第3節發酵工程及其應用第1章發酵工程<<<學習目標1.掌握發酵工程的基本環節。2.理解發酵工程在農業、食品工業、醫藥工業及其他工業生產上有重要的應用價值。1.發酵工程的基本環節品質梳理教材新知誘變育種基因工程溶解氧監測控制反饋產物濃度溶解氧過濾干燥純化2.發酵罐溫度排氣管排出口空氣進入口3.發酵工程的應用(1)在食品工業上的應用①生產傳統的發酵產品a.以

為主要原料，利用產生

的霉菌生產醬油。b.以谷物或

等為原料，利用釀酒酵母發酵生產各種酒類。大豆蛋白酶水果②生產各種各樣的食品添加劑食品添加劑不僅可以增加食品的

，改善食品的

、色澤和品質，有時還可以延長食品的

。a.檸檬酸可以通過

的發酵制得。b.由

發酵可以得到谷氨酸，谷氨酸經過一系列處理就能制成味精。營養口味保存期黑曲霉谷氨酸棒狀桿菌③生產酶制劑常用酶制劑有α-淀粉酶、

、果膠酶、

和脂肪酶等。目前，已有50多種酶制劑成功用于食品的直接生產、改進

、簡化生產過程、改善產品的

和口味、延長食品儲存期和提高產品

等方面。β-淀粉酶氨基肽酶生產工藝品質產量(2)在醫藥工業上的應用①發酵工程可以生產抗生素、

、激素和

等。②基因工程、

工程等的廣泛應用給發酵工程制藥領域的發展注入了強勁動力。氨基酸免疫調節劑蛋白質③應用實例a.生長激素釋放抑制激素最初從

中提取，遠遠不能滿足需要，利用經過

改造的微生物進行發酵生產，產量大幅提升，價格降為原來的幾百分之一。b.將乙型肝炎病毒的抗原基因轉入

，再通過發酵生產乙型肝炎疫苗。c.未來甚至還可能用微生物來生產過去只能從植物中分離提取的

、

等化合物。羊腦基因酵母菌紫杉醇青蒿素前體(3)在農牧業上的應用①生產微生物肥料a.作用：利用微生物在代謝過程中產生的

、

等來增進土壤肥力，改良土壤

，促進植株生長。有的微生物肥料還可以抑制土壤中

的生長，從而減少病害的發生。b.類型：常見的有

肥和

肥等。有機酸生物活性物質結構病原微生物根瘤菌固氮菌②生產微生物農藥a.原理：微生物農藥利用微生物或

來防治病蟲害。b.實例：蘇云金桿菌可以用來防治

多種農林蟲害；利用

可以防治玉米螟、松毛蟲等蟲害；一種放線菌產生的抗生素——

可以用于防治水稻枯紋病。③生產微生物飼料a.單細胞蛋白：以淀粉或纖維素的水解液、制糖工業的廢液等為原料，通過發酵獲得了大量的微生物

。b.在青貯飼料中添加乳酸菌，可以提高飼料的品質，使飼料

，動物食用后還能提高

。其代謝物80白僵菌井岡霉素菌體保鮮免疫力(4)在其他方面的應用①利用纖維廢料發酵生產酒精、

等能源物質。②極端微生物的利用，如

、

可以用來生產洗滌劑，_____

有助于提高熱敏性產品的產量。乙烯嗜熱菌嗜鹽菌嗜低溫菌(1)發酵工程的中心環節是對微生物細胞本身或其代謝物進行分離、提純(

)提示發酵罐內發酵是發酵工程的中心環節。(2)谷氨酸的發酵生產在酸性條件下容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺(

)(3)現代發酵工程中所用的菌種大多是復合菌種以提高生產效率(

)提示發酵工程中所用的菌種大多是單一菌種。××√(4)發酵工程生產條件溫和、原料來源豐富，但廢棄物對環境污染很大，不易處理(

)提示發酵工程生產條件溫和、原料來源豐富，且廢棄物對環境污染小，容易處理。(5)生產檸檬酸需要篩選產酸量高的乳酸菌(

)提示生產檸檬酸需要篩選產酸量高的黑曲霉，而不是乳酸菌。××任務：發酵工程基本環節分析及應用1.微生物菌種資源豐富，選擇發酵工程用的菌種時需要考慮的因素：能在低成本的

上生長，且大量高效地合成產物；發酵條件如

、

、

等易控制；遺傳性能穩定；抗噬菌體及雜菌污染能力強等。2.需要控制發酵條件的原因：環境條件不僅會影響

，而且會影響

。探究核心知識培養基溫度pH溶解氧微生物的生長繁殖微生物代謝物的形成3.在產物分離和提純方面，與傳統發酵技術相比，發酵工程的改進之處：傳統發酵技術獲得的產物一般不是單一組分，而是

