2026届高三生物一轮复习备课包 发酵工程复习

发酵工程（复习） 一.获得醋酸菌菌株 国内研究人员已开展了一些关于甘蔗醋发酵工艺的研究和优良菌种的筛选。如何利用自然发酵的甘蔗渣获得醋酸菌菌株？请尝试完成实验设计思路： （1） 思考：若醋酸菌悬液中菌量太低，培养后无法获得单菌落，怎么办？ ________________________________________________________________ （2）培养基灭菌。 碳源和能量源是影响醋酸菌生长的关键因子。一些醋酸菌除了利用碳源乙醇外，糖也 可作为碳源代谢产能。为防止葡萄糖发生_______,培养基进行高压蒸汽灭菌需适当降 低温度和压力（_____℃,_____g/cm2）及延长时间（30min）冷却至70℃左右，与经 ___________法灭菌的3%乙醇混合。在灭菌______(填“前”或“后”)将培养基pH 调整到5.0左右。 二．筛选优良菌株 ①优良性状:：高产醋酸 醋酸会与CaCO3发生反应，在选择培养基配置时加入适量CaCO3，接种后将培养皿倒置，置于___________中培养，培养后观察菌落周围是否有________产生， 从中挑选出_______________________________的菌落，即为高产醋酸菌株。 ②优良性状：____________ 研究者将4种高产的菌株在不同酒精度下进行发酵，测量并计算酒精转化率(酒精转化率% = 发酵液中醋酸含量 / 初始酒精含量 × 100%)，结果如下： (1) 由图2看出，起始酒精度对醋酸菌的发酵作用有一定的影响，其整体规律是： _______________________________________________________________。 (2) 酒精转化率可以反映菌株的耐酒精特性，实验结果表明，在高酒精度条件下，各菌株的 酒精转化率表现出较明显的差距，4株菌耐酒精性的排序为:___________________。 ③优良性状：耐酸性强 研究员将高产醋酸菌株置于含一些列不同浓度的乙酸的液体培养基中(0、10、20、30、40、 50、60 g/L)，130 r/min 震荡培养 6 d，培养过程定期取样在显微镜下并用______________ 方法进行醋酸菌增殖情况计数。 ④优良性状：_________________ 三. 甘蔗醋工业发酵工艺的研究 任务1：现代工业利用酒精发酵后的甘蔗渣在进行甘蔗醋发酵。对发酵过程控制才能获得所需产品，请结合甘蔗醋发酵最佳条件，在表格中用简要文字写出相应的措施，并找出图中控制装置序号 。 任务2： 分离和提纯发酵产品是工业发酵制取产品必经的步骤。请提出一些分离去杂质的思路方法？ 蔗糖发酵液成分主要杂质有醋酸菌体细胞、微生物细胞碎片、其他代谢副产物（如胶状杂质蛋白）、无机盐（对成品质量、口感影响较大的杂质主要是Ca2+、Mg2+、Fe3+等高价金属离子）、抗生素（易被活性炭吸附）等。 ______________________________________________________________________________。 学科网（北京）股份有限公司 $ 发酵工程（复习） 选择性必修三 就是“蔗”个味 清 甜 甘蔗是能清、能润，甘凉滋养的食疗佳品。甘蔗中含有丰富的糖分，一根甘蔗除了吃还能干啥？ 世界甘蔗看中国,中国甘蔗看广西! 被誉为“中国糖都”的崇左市给出的答案是，除了吃和制糖，甘蔗还可以用 甘蔗渣 制成特殊的饮料 —— 甘蔗醋。 甘蔗醋具有特殊风味以及保健功效，逐渐占有食醋市场的重要份额。甘蔗醋发酵的微生物主要是？ 醋酸菌 （1）是否需氧发酵：_____________ （2）发酵底物：_____________ 需氧发酵 乙 醇 一.获得醋酸菌菌株 国内研究人员已开展了一些关于甘蔗醋优良菌种的筛选和发酵工艺的研究。 以甘蔗渣为材料进行自然发酵。 将发酵过的甘蔗渣放入装有_______的三角瓶中，震荡1h，制成_________。 