1.3 发酵工程及其应用（情境创新练+素养拓展练）（情境专练）生物人教版选择性必修3

第一章 发酵工程 第三节 发酵工程及其应用情境化练习题 情境创新练（2大知识）+素养拓展练（教材深挖+情境速递） 知识点 1 发酵工程及基本环节 1.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，其传统工业化生产流程可以分为制麦、糖化、发酵、包装等工序（如图）。制麦、糖化分别为下一工序提供α淀粉酶、糖浆，其中焙烤时杀死了种子中的胚，发酵过程包括主发酵和后发酵两个阶段。下列有关分析正确的是（     ） A. 性状优良的酵母菌菌种可以从自然界中筛选，不可以通过诱变育种或基因工程育种获得 B. 制麦与糖化环节时，焙烤、蒸煮处理方法在杀死活细胞的同时使所含的酶失去活性 C. 酵母菌的繁殖主要在主发酵阶段完成，而大部分糖的分解和代谢物的生成在后发酵阶段完成 D. 发酵要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件，以免影响微生物的生长繁殖和代谢物的形成 【答案】D  【解析】A、性状优良的酵母菌菌种可以从自然界中筛选，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得，A错误； B、焙烤加热杀死，但不使淀粉酶失活，蒸煮产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌，B错误； C、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，C错误； D、发酵要严格控制温度、pH 和溶解氧等发酵条件，以免影响微生物的生长繁殖和代谢物的形成，D正确。 2.参与酱油酿造过程的微生物主要有米曲霉、酵母菌和乳酸菌等，在众多微生物及其酶系的作用下，分解大豆、小麦中的蛋白质、脂肪等有机物，最终形成具有特殊色泽和良好风味的酱油。如图表示酱油发酵过程中主要微生物的数量变化。下列叙述错误的是（） A. 米曲霉产生的蛋白酶能将蛋白质分解成小分子多肽及氨基酸 B. 在发酵初期乳酸菌含量较高，能抑制部分有害微生物的生长 C. 某些代谢产物的抑制作用是后期酵母菌数量下降的原因之一 D. 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 【答案】D  【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，而发酵工程通常利用单一菌种来进行发酵，D错误。 3.传统发酵技术给我们的生活增加了丰富的色彩，发酵工程在食品、医药和农牧业等领域得到了广泛应用。有关两者的比较，错误的是（    ） 选项 比较项目 传统发酵技术 发酵工程 A 规模 通常为家庭、作坊式生产 工业化的大规模生产 B 菌种 天然的混合菌种 选育的单一优良菌种 C 发酵形式 固体、半固体为主 液体、半固体为主 D 产量品质 品质更高 更符合食品安全标准 发酵时间更短，产量更高 A. A B. B C. C D. D 【答案】D  【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；发酵工程的内容包括发酵原料的预处理、发酵培养基的配制、菌种选育和扩大培养、发酵生产和产物的的分离提纯（生物分离工程）等方面。 【详解】 A、发酵工程与传统发酵技术相比工业化的大规模生产，而传统发酵技术通常为家庭、作坊式生产，A正确； B、传统发酵技术所利用的菌株是原料是自带菌株，多是混合菌种发酵，而发酵工程是利用人工培育的菌株进行发酵，菌株多为人工分离、选择和培育所得，一般为单一菌种，B正确； C、传统发酵技术所用的是天然存在的菌种，没有进行严格的灭菌，以混合菌种的固体发酵和半固体发酵为主；发酵工程为液体发酵和半固体发酵，C正确； D、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，食品更安全，发酵时间短，D错误。 4.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. pH检测装置可监测发酵液pH以便适时调整 B. 发酵过程中需从空气入口不断通入无菌空气 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 【答案】A  【解析】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，并便适时调节pH，保证发酵效率，A正确； B、生产啤酒利用的是酵母菌无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，此时不需要从空气入口不断通入无菌空气，B错误； C、发酵中搅拌的主要目的是使菌种与营养物质充分混合，C错误； D、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.柠檬酸是一种广泛应用的食品酸度调节剂，它可以通过某种微生物发酵制得。如图表示生产柠檬酸的连续发酵装置。