第1章 发酵工程第3节发酵工程及其应用[学习目标] 1.了解发酵工程的基本环节。2.了解发酵工程的应用。知识自主梳理菌种的选育扩大培养培养基
的配制产品的分离、提纯自然界诱变育种或基因工程育种黑曲霉3．扩大培养工业发酵罐的体积一般为几十立方米到几百立方米，接入的菌种总体积
需要几立方米到几十立方米。所以，在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养。4．培养基的配制在菌种确定之后，要选择原料制备培养基。在生产实
践中，培养基的配方要经过反复试验才能确定。大多是单一菌种 培养基 微生物数量、产物浓度 生长繁殖 代谢物谷氨酸 谷氨酰胺 N-乙
酰谷氨酰胺 过滤、沉淀 提取、 分离和纯化 小分子的肽和氨基酸 发酵的温度和发酵的时间主发酵后发酵主发酵低温、密闭后发酵灭菌淀粉酶
酒精和CO2 过滤、调节、分装 黑曲霉 谷氨酸棒状杆菌 酸度调节剂增味剂β－胡萝卜素结冷胶溶菌酶发酵工程 3．在医药工业上的应用青
霉素的发现和产业化生产推动了发酵工程在医药领域的应用和发展。发酵工程逐步扩展到其他抗生素、多种氨基酸、激素和免疫调节剂等的生产领域
。(1)人们可以采用基因工程的方法，将植物或动物的基因转移到微生物中，获得具有某种药物生产能力的微生物。(2)直接对菌种进行改造，
再通过发酵技术大量生产所需要的产品。例如，利用经过基因改造的微生物进行发酵生产生长激素释放抑制激素。紫杉醇 青蒿素前体 酵母菌 有
机酸 生物活性物质 根瘤菌肥 苏云金杆菌白僵菌井冈霉素微生物菌体食品添加剂快乳酸菌免疫力酒精、乙烯 嗜热菌、嗜盐菌 嗜低温菌
微生物菌种资源丰富，选择发酵工程用的菌种需要考虑哪些因素？提示：原料方面：广，转化率高；产物方面：目的产物含量高，副产物少
；菌体方面：生长快，繁殖力强，耐受力强，抗污染、抗噬菌体能力强，遗传特性稳定；设备方面：产泡沫少，适宜大罐生产。 回忆一下自己
做过的生物学实验，曾经使用过哪些酶制剂？提示：淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用实验中的淀粉酶。课堂小结笔记空间 ___________
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__________________________________________ 学习目标检测1．(目标1)发酵工程的正确操作
过程是( )①发酵 ②培养基的配制 ③灭菌 ④产品的分离与提纯 ⑤菌种的选育 ⑥扩大培养和接种A．①③④⑤②⑥ B．⑤②③
⑥①④C．②⑤③①⑥④ D．⑥⑤②④③①解析 发酵工程的基本操作过程为：菌种的选育→培养基的配制→灭菌→扩大培养和接种→发酵
过程→产品的分离、提纯。因此正确的操作过程是⑤②③⑥①④。2．(目标1)下列哪项不是发酵过程中要完成的( )A．随时取样检测培养
液中的微生物数目、产物浓度B．不断添加菌种C．及时添加必需的培养液组分D．严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等条件解析 发酵
过程中只是在最初添加一次菌种，中途需随时取样检测培养液中的微生物数目、产物浓度，以便了解发酵进程。同时还应严格控制温度、pH、溶解
氧、通气量与转速等条件，并及时添加必需的营养组分以延长稳定期，增加产量。3．(目标2)下列分别属于食品添加剂中的鲜味剂和色素的是(
)A．谷氨酸钠、胡萝卜素 B．苹果酸、红曲素C．高果糖浆、β－胡萝卜素 D．肌酣酸、柠檬酸解析 谷氨酸钠可以作为食品添
加剂中的鲜味剂，β－胡萝卜素可以作为食品着色剂。4．(目标2)关于单细胞蛋白叙述正确的是( )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．单细胞蛋白不能被人或动物食用5．(多选)(目标2)下列需要利用发酵工程的
