1.3 发酵工程及其应用-人教版（2019）生物选择性必修3同步练习题（含解析）
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| 名称 | 1.3 发酵工程及其应用-人教版（2019）生物选择性必修3同步练习题（含解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 467.3KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2025-05-19 11:27:53 | ||
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文档简介
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2025人教版生物选择性必修3
第3节 发酵工程及其应用
A组必备知识基础练
1.下列关于发酵工程的菌种的叙述,错误的是( )
A.发酵工程的菌种可以从自然界中筛选出来
B.发酵工程可以利用原材料中含有的菌种
C.发酵工程的菌种可以来自基因工程
D.发酵工程的菌种可以来自诱变育种
2.下列关于微生物发酵过程的说法,正确的是( )
A.选育菌种是发酵工程的中心环节
B.只要不断地向发酵罐中通入液体培养基,就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、溶解氧、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.在发酵工程的发酵环节中,发酵条件会影响微生物的生长繁殖,但是不影响微生物的代谢途径
3.下列有关发酵工程基本环节的叙述,不合理的是 ( )
A.由于工业发酵罐所需接入的菌种总体积一般都比较大,所以,在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养
B.在菌种确定之前,要先制备好培养基
C.发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种
D.如果发酵产品是代谢物,可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品
4.下列关于发酵工程的基本环节及应用的叙述,正确的是( )
A.培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌,若被杂菌污染将会导致产量下降
B.在主发酵阶段酵母菌会大量繁殖,主发酵结束后可得到澄清、成熟的啤酒
C.单细胞蛋白是指从大量培养的微生物菌体中获得的蛋白质,可以作为家畜和家禽的饲料
D.微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害的,是化学防治的重要手段
5.(2024辽宁名校联盟)碱性果胶酶是一种生物酶制剂,可用于纺织纤维的脱胶预处理和煮练助剂。芽孢杆菌能分泌大量的碱性果胶酶,但分泌的物质中含有损伤纤维的内源性纤维素酶。毕赤酵母具有高表达的启动子,且不产生对纤维有损伤的酶,常作为碱性果胶酶的表达系统被应用。下列叙述错误的是 ( )
A.发酵结束后进行离心,从沉淀物中提取、分离产品
B.改造的菌种必须经过扩大培养才能向发酵罐中接种
C.发酵时要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件
D.发酵用的菌种可为导入碱性果胶酶基因的毕赤酵母
6.(2024山东名校考试联盟)γ-聚谷氨酸(γ-PGA)是由枯草芽孢杆菌分泌的一种多肽分子,可广泛用于医药、食品等领域。科学家利用芦苇水解液对枯草芽孢杆菌进行有氧发酵生产γ-PGA,添加谷氨酸钠会提高γ-PGA的产量,但会造成发酵液黏度增大,溶氧量降低。下列有关说法错误的是( )
