第1章 第3节 发酵工程及其应用-【金版新学案】2025-2026学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程同步课堂高效讲义配套课件PPT（人教版，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.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。　 3.阐明发酵工程的特点和应用价值。 任务一　发酵工程的基本环节 1 任务二　发酵工程的应用 2 课时测评 5 课堂小结 3 内容索引 课堂评价 4 发酵工程的基本环节 任务一 返回 1.发酵工程的概念 发酵工程是指利用________的特定功能，规模化生产人类所需产品的综合性生物工程。 新知导学 微生物 2.发酵工程的基本环节 纯化 诱变 育种 基因工程 溶解氧 监测 控制 反馈 产物浓度 溶解氧 过滤 干燥 微思考 　　　(源于教材P25“思考·讨论”)有人认为饮用“精酿”啤酒比饮用“工业”啤酒更健康，你怎么看待这个问题？____________________________ _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 应该辩证地看待这一问题。一方面，“精酿”啤酒具有多样化的特点，能够满足一些人对独特口感的需求；另一方面，“精酿”啤酒是小规模酿造产品，一般不进行过滤和消毒，存在啤酒品质不稳定、价格昂贵等问题 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.接种是发酵工程的中心环节。 (　　) 3.用于发酵工程的菌种，可以从自然界中筛选，也可以通过基因工程育种或单倍体育种获得。 (　　) 4.发酵工程中所用的都是单一菌种，一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。 (　　) 5.发酵工程中要对培养基进行灭菌，发酵设备不用灭菌。 (　　) 自我诊断 √ × × × × 活动1　分析发酵工程基本环节 情境：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，为人类生产产品。常用谷氨酸棒状杆菌(好氧细菌)在如图所示的发酵罐中发酵来大量生产谷氨酸并经过一系列处理制成味精。 探究导思 分析回答下列问题： (1)微生物菌种资源丰富，选择发酵工程所用的菌种时需要考虑哪些因素？ 提示：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。 (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，同时及时添加必需的营养成分。 (3)在进行发酵生产时，排出的气体和废弃培养液能直接排放到外界环境中吗？为什么？ 提示：不能。发酵过程中产生的气体和废弃培养液需经过相应的净化设备，达到国家排放要求后才能排放到外界环境中。因为发酵过程中产生的某些气体和废弃培养液可能对人及其他生物或环境有害。 (4)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、沉淀等方法将菌体分离和干燥。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。 归纳总结 1.影响发酵过程的因素 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 pH ①pH能够影响酶的活性，以及细胞膜的带电荷状况； ②pH影响培养基中营养物质的分解等 归纳总结 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 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物的积累 归纳总结 2.发酵罐内发酵——发酵工程的中心环节 针对练1.(2025·河南南阳高三期末)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。下列相关表述正确的是 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.发酵工程的产品是指微生物的代谢物、酶 C.在发酵工程的发酵环节中，发酵条件变化不仅会影响微生物的生长繁殖，也会影响微生物的代谢途径 D.发酵工程可以直接利用原材料中含有的菌种 √ 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，A错误；发酵工程生产的产品主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身，B错误；酶可催化生化反应的进行，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正确；传统发酵技术利用原材料中的菌种，发酵工程利用的是经过筛选或培育的菌种，D错误。 针对练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，需随时检测培养液中的 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成分，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。 