将悬液梯度稀释后，用________________方法接种到到以_______为唯一碳源的培养基上（按培养基功能分类，该培养基属于选择培基）,30℃条件下培养24-48h后获得__________。 ④ 观察菌落特征。 无菌水 细菌悬液 稀释涂布平板法 乙醇 单菌落 请利用自然发酵的甘蔗渣获得醋酸菌菌株，尝试完成实验设计思路： 选择培养基 纯化培养 甘蔗渣10g 振荡 1 h 用无菌水定容至100mL 醋酸菌 悬液 9mL无菌水 1mL 1mL 0.1mL 思考：若醋酸菌悬液中菌量太低，培养后无法获得单菌落，怎么办？ 将醋酸菌悬液通过液体培养基进行扩大培养 一.获得醋酸菌菌株 物质 含量 葡萄糖 10g/L MgSO4 0.5g/L 3%乙醇 酵母膏 10g/L KHPO4 2g/L 含量 物质 物质 富集培养基成分表 碳源和能量源是影响醋酸菌生长的关键因子。一些醋酸菌除了利用碳源乙醇外，糖也可作为碳源代谢产能。为防止葡萄糖发生_______,培养基进行高压蒸汽灭菌需适当降低温度和压力（_____℃,_____g/cm2）及延长时间（30min）冷却至70℃左右，与经___________法灭菌的3%乙醇混合。在灭菌______(填“前”或“后”)将培养基pH调整到5.0左右。 一.获得醋酸菌菌株 112 500 焦化 过滤灭菌 前 醋酸会与CaCO3发生反应，在选择培养基配置时加入适量CaCO3，接种后将培养皿倒置，置于___________中培养，培养后观察菌落周围是否有________产生， 从中挑选出______________________________的菌落，即为高产醋酸菌株。 如何得知醋酸菌菌株是否高产醋酸？ 二.筛选优良菌株 扩大 培养 恒温培养箱 透明圈 透明圈半径与菌落半径比值大 研究者对选择的一些高产的菌株，进一步用高效液相色谱法进行产酸量定量检测。 C03 C08 C16 C20 C22 C34 C41 C63 C75 C78 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 醋酸产量（g/L） 图1 株菌的产酸发酵结果 二.筛选优良菌株 筛选产生的优良菌种除产酸量高外，应该还有_______________________等特点(答出两点即可）。 二.筛选优良菌株 (1)由图2看出，起始酒精度对醋酸菌的发酵作用有一定的影响，其整体规律是： _______________________________________________________________。 研究者将4种高产的菌株在不同酒精度下进行发酵，测量并计算酒精转化率，结果如下： 酒精转化率% = 发酵液中醋酸含量 / 初始酒精含量 × 100% 2.耐酒精度高 酒精度（%） 90 85 80 75 65 60 55 50 酒精转化率（%） 4 5 6 7 8 9 10 11 12 图2 较高酒精度下的酒精转化率 C22 C34 C63 C08 在4%-12%范围内，随酒精度增加酒精的转化率先增大后减少。 (2)酒精转化率可以反映菌株的耐酒精特性，实验结果表明，在高酒精度条件下， 各菌株的酒精转化率表现出较明显的差距，4株菌耐酒精性的排序 为:___________________。 C22＞C34＞C63＞C08 酒精度（%） 90 85 80 75 65 60 55 50 酒精转化率（%） 4 5 6 7 8 9 10 11 12 图2 较高酒精度下的酒精转化率 C22 C34 C63 C08 2.耐酒精度高 研究员将高产醋酸菌株置于含一些列不同浓度的乙酸的液体培养基中(0、10、20、30、40、50、60 g/L)，130 r/min 震荡培养 6 d，培养过程定期取样并用______________方法进行醋酸菌增殖情况计数。用血细胞计数板计数时，进行如图3所示的操作，统计出来的数据比实际值偏______（填“大”“小”或“不变”），原因是_____________________________________________。 3.