A.发酵过程中可根据发酵进程适时补充芦苇水解液
B.加入芦苇水解液之前进行高压蒸汽灭菌处理
C.添加谷氨酸钠后因菌体生长速率加快,从而产生更多γ-PGA
D.筛选的性状优良的枯草芽孢杆菌在发酵生产前应进行扩大培养
7.(2024辽宁本溪月考)食品工业是微生物发酵应用最早、最广泛的领域,工业上常用微生物发酵产物生产味精,发酵的部分流程如下图所示,下列叙述正确的是( )
A.第①步碾磨前需对大米和酿造器具预先进行消毒处理
B.直接对微生物培养液沉淀、过滤来生产②所需的酶制剂
C.第③步发酵生产谷氨酸的过程中,发酵液的pH应维持在中性和弱碱性
D.第③步向发酵罐中补充尿素的主要目的是补充发酵液中的碳源
8.(2024江西九江十校联考)某工厂以制糖生产的废水和沼气池废料为原料,利用酵母菌在连续搅拌反应器中生产单细胞蛋白。下列说法错误的是( )
A.单细胞蛋白含有蛋白质、糖类、脂质和维生素等物质
B.发酵过程中,通过放料口取样以便随时监测产物浓度等
C.可采用深层通气液体发酵技术提高单细胞蛋白的产量
D.发酵结束后,应采用提取、分离和纯化措施以获得产品
9.下列关于发酵工程在食品工业上应用的叙述,错误的是( )
A.生产传统发酵产品,如利用产生蛋白酶的霉菌酿造酱油
B.生产各种各样的食品添加剂,可以改善食品的口味但不能增加食品的营养
C.生产食品酸度调节剂,如柠檬酸可以通过黑曲霉的发酵制得
D.生产酶制剂,少数酶制剂由动植物生产,绝大多数通过发酵工程生产
10.现代工业生产中往往采用规范的流程进行发酵生产以提高生产效率,下图是发酵工程生产产品的流程图。据图回答下列问题。
(1)在啤酒生产中,使用①改造的啤酒酵母,可以加速发酵进程,缩短生产周期,①是 ;高产青霉素菌种是通过②培育的,②是 ;③是筛选。
(2)④表示 ,⑤表示 。
(3)整个过程的中心环节是发酵罐内发酵,在此环节需要随时取样、检测等,以了解发酵进程,还要及时添加 ,同时严格控制 。
(4)若发酵所得产品是单细胞蛋白,则⑥往往采用 的方法进行提取。
B组能力素养提升练
11.(2024安徽池州期末)黑曲霉是一种丝状真菌,其代谢物广泛应用于食品加工等领域。食品工业以红薯粉为原料经黑曲霉发酵获得柠檬酸,如图为生产柠檬酸的简要流程图。下列叙述错误的是( )
A.优良菌种可以从自然界中筛选出来,也可通过诱变育种或基因工程育种获得
B.据图分析,黑曲霉的代谢类型是需氧型,培养过程1使用平板划线法进行接种
C.α-淀粉酶将红薯中的淀粉水解为葡萄糖,提供碳源,蛋白胨提供氮源和维生素等
D.因为发酵罐内接种的是黑曲霉纯培养物,所以培养基C和发酵罐不需要经过严格的灭菌
12.发酵工程在工业生产上得到了广泛的应用,其生产流程如图所示。结合赖氨酸或谷氨酸的生产实际分析,下列说法错误的是( )
A.①为诱变育种,②为萃取(或蒸馏、离子交换等)
B.在赖氨酸或谷氨酸的生产过程中,为使产物源源不断地产生,可采用连续培养的发酵方式
C.由于赖氨酸或谷氨酸的发酵菌种为好氧菌,在生产过程中常需增加通氧量
D.人工控制微生物代谢的唯一措施是控制生产过程中的各种条件
13.(2022山东卷)青霉菌处在葡萄糖浓度不足的环境中时,会通过分泌青霉素杀死细菌,以保证自身生存所需的能量供应。目前已实现青霉素的工业化生产,关于该生产过程,下列说法错误的是( )
A.发酵液中的碳源不宜使用葡萄糖
B.可用深层通气液体发酵技术提高产量
C.选育出的高产菌株经扩大培养后才可接种到发酵罐中
D.青霉素具有杀菌作用,因此发酵罐不需严格灭菌
14.阅读以下材料,回答相关问题。
我国是世界上啤酒的生产和消费大国。啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的,其工业化生产流程如下图所示。
