13发酵工程及其应用

1.3发酵工程及其应用Part1目标任务：对接课标，了解目标Part1目标任务：对接课标，了解目标Part2预习导学：自主梳理+预习检测，掌握基本知识点Part3探究提升：代入情景+典例精讲，深入学习知识要点啤酒的工业化生产流程Part4网络梳理：建立知识间的联系Part5强化训练：必刷经典试题，能力提升内容导航新课程标准学习目标举例说明日常生活中的某些食品是运用传统发酵技术生产的。阐明发酵工程利用现代工程技术及微生物的特定功能，工业化生产人类所需产品。3.举例说明发酶工程在医药、食品及其他工农业生产上有重要的应用价值表。概述发酵工程及其基本环节。2.举例说明发酵工程在生产上有重要的应用价值。自主梳理发酵工程的基本环节1.选育菌种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.扩大培养：工业发酵罐的体积很大，接入的菌种总体积也要较大，因此在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养。

3.配制培养基：在菌种确定之后，要选择原料制备培养基。培养基的配方要经过反复试验才能确定。

4.灭菌：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的灭菌。

5.接种：扩大培养的菌种和灭菌后的培养基加入发酵罐中。大型发酵罐有计算机控制系统，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。

6.发酵罐内发酵：这是发酵工程的中心环节。在发酵过程中，要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组分，要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件。

7.分离、提纯产物：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得到产品。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。

发酵工程的应用1．发酵工程的特点：生产条件温和、原料来源丰富且价格低廉、产物专一、废弃物对环境污染小和容易处理等。2．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)生产各种各样的食品添加剂，如通过黑曲霉发酵制得的柠檬酸，由谷氨酸棒状杆菌发酵生产味精。

(3)生产酶制剂，如α­淀粉酶、β­淀粉酶、脂肪酶等。

3．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。

4．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有机酸、生物活性物质等来增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长，常见的有根瘤菌肥、固氮菌肥等。

(2)生产微生物农药。微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害的。微生物农药作为生物防治的重要手段，将在农业的可持续发展方面发挥越来越重要的作用。

(3)生产微生物饲料。微生物含有丰富的蛋白质。以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵获得了大量的微生物菌体，即单细胞蛋白，用单细胞蛋白制成的微生物饲料，能使家畜、家禽增重快，产奶或产蛋量显著提高。

5．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，在助力解决粮食、环境、健康和能源等方面的重大问题上，作出了越来越大的贡献。

预习检测（限时10分钟）1．微生物纯培养的操作中，不利于获得纯培养物的是（

）A．对培养器皿、接种用具和培养基等进行灭菌B．土壤样品灭菌处理后进行稀释涂布分离纯化C．操作过程需在酒精灯火焰旁或超净工作台上进行D．如果培养皿中是固体培养基，则需倒置培养【答案】B【详解】A、要获得纯净的菌种，在培养细菌的整个过程中都严格要求无菌，所有用于微生物培养的器皿、接种用具和培养基等需要进行灭菌，A正确；B、土壤样品不能进行灭菌，否则得不到要分离纯化的菌种，B错误；C、操作过程需在酒精灯火焰旁或超净工作台上进行，可以防止杂菌干扰，有利于获得较纯菌落，C正确；D、倒置培养能避免水珠滴入培养基中造成污染，D正确。故选B。2．亨廷顿舞蹈病是有单基因突变导致的神经退行性疾病，目前尚无有效治疗的药物。科学家将人体突变的亨廷顿基因精确插入猪的基因中，成功建立了该疾病动物模型，为研究该疾病的有效治疗方法提供基础。在此过程中运用的生物技术是（

）A．基因编辑技术 B．免疫治疗技术C．生态学技术 D．现代发酵工程【答案】A【详解】A、基因编辑是指通过基因编辑技术对生物体基因组特定目标进行修饰的过程。高效而精准的实现基因插入、缺失或替换，从而改变其遗传信息和表现型特征，A正确；B、免疫治疗是一种利用人体自身免疫系统来消灭癌细胞的治疗方式,主要包括被动免疫治疗和主动免疫治疗两种，B错误；C、生态技术是指既可满足人们的需要，节约资源和能源，又能保护环境的一切手段和方法，与环保技术、清洁生产技术概念比较，更具有广泛性和普遍性，C错误；D、现代发酵技术是指通过DNA的组装，或细胞工程手段能按照人类设计的蓝图，创造出新的“工程菌”和超级菌。然后通过微生物的发酵生产出对人有益的物质产品，D错误。故选A。3．下列有关发酵的说法错误的是（

）A．家庭制作腐乳的微生物来自空气B．制作泡菜时通过加入“陈泡菜水”可以缩短发酵时间C．传统发酵技术以混合菌种的固体发酵及半固体发酵为主D．家庭制作泡菜所用的菌种为空气中的醋酸菌【答案】D【详解】A、家庭制作腐乳的菌种一般来自空气中的毛霉孢子，A正确；B、制作泡菜时，加入陈泡菜液是为了增加乳酸菌含量，从而可以缩短发酵时间，B正确；C、传统发酵食品所用的是自然菌种，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，C正确；D、家庭制作泡菜所用的菌种为空气中的乳酸菌，D错误。故选D。4．燃料乙醇是一种绿色燃料。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．Ⅱ阶段步骤①是接种酵母菌C．Ⅱ阶段需将pH调至酸性利于菌种发酵D．Ⅲ阶段步骤②是产品的分离、提纯【答案】A【详解】A、分析题图可知，Ⅱ阶段是该发酵生产的中心环节，A错误；B、步骤①是接种酵母菌对淀粉分解产生的糖浆进行发酵，B正确；C、对于真菌而言，适宜的pH为酸性，故Ⅱ阶段需将pH调至酸性利于菌种发酵，C正确；D、Ⅲ阶段步骤②是产品的分离、提纯，最终获得产品，D正确。故选A。5．关于传统发酵和发酵工程应用的说法，错误的是（

