第3节　发酵工程及其应用

第3节发酵工程及其应用必备知识基础练1.下列关于发酵工程的菌种的叙述,错误的是()A.发酵工程的菌种可以从自然界中筛选出来B.发酵工程可以利用原材料中含有的菌种C.发酵工程的菌种可以来自基因工程D.发酵工程的菌种可以来自诱变育种答案B解析发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种,一旦有杂菌污染,可能导致产量大大下降,因此,培养基和发酵设备都必须经过严格灭菌。故发酵工程的菌种不可以利用原材料中含有的菌种。发酵工程的优良性状的菌种可以从自然界中筛选出来,也可以通过诱变育种和基因工程育种获得。2.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,错误的是()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.发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物及菌体本身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.通过发酵工程可以利用微生物生产单细胞蛋白答案A解析不论是发酵工程还是传统发酵技术,都可以利用微生物进行发酵,只不过传统发酵技术利用的是自然菌种。3.(2021山东泰安一中高二月考)下列对发酵工程内容的叙述,正确的是()A.单细胞蛋白就是从人工培养的微生物菌体中提取的蛋白质B.用诱变育种、细胞工程、基因工程等方法选育出性状优良的工程菌并进行扩大培养C.根据工程菌所需的营养精确地配制出合成培养基并进行严格的灭菌处理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答案B解析单细胞蛋白就是以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液为原料,通过发酵获得的微生物菌体,A项错误;用诱变育种、细胞工程、基因工程等方法选育出性状优良的工程菌并进行扩大培养,B项正确;根据工程菌所需的营养精确地配制出天然培养基并进行严格的灭菌处理,C项错误;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等,D项错误。4.下列关于温度对发酵过程的影响的叙述,错误的是()A.温度过高,发酵周期缩短,产量降低B.温度不影响生物合成的途径C.温度能影响菌种对营养物质的吸收D.菌体生长和产物合成所需的最适温度不一定相同答案B解析发酵过程需要适宜的温度,如果温度过高,酶很快失活,菌体衰老,发酵周期就会缩短,产量也会降低,A项正确;温度能影响生物合成的途径,这是因为生物合成过程需要酶,酶的活性受温度影响,B项错误;菌种通过主动运输或胞吞吸收营养物质时,需要呼吸作用提供能量,与呼吸作用相关的酶受温度影响,C项正确;菌体生长和产物合成需以体内旺盛的代谢作为基础,而用于生长繁殖和代谢物生成的酶不同,因此所需的最适宜的温度也不一定相同,D项正确。5.为了改善食品品质和色、香、味及防腐与加工工艺的需要,人们在食品中加入一些化学合成物质或天然物质,这类物质被称为食品添加剂。下列有关叙述错误的是()A.许多食品添加剂可以通过发酵工程生产,如柠檬酸可以通过黑曲霉的发酵制得B.食品工业中,常用的着色剂有β-胡萝卜素、红曲黄色素等C.食品工业中,用来延长食品保质期的乳酸链球菌素、溶菌酶可通过发酵工程生产D.食品添加剂不能增加食品的营养答案D解析食品添加剂不仅可以增加食品的营养,改善食品的口味、色泽和品质,有时还可以延长食品的保存期。许多食品添加剂都能通过发酵工程生产,如柠檬酸可以通过黑曲霉的发酵制得,A项正确,D项错误;β-胡萝卜素、红曲黄色素等在食品工业中常用来增加食品的色泽,B项正确;食品工业中,用来延长食品保质期的乳酸链球菌素、溶菌酶可通过发酵工程生产,C项正确。6.下列关于单细胞蛋白的叙述,正确的是()A.是从微生物细胞中提取的蛋白质B.通过发酵生产的微生物菌体C.是微生物细胞分泌的抗生素D.单细胞蛋白不能作为食品答案B解析单细胞蛋白是利用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菌体,所以不是特指微生物的某种蛋白质或抗生素;单细胞蛋白含有丰富的蛋白质,如真菌蛋白可作为食品。7.发酵工程在现代生物工程中的地位越来越重要。下列有关发酵过程的叙述,错误的是()A.首先要对发酵设备和培养基严格灭菌B.要随时取样,检测培养液的微生物数量、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、溶解氧等发酵条件答案C解析发酵前,要对发酵设备和培养基严格灭菌,防止杂菌污染,A项正确;发酵过程中要随时取样,检测培养液的微生物数量、产物浓度等,以了解发酵进程,B项正确;随着发酵的进行,必需的营养组分逐渐减少,因此在发酵过程中需要向装置中再添加必需的营养组分,C项错误;发酵过程中要严格控制温度、pH、溶解氧等发酵条件,D项正确。8.紫外线具有杀菌和诱变功能。用相同剂量、不同波长的紫外线处理两组等量的酵母菌,结果见下表。紫外线波长/nm存活率/%突变数/个2606050~1002801000~1据表推断,在选育优良菌种时,应采用的紫外线波长及依据是()A.260nm,酵母菌存活率较低B.260nm,酵母菌突变数多C.280nm,酵母菌存活率高D.280nm,酵母菌突变数少答案B解析由表格可知,紫外线波长为280nm时,酵母菌的存活率虽然高达100%,但是0~1个的突变数不利于菌种的选育;紫外线波长为260nm时,酵母菌的存活率虽然只有60%,但是50~100个的突变数可以提供丰富的变异材料,有利于菌种的选育。9.(2021天津三中高二期中)下列关于微生物发酵过程的叙述,正确的是()A.菌种选育是发酵的中心阶段B.只要不断地向发酵罐中通入液体培养基,就能保证发酵的正常进行C.在发酵过程中,要严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等发酵条件,否则会影响菌种代谢产物的形成D.在谷氨酸发酵过程中,当pH呈酸性时,生成的代谢产物就会是乳酸或琥珀酸答案C解析发酵工程的内容包括菌种选育,扩大培养,培养基的配制、灭菌,接种,发酵,产品的分离、提纯等方面,其中发酵过程是发酵的中心阶段,A项错误;发酵过程中应随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等,同时应对发酵过程中的一些条件进行控制才能保证发酵的正常进行,B项错误;微生物发酵过程中要严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等发酵条件,因为环境条件的变化不仅会影响菌种的生长繁殖,而且会影响代谢产物的形成,C项正确;谷氨酸棒状杆菌是一种异养兼性厌氧细菌,在谷氨酸发酵的过程中,当pH呈酸性时,谷氨酸棒状杆菌容易生成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺;当溶解氧不足时,生成的代谢产物就会是乳酸或琥珀酸,D项错误。10.现代工业生产中往往采用规范的流程进行发酵生产以提高生产效率,下图是发酵工程生产产品的流程图。据图回答下列问题。(1)在啤酒生产中,使用①改造的啤酒酵母,可以加速发酵过程,缩短生产周期,①是;高产青霉素菌种是通过②培育的,②是;③是细胞工程。

