发酵工程及其应用
一、单项选择题
1.发酵工程的正确操作过程是( )
①接种与发酵 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
A.①③④⑤②⑥
B.⑤②③⑥①④
C.②⑤③①⑥④
D.⑥⑤②④③①
2.下列关于发酵过程的叙述中,不正确的是( )
A.对培养基灭菌是发酵生产中的一个很重要的环节
B.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
C.在发酵过程中,要严格控制温度、pH、溶氧、通气量与转速等发酵条件,否则会影响菌种代谢物的形成
D.发酵产品的分离方法是相同的
3.下列不属于发酵工程的应用的是( )
A.生产抗生素、维生素、药用氨基酸等
B.生产啤酒、果酒和食醋等
C.化学检测和水质监测
D.生产各种各样的食品添加剂
4.下列不需要利用发酵工程的是( )
A.生产单细胞蛋白饲料
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.工厂化生产青霉素
5.为了改善食品品质和色、香、味及防腐与加工工艺的需要,人们在食品中加入一些化学合成或天然物质,这类物质被称为食品添加剂,下列有关叙述错误的是( )
A.许多食品添加剂可以通过发酵工程生产,如柠檬酸可以通过黑曲霉的发酵制得
B.食品工业中,常用的着色剂有β-胡萝卜素,红曲黄色素等
C.食品工业中,用来延长食品保质期的乳酸链球菌素、溶菌酶可通过发酵工程生产
D.食品添加剂不能增加食品的营养
6.由于发酵工程生产条件温和、原料来源丰富、价格低廉等,在食品工业、医药工业、农牧业等许多领域得到了广泛的应用,下列有关发酵工程在食品工业上应用的描述,正确的是( )
A.日常生活中食用的酱油的制作以大麦为主要原料,利用产蛋白酶的霉菌的作用,将原料中的蛋白质分解成小分子的肽和氨基酸
B.啤酒发酵的过程分为主发酵和后发酵两个阶段,其中,酵母菌的繁殖在主发酵阶段完成,大部分糖的分解和代谢物的生成在后发酵阶段完成
C.味精是谷氨酸棒状杆菌在无氧条件下发酵产生谷氨酸,谷氨酸经过一系列处理而获得的
D.由于酶制剂催化效率高、专一性强、作用条件温和,因此在使用时要考虑酶制剂的使用量、底物的种类以及适宜的温度和pH
7.利用生物工程生产啤酒、味精、胰岛素、酸奶的常用菌种分别是( )
A.酵母菌、枯草杆菌、大肠杆菌、乳酸菌
B.酵母菌、大肠杆菌、青霉菌、乳酸菌
C.酵母菌、谷氨酸棒状杆菌、大肠杆菌、乳酸菌
D.黄色短杆菌、酵母菌、大肠杆菌、乳酸菌
8.制造啤酒的工艺流程中,实际是应用酵母菌的呼吸作用。将小麦和酵母菌放入发酵罐应怎样处理才能制造出大量的啤酒( )
A.马上密闭,保持30~40
℃的温度
B.一直通风,不封闭,保持30~40
℃
C.先通风后密闭,保持60
℃以上
D.先通风后密闭,保持30~40
℃
9.发酵工程在现代生物工程中地位越来越重要。下列有关发酵过程叙述,错误的是( )
A.首先要对发酵设备和培养基严格灭菌
B.要随时取样,检测培养液的微生物数量、产物浓度等,以了解发酵过程
C.在发酵过程中不需要向装置中再添加必需的营养组分
D.要严格控制温度、pH、溶解氧等发酵条件
10.发酵工程在食品工业、医药工业和农牧业等许多领域得到了广泛的应用,在发酵过程中,发酵条件的控制至关重要,下列关于发酵条件的控制的叙述,不正确的是( )
A.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,因此发酵过程要严格控制发酵条件
B.发酵过程中微生物代谢产热和机械搅拌产热,会使发酵温度升高,因此要及时调节发酵罐温度
C.培养基中营养物质的利用和代谢物的积累,可能会导致发酵液pH发生改变,如工业酿酒会导致pH上升