）A．制作果醋时的温度比制作果酒时的温度高B．制作腐乳和面包利用的主要微生物的细胞结构相似C．发酵过程中，发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节D．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大，不易处理【答案】D【详解】A、制作果酒时利用的微生物主要是酵母菌，酵母菌的最适生长温度约为28℃,制作果醋时利用的微生物主要是醋酸菌，醋酸菌的最适生长温度为30~35℃,A正确；B、制作腐乳时利用的微生物主要是毛霉，制作面包时利用的微生物主要是酵母菌，两者都属于真核生物，细胞结构相似，B正确；C、发酵过程中，发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节，C正确；D、发酵工程生产条件温和，原料来源丰富，废弃物对环境污染小，容易处理，D错误。故选D。6．选育高产、优质的菌种是发酵工程的前提条件，下列不属于发酵工程选育菌种的条件的是（

）A．发酵产物需从菌中破碎分离B．菌种对环境应没有明显或潜在的伤害C．菌种遗传特性和生产能力稳定D．能利用充足且廉价的培养基原料【答案】A【详解】A、选育高产、优质的菌种需要根据人们的需要进行设计，而发酵产物需从菌中破碎分离不是选育菌种的条件，且发酵产物未必需要菌体破碎后获得，符合题意，A正确；B、菌种对环境应没有明显或潜在的伤害这是选育高产、优质菌种的前提条件，不符合题意，B错误；C、选育出的高产、优质的菌种应该具备遗传特性和生产能力稳定的特征，否则不能投入到生产中，不符合题意，C错误；D、选育出的高产、优质的菌种应该具备能利用充足且廉价的培养基原料的特征，这样才能降低生产成本，获得较高的经济效益，不符合题意，D错误。故选A。7．蓝莓酒被称为“液体黄金”“口服化妆品”等。蓝莓酒工业化生产的大致流程如下：蓝莓→破碎→酶解→榨汁过滤→灭菌→主发酵→后发酵→分离提纯。下列叙述中错误的是（）A．蓝莓：花青素等成分存在于液泡中B．灭菌：杀灭杂菌为后续接种作准备C．主发酵：要随时检测微生物含量D．后发酵：生成酒精主要在此过程发生【答案】D【详解】A、蓝莓中的花青素属于色素，色素存在于液泡中，A正确；B、发酵过程中为避免杂菌污染，应注意灭菌，故杀灭杂菌为后续接种作准备，B正确；C、主发酵过程中要随时取样检测培养液中的微生物数目、产物浓度等，以检测发酵状态，C正确；D、菌种的繁殖、大部分糖的分解和酒精生成在主发酵阶段完成，D错误。故选D。8．啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成，发酵工程的主要流程如图所示，其中糖化主要是将麦芽中的淀粉等有机物水解为小分子。下列关于啤酒发酵的叙述正确的是（）A．破碎有利于淀粉进入酵母菌，提升发酵速率B．煮沸的目的是去除溶解氧和杀灭杂菌C．优良菌种无需扩大培养可直接接种到发酵罐中D．利用真空发酵技术，可提高发酵液中酒精浓度【答案】B【详解】A、淀粉不能进入酵母菌细胞内，破碎有利于增加淀粉与酶的接触面积，促进糖化过程，A错误；B、糖化后期要煮沸冷却，主要是终止酶的进一步作用，同时起到去除溶解氧和杀灭杂菌的作用，B正确；C、优良菌种需扩大培养后接种到发酵罐中，这样可以加速发酵过程，C错误；D、利用真空发酵技术，不利于提高发酵液中酒精浓度，因为发酵过程中还需要酵母菌进行有氧呼吸满足增殖的需要，D错误。故选B。9．黄酒源于中国，与啤酒、葡萄酒并称世界三大发酵酒。某黄酒酿制工艺流程如图所示，下列分析错误的是（

）A．a表示加入菌种酵母菌B．发酵温度需要控制在30～35℃C．消毒的目的是杀死黄酒中的大多数微生物D．图中“糖化”是指淀粉分解，形成糖浆【答案】B【详解】A、制造黄酒利用的是酵母菌的无氧呼吸，加入的菌种是酵母菌，A正确；B、发酵温度需要控制在18～30℃，B错误；C、消毒的目的是杀死黄酒中的大多数微生物，并延长其保存期，C正确；D、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，即形成糖浆，以便酵母菌的利用，D正确。故选B。►环节土壤中分解尿素的细菌的分离与计数【情景材料】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，其工业化生产流程如下图所示。其中发酵过程分为主发酵和后发酵两个阶段。酵母大部分糖的分解和代谢物的生成都在主发酵阶段完成。主发酵结束后，发酵液还不适合饮用，要在低温、密闭的环境下储存一段时间进行后发酵，这样才能形成澄清、成熟的啤酒。发酵的温度和发酵的时间随啤酒品种和口味要求的不同而有所差异。【问题探究】1.酵母菌酒精发酵过程中为什么要“先通气后密封”？2.啤酒生产中，发酵是重要环节，发酵后期，如果密封不严，会使啤酒变酸，你知道这是发生了什么变化吗？3.与传统的手工发酵相比，在上面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?4.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?5.怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要?6.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?7.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?【答案】1.“通气”的目的是使酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖；“密封”的目的是使酵母菌进行酒精发酵产生酒精。