(2)④表示,⑤表示。

(3)整个过程的中心阶段是发酵,在此阶段需要随时取样、检测等,以了解发酵进程,还要及时添加,同时严格控制

。

(4)若发酵所得产品是单细胞蛋白,则⑥是往往采用的方法进行提取。

答案(1)基因工程诱变育种(2)接种灭菌(3)必需的营养组分温度、pH和溶解氧等发酵条件(4)过滤、沉淀解析(1)啤酒生产中,使用基因工程改造的啤酒酵母,可以加速发酵过程,缩短生产周期;高产青霉素菌种的产生是诱变育种的结果。(2)根据发酵流程可以判断④⑤分别是接种和灭菌。(3)在发酵过程中随微生物的代谢过程的进行,微生物、发酵产物的量以及发酵液的各种理化性质随时都在发生变化,因此要不断进行检测,随时向发酵液中添加必需的营养组分,同时严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件,以便得到较多的发酵产品。(4)单细胞蛋白就是指微生物菌体,往往采取过滤、沉淀的方法提取。关键能力提升练11.(多选)下列关于青霉素生产的叙述,正确的是()A.用紫外线、激光、化学诱变剂处理青霉菌再经筛选的方法可选育高产菌种B.青霉素是青霉菌生长过程中产生抑制其他微生物生长的代谢物C.发酵罐接种后必须进行灭菌处理D.青霉菌生长达到稳定时,活菌数不再增加,青霉菌产量下降答案AB解析培育高产菌种可以采用诱变育种的方法,即用紫外线、激光、化学诱变剂处理青霉菌后进行筛选,可选育出高产菌种,A项正确;青霉素是青霉菌生长过程中产生的代谢物,能抑制其他微生物的生长,B项正确;发酵罐应该在接种前灭菌,接种后灭菌会把接种的菌株杀死,C项错误;青霉菌生长达到稳定时,活菌数不再增加,这时若适时补充营养物质,可以提高代谢物产量,D项错误。12.人造蛋白食品的生产可利用现代微生物发酵工程技术,食用真菌蛋白是人造蛋白的一种。下面为真菌蛋白的制造过程的图解,请据图回答下列问题。(1)向发酵罐中注入少量氨水的目的是