D.现代工业发酵对发酵条件的监测和控制是通过计算机系统实现的,可以使发酵过程处于最佳状态
二、不定项选择题(每题有一个或多个正确答案)
11.下列关于啤酒的工业化生产的叙述,不正确的是( )
A.啤酒生产的主要原料是大麦
B.啤酒生产的发酵过程包括主发酵阶段和后发酵阶段
C.主发酵在低温、密闭条件下进行,发酵液澄清、成熟可以饮用
D.发酵的温度和时间会影响啤酒的口味
12.随着人们对发酵原理认识的不断深入,微生物纯培养技术的建立,以及密闭式发酵罐的成功设计,人们能够在严格控制的环境条件下大规模生产发酵产品。下列有关发酵工程过程的叙述,错误的是( )
A.发酵工程的过程一般包括菌种的选育,培养基的配制,灭菌,扩大培养,接种,发酵,产品的分离、提纯等
B.选育菌种都是通过基因工程育种、诱变育种等方法获得的
C.扩大培养的目的是使优良菌种大量繁殖,便于得到足够多的菌种
D.产品的分离与提纯要根据产物的类型采用不同的分离方法
13.下列有关传统发酵技术与现代工业发酵的描述,错误的是( )
A.传统发酵技术与现代工业发酵都需要进行严格的无菌操作,防止杂菌的污染,如都要进行培养液的灭菌
B.传统发酵技术对发酵条件的控制主要通过人工控制,而现代工业发酵对发酵条件的控制是通过计算机系统进行全面的监测和控制
C.制作泡菜的菌种是人工接种的纯的乳酸菌菌种
D.果酒制作、果醋制作以及腐乳的制作等都属于现代工业发酵
三、非选择题
14.很多食品都是利用微生物的发酵制作而成的。请回答下列相关问题:
(1)奶酪主要是牛奶通过乳酸杆菌、嗜热链球菌、乳酸链球菌等的发酵制作而成。从发酵产物分析,奶酪比牛奶保存时间长的原因是____________________________。制作奶酪时利用的几种微生物都属于细菌,在实验室中培养它们比培养毛霉等所需设定温度要更________,培养时间要更________,并且还要将pH调至____________。
(2)豆豉是把黄豆或黑豆泡透蒸熟或煮熟,经过毛霉、曲霉等发酵而成的食品,可以调味,也可以入药。大豆经过蒸煮不仅可以灭菌,还能使发酵变得更容易,原因是__________________________________________________________。煮熟的大豆可为毛霉的生长提供________________________________等营养物质,而毛霉分泌的蛋白酶又能将大豆中的蛋白质分解成__________________等,易被人体消化吸收。
(3)高活性的啤酒酵母决定着啤酒的风味和质量,在对高活性的啤酒酵母进行富集培养时每隔4h在摇床上摇动一次,每次1~2
min,这样做的目的是__________________________________________________________________________________________________________________________________________。
15.陈马匋声是中国近代微生物工业的开拓者和奠基人,为我国的发酵工业做出了巨大贡献。分析他的成就,回答下列问题。
(1)1922年,我国一家酒精生产厂用甜菜作原料,生产总是失败。陈马匋声研究发现是因为原料中感染了一种酪酸菌。实验室中为避免杂菌污染需要利用________________(仪器),在压力和温度分别是________________条件下维持15~30
min将原料灭菌。
(2)我国传统生产酱油有将大豆等发酵酿造产生小分子肽、氨基酸等的过程。1933年,陈马匋声为解决酱油酿造菌种不纯的问题,从各个酱油作坊采集了上千种的样品,从中筛选了一种________酶活性很高的米曲霉。对菌种进行筛选并计数常用的方法是_____________________________________________________________________。