2.酒精在醋酸菌的作用下被氧化产生乙醛，最后变为醋酸。3.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。4.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。5.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。6.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，都需要进行质量检查，合格后才能成为正式产品。7.不能。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。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。典例精讲【例1】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。下列说法错误的是（

）A．发酵罐发酵类型为有氧发酵，而发酵池发酵为无氧发酵B．发酵池发酵过程中添加的食盐可以抑制杂菌的生长繁殖C．发酵罐发酵需要将罐内的pH控制在中性或弱碱性条件下D．发酵罐发酵与啤酒生产中的糖化都存在大分子降解的过程【答案】C【详解】A、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，A正确；B、高浓度的盐可以使细菌失水，发酵池发酵过程中添加的食盐可以抑制杂菌的生长繁殖，B正确；C、培养霉菌时，一般需要将培养基调至酸性，C错误；D、发酵罐发酵过程中，大豆、小麦、麦麸中的大分子降解，啤酒生产中的糖化过程，淀粉转化为麦芽糖，都存在大分子降解的过程，D正确。故选C。【例2】绍兴是黄酒之乡，“麦曲酶长，酵米复芳；白梅酒娘，伴淋寒香；压滤琼浆，煎煮陈藏”是对绍兴黄酒精致复杂酿造工艺的描述。在黄酒的主发酵过程中，“开耙”（搅拌）是极为关键的一步。下列相关叙述错误的是（

）A．接种麦曲有利于淀粉的糖化，有利于“酒娘”菌种发酵B．煎煮的目的是除去发酵产品中的杂菌，利于酵母菌繁殖C．陈藏需要在低温、密闭环境中进行，形成更芳香的酒D．发酵过程中“开耙”可适当提供O2，调节pH，活化酵母【答案】B【详解】A、淀粉属于生物大分子，淀粉糖化为小分子糖有利于发酵过程中酵母菌对糖类的利用，A正确；B、煎煮是进行消毒，除去发酵产品中的酵母菌等微生物，利于储藏，B错误；C、“陈藏”是将榨出的酒放入罐内存放，需要在低温、密闭环境中进行，可以使酒存放时间长，同时此过程有利于黄酒中醇与酸发生酯化反应，使酒更加芳香，C正确；D、“开耙”（搅拌）是为了提供O2，让酵母菌进行有氧呼吸，增加酵母菌的数量，有利于活化酵母，D正确。故选B。【例3】刺梨是云贵川的特有水果，富含超氧化物歧化酶和大量的维生素C、花青素等，是制作果酒和果醋的优质原料。刺梨酒和刺梨醋的主要生产流程如图所示。下列叙述正确的是（）A．发酵过程Ⅱ需要氧并产生大量CO2B．图示发酵过程中发酵液pH先升高后降低C．发酵I过程的温度比发酵过程Ⅱ高D．发酵I、Ⅱ是此生产过程的中心环节【答案】D【详解】A、果酒制作所用菌种是酵母菌，代谢类型是异养兼性厌氧型真菌，属于真核细胞，果酒制作的前期需氧，后期不需氧。果醋制作所用菌种是醋酸菌，属于原核细胞，适宜温度为30~35℃，需要持续通入氧气。发酵过程Ⅱ是醋酸菌利用酒精生产醋酸的过程，醋酸菌为需氧菌，可将酒精分解为乙醛，乙醛再变为醋酸，该过程需要氧但不产生CO2，A错误；B、酒精生产过程中酵母菌无氧呼吸会产生CO2，使发酵液pH降低，醋酸发酵过程中产生的醋酸会使发酵液的pH再度降低，B错误；C、酒精发酵的适宜温度为28℃左右，醋酸发酵的适宜温度为30~35°C，因此发酵过程Ⅰ（酒精发酵）的温度比发酵过程Ⅱ（醋酸发酵）低，C错误；D、酒精发酵是酵母菌在无氧条件下产生酒精，上述醋酸发酵是醋酸菌利用酒精生产醋酸，因此发酵Ⅰ、Ⅱ是此生产过程的中心环节，D正确。故选D。【例4】甘蔗榨糖后的废弃液——糖蜜中含有较多蔗糖，为了提高甘蔗的整体利用价值，中国科学家运用生物学方法构建了一株嗜盐单胞菌，以糖蜜为原料，通过发酵工程生产PHA等新型高附加值可降解材料。嗜盐单胞菌产生的PHA在营养物质丰富时会贮存在细胞中，营养物质不足则被分解以维持细胞代谢。以下说法正确的是（