特别提醒 发酵罐示意图 返回 发酵工程的应用 任务二 返回 1.发酵工程的特点 新知导学 温和 丰富 低廉 专一 污染小 容易处理 2.发酵工程的应用 酱油 食品添加剂 味精 酶制剂 果胶 氨基肽 青霉素 激素 免疫调节剂 抗原基因 微生物肥料 根瘤菌肥 微生物农药 井冈霉素 微生物饲料 乙烯 低温 酒精 热 盐 微思考 　　(源于教材P28“拓展应用”)青霉素发酵是高耗氧过程，如何能够保证在发酵过程中给微生物持续高效地供氧呢？(提示：血红蛋白具有携带O2的能力)_________________________________________________________ ____________________________。 可以用基因工程的方法，将血红蛋白基因转入青霉素生产菌中来提高菌体对氧的吸收和利用率 1.发酵工程的中心环节是对微生物细胞本身或其代谢物进行分离、提纯。 (　　) 2.谷氨酸的发酵生产在酸性条件下容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。 (　　) 3.现代发酵工程中所用的菌种大多是复合菌种以提高生产效率。 (　　) 4.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。 (　　) 5.生产柠檬酸需要筛选产酸量高的乳酸菌。 (　　) 自我诊断 × √ × × × 课堂笔记：______________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 活动2　梳理发酵工程的应用 情境：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)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利用基因工程菌生产胰岛素　③工厂化生产青霉素 提示：①②③。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。 探究导思 (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)利用微生物进行纤维素发酵生产乙醇，然后和汽油按一定比例混合，可形成乙醇汽油。请结合乙醇的性质分析，乙醇汽油有哪些优点？ 提示：乙醇可通过粮食发酵制得，是可再生能源，推广使用乙醇汽油可以节省石油资源；乙醇燃烧生成二氧化碳和水，能减少汽车尾气的污染等。 (4)与传统的手工发酵相比，啤酒发酵生产过程中的哪些措施使得啤酒的产量和质量明显提高？ 提示：接种单一高质量菌种、严格的消毒和灭菌措施、培养基中营养物质协调、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。 归纳总结 2.“精酿”啤酒与“工业”啤酒的区别 归纳总结 针对练3.(2025·陕西榆林模拟)啤酒厂酿造工艺流程如下图所示，酿造原料通常为大麦。下列说法正确的是 A.酵母菌的繁殖和代谢物的生成在主发酵阶段完成 B.焙烤可杀死大麦种子的胚，使其中的淀粉酶失活 C.糖浆经过蒸煮后，需要立即接种酵母菌进行发酵 D.消毒可杀死啤酒中的全部微生物，延长其保质期 √ 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，A正确；焙烤主要是杀死大麦种子的胚，使其停止发芽，焙烤过程中淀粉酶仍有活性，B错误；糖浆经过蒸煮后，需要先冷却，若立即接种酵母菌，高温会杀死酵母菌，无法进行发酵，C错误；消毒不能杀死啤酒中的全部微生物，只能杀死大部分有害微生物，D错误。 针对练4.(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；酵母菌是兼性厌氧的真核生物，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、沉淀等方法获得，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 课堂小结 返回 思维导图 要语必背 返回 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物、酶及微生物菌体。 课堂评价 返回 1.(2025·辽宁鞍山高三期末)发酵工程在农牧业、食品工业、医药工业等方面均有广泛的应用。下列关于发酵工程的叙述，错误的是 A.发酵工程与传统发酵技术的主要区别是菌种是否单一 B.检测啤酒酿造过程中活体酵母菌的密度时，可采用平板划线法 C.可采用过滤、沉淀的方法将酵母菌从培养液中分离出来 D.酒精发酵过程中，发酵罐应先通气，后密闭 √ 发酵工程一般是利用单一菌种进行发酵，传统发酵技术利用的微生物往往不是单一菌种，比如酿酒过程中除了酵母菌，可能还有其他微生物参与，所以发酵工程与传统发酵技术的主要区别是菌种是否单一，A正确；平板划线法主要用于分离、纯化菌种，不能用于对活体酵母菌密度的检测，检测啤酒酿造过程中活体酵母菌的密度常用的是稀释涂布平板法或血细胞计数板计数法等，B错误；酵母菌是单细胞微生物，可采用过滤、沉淀等方法将酵母菌从培养液中分离出来，C正确；酒精发酵过程中，发酵罐先通气，目的是让酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖，增加菌种数量，之后密闭，使酵母菌进行无氧呼吸产生酒精，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.