PAGE22-第3節發酵工程及其應用必備學問·素養奠基一、發酵工程的概念和基本環節1.發酵工程的概念:(1)過程:利用微生物的特定功能,通過現代工程技術,規模化生產對人類有用的產品。(2)范圍:它涉及菌種的選育和培育、產物的分別和提純等方面。2.發酵工程的基本環節:(1)基本環節:(2)選一選:下列關于發酵工程基本環節的描述正確的是②④⑤①用于發酵工程的菌種應當具備優良性狀,并且只能從自然界中篩選。②在進行發酵前,須要對選育的菌種進行擴大培育。③發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發酵工程所用的培育基是液體培育基。⑤在發酵過程中要隨時進行檢測,還須要對發酵條件進行嚴格的限制。⑥發酵結束后即可得到發酵產品。現代發酵工程和傳統發酵技術所用菌種的來源有什么差異?提示:傳統發酵技術用的菌種一般是原材料中自然存在的多種菌種,而現代發酵工程用的菌種是通過微生物培育技術獲得的單一菌種。3.發酵裝置:二、發酵工程的應用1.特點:(1)生產條件溫柔。(2)原料來源豐富且價格低廉。(3)產物專一。(4)廢棄物對環境的污染小和簡單處理。為什么發酵工程的生產條件比較溫柔?提示:發酵是利用微生物的代謝將原料進行轉化,而微生物細胞代謝是在常溫常壓條件下進行的,因此發酵工程的生產條件比較溫柔。2.在食品工業上的應用:(1)生產傳統的發酵產品。①優點:能明顯提高產品的產量和質量。②實例:a.大豆中的蛋白質肽和氨基酸醬油b.啤酒的工業化生產流程:(2)生產各種各樣的食品添加劑:酸度調整劑、增味劑、著色劑、增稠劑、防腐劑等。(3)生產酶制劑:在食品工業中,常常用到一些酶制劑,如α-淀粉酶、β-淀粉酶、氨基肽酶和脂肪酶等。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養分,改善食物的口味等,只要符合國家標準,并不會對人體產生損害。3.在醫藥工業上的應用:(1)發酵工程可以生產抗生素、氨基酸、激素和免疫調整劑等。(2)基因工程與發酵技術相結合生產所須要的產品。4.在農牧業上的應用:主要表現在生產微生物肥料、微生物農藥、微生物飼料等方面。5.在其他方面的應用:(1)對解決資源與環境污染問題具有重要意義。(2)極端微生物的應用。(3)發酵工程滲透到幾乎全部的工農業領域。關鍵實力·素養形成學問點一發酵工程的基本環節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。(2)菌種特點:①對四周環境的溫度、滲透壓、酸堿度等條件有極大的適應實力。②有極強的消化實力。③有極強的繁殖實力。(3)選育方法:①從自然界中篩選出優良菌種。②利用誘變育種篩選出符合生產要求的優良菌種。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,構建出能生產相應產品的菌種。2.擴大培育:在進行接種前,要進行擴大培育。(1)目的:增加菌種的數量,縮短生產周期。(2)方法:將培育到生長速度最快時期的菌體分開,再進行培育。3.配制培育基:(1)類型:發酵工程一般運用液體培育基。(2)要求:①依據不同的菌種,選擇不同的材料配制培育基。②培育基應滿意微生物在碳源、氮源、生長因子、水、無機鹽等方面的養分要求,并為微生物供應相宜的pH,以利于產物的合成。③應盡量降低生產成本,以得到更高的經濟效益。4.滅菌和接種:在發酵前對培育基和發酵設備進行嚴格的滅菌處理,接種過程中要留意防止雜菌污染。5.發酵罐內發酵——發酵工程的中心環節:【特殊提示】通過發酵罐對發酵條件進行限制(1)溫度:通過發酵罐上的溫度傳感器和限制裝置進行監測和調整。(2)溶解氧:通過通氣量和攪拌速度加以調整。(3)pH:通過加料裝置添加酸或堿進行調整,也可以在培育基中添加pH緩沖液。6.分別、提純產物,獲得發酵產品:發酵產品分別提純方法微生物細胞過濾、沉淀將菌體分別和干燥代謝物蒸餾、萃取、離子交換等方法【特殊提示】關于發酵罐運用的三點提示(1)發酵罐在運用前要進行滅菌,培育基和發酵設備一般用蒸汽滅菌,空氣采納過濾的方法除菌。(2)對于需氧發酵,為了防止雜菌污染,應當從空氣入口通入無菌空氣。(3)攪拌的作用:a.使空氣和發酵液充分混合,增加培育液中的溶解氧;b.使菌種與培育液充分接觸,提高原料利用率。如圖所示是發酵工程生產產品的流程圖,據圖回答下列問題:(1)發酵工程中,選育優良性狀的菌種,至關重要。高產青霉素菌種是通過__________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節,在此階段需隨時取樣、檢測__________、__________等,以了解發酵進程,還要剛好添加______________,同時嚴格限制____________等發酵條件。

