2020-2021年新教材高中生物第1章發(fā)酵工程3發(fā)酵工程及其應(yīng)用學(xué)案+練習(xí)含解析新人教版選擇性必修3

第3節(jié)發(fā)酵工程及其應(yīng)用

1.運用分析與綜合的科學(xué)思維.概述從傳統(tǒng)發(fā)酵到現(xiàn)代發(fā)酵工

程的發(fā)展方程.認同發(fā)醉「程的發(fā)展離不開科技進步。(科學(xué)

思維社會責(zé)任)

3.2.2闡明發(fā)酵工程利用現(xiàn)代T.程技術(shù)

2.運用分析與綜合、演繹與推理等科學(xué)方法.說明發(fā)醉「.程的基

及微生物的特定功能.工業(yè)化生產(chǎn)人類所

本環(huán)節(jié)和對發(fā)醉條件的控制.(科學(xué)思維科學(xué)探究)

需產(chǎn)品

3.基于發(fā)酵工程在食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用實

3.1.3舉例說明發(fā)酵工程在醫(yī)藥、食品及

例.舉例說明發(fā)酵工程的特點和應(yīng)川價值。(科學(xué)思維社會

其他工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上有重要的應(yīng)用價值

責(zé)任)

4.基于發(fā)醉「程的基本環(huán)節(jié)和應(yīng)用實例.闡明發(fā)醉「程的概念。

(科學(xué)思維)

必備知識?素養(yǎng)奠基

一、發(fā)酵工程的概念和基本環(huán)節(jié)

1.發(fā)酵工程的概念：

(1)過程:利用微生物的特定功能,通過現(xiàn)代工程技術(shù),規(guī)?；a(chǎn)對人類有用的產(chǎn)品。

(2)范圍:它涉及菌種的選育和培養(yǎng)、產(chǎn)物的分離和提純等方面。

2.發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)：

(1)基本環(huán)節(jié)：

(2)選一選:下列關(guān)于發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)的描述正確的是領(lǐng)⑤

①用于發(fā)酵工程的菌種應(yīng)該具備優(yōu)良性狀,并且只能從自然界中篩選。

②在進行發(fā)酵前,需要對選育的菌種進行擴大培養(yǎng)。

③發(fā)酵工程所用的菌種大多是單一菌種，所以沒有必要進行嚴格的滅菌。

④發(fā)酵工程所用的培養(yǎng)基是液體培養(yǎng)基。

⑤在發(fā)酵過程中要隨時進行檢測，還需要對發(fā)酵條件進行嚴格的控制。

⑥發(fā)酵結(jié)束后即可得到發(fā)酵產(chǎn)品。

?激疑

現(xiàn)代發(fā)酵工程和傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)所用菌種的來源有什么差異？

提示:傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)用的菌種一般是原材料中天然存在的多種菌種，而現(xiàn)代發(fā)酵工程用的菌種

是通過微生物培養(yǎng)技術(shù)獲得的單一菌種。

3.發(fā)酵裝置：

1.特點：

(1)生產(chǎn)條件溫和。

(2)原料來源豐富且價格低廉。

(3)產(chǎn)物專一。

(4)廢棄物對環(huán)境的污染小和容易處理。

?激疑

為什么發(fā)酵工程的生產(chǎn)條件比較溫和？

提示:發(fā)酵是利用微生物的代謝將原料進行轉(zhuǎn)化,而微生物細胞代謝是在常溫常壓條件下進行

的，因此發(fā)酵工程的生產(chǎn)條件比較溫和。

2.在食品工業(yè)上的應(yīng)用：

(1)生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品。

①優(yōu)點:能明顯提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。

②實例:

霉菌》淋逸

a.大豆中的蛋白質(zhì)蛋白酶”肽和氨基酸調(diào)蒲醬油

b.啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程：

作等'主要原料：大麥和水

作用：侏故淀粉珠

加熱殺死種子胚

但不使淀松峰失活廣L誓

I碾福將干燥的麥芽碾磨成麥芽粉

ZEr設(shè)備:糖化罐

啤埠花?糖.

產(chǎn)生風(fēng)味組分隨冬

酵母菌

并對糖漿滅菌冷卻

J主發(fā)酵階段：糖一“酒精和g

|贏

后發(fā)醉階段：依■溫.窗閉環(huán)境儲存.

過濾便降酒灌清.成熟

|消泉作用/殺死啤酒中的大多數(shù)微生物,

I延長啤酒的保薦期

過濾.調(diào)節(jié).分裝啤酒進行出售

(2)生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑:酸度調(diào)節(jié)劑、增味劑、著色劑、增稠劑、防腐劑等。

(3)生產(chǎn)醛制劑:在食品工業(yè)中,經(jīng)常用到一些酶制劑，如a-淀粉酶、B-淀粉酶、氨基肽酶和

脂肪酶等。

?激疑

有人認為食品添加劑都是有害的，這種想法對嗎?為什么？

提示:不對。食品添加劑可以增加食品的營養(yǎng)，改善食物的口味等，只要符合國家標準，并不會

對人體產(chǎn)生傷害。

3.在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用：

(1)發(fā)酵工程可以生產(chǎn)抗生素、氨基酸、激素和免疫調(diào)節(jié)劑等。

(2)基因工程與發(fā)酵技術(shù)相結(jié)合生產(chǎn)所需要的產(chǎn)品。

植物或動差旦建

物的基因--------"微生物——

轉(zhuǎn)移

發(fā)

酵

直接改造菌種——工一產(chǎn)品

程

疫苗

微Zilif-生fl-i物li-----

4.在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用：主要表現(xiàn)在生產(chǎn)微生物肥料、微生物農(nóng)藥、微生物飼料等方面。

5.在其他方面的應(yīng)用：

(1)對解決資源與處境污染問題具有重要意義。

(2)極端微生物的應(yīng)用。

(3)發(fā)酵工程滲透到幾乎所有的工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。

關(guān)鍵能力?素養(yǎng)形成

知識點一發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)