请回答下列问题： （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，该种微生物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，原理在于_______________________________________________________。 【答案】（1）液体培养基 异养需氧 （2）灭菌   温度、pH、溶解氧 （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，使微生物保持较长时间的快速生长  【解析】（1）据题图分析，该种微生物发酵生产柠檬酸的过程使用的培养基属于液体培养基；发酵过程需要通入无菌空气，故该种微生物的代谢类型属于异养需氧型。（2）微生物发酵所用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、溶解氧和搅拌速度等条件。（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。（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，使微生物保持较长时间的快速生长。 知识点 2 发酵工程应用 6.井冈霉素是我国科学家发现的一种氨基寡糖类抗生素，它由吸水链霉菌井冈变种（JGs，一种放线菌，菌体呈丝状生长）发酵而来，在水稻病害防治等领域中得到广泛应用。下列关于JGs发酵生产井冈霉素的叙述，正确的是（） A. JGs可发酵生产井冈霉素，因为它含有能够编码井冈霉素的基因 B. JGs接入发酵罐前需要扩大培养，该过程不影响井冈霉素的产量 C. 提高JGs发酵培养基中营养物质的浓度，会提高井冈霉素的产量 D. 稀释涂布平板法不宜用于监控JGs发酵过程中活细胞数量的变化 【答案】D  【解析】据题意可知，井冈霉素是氨基寡糖类物质，并非蛋白质，因而不是基因表达的直接产物，JGs体内没有编码井冈霉素的基因，但是有与其合成相关的酶和原料等，A错误；扩大培养可以增加菌种数量，一定条件下菌种数越多，代谢产物也会更多，但菌种数量过多也会影响代谢，B错误；若发酵培养基中营养物质的浓度过高，可能会导致培养基的渗透压升高，菌体细胞失水，不利于JGs的生长和代谢，所以不一定会提高井冈霉素的产量，C错误；稀释涂布平板法可以对活菌进行计数，但不宜用于监控JGs发酵过程中活细胞数量的变化，D正确。 7.参与酱油酿造过程的微生物主要有米曲霉、酵母菌和乳酸菌等，在众多微生物及其酶系的作用下，分解大豆、小麦中的蛋白质、脂肪等有机物，最终形成具有特殊色泽和良好风味的酱油。图示表示酱油发酵过程中主要微生物的数量变化。下列叙述错误的是（） A. 米曲霉产生的蛋白酶能将蛋白质分解成小分子的肽及氨基酸 B. 在发酵初期乳酸菌含量较高，能抑制部分有害微生物的生长 C. 某些代谢产物的抑制作用是后期酵母菌数量下降的原因之一 D. 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 【答案】D  【解析】酶具有专一性，制作酱油时，米曲霉等微生物产生的蛋白酶能将蛋白质分解成小分子的肽和氨基酸，A正确；由题图可知，在发酵初期乳酸菌含量较高，乳酸菌产生的乳酸使发酵液呈酸性，可以抑制部分有害微生物的生长，B正确；随着发酵的进行，由于营养物质的消耗和代谢产物的积累，某些代谢产物会抑制酵母菌的生长繁殖，C正确；发酵工程与传统发酵技术都需要利用微生物来进行发酵，而发酵工程通常利用单一菌种来进行发酵，D错误。 8.废水、废料经加工可变废为宝。某工厂利用果糖生产废水和沼气池废料生产蛋白质的技术路线如图所示。下列叙述正确的是（     ） A. 该生产过程中，一定有气体生成 B. 微生物生长所需碳源主要来源于沼气池废料 C. 该生产工艺利用微生物厌氧发酵技术生产蛋白质 D. 沼气池废料和果糖生产废水在加入反应器之前需要灭菌处理 【答案】A  【解析】A、据图可知，该生产过程中有酿酒酵母的参与，酵母菌呼吸作用会产生二氧化碳，故该生产过程中，一定有气体生成，A正确； B、糖类是主要的能源物质，微生物生长所需的碳源主要来源于果糖生产废水，B错误； C、分析图示可知，该技术中有连续搅拌反应器的过程，该操作的可以增加微生物与营养物质的接触面积，此外也可增大溶解氧含量，故据此推测该生产工艺利用微生物的有氧发酵技术生产蛋白质，C错误； D、沼气生产利用的是厌氧微生物，在连续搅拌反应器中厌氧微生物会被抑制，因此沼气池废料无需灭菌，D错误。 9.近年来，微生物肥料、微生物农药和微生物饲料在农业生产上得到广泛使用。下列关于微生物肥料、微生物农药和微生物饲料的说法，错误的是（） A. 微生物肥料中的物质有可能会增进土壤肥力，但不可能抑制土壤病原微生物生长 B. 微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害的，如可用白僵菌防治松毛虫等 C. 微生物饲料主要是利用细菌、酵母菌等微生物大量繁殖产生的高蛋白菌体制成的 D. 