(4)④表示__________,發酵結束后可采納__________等方法獲得產品。

【解題導引】解答本題的兩個關鍵點:

(1)發酵工程的基本環節:菌種的選育和擴大培育,培育基的配制,滅菌,接種,發酵,產品的分別提純。

(2)發酵工程的中心環節:發酵罐內發酵。【解析】(1)高產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表示擴大培育,目的是增加菌種的數量,縮短生產周期。(3)③是整個過程的中心環節——發酵罐內發酵,在此階段需隨時取樣、檢測微生物數量、產物濃度等,以了解發酵進程。隨著發酵進行,培育基中的養分物質削減,還要剛好添加必需的養分組分,同時嚴格限制溫度、pH和溶解氧等發酵條件。(4)④是發酵工程產品微生物細胞(菌體),發酵結束后可采納過濾、沉淀等方法將菌體分別和干燥。答案:(1)誘變基因工程(2)擴大培育增加菌種的數量,可以縮短生產周期(3)發酵罐內發酵微生物數量產物濃度必需的養分組分溫度、pH和溶解氧(4)微生物細胞(菌體)過濾、沉淀【誤區警示】菌種的選育和培育常見誤區(1)誤認為高產青霉素菌種是通過基因工程獲得的:高產青霉素菌種是通過誘變育種獲得的。(2)易弄錯增加菌種數量的方法:獲得優良菌種后,為了縮短生產周期,要進行擴大培育來增加菌種數量。

【素養·探究——母題追問】(1)科學思維——分析與推理發酵過程中為什么要限制發酵條件?提示:發酵條件會影響微生物的生長繁殖和代謝物的形成。(2)科學探究——結果評價在谷氨酸發酵中產物是什么?它屬于代謝物嗎?提示:谷氨酸發酵產物是谷氨酸棒狀桿菌產生的谷氨酸,是細胞代謝物。【素養·遷移】(2024·江蘇高考)某高校采納如圖所示的發酵罐進行葡萄酒主發酵過程的探討,下列敘述錯誤的是 ()A.夏季生產果酒時,常需對罐體進行降溫處理B.乙醇為揮發性物質,故發酵過程中空氣的進氣量不宜太大C.正常發酵過程中罐內的壓力不會低于大氣壓D.可以通過監測發酵過程中殘余糖的濃度來確定何時終止發酵【解析】選B。果酒發酵過程中會放出熱量使罐體溫度上升,故需對發酵罐進行降溫處理,A項正確;乙醇雖然為揮發性物質,但其能溶于水,而且酒精發酵為無氧呼吸,發酵過程中不需進氣,B項錯誤;發酵過程中有CO2產生,所以罐內壓力不會低于大氣壓,C項正確;發酵程度可以通過監測發酵液中殘余糖的濃度來確定,D項正確。學問點二發酵工程的應用1.發酵工程的應用:發酵工程滲透到幾乎全部的工農業領域。(1)在食品工業上的應用:生產傳統的發酵產品、食品添加劑和酶制劑。(2)在醫藥工業上的應用:生產抗生素、氨基酸、激素、免疫調整劑和疫苗等。(3)在農牧業上的應用:生產微生物肥料、微生物農藥、微生物飼料等。【特殊提示】啤酒的工業化生產的五點提示(1)啤酒酵母菌:通過微生物培育技術篩選出的優良菌種,在接種前進行擴大培育,縮短生產周期。(2)焙烤溫度不能過高,防止淀粉酶失活。(3)蒸煮后的糖漿肯定要冷卻后才能接種,防止高溫殺死酵母菌。(4)發酵過程中留意限制好溫度、pH、通氣、發酵時間等。(5)接種前要對發酵罐進行滅菌,接種時要進行無菌操作,防止雜菌污染。2.發酵工程與傳統發酵技術的比較:發酵工程傳統發酵技術不同點菌種通過微生物純培育技術篩選或其他技術生產的優良菌種,大多是單一菌種原材料中自然存在的混合菌種發酵方式液體發酵為主固體發酵或半固體發酵為主對發酵條件的限制嚴格無菌操作,防止雜菌污染。通過現代工程技術對發酵條件精確地限制,使發酵條件處于最佳狀態不是無菌操作,簡單受到雜菌污染。對發酵條件不能嚴格限制,易受外界條件影響生產規模和產品生產規模大,實現了工業化生產。原料來源豐富,成本低,產物多樣,產量高通常是家庭式或作坊式的,產量低,生產往往受季節和原料限制,產品風味品種比較單一,質量不穩定相同點①都是利用了微生物的作用②發酵工程是在傳統發酵技術的基礎上發展起來的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流程,回答下列問題。(1)在釀造過程中須要將大麥種子進行發芽處理,此過程的目的是________________________,麥芽經過焙烤、碾磨成__________。