其中发酵过程分为主发酵和后发酵两个阶段。主发酵结束后,发酵液还不适合饮用,要在低温、密闭的环境下储存一段时间进行后发酵,这样才能形成澄清、成熟的啤酒。发酵条件随啤酒品种和口味要求的不同而有所差异。
(1)发酵工程一般包括菌种的选育, ,培养基的配制、灭菌,接种,发酵,产物的分离、提纯等。啤酒酵母的新陈代谢类型是 。
(2)在酿酒过程中常加入 (填某种植物激素)以缩短大麦发芽的时间,从而减少有机物的消耗。焙烤阶段应注意控制温度,不能使 失活。
(3)发酵阶段的底物是 ,发酵液和发酵设备都必须经过严格的 处理。
(4)请写出一条啤酒的发酵生产过程中,可以使啤酒的产量和质量得到明显提高的工程手段: 。
(5)请写出一条发酵工程在食品工业、医药工业和农牧业等领域得到广泛应用的原因: 。
15.(2024河南焦作月考)中国科学家运用合成生物学方法构建了一株嗜盐单胞菌H,以糖蜜(甘蔗榨糖后的废弃液,含较多蔗糖)为原料,在实验室发酵生产PHA等新型高附加值可降解材料,期望提高甘蔗的整体利用价值,工艺流程如图所示。请回答下列问题。
开放式发酵系统
(1)发酵工程的正确操作过程是 。
①发酵罐内发酵 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接种 ⑦扩大培养
A.①③④⑤⑦②⑥
B.⑤⑦②③⑥①④
C.②⑤⑦③①⑥④
D.⑥⑤⑦②④③①
(2)为提高菌株H对蔗糖的耐受能力和利用效率,可在液体培养基中将蔗糖作为 ,并不断提高其浓度,经多次传代培养(培养一段时间后,将部分培养物转入新配制的培养基中继续培养)以获得目标菌株。培养过程中宜采用 法对样品中的活菌进行接种和计数,以评估菌株增殖状况。若某次取样中,对菌液稀释了105倍后,在每个平板上涂布菌液的体积为0.1 mL,平板上的平均菌落数为220,则每毫升菌液中H菌的数目为 。用这种方法统计的结果往往较实际值 ,原因是 。菌落数目需要每隔一段时间统计一次,选取菌落数目稳定时的记录作为结果,这样做的目的是 。
(3)基于菌株H嗜盐、酸碱耐受能力强等特性,研究人员设计了一种不需要灭菌的发酵系统,其培养基盐浓度为60 g/L、pH为10,菌株H可正常持续发酵60 d以上。该系统不需要灭菌的原因是培养基的盐浓度为60 g/L, ;pH为10的条件导致 。
(4)研究人员在工厂进行扩大培养,在适宜的营养物质浓度、温度、pH条件下发酵,结果发现发酵液中菌株H的数量和PHA产量均未达到预期,并产生了少量的乙醇等物质,说明发酵条件中的 可能是高密度培养的限制因素。发酵工程的中心环节是 。
(5)菌株H还能通过分解餐厨垃圾(主要含蛋白质、淀粉、油脂等)来生产PHA,说明菌株H能分泌 。
第1章 第3节 发酵工程及其应用
1.B 发酵工程所用的菌种大多是单一菌种,一旦有杂菌污染,可能导致产量下降,因此,培养基和发酵设备都必须经过严格灭菌。故发酵工程的菌种不可以利用原材料中含有的菌种。发酵工程中性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来,也可以通过诱变育种和基因工程育种获得。
2.C 发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节,A项错误;发酵过程中应随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等,同时还要及时添加必需的营养成分,对发酵过程中的一些条件进行严格控制,才能保证发酵的正常进行,B项错误;在发酵工程的发酵环节中,发酵条件不仅影响微生物的生长繁殖,也会影响微生物的代谢途径,D项错误。
3.B 要在菌种确定之后,再选择原料制备培养基。而且在生产实践中,培养基的配方要经过反复试验才能确定,B项不合理。