使用的微生物肥料、微生物农药和微生物饲料并不一定都是利用微生物的活细胞 【答案】A  【解析】发酵生产的微生物肥料中的微生物通过自身生命活动产生丰富的活性物质，这些活性物质可以刺激和调节植物生长发育，改善土壤结构，增加土壤肥力，改善植物营养环境，还可以分解土壤中的有机物质，促进土壤中难溶性物质的溶解，抑制病原微生物的生长和繁殖，提高农作物的产量和品质，A错误；微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害，将成为重要的生物防治手段，以达到防治的效果和减少环境污染的目的，B正确；微生物饲料主要是利用微生物大量繁殖产生的高蛋白菌体来生产饲料的，能使家畜、家禽增重快，产奶或产蛋量显著提高，C正确；使用的微生物肥料、微生物农药和微生物饲料并不一定都是利用微生物的活细胞，也可以是其代谢产物，D正确。 10.谷氨酸棒状杆菌的发酵过程中会生成大量的谷氨酸，谷氨酸经加工可制成味精，如图是利用玉米淀粉作为材料制备谷氨酸的流程图。下列叙述错误的是（） A. 谷氨酸棒状杆菌与醋酸菌的代谢类型相同 B. 发酵液pH呈碱性时，谷氨酸棒状杆菌易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺 C. 谷氨酸棒状杆菌培养时搅拌可以增加溶解氧、促进营养物质与菌体接触 D. 在发酵罐内发酵需要严格控制溶解氧、温度和pH等条件 【答案】B  【解析】谷氨酸棒状杆菌在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸，在酸性条件下容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺，B错误。 11.啤酒是以大麦为主要原料，添加啤酒花（一种草本植物），经酵母菌发酵制成。其工业化生产流程如图1。在利用麦芽酿造啤酒时，麦芽中多酚氧化酶（PPO）的作用会降低啤酒质量，图2为pH和温度对PPO活性影响的曲线。回答下列问题。 （1）图1中使大麦发芽的目的是____________，“？”代表______，过滤后消毒的目的是________________________________________________________。 （2）根据图2分析，该实验的自变量是__________________，在啤酒生产过程中， pH为8.4时，啤酒质量较差的原因是__________________________________。 （3）啤酒产品质检可应用“电子舌”，“电子舌”可根据不同滋味信号传感器呈现的响应值对啤酒风味进行评价，图3为三种啤酒发酵液（L1、L2、L3）的味觉雷达图。据图可知，涩味最强的是发酵液______，口味相近的两种发酵液是______。 （4）传统啤酒酿造的发酵过程是在敞开式发酵池中进行的，麦芽汁中接种酵母后通入大量无菌空气，之后会产生大量气体翻腾逸出，形成厚厚的气泡层，气泡层的作用是__________________，利于酒精的生成。与传统的发酵相比，工业化发酵过程能明显提高啤酒产量和质量的原因有_______________________________________________________________________________________________________________________________。（至少写出两点） 【答案】（1）释放淀粉酶     冷却     杀死啤酒中大多数微生物，延长啤酒的保质期 （2）温度、pH     多酚氧化酶（PPO）活性高 （3）L3       L1和L2 （4）隔绝空气     可接种单一菌种，提高啤酒品质；批量加工原料，发酵，罐装等提高生产效率；严格控制发酵条件；灭菌效果好，延长保质期  【解析】（1）大麦发芽过程中，会产生较多的淀粉酶，使大麦发芽的目的是释放淀粉酶，从而将大分子淀粉分解为小分子葡萄糖。煮沸后需要冷却才能接种酵母菌，否则高温会杀死酵母菌，因此"？"代表冷却。过滤后消毒可杀死啤酒中大多数微生物，从而延长啤酒的保质期。 （2）据图2可知，该实验的自变量是pH和温度，因变量是PPO活性。据图2可知，pH为8.4时，多酚氧化酶（PPO）活性高，结合题干“麦芽中多酚氧化酶（PPO）的作用会降低啤酒质量”可知，pH为8.4时，啤酒质量较差的原因是多酚氧化酶（PPO）活性高。 （3）据图3可知，涩味最强的是发酵液L3。据图3可知，L1和L2两种发酵液在味觉雷达图中的分布情况差不多，说明这两种发酵液的口味相近。 （4）麦芽汁中接种酵母后通入大量无菌空气，酵母菌进行有氧呼吸产生大量CO2，形成厚厚的气泡层，气泡层的作用是隔绝空气，有利于酵母菌进行无氧呼吸产生酒精。与传统的发酵相比，工业化发酵过程中，可接种单一菌种，从而提高啤酒品质；可批量加工原料、发酵、罐装等，从而提高生产效率；工业化发酵能严格控制发酵条件；工业化发酵灭菌效果好，使保质期延长，因此工业化发酵过程能明显提高啤酒产量和质量。 12.啤酒经酵母菌发酵酿制而成。生产中，需从密闭的发酵罐中采集酵母菌用于再发酵，而直接开罐采集的传统方式会损失一些占比很低的独特菌种。研究者探究了不同氧气含量下酵母菌的生长繁殖及相关调控，以优化采集条件。 （1）酵母菌是兼性厌氧微生物，在密闭发酵罐中会产生___________和CO2。