(3)1934年,陈马匋声发现用甘蔗生产酒精时添加硫酸铵或尿素可以大幅提高发酵速度,这是为微生物补充了________(营养物质)。
16.现在大力提倡无纸化办公,但是仍然不可避免的每年要产生大量的废纸,其主要成分是木质纤维,人类正努力将其转化为一种新的资源——乙醇。如图是工业上利用微生物由纤维素生产乙醇的基本工艺流程,请回答相关问题:
(1)自然界中①环节需要的微生物大多分布在____________的环境中。将从土壤中获得的微生物培养在以纤维素为________、并加入________的培养基上筛选周围有________的菌落。
(2)如上所述的筛选中获得了三个菌落,对它们分别培养,并完成环节②,且三种等量酶液中酶蛋白浓度相同,则你认为三种酶液的活性________(选填“一定相同”、“不一定相同”或“一定不同”),可以通过对纤维素酶分解纤维素后所产生的________进行定量测定。
(3)生产中可以满足④环节的常见菌种是________。
(4)若采用稀释涂布平板法时,在涂布接种前,随机取若干灭菌后的空白平板先行培养了一段时间,这样做的目的是__________________。
参考答案
1.B
发酵工程,是指采用现代工程技术手段,利用微生物的某些特定功能,为人类生产有用的产品,或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。发酵工程一般步骤包括⑤菌种的选育,②培养基的配制,③灭菌,⑥扩大培养,①接种和发酵,④产品的分离,提纯等方面,即B正确。
2.D
:发酵过程中一旦有杂菌污染,可能导致产量大大下降,因此对培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌,A正确;发酵过程中,由于微生物代谢过程中产生热量和代谢产物的积累,发酵环境不断变化,需随时检测影响发酵过程的各种环境条件,并予以控制,保证发酵的正常进行,B正确;环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖,还会影响微生物代谢物的形成,需随时检测影响发酵过程的各种环境条件(温度、pH、溶氧、通气量与转速等)并予以控制,C正确;不同的发酵产品其分离方法各不相同,如果发酵的产品是微生物本身,在发酵之后采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥,而如果发酵产品是代谢物则需通过蒸馏、萃取或离子交换等措施来提取、分离和纯化,D错误。
3.C
生产抗生素、维生素、药用氨基酸等为发酵工程在医药工业上的应用;生产啤酒、果酒和食醋等,生产各种各样的食品添加剂,都是发酵工程在食品工业上的应用;化学检测和水质监测不属于发酵工程的应用。
4.B
生产单细胞蛋白饲料是利用发酵工程生产微生物菌体本身的过程,A错误;通过生物技术培育可移植的皮肤是利用了动物细胞工程中的动物细胞培养,B正确;利用工程菌生产胰岛素利用了发酵工程,C错误;利用工厂化生产青霉素利用了微生物的发酵,D错误。
5.D
食品添加剂不仅可以增加食品的营养,改善食品的口味、色泽和品质,有时还可以延长食品的保存期。许多食品添加剂都能通过发酵工程生产,如柠檬酸可以通过黑曲霉的发酵制得,A正确,D错误;β-胡萝卜素、红曲黄色素等在食品工业中常用来增加食品的色泽,B正确;食品工业中,用来延长食品保质期的乳酸链球菌素、溶菌酶可通过发酵工程生产,C正确。
6.D