是( )A．生产根瘤菌肥、固氮菌肥等B．通过生物技术培育可移植的皮肤C．利用工程菌生产胰岛素D．工业化生产青霉素重点题型突破题型
一 发酵工程基本环节的考查[例1] 下列有关发酵工程的叙述，正确的是( )A．发酵罐中微生物的生长繁殖与代谢产物的形成都与pH有
关B．若发酵产品为代谢产物，则通过过滤、沉淀等方法获取C．谷氨酸棒状杆菌要在酸性条件下发酵才能得到谷氨酸(味精的主要成分)D．人工
诱变、细胞工程、基因工程等都是对微生物进行定向改造解题分析 环境条件的变化不仅会影响微生物的生长繁殖，也会影响微生物代谢产物的形成
，因此要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件，A正确；若发酵产品为微生物细胞本身，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，即可得到产品若发酵产品为代谢产物，可根据产物的性质采用适当的提取、分离和纯化措施来获得产品，B错误；谷氨酸的发酵生产时在中
性和弱碱性条件下才会积累谷氨酸，C错误；人工诱变导致基因突变是不定向的，故人工诱变不能对微生物进行定向改造，D错误。题型二 发酵工
程应用的考查[例2] 下列关于发酵工程的应用相关叙述错误的是( )A．发酵工程应用广泛是由于其生产条件温和、原料来源丰富、废弃物
对环境的污染小等特点B．食品工业是微生物最早开发和应用的领域C．干扰素的发现和产业化生产推动了发酵工程，在医药领域的应用和发展D．
发酵工程在农牧业上可以用于微生物肥料、微生物农药、微生物饲料解题分析 青霉素的发现和产业化生产推动了发酵工程在医药领域的应用和发展
，青霉素属于抗生素。课后课时作业[单项选择题] 知识点一 发酵工程的基本环节1．发酵技术目前已经发展到( )A．按照人
们的意愿创造出具有特殊性能的微生物以生产人类需要的发酵产品B．还不能按照人们的意愿去创造新的微生物来满足人们的需要C．目前，发酵技
术仍是传统的发酵技术D．人们应用的还是自然界中原有的微生物进行发酵生产解析 现代的发酵技术能够按照人们的意愿创造出具有特殊性能的微
生物，以生产人类需要的发酵产品，如青霉菌发酵产生青霉素，青霉素是一种抗生素，能治疗疾病。可见A符合题意，故选A。2．下列关于菌种的
说法错误的是( )A．可以用诱变育种的方法获得高产青霉菌B．可以用基因工程的方法改造啤酒酵母用于啤酒生产C．可以从富含纤维素的环
境中筛选出纤维素分解菌D．可以用细胞工程的方法获得产酸量高的黑曲霉用于生产乳酸解析 生产柠檬酸需要筛选产酸量高的黑曲霉。3．下列对
发酵工程中灭菌的理解，错误的是( )A．防止杂菌污染B．消灭杂菌C．培养基和发酵设备都必须灭菌D．灭菌必须在接种前解析 灭菌的目
的是防止杂菌污染，但实际操作中不可能只消灭杂菌，而是消灭全部微生物；与发酵有关的所有设备和物质都要灭菌；发酵所用的微生物是灭菌后专
门接种的，灭菌必须在接种前，如果接种后再灭菌就会把所接菌种也杀死。4．关于发酵工程的说法，不正确的是( )A．发酵是发酵工程的中
心环节，随时检测影响发酵过程的各种环境条件并予以控制，才能保证发酵的正常进行B．在谷氨酸发酵过程中，当pH呈酸性时，生成的代谢产物
会是乳酸或琥珀酸C．扩大培养应选用对数期的菌种D．在生产实践中，培养基的配方要经过反复试验才能确定解析 谷氨酸发酵生产中，在酸性条
件下容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。5．对发酵产品的分离、提纯和加工，错误的说法是( )A．分离、提纯酵母菌发酵生产的单细胞
蛋白，可采用过滤、沉淀等方法B．发酵过程中的环境条件只影响微生物的生长繁殖，不会影响微生物代谢物的形成C．酿制白酒时，常用蒸馏的方
法提取发酵产品D．通常在微生物生长的稳定期，从放出的老培养基中分离发酵产品解析 发酵过程中的环境条件不仅影响微生物的生长繁殖，也会