1.選育菌種：

(1)常用菌種:主要是細菌、放線菌、酵母菌和霉菌等。

⑵菌種特點：

①對周圍環(huán)境的溫度、滲透壓、酸堿度等條件有極大的適應(yīng)能力。

②有極強的消化能力。

③有極強的繁殖能力。

(3)選育方法：

①從自然界中篩選出優(yōu)良菌種。

②利用誘變育種篩選出符合生產(chǎn)要求的優(yōu)良菌種。

③利用基因工程、細胞工程的方法對菌種的遺傳特性進行定向改造,構(gòu)建出能生產(chǎn)相應(yīng)產(chǎn)品的

菌種。

2.擴大培養(yǎng):在進行接種前,要進行擴大培養(yǎng)。

(1)目的:增加菌種的數(shù)量,縮短生產(chǎn)周期。

(2)方法:將培養(yǎng)到生長速度最快時期的菌體分開,再進行培養(yǎng)。

3.配制培養(yǎng)基：

(1)類型：發(fā)酵工程一般使用液體培養(yǎng)基。

(2)要求:

①根據(jù)不同的菌種,選擇不同的材料配制培養(yǎng)基。

②培養(yǎng)基應(yīng)滿足微生物在碳源、氮源、生長因子、水、無機鹽等方面的營養(yǎng)要求，并為微生物

提供適宜的pH,以利于產(chǎn)物的合成。

③應(yīng)盡量降低生產(chǎn)成本，以得到更高的經(jīng)濟效益。

4.滅菌和接種:在發(fā)酵前對培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備進行嚴格的滅菌處理,接種過程中要注意防止雜

菌污染。

5.發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵——發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)：

計算機控制系統(tǒng)

監(jiān)測控制

【特別提醒】通過發(fā)酵罐對發(fā)酵條件進行控制

(1)溫度:通過發(fā)酵罐上的溫度傳感器和控制裝置進行監(jiān)測和調(diào)整。

(2)溶解氧:通過通氣量和攪拌速度加以調(diào)節(jié)。

(3)pH:通過加料裝置添加酸或堿進行調(diào)節(jié),也可以在培養(yǎng)基中添加pll緩沖液。

6.分離、提純產(chǎn)物，獲得發(fā)酵產(chǎn)品：

發(fā)酵產(chǎn)品分離提純方法

微生物細胞過濾、沉淀將菌體分離和干燥

代謝物蒸鐳、萃取、離子交換等方法

【特別提醒】關(guān)于發(fā)酵罐使用的三點提醒

(1)發(fā)酵罐在使用前要進行滅菌，培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備一般用蒸汽滅菌,空氣采用過濾的方法除

菌。

(2)對于需氧發(fā)酵，為了防止雜菌污染，應(yīng)該從空氣入口通入無菌空氣。

⑶攪拌的作用：

a.使空氣和發(fā)酵液充分混合,增加培養(yǎng)液中的溶解氧；

b.使菌種與培養(yǎng)液充分接觸,提高原料利用率。

*素養(yǎng)案例

如圖所示是發(fā)酵工程生產(chǎn)產(chǎn)品的流程圖,據(jù)圖回答下列問題:

④代謝物

產(chǎn)品

(1)發(fā)酵工程中,選育優(yōu)良性狀的菌利1至關(guān)重要。高產(chǎn)青霉素菌種是通過育種獲得

的，啤酒酵母菌是通過改造的。

(2)圖中①表示,這樣做的目的是。

(3)③表示,是整個過程的中心環(huán)節(jié),在此階段需隨時取樣、檢測、

等，以了解發(fā)酵進程,還要及時添加,同時嚴格控制

等發(fā)酵條件。

(4)④表示,發(fā)酵結(jié)束后可采用等方法獲得產(chǎn)品。

【解題導(dǎo)引】解答本題的兩個關(guān)鍵點：

(1)發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié):菌種的選育和擴大培養(yǎng),培養(yǎng)基的配制，滅菌，接種，發(fā)酵，產(chǎn)品的分

離提純。

(2)發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié):發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵。

【解析】(1)高產(chǎn)青霉素菌種是通過誘變育種獲得的，啤酒酵母菌是通過基因工程改造的。(2)

圖中①表示擴大培養(yǎng)，目的是增加菌種的數(shù)量，縮短生產(chǎn)周期。(3)③是整個過程的中心環(huán)節(jié)一

一發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵，在此階段需隨時取樣、檢測微生物數(shù)量、產(chǎn)物濃度等，以了解發(fā)酵進程。隨

著發(fā)酵進行,培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質(zhì)減少,還要及時添加必需的營養(yǎng)組分，同時嚴格控制溫度、而

和溶解氧等發(fā)酵條件。(4)④是發(fā)酵工程產(chǎn)品微生物細胞(菌體)，發(fā)酵結(jié)束后可采用過濾、沉

淀等方法將菌體分離和干燥。

答案：(1)誘變基因工程

(2)擴大培養(yǎng)增加菌種的數(shù)量，可以縮短生產(chǎn)周期

(3)發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵微生物數(shù)量產(chǎn)物濃度必需的營養(yǎng)組分溫度、pH和溶解氧

(4)微生物細胞(菌體)過濾、沉淀

【誤區(qū)警示】菌種的選育和培養(yǎng)常見誤區(qū)

(1)誤認為高產(chǎn)青霉素菌種是通過基因工程獲得的：高產(chǎn)青霉素菌種是通過誘變育種獲得的。

(2)易弄錯增加菌種數(shù)量的方法:獲得優(yōu)良菌種后,為了縮短生產(chǎn)周期，要進行擴大培養(yǎng)來增加

菌種數(shù)量。

【素養(yǎng)?探究一一母題追問】

(1)科學(xué)思維——分析與推理

發(fā)酵過程中為什么要控制發(fā)酵條件？

提示:發(fā)酵條件會影響微生物的生長繁殖和代謝物的形成。

⑵科學(xué)探究——結(jié)果評價

在谷氨酸發(fā)酵中產(chǎn)物是什么?它屬于代謝物嗎？

提示:谷氨酸發(fā)酵產(chǎn)物是谷氨酸棒狀桿菌產(chǎn)生的谷氨酸,是細胞代謝物。

【素養(yǎng)?遷移】

(2018?江蘇高考)某高校采用如圖所示的發(fā)酵罐進行葡萄酒主發(fā)酵過程的研究,下列敘述錯誤

的是()

