第3节 发酵工程及其应用-【金版新学案】2024-2025学年高中生物选择性必修3同步课堂高效讲义配套课件（人教版2019 单选）

第3节　发酵工程及其应用 　 第1章　发酵工程 学习目标 1．基于发酵工程的基本环节和应用实例，阐明发酵工程的概念。　 2．概述从传统发酵到现代发酵工程的发展历程，认同发酵工程的发展离不开科技进步。　 3．阐明发酵工程的特点和应用价值。 知识点一　发酵工程的基本环节 1 知识点二　发酵工程的应用 2 课时测评 5 学习小结 3 内容索引 随堂达标演练 4 发酵工程的基本环节 知识点一 返回 新知导学 1．发酵工程的基本环节 代 谢特点 诱变 育种 基因工程育种　 品质　 温度 pH　 溶解氧 产物浓度　 营养成分 分离　 纯化 2．发酵罐 温度 　进入口　 排气管 　排出口　 空气 精通教材 1．发酵工程所用的菌种大多是单一菌种，整个发酵过程中不能混入杂菌，这是为什么？那如何防止杂菌的污染？ 提示：在发酵过程中如果混入其他微生物，将与菌种形成竞争关系，对发酵过程造成不良影响；要在发酵前对培养基和发酵设施进行严格的灭菌处理。 2．发酵罐中设计搅拌叶轮进行搅拌的意义是什么？ 提示：使菌种与发酵底物更能充分接触，提高发酵效率。 合作探究 任务　分析发酵工程基本环节 观察分析教材P22～P23页图1-9，思考下列问题： (1)微生物菌种资源丰富，选择发酵工程用的菌种时需要考虑哪些因素？ 提示：选择发酵工程用的菌种时需考虑：能够利用廉价的原料，简单的培养基，大量高效地合成产物；菌种改造的可操作性要强；遗传性能要相对稳定；生长速度快，不易感染其他微生物或噬菌体等。 (2)怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？ 提示：要在发酵过程中随时取样检测培养液中的微生物数目、产物浓度等，以了解发酵进程，及时添加必需的培养基成分，以满足菌种的营养需要。同时，要严格控制温度、pH、溶解氧等发酵条件。 (3)在产物分离和提纯方面，发酵工程与传统发酵技术相比有哪些改进之处？ 提示：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、沉淀等方法将菌体从发酵液中分离出来。如果产品是代谢物，可采用蒸馏、萃取、离子交换等方法进行提取。 (4)在进行发酵生产时，排出的气体和废弃培养液等能直接排放到外界环境中吗？为什么？ 提示：不能。要防止排出的气体和废弃培养液中的微生物或活性物质污染环境。 影响发酵过程的因素 1．温度 (1)温度影响酶活性。 (2)温度影响生物合成的途径。 (3)温度影响发酵液的物理性质，以及菌种对营养物质的分解吸收等。 2．pH (1)pH能够影响酶的活性，以及细胞膜的带电荷状况。 (2)pH影响培养基中营养物质的分解等。 核心归纳 3．溶解氧 氧的供应对需氧发酵来说，是一个关键因素。必须向发酵液中连续补充大量的氧，并要不断地进行搅拌，这样可以提高氧在发酵液中的溶解度。 4．营养物质的浓度 发酵液中各种营养物质的浓度，特别是碳氮比、无机盐和维生素的浓度，会直接影响菌体的生长和代谢产物的积累。 应用1．(2024·湖南衡阳高三开学考试)谷氨酸除用于制造味精外，还可以用来治疗神经衰弱以及配制营养注射液等。通过发酵工程可以大量制备谷氨酸，下列有关谷氨酸发酵生产的叙述，错误的是 A．发酵之前要对谷氨酸菌种进行扩大培养 B．若发酵产品是产谷氨酸菌种，可采用过滤等方法分离 C．发酵过程中，在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸 D．分离、提纯发酵产物是发酵过程的中心环节 √ 发酵罐的体积很大，发酵之前要对谷氨酸菌种进行扩大培养，A正确。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，B正确。环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，而且会影响微生物代谢物的形成。例如，谷氨酸的发酵生产，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，C正确。发酵罐内发酵是发酵过程的中心环节，D错误。 应用2．(2024·广东茂名高三期末)中国科 学家运用合成生物学方法构建了一株嗜 盐单胞菌H，以糖蜜(甘蔗榨糖后的废弃 液，含较多蔗糖)为原料，在实验室发酵 生产PHA(嗜盐单胞菌H的代谢产物)等新 型高附加值可降解材料，期望提高甘蔗 的整体利用价值，工艺流程如图。下列叙述正确的是 A．发酵工程的中心环节是嗜盐单胞菌H菌种的选育 B．发酵罐内发酵要严格控制温度、pH和溶解氧等条件 C．使用平板划线法定期取样进行菌落计数评估菌株增殖状况 D．发酵结束之后，采取适当的过滤、沉淀等方法直接获得产品PHA √ 发酵工程的中心环节是发酵罐内发酵， A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，B正确。培养过程中定期取样使 用稀释涂布平板法进行菌落计数评估菌株增殖状况，C错误。