有氧培养时，酵母菌增殖速度明显快于无氧培养，原因是酵母菌进行有氧呼吸，产生大量___________。 （2）本实验中，采集是指取样并培养4天。在不同的气体条件下从发酵罐中采集酵母菌，统计菌落数（图甲）。由结果可知，有利于保留占比很低菌种的采集条件是___________。 （3）根据上述实验结果可知，采集酵母菌时O2浓度的陡然变化会导致部分菌体死亡。研究者推测，酵母菌接触O2的最初阶段，细胞产生的过氧化氢（H2O2）浓度会持续上升，使酵母菌受损。已知H2O2能扩散进出细胞。研究者在无氧条件下从发酵罐中取出酵母菌，分别接种至含不同浓度H2O2的培养基上，无氧培养后得到如图乙所示结果。请判断该实验能否完全证实上述推测，并说明理由：__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 （4）上述推测经证实后，研究者在有氧条件下从发酵罐中取样并分为两组，A组菌液直接滴加到H2O2溶液中，无气泡产生；B组菌液有氧培养4天后，取与A组活菌数相同的菌液，滴加到H2O2溶液中，出现明显气泡。结果说明，酵母菌可通过产生___________以抵抗H2O2的伤害。 【答案】（1）酒精能量 （2）无氧/无氧 （3）不能，该实验只能证明随着H2O2浓度的持续上升，酵母菌存活率下降（酵母菌受损程度加深），但不能证明酵母菌接触O2的最初阶段，细胞产生的H2O2浓度会持续上升；该实验在无氧条件下从发酵罐中取出酵母菌，接种到培养基上无氧培养，并没有创造O2浓度陡然变化的条件 （4）过氧化氢酶  【解析】（1）酵母菌在密闭发酵罐中进行无氧呼吸，会产生酒精和CO2。有氧培养时，酵母菌进行有氧呼吸，有机物被彻底氧化分解，产生大量能量，而无氧培养时，酵母菌进行无氧呼吸，有机物不能彻底分解，只产生少量能量，故有氧培养时酵母菌增殖速度明显快于无氧培养。（2）由图甲可知，无氧/无氧条件下的菌落数最多，最有可能保留占比很低的菌种，因此有利于保留占比很低菌种的采集条件是无氧/无氧。（3）依据图乙可知，随着H2O2浓度的持续上升，酵母菌存活率下降（酵母菌受损程度加深），但不能证明酵母菌接触O2的最初阶段，细胞产生的H2O2浓度会持续上升；由题意可知，该实验在无氧条件下从发酵罐中取出酵母菌，接种到含不同浓度H2O2的培养基上进行无氧培养，并没有创造O2浓度陡然变化的条件，所以不能完全证实题述推测。（4）过氧化氢酶能催化H2O2分解从而出现明显气泡，因此实验结果说明，酵母菌可通过产生过氧化氢酶以抵抗H2O2的伤害。 （一）教材知识链接 1．某生产谷氨酸的发酵装置，在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸，但在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺，由此可知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. 2．选择发酵工程用的菌种时，需要考虑的因素有在低成本的培养基上能迅速生长繁殖；产量高；发酵条件易控制；菌种不易变异、退化等。 3．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。 菌体　蛋白质　脂质 4.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。这与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密切相关。 （二）教材深挖拓展 1.某镇特产一种美酒，以下是对该镇环境的描述：四面环山，地势低洼，气候炎热，具有独特的微生物种群，因为与外界的空气对流循环较缓慢，所以微生物种群较稳定，这有利于发酵工程选育菌种。该操作环节很大程度上決定了生产发酵产品的成败，其原因是优良的菌种不仅具有健壮，不易退化，其发酵产品的产量高、质量稳定等优点，它往往还会赋予发酵产品独特的风味。（P22“旁栏思考”改编） 6.微生物菌种资源丰富，选择发酵工程用的菌种时需要考虑的因素包括：在低成本的培养基上能迅速生长繁殖；生产所需代谢物的产量高；发酵条件容易控制；菌种不易变异、退化等。（P23“思考•讨论”T1改编） 7.发酵工程的发酵过程中，需要对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要。这里的“对发酵条件进行调控”主要指要对温度、pH、溶解氧等发酵条件进行严格控制，使其最适合微生物的生长繁殖，同时及时添加必要的营养组分。（P23“思考•讨论”T2改编） 8.发酵工程与传统发酵技术相比，在产物分离和提纯方面有较大改进。主要体现在：传统发酵技术获得的产物一般不是单一的组分，而是成分复杂的混合物，很多时候不会（会、不会）再对产物进行分离和提纯处理，或者仅采用简单的沉淀、过滤等方法来分离和提纯产物。在发酵工程中使用的分离和提纯产物的方法较多。在产物的初分离阶段，常采用沉淀、萃取、膜分离、吸附和离子交换等方法；在进一步纯化阶段，会采用液相层析法、结晶法等方法。发酵工程产物无论是代谢物还是菌体本身，都需要进行质量检査,合格后才能成为正式产品。