(2)經過糖化階段,麥芽中的淀粉、蛋白質等大分子被分解成酵母菌可利用的可溶性小分子物質。糖化時溫度的改變通常是由低溫逐步升至高溫,以防止

_________________________________________________________________。

(3)在蒸煮階段,要將糖漿中加入啤酒花煮沸肯定時間,不僅可以蒸發掉多余的水分,還可以起到__________作用。

(4)在主發酵初期,往往先通入無菌空氣,目的是

______________________________________________________________________________________,

之后進行密封發酵。酒精就是在密封發酵期間產生的,寫出反應簡式__。

(5)經過一段時間的后發酵,才能形成澄清、成熟的啤酒。后發酵期間糖類接著發酵,促進啤酒風味的成熟。影響啤酒風味的因素有__________、__________等。

【解題導引】解答本題需駕馭以下三個關鍵學問:

(1)大麥種子發芽的目的:產生淀粉酶等。

(2)糖化的實質:大分子物質在酶的作用下,被分解成小分子物質。

(3)酵母菌發酵的過程:前期有氧條件酵母菌的數量增加,后期無氧條件酵母菌進行酒精發酵。【解析】(1)大麥種子發芽的目的是釋放淀粉酶、蛋白酶等多種酶。麥芽經過焙烤、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,不僅可以蒸發掉多余的水分,還可以起到滅菌作用。(4)在主發酵初期,須要通入無菌空氣,目的是增加酵母菌的數量,有利于密閉時獲得更多的酒精產物,反應簡式見答案。(5)影響啤酒風味的因素有酵母菌菌種、大麥品種、發酵時間、發酵溫度等。答案:(1)釋放淀粉酶麥芽粉(2)麥芽中淀粉酶等因高溫而變性失活(3)滅菌(4)有氧條件酵母菌進行出芽生殖,數量增加C6H12O62C2H5OH+2CO2+能量(5)酵母菌菌種大麥品種發酵時間發酵溫度(寫兩種即可)

【素養·探究——母題追問】(1)科學思維——分析與綜合在糖化階段,溫度低影響啤酒品質,溫度高會使麥芽產生的淀粉酶等失活,你能想到什么方法解決?提示:可以在此階段運用發酵工程生產的耐高溫的淀粉酶制劑。(2)科學思維——分析與推理發酵后的啤酒須要經過消毒才能包裝銷售,請你利用所學學問,分析用什么方法對啤酒進行消毒。提示:為了保持啤酒的風味,應用巴氏(低溫)消毒法進行消毒。【素養·遷移】下列有關發酵工程應用的說法錯誤的是 ()A.發酵工程可以生產醬油、泡菜等傳統發酵食品B.檸檬酸、乳酸等食品添加劑可以通過發酵工程生產C.發酵工程可以生產多種藥物,但是不能生產疫苗D.發酵工程生產的單細胞蛋白可以制作成微生物飼料【解析】選C。發酵工程可以生產傳統發酵食品,A正確;檸檬酸、乳酸是通過發酵工程生產的食品添加劑,B正確;科學家利用基因工程將病原體基因轉入微生物細胞,通過發酵工程可以生產疫苗,C錯誤;單細胞蛋白可以制作成微生物飼料,D正確。【補償訓練】以下不屬于發酵的是 ()A.利用需氧型青霉菌生產青霉素B.缺氧時人的組織細胞產生乳酸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。發酵是指通過微生物的代謝將原料轉化為人類所須要的產物的過程。可見,利用需氧型青霉菌生產青霉素、利用酵母菌的無氧呼吸獲得酒和利用乳酸菌制作泡菜,都屬于發酵,而缺氧時人的組織細胞產生乳酸的過程則不屬于發酵,A、C、D均不符合題意,B符合題意。【課堂回眸】課堂檢測·素養達標【概念·診斷】1.運用發酵工程可以生產多種產品,請分析下列關于發酵工程的敘述,正確的是__________。