发酵结束之后，对于菌体可采取适当的过滤、沉淀措施来分离；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。 返回 发酵工程的应用 知识点二 返回 新知导学 1．发酵工程的特点 温和 丰富 低廉 专一 污染小　 容易处理 2．啤酒的工业化生产流程 淀粉酶 淀粉分解，形成糖浆 酒精和二氧化碳 3．发酵工程的应用 (1)在食品工业上的应用 ①生产传统的发酵产品，如酱油、各种酒类。 ②生产各种各样的____________，如柠檬酸和味精。 ③生产________，如α-淀粉酶、β-淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶和脂肪酶等。 (2)在医药工业上的应用 基因工程、蛋白质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。 食品添加剂 酶制剂 (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。 ②生产微生物农药。微生物农药是利用_________________来防治病虫害的。 ③生产微生物饲料。通过发酵获得大量的微生物菌体，即____________，并制作成微生物饲料。 (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________________ __________等方面的重大问题上，作出了越来越大的贡献。 有机酸、生物活性物质 微生物或其代谢物 单细胞蛋白 粮食、环境、健 康和能源 精通教材 1．阅读教材P24～P25“思考·讨论”图示，将下列啤酒的工业化生产流程正确的顺序排列为：__________________。 ①发芽　②碾磨　③糖化　④发酵　⑤消毒　⑥焙烤　⑦蒸煮　⑧终止 2．单细胞蛋白是以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵获得的大量的微生物______。其不仅含有丰富的_______，还含有糖类、______和维生素等物质。 ①⑥②③⑦④⑤⑧ 菌体 蛋白质 脂质 合作探究 任务　分析发酵工程的应用 发酵工程以其生产条件温和、原料来源丰富且价格低廉、产物专一、废弃物对环境的污染小和容易处理等特点，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。思考回答下列问题： (1)分析下列产品需要利用发酵工程技术进行生产的有哪些？ ①生产单细胞蛋白饲料　②通过生物技术快速繁育兰花等花卉　③利用基因工程菌生产胰岛素　④工厂化生产青霉素 提示：①③④。生产单细胞蛋白饲料、利用基因工程菌生产胰岛素、工厂化生产青霉素均需要利用发酵工程技术手段；通过生物技术快速繁育兰花等花卉属于植物组织培养技术，而非发酵工程技术手段。 (2)酱油、各种酒类、柠檬酸和谷氨酸的生产分别利用了哪种微生物的发酵？ 提示：酱油、各种酒类、柠檬酸和谷氨酸的发酵生产所利用的微生物分别是霉菌(如黑曲霉)、酿酒酵母、黑曲霉和谷氨酸棒状杆菌。 (3)与传统的手工发酵相比，在啤酒的发酵生产过程中，哪些工程手段使啤酒的产量和质量明显提高？ 提示：接种单一高质量菌种、严格的消毒灭菌措施、培养基营养物质协调、严格的发酵条件控制等，都使啤酒的产量和质量明显提高。 1．啤酒的工业化生产的五点提醒 (1)啤酒酵母菌：通过微生物培养技术筛选出的优良菌种，在接种前进行扩大培养，缩短生产周期。 (2)焙烤温度不能过高，防止淀粉酶失活。 (3)蒸煮后的糖浆一定要冷却后才能接种，防止高温杀死酵母菌。 (4)发酵过程中注意控制好温度、pH、通气量、发酵时间等。 (5)接种前要对发酵罐进行灭菌，接种时要进行无菌操作，防止杂菌污染。 核心归纳 2．“精酿”啤酒与“工业”啤酒的区别 应用1．(2024·山东日照模拟)啤酒发酵流程一般都包含发芽、焙烤、碾磨、糖化、蒸煮、发酵、消毒、终止等。按酿造工艺可分为艾尔(上发酵)和拉格(下发酵)两类。艾尔啤酒酵母在发酵罐顶端工作，温度在10～20 ℃；拉格啤酒酵母在发酵罐底部工作，温度在10 ℃以下。下列叙述错误的是 A．焙烤是通过加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活 B．蒸煮可以使淀粉分解，形成糖浆，并对糖浆灭菌 C．酵母菌繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成都在主发酵阶段完成 D．发酵的温度和发酵的时间随啤酒品种和口味的要求不同而有所差异 √ 焙烤是加热杀死种子的胚，但不使淀粉酶失活，A正确；蒸煮过程中高温使淀粉酶失活，可以终止淀粉酶的进一步作用，并对糖浆灭菌，B错误；酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成都是在主发酵阶段完成，C正确；发酵温度和发酵时间随着啤酒品种和口味要求的不同而有所差异，D正确。 应用2．(2024·河北秦皇岛高三开学考试)发酵产品的使用深入生活的方方面面。