）A．菌种的选育是发酵工程的中心环节B．选育好的菌种需要经扩大培养后再接种至发酵罐中C．发酵过程糖蜜浓度越高越有利于嗜盐单胞菌的生长繁殖D．直接将培养液过滤即可以从滤液中获得PHA【答案】B【详解】A、发酵罐内发酵才是发酵工程的中心环节，A错误；B、在发酵工程中选育出优良的菌种，要扩大培养后才能接种到发酵罐内发酵，B正确；C、发酵过程糖蜜浓度太高会使嗜盐单胞菌失水过多而死亡，C错误；D、嗜盐单胞菌产生的PHA在营养物质丰富时会贮存在细胞中，因此直接将培养液过滤即不可以从滤液中获得PHA，D错误。故选B。【例5】青霉素是一种常用的抗生素，其工业化生产流程如图所示。下列相关叙述错误的是（）

A．图中的过程①、②都属于扩大培养，目的是增加菌种的数量B．过程③可以用化学药物进行灭菌处理，防止培养基中掺杂其他微生物C．青霉菌在罐内发酵是中心环节，该发酵过程高耗氧，要严格监控溶解氧D．过程④常用的方法是过滤和沉淀，分离出的菌体可再投入发酵罐使用【答案】B【详解】A、图中的过程①、②都属于扩大培养，进行培养液的更换，有利于增加菌种的数量，A正确；B、过程③是配制培养基，需要利用高压蒸汽灭菌法进行灭菌，以防止培养基中掺杂其他微生物，B错误；C、青霉菌在罐内发酵是中心环节，发酵过程要随时检测培养液微生物数量、产物浓度、溶氧等，以保证发酵过程的顺利进行，C正确；D、过程④是获得菌种，即微生物本身，常采用过滤和沉淀等方法将菌体分离和干燥，分离出的菌种可以再使用，D正确。故选B。【例6】新型绿色高分子材料聚乳酸（PLA）是以植物发酵产物乳酸为主要原料的聚合物，在自然条件下能被生物缓慢降解。某科研机构拟从黄粉虫肠道中筛选PLA降解菌（需氧细菌），按照如图流程进行培养鉴定。下列叙述错误的是（

）

A．获得乳酸主要利用乳酸菌进行无氧发酵，要保持发酵罐内严格无氧B．物质X是PLA，为降解菌提供碳源并且对肠道中的其他微生物起一定选择作用C．图中选择培养过程需同时将接种和未接种的平板在无氧环境中倒置培养D．工业化发酵之前需要对菌种扩大培养、配制培养基并灭菌【答案】C【详解】A、乳酸菌属于厌氧菌，无氧呼吸的产物是乳酸，在有氧的条件下乳酸菌的代谢会受到抑制，因此获得乳酸主要利用乳酸菌进行无氧发酵，要保持发酵罐内严格无氧，A正确；B、根据题意，拟从黄粉虫肠道中筛选PLA降解菌（需氧细菌），因此筛选过程中的选择培养基需要以PLA唯一碳源，故物质X是PLA，为降解菌提供碳源并且抑制肠道中的其他微生物的生长繁殖，起到一定的选择作用，B正确；C、根据题意，PLA降解菌为需氧细菌，因此选择培养过程中需同时将接种和未接种的平板在有氧环境中倒置培养，鉴定培养基是否灭菌合格以及防止培养皿盖凝结的水分滴落到培养基上造成污染，C错误；D、发酵工程一般包括菌种的选育，扩大培养，培养基的配制、灭菌，接种，发酵，产品的分离、提纯等，因此工业化发酵之前需要对菌种扩大培养、配制培养基并灭菌，D正确。故选C。【例7】固氮菌能固定氮气，提高土壤的氮含量，为植物生长提供充足的氮元素。科研人员从土壤中分离筛选出具有高效固氮能力的自生固氮细菌并进行发酵。根据发酵工程流程图及微生物相关知识，下列叙述错误的是（

）A．高效固氮菌种的获得，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B．发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节，要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件C．发酵工程的产品中代谢物需要过滤、沉淀获得D．固氮菌肥是一种微生物肥料，施用微生物肥料可以增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植物生长【答案】C【详解】A、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，A正确；B、发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节。在发酵过程中，要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组分，要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件，B正确；C、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，即得到产品。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，C错误；D、利用发酵工程可以产生微生物肥料来增加土壤肥力、改善土壤结构、促进植株生长，如根瘤菌肥、固氮菌肥等，D正确。故选C。【例8】微生物发酵工程常利用谷氨酸棒状杆菌大量生产谷氨酸，从而制取谷氨酸钠（味精）。下图为谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径。下列叙述错误的是（