①防止雜菌入侵和獲得純凈的微生物培育物是發酵工程的重要基礎②發酵工程最重要的環節是發酵罐內發酵③青霉素有抗菌作用,即使生產青霉素的發酵過程中混入了雜菌,發酵也不受影響④大型發酵罐有計算機限制系統,能對發酵條件進行限制⑤發酵工程不能生產傳統發酵食品⑥發酵工程可以生產微生物農藥⑦發酵工程與傳統發酵技術都是利用微生物的作用進行的發酵【解析】選①②④⑥⑦。發酵工程常用單一菌種發酵,因此防止雜菌入侵和獲得純凈的微生物培育物是發酵工程的重要基礎,①正確;發酵工程的中心環節是發酵罐內發酵過程,②正確;青霉素的生產過程中混入了雜菌,雜菌分泌的青霉素酶會將青霉素分解,③錯誤;發酵罐有計算機限制系統,能對發酵過程中的各種條件進行監測和限制,④正確;發酵工程能生產傳統發酵食品,⑤錯誤;發酵工程可以生產微生物農藥、微生物肥料、微生物飼料等,⑥正確;發酵工程與傳統發酵技術的共同點都是利用微生物進行的發酵,⑦正確。2.下列選項中不是發酵工程特點的是 ()A.原料來源豐富,價格低B.產物專一,產量高C.廢棄物對環境污染小,簡單處理D.生產條件須要高溫高壓【解析】選D。發酵工程是運用微生物的功能進行的生產,生產條件溫柔,即在常溫常壓條件下進行,D錯誤。3.用發酵工程生產單細胞蛋白時,對產物進行分別提純時可采納的方法是 ()A.蒸餾、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,采納過濾、沉淀等方法將菌體進行分別和干燥。【思維·躍遷】4.下列關于發酵工程的說法,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.環境條件的改變不僅影響微生物的生長繁殖,也會影響微生物的代謝C.發酵罐中微生物的生長繁殖、代謝產物的形成都與攪拌速度無關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;環境條件的改變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,發酵罐中微生物的生長繁殖、代謝產物的形成速度都與攪拌速度有關,C錯誤;單細胞蛋白是指通過發酵獲得的大量的微生物菌體,D錯誤。5.如圖是發酵工程常用的機械攪拌式發酵罐,是工業生產中最常用的發酵罐。回答下列問題:(1)1是培育物或養分物質的________,2是__________,4是__________,3是__________。

(2)5是__________,此裝置運轉時,既能使空氣和發酵液充分混合,增加培育液中的__________,又能使菌種與培育液__________,提高原料利用率。但是在利用乳酸菌生產乳酸時一般不用此裝置,這是因為__

__________________________________________________________________________________。

(3)若此裝置用于酒精發酵,在發酵過程中,pH________,罐內的壓力會__________。

(4)發酵罐在運用前要進行__________。

【解析】(1)分析此裝置,1是培育物或養分物質的加入口,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,作用是使空氣和發酵液充分混合,增加培育液中的溶解氧,使菌種與培育液充分接觸,提高原料利用率。乳酸菌是厭氧型微生物,所以進行乳酸發酵不運用此裝置。(3)在酒精發酵過程中,由于有二氧化碳產生,所以會導致pH下降,罐內的壓力會增加。(4)防止雜菌污染,發酵罐在運用前要進行滅菌。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,發酵過程不須要氧氣(3)下降增加(4)滅菌【拓展·探究】6.植物乳桿菌屬于乳酸菌的一種,在繁殖過程中可分泌一類具有抑菌活性的蛋白質,此種蛋白質稱為細菌素,作為重要的自然食品防腐劑在食品加工中有著廣泛應用。現有兩種較高產細菌素的菌株,菌株A產細菌素實力強于菌株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控基因plnC和plnD,而菌株B細胞中具有這兩個基因。探討人員按下圖所示流程對菌株A和B進行改良,獲得了更高產細菌素的新型菌株C。(1)從細胞結構的角度分析,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______________呼吸供應。

