扩大培养环节
B. 发酵罐中的发酵是该发酵工程的中心环节
C. 过程③可选择干热灭菌法对培养基进行灭菌
D. 过程④可用过滤、沉淀的方法将菌体分离干燥
3. [2024南通如皋适应性考]生产啤酒的主要工艺流程如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A. 过程①中大麦种子发芽释放淀粉酶参与过程②中的糖化过程
B. 过程②中焙烤杀死大麦种子胚，碾磨缩短糖化的时间
C. 过程②蒸煮时加入啤酒花可增加啤酒的苦度等风味
D. 过程③主发酵阶段进行酵母菌繁殖，后发酵阶段产生代谢产物
4. [2025淮安期中]图示以黑曲霉为主要菌种利用自然发酵法酿造酱油的流程，下列叙述正确的是(　　)
A. 加入的面粉可为发酵菌种生长提供所需的碳源和氮源
B. 通风和翻曲可促进曲种中黑曲霉、酵母菌和乳酸菌等的生长繁殖
C. 加入盐水可抑制酱醅中有害微生物的生长并调节酱油风味
D. 采用煮沸消毒法可彻底杀灭生酱油中的微生物以提高成品安全性
5. [2026云南模拟]味精的主要成分是谷氨酸钠，利用谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸，再经过中和等步骤制成谷氨酸钠。流程图如下，下列相关叙述正确的是(　　)
A. 发酵工程和传统发酵技术最大的区别是前者可以利用微生物来进行发酵
B. 谷氨酸的发酵生产中，在酸性条件下积累谷氨酸，需要严格控制酸性条件
C. 发酵结束后，可采用提取单细胞蛋白的措施来获得谷氨酸
D. 谷氨酸棒杆菌是异养微生物，为扩大培养，发酵工程中应使用液体培养基
6. (多选)[2025镇江期末]生物技术与工程涉及许多探究与实践活动。下列相关叙述错误的有(　　)
A. 制作泡菜时，泡菜坛内长出的一层白膜是大量乳酸菌聚集在发酵液表面形成的
B. 进行酵母菌纯培养时，若未接种的培养基表面有菌落生长，可能是培养基被污染
C. 啤酒制作过程中，主发酵阶段进行酵母菌的大量繁殖以及大部分糖的分解和代谢物的生成
D. 利用酵母菌发酵产生的单细胞蛋白属于分泌蛋白，可制成微生物饲料
7. (多选)[2025南京六校联考]谷氨酸棒状杆菌在pH为7.0的环境下生长良好，通过以下代谢途径发酵生产L-谷氨酰胺。下列叙述正确的有(　　)
A. 环境条件会影响微生物的生长和微生物代谢产物的形成
B. 发酵初期控制pH为7.0，后期调为5.6，有利于提高L谷氨酰胺产量
C. 发酵结束后，采用过滤、沉淀的方法即可得到纯净的L谷氨酰胺
D. 使用固体或半固体培养基进行发酵能得到更多的L谷氨酰胺
8. (多选)[2025镇江检测]PHA是一种重要的可降解材料，中国科学家构建了一株嗜盐单胞菌H，以糖蜜或餐厨垃圾为原料在实验室发酵生产PHA，工艺流程如下图所示。下列叙述错误的有(　　)
A. 菌种扩大培养是发酵工程的中心环节
B. 为避免杂菌污染，可适当降低发酵液中盐的浓度
C. 发酵罐内发酵要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件
D. 发酵结束之后，采取适当的过滤、沉淀措施获得PHA
第60讲　发酵工程及其应用
【活动方案】
活动一
(1) 酵母菌有以核膜为界限的细胞核。
(2) 改变微生物的遗传特性、控制生产过程中的各种条件。诱变育种。
(3) 连续培养。
(4) 异养需氧型。提供细菌生长所需氮源，调节培养液的pH。
活动二
(1) 诱变育种(人工诱变)。异养需氧型。孢子生殖。
(2) 酸性　扩大培养。灭菌。
活动三
(1) 菌种的选育，扩大培养，培养基的配制、灭菌，接种，发酵，产物的分离、提纯
(2) 温和　丰富　低廉　专一　污染小且容易处理
(3) 发酵工程中所用的菌种通常是从自然界中筛选出来的，或者通过诱变育种、基因工程育种获得，且大多是单一菌种。
(4) 淀粉酶　加热杀死胚，终止麦芽生长　淀粉酶失活　糖化 酶　灭菌　完成酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成，得到的是嫩啤酒　低温、密闭环境下一段时间，调压使CO2溶入啤酒得到成熟啤酒　杀死啤酒中的大多数微生物