A.夏季生產(chǎn)果酒時,常需對罐體進行降溫處理

B.乙醇為揮發(fā)性物質(zhì)，故發(fā)酵過程中空氣的進氣量不宜太大

C.正常發(fā)酵過程中罐內(nèi)的壓力不會低于大氣壓

D.可以通過監(jiān)測發(fā)酵過程中殘余糖的濃度來決定何時終止發(fā)酵

【解析】選B。果酒發(fā)酵過程中會放出熱量使罐體溫度上升，故需對發(fā)酵罐進行降溫處理,A項

正確；乙醇雖然為揮發(fā)性物質(zhì)，但其能溶于水,而且酒精發(fā)酵為無氧呼吸,發(fā)酵過程中不需進

氣,B項錯誤;發(fā)酵過程中有CO2產(chǎn)生，所以罐內(nèi)壓力不會低于大氣壓,C項正確;發(fā)酵程度可以通

過監(jiān)測發(fā)酵液中殘余糖的濃度來確定,D項正確。

知識點二發(fā)酵工程的應(yīng)用

1.發(fā)酵工程的應(yīng)用：發(fā)酵工程滲透到幾乎所有的工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。

(1)在食品工業(yè)上的應(yīng)用:生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品、食品添加劑和酶制劑。

(2)在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用:生產(chǎn)抗生素、氨基酸、激素、免疫調(diào)節(jié)劑和疫苗等。

(3)在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用：生產(chǎn)微生物肥料、微生物農(nóng)藥、微生物飼料等。

【特別提醒】啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)的五點提醒

(1)啤酒酵母菌:通過微生物培養(yǎng)技術(shù)篩選出的優(yōu)良菌種，在接種前進行擴大培養(yǎng)，縮短生產(chǎn)周

期。

(2)焙烤溫度不能過高,防止淀粉酶失活。

(3)蒸煮后的糖漿一定要冷卻后才能接種,防止高溫殺死酵母菌。

⑷發(fā)酵過程中注意控制好溫度、pH、通氣、發(fā)酵時間等。

(5)接種前要對發(fā)酵罐進行滅菌,接種時要進行無菌操作,防止雜菌污染。

2.發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的比較:

發(fā)酵工程傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)

通過微生物純培養(yǎng)技術(shù)篩選或其他

菌種技術(shù)生產(chǎn)的優(yōu)良菌種,大多是單一菌原材料中天然存在的混合菌種

種

發(fā)酵

液體發(fā)酵為主固體發(fā)酵或半固體發(fā)酵為主

方式

不對發(fā)

嚴格無菌操作，防止雜菌污染。通過不是無菌操作，容易受到雜菌污

同酵條

現(xiàn)代工程技術(shù)對發(fā)酵條件精確地控染。對發(fā)酵條件不能嚴格控制，

點件的

制，使發(fā)酵條件處于最佳狀態(tài)易受外界條件影響

控制

生產(chǎn)通常是家庭式或作坊式的,產(chǎn)量

生產(chǎn)規(guī)模大,實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。原

規(guī)模低,生產(chǎn)往往受季節(jié)和原料限制，

料來源豐富,成本低,產(chǎn)物多樣，產(chǎn)量

和產(chǎn)品風(fēng)味品種比較單一,質(zhì)量不

高

產(chǎn)品穩(wěn)定

①都是利用了微生物的作用

相同點

②發(fā)酵工程是在傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的

素養(yǎng)案例

啤酒是以糧食作物大麥為主要原料釀造的，如圖是某種啤酒的生產(chǎn)流程,回答下列問題。

清洗通空氣

分級發(fā)芽干燥

原料大麥——>浸麥——>綠麥芽——成品麥芽

粉

碎

添加酒花過濾

煮沸--------糖漿V------糊化液化糖化

?冷卻

主發(fā)酵-------?后發(fā)酵

成

熟

罐的清洗與消毒啤酒的澄清啤酒的包裝

⑴在釀造過程中需耍將大麥種子進行發(fā)芽處理,此過程的目的是

麥芽經(jīng)過焙烤、碾磨成O

⑵經(jīng)過糖化階段,麥芽中的淀粉、蛋白質(zhì)等大分子被分解成酵母菌可利用的可溶性小分子物

質(zhì)。糖化時溫度的變化通常是由低溫逐步升至高溫，以防止—

⑶在蒸煮階段,要將糖漿中加入啤酒花煮沸一定時間,不僅可以蒸發(fā)掉多余的水分,還可以起

到作用。

⑷在主發(fā)酵初期，往往先通入無菌空氣，目的是

之后進行密封發(fā)酵。酒精就是在密封發(fā)酵期間產(chǎn)生的，寫出反應(yīng)筒式

(5)經(jīng)過一段時間的后發(fā)酵，才能形成澄清、成熟的啤酒。后發(fā)酵期間糖類繼續(xù)發(fā)酵，促進啤酒

風(fēng)味的成熟。影響啤酒風(fēng)味的因素有、等。

【解題導(dǎo)引】解答本題需掌握以下三個關(guān)鍵知識：

(1)大麥種子發(fā)芽的目的:產(chǎn)生淀粉酶等。

(2)糖化的實質(zhì)：大分子物質(zhì)在酶的作用下,被分解成小分子物質(zhì)。

(3)酵母菌發(fā)酵的過程:前期有氧條件酵母菌的數(shù)量增加，后期無氧條件酵母菌進行酒精發(fā)酵。

【解析】(1)大麥種子發(fā)芽的目的是釋放淀粉酶、蛋白酶等多種酶。麥芽經(jīng)過焙烤、碾磨成麥

芽粉。

(2)糖化時由低溫逐步升至高溫，以防止麥芽中淀粉酶等因高溫而變性失活。

(3)在蒸煮階段,不僅可以蒸發(fā)掉多余的水分,還可以起到滅菌作用?