(2)試驗發覺,植物乳桿菌對檸檬色葡萄球菌的抑菌效果最好,探討人員選擇檸檬色葡萄球菌作為指示菌進行抑菌試驗,來比較菌株A、B、C的產細菌素實力。試驗步驟如下:a.在平板培育基中涂布______________;

b.分別在平板的不同位置接種______________作為試驗組;比照組的處理是______________;

c.培育一段時間后,視察并比較抑菌圈大小。預期結果為:_____________________________________。

(3)抗生素是由微生物產生的具有較強抑菌殺菌效果的小分子有機物。請結合所學學問及相關信息,分析將細菌素而非抗生素用作食品防腐劑的優勢________________。(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供應。(2)植物乳桿菌對檸檬色葡萄球菌的抑菌效果最好,探討人員選擇檸檬色葡萄球菌作為指示菌進行抑菌試驗,來比較菌株A、B、C的產細菌素實力,故應當在平板培育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)作為試驗組,接種等量無菌水(蘸取無菌水的濾紙片)作為比照組,視察含有抑菌物質的濾紙片四周的抑菌圈大小,預期結果為抑菌圈從大到小依次為C、A、B,比照組無抑菌圈。(3)將細菌素而非抗生素用作食品防腐劑的優勢為:與抗生素不同,細菌素的化學本質是蛋白質,被人體食用后可被胃蛋白酶等消化酶降解,不會被汲取進入人體內,也不會破壞人體腸道益生菌,排放入環境中的量少,因此一般狀況下,具有無毒、無副作用、無殘留、少污染的優點。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,比照組無抑菌圈(3)無毒、無副作用、無殘留、少污染四發酵工程及其應用(20分鐘·70分)一、選擇題(共7小題,每小題5分,共35分)1.發酵罐內發酵時,肯定要限制好發酵條件,下列說法錯誤的是 ()A.對溫度的限制可以通過發酵罐上的溫度傳感器和限制裝置進行監測和調整B.若是谷氨酸發酵須要將pH調至酸性C.可以在培育基中添加緩沖液以維持發酵時pH的相對穩定D.對于需氧發酵通過調整通氣量和攪拌速度限制溶氧量【解析】選B。發酵過程對溫度的限制是通過發酵罐上的溫度傳感器和限制裝置完成的,A正確;谷氨酸發酵時,在中性或弱堿性條件會積累谷氨酸,在酸性條件下簡單形成其他產物,因此應將pH調至中性或弱堿性,B錯誤。維持pH穩定的方法是通過加料裝置添加酸或堿進行調整,或者在培育基中添加pH緩沖液,C正確;對溶解氧的限制是通過調整通氣量和攪拌速度,D正確。2.發酵工程與現代生物技術相結合,應用范圍越來越廣泛。下列關于發酵工程應用的描述錯誤的是 ()A.運用發酵工程生產的傳統發酵食品,產量和質量都得到了明顯的提高B.大多數酶制劑都是通過發酵工程生產的C.發酵工程生產的單細胞蛋白可以用作微生物肥料D.基因工程、蛋白質工程與發酵工程相結合大大降低了某些藥物的生產成本【解析】選C。發酵工程實現了規模化的生產,發酵過程對發酵條件嚴格限制,提高了產品的產量和質量,A正確;絕大多數酶制劑都是通過發酵工程生產的,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、蛋白質工程與發酵工程相結合提高了藥物的產量,降低了藥物的生產成本,D正確。3.漆酶屬于木質降解酶類,在環境修復、農業生產等領域有著廣泛用途。如圖是分別、純化和保存漆酶菌株的過程,相關敘述正確的是 ()A.生活污水中含有大量微生物,是分別產漆酶菌株的首選樣品B.篩選培育基中須要加入漆酶的底物,通過菌落特征挑出產漆酶的菌落C.在涂布平板上長出的菌落,再通過劃線進一步計數D.斜面培育基中含有大量養分物質,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,但不肯定含有產漆酶的菌株,可能分別不出產漆酶菌株,A錯誤;生活污水中含有大量微生物,將篩選培育基中加入漆酶的底物,通過菌落特征就能挑出產漆酶的菌落,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,C錯誤;斜面培育基中含有大量養分物質,不能在常溫下保存,可在低溫下長期保存菌株,D錯誤。