）A．通常使用固体培养基分离获得谷氨酸棒状杆菌单菌落B．不需要监控发酵过程的营养供给、氧气、温度及pH等变化C．在中性或弱碱性条件下，谷氨酸棒状杆菌才能通过代谢积累谷氨酸D．发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身【答案】B【详解】A、微生物在固体培养基表面或内部生长，可以形成肉眼可见的菌落，因此通常使用固体培养基分离获得谷氨酸棒状杆菌单菌落，A正确；B、在发酵过程中，要及时添加必需的营养组分，要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件，因此需要监控发酵过程的营养供给、氧气、温度及pH等变化，B错误；C、谷氨酸的发酵生产：在中性和弱碱性条件下，谷氨酸棒状杆菌才能通过代谢积累谷氨酸，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；D、发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身，D正确。故选B。要点归纳1．发酵工程的基本环节提醒发酵工程操作中的几个注意事项(1)发酵工程所用菌种分为已有的常规菌种和改造菌种。一般都是使用保存于冷冻管或冰箱中的斜面菌种，正式使用前先转接到新鲜斜面培养基上活化后，再用于扩大培养。(2)发酵过程监控和发酵条件控制直接会影响产品的质量和产量。一方面要随时检测培养液中微生物数量、产物浓度以了解发酵进程；另一方面要及时添加必备的营养组分来延长菌体生长稳定期的时间，以便得到更多的发酵产物；同时要严格控制温度、pH、溶解氧等发酵条件，来保证产品的产量和质量。(3)发酵产品的分离、提纯要根据产品类型选择不同方法，若发酵产品是菌体本身，可采用过滤、沉淀等方法；若发酵产品是代谢物，需要根据代谢物的性质采用蒸馏、萃取、离子交换等方法。2、发酵工程的应用具体应用成果在食品工业上的应用生产传统的发酵产品利用霉菌发酵生产酱油、利用酿酒酵母生产各种酒类生产各种各样的食品添加剂利用黑曲霉发酵生产柠檬酸、利用谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸生产酶制剂利用微生物发酵生产淀粉酶、果胶酶、脂肪酶和氨基肽酶等在医药工业上的应用通过工程菌生产药物利用工程菌发酵生产生长激素释放抑制激素通过改造菌种生产药物通过诱变的青霉菌发酵生产青霉素在农牧业上的应用生产微生物肥料利用根瘤菌和固氮菌生产的根瘤菌肥、固氮菌肥生产微生物农药利用苏云金杆菌防治多种农林虫害、利用白僵菌防治玉米螟和松毛虫生产微生物饲料利用淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液通过发酵获得大量微生物菌体用于饲料生产在其他方面的应用解决资源短缺和环境污染问题利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯对极端微生物的利用利用嗜热菌、嗜盐菌生产洗涤剂3.（1）啤酒发酵的工业化生产流程及操作目的(2)啤酒发酵的过程及内容(3)“精酿”啤酒与“工业”啤酒的区别1．利用发酵工程生产蓝莓酒需经过“清洗破碎→酶解→过滤→调整成分→接种→主发酵→倒灌过滤→后发酵→消毒→终止”等主要环节。下列叙述错误的是（

）A．酶解环节需要添加果胶酶和纤维素酶并控制酶解温度B．调整成分时按比例添加蔗糖可以提高果酒的酒精含量C．接种前需要对基因工程获得的高产菌株进行扩大培养D．主发酵和后发酵均需要密闭，且保持温度在35℃左右【答案】D【详解】A、在果浆中添加果胶酶和纤维素酶可以酶解细胞壁，增加细胞内容物的释放，酶的活性受到温度的影响，所以酶解环节需要控制酶解温度，A正确；B、微生物发酵过程中利用蔗糖产生酒精，所以调整成分时按比例添加蔗糖可以提高果酒的酒精含量，B正确；C、需要对基因工程获得的高产菌株进行扩大培养，增加基因工程高产菌株的数量，C正确；D、在生产过程中，一般利用酵母菌发酵产生酒精，主发酵前的阶段进行通气，使酵母菌进行有氧呼吸，促进微生物大量繁殖，后发酵阶段需要密闭，促进酵母菌进行无氧呼吸产生酒精，酵母菌的适宜生长温度是18~30℃，D错误。故选D。2．醋酸菌在缺少糖源时可将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为醋酸，醋酸菌可用于制作各种风味的醋。关于醋的工业化生产过程，下列说法错误的是（

）A．发酵罐内的培养液不宜采用葡萄糖作为碳源B．选育得到的高产醋酸菌需扩大培养才能接种到发酵罐C．可通过深层通气液体发酵技术提高醋的产量D．发酵设备和培养液都必须经过严格的灭菌【答案】A【详解】A、醋酸菌在糖源充足的情况下能将糖分解成醋酸，故可采用葡萄糖作为发酵培养液的碳源，A错误；B、工业发酵罐的体积一般很大，需要接入的菌种总体积也多，所以接入发酵罐前还需要对菌种进行扩大化培养，B正确；C、醋酸菌为需氧型生物，深层通气液体发酵可保证氧气供应，使醋酸菌迅速生长繁殖，产生代谢产物醋酸，从而提高醋的产量，C正确；D、发酵工程所用的菌种，大多是单一菌种，一旦有杂菌污染可能导致产量大大降低，所以发酵设备和培养液均需要经过严格灭菌，D正确。故选A。3．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【答案】D【详解】A、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；B、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；C、黑曲霉是真核生物，C错误；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，D正确。故选D。4．镇江陈醋具有“色、香、酸、醇、浓”之特色，其主要工艺流程如下图。相关叙述正确的是（