(4)在主發(fā)酵初期，需要通入無菌空氣，目的是增加酵母菌的數(shù)量,有利于密閉時獲得更多的酒

精產(chǎn)物,反應(yīng)簡式見答案。

(5)影響啤酒風(fēng)味的因素有酵母菌菌種、大麥品種、發(fā)酵時間、發(fā)酵溫度等。

答案：(1)釋放淀粉酶麥芽粉

(2)麥芽中淀粉醐等因高溫而變性失活

⑶滅菌

(4)有氧條件酵母菌進行出芽生殖,數(shù)量增加

酶

CMzCU—*2CJ150H+2C02+能量

(5)酵母菌菌種大麥品種發(fā)酵時間發(fā)酵溫度(寫兩種即可)

【素養(yǎng)?探究一一母題追問】

(1)科學(xué)思維——分析與綜合

在糖化階段,溫度低影響啤酒品質(zhì)，溫度高會使麥芽產(chǎn)生的淀粉酶等失活，你能想到什么方法

解決？

提示:可以在此階段使用發(fā)酵工程生產(chǎn)的耐高溫的淀粉的制劑。

(2)科學(xué)思維——分析與推理

發(fā)酵后的啤酒需要經(jīng)過消毒才能包裝銷售，請你利用所學(xué)知識,分析用什么方法對啤酒進行消

毒。

提示:為了保持啤酒的風(fēng)味,應(yīng)用巴氏(低溫)消毒法進行消毒。

【素養(yǎng)?遷移】

下列有關(guān)發(fā)酵工程應(yīng)用的說法錯誤的是()

A.發(fā)酵工程可以生產(chǎn)醬油、泡菜等傳統(tǒng)發(fā)酵食品

B.檸檬酸、乳酸等食品添加劑可以通過發(fā)酵工程生產(chǎn)

C.發(fā)酵工程可以生產(chǎn)多種藥物，但是不能生產(chǎn)疫苗

D.發(fā)酵工程生產(chǎn)的單細胞蛋白可以制作成微生物飼料

【解析】選C。發(fā)酵工程可以生產(chǎn)傳統(tǒng)發(fā)酵食品,A正確;檸檬酸、乳酸是通過發(fā)酵工程生產(chǎn)的

食品添加劑,B正確;科學(xué)家利用基因工程將病原體基因轉(zhuǎn)入微生物細胞,通過發(fā)酵工程可以生

產(chǎn)疫苗,C錯誤;單細胞蛋白可以制作成微生物飼料,D正確。

【補償訓(xùn)練】

以下不屬于發(fā)酵的是()

A.利用需氧型青霉菌生產(chǎn)青霉素

B.缺氧時人的組織細胞產(chǎn)生乳酸

C.利用酵母菌的無氧呼吸獲得酒

D.利用乳酸菌制作泡菜

【解析】選B。發(fā)酵是指通過微生物的代謝將原料轉(zhuǎn)化為人類所需要的產(chǎn)物的過程?？梢姡?/p>

用需氧型青霉菌生產(chǎn)青霉素、利用酵母菌的無氧呼吸獲得酒和利用乳酸菌制作泡菜,都屬于發(fā)

酵,而缺氧時人的組織細胞產(chǎn)生乳酸的過程則不屬于發(fā)酵,A、C、D均不符合題意,B符合題意。

【課堂回眸】

選育苗種和擴大培養(yǎng)

「配制培養(yǎng)基.滅制.接種

春黠親節(jié)_:發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵（中心環(huán)節(jié)）

發(fā)----------［分離提純產(chǎn)物

酵

工生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品

程

及食品工業(yè)［生產(chǎn)食品添加劑

其.生產(chǎn)酶制劑

應(yīng)

用生產(chǎn)抗生素、激素、氨基酸、

免疫調(diào)節(jié)劑等

醫(yī)藥工業(yè)（與基因工程結(jié)合生產(chǎn)藥物

發(fā)酵工程

-

的應(yīng)用生產(chǎn)微生物肥料

.農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)微生物農(nóng)藥

〔生產(chǎn)微生物飼料

、其他方面的應(yīng)用

課堂檢測?素養(yǎng)達標

【概念?診斷】

1.運用發(fā)酵工程可以生產(chǎn)多種產(chǎn)品,請分析下列關(guān)于發(fā)酵工程的敘述,正確的是

①防止雜菌入侵和獲得純凈的微生物培養(yǎng)物是發(fā)酵工程的重要基礎(chǔ)

②發(fā)酵工程最重要的環(huán)節(jié)是發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵

③青霉素有抗菌作用，即使生產(chǎn)青霉素的發(fā)酵過程中混入r雜菌，發(fā)酵也不受影響

④大型發(fā)酵罐有計算機控制系統(tǒng),能對發(fā)酵條件進行控制

⑤發(fā)酵工程不能生產(chǎn)傳統(tǒng)發(fā)酵食品

⑥發(fā)酵工程可以生產(chǎn)微生物農(nóng)藥

⑦發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)都是利用微生物的作用進行的發(fā)酵

【解析】選①②④⑥⑦。發(fā)酵工程常用單一菌種發(fā)酵，因此防止雜菌入侵和獲得純凈的微生物

培養(yǎng)物是發(fā)酵工程的重要基礎(chǔ),①正確;發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)是發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵過程,②正確;青