4.下列關于發酵過程的描述,錯誤的是 ()A.發酵過程中,微生物的生命活動會引起發酵溫度上升B.發酵過程中要隨時檢測微生物數量和產物濃度C.發酵過程中產生的廢棄培育液等能干脆排放到環境中D.啤酒的發酵過程中,酵母菌將糖類轉化為酒精和二氧化碳【解析】選C。發酵過程中微生物分解有機物釋放能量,一部分用于合成ATP,另一部分散發到培育基中時,會引起發酵溫度上升,A正確;發酵過程中要隨時檢測微生物數量和產物濃度,以了解發酵進程,B正確;發酵過程中產生的廢棄培育液等會污染環境,不能干脆排放到環境中,C錯誤;啤酒的發酵過程中,酵母菌進行厭氧發酵,將糖類轉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酵溫度上升?提示:攪拌葉輪的機械攪拌,也會產生一部分熱量引起溫度上升。(2)怎樣降低發酵罐的溫度?提示:可以通過增加冷卻水的進水量,降低發酵罐的溫度。5.“通州老窖”是以優質高粱、麩曲、產脂酵母菌為原材料釀制出的一種白酒。以下相關敘述正確的是 ()A.水質、菌種和發酵時間會影響酒的品質B.所用的菌種屬于生態系統中的消費者C.可用平板劃線法測定發酵液中的菌種濃度D.釀制過程必需進行嚴格的滅菌操作【解析】選A。影響酒品質的因素有許多,如水質、菌種和發酵時間等,A正確;釀酒所用的菌種屬于生態系統中的分解者,B錯誤;可用稀釋涂布平板法測定發酵液中的菌種濃度,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量,D錯誤。6.發酵工程最重要的工作是選擇優良的單一純種,殲滅雜菌。獲得純種的方法不包括 ()A.依據微生物對碳源需求的差別,運用含有不同碳源的培育基B.依據微生物須要生長因子的種類,在培育基中增減不同的生長因子C.依據微生物遺傳組成的差異,在培育基中加入不同比例的核酸D.依據微生物對抗生素敏感性的差異,在培育基中加入不同的抗生素【解析】選C。依據微生物對碳源需求的差別,運用含有不同碳源的培育基可以選擇微生物種類,能獲得純種,A不符合題意;在培育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;依據微生物遺傳組成的差異,在培育基中加入不同比例的核酸(DNA和RNA),它不會干脆影響到微生物自身的遺傳組成,即使被微生物利用,也是被分解為核苷酸后利用,所以培育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.發酵工程的一項關鍵措施是滅菌,關于滅菌的敘述正確的是 ()A.培育基和發酵設備均須要嚴格滅菌B.滅菌是殺死培育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D.pH調到7左右滅菌效果最好【解析】選A。滅菌就是殺滅微生物,以解除對生產、試驗的干擾,關鍵是要對培育基和發酵設備滅菌,故A正確;培育基的滅菌是殺死培育基中的一切微生物,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無干脆關系,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酵工程生產谷氨酸,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,通過發酵工程可以大量生產谷氨酸。回答下列問題:(1)與酵母菌相比,谷氨酸棒狀桿菌在結構上的顯著特點是__________________;谷氨酸發酵的培育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,從物理性質看,該培育基屬于__________培育基。

(2)發酵過程中要測定谷氨酸棒狀桿菌的數量,可采納的計數方法有顯微鏡干脆計數法和__________,前者計數的結果比后者計數的結果值偏__________(填“大”或“小”),緣由是__

______________________________________。

(3)由圖可知,谷氨酸棒狀桿菌體內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整方式是__________。