，很多時候不會再對產物進行分離和提純處理。在發酵工程中，如果發酵產品是微生物細胞本身，可在發酵結束之后，采用

等方法將菌體從發酵液中分離出來。如果產品是代謝物，可采用_______________

等方法進行提取。成分復雜的混合物過濾、沉淀蒸餾、萃取、離子交換4.在進行發酵生產時，排出的氣體和廢棄培養液等能直接排放到外界環境中嗎？為什么？提示不能；因為發酵過程可能產生一些有害物質，會污染環境。5.與傳統的手工發酵相比，在啤酒的工廠化生產中，哪些工程手段使啤酒的產量和質量明顯提高？提示菌種的選育、對原材料的處理、發酵過程的控制、產品的消毒等，都有助于提高啤酒的產量和品質。啤酒的工業化生產流程核心歸納其中酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代謝物的生成都在主發酵階段完成。主發酵結束后，發酵液還不適合飲用，要在低溫、密閉的環境下儲存一段時間進行后發酵，才能形成澄清、成熟的啤酒。1.(多選)(2023·山東，20)果酒的家庭制作與啤酒的工業化生產相比，共同點有A.都利用了酵母菌無氧呼吸產生酒精的原理B.都需要一定的有氧環境供發酵菌種繁殖C.發酵前都需要對原料進行滅菌D.發酵結束后都必須進行消毒以延長保存期√落實思維方法√二者均利用了酵母菌進行無氧呼吸產生酒精的原理，A符合題意；發酵前期，均需要一定的有氧環境，使酵母菌大量繁殖，B符合題意；果酒的家庭制作不需要對原料進行滅菌，C不符合題意；果酒的家庭制作結束后不需要進行消毒，D不符合題意。2.下列有關發酵工程的敘述，正確的是A.單細胞蛋白就是從人工培養的微生物菌體中提取的蛋白質B.可通過誘變育種、基因工程等方法選育出性狀優良的菌種進行擴大培養C.發酵工程與傳統發酵技術最大的區別是前者可以用微生物進行發酵D.通常所指的發酵條件包括溫度、溶解氧、pH和酶的控制等√單細胞蛋白是指利用淀粉或纖維素的水解液、制糖工業的廢液等為原料，通過發酵獲得的大量的微生物菌體，A錯誤；工程菌多為原核生物，可通過誘變育種、基因工程等方法，選育出性狀優良的工程菌并進行擴大培養，B正確；傳統發酵技術和現代發酵工程最大的相同之處是利用各種微生物的代謝來實現相關產品的生產，C錯誤；通常所指的發酵條件包括溫度、溶解氧、pH等的控制，D錯誤。網絡構建課時對點練題組一發酵工程的基本環節1.下列關于微生物發酵過程的說法，正確的是A.菌種選育是發酵工程的中心環節B.只要不斷地向發酵罐中通入液體培養基，就能保證發酵的正常進行C.在發酵過程中，要嚴格控制溫度、pH、溶解氧、通氣量與轉速等發酵

條件，否則會影響菌種代謝物的形成D.在發酵工程的發酵環節中，發酵條件會影響微生物的生長繁殖，但是

不影響微生物的代謝途徑√1234567891011121314發酵工程的基本環節包括菌種選育，擴大培養，培養基的配制、滅菌，接種，發酵，產品的分離、提純等方面，其中發酵是發酵工程的中心環節，A錯誤；發酵過程中應隨時檢測培養液中的細菌數目、產物濃度等，同時應對發酵過程中的一些條件進行控制才能保證發酵的正常進行，B錯誤；在發酵工程的發酵環節中，發酵條件不僅影響微生物的生長繁殖，也會影響微生物的代謝途徑，D錯誤。12345678910111213142.(2023·滄州高二檢測)通過發酵罐發酵可大規模生產谷氨酸，生產中常用的菌種是好氧的谷氨酸棒狀桿菌。下列有關谷氨酸發酵過程的敘述，正確的是A.配制高濃度營養物質的培養基，會使谷氨酸棒狀桿菌大量繁殖B.用一般的過濾、沉淀等方法無法將谷氨酸從培養液中分離提取出來C.排出發酵罐中的谷氨酸，不利于谷氨酸的合成和產量的提高D.發酵液pH呈堿性時，谷氨酸棒狀桿菌易形成谷氨酰胺√1234567891011121314谷氨酸棒狀桿菌在擴大培養時，培養基中營養物質的濃度要合適，若濃度過高，不利于谷氨酸棒狀桿菌的大量繁殖，A錯誤；谷氨酸是小分子物質，單純的過濾、沉淀等方法不能將谷氨酸從培養液中分離提取出來，B正確；谷氨酸發酵過程中，當谷氨酸合成量過多時，就會抑制谷氨酸脫氫酶的活性，從而使谷氨酸的合成過程中斷，因此需要及時地排出谷氨酸，才可以解除此抑制作用，有利于谷氨酸的合成和產量的提高，C錯誤；1234567891011121314谷氨酸發酵過程中，當發酵液的pH為酸性時，谷氨酸棒狀桿菌易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺，D錯誤。12345678910111213143.(2023·蘇州高二月考)下列有關發酵工程基本環節的敘述中，不合理的是A.由于工業發酵罐所需接入的菌種總體積一般都比較大，所以，在發酵