发酵工程可对细胞和细胞代谢产物进行工业化生产，传统发酵技术大大丰富了食物的品种，充分体现了劳动人民的智慧。下列关于发酵工程和传统发酵技术的说法，正确的是 A．与发酵工程相比，传统发酵技术中菌种来源于多种天然微生物，发酵过程经过严格灭菌，所以产品质量较高且品质稳定 B．家庭制泡菜和变酸的葡萄酒表面长的菌膜分别是由酵母菌和醋酸菌形成，它们都是需氧型的原核生物 C．发酵工程往往采用液体培养基进行发酵，发酵结束后会通过提取、分离和纯化的措施来获得单细胞蛋白产品 D．用发酵工程生产青霉素时，若发酵罐和培养基灭菌不彻底，污染了杂菌，会因为某些杂菌分泌酶将青霉素分解掉而降低产量 √ 传统发酵技术的微生物是天然微生物，并未经过严格灭菌，A错误；酵母菌是真核生物，B错误；发酵工程往往采用液体培养基进行发酵，发酵结束后会通过提取、分离和纯化的措施来获得细胞代谢物，单细胞蛋白指微生物菌体，可通过过滤、沉淀方法获得，C错误；用发酵工程生产青霉素时，若发酵罐和培养基灭菌不彻底，污染了杂菌，会因为某些杂菌分泌酶将青霉素分解掉而降低产量，D正确。 返回 学　习　小　结 返回 思维导图 要语必背 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细胞本身，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。 返回 随 堂 达 标 演 练 返回 1．(2024·广东深圳一模)研究小组用作物秸秆、小型发酵瓶、纤维素分解菌和酵母菌生产燃料乙醇(葡萄糖的酒精发酵)。下列叙述正确的是 A．对秸秆进行灭菌后直接用酵母菌进行酒精发酵 B．接种后采用高压蒸汽灭菌法对培养液进行灭菌 C．发酵过程中需要适时松开瓶口目的是提供氧气 D．酸性重铬酸钾检测酒精时需排除葡萄糖的影响 √ 秸秆中含有纤维素，纤维素分解菌将纤维素分解为葡萄糖后酵母菌再利用葡萄糖进行酒精发酵，酵母菌不能分解纤维素，A错误；酒精发酵前需对培养基进行高压蒸汽灭菌，接种后灭菌会将培养液菌体全部杀死，影响发酵，B错误；酵母菌无氧呼吸产生酒精和二氧化碳，发酵过程中需要适时松开瓶盖，目的是排出二氧化碳，C错误；由于葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化，因此酸性重铬酸钾检测酒精时，应将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中的葡萄糖，以排除葡萄糖的影响，D正确。 2．(2024·云南昆明模拟)谷氨酸钠是味精的主要成分，通过发酵罐发酵可大规模生产谷氨酸，生产中常用的菌种是谷氨酸棒状杆菌。下面有关谷氨酸发酵工程的叙述，错误的是 A．为解决发酵罐中杂菌污染的问题，可向培养液中添加抗生素 B．谷氨酸发酵的培养基成分，主要有水、碳源、氮源、无机盐等 C．对发酵罐内物质进行搅拌能增加产量，说明谷氨酸棒状杆菌是好氧菌 D．优良性状的菌种可以通过基因工程定向改造已有菌种获得 √ 谷氨酸发酵常用的菌种是谷氨酸棒状杆菌，属于细菌，添加抗生素会杀菌从而影响谷氨酸发酵，A错误；谷氨酸发酵的培养基成分，主要有水、碳源、氮源、无机盐等，B正确；搅拌能增加培养液中溶解氧含量，能增加产量，说明谷氨酸棒状杆菌是好氧菌，C正确；优良性状的菌种可以通过基因工程定向改造已有菌种获得，D正确。 3．(2024·江西九江高三期末)某工厂利用制糖生产废水和沼气池废料为原料，酵母菌为菌种在连续搅拌反应器中培养酵母菌生产单细胞蛋白。下列说法错误的是 A．单细胞蛋白含有蛋白质、糖类、脂质和维生素等物质 B．发酵过程中，通过放料口取样以便随时监测产物浓度等 C．可采用深层通气液体发酵技术提高单细胞蛋白的产量 D．发酵结束后，应采用提取、分离和纯化措施以获得产品 √ 单细胞蛋白(微生物菌体)不仅含有丰富的蛋白质，还含有糖类、脂质和维生素等物质，A正确；在发酵过程中，通过放料口取样以便随时监测产物浓度等以了解发酵进程，B正确；单细胞蛋白是在连续搅拌反应器中培养酵母菌生产的，连续搅拌的目的一是增加溶氧量，促进菌体的有氧呼吸，二是使菌种与培养液充分接触，提高原料的利用率，所以可采用深层通气液体发酵技术提高单细胞蛋白的产量，C正确；单细胞蛋白是在连续搅拌反应器中培养酵母菌生产的，是微生物菌体，所以可采用过滤、沉淀等方法将菌体从培养液中分离出来，D错误。 4．发酵工程的内容包括菌种的选育，扩大培养，培养基的配制、灭菌，接种，发酵，产品的分离、提纯等。下列关于发酵工程的说法错误的是 A．在菌种选育过程中，可以利用人工诱变和基因工程等手段 B．发酵工程具有生产条件温和、产物专一、污染小的特点 C．啤酒生产过程，酵母菌的繁殖在主发酵阶段完成，酒精的生成在后发酵阶段完成 D．发酵工程的产品可以是微生物的代谢产物，也可以是微生物细胞本身 √ 在菌种选育过程中，性状优良的菌种可以从自然界中筛选出，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得，A正确；发酵工程具有生产条件温和、产物专一、污染小的特点，B正确；啤酒的工业化生产过程中，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，C错误；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产物、酶及菌体本身，D正确。 