。

(2)制造真菌蛋白时,要向发酵罐中通入空气,由此可知,发酵罐中的真菌的异化作用类型是。

(3)向发酵罐中加入的一切物品都需要消毒,从生态学的角度进行分析,其原因是。

(4)从自然界中分离的真菌菌种,当用于制造真菌蛋白时,蛋白质的产量很低。要获得更多的真菌蛋白,培育优良的真菌菌种可采用的方法。

(5)在下列4种物质中,可以用来作为青霉菌培养的主要能源物质的是。

A.脂肪 B.葡萄糖C.蛋白质 D.生长因子答案(1)为真菌提供合成蛋白质所需的氮源,调节pH(2)需氧型(3)避免杂菌与真菌竞争而降低真菌蛋白的产量(4)诱变育种(5)B解析(1)氨水呈碱性,既能调节发酵液的pH,也能为真菌提供氮源。(2)向发酵罐内通入空气是为了提供氧气,说明发酵真菌为需氧型微生物。(3)发酵过程中混入的杂菌会和发酵菌竞争营养物质,从而影响发酵的进行。(4)菌体本身能产生蛋白质,要想得到产生蛋白质更多的菌种,可以采用诱变育种的方法。(5)糖类物质是生物主要的能源物质。13.啤酒生产需经过制麦、糖化、发酵等主要环节。主要工艺流程如下图所示,请回答下列问题。(1)大麦是啤酒发酵的重要碳源,利用大麦实质是利用其中的α-淀粉酶,用处理大麦,可以使大麦种子无须发芽就产生α-淀粉酶。

(2)为探究两种大麦种子(红粒麦和白粒麦)所含淀粉酶活性进行了如下实验。取发芽时间相同、质量相等的红、白粒麦种子,分别加蒸馏水研磨、制成提取液(去淀粉),并在适宜条件下进行实验。实验分组、步骤及结果如下:分组步骤红粒管白粒管对照管①加样0.5mL提取液0.5mL提取液C②加缓冲液/mL111③加淀粉溶液/mL111④37℃保温适当时间终止酶促反应,冷却至常温,加适量碘液显色显色结果++++++++步骤①中加入的C是。显色结果表明:淀粉酶活性较高的品种是。

(3)啤酒酵母菌种决定着啤酒的风味和质量,某实验小组从原浆啤酒底泥中分离出一株高活性的啤酒酵母。①在对原浆啤酒泥的酵母菌进行富集培养的过程中,每隔4h要摇动一次,每次1~2min,其目的是、,以促进酵母菌的有氧呼吸和繁殖。

②为了制备啤酒酵母分离培养基,实验人员将马铃薯去皮切块后高压煮沸,过滤后补加蒸馏水至1L,加入葡萄糖和琼脂后加热溶化。该培养基的碳源主要包括,培养基一般用法进行灭菌处理。

(4)敲除野生型酿酒酵母中的蛋白酶基因,减少发酵液中蛋白的水解,有助于增强啤酒泡沫的稳定性。某科研小组用酪蛋白固体培养基筛选突变体,野生型可以水解酪蛋白,在菌落周围形成透明圈。生产需要筛选透明圈(填“大”或“小”)的菌落。

答案(1)赤霉素(2)0.5mL蒸馏水白粒麦(3)①增大溶解氧的量使酵母菌营养物质混合均匀或使酵母菌充分利用营养物质②淀粉和葡萄糖高压蒸汽灭菌(4)小解析(1)用赤霉素处理大麦,可以使大麦种子无须发芽就产生α-淀粉酶,可以简化工艺,降低成本。(2)根据表格数据分析可知,实验的自变量是小麦籽粒种类,红粒管和白粒管是实验组,对照管起对照作用,故步骤①中加入的C是0.5mL蒸馏水作为对照。显色结果表明:白粒管显色最浅,说明淀粉被分解的最多,白粒小麦的淀粉酶活性最高。(3)①在对原浆啤酒泥的酵母菌进行富集培养的目的是增加酵母菌的数量,酵母菌在有氧条件下能大量繁殖。故进行富集培养的过程中每隔4h要摇动一次,每次1~