影响微生物代谢物的形成，B错误。 知识点二 发酵工程的应用6．下列不属于发酵工程在食品工业上的应用的是( )A．生产传
统的发酵产品B．生产各种各样的食品添加剂C．生产酶制剂D．利用微生物生产紫杉醇、青蒿素前体等化合物解析 利用微生物生产紫杉醇、青蒿
素前体等化合物属于发酵工程在医学上的应用。7．下列关于啤酒工业化生产的相关叙述错误的是( )A．啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发
酵制成的B．生产流程为：发芽→焙烤→碾磨→糖化→蒸煮→发酵→消毒→终止C．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D．产生风味组分，是在发酵步骤中产生的解析 在蒸煮步骤中产生风味组分。8．下列关于发酵工程在医学工业上的应用的叙述错误的是(
)A．人们可以直接对菌种进行改造，再通过发酵技术，大量生产所需要的产品B．通过发酵工程可以生产多种抗生素、氨基酸、激素和免抑调节剂
C．发酵工程可以生产多种药物，但是不能生产疫苗D．发酵工程生产药物具有投入少，产量高的特点解析 一种生产乙肝疫苗的方法就是将乙型肝
炎病毒的抗原基因转入酵母菌，再通过发酵生产。9．下列关于发酵工程在农牧业上应用的叙述错误的是( )A．微生物肥料主要指微生物含有
的大量蛋白质B．发酵工程可以生产微生物农药，利用微生物或其代谢物来防治病虫害C．发酵工程可以生产微生物饲料，微生物含有丰富的蛋白质
D．利用发酵工程生产的单细胞蛋白是大量的微生物菌体解析 微生物肥料主要指微生物代谢过程中产生的有机酸、生物活性物质等。[多项选择题
]10．下列叙述中，正确的是( )A．利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质，这种发酵原料的改变对解决资源短缺与环境污染问题具
有重要意义B．科学家们利用一些寄生性的细菌和病毒来治疗疾病或防治农林害虫，如苏云金杆菌可寄生在某些害虫体内，对害虫有较强的致病力C
．青霉素由细菌中的青霉菌产生，属抗生素类药物D．科学家通过基因工程用微生物可以生产治疗糖尿病的药物——胰岛素解析 青霉素由真菌中的
青霉菌产生，属于抗生素类药物。11．关于发酵工业相关知识的叙述，其中正确的是( )A．发酵工程具有生产条件温和、原料来源丰富且价
格低、产物专一等特点B．基因工程技术可将动植物的基因转移到微生物中生产某种药物C．利用发酵工程制药显著提高了某些药物的产量D．在食
品工业中使用的酶制剂大都是通过发酵工程生产的解析 在食品工业中使用的酶制剂除了少数由动植物生产外，绝大多数是通过发酵工程生产的，D
正确。[非选择题]12．如图是利用发酵技术获得产品的过程图，①、②都表示这一过程中的步骤或者操作，根据该图以及学过的相关知识回答问
题：(1)写出数字标号处的操作：①____________；②_________。其中②的目的是防止发酵过程中混入________
_，进而影响生产的效率，甚至导致发酵失败。(2)配制培养基时，一般要保证培养基中具有几类基本成分，分别是碳源、氮源、______、
_________。扩大培养灭菌杂菌水无机盐(3)选育菌种通常是从自然界的特定环境下筛选出需要的目的菌株，但是如果这样的菌种不符合
生产的要求时，我们通常还会对菌种进行改良，改良的方法通常包括__________和________________等。(4)在发酵
过程中，我们要不间断地检测发酵罐中的情况，了解发酵进程，必要时要添加营养物质，同时要严格控制发酵条件，如温度、_____、____
______等，因为环境条件的改变，不仅影响菌种的生长繁殖，而且可能会影响______________的形成。诱变育种基因工程育种
pH溶解氧菌种代谢产物(5)为了进一步保持发酵液的无菌环境，我们在培养基中加入了青霉素，则该培养基不能用来培养__________