）

A．作为工业生产，镇江陈醋的酿制过程需要做到严格无菌B．“淋饭”有助于提高发酵原料的透气性，有助于霉菌的糖化等过程C．接种醋酸菌后的固态发酵需要“翻缸”，主要目的是抑制杂菌D．后发酵时间越长，醋体中风味物质的不断堆积导致醋品更佳【答案】B【详解】A、参与果醋制作的微生物是醋酸菌，传统发酵技术是通过控制某些条件抑制其他微生物的繁殖，做不到严格无菌，A错误；B、“淋饭”有助于提高发酵原料的透气性，为霉菌的糖化等过程提供氧气，B正确；C、醋酸发酵过程中利用的微生物是醋酸菌，发酵需要充足的氧气，所以“翻缸”目的是提供氧气，C错误；D、后发酵时间不能太长，需要适宜，发酵时间越长，可能会产生其他有害的物质或者滋生其他杂菌，D错误。故选B。5．黑啤因其营养成分丰富、口感纯正，备受人们青睐，享有“黑牛奶”的美誉。黑啤的酿造工艺流程如下图。相关叙述错误的是（）A．不同品种的啤酒特性与酵母菌的品种密切相关B．麦汁煮沸的主要目的是杀菌和终止相关酶的作用C．发酵过程中发酵液的密度有所减小、pH有所降低D．罐装前通常采用巴氏消毒法杀死啤酒中全部微生物【答案】D【详解】A、不同种类的酵母具有不同的发酵能力和风味特点，A正确；B、麦汁煮沸的主要目的是使淀粉酶失活，终止酶的进一步作用，并对糖浆杀菌，B正确；C、发酵程度的加深，培养基中的营养成份逐渐被消耗，培养液中营养成份的浓度降低，其液体密度自然就下降了，由于发酵过程中细胞呼吸会产生CO2，溶于发酵液会降低发酵液的pH，C正确；D、罐装前用巴氏消毒法杀死啤酒中大多数微生物，延长它的保存期，D错误。故选D。6．啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成，发酵工程的主要流程如图所示，其中糖化主要是将麦芽中的淀粉等有机物水解为小分子。下列关于啤酒发酵的叙述正确的是（

）A．破碎有利于淀粉酶与淀粉充分接触，提升反应速率B．发酵工业生产中酵母菌需在持续通氧条件下进行发酵C．在大规模的发酵生产中，将优良菌种直接接种到发酵罐D．当发酵液中酒精浓度约75%方可通过真空发酵来提取酒精【答案】A【详解】A、破碎有利于淀粉酶与淀粉充分接触，提升反应速率，A正确；B、在酿造啤酒过程中，酵母菌开始进行有氧呼吸繁殖增加数量，后酵母菌进行无氧呼吸产生酒精，所以不能持续通氧，B错误；C、在大规模的发酵生产中，将优良菌种扩大培养达到一定数量后接种到发酵罐，C错误；D、酵母菌在发酵液的酒精达到11．4%时不能再产生酒精，D错误。故选A。7．在利用传统发酵技术制作发酵食品的过程中，控制发酵条件至关重要。下列相关叙述正确的是（

）①传统发酵以混合菌种的固体发酵及半固体发酵为主②制作果酒的葡萄汁不宜超过发酵瓶体积的2/3③制作泡菜的盐水要淹没全部菜料④向泡菜坛盖边沿的水槽中注满水，以形成内部无菌环境⑤制作醋时经常翻动发酵物的主要目的是控制发酵温度A．①②③ B．②③④ C．②③⑤ D．①②③④⑤【答案】A【详解】①传统发酵以混合菌种的固体发酵和半固体发酵为主，①正确；②制作果酒的葡萄汁不宜超过发酵瓶体积的2/3，是为了发酵初期让酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖，同时为了防止发酵过程中发酵液溢出，②正确；③制作泡菜的盐水要淹没全部菜料，以保证乳酸菌进行无氧呼吸，③正确；④向泡莱坛盖边沿的水槽中注满水形成内部无氧环境，不能创造无菌环境，④错误；⑤醋酸发酵过程中利用了醋酸菌的有氧呼吸，在发酵过程中经常翻动发酵物，有利于散热，但不能控制发酵温度，⑤错误；①②③正确，即A正确。故选A。8.塑料制品方便人们生活的同时，也造成了短时期难以降解的“白色污染”。塑料制品的主要成分为聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）等，研究人员欲比较大肠杆菌YT1和芽孢杆菌YP1两类细菌降解PE[化学式为（C2H4）n]的能力。分组及实验结果如表所示。培养基及接种菌株培养基1培养基2单独培养并接种YT1单独培养并接种YP1降解圈（直径D/mm）3.51.8下列叙述正确的是（

）A．配制的培养基为液体，有利于细菌充分吸收营养物质B．PE是培养基中的唯一碳源，否则无法比较两者的降解能力C．芽孢杆菌YP1对PE的降解能力比大肠杆菌YT1强D．筛选得到的菌株可直接用于治理“白色污染”【答案】B【详解】A、要在培养基上形成降解圈，故配制的培养基为固体培养基，A错误；B、要比较两类细菌降解PE的能力，应以PE为培养基中的唯一碳源，B正确；C、大肠杆菌YT1在培养基上形成的降解圈明显大于芽孢杆菌YP1的降解圈，故大肠杆菌YT1降解PE的能力更强，C错误；D、筛选得到的菌株用来治理PE造成的污染问题时，还要考虑菌株大量繁殖是否会产生对环境有害的代谢产物、是否会对环境产生二次污染等问题，D错误。故选B。9．我国是酱油生产最早的国家。制曲是酱油生产的重要工序之一，其主要目的是给米曲霉创造最佳条件，使其生长繁殖并分泌和积累相应的酶，制曲设备示意图如下。下列叙述错误的是（