(2025·湖北襄阳一模)天然虾青素具有强大的清除氧自由基的能力，还具有着色、提高免疫力等特性，被广泛应用在化妆品、饲料添加剂和医药等行业中。常用微生物发酵合成虾青素，已知红法夫酵母能够生产虾青素，但存在产量低、成本高等弊端，大规模工业化生产虾青素存在诸多挑战。下列叙述错误的是 A.虾青素可能具有延缓衰老、抑制肿瘤发生等生理作用 B.培养基中碳源和氮源的比例可能会影响到菌株发酵合成虾青素 C.可通过基因工程改造野生型红法夫酵母提高虾青素产量 D.工业化生产虾青素不需要考虑pH、溶氧量等对产量的影响 √ 虾青素具有强大的清除氧自由基的能力，而氧自由基是导致衰老和癌症的重要因素之一，因此虾青素可能具有延缓衰老、抑制肿瘤发生等生理作用，A正确；碳源和氮源是微生物生长和代谢的重要营养物质，其比例会影响微生物的生长速度、代谢途径和产物合成，因此培养基中碳源和氮源的比例可能会影响到菌株发酵合成虾青素，B正确；基因工程技术可以对微生物的基因进行定向改造，从而改变其代谢途径和产物合成，提高目标产物的产量，因此可通过基因工程改造野生型红法夫酵母提高虾青素产量，C正确；pH和溶氧量是影响微生物生长和代谢的重要环境因素，其变化会影响微生物的生长速度、代谢途径和产物合成，因此在工业化生产虾青素的过程中，需要严格控制pH和溶氧量等环境因素，以确保微生物的正常生长和代谢，从而提高虾青素的产量，D错误。 4.发酵工程的内容包括选育菌种，扩大培养，配制培养基，灭菌，接种，发酵，分离、提纯产物等。下列关于发酵工程的说法错误的是 A.在选育菌种过程中，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物，也可以是微生物细胞本身 √ 在选育菌种过程中，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物、酶及菌体本身，D正确。 5.(2025·河北邯郸高三阶段练习)发酵工程在医药上的应用非常广泛，其中青霉素的发现和产业化生产进一步推动了发酵工程在医药领域的应用和发展。下图是生产青霉素的发酵工程流程，下列说法不正确的是 A.图示生产青霉素的过程中，对菌种进行分离纯化采用了稀释涂布平板法 B.青霉素的发酵生产多采用深层通气液体发酵技术来提高产量 C.选育出高产青霉素的菌种是本发酵工程的中心环节 D.主发酵罐中发酵液的pH应调至偏酸性 √ 对菌种分离纯化的方法有平板划线法和稀释涂布平板法，据图可知在生产青霉素的过程中，对菌种进行分离纯化采用了稀释涂布平板法，A正确；青霉菌的代谢类型为异养需氧型，可用深层通气液体发酵技术提高产量，B正确；在发酵罐内发酵是本发酵工程的中心环节，C错误；青霉菌属于真菌，培养时适宜在偏酸性的环境中生长，D正确。 6.(创新情境)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特殊营养物质等。 (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 返回 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。 课时测评 返回 知识点一　发酵工程的基本环节 1.(2025·山东日照高三模拟)柠檬酸的工业化生产中主要以玉米为原料通过黑曲霉发酵制得。下列叙述错误的是 A.发酵罐内发酵是通过发酵工程制备柠檬酸的中心环节 B.工业化生产柠檬酸所用的菌种是以黑曲霉为主的混合菌种 C.发酵过程中需随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等 D.发酵后可以采用适当的提取、分离和纯化等措施获取柠檬酸 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 发酵工程中，发酵罐内发酵过程是整个柠檬酸制备过程的中心环节，A正确；柠檬酸的工业化生产中主要以玉米为原料通过黑曲霉发酵制得，说明工业化生产柠檬酸所用的菌种仅为黑曲霉，而非混合菌种，B错误；发酵过程中，随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，有利于及时了解发酵进程，对发酵条件进行调控，以保证发酵的顺利进行和目标产物的高效生产，C正确；发酵完成后，发酵液中除了目标产物柠檬酸外，还有一些其他成分，所以需要采用适当的提取、分离和纯化等措施获取柠檬酸，D正确。 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.可以通过检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，因此可以通过检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，应采取提取、分离和纯化等措施来从发酵液中获得谷氨酸，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 4.(2025·北京通州模拟预测)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。