5．(2022·山东卷)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 √ 青霉菌处于葡萄糖不足的环境中会通过分泌青霉素杀死细菌；提供相同含量的碳源，葡萄糖溶液单位体积中溶质微粒较多，会导致细胞失水，故不宜使用葡萄糖作为碳源。在青霉素发酵时，一般选择乳糖作为碳源，A正确。可用深层通气液体发酵技术，提高溶解氧的浓度，有利于青霉菌的发酵，从而提高产量，B正确。青霉素高产菌种是经诱变育种产生的，选育出的高产菌株经扩大培养后能增加其自身的浓度和纯度，接种到发酵罐后能提高发酵的效率，C正确。由题干知“目前已实现青霉素的工业化生产”，为防止杂菌污染，获得纯净的青霉素，工业化生产中发酵罐需严格灭菌，D错误。 6．(创新应用)如图是利用发酵技术获得产品的过程图，①、②都表示这一过程中的步骤或者操作，根据该图以及学过的相关知识回答问题： (1)写出数字标号处的操作：①__________。其中②的目的是防止发酵过程中混入______，进而影响生产的效率，甚至导致发酵失败。 扩大培养 杂菌 分析流程图可知，图中①是将选育的菌种扩大培养，目的是增加菌种数量，②为灭菌，灭菌是为了防止杂菌污染，避免发酵过程中混入杂菌，进而影响生产的效率，甚至导致发酵失败。 (2)配制培养基时，一般要保证培养基中具有几类基本成分，分别是碳源、氮源、水、________。 无机盐 培养基的基本成分是水、无机盐、碳源、氮源，此外还可根据微生物的特殊需求加入生长因子等。 (3)在发酵过程中，我们要不间断地监测发酵罐中的情况，了解发酵进程，必要时要添加营养物质，同时要严格控制发酵条件，如温度、pH、________等，因为环境条件的改变，不仅影响菌种的生长繁殖，而且可能会影响______________的形成。 溶解氧　 菌种代谢产物　 在发酵过程中，要严格控制发酵条件，如温度、pH、溶解氧等，以确保发酵过程的顺利进行；由于环境条件的改变，不仅影响菌种的生长繁殖，而且可能会影响菌种代谢产物，如谷氨酸发酵中，在中性和弱碱性条件下积累谷氨酸，在酸性条件下容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。 (4)为了进一步保持发酵液的无菌环境，我们在培养基中加入了青霉素，则该培养基不能用来培养_______(填“细菌”或“真菌”)类微生物，而且要注意在最后处理发酵液的时候，不能将发酵液直接排到自然水体，其原因是：①发酵液中富含________，可能会导致水体富营养化而出现水华等；②发酵液中加入的青霉素可能会导致自然界的细菌出现________种群，对人类的健康不利。 细菌　 有机物　 耐药性 青霉素是一类抗生素，能够杀灭细菌，但不能杀灭真菌，故添加青霉素的培养基不能用于培养细菌类微生物；在最后处理发酵液的时候，不能将发酵液直接排到自然水体，其原因是发酵液中富含有机物，可能会导致水体富营养化而出现水华等，此外青霉素可能会导致自然界的细菌出现耐药性种群，对人类的健康不利。 返回 课　时　测　评 返回 知识点一　发酵工程的基本环节 1．发酵工程在现代生物工程中的地位越来越重要。下列有关发酵的叙述，错误的是 A．密闭式发酵罐的设计成功使大规模生产发酵产品得以实现 B．要随时取样，检测培养液的微生物数目、产物浓度等，以了解发酵进程 C．在发酵过程中不需要向装置中再添加必需的营养组分 D．要严格控制温度、pH、溶解氧等发酵条件 √ 在发酵过程中微生物代谢、繁殖会消耗营养组分，因此需要向装置中添加必需的营养组分，C错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2．某高校采用如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 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 果酒发酵的适宜温度为18～30 ℃，因此夏季生 产果酒时，常需对罐体进行降温处理，A正确； 乙醇是酵母菌无氧呼吸的产物，因此发酵过程中 不需要通入空气，B错误；发酵过程中酵母菌无 氧呼吸产生了二氧化碳，但是没有消耗氧气，因 此发酵罐中的气压不会低于大气压，C正确；葡 萄酒发酵的原料是糖类，因此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，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 3．(2024·山东济宁高二期末)利用发酵技术生产味精的主要过程为原料→淀粉糖化→通气发酵→发酵产物提取→味精制造→包装。下列说法错误的是 A．生产味精需要的谷氨酸棒状杆菌是需氧型生物 B．淀粉的糖化分解有利于发酵过程的充分进行 C．发酵时需将发酵液的pH调节为中性或弱酸性 D．