4.A 培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌,若被杂菌污染将会导致产量下降,如在青霉素生产过程中如果污染了杂菌,某些杂菌会分泌青霉素酶将青霉素分解,A项正确;在主发酵阶段酵母菌会大量繁殖,主发酵结束后,发酵液还不适合饮用,需要在低温、密闭的环境下储存一段时间进行后发酵,这样才能得到澄清、成熟的啤酒,B项错误;单细胞蛋白是以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料,通过发酵工程生产的微生物菌体,C项错误;微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害的,微生物农药作为生物防治的重要手段,将在农业的可持续发展方面发挥越来越重要的作用,D项错误。
5.A 发酵产物为碱性果胶酶,发酵结束后进行离心,从上清液中提取、分离产品,A项错误;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,B项正确;环境因素会影响微生物的生长繁殖和代谢物的形成,所以发酵时要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件,C项正确;由题意可知,毕赤酵母具有高表达的启动子,且不产生对纤维有损伤的酶,常作为碱性果胶酶的表达系统被应用,因此发酵用的菌种可为导入碱性果胶酶基因的毕赤酵母,D项正确。
6.C 由题意可知,芦苇水解液作为液体培养基可以为枯草芽孢杆菌的有氧发酵提供营养物质,因此,发酵过程中可根据发酵进程适时补充芦苇水解液,A项正确;为了防止杂菌污染,可以在加入芦苇水解液之前进行高压蒸汽灭菌处理,B项正确;由题意可知,添加谷氨酸钠会提高γ-PGA的产量,但会造成发酵液黏度增大,溶氧量降低,进而影响枯草芽孢杆菌的繁殖,因此菌体生长速率并没有加快,C项错误;为了更快获得更多的γ-PGA,筛选的性状优良的枯草芽孢杆菌在发酵生产前应进行扩大培养,D项正确。
7.C 第①步碾磨前需要对酿造器具进行灭菌处理,A项错误;酶制剂属于细胞代谢物,需要分离、提纯培养液来获取酶制剂,B项错误;谷氨酸棒状杆菌在中性和弱碱性条件下才能产生谷氨酸,C项正确;发酵液中已有大量糖,补充尿素的主要目的是补充氮源,D项错误。
8.D 单细胞蛋白(微生物菌体)不仅含有丰富的蛋白质,还含有糖类、脂质和维生素等物质,A项正确;在发酵过程中,通过放料口取样以便随时监测产物浓度等以了解发酵进程,B项正确;单细胞蛋白是在连续搅拌反应器中生产的,连续搅拌的目的一是增加溶氧量,促进菌体的有氧呼吸,二是使菌种与培养液充分接触,提高原料的利用率,所以可采用深层通气液体发酵技术提高单细胞蛋白的产量,C项正确;单细胞蛋白是在连续搅拌反应器中生产的,是微生物菌体,所以可采用过滤、沉淀等方法将菌体从培养液中分离出来,D项错误。
9.B 酱油是一种传统发酵产品,一般是利用产生蛋白酶的霉菌(如黑曲霉)来进行生产,A项正确;食品添加剂不仅可以改善食品的口味,还可以增加食品的营养,B项错误;常见的食品添加剂柠檬酸可以通过黑曲霉的发酵制得,C项正确;常用的酶制剂绝大多数通过发酵工程生产,少数由动植物生产,D项正确。
10.答案 (1)基因工程 诱变育种
(2)接种 灭菌
(3)必需的营养成分 温度、pH和溶解氧等发酵条件
(4)过滤、沉淀
解析 (1)啤酒生产中,使用基因工程改造的啤酒酵母,可以加速发酵进程,缩短生产周期;高产青霉素菌种的产生是诱变育种的结果。(2)根据发酵流程可以判断④⑤分别是接种和灭菌。(3)在发酵过程中随微生物的代谢过程的进行,微生物、发酵产物的量以及发酵液的各种理化性质随时都在发生变化,因此要不断进行检测,随时向发酵液中添加必需的营养成分,同时严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件,以便得到较多的发酵产品。(4)单细胞蛋白是指通过发酵获得的大量微生物菌体,往往采取过滤、沉淀的方法进行提取。