霉素的生產(chǎn)過程中混入了雜菌，雜菌分泌的青霉素酶會將青霉素分解，③錯誤;發(fā)酵罐有計算

機控制系統(tǒng),能對發(fā)酵過程中的各種條件進行監(jiān)測和控制,④正確;發(fā)酵工程能生產(chǎn)傳統(tǒng)發(fā)酵

食品，⑤錯誤;發(fā)酵工程可以生產(chǎn)微生物農(nóng)藥、微生物肥料、微生物飼料等，⑥正確;發(fā)酵工程

與傳統(tǒng)發(fā)酹技術(shù)的共同點都是利用微生物進行的發(fā)酹，⑦正確。

2.下列選項中不是發(fā)酵工程特點的是（）

A.原料來源豐富,價格低

B.產(chǎn)物專一,產(chǎn)量高

C.廢棄物對環(huán)境污染小,容易處理

D.生產(chǎn)條件需要高溫高壓

【解析】選D?發(fā)酵工程是運用微生物的功能進行的生產(chǎn),生產(chǎn)條件溫和，即在常溫常壓條件下

進行,D錯誤。

3.用發(fā)酵工程生產(chǎn)單細胞蛋白時，對產(chǎn)物進行分離提純時可采用的方法是（）

A.蒸儲、過濾B.過濾、沉淀

C.萃取、離子交換D.沉淀、萃取

【解析】選B。單細胞蛋白是微生物菌體，采用過濾、沉淀等方法將菌體進行分離和干燥。

【思維?躍遷】

4.下列關(guān)于發(fā)酵工程的說法,正確的是（）

A.人工誘變、細胞工程、基因工程等都可對微生物進行定向改造

B.環(huán)境條件的變化不僅影響微生物的生長繁殖,也會影響微生物的代謝

C.發(fā)酵罐中微生物的生長繁殖、代謝產(chǎn)物的形成都與攪拌速度無關(guān)

D.單細胞蛋白是從微生物細胞中提取出來的

【解析】選B。人工誘變導(dǎo)致基因突變是不定向的，細胞工程、基因工程是具有目的性的，故人

工誘變不能對微生物進行定向改造,A錯誤;環(huán)境條件的變化不僅影響微生物的生長繁殖，也會

影響微生物的代謝,B正確;攪拌可增加溶氧量,發(fā)酵罐中微生物的生長繁殖、代謝產(chǎn)物的形成

速度都與攪拌速度有關(guān),C錯誤;單細胞蛋白是指通過發(fā)酵獲得的大量的微生物菌體,D錯誤。

5.如圖是發(fā)酵工程常用的機械攪拌式發(fā)酵罐,是工業(yè)生產(chǎn)中最常用的發(fā)酵罐?；卮鹣铝袉栴}：

(1)1是培養(yǎng)物或營養(yǎng)物質(zhì)的,2是,4是,3是o

(2)5是,此裝置運轉(zhuǎn)時，既能使空氣和發(fā)酵液充分混合，增加培養(yǎng)液中的

,又能使菌種與培養(yǎng)液，提高原料利用率。但是在利用乳酸菌生產(chǎn)乳酸

時一般不用此裝置,這是因為

(3)若此裝置用于酒精發(fā)酵,在發(fā)酵過程中,pH,罐內(nèi)的壓力會。

(4)發(fā)酵罐在使用前要進行。

【解析】(1)分析此裝置,1是培養(yǎng)物或營養(yǎng)物質(zhì)的加入口，2是排氣管,4是冷卻水進入口，3是

空氣入口。(2)5是攪拌葉輪,作用是使空氣和發(fā)酵液充分混合,增加培養(yǎng)液中的溶解氧,使菌種

與培養(yǎng)液充分接觸,提高原料利用率。乳酸菌是厭氧型微生物,所以進行乳酸發(fā)酵不使用此裝

置。(3)在酒精發(fā)酵過程中，由于有二氧化碳產(chǎn)生，所以會導(dǎo)致pH下降，罐內(nèi)的壓力會增加。

(4)防止雜菌污染，發(fā)酵罐在使用前要進行滅菌。

答案：(1)加入口排氣管冷卻水進入口空氣入口

(2)攪拌葉輪溶解氧充分接觸乳酸菌是厭氧型微生物,發(fā)酵過程不需要氧氣(3)下降

增加⑷滅菌

【拓展?探究】

6.植物乳桿菌屬于乳酸菌的一利I在繁殖過程中可分泌一類具有抑菌活性的蛋白質(zhì),此種蛋白

質(zhì)稱為細菌素，作為重要的天然食品防腐劑在食品加工中有著廣泛應(yīng)用。現(xiàn)有兩種較高產(chǎn)細菌

素的菌株,菌株A產(chǎn)細菌素能力強于菌株B,但菌株A細胞中的細菌素合成途徑中缺少兩個重要

的調(diào)控基因plnC和plnD,而菌株B細胞中具有這兩個基因。研究人員按下圖所示流程對菌株

A和B進行改良，獲得了更高產(chǎn)細菌素的新型菌株C。

（1）從細胞結(jié)構(gòu)的角度分析,植物乳桿菌屬于生物,其進行合成細菌素等生命活

動所需的能量由呼吸提供。

（2）實驗發(fā)現(xiàn),植物乳桿菌對檸檬色葡萄球菌的抑菌效果最好,研究人員選擇檸檬色葡萄球菌

作為指示菌進行抑菌實驗，來比較菌株A、B、C的產(chǎn)細菌素能力。實驗步驟如下：

a.在平板培養(yǎng)基中涂布;

b.分別在平板的不同位置接種作為實驗組;對照組的處理是

c.培養(yǎng)一段時間后,觀察并比較抑菌圈大小。

預(yù)期結(jié)果為:O

（3）抗生素是由微生物產(chǎn)生的具有較強抑菌殺菌效果的小分子有機物。請結(jié)合所學(xué)知識及相關(guān)