从发酵液中获得谷氨酸需要采取提取、分离和纯化措施 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 常用的谷氨酸棒状杆菌为好氧菌，因此培养基中需严格控制溶解氧、通气量等发酵条件，以保证谷氨酸棒状杆菌代谢正常进行，A正确。淀粉的糖化作用是在发酵过程中继续利用微生物所分泌的淀粉酶将碳水化合物分解成葡萄糖、麦芽糖、糊精等，淀粉的糖化分解有利于发酵过程的充分进行，B正确。谷氨酸棒状杆菌在发酵过程中要严格控制发酵液的pH。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，C错误。发酵结束后，要想获得纯净谷氨酸，应对发酵液进行提取、分离和纯化，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 4．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为萃取(或蒸馏或离子交换等) 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，可采用连续培养的发酵方式 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 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 由题意分析可知，图中①为诱变育种，②为萃取(或蒸馏或离子交换等)，A正确；延长稳定期可以提高代谢物的产量，要达到这一目的可采用连续培养的发酵方式，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、控制生产过程中的各种条件(即发酵条件)等，D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 知识点二　发酵工程的应用 5．(2024·广东深圳高三期末)下列关于微生物及其应用的叙述，正确的是 A．在啤酒生产的主发酵阶段和后发酵阶段，需将温度保持在酵母菌的最适生长温度 B．醋酸菌在O2、糖源都缺少时，可将乙醇转化为乙醛，再将乙醛转变为醋酸 C．利用原核生物黑曲霉进行发酵，在蛋白酶等作用下可获得酱油和柠檬酸 D．乳酸链球菌在无氧条件下产生的乳酸链球菌素可以作为天然的防腐剂 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 为了防止酒精形成乙醛和醋酸，啤酒生产的后发酵阶段要在低温度和密闭环境下进行，A错误；醋酸菌在O2、糖源都充足时，将糖分解成醋酸，缺少糖源、O2充足时，将乙醇转变为乙醛，再转化为醋酸，B错误；黑曲霉是真核生物，C错误；乳酸链球菌在无氧条件下产生的乳酸链球菌素可以作为天然的防腐剂，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 6．(2024·北京东城高三期末)我国利用微生物发酵制作酱油的历史悠久，如图是通过发酵制作酱油的流程示意图，相关叙述错误的是 A．制曲过程中小麦、大豆可为米曲霉提供碳源和氮源 B．为利于发酵的进行，应将大豆蒸熟后趁热立即加入米曲霉 C．米曲霉分泌的蛋白酶将蛋白质分解为肽或氨基酸 D．发酵过程中加盐不仅可以调味还可以抑制杂菌的生长 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 小麦含有丰富的淀粉、大豆 含有丰富的蛋白质，制曲过 程中小麦、大豆可为米曲霉 提供碳源和氮源，A正确； 为利于发酵的进行，应将大 豆蒸熟，待冷却后再加入米曲霉，防止高温条件下米曲霉死亡，B错误；发酵过程中，米曲霉合成和分泌蛋白酶，蛋白酶将蛋白质分解为肽或氨基酸，C正确；抑制杂菌污染和繁殖是保证酱油质量的重要因素，在发酵池中添加食盐能抑制杂菌的生长，还能调节酱油的风味，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 7．(2024·湖南长沙高三一模)味精是一种重要的调味品。它可由谷氨酸棒状杆菌发酵得到的谷氨酸，再经过一系列处理制成。下列叙述错误的是 A．发酵之前，需要对谷氨酸棒状杆菌进行扩大培养 B．发酵过程中，将pH维持在酸性条件不利于谷氨酸的积累 C．可从谷氨酸棒状杆菌细胞中提取单细胞蛋白制成微生物饲料 D．发酵过程中，应随时检测培养液中谷氨酸棒状杆菌数量、谷氨酸浓度等，了解发酵进程 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 发酵之前，需要对谷氨酸棒状杆菌进行扩大培养，A正确。谷氨酸发酵过程中，将培养液pH维持在酸性条件下容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺；将培养液pH维持在中性和弱碱性条件会积累谷氨酸，B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。单细胞蛋白并非从微生物中提取获得，C错误。