11.D 发酵工程中的优良菌种可以从自然界中筛选出来,也可通过诱变育种或基因工程育种获得,A项正确;培养过程2是振荡培养,且柠檬酸发酵时需搅拌,故黑曲霉的代谢类型为需氧型,培养过程1使用平板划线法接种,B项正确;α-淀粉酶可将红薯中的淀粉水解为葡萄糖,为黑曲霉的发酵提供碳源,蛋白胨可以提供氮源和维生素等,C项正确;虽然发酵罐内接种的是黑曲霉纯培养物,但是在发酵工程中一旦有杂菌污染,可能导致产量大大下降,所以培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌,D项错误。
12.D 人工控制微生物代谢的措施包括改变微生物的遗传特性、控制生产过程中的各种条件(即发酵条件)等,D项错误。
13.D 青霉菌处于葡萄糖浓度不足的环境中会通过分泌青霉素杀死细菌;提供相同含量的碳源,单位体积葡萄糖溶液中溶质微粒较多,会导致细胞失水,故发酵液中的碳源不宜使用葡萄糖,乳糖是二糖,可被水解为半乳糖和葡萄糖,是青霉菌生长的最佳碳源,可以被青霉菌缓慢利用而维持青霉素分泌的有利条件,A项正确。青霉菌的代谢类型为异养需氧型,可用深层通气液体发酵技术提高产量,B项正确。选育出的高产青霉素菌株经扩大培养纯化后,才可接种到发酵罐中进行工业化生产,C项正确。为了防止细菌、其他真菌等微生物的污染,获得纯净的青霉素,发酵罐仍需严格灭菌,D项错误。
14.答案 (1)扩大培养 异养兼性厌氧型
(2)赤霉素 淀粉酶
(3)葡萄糖 灭菌
(4)随时检查培养液中的酵母菌数量、产物浓度;及时添加必需的营养成分;严格控制发酵温度、发酵时间、pH、溶解氧、罐压和搅拌速率等发酵条件(答出一条即可)
(5)生产条件温和;原料来源丰富且价格低廉;产物专一;废弃物对环境污染小、易处理(答出一条即可)
解析 (1)发酵工程一般包括菌种的选育,扩大培养,培养基的配制、灭菌,接种,发酵,产物的分离、提纯等。酵母菌的新陈代谢类型为异养兼性厌氧型。(2)适宜浓度的赤霉素可以缩短大麦发芽的时间,焙烤阶段应注意控制温度,避免淀粉酶因高温而失活。(3)发酵阶段的底物是葡萄糖,发酵过程中,发酵液和发酵设备都必须经过严格的灭菌处理。(4)在啤酒的发酵生产过程中,随时检查培养液中的酵母菌数量、产物浓度;及时添加必需的营养成分;严格控制发酵温度、发酵时间、pH、溶解氧、罐压和搅拌速率等发酵条件,都可使啤酒的产量和质量得到明显提高。(5)发酵工程以其生产条件温和、原料来源丰富且价格低廉、产物专一、废弃物对环境污染小和容易处理等特点,在食品工业、医药工业和农牧业等许多领域得到了广泛应用。
15.答案 (1)B (2)唯一碳源 稀释涂布平板 2.2×108 小 当两个或多个细胞连在一起时,平板上观察到的只是一个菌落 防止因培养时间不足而遗漏菌落的数目 (3)其他杂菌因失水过多而死亡 其他杂菌的酶变性失活 (4)氧气 发酵罐内发酵 (5)蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等