信息,分析將細菌素而非抗生素用作食品防腐劑的優(yōu)勢。（答出一點即可）

【解析】（1）植物乳桿菌屬于乳酸菌的一種,屬于細菌,是原核生物；由于植物乳桿菌是厭氧性

細菌，故進行合成細菌素等生命活動所需的能量由無氧呼吸提供。

（2）植物乳桿菌對檸檬色葡萄球菌的抑菌效果最好,研究人員選擇檸檬色葡萄球菌作為指示菌

進行抑菌實驗,來比較菌株A、B、C的產(chǎn)細菌素能力，故應(yīng)該在平板培養(yǎng)基上涂布檸檬色葡萄

球菌菌液,分別在平板的不同位置接種A、B、C菌液的上清液（蘸取A、B、C菌液的濾紙片）作

為實驗組,接種等量無菌水（蘸取無菌水的濾紙片）作為對照組,觀察含有抑菌物質(zhì)的濾紙片周

圍的抑菌圈大小,預(yù)期結(jié)果為抑菌圈從大到小依次為C、A、B,對照組無抑菌圈。

（3）將細菌素而非抗生素用作食品防腐劑的優(yōu)勢為:與抗生素不同，細菌素的化學(xué)本質(zhì)是蛋白

質(zhì),被人體食用后可被胃蛋白酶等消化酶降解,不會被吸收進入人體內(nèi)，也不會破壞人體腸道

益生菌，排放入環(huán)境中的量少，因此一般情況下，具有無毒、無副作用、無殘留、少污染的優(yōu)點。

答案：（1）原核無氧（2）檸檬色葡萄球菌菌液A、B、C菌液的上清液（蘸取A、B、C菌液的

濾紙片）接種等量無菌水（蘸取無菌水的濾紙片）抑菌圈從大到小依次為C、A、B,對照組無

抑菌圈（3）無毒、無副作用、無殘留、少污染

四發(fā)酵工程及其應(yīng)用

基礎(chǔ)達標（20分鐘?70分）

一、選擇題（共7小題,每小題5分，共35分）

1.發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵時，一定要控制好發(fā)酵條件，下列說法錯誤的是（）

A.對溫度的控制可以通過發(fā)酵罐上的溫度傳感器和控制裝置進行監(jiān)測和調(diào)整

B.若是谷氨酸發(fā)酵需要將pH調(diào)至酸性

C.可以在培養(yǎng)基中添加緩沖液以維持發(fā)酵時pH的相對穩(wěn)定

D.對于需氧發(fā)酵通過調(diào)節(jié)通氣量和攪拌速度控制溶氧量

【解析】選B。發(fā)酵過程對溫度的控制是通過發(fā)酵罐上的溫度傳感器和控制裝置完成的,A正

確;谷氨酸發(fā)酵時,在中性或弱堿性條件會積累谷氨酸,在酸性條件下容易形成其他產(chǎn)物,因此

應(yīng)將pH調(diào)至中性或弱堿性,B錯誤。維持pH穩(wěn)定的方法是通過加料裝置添加酸或堿進行調(diào)節(jié),

或者在培養(yǎng)基中添加pH緩沖液,C正確;對溶解氧的控制是通過調(diào)節(jié)通氣量和攪拌速度,D正

確。

2.發(fā)酵工程與現(xiàn)代生物技術(shù)相結(jié)合,應(yīng)用范圍越來越廣泛。下列關(guān)于發(fā)酵工程應(yīng)用的描述錯誤

的是（）

A.運用發(fā)酵工程生產(chǎn)的傳統(tǒng)發(fā)酵食品，產(chǎn)量和質(zhì)量都得到了明顯的提高

B.大多數(shù)酶制劑都是通過發(fā)酵工程生產(chǎn)的

C.發(fā)酵工程生產(chǎn)的單細胞蛋白可以用作微生物肥料

D.基因工程、蛋白質(zhì)工程與發(fā)酵工程相結(jié)合大大降低了某些藥物的生產(chǎn)成本

【解析】選Q發(fā)酵工程實現(xiàn)了規(guī)?；纳a(chǎn),發(fā)酵過程對發(fā)酵條件嚴格控制,提高了產(chǎn)品的產(chǎn)

量和質(zhì)量,A正確;絕大多數(shù)醐制劑都是通過發(fā)酵工程生產(chǎn)的,B正確;單細胞蛋白可以用作微生

物飼料,而不是微生物肥料,C錯誤;基因工程、蛋白質(zhì)工程與發(fā)酵工程相結(jié)合提高了藥物的產(chǎn)

量,降低了藥物的生產(chǎn)成本,D正確。

3.漆酶屬于木質(zhì)降解酶類,在環(huán)境修復(fù)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域有著廣泛用途。如圖是分離、純化和

保存漆酶菌株的過程，相關(guān)敘述正確的是（）

A.生活污水中含有大量微生物,是分離產(chǎn)漆酶菌株的首選樣品

B.篩選培養(yǎng)基中需要加入漆酶的底物,通過菌落特征挑出產(chǎn)漆酶的菌落

C.在涂布平板上長出的菌落,再通過劃線進一步計數(shù)

D.斜面培養(yǎng)基中含有大量營養(yǎng)物質(zhì)，可在常溫下長期保存菌株

【解析】選B。生活污水中含有大量微生物，但不一定含有產(chǎn)漆酶的菌株,可能分離不出產(chǎn)漆酶

菌株,A錯誤;生活污水中含有大量微生物，將篩選培養(yǎng)基中加入漆酶的底物，通過菌落特征就

能挑出產(chǎn)漆酶的菌落,B正確;在涂布平板上長出的菌落，再通過劃線進一步純化,不是計數(shù),C

錯誤;斜面培養(yǎng)基中含有大量營養(yǎng)物質(zhì)，不能在常溫下保存,可在低溫下長期保存菌株,D錯誤。

4.下列關(guān)于發(fā)酵過程的描述,錯誤的是()