（P23“思考•讨论”T3改编） 9.在进行发酵生产时，排出的气体和废弃培养液等不能（能、不能）直接排放到外界环境中。这是因为在进行发酵生产时，微生物及其代谢物中都可能含有危害环境的物质。因此，为了减少或避免污染物的产生和排放，实现清洁生产,应该对排出的气体和废弃培养液进行二次清洁或灭菌处理。（P23“思考•讨论”T4改编） 11.下图为啤酒的工业化生产流程，图中数字序号处所填写的内容依次为：①焙烤、②糖化、③蒸煮、④发酵、消毒。将大麦和水混合，在适宜条件下发芽，发芽的大麦种子可释放淀粉酶，①操作的目的是杀死种子的胚，但要注意不使酶失活；②过程中发生的变化是淀粉分解，形成糖浆；③的目的是：产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌；④操作前必需将糖浆冷却，④的实质是酵母菌将糖转化为酒精和CO2；④操作后选进行过滤，再进行⑤的操作，⑤操作可以杀死啤酒中的大多数微生物，延长它的保存期。（P24、25“啤酒的工业化生产流程图”改编） 12. 与传统的手工发酵相比，在啤酒的发酵生产过程中，能明显提高啤酒的产量和质量的工程手段有：菌种的选育、对原材料的处理、发酵过程的控制、产品的消毒等。 13.现在市面上流行一种“精酿”啤酒，它的制作工艺与普通啤酒有所不同，如一般不添加食品添加剂、不进行过滤和消毒处理等。有人认为饮用“精酿”啤酒比饮用“工业”啤酒更健康。请说出你对这个问题的看法：应该辩证地看待这一产品。一方面，这类产品具有多样化的特点，能够满足一些人对独特口感的需求，或者满足一些人的时尚追求。另一方面，这类产品是手工作坊式生产的，存在啤酒品质不稳定、价格昂贵的问题。 三、新情景素材速递 在温度等适宜的条件下，甲、乙、丙三个制作果酒的发酵瓶正在进行着发酵，如下图所示。发酵过程中，每隔一段时间均需排气一次。据图分析下列问题。 注：各发酵瓶的左侧管为充气管，右侧管为排气管。 (1)图中发酵瓶甲、丙的错误分别是什么？分别会导致发酵中出现的主要异常现象是什么？ (2)在上述制作葡萄酒的过程中，假设乙发酵瓶的某一步骤操作错误导致发酵瓶塞被冲开，该错误操作是什么？ (1)甲发酵瓶未夹住充气管，酵母菌呼吸作用产生的乙醇被氧化成乙酸，所以现象是发酵液从充气管流出，发酵液变酸；丙发酵瓶中发酵液过多，发酵过程中会淹没排气管在瓶内的管口，这样发酵液会从排气管流出。 (2)未及时排气。 学科网（北京）股份有限公司 $ 第一章 发酵工程 第三节 发酵工程及其应用情境化练习题 情境创新练（2大知识）+素养拓展练（教材深挖+情境速递） 知识点 1 发酵工程及基本环节 1.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，其传统工业化生产流程可以分为制麦、糖化、发酵、包装等工序（如图）。制麦、糖化分别为下一工序提供α淀粉酶、糖浆，其中焙烤时杀死了种子中的胚，发酵过程包括主发酵和后发酵两个阶段。下列有关分析正确的是（     ） A. 性状优良的酵母菌菌种可以从自然界中筛选，不可以通过诱变育种或基因工程育种获得 B. 制麦与糖化环节时，焙烤、蒸煮处理方法在杀死活细胞的同时使所含的酶失去活性 C. 酵母菌的繁殖主要在主发酵阶段完成，而大部分糖的分解和代谢物的生成在后发酵阶段完成 D. 发酵要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件，以免影响微生物的生长繁殖和代谢物的形成 2.参与酱油酿造过程的微生物主要有米曲霉、酵母菌和乳酸菌等，在众多微生物及其酶系的作用下，分解大豆、小麦中的蛋白质、脂肪等有机物，最终形成具有特殊色泽和良好风味的酱油。如图表示酱油发酵过程中主要微生物的数量变化。下列叙述错误的是（） A. 米曲霉产生的蛋白酶能将蛋白质分解成小分子多肽及氨基酸 B. 在发酵初期乳酸菌含量较高，能抑制部分有害微生物的生长 C. 某些代谢产物的抑制作用是后期酵母菌数量下降的原因之一 D. 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 3.传统发酵技术给我们的生活增加了丰富的色彩，发酵工程在食品、医药和农牧业等领域得到了广泛应用。有关两者的比较，错误的是（    ） 选项 比较项目 传统发酵技术 发酵工程 A 规模 通常为家庭、作坊式生产 工业化的大规模生产 B 菌种 天然的混合菌种 选育的单一优良菌种 C 发酵形式 固体、半固体为主 液体、半固体为主 D 产量品质 品质更高 更符合食品安全标准 发酵时间更短，产量更高 4.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. pH检测装置可监测发酵液pH以便适时调整 B. 发酵过程中需从空气入口不断通入无菌空气 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 5.柠檬酸是一种广泛应用的食品酸度调节剂，它可以通过某种微生物发酵制得。如图表示生产柠檬酸的连续发酵装置。