关于青霉素的工业化生产过程叙述错误的是 A.青霉素有杀菌作用发酵罐不需灭菌 B.深层通气液体发酵技术可提高产量 C.高产菌株扩大培养后接种到发酵罐中 D.发酵液中的碳源不宜使用葡萄糖 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 青霉素只能抑制细菌的生长，不能抑制其他真菌的生长，发酵罐仍需严格灭菌，A错误；青霉菌的代谢类型为异养需氧型，可用深层通气液体发酵技术提高产量，B正确；选育出的高产青霉素菌株经扩大培养后，才可接种到发酵罐中进行工业化生产，C正确；青霉菌处于葡萄糖浓度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，发酵液中的碳源不宜使用葡萄糖，乳糖是二糖，可被水解为半乳糖和葡萄糖，是青霉菌生长的最佳碳源，可以被青霉菌缓慢利用而维持青霉素分泌的有利条件，D正确。 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.(2025·福建厦门一模)下图为某种啤酒的工业化生产流程。下列叙述错误的是 A.麦芽粉碎有利于糖化过程中淀粉酶发挥作用 B.啤酒花可为该产品提供风味物质，提升感官评价 C.后发酵过程应控制合适温度和较高溶解氧以保证酵母菌繁殖 D.可通过调整麦汁浓度控制啤酒中的酒精含量 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 麦芽粉碎后，增大了与淀粉酶的接触面积，更有利于糖化过程中淀粉酶发挥作用，从而促进淀粉等物质的分解，A正确；啤酒花能赋予啤酒独特的香气和风味，可为产品提供风味物质，从而提升感官评价，B正确；后发酵阶段主要是进行一些风味物质的形成以及使啤酒成熟等过程，此时应控制合适温度，但不能有较高溶解氧，因为酵母菌在有氧条件下进行有氧呼吸大量繁殖，而在后发酵阶段主要是无氧呼吸产生酒精等代谢物，较高溶解氧不利于该过程，C错误；麦汁浓度影响酵母菌发酵的底物浓度，进而可通过调整麦汁浓度控制啤酒中的酒精含量，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不仅能抑制杂菌的生长，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.(2025·山东泰安模拟)我国科技工作者发明“二步发酵法”生产维生素C的工艺是世界首创。第一步发酵用醋酸杆菌合成分泌维生素C前体，第二步发酵用氧化葡萄糖酸杆菌(“小菌”)和假单胞杆菌(“大菌”)混合菌种作为伴生菌，能促进产酸菌生长和产酸。如图为二步发酵法的生产流程。下列说法正确的是 A.可以利用平板划线法纯化混菌发酵法所需的目的菌 B.单独筛选高效的产酸菌和伴生菌即可用于混菌发酵 C.伴生菌与产酸菌二者互利共生，不存在种间竞争 D.生产过程采用混菌发酵法不需要严格的无菌操作 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 平板划线法可用于分离、纯化菌种，A正确；产酸菌和伴生菌应共同进行筛选，才能获得最佳的生产维生素C的菌种，单独筛选出的高效的产酸菌和伴生菌不一定适配，B错误；伴生菌与产酸菌会共同竞争空间等资源，二者存在种间竞争，C错误；采用混菌发酵法时，为抑制其他杂菌的生长，需要进行严格的无菌操作，D错误。 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.(2025·济南高三模拟)《齐民要术》记载了《食经》中麦芽糖的制作方法：“取黍米一石，炊作黍，着盆中，蘖末一斗，搅和。一宿则得一斛五斗，煎成饴。”意思是将一石糯米煮成饭放在盆里，放上一斗麦芽碎末搅匀，把过一夜得到的一斛五斗溶液小火烧煮浓缩就得到饴糖。下列说法不正确的是 A.用适宜浓度的赤霉素处理麦种可使其不发芽就能产生α-淀粉酶 B.黍中加蘖末和白酒酿制中加入曲种的主要目的都是完成糖化过程 C.将过夜得到的溶液蒸煮、冷却后接种酵母菌进行后发酵可制作啤酒 D.以制糖的废液为原料加入酵母菌进行发酵可获得单细胞蛋白 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 赤霉素可以促进α-淀粉酶的合成，用适宜浓度的赤霉素处理麦种可使其不发芽就能产生α-淀粉酶，进而促进淀粉的水解，A正确；由题意可知，蘖末指的是麦芽碎末，麦芽碎末中有淀粉酶，从而使糯米中的淀粉水解，白酒酿制中加曲种主要是使淀粉水解，同样可以促进糖化的发生，B正确；将过夜得到的溶液蒸煮、冷却后接种酵母菌进行发酵可制作啤酒，C错误；酵母菌可利用废液中的糖类大量繁殖，经过滤、沉淀等方法获取酵母菌菌体，即单细胞蛋白，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 12.(2025·内蒙古模拟预测)谷氨酸棒状杆菌生长的最适pH为7.0，通过以下代谢途径发酵生产L-谷氨酰胺。下列叙述正确的是 A.提高谷氨酸脱氢酶和谷氨酸合成酶的活性有利于提高L-谷氨酰胺产量 B.发酵初期控制pH为7.0，后调为5.6，不利于提高L-谷氨酰胺产量 C.通过显微镜观察，可以判断发酵过程中是否发生球状细菌污染 D.