解析 (1)发酵工程的正确操作过程是⑤菌种的选育→⑦扩大培养→②培养基的配制→③灭菌→⑥接种→①发酵→④产品的分离与提纯。(2)根据题意分析,该实验的目的是提高菌株H对蔗糖的耐受能力和利用效率,结合微生物的代谢需求,液体培养基应该以蔗糖作为唯一碳源。稀释涂布平板法可以通过系列稀释和涂布平板最终获得由单个细胞繁殖来的菌落,因此培养过程中可定期取样并用稀释涂布平板法将菌液接种到固体培养基上,待形成菌落后进行计数,评估菌株增殖状况。每毫升菌液中H菌的细胞数为220÷0.1×105=2.2×108,用这种方法统计的结果往往较实际值小,原因是当两个或多个细胞连在一起时,平板上观察到的只是一个菌落。菌落数目需要每隔一段时间统计一次,选取菌落数目稳定时的记录作为结果,这样做的目的是防止因培养时间不足而遗漏菌落的数目。(3)已知菌株H具有嗜盐、酸碱耐受能力强等特性,因此当培养基盐浓度为60 g/L、pH为10时,菌株H可正常持续发酵60 d以上,而盐浓度为60 g/L的条件下,其他杂菌因失水过多而死亡;pH为10的条件下,其他杂菌的酶变性失活,生长繁殖受到抑制,故该系统不需要灭菌。(4)分析题意可知,扩大培养时,营养物质浓度、温度、pH等条件适宜,而发酵液中菌株H的数量和PHA产量均未达到预期,并产生了少量的乙醇等物质,说明发酵液中氧气不足,使菌种进行无氧呼吸产生乙醇,即氧气是限制高密度培养的重要因素。发酵工程的步骤一般包括选育菌种、扩大培养、配制培养基、灭菌、接种、发酵、产品的分离和提纯等,其中心环节是发酵罐内发酵。(5)能分解蛋白质说明其能分泌蛋白酶,能分解淀粉说明其能分泌淀粉酶,能分解油脂说明其能分泌脂肪酶。
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2025人教版生物选择性必修3
第3节 发酵工程及其应用
A组必备知识基础练
1.下列关于发酵工程的菌种的叙述,错误的是( )
A.发酵工程的菌种可以从自然界中筛选出来
B.发酵工程可以利用原材料中含有的菌种
C.发酵工程的菌种可以来自基因工程
D.发酵工程的菌种可以来自诱变育种
2.下列关于微生物发酵过程的说法,正确的是( )
A.选育菌种是发酵工程的中心环节
B.只要不断地向发酵罐中通入液体培养基,就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、溶解氧、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.在发酵工程的发酵环节中,发酵条件会影响微生物的生长繁殖,但是不影响微生物的代谢途径
3.下列有关发酵工程基本环节的叙述,不合理的是 ( )
A.由于工业发酵罐所需接入的菌种总体积一般都比较大,所以,在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养
B.在菌种确定之前,要先制备好培养基
C.发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种
D.如果发酵产品是代谢物,可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品
4.下列关于发酵工程的基本环节及应用的叙述,正确的是( )
A.培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌,若被杂菌污染将会导致产量下降
B.在主发酵阶段酵母菌会大量繁殖,主发酵结束后可得到澄清、成熟的啤酒
C.单细胞蛋白是指从大量培养的微生物菌体中获得的蛋白质,可以作为家畜和家禽的饲料
D.微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害的,是化学防治的重要手段
5.(2024辽宁名校联盟)碱性果胶酶是一种生物酶制剂,可用于纺织纤维的脱胶预处理和煮练助剂。芽孢杆菌能分泌大量的碱性果胶酶,但分泌的物质中含有损伤纤维的内源性纤维素酶。毕赤酵母具有高表达的启动子,且不产生对纤维有损伤的酶,常作为碱性果胶酶的表达系统被应用。下列叙述错误的是 ( )
A.发酵结束后进行离心,从沉淀物中提取、分离产品
B.改造的菌种必须经过扩大培养才能向发酵罐中接种