请回答下列问题： （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，该种微生物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，原理在于_______________________________________________________。 知识点 2 发酵工程应用 6.井冈霉素是我国科学家发现的一种氨基寡糖类抗生素，它由吸水链霉菌井冈变种（JGs，一种放线菌，菌体呈丝状生长）发酵而来，在水稻病害防治等领域中得到广泛应用。下列关于JGs发酵生产井冈霉素的叙述，正确的是（） A. JGs可发酵生产井冈霉素，因为它含有能够编码井冈霉素的基因 B. JGs接入发酵罐前需要扩大培养，该过程不影响井冈霉素的产量 C. 提高JGs发酵培养基中营养物质的浓度，会提高井冈霉素的产量 D. 稀释涂布平板法不宜用于监控JGs发酵过程中活细胞数量的变化 7.参与酱油酿造过程的微生物主要有米曲霉、酵母菌和乳酸菌等，在众多微生物及其酶系的作用下，分解大豆、小麦中的蛋白质、脂肪等有机物，最终形成具有特殊色泽和良好风味的酱油。图示表示酱油发酵过程中主要微生物的数量变化。下列叙述错误的是（） A. 米曲霉产生的蛋白酶能将蛋白质分解成小分子的肽及氨基酸 B. 在发酵初期乳酸菌含量较高，能抑制部分有害微生物的生长 C. 某些代谢产物的抑制作用是后期酵母菌数量下降的原因之一 D. 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 8.废水、废料经加工可变废为宝。某工厂利用果糖生产废水和沼气池废料生产蛋白质的技术路线如图所示。下列叙述正确的是（     ） A. 该生产过程中，一定有气体生成 B. 微生物生长所需碳源主要来源于沼气池废料 C. 该生产工艺利用微生物厌氧发酵技术生产蛋白质 D. 沼气池废料和果糖生产废水在加入反应器之前需要灭菌处理 9.近年来，微生物肥料、微生物农药和微生物饲料在农业生产上得到广泛使用。下列关于微生物肥料、微生物农药和微生物饲料的说法，错误的是（） A. 微生物肥料中的物质有可能会增进土壤肥力，但不可能抑制土壤病原微生物生长 B. 微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害的，如可用白僵菌防治松毛虫等 C. 微生物饲料主要是利用细菌、酵母菌等微生物大量繁殖产生的高蛋白菌体制成的 D. 使用的微生物肥料、微生物农药和微生物饲料并不一定都是利用微生物的活细胞 10.谷氨酸棒状杆菌的发酵过程中会生成大量的谷氨酸，谷氨酸经加工可制成味精，如图是利用玉米淀粉作为材料制备谷氨酸的流程图。下列叙述错误的是（） A. 谷氨酸棒状杆菌与醋酸菌的代谢类型相同 B. 发酵液pH呈碱性时，谷氨酸棒状杆菌易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺 C. 谷氨酸棒状杆菌培养时搅拌可以增加溶解氧、促进营养物质与菌体接触 D. 在发酵罐内发酵需要严格控制溶解氧、温度和pH等条件 11.啤酒是以大麦为主要原料，添加啤酒花（一种草本植物），经酵母菌发酵制成。其工业化生产流程如图1。在利用麦芽酿造啤酒时，麦芽中多酚氧化酶（PPO）的作用会降低啤酒质量，图2为pH和温度对PPO活性影响的曲线。回答下列问题。 （1）图1中使大麦发芽的目的是____________，“？”代表______，过滤后消毒的目的是________________________________________________________。 （2）根据图2分析，该实验的自变量是__________________，在啤酒生产过程中， pH为8.4时，啤酒质量较差的原因是__________________________________。 （3）啤酒产品质检可应用“电子舌”，“电子舌”可根据不同滋味信号传感器呈现的响应值对啤酒风味进行评价，图3为三种啤酒发酵液（L1、L2、L3）的味觉雷达图。据图可知，涩味最强的是发酵液______，口味相近的两种发酵液是______。 （4）传统啤酒酿造的发酵过程是在敞开式发酵池中进行的，麦芽汁中接种酵母后通入大量无菌空气，之后会产生大量气体翻腾逸出，形成厚厚的气泡层，气泡层的作用是__________________，利于酒精的生成。与传统的发酵相比，工业化发酵过程能明显提高啤酒产量和质量的原因有_______________________________________________________________________________________________________________________________。（至少写出两点） 12.啤酒经酵母菌发酵酿制而成。生产中，需从密闭的发酵罐中采集酵母菌用于再发酵，而直接开罐采集的传统方式会损失一些占比很低的独特菌种。研究者探究了不同氧气含量下酵母菌的生长繁殖及相关调控，以优化采集条件。 （1）酵母菌是兼性厌氧微生物，在密闭发酵罐中会产生___________和CO2。有氧培养时，酵母菌增殖速度明显快于无氧培养，原因是酵母菌进行有氧呼吸，产生大量___________。 （2）本实验中，采集是指取样并培养4天。