(5) 酵母菌不能直接利用淀粉作为碳源。
(6) 加入的啤酒花具有调节啤酒风味、抑制杂菌的作用。
发酵过程中应严格控制温度、pH、溶解氧等发酵条件，使其最适合微生物的生长繁殖。如：通过调整冷却水进入口的流速控制温度；通过搅拌叶轮的转速，调控发酵液中溶解氧的含量；及时添加必要的营养组分。
【名卷优选】
1 A　啤酒发酵的过程中大部分糖的分解发生在主发酵阶段，A正确；单细胞蛋白就是微生物菌体，并不是从酵母菌细胞中提取获得，B错误；在发酵工程的发酵环节中，改变发酵条件，可能会影响微生物的代谢途径，C错误；发酵工程大多需要用单一菌种进行发酵，一旦有杂菌污染，可能会导致产量下降，D错误。
2 C　图中的过程①②都属于扩大培养，该过程需要进行培养液的更换，这样有利于增加菌种的数量，A正确；发酵罐中的发酵是该发酵工程的中心环节，通过该环节可以获得人类所需要的产品，B正确；过程③是配制培养基，需要利用高压蒸汽灭菌法进行灭菌，以防止培养基中掺杂其他微生物，不能利用干热灭菌法灭菌，C错误；过程④是获得菌种，即微生物本身，常采用过滤和沉淀等方法将菌体分离和干燥，分离出的菌种可以再使用，D正确。
3 D　过程③主发酵阶段进行酵母菌繁殖和无氧发酵产生酒精和CO2以及一些代谢物，后发酵阶段在低温密闭的环境中储存形成成熟的产品，D错误。
4 C　面粉主要成分是淀粉，主要元素是C、H、O，不能为发酵菌种生长提供氮源，A错误；乳酸菌属于厌氧菌，翻曲会导致氧气增多，不利于乳酸菌生长繁殖，B错误；加入盐水会导致微生物渗透失水死亡，故可抑制酱醅中有害微生物，并调节酱油风味，C正确；煮沸消毒法只是消灭部分微生物，不能彻底杀灭所有微生物，D错误。
5 D　发酵工程和传统发酵技术都利用微生物发酵，A错误；在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸，在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N乙酰谷氨酰胺，B错误；单细胞蛋白是微生物菌体，谷氨酸是代谢物，应采取提取、分离和纯化等措施来获得产品，C错误。
6 AD　制作泡菜时，乳酸菌是厌氧菌，主要分布在发酵液内部，白膜并非乳酸菌，A错误；未接种的培养基表面出现菌落，说明灭菌不彻底或培养基被污染，B正确；单细胞蛋白指微生物菌体本身，而非分泌到细胞外的分泌蛋白，D错误。
7 AB　由题干可知，谷氨酸棒状杆菌在pH为7.0的环境下生长良好，且在不同pH条件下(pH＝6.5～8和pH＝5.6)代谢途径有所不同，产生的代谢产物也不同，这充分说明环境条件会影响微生物的生长和微生物代谢产物的形成，A正确；谷氨酸棒状杆菌生长的最适pH为7.0，谷氨酰胺合成酶最适pH为5.6，因此发酵初期控制pH为7.0，有利于增加谷氨酸棒状杆菌的数量，后调为5.6，有利于提高谷氨酰胺合成酶的活性，进而提高L谷氨酰胺产量，B正确；发酵结束后，发酵液中除了L谷氨酰胺外，还含有其他微生物细胞、代谢废物等多种杂质，仅采用过滤、沉淀的方法不能完全除去这些杂质，无法得到纯净的L谷氨酰胺，还需要进一步的分离提纯操作，C错误；工业上发酵生产通常使用液体培养基，因为液体培养基与菌体接触更充分，营养物质和氧气等的供应更及时，有利于菌体的生长和代谢产物的合成，D错误。
8 ABD　发酵工程的中心环节是发酵罐内发酵，A错误；提高发酵液中盐的浓度，一定程度上可以避免杂菌污染，B错误；在发酵过程中，需随时监测培养液中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程，还要及时添加必需的营养组分，严格控制温度、pH和溶解氧等条件，C正确；发酵结束之后，对于菌体的代谢物，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，D错误。

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