发酵过程中，应随时检测发酵罐内的培养液中谷氨酸棒状杆菌数量、谷氨酸浓度等，以了解发酵进程，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 8．发酵制氢技术是我国为早日实现“碳中和”开发的新能源技术之一。传统农业中，水稻、小麦的秸秆常被焚烧，既产生浓烟污染环境，又增加了CO2排放，研究团队将秸秆制成发酵液培养某种细菌，进行发酵制氢。下列说法错误的是 A．水稻、小麦的秸秆中富含纤维素，可为产氢细菌提供碳源和氮源 B．鉴定该细菌是否为纤维素分解菌，可在含纤维素的培养基中加入刚果红试剂 C．底物浓度、温度、pH等是影响发酵产氢量的重要因素 D．与传统农业相比，发酵制氢技术既能减少CO2的排放量又能获得新能源 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 纤维素的组成元素为C、H、O，可以为产氢细菌提供碳源，无法提供氮源，A错误；刚果红可以与纤维素形成红色复合物，当纤维素被纤维素分解菌降解后，红色复合物无法形成，出现以纤维素分解菌为中心的透明圈，因此鉴定该细菌是否为纤维素分解菌，可在含纤维素的培养基中加入刚果红试剂，B正确；温度、pH会影响酶活性，底物作为发酵的原料，因此底物浓度、温度、pH等是影响发酵产氢量的重要因素，C正确；与传统农业相比，发酵制氢技术通过将秸秆中的含碳有机物转换成有机酸等工业原料，减少了CO2的排放量，又获得了新能源，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 9．(2024·江苏苏州高三开学考试)科 研人员以裙带菜茎为原料，以粮食 加工副产品为辅料，通过微生物发 酵技术开发裙带菜酱油，右图是其 生产工艺流程，下列叙述错误的是 A．裙带菜茎、麦麸、豆粕和小麦混合物中的淀粉均可为黑曲霉、米曲霉提供碳源和氮源 B．蒸料可以杀死原料中的部分杂菌，蒸料后冷却的目的是防止高温杀死菌种 C．通风培养有利于黑曲霉和米曲霉快速生长繁殖、分泌多种水解酶 D．盐浓度过低容易引起酱醅腐败，浓度过高会抑制蛋白酶活性 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 淀粉只含C、H、O，不能提供氮 源，A错误。蒸料在高温下进行， 可以杀死部分杂菌。蒸料后要接 种菌种，因此蒸料后要先冷却， 防止高温杀死菌种，B正确。黑 曲霉和米曲霉是需氧型生物，通风培养有利于黑曲霉和米曲霉快速生长繁殖、分泌多种水解酶，C正确。适宜浓度食盐有抑制微生物繁殖的作用，盐浓度过低抑制作用弱，容易引起酱醅腐败，浓度过高会抑制蛋白酶活性，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 10．(2024·辽宁本溪一模)碱性果胶酶是一种生物酶制剂，可用于纺织纤维的脱胶预处理和煮练助剂。芽孢杆菌能分泌大量的碱性果胶酶，但分泌的物质中含有损伤纤维的内源性纤维素酶。毕赤酵母具有高表达的启动子，且不产生对纤维有损伤的酶，常作为碱性果胶酶的表达系统被应用。下列叙述错误的是 A．发酵结束后进行离心，从沉淀物中提取、分离产品 B．改造的菌种必须经过扩大培养才能向发酵罐中接种 C．发酵时要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件 D．发酵用的菌种可为导入碱性果胶酶基因的毕赤酵母 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 发酵产物为碱性果胶酶，发酵结束后进行离心，从上清液中提取、分离产品，A错误；发酵罐的体积一般为几十立方米到几百立方米，接入的菌种总体积需要几立方米到几十立方米，所以发酵时改造的菌种必须经过扩大培养才能向发酵罐中接种，B正确；环境因素会影响微生物的生长繁殖和代谢物的形成，所以发酵时要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件，C正确；毕赤酵母具有高表达的启动子，且不产生对纤维有损伤的酶，常作为碱性果胶酶的表达系统被应用，因此发酵用的菌种可为导入碱性果胶酶基因的毕赤酵母，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 11．(2024·辽宁锦州高三开学考试)研究人员利用酵母菌以霉变的木薯和小麦为原料，混合发酵生产燃料乙醇，流程图如下。下列叙述错误的是 A．Ⅰ阶段是该发酵生产的中心环节 B．Ⅰ阶段的淀粉酶不需进行灭菌处理 C．Ⅱ阶段步骤①是接种酵母菌 D．Ⅲ阶段步骤②是产品的分离、提纯 √ 分析题图可知，Ⅱ阶段是该发酵生产的中心环节，A错误；酶活性的发挥需要适宜的温度等条件，Ⅰ阶段的淀粉酶不需进行灭菌处理，B正确；步骤①是接种酵母菌对淀粉分解产生的糖浆进行发酵，C正确；Ⅲ阶段步骤②是产品的分离、提纯，最终获得产品，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 12．我国是世界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，如图是“精酿”啤酒生产流程示意图。