在不同的气体条件下从发酵罐中采集酵母菌，统计菌落数（图甲）。由结果可知，有利于保留占比很低菌种的采集条件是___________。 （3）根据上述实验结果可知，采集酵母菌时O2浓度的陡然变化会导致部分菌体死亡。研究者推测，酵母菌接触O2的最初阶段，细胞产生的过氧化氢（H2O2）浓度会持续上升，使酵母菌受损。已知H2O2能扩散进出细胞。研究者在无氧条件下从发酵罐中取出酵母菌，分别接种至含不同浓度H2O2的培养基上，无氧培养后得到如图乙所示结果。请判断该实验能否完全证实上述推测，并说明理由：__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 （4）上述推测经证实后，研究者在有氧条件下从发酵罐中取样并分为两组，A组菌液直接滴加到H2O2溶液中，无气泡产生；B组菌液有氧培养4天后，取与A组活菌数相同的菌液，滴加到H2O2溶液中，出现明显气泡。结果说明，酵母菌可通过产生___________以抵抗H2O2的伤害。 （一）教材知识链接 1．某生产谷氨酸的发酵装置，在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸，但在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺，由此可知________________________________________________________________. 2．选择发酵工程用的菌种时，需要考虑的因素有________________________________________________ ________________________________________。 3．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。 4.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。这与发酵工程________________________________________________________________________________等特点密切相关。 （二）教材深挖拓展 1.某镇特产一种美酒，以下是对该镇环境的描述：四面环山，地势低洼，气候炎热，具有独特的微生物种群，因为与外界的空气对流循环较缓慢，所以微生物种群较稳定，这有利于发酵工程________。该操作环节很大程度上決定了生产发酵产品的成败，其原因是______________________________________________ ________________________________________________。（P22“旁栏思考”改编） 6.微生物菌种资源丰富，选择发酵工程用的菌种时需要考虑的因素包括：___________________________ ______________________________________________________________等。（P23“思考•讨论”T1改编） 7.发酵工程的发酵过程中，需要对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要。这里的“对发酵条件进行调控”主要指______________________________________________________________________________ ________________________________。（P23“思考•讨论”T2改编） 8.发酵工程与传统发酵技术相比，在产物分离和提纯方面有较大改进。主要体现在：传统发酵技术获得的产物________________________________________，很多时候________（会、不会）再对产物进行分离和提纯处理，或者仅采用简单的________________等方法来分离和提纯产物。在发酵工程中使用的分离和提纯产物的方法较多。在产物的初分离阶段，常采用________________________方法；在进一步纯化阶段，会采用________________________等方法。发酵工程产物无论是代谢物还是菌体本身，都需要进行______,合格后才能成为正式产品。（P23“思考•讨论”T3改编） 9.在进行发酵生产时，排出的气体和废弃培养液等________（能、不能）直接排放到外界环境中。这是因为________________________________________________________。因此，为了减少或避免污染物的产生和排放，实现清洁生产,应该________________________________________________________。（P23“思考•讨论”T4改编） 11.下图为啤酒的工业化生产流程，图中数字序号处所填写的内容依次为：___________________________ ________________________。