之前還需要對菌種進行擴大培養B.在菌種確定之前，要先制備好培養基C.發酵工程中所用的菌種大多是單一菌種D.如果發酵產品是代謝物，可根據產物的性質采取適當的提取、分離和

純化措施來獲得產品√1234567891011121314培養基要在菌種確定之后，再選擇原料制備。而且在生產實踐中，培養基的配方要經過反復試驗才能確定。12345678910111213144.(2024·石家莊高二期中)發酵工程可實現發酵產品的大規模生產，如圖為發酵工程的基本環節，下列相關敘述正確的是A.①②可以是誘變育種或

基因工程育種B.開始發酵后就不能再往

發酵罐內添加營養物質，

避免雜菌污染C.產物濃度的檢測必須在發酵結束后進行D.發酵條件為室溫和近中性的pH等√1234567891011121314在發酵過程中要隨時檢測培養液中的微生物數量、產物濃度等，以了解發酵進程，還要及時添加必需的營養組分，同時要嚴格控制發酵條件，B、C錯誤；不同微生物的最適溫度和pH有所不同，因此不同發酵過程需控制的溫度和pH也有所不同，D錯誤。1234567891011121314題組二發酵工程的應用5.與傳統發酵技術相比，發酵工程的產品種類更加豐富，產量和質量明顯提高。下列敘述錯誤的是A.傳統發酵技術多是混合菌種發酵，發酵工程一般為純種發酵B.通過發酵工程可以從微生物細胞中提取單細胞蛋白C.發酵工程的產品主要包括微生物的代謝物、酶及菌體本身D.發酵工程通常可以采用連續培養的方法以最大限度地獲得人類所需的

產品√1234567891011121314單細胞蛋白是指以淀粉或纖維素的水解液、制糖工業的廢料等為原料，通過發酵獲得的大量的微生物菌體，而并非微生物的代謝物，B錯誤。1234567891011121314食品添加劑不僅可以改善食品的口味，還能增加食品的營養，B錯誤。6.(2024·南京高二檢測)下列關于發酵工程在食品工業上的應用的敘述，錯誤的是A.生產傳統發酵產品，如利用產生蛋白酶的霉菌釀造醬油B.生產各種各樣的食品添加劑，可以改善食品的口味但不能增加食品的營養C.生產食品酸度調節劑，如檸檬酸可以通過黑曲霉的發酵制得D.生產酶制劑，少數酶制劑由動植物生產，絕大多數通過發酵工程生產√1234567891011121314微生物農藥是利用微生物或其代謝物來防治病蟲害的，B錯誤。7.近年來，在農牧業生產上，微生物肥料、微生物農藥和微生物飼料得到廣泛應用。下列相關敘述錯誤的是A.微生物肥料是利用微生物代謝產生的有機酸、生物活性物質等發揮作用B.微生物農藥指的是微生物的代謝物，而不是微生物本身C.微生物飼料主要是利用微生物大量繁殖產生的高蛋白菌體來生產飼料的D.單細胞蛋白被作為飼料使用，是因為微生物的蛋白質含量高，繁殖快√12345678910111213148.(2024·衡水高二期中)下列關于發酵工程應用的說法，正確的是A.食品添加劑可以改善食品的色、香、味，使用時應盡量多添加B.利用放線菌產生的井岡霉素防治水稻枯紋病是化學防治的有效手段C.在青貯飼料中添加乳酸菌，可以提高飼料的品質，使飼料保鮮，同時