耐酸度高 显微镜计数法 大 图3 先滴细胞悬液，后盖上盖玻片造成盖玻片悬浮， 统计的计数室的液体量增大 研究员在醋酸菌耐酸度测试实验中，取1mL醋酸菌培养液稀释100倍后，用血细胞计数（1mm×lmm×0.1mm）通过显微镜观察到的培养液中的醋酸菌在血细胞计数板中的分布情况。下列相关叙述正确的是（ ）（多选） A.该培养液中酵母菌的数量为6×108个/mL B.选择图示乙规格的计数室，含25个中方格、400个小方格 C.一个血细胞计数板中央仅含有一个计数室 D.取样时滴管从静置的培养液底部吸取，会导致数据偏大 筛选产生的优良菌种除产酸量高外，应该有耐酒精度高、酸性高、遗传特性和生产能力稳定等特点。 4.遗传特性和生产能力稳定 发酵原料 预处理 发酵培养基的比例 灭菌 大型发酵 代谢产物和细胞的分离 菌种 活化 扩大培养 进一步 扩大培养 代谢产物的 提纯与加工 产品 副产品或废物处理 细胞的加工 产品 代谢产物的分离 斜面 摇瓶 接种 图1-24 微生物工业发酵的基本过程 缩短菌种在发酵罐中 发酵的时间 粗选、除杂、粉碎、分析或水解、加工等 添加水、无机盐、其他营养物。调节碳氧比、pH等 三. 甘蔗醋工业发酵工艺的研究 任务1：现代工业利用酒精发酵后的甘蔗渣在进行甘蔗醋发酵。对发酵过程控制才能获得所需产品，请结合甘蔗醋发酵最佳条件，在表格中用简要文字写出相应的措施，并找出图中控制装置序号 。 发酵条件 措施及控制装置序号 溶解氧30% pH 平均酸度6.37g/100mL 温度32℃ 残糖量4.2g/100mL 培养基无菌 ③ ⑥ ① ④ ⑤ ② ⑦ 电动机 ⑧ 任务2： 分离和提纯发酵产品是工业发酵制取产品必经的步骤。请提出一些分离去杂质的思路方法？ 甘蔗醋发酵液成分主要杂质有醋酸菌体细胞、微生物细胞碎片、其他代谢副产物（如胶状杂质蛋白）、无机盐（对成品质量、口感影响较大的杂质主要是Ca2+、Mg2+、Fe3+等高价金属离子）、抗生素（易被活性炭吸附）等。 三. 甘蔗醋工业发酵工艺的研究 中国科学家以糖蜜（甘蔗榨糖后的废弃液，含较多蔗糖）为原料，运用合成生物学方法构建了一株嗜盐单胞菌H，在实验室发酵生产PHA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。请回答问题。 随堂检测 （1）为提高菌株H对蔗糖的耐受能力和利用效率，可在液体培养基中将蔗糖作为 ___________，并不断提高其浓度，经多次传代培养以获得目标菌株。培养 过程中宜采用______________法对样品中的活菌进行接种和计数，以评估 菌株增殖状况。若某次取样中，对菌液稀释了105倍后，在每个平板上涂布 菌液的体积为0.1mL，平板上的平均菌落数为220个，则菌液中H菌的细胞数 为__________个/mL,用这种方法统计的结果往往较实际活菌值_____，原因 是______________________________________________________________。 菌落数目需要每隔一段时间统计一次，选取菌落数目稳定时的记录作为结 果，这样做的目的是_____________________________________________。 防止因培养时间不足而导致遗漏菌落的数目 唯一碳源 稀释涂布平板 2.2×108 小 当两个或几个细胞连在一起时，培养后平板上观察到的只是一个菌落 （2）基于菌株H嗜盐、酸碱耐受能力强等特性，研究人员设计了一种不需要灭菌 的发酵系统，其培养基盐浓度设为60g/L，pH为10，菌株H可正常持续发酵 60d以上、分析该系统不需要灭菌的原因:培养基的盐浓度设为60g/L，导致 杂菌_____________________；pH为10的条件导致杂菌____________。 （3）研究人员在工厂进行扩大培养，在适宜的营养物浓度、温度、pH条件下发 酵，结果发现发酵液中菌株H细胞增殖和PHA产量均未达到预期，并产生了 少量乙醇等物质，说明发酵条件中__________________可能是高密度培养 的限制因素。发酵工程的中心环节是期______________。 发酵罐内发酵 因失水过多而死亡 酶变性失活 氧气（溶解氧） $