发酵结束后，采用过滤、沉淀的方法将菌体分离和干燥即可获得产品 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 由图可知，提高谷氨酸脱氢酶和谷氨酰胺合成酶的活性有利于提高L-谷氨酰胺产量，但谷氨酸合成酶会使L-谷氨酰胺再转化为L-谷氨酸，反而降低L-谷氨酰胺产量，A错误；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错误；通过显微镜观察，可以观察到是否有球状细菌，能判断发酵过程中是否发生球状细菌污染，C正确；L-谷氨酰胺是细胞代谢物，对细胞代谢物可通过提取、分离和纯化措施来获得产品，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.(12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 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)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 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，发酵设备如下图 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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 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、泡沫和营养等 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)。 物对营养物质的需求；防止代谢物对菌株H造成危害 保证微生 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 微生物代谢不断消耗营养物质，同时产生的代谢物可改变发酵环境，如pH的变化，有的代谢物对微生物有害，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.(12分)(2025·广东湛江高三调研)花生的根系在生长过程中，会分泌苯甲酸、苯乙酮等物质以抑制某些病菌和其他植物的生长。同一片土地多年连续种植花生会导致这些有毒物质不断积累，造成花生产量下降。某大学采用“采集根际土壤→选择培养→分离、纯化培养→菌种鉴定”途径筛选出将苯甲酸降解为无毒小分子(CO2和H2O等)的根际菌。请回答下列相关问题： (1)花生根系分泌的苯甲酸等物质属于其_______(填“初生”或“次生”)代谢物。从多年连续种植花生的土壤中寻找降解苯甲酸的根际菌的原因是_____________________________________________________________________________________________。 次生 降解苯甲酸的根际菌大多分布在富含苯甲酸的环境中，多年连续种植花生的土壤中苯甲酸含量相对较高 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 因为苯甲酸等物质是其生存非必需的物质，所以属于次生代谢物。降解苯甲酸的根际菌大多分布在富含苯甲酸的环境中，多年连续种植花生的土壤中苯甲酸含量相对较高，因此从这种土壤中获得降解苯甲酸的微生物的几率要高于普通环境。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 (2)为确保能够分离得到分解苯甲酸的微生物，常将土壤稀释液先进行选择培养，该培养基的碳源要求为_____________________。分离、纯化培养的具体操作如下图，若每次稀释都是10倍稀释，则图中的a为______；图中共将1 g土壤稀释了_____倍。 以苯甲酸为唯一碳源 1.8 104 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 为确保能够分离得到能降解苯甲酸的微生物，常将土壤稀释液先进行选择培养，该培养基应以苯甲酸为唯一碳源，其他营养物质适宜。分离、纯化培养时，采用稀释涂布平板法接种，先进行依次等比稀释，如果每次稀释10倍，则取0.2 mL菌液需要添加1.8 mL无菌水，图中一共稀释了4次，因此总共稀释了104倍。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 (3)获得的菌种经鉴定后可通过发酵工程大量增殖，发酵结束后，可通过__________________________方法将菌体分离，但筛选得到的菌种往往不能直接推广应用，因为还需考虑____________________________________ ________________________________________________________________ (写出一点)。 过滤、沉淀(写出一点即可) 能否在环境中大量生长繁殖、是否具有广谱降解的特性(或是否能降解除苯甲酸以外的苯乙酮等物质)(合理即可) 获得的菌种可通过发酵工程大量增殖，并通过过滤、沉淀等方式将微生物本身分离出来。得到的苯甲酸降解菌能否降解除苯甲酸以外的苯乙酮、丙三醇等物质，能否适应土壤环境等问题均是在推广前要考虑的 问题。 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 $