下列说法错误的是 A．大麦发芽释放的淀粉酶可参与糖化过程 B．破碎有利于淀粉酶与淀粉充分接触，提升反应速率 C．蒸煮过程可以终止淀粉酶的进一步作用，并对糖浆灭菌 D．当发酵液中的糖分消耗完全后，酵母菌的发酵才会终止 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 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，因此 大麦发芽释放的淀粉酶可参与糖 化过程，A正确；破碎过程有利 于大麦中淀粉酶的释放，从而使淀粉酶与淀粉充分接触，促进淀粉分解，提升反应速率，B正确；蒸煮过程中淀粉酶的活性丧失，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；在缺氧、酸性的发酵液中，酵母菌可以生长繁殖，但随着无氧呼吸过程中酒精含量的增多，酵母菌的生长受到抑制，因此酵母菌发酵过程未必待糖分消耗完全后才会终止，D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 13．(2024·山东青岛高二期末)如图为酱油的制作流程，其中米曲霉发酵过程的主要目的是使米曲霉充分生长繁殖，大量分泌制作酱油所需的蛋白酶、脂肪酶等，该过程需要提供营养物质、通入空气。下列说法正确的是 A．大豆、小麦和麦麸都要蒸煮的目的是为了破坏酶的活性 B．发酵罐发酵需要将罐内的pH控制在中性或弱碱性条件下 C．发酵罐发酵类型为有氧发酵，而发酵池发酵为无氧发酵 D．米曲霉在发酵罐内发酵的过程主要为产生大量酱油 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 大豆、小麦和麦麸等原料中含有蛋 白质、糖类和脂肪等营养物质，相 当于培养基，在制作酱油时需要经 蒸煮和适当配比处理，其目的是灭 菌和调整营养配比从而满足微生物 对营养物质的需求，A错误；发酵罐发酵需要米曲霉，培养霉菌时，一般需要将培养基调至酸性，B错误；发酵罐发酵主要是米曲霉起作用，类型为有氧发酵，而发酵池发酵是乳酸菌和酵母菌起作用，为无氧发酵，C正确；米曲霉发酵过程的主要目的是使米曲霉充分生长繁殖，大量分泌制作酱油所需的蛋白酶、脂肪酶等，该过程需要提供营养物质、通入空气，D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 14．(10分)(2024·湖南长沙高三期末)利用现代生物技术处理农作物秸秆及其附属物，以获得更大的经济效益和社会效益。回答下列问题。 (1)玉米秸秆中的纤维素能被土壤中的纤维素分解菌分解，这是因为纤维素分解菌能够产生__________。分离纤维素分解菌的培养基叫作选择培养基，培养基中的碳源为_________。 纤维素酶 纤维素 酶具有专一性，能使纤维素分解的酶是纤维素酶。纤维素分解菌能分解纤维素，所以，分离纤维素分解菌的培养基中的碳源是纤维素。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 (2)为了获得纤维素分解菌，可以把滤纸埋在土壤中，经过一段时间后，再从腐烂的滤纸上筛选纤维素分解菌。原因是__________________________ _______________________________________________。 人为创造适合纤维素分解菌生存的环境，腐烂的滤纸上可能密布纤维素分解菌 滤纸的主要成分是纤维素，滤纸的腐烂主要是纤维素分解菌的作用。经过一段时间后，再从腐烂的滤纸上筛选纤维素分解菌。原因是人为创造适合纤维素分解菌生存的环境，腐烂的滤纸上可能密布纤维素分解菌。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 (3)玉米棒脱粒后的玉米芯含较多的木聚糖，利 用从土壤中筛选出来的菌株H发酵，能使木聚 糖转化为木寡糖等高附加值低聚糖，发酵设备 如图所示： ①为了得到使木聚糖转化为木寡糖等高附加值 低聚糖的性状优良的菌种，可以从土壤中直接筛选，也可以通过_________________________获得。从土壤中获得目的菌后，为进一步纯化目的菌并计数可将稀释度合适的、含有目的菌的土壤溶液，利用________________法接种到培养基上，以获得单个菌落。 诱变育种或基因工程育种 稀释涂布平板 性状优良的菌种可以从自然界筛选出来，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得。获得单个菌落并计数应采用稀释涂布平板法。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 ②为了获得更多的发酵产品，需要进一步优 化提升发酵设备性能，可将该发酵设备改造 后连接计算机系统，以对发酵过程中的 ______________________________________ ____________ (至少答两点)等条件进行监测 和控制，还可以进行反馈控制，使发酵全过程处于最佳状态。 