提高動物免疫力D.一些極端微生物已應用于生產實踐，例如，嗜熱菌有助于提高熱敏性

產品的產量√1234567891011121314食品添加劑過量使用會對人體健康造成影響，甚至危及生命，不能過量使用，A錯誤；利用放線菌通過發酵工程產生的井岡霉素防治水稻枯紋病，屬于生物防治，B錯誤；自然界中還存在著一定數量的極端微生物，其中一些極端微生物已應用于生產實踐，例如，嗜熱菌、嗜鹽菌可以用來生產洗滌劑，嗜低溫菌有助于提高熱敏性產品的產量，D錯誤。12345678910111213149.(2022·山東，14)青霉菌處在葡萄糖濃度不足的環境中時，會通過分泌青霉素殺死細菌，以保證自身生存所需的能量供應。目前已實現青霉素的工業化生產，關于該生產過程，下列說法錯誤的是A.發酵液中的碳源不宜使用葡萄糖B.可用深層通氣液體發酵技術提高產量C.選育出的高產菌株經擴大培養后才可接種到發酵罐中D.青霉素具有殺菌作用，因此發酵罐不需嚴格滅菌√1234567891011121314青霉菌處于葡萄糖濃度不足的環境中會通過分泌青霉素殺死細菌；提供相同含量的碳源，葡萄糖溶液單位體積中溶質微粒較多，會導致細胞失水，發酵液中的碳源不宜使用葡萄糖，乳糖是二糖，可被水解為半乳糖和葡萄糖，是青霉菌生長的最佳碳源，可以被青霉菌緩慢利用而維持青霉素分泌的有利條件，A正確；1234567891011121314青霉菌的代謝類型為異養需氧型，可用深層通氣液體發酵技術提高產量，B正確；選育出的高產青霉素菌株經擴大培養純化后，才可接種到發酵罐中進行工業化生產，C正確；為了防止細菌、其他真菌等微生物的污染，獲得純凈的青霉素，發酵罐仍需嚴格滅菌，D錯誤。123456789101112131410.(多選)某高校采用如圖所示的發酵罐進行葡萄酒主發酵過程的研究，下列敘述正確的是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決

定何時終止發酵√1234567891011121314√果酒發酵的適宜溫度為18～30℃，因此夏季生產果酒時，常需對罐體進行降溫處理，A正確；乙醇是酵母菌無氧呼吸的產物，因此發酵過程中不需要通入空氣，B錯誤；無氧呼吸產生了二氧化碳，但是沒有消耗氧氣，因此發酵罐中的氣壓不會低于大氣壓，C錯誤；1234567891011121314葡萄酒發酵的原料是糖類，因此可以通過監測發酵過程中殘余糖的濃度來決定何時終止發酵，D正確。123456789101112131411.(多選)(2022·山東，20改編)啤酒的工業化生產中，大麥經發芽、焙烤、碾磨、糖化、蒸煮、發酵、消毒等工序后，最終過濾、調節、分裝。下列說法正確的是A.用赤霉素處理大麥，可使大麥種子無須發芽就能產生α-淀粉酶B.焙烤是為了利用高溫殺死大麥種子胚并進行滅菌C.糖漿經蒸煮、冷卻后需接種酵母菌進行發酵D.在菌種選育上，使用基因工程改造的啤酒酵母，可以加速發酵過程，

縮短發酵周期√1234567891011121314√√焙烤是為了加熱殺死大麥種子胚，但不使淀粉酶失活，不是利用高溫進行滅菌，B錯誤。123456789101112131412.(多選)(2024·邯鄲高二期中)下列對發酵工程應用的敘述，錯誤的是A.發酵工程的產品只能是微生物的代謝物B.谷氨酸發酵生產中，要將pH嚴格控制在中性或弱酸性C.從某些微生物中分離出的抗生素，可以作為微生物農藥用于防治作物

疾病D.發酵工程生產的微生物肥料可能抑制土壤中病原微生物的生長√1234567891011121314√發酵工程的產品主要包括微生物的代謝物、酶及菌體本身，產品不同，分離的方法也不同，A錯誤；谷氨酸發酵生產中，在中性和弱堿性條件下會積累谷氨酸，在酸性條件下容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺，B錯誤；有的微生物肥料可以抑制土壤中病原微生物的生長，從而減少病害的發生，D正確。1234567891011121314(1)培育青霉素高產菌株的育種方法是_________，過程①②屬于發酵工程的_________環節，其主要目的是____________________。13.(2023·鎮江高二檢測)青霉素是一種常用的抗生素，其工業化生產流程如圖所示。請據圖分析回答下列問題：誘變育種擴大培養快速增加菌種的數量1234567891011121314(3)發酵過程中必須嚴格控制好____________________________________(至少答出3點)等發酵條件，使發酵全過程處于最佳狀態；同時定期檢測______________________(至少答出2點)等，以了解發酵進程。(2)過程③不能用化學藥物進行滅菌處理，原因是________________________________________________。

殘留在培養基中的化學藥物會抑制青霉菌的生長繁殖溫度、pH、溶解氧、罐壓、營養物質1234567891011121314微生物數量、產物濃度(4)過程④常用的方法是______。過濾123456789101112131414.(2024·南陽