）

A．鼓风机应不断通入经过滤的新鲜空气B．酶及微生物的种类和数量是鉴定成曲质量的指标C．将曲料摊铺在帘架上有利于控制微生物生长的温度D．该制曲过程主要的发酵产物是葡萄糖、乙醇、乳酸等物质【答案】D【详解】A、米曲霉的代谢类型是异养需氧型，因此鼓风机应不断通入经过滤的新鲜空气，A正确；B、发酵的主要目的是使米曲霉充分生长繁殖并分泌和积累相应的酶，所以酶及微生物的种类和数量是鉴定成曲质量的指标，B正确；C、微生物的生长需要适宜的温度，曲料摊铺在帘架上可以及时散热，有利于控制微生物生长的温度，C正确；D、葡萄糖使发酵的底物，不是产物，D错误。故选D。10．利用菠萝蜜制作果醋的大致流程为：先在灭菌的果肉匀浆中接种酵母菌，发酵6天后，再接入活化的醋酸杆菌，发酵5天。下列有关叙述错误的是（）A．实验中菌体的密度检测可用抽样检测的方法，并用显微镜直接计数B．乙醇作为醋酸发酵的底物，产生醋酸的同时会产生大量二氧化碳C．酵母菌和醋酸杆菌发酵过程中控制通气的情况不同D．接入醋酸杆菌后，应适当升高发酵温度【答案】B【详解】A、酵母菌属于单细胞真菌，实验中菌体的密度检测可用抽样检测的方法，并用显微镜直接计数，A正确；B、乙醇作为醋酸发酵的底物，可与氧气发生反应产生醋酸和水，不会产生二氧化碳，B错误；C、酵母菌发酵过程中先通气使其大量繁殖，再密闭（无氧）发酵产乙醇；醋酸杆菌为好氧菌，需持续通入无菌氧气，C正确；D、酵母菌最适宜生长繁殖的温度范围是18～30℃，而醋酸杆菌的最适生长温度为30～35℃，酵母菌适宜温度低于醋酸杆菌最适温度，果酒发酵结束接入醋酸杆菌后，应适当升高发酵温度，D正确。故选B。11．（多选）江西省渼陂古村酱油酿造历史悠久，《光绪吉安府志》记载：“酱油……惟渼陂所出最上，诸邑不及”。渼陂酱油主要利用米曲霉，其生产工艺流程如下图所示，下列叙述正确的是（

）

A．古代生产的渼陂酱油是发酵工程的产物 B．蒸熟大豆后冷却可避免高温杀死米曲霉C．加入食盐水可起到抑制杂菌污染的作用 D．抽油得到的生酱油是米曲霉纯培养的产物【答案】BC【详解】A、古代生产的漾陂酱油属于传统发酵技术，不是采用现代的发酵工程，A错误；B、大豆蒸熟后冷却到常温再制曲，是为了防止高温杀死米曲霉，B正确；C、发酵后期加入食盐水，造成高渗环境，能使微生物渗透失水而死，起到抑制杂菌污染的作用，C正确；D、制作酱油的主要菌种有米曲霉、酵母菌和乳酸菌等，所以抽油得到的生酱油不是米曲霉纯培养的产物，故D错误。故选BC。12．（多选）嗜盐单胞菌是一类嗜盐微生物，能够在高pH、高盐和高温等极端条件下生长。聚羟基脂肪酸酯(PHA)是由微生物利用多种碳源发酵产生的高分子聚酯的总称，它具有类似于合成塑料的物化特性及合成塑料所不具备的生物可降解性等许多优秀性能。下图为实验室利用嗜盐单胞菌生产PHA的工艺流程，下列说法正确的是（