(填“细菌”或“真菌”)类微生物，而且要注意在最后处理发酵液的时候，不能将发酵液直接排到自然水体，其原因是：①发酵液中富含____
______，可能会导致水体富营养化而出现水华等；②发酵液中加入的青霉素可能会导致自然界的细菌出现____________种群，对
人类的健康不利。细菌有机物耐药性13．黑曲霉发酵可以产生木聚糖酶，该酶可以将木聚糖(植物细胞壁中的主要成分之一)降解为木糖。木聚糖
酶是一种很有应用价值的发酵产品。如图表示生产该酶的连续发酵装置。(1)根据物理性质，该发酵过程使用的培养基属于__________
__。根据工艺流程可知，黑曲霉的新陈代谢类型属于_________型。液体培养基 异养需氧 (2)从加料口输入的培养基必须经过严格
的________处理。根据图示可知，发酵过程需要严格控制_____________________________与搅拌速度等条
件。(3)在大规模的发酵生产中，需要将选育出的优良菌种经过多次的____________，当达到一定数量后再接种。(4)此工艺流程
(连续培养)以一定的速度不断添加新的培养基，同时又以同样的速度放出旧的培养基，可大大提高生产效率，道理在于_________ __
_________________________________________________________________
______________。灭菌 温度、pH、溶解氧、通气量 扩大培养 解析 (1)据图分析，黑曲霉发酵产生木聚糖酶在培养液中进
行，属于液体发酵，黑曲霉发酵需要通入空气，所以黑曲霉属于异养需氧型微生物。(2)微生物发酵的培养基必须进行严格的灭菌处理，发酵过程
需要严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与搅拌速度等条件。(3)大规模发酵生产需要大量的菌种，所以优良菌种需经过多次扩大培养才能应用
于大规模的发酵生产中。(4)连续培养的主要原理是保证微生物对营养物质的需求，排出部分代谢产物，使微生物保持较长时间的快速生长。14
．谷氨酸棒状杆菌可用于微生物发酵工程生产谷氨酸，从而制取谷氨酸钠(味精)。如图为谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径，通过发酵工程可以大
量生产谷氨酸。回答下列问题：(1)与酵母菌相比，谷氨酸棒状杆菌在结构上的显著特点是__________ ___________；谷
氨酸发酵的培养基成分有豆饼水解液、玉米浆、尿素、磷酸氢二钾、硫酸镁、生物素等，从物理性质看，该培养基属于________培养基。无
核膜包被的细胞核液体(2)由图可知，谷氨酸棒状杆菌体内若积累了较多的谷氨酸，则会抑制谷氨酸脱氢酶的活性，所以要随时检测______
____，同时还要检测温度，因为温度会影响_______活性，而______会影响产物种类，在____________条件下发酵罐内会积累谷氨酸，在________环境下会形成谷氨酰胺和N-乙酰谷胺酰胺。(3)谷氨酸的生产属于发酵工程在___________上的应用，因为味精属于_____________。发酵工程在医药工业上的应用也取得了很多成果，最先利用发酵工程生产的抗生素是________，利用微生物生产人类的激素、免疫调节剂等，还需要利用____________等技术。产物浓度酶pH中性、弱碱性酸性食品工业食品添加剂青霉素基因工程(4)发酵工程在农牧业上的应用主要有________________、生产微生物农药、________________，微生物农药的使用可以减少化学农药对环境的破坏，在农业的可持续发展方面发挥越来越重要的作用。生产微生物肥料生产微生物饲料本课结束 |
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