:制作酱油的主要原料是大豆,A错误;啤酒发酵的过程分为主发酵和后发酵两个阶段,但酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成都在主发酵阶段完成,主发酵结束后在低温、密闭环境下储存一段时间属于后发酵,B错误;味精的生产是谷氨酸棒状杆菌在有氧条件下发酵产生谷氨酸,谷氨酸经过一系列处理而获得的,C错误;酶制剂是从生物体内提取出来的具有酶特性的一类化学物质,因此使用时要考虑酶制剂的使用量、底物的种类、适宜的温度和pH,D正确。
7.C
:啤酒的工业发酵使用的菌种是酵母菌;味精的生产可利用谷氨酸棒状杆菌发酵生产出谷氨酸,再经处理得到谷氨酸钠便可制成味精;胰岛素的生产需要使用基因工程的方法将人的胰岛素基因转移至大肠杆菌,由大肠杆菌进行工业发酵获得胰岛素;酸奶的工业发酵使用的菌种是乳酸杆菌。
8.D
将小麦和酵母菌放入发酵罐后,应先通风使酵母菌进行有氧呼吸而大量繁殖,然后密闭使酵母菌进行无氧呼吸产生酒精。此过程温度应适宜(30~40
℃),否则会影响酶的活性。
9.C
为防止杂菌污染,发酵时首先要对发酵设备和培养基严格灭菌,A正确;为了解发酵过程,要随时取样,检测培养液的微生物数量、产物浓度等,B正确;在发酵过程中需要向装置中再添加必需的营养组分,C错误;为保证发酵过程的顺利进行,要严格控制温度、pH、溶解氧等发酵条件,D正确。
10.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,因此发酵过程要严格控制发酵条件,A正确;发酵过程中微生物代谢产热和机械搅拌产热,会使发酵温度升高,因此要及时调节发酵罐温度,酵母菌最适生长繁殖的温度约是28
℃,B正确;果酒制作过程中不仅会产生酒精,还会产生大量的二氧化碳,因此利用酵母菌制作果酒的过程中,发酵液的pH会下降,C错误;现代工业发酵对发酵条件的监测和控制是通过计算机系统实现的,可以使发酵过程处于最佳状态,D正确。
11.C
主发酵结束后,发酵液不适合饮用,后发酵需要在低温、密闭条件下进行,发酵的温度和发酵的时间随啤酒品种的口味要求的不同而有所差异。
12.B
发酵工程的过程一般包括培养基的配制,灭菌,菌种的选育,扩大培养,接种,发酵,产品的分离、提纯等,A正确;选育菌种的方法总体上分为两种,一种是直接从自然界中筛选出常规菌种,另一种是通过基因工程育种或者诱变育种获得工程菌种,B错误;发酵工程的发酵装置足够大,必须接种足量的菌种才能保证其产量,因此接种前要进行扩大培养来增加菌种的数量,C正确;发酵工程的产品有两种类型,如果发酵产品是菌体本身,可以采用过滤、沉淀等方法进行分离提纯,如果发酵产品是代谢物,需要根据其性质采用蒸馏、萃取、离子交换等方法进行分离提纯,D正确。
13.ACD
传统发酵技术与现代工业发酵都要进行无菌操作,但传统发酵技术防止发酵液污染的措施主要是进行有关发酵装置的消毒,灭菌不是很严格,传统发酵技术利用的是原料中存在的微生物,培养液是不能灭菌的,A错误;传统发酵技术对发酵条件的控制主要是通过人工控制的,现代工业发酵对发酵条件的控制是通过计算机系统自动进行监测和控制的,B正确;制作泡菜属于传统发酵技术的应用,菌种来源于附着在原材料上的天然的乳酸菌,不需要接种,C错误;果酒制作、果醋制作以及腐乳制作属于传统发酵技术的应用,D错误。
14.。
答案:(1)较低的pH可以抑制其他杂菌的污染 高 短 中性或微碱性 (2)蒸煮可以使黄豆或黑豆结构更加疏松,有利于营养物质的溶出和菌种的生长 碳源、氮源、无机盐、生长因子和水 小分子的肽和氨基酸 (3)使酵母菌能够充分地接触培养基与空气而进行增殖,从而得到更多的酵母菌
15.答案:(1)高压蒸汽灭菌锅 100
kPa、121
℃ (2)蛋白 稀释涂布平板法 (3)氮源
16.答案:(1)富含纤维素 唯一碳源 刚果红 透明圈 (2)不一定相同 葡萄糖 (3)酵母菌 (4)检测培养基灭菌是否合格