温度、pH、溶解氧、罐压、通气量、搅拌、 泡沫和营养 利用计算机系统，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。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 ③生产过程中，以一定的速度在加料口不断添加新的培养基，同时又以同样速度在出料口放出旧的培养基，可大大提高生产效率，原因是________________________________ ____________________________(答两点)。 保证微生物对营养物质的需求；防 止代谢产物对菌株H造成危害 微生物代谢不断消耗营养物质，同时产生的代谢产物可改变发酵环境，如pH的变化，有的代谢产物对微生物有害，如有毒物质的产生。因此，生产过程中，以一定的速度在加料口不断添加新的培养基，同时又以同样速度在出料口放出旧的培养基，可大大提高生产效率，原因是保证微生物对营养物质的需求；防止代谢产物对菌株H造成危害。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 15．(14分)谷氨酸棒状杆菌可用于微生物发酵工 程生产谷氨酸，从而制取谷氨酸钠(味精)。如图 为谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径，通过发 酵工程可以大量生产谷氨酸。回答下列问题： (1)与酵母菌相比，谷氨酸棒状杆菌在结构上的 显著特点是_________________________；谷氨酸发酵的培养基成分有豆饼水解液、玉米浆、尿素、磷酸氢二钾、硫酸镁、生物素等，从物理性质看，该培养基属于______培养基。 无以核膜为界限的细胞核 液体 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 与酵母菌相比，谷氨酸棒状杆菌属于原核生物， 在结构上的显著特点是无以核膜为界限的细胞 核；谷氨酸发酵的培养基成分有豆饼水解液、 玉米浆、尿素、磷酸氢二钾、硫酸镁、生物素 等，没有固化剂琼脂，从物理性质看，该培养 基属于液体培养基。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 (2)测定谷氨酸棒状杆菌数目可采用的计数方法 有显微镜直接计数法和_________________，前 者计数的结果比后者计数的结果值偏______(填 “大”或“小”)，原因是__________________ _________________________________________ ____________________。 稀释涂布平板法 大　 前者死活菌体一起计数，后者只计数活菌数，且可能有多个菌体形成同一个菌落 测定谷氨酸棒状杆菌数目可采用的计数方法有显微镜直接计数法和稀释涂布平板法，由于前者死活菌体一起计数，后者只计数活菌数，且可能有多个菌体形成同一个菌落，所以前者计数的结果比后者计数的结果值偏大。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 (3)由图可知，谷氨酸棒状杆菌体内若积累了较多的谷氨酸，则会抑制谷氨酸脱氢酶的活性，微生物这种对自身代谢速率的调节方式是____________。 负反馈调节 由图可知，谷氨酸棒状杆菌体内若积累了较多的谷氨酸，则会抑制谷氨酸脱氢酶的活性，微生物这种对自身代谢速率的调节方式是负反馈调节。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 (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。在无氧条件下，谷氨酸棒状杆菌代谢产物是乳酸或琥珀酸。由此说明谷氨酸棒状杆菌的代谢类型是________________，由上述探究可知，通过发酵得到大量谷氨酸的发酵思路是___________________________________________________________________________________________________________。 异养兼性厌氧型 不断向发酵液中通入无菌空气，发酵液中碳氮比为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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 由于谷氨酸棒状杆菌可以在有氧和无氧条件下 生存，所以其代谢类型是异养兼性厌氧型；要 想通过发酵得到大量谷氨酸，根据题意信息， 可不断向发酵液中通入无菌空气，发酵液中碳 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。 返回 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 谢 谢 观 看 ！ 第 1 章 　 发 酵 工 程 $$