）A．使用嗜盐单胞菌能够节约淡水资源，还能建立抗杂菌污染的开放式发酵系统B．实验室用嗜盐单胞菌发酵产生PHA时，需要提供无氧等发酵条件C．发酵过程中，要及时添加必需的营养组分，严格控制温度等发酵条件D．可在发酵结束之后，采用过滤和沉淀等方法将PHA从发酵液中分离出来【答案】AC【详解】A、嗜盐单胞菌是一类嗜盐微生物，能够在高pH、高盐和高温等极端条件下生长，所以使用嗜盐单胞菌能够节约淡水资源，即便在没有灭菌的情况下也很难感染杂菌，A正确；B、图示用嗜盐单胞菌发酵产生PHA时有提供空气，所以提供的是有氧发酵等条件，B错误；C、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。发酵过程中除了要了解发酵进程外，还要及时添加必需的营养组分，要严格控制温度、pH和溶解氧与转速等发酵条件，C正确；D、PHA是嗜盐单胞菌的代谢产物，在发酵后应采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品，采用过滤、沉淀等方法得到的是菌体，不符合题意，D错误。故选AC。13．酵母的蛋白质含量可达自身干重的一半，可作为饲料蛋白的来源，有些酵母可以利用工业废甲醇作为碳源进行培养，这样即可减少污染又可以降低生产成本。研究人员拟从土壤样品中分离该类酵母，并进行大量培养。图为操作流程，请回答下列问题：(1)配置培养基时，按照培养基配方准确称量各组分，将其溶解，定容后分装前，需要，分装后对培养基进行灭菌。(2)取步骤②中不同梯度的稀释液加入标记好的无菌培养皿中，在步骤③中将温度约（选填“25°C”“50°C”或“80°C”）的培养基导入培养皿混匀，冷凝后培养。(3)挑选平板中长出的单菌落，按步骤④进行划线，下列叙述合理的有_________（多选）A．为保证无菌操作，接种环使用前必须灭菌B．划线时应避免划破培养基表面，以免不能形成正常菌落。C．可以通过逐步提高培养基中甲醇的浓度，获得甲醇高耐受株D．挑选菌落时，应挑选多个菌落，分别测定酵母细胞中甲醇的含量传统发酵技术大大丰富了食物的品种，充分体现了劳动人们的智慧。酵母菌，醋酸菌，乳酸菌等都是传统发酵技术中重要的菌种。(4)下列关于传统发酵技术应用的叙述，正确的时_____A．利用乳酸菌制作酸奶过程中，先通气培养，后密封发酵B．利用酵母菌发酵制造果酒时应将发酵瓶装满发酵液，可以产生更多果酒C．果酒发酵时要不断通气氧气D．制造果醋时应将发酵瓶的进气口和出气口均打开，保证充足氧气(5)微生物参与发酵过程的有关叙述正确的是_________（多选）A．酵母菌，醋酸菌，乳酸菌都属于原核生物B．在糖源不充足时，醋酸菌可以利用乙醇在氧气充足条件下生产醋酸C．制作果酒，果醋和酸奶所需时间基本相同D．果酒发酵瓶内留有一定空间有利于酵母菌的繁殖(6)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，下列有关叙述错误的是A．发酵罐中的发酵是发酵工程的中心环节B．发酵罐在发酵前要进行灭菌，避免杂菌污染C．正常发酵过程中需要调控发酵罐内的温度，PH,营养物质浓度等指标D．发酵过程中要控制搅拌速度，不断增加溶解氧浓度，提高发酵效率，获得更多产物【答案】(1)调节PH高压蒸气(2)50°C倒置培养(3)ABC(4)D(5)BD(6)D【详解】（1）配制培养基的操作步骤为称量→溶化→定容→调pH→培养基的分装→包扎→灭菌，因此微生物的培养基配制好后应该先调节pH，再分装。常见的灭菌方法有：干热灭菌、高压蒸汽灭菌、灼烧灭菌。培养基适宜用高压蒸汽灭菌法进行灭菌。（2）步骤③的平板浇注法是将灭菌后的培养基冷却至45~50℃，倒入含有不同稀释液的无菌培养皿中，混匀，凝固，冷凝后倒置培养。（3）A、在划线过程中，接种针、接种环使用前都必须灭菌，以防止杂菌污染，A正确；B、划线时应避免划破培养基表面，否则将不能形成正常菌落，B正确；C、培养基中的甲醇浓度越高，此种培养基中得以生存的酵母菌利用甲醇的能力越强，因此可以通过逐步提高培养基中甲醇的浓度，获得甲醇高耐受株，C正确；D、该实验的目的是获得利用工业废甲醇作为碳源的酵母菌，不需要测定酵母菌中的甲醇含量，D错误。故选ABC。（4）A、乳酸菌是一种严格的厌氧菌，有氧气存在时，其发酵会受到抑制，因此利用乳酸菌制作酸奶的过程中，应一直处于密闭状态，否则会导致发酵失败，A错误；B、酵母菌是兼性厌氧菌，果酒发酵瓶内留有一定空间有利于酵母菌的繁殖，B错误；C、果酒发酵时刚开始要通氧气使酵母菌大量繁殖，后续进行无氧发酵，C错误；D、参与果醋制作的是醋酸菌，醋酸菌是一种好氧菌，只有当氧气充足的时候才能进行旺盛的生理活动，同时会产生二氧化碳，所以制造果醋时应将发酵瓶的进气口和出气口均打开，D正确。故选D。（5）A、酵母菌是真核生物，A错误；B、在糖源不充足时，醋酸菌可以利用乙醇在有氧条件下生产醋酸，B正确；C、制作果酒的时间一般为10～12d，制作果醋的时间一般为7～8d，而制作腐乳的时间较长，C错误；D、酵母菌是兼性厌氧菌，果酒发酵瓶内留有一定空间有利于酵母菌的繁殖，D正确。故选BD。（6）A、发酵工程的中心环节为发酵罐中的发酵，A正确；B、发酵要避免杂菌污染，严格进行无菌操作，所以发酵前发酵罐要进行灭菌，B正确；C、发酵过程中需要调控发酵罐内的温度，PH，营养物质浓度等发酵条件，C正确；D、乙醇是酵母菌无氧呼吸的产物，因此分解过程中不需要通入空气，D错误。故选D。14．啤酒是以大麦芽、啤酒花、水为主要原料，经酵母发酵作用酿制而成的饱含二氧化碳的低酒精度酒。啤酒中的低分子糖和氨基酸很容易被吸收利用，在体内产生大量的热量，被称为“液体面包”。图1是啤酒生产工艺流程简图。(1)图中焙烤的目的是降低麦芽水分，并，然后去根制成成品麦芽。将粉碎的麦芽等原料用温水分别在糊化罐、糖化罐中混合，调节温度以制造麦汁，加水糊化之前粉碎成品麦芽的目的是。(2)发酵罐内的发酵是发酵工程的中心环节。麦汁冷却后再加入啤酒酵母使其发酵，冷却的目的是。在发酵过程中，要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；并及时添加必需的营养物质组分，其目的是；还要严格控制等发酵条件（至少写出3个），以获得所需的发酵产物。(3)现代发酵工程使用的大型发酵罐均具有计算机控制系统，能使发酵全过程处于最佳状态，图2为发酵罐示意简图。发酵过程有机物分解释放的能量会引起发酵罐温度升高，常用冷却水对发酵罐进行温度的调节，冷却水进入口和排出口分别是（填图2中的标号，下同）。酵母菌酒精发酵过程中要“先通气后密封”，通过空气入口