将大麦和水混合，在适宜条件下发芽，发芽的大麦种子可释放________酶，①操作的目的是________________，但要注意________________；②过程中发生的变化是______________ ________；③的目的是：________________________________________；④操作前必需将糖浆________，④的实质是________________________；④操作后选进行________________，再进行⑤的操作，⑤操作可以________________________________________。（P24、25“啤酒的工业化生产流程图”改编） 12.与传统的手工发酵相比，在啤酒的发酵生产过程中，能明显提高啤酒的产量和质量的工程手段有：_______________________________________________________________________等。 13.现在市面上流行一种“精酿”啤酒，它的制作工艺与普通啤酒有所不同，如一般不添加食品添加剂、不进行过滤和消毒处理等。有人认为饮用“精酿”啤酒比饮用“工业”啤酒更健康。请说出你对这个问题的看法______________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________。 三、新情景素材速递 在温度等适宜的条件下，甲、乙、丙三个制作果酒的发酵瓶正在进行着发酵，如下图所示。发酵过程中，每隔一段时间均需排气一次。据图分析下列问题。 注：各发酵瓶的左侧管为充气管，右侧管为排气管。 (1)图中发酵瓶甲、丙的错误分别是什么？分别会导致发酵中出现的主要异常现象是什么？ (2)在上述制作葡萄酒的过程中，假设乙发酵瓶的某一步骤操作错误导致发酵瓶塞被冲开，该错误操作是什么？ 学科网（北京）股份有限公司 $ 第一章 发酵工程 第三节 发酵工程及其应用情境化练习题 情境创新练（2大知识）+素养拓展练（教材深挖+情境速递） 知识点 1 发酵工程及基本环节 1.D  2.D  3.D  4.A  5.（1）液体培养基 异养需氧 （2）灭菌   温度、pH、溶解氧 （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，使微生物保持较长时间的快速生长 知识点 2 发酵工程应用 6.D  7.D  8.A  9.A  10.B  11.【答案】（1）释放淀粉酶     冷却     杀死啤酒中大多数微生物，延长啤酒的保质期 （2）温度、pH     多酚氧化酶（PPO）活性高 （3）L3       L1和L2 （4）隔绝空气     可接种单一菌种，提高啤酒品质；批量加工原料，发酵，罐装等提高生产效率；严格控制发酵条件；灭菌效果好，延长保质期  12.（1）酒精能量 （2）无氧/无氧 （3）不能，该实验只能证明随着H2O2浓度的持续上升，酵母菌存活率下降（酵母菌受损程度加深），但不能证明酵母菌接触O2的最初阶段，细胞产生的H2O2浓度会持续上升；该实验在无氧条件下从发酵罐中取出酵母菌，接种到培养基上无氧培养，并没有创造O2浓度陡然变化的条件 （4）过氧化氢酶 （一）教材知识链接 1．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. 2．在低成本的培养基上能迅速生长繁殖；产量高；发酵条件易控制；菌种不易变异、退化等。 3．菌体　蛋白质　脂质 4.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 （二）教材深挖拓展 5.选育菌种、优良的菌种不仅具有健壮，不易退化，其发酵产品的产量高、 质量稳定等优点，它往往还会赋予发酵产品独特的风味 6.在低成本的培养基上能迅速生长繁殖；生产所需代谢物的产量高；发酵条件容易控制；菌种不易变异、退化 7.要对温度、pH、溶解氧等发酵条件进行严格控制，使其最适合微生物的生长繁殖，同时及时添加必要的营养组分 8.一般不是单一的组分，而是成分复杂的混合物、 不会 （沉淀、过滤 沉淀、萃取、膜分离、吸附和离子交换等 液相层析法、结晶法 质量检査 9.不能 在进行发酵生产时，微生物及其代谢物中都可能含有危害环境的物质 对排出的气体和废弃培养液进行二次清洁或灭菌处理 11.：①焙烤、②糖化、③蒸煮、④发酵、消毒 淀粉 杀死种子的胚 不使酶失活 淀粉分解，形成糖浆 产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌 冷却， 酵母菌将糖转化为酒精和CO2 过滤 杀死啤酒中的大多数微生物，延长它的保存期。 12. 菌种的选育、对原材料的处理、发酵过程的控制、产品的消毒等。 13.应该辩证地看待这一产品。一方面，这类产品具有多样化的特点，能够满足一些人对独特口感的需求，或者满足一些人的时尚追求。另一方面，这类产品是手工作坊式生产的，存在啤酒品质不稳定、价格昂贵的问题。 三、新情景素材速递 (1)甲发酵瓶未夹住充气管，酵母菌呼吸作用产生的乙醇被氧化成乙酸，所以现象是发酵液从充气管流出，发酵液变酸；丙发酵瓶中发酵液过多，发酵过程中会淹没排气管在瓶内的管口，这样发酵液会从排气管流出。 (2)未及时排气。 学科网（北京）股份有限公司 $