(4)谷氨酸棒狀桿菌在發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,快速溶解在培育液中,當培育基中碳氮比為4∶1時,菌體大量繁殖而產生的谷氨酸少;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,通過發酵得到大量谷氨酸的發酵思路__

________________________

______________________

________________________

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___________。

【解析】(1)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構上的顯著特點是無核膜包被的細胞核。谷氨酸發酵的培育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,從物理性質看,該培育基屬于液體培育基。(2)測定谷氨酸棒狀桿菌的數量可采納的計數方法有顯微鏡干脆計數法和稀釋涂布平板法。由于顯微鏡干脆計數法中死活菌體一起計數,而稀釋涂布平板法只計數活菌數,且可能有多個菌體形成同一個菌落,因此顯微鏡干脆計數法計數的結果比稀釋涂布平板法計數的結果值更大。(3)據題圖分析,當谷氨酸過量時,會抑制谷氨酸脫氫酶的活性,導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整方式是負反饋調整。(4)分析可知,谷氨酸棒狀桿菌的代謝類型是異養兼性厭氧型,當培育基中碳氮比為4∶1時,菌體大量繁殖而產生的谷氨酸少;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,因此通過發酵得到大量谷氨酸的發酵條件是不斷向發酵液中通入無菌空氣,在發酵液C/N=4∶1中培育一段時間,使菌種大量繁殖,后將培育液的C/N改為3∶1,即可通過發酵得到大量谷氨酸。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,后者只計數活菌數,且可能有多個菌體形成同一個菌落(3)負反饋調整(4)異養兼性厭氧型不斷向發酵液中通入無菌空氣,發酵液中碳氮比為4∶1,培育一段時間使菌種大量繁殖,后將培育液的碳氮比改為3∶1,使菌種合成大量谷氨酸9.(20分)隨著對纖維素水解探討的不斷深化,利用纖維素廢料發酵生產酒精等能源物質已取得勝利。發酵工程中可利用纖維素分解菌將纖維素分解,隨后將其轉化成新的能源物質——乙醇,進一步利用乙醇生產醋酸。工業生產這兩種成分的基本工藝流程如圖所示。請回答:(1)在發酵罐Ⅰ內,纖維素分解菌能夠分泌纖維素酶將纖維素分解為__________。

(2)在過程②篩選纖維素分解菌時,常常采納平板劃線法和________________________________法進行純化。兩種方法的共同點是_________。

用來篩選纖維素分解菌的培育基是__________培育基(從功能上分類),培育基中含有Na2HPO4和KH2PO4,其作用有__

___________________________________________________________________________________。(答出兩點)

(3)微生物X應為__________,發酵肯定時間后,視察到發酵罐內液體不再有__________,說明發酵基本完畢。

(4)微生物Y應是__________。發酵罐Ⅱ內和發酵罐Ⅲ內除了嚴格限制溫度、pH外,發酵罐Ⅲ內還須要通入__________。

(5)若發酵罐Ⅱ中的酒全部流經發酵罐Ⅲ制成醋,發酵罐Ⅲ中CO2的產生量是__________。

A.發酵罐Ⅱ的兩倍 B.與發酵罐Ⅱ的相等C.發酵罐Ⅱ的一半 D.幾乎為零【解析】(1)在發酵罐Ⅰ內,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,常常采納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,培育后得到單個菌落。用來篩選纖維素分解菌的培育基中含有Na2HPO4和KH2PO4(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供應無機養分,作為緩沖劑維持細胞生長過程中的pH穩定。(3)發酵罐Ⅱ是通過酵母菌發酵生產乙醇,發酵肯定時間后,視察到發酵罐內液體不再有氣泡產生,說明發酵基本完畢。(4)發酵罐Ⅲ是通過醋酸(桿)菌發酵生產醋酸。發酵罐Ⅱ內和發酵罐Ⅲ內除了嚴格限制溫度、pH外,發酵罐Ⅲ是需氧發酵,還須要通入無菌空氣。(5)若發酵罐Ⅱ中的酒全部流經發酵罐Ⅲ制成醋,酒精氧化成醋酸是利用醋酸(桿)菌有氧呼吸得到的,但這一過程不產生CO2,因此發酵罐Ⅲ中CO2的產生量幾乎為零。答案:(1)葡萄糖(2)稀釋涂布平板把聚集在一起的細菌分散成單個,培育后得到單個菌落選擇