A.發(fā)酵過程中，微生物的生命活動會引起發(fā)酵溫度升高

B.發(fā)酵過程中要隨時檢測微生物數(shù)量和產(chǎn)物濃度

C.發(fā)酵過程中產(chǎn)生的廢棄培養(yǎng)液等能直接排放到環(huán)境中

D.啤酒的發(fā)酵過程中，酵母菌將糖類轉(zhuǎn)化為酒精和二氧化碳

【解析】選C。發(fā)酵過程中微生物分解有機物釋放能量，一部分用于合成ATP,另一部分散發(fā)到

培養(yǎng)基中時,會引起發(fā)酵溫度升高,A正確;發(fā)酵過程中要隨時檢測微生物數(shù)量和產(chǎn)物濃度，以

了解發(fā)酵進程,B正確;發(fā)酵過程中產(chǎn)生的廢棄培養(yǎng)液等會污染環(huán)境,不能直接排放到環(huán)境中,C

錯誤;啤酒的發(fā)酵過程中，酵母菌進行厭氧發(fā)酵,將糖類轉(zhuǎn)化為酒精和二氧化碳,D正確。

【互動探究】

(1)除了微生物代謝,還有哪些因素可以使發(fā)酵溫度升高？

提示:攪拌葉輪的機械攪拌，也會產(chǎn)生一部分熱量引起溫度升高。

(2)怎樣降低發(fā)酵罐的溫度？

提示:可以通過增加冷卻水的進水量，降低發(fā)酵罐的溫度。

5.“通州老窖”是以優(yōu)質(zhì)高粱、效曲、產(chǎn)脂酵母菌為原材料釀制出的一種白酒。以下相關(guān)敘

述正確的是()

A.水質(zhì)、菌種和發(fā)酵時間會影響酒的品質(zhì)

B.所用的菌種屬于生態(tài)系統(tǒng)中的消費者

C.可用平板劃線法測定發(fā)酵液中的菌種濃度

D.釀制過程必須進行嚴格的滅菌操作

【解析】選A。影響酒品質(zhì)的因素有很多，如水質(zhì)、菌種和發(fā)酵時間等,A正確;釀酒所用的菌

種屬于生態(tài)系統(tǒng)中的分解者,B錯誤;可用稀釋涂布平板法測定發(fā)酵液中的菌種濃度,C錯誤;釀

制過程不能進行滅菌,防止把酵母菌殺死而影響酒的產(chǎn)量,D錯誤。

6.發(fā)酵工程最重要的工作是選擇優(yōu)良的單一純種,消滅雜菌。獲得純種的方法不包括

()

A.根據(jù)微生物對碳源需求的差別,使用含有不同碳源的培養(yǎng)基

B.根據(jù)微生物需要生長因子的種類,在培養(yǎng)基中增減不同的生長因子

C.根據(jù)微生物遺傳組成的差異,在培養(yǎng)基中加入不同比例的核酸

D.根據(jù)微生物對抗生素敏感性的差異,在培養(yǎng)基中加入不同的抗生素

【解析】選C。根據(jù)微生物對碳源需求的差別，使用含有不同碳源的培養(yǎng)基可以選擇微生物種

類,能獲得純種,A不符合題意;在培養(yǎng)基中增減不同的生長因子的作用也是選擇微生物,B不符

合題意;根據(jù)微生物遺傳組成的差異,在培養(yǎng)基中加入不同比例的核酸（DNA和RNA）,它不會直

接影響到微生物自身的遺傳組成,即使被微生物利用，也是被分解為核甘酸后利用，所以培養(yǎng)

基中加入不同比例的核酸,不會對微生物起選擇作用,C符合題意;抗生素也可對生物起選擇作

用,D不符合題意。

7.發(fā)酵工程的一項關(guān)鍵措施是滅菌，關(guān)于滅菌的敘述正確的是（）

A.培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備均需要嚴格滅菌

B.滅菌是殺死培養(yǎng)基中的一切細菌和真菌

C.通入無菌空氣可以達到滅菌的目的

I）.pH調(diào)到7左右滅菌效果最好

【解析】選A。滅菌就是殺滅微生物，以排除對生產(chǎn)、實驗的干擾,關(guān)鍵是要對培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)

備滅菌,故A正確;培養(yǎng)基的滅菌是殺死培養(yǎng)基中的一切微生物,故B錯誤;為防止雜菌污染,通

入的空氣也要是無菌的，但不是通入無菌空氣就可以達到滅菌的目的，故C錯誤;滅菌效果與pH

無直接關(guān)系，故D錯誤。

二、非選擇題（共2小題，共35分）

8.（15分）谷氨酸棒狀桿菌可用于微生物發(fā)酵工程生產(chǎn)谷氨酸,從而制取谷氨酸鈉（味精）。如圖

為谷氨酸棒狀桿菌合成谷氨酸的途徑,通過發(fā)酵工程可以大量生產(chǎn)谷氨酸。回答下列問題：

中間產(chǎn)物

I_

a-酯戊一酸抑制

谷氨酸脫氫海

-NH；

谷氨酸-----------------

（1）與酵母菌相比，谷氨酸棒狀桿菌在結(jié)構(gòu)上的顯著特點是;谷氨酸發(fā)酵

的培養(yǎng)基成分有豆餅水解液、玉米漿、尿素、磷酸氫二鉀、硫酸鎂、生物素等，從物理性質(zhì)看,

該培養(yǎng)基屬于培養(yǎng)基。

(2)發(fā)酵過程中要測定谷氨酸棒狀桿菌的數(shù)量，可采用的計數(shù)方法有顯微鏡直接計數(shù)法和

，前者計數(shù)的結(jié)果比后者計數(shù)的結(jié)果值偏(填“大”或"小”)，原因是

(3)由圖可知,谷氨酸棒狀桿菌體內(nèi)若積累了較多的谷氨酸,則會抑制谷氨酸脫氫酶的活性,微

生物這種對自身代謝速率的調(diào)節(jié)方式是。

(4)谷氨酸棒狀桿菌在發(fā)酵過程中要不斷地通入無菌空氣，并通過攪拌使空氣形成細小的氣泡,

迅速溶解在培養(yǎng)液中，當培養(yǎng)基中碳氮比為4：1時,菌體大量繁殖而產(chǎn)生的谷氨酸少；當碳氮

比為3：1時，菌體繁殖受抑制，但谷氨酸的合成量大增。在無氧條件下，谷氨酸棒狀桿菌代謝

產(chǎn)物是乳酸或琥珀酸。由此說明谷氨酸棒狀桿菌的代謝類型是,由上述探究可知，

通過發(fā)酵得到大量谷氨酸的發(fā)酵思路

【解析】(D谷氨酸棒狀桿菌屬于細菌,酵母菌屬于真菌,谷氨酸棒狀桿菌在結(jié)構(gòu)上的顯著特點

是無核膜包被的細胞核。谷氨酸發(fā)酵的培養(yǎng)基成分有豆餅水解液、玉米漿、尿素、磷酸氫二

鉀、硫酸鎂、生物素等，從物理性質(zhì)看,該培養(yǎng)基屬于液體培養(yǎng)基。

(2)測定谷氨酸棒狀桿菌的數(shù)量可采用的計數(shù)方法有顯微鏡直接計數(shù)法和稀釋涂布平板法。由

于顯微鏡直接計數(shù)法中死活菌體一起計數(shù),而稀釋涂布平板法只計數(shù)活菌數(shù),且可能有多個菌

體形成同一個菌落，因此顯微鏡直接計數(shù)法計數(shù)的結(jié)果比稀釋涂布平板法計數(shù)的結(jié)果值更大。

(3)據(jù)題圖分析，當谷氨酸過量時，會抑制谷氨酸脫氫酶的活性,導(dǎo)致谷氨酸脫氫酶的活性下降,

從而使谷氨酸含量下降,這種對自身代謝速率的調(diào)節(jié)方式是負反饋調(diào)節(jié)。

(4)分析可知,谷氨酸棒狀桿菌的代謝類型是異養(yǎng)兼性厭氧型,當培養(yǎng)基中碳氮比為4：1時,菌

體大量繁殖而產(chǎn)生的谷氨酸少；當碳氮比為3：1時,菌體繁殖受抑制，但谷氨酸的合成量大增，

因此通過發(fā)酵得到大量谷氨酸的發(fā)酵條件是不斷向發(fā)酵液中通入無菌空氣,在發(fā)酵液C/N=4:

1中培養(yǎng)一段時間，使菌種大量繁殖,后將培養(yǎng)液的C/N改為3：1,即可通過發(fā)酵得到大量谷氨

酸。

答案：(1)無核膜包被的細胞核液體

(2)稀釋涂布平板法大前者死活菌體一起計數(shù)，后者只計數(shù)活菌數(shù)，且可能有多個菌體形

成同一個菌落

(3)負反饋調(diào)節(jié)(4)異養(yǎng)兼性厭氧型不斷向發(fā)酵液中通入無菌空氣，發(fā)酵液中碳氮比為4：

1,培養(yǎng)一段時間使菌種大量繁殖,后將培養(yǎng)液的碳氮比改為3：1,使菌種合成大量谷氨酸

9.(20分)隨著對纖維素水解研究的不斷深入,利用纖維素廢料發(fā)酵生產(chǎn)酒精等能源物質(zhì)已取

得成功。發(fā)酵工程中可利用纖維素分解菌將纖維素分解,隨后將其轉(zhuǎn)化成新的能源物質(zhì)一一乙

醇,進一步利用乙醇生產(chǎn)醋酸。工業(yè)生產(chǎn)這兩種成分的基本工藝流程如圖所示。請回答：

|①植物秸稈預(yù)甌|②篩選纖維素分麗

_個^

|③發(fā)吟罐I中發(fā)畫

|獲得糖液

|接種微生物xl④發(fā)酵In中發(fā)酵||接種微，生物Y

|蒸.二[

|乙—一H⑤發(fā)酵中發(fā)酵I

|清酸|

(1)在發(fā)酵罐I內(nèi)，纖維素分解菌能夠分泌纖維素酶將纖維素分解為o

(2)在過程②篩選纖維素分解菌時,常常采用平板劃線法和

法進行純化。兩種方法的共同點是o

用來篩選纖維素分解菌的培養(yǎng)基是培養(yǎng)基(從功能上分類)，培養(yǎng)基中含有NazHPO”

和KH2P0,,其作用有__________________________________

________________________________________________________?(答出兩點)

(3)微生物X應(yīng)為,發(fā)酵一定時間后,觀察到發(fā)酵罐內(nèi)液體不再有，說明

發(fā)酵基本完畢。

(4)微生物Y應(yīng)是。發(fā)酵罐H內(nèi)和發(fā)酵罐HI內(nèi)除了嚴格控制溫度、pH外,發(fā)酵罐III

內(nèi)還需要通入。

(5)若發(fā)酵罐n中的酒全部流經(jīng)發(fā)酹罐川制成醋,發(fā)酵罐w中co?的產(chǎn)生量是。

A.發(fā)酵罐n的兩倍B.與發(fā)酵罐n的相等

c.發(fā)酵罐n的一半D.幾乎為零

【解析】(1)在發(fā)酵罐I內(nèi)，纖維素分解菌能夠分泌纖維素酶，該酶可將纖維素分解為葡萄糖。

(2)在過程②篩選纖維素分解菌時,常常采用平板劃線法和稀釋涂布平板法進行純化。兩種方

法的共同點是把聚集在一起的細菌分散成單個,培養(yǎng)后得到單個菌落。用來篩選纖維素分解菌

的培養(yǎng)基中含有N&HPO,和KHF0”(這些都是無機鹽,又是磷酸一氫鹽和磷酸二氫鹽)，其作用有

為細菌生長提供無機營養(yǎng),作為緩沖劑維持細胞生長過程中的pH穩(wěn)定。

（3）發(fā)酵罐