C.发酵时要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件
D.发酵用的菌种可为导入碱性果胶酶基因的毕赤酵母
6.(2024山东名校考试联盟)γ-聚谷氨酸(γ-PGA)是由枯草芽孢杆菌分泌的一种多肽分子,可广泛用于医药、食品等领域。科学家利用芦苇水解液对枯草芽孢杆菌进行有氧发酵生产γ-PGA,添加谷氨酸钠会提高γ-PGA的产量,但会造成发酵液黏度增大,溶氧量降低。下列有关说法错误的是( )
A.发酵过程中可根据发酵进程适时补充芦苇水解液
B.加入芦苇水解液之前进行高压蒸汽灭菌处理
C.添加谷氨酸钠后因菌体生长速率加快,从而产生更多γ-PGA
D.筛选的性状优良的枯草芽孢杆菌在发酵生产前应进行扩大培养
7.(2024辽宁本溪月考)食品工业是微生物发酵应用最早、最广泛的领域,工业上常用微生物发酵产物生产味精,发酵的部分流程如下图所示,下列叙述正确的是( )
A.第①步碾磨前需对大米和酿造器具预先进行消毒处理
B.直接对微生物培养液沉淀、过滤来生产②所需的酶制剂
C.第③步发酵生产谷氨酸的过程中,发酵液的pH应维持在中性和弱碱性
D.第③步向发酵罐中补充尿素的主要目的是补充发酵液中的碳源
8.(2024江西九江十校联考)某工厂以制糖生产的废水和沼气池废料为原料,利用酵母菌在连续搅拌反应器中生产单细胞蛋白。下列说法错误的是( )
A.单细胞蛋白含有蛋白质、糖类、脂质和维生素等物质
B.发酵过程中,通过放料口取样以便随时监测产物浓度等
C.可采用深层通气液体发酵技术提高单细胞蛋白的产量
D.发酵结束后,应采用提取、分离和纯化措施以获得产品
9.下列关于发酵工程在食品工业上应用的叙述,错误的是( )
A.生产传统发酵产品,如利用产生蛋白酶的霉菌酿造酱油
B.生产各种各样的食品添加剂,可以改善食品的口味但不能增加食品的营养
C.生产食品酸度调节剂,如柠檬酸可以通过黑曲霉的发酵制得
D.生产酶制剂,少数酶制剂由动植物生产,绝大多数通过发酵工程生产
10.现代工业生产中往往采用规范的流程进行发酵生产以提高生产效率,下图是发酵工程生产产品的流程图。据图回答下列问题。
(1)在啤酒生产中,使用①改造的啤酒酵母,可以加速发酵进程,缩短生产周期,①是 ;高产青霉素菌种是通过②培育的,②是 ;③是筛选。
(2)④表示 ,⑤表示 。
(3)整个过程的中心环节是发酵罐内发酵,在此环节需要随时取样、检测等,以了解发酵进程,还要及时添加 ,同时严格控制 。
(4)若发酵所得产品是单细胞蛋白,则⑥往往采用 的方法进行提取。
B组能力素养提升练
11.(2024安徽池州期末)黑曲霉是一种丝状真菌,其代谢物广泛应用于食品加工等领域。食品工业以红薯粉为原料经黑曲霉发酵获得柠檬酸,如图为生产柠檬酸的简要流程图。下列叙述错误的是( )
A.优良菌种可以从自然界中筛选出来,也可通过诱变育种或基因工程育种获得
B.据图分析,黑曲霉的代谢类型是需氧型,培养过程1使用平板划线法进行接种
C.α-淀粉酶将红薯中的淀粉水解为葡萄糖,提供碳源,蛋白胨提供氮源和维生素等
D.因为发酵罐内接种的是黑曲霉纯培养物,所以培养基C和发酵罐不需要经过严格的灭菌
12.发酵工程在工业生产上得到了广泛的应用,其生产流程如图所示。结合赖氨酸或谷氨酸的生产实际分析,下列说法错误的是( )
A.①为诱变育种,②为萃取(或蒸馏、离子交换等)
B.在赖氨酸或谷氨酸的生产过程中,为使产物源源不断地产生,可采用连续培养的发酵方式
C.由于赖氨酸或谷氨酸的发酵菌种为好氧菌,在生产过程中常需增加通氧量
D.人工控制微生物代谢的唯一措施是控制生产过程中的各种条件
13.(2022山东卷)青霉菌处在葡萄糖浓度不足的环境中时,会通过分泌青霉素杀死细菌,以保证自身生存所需的能量供应。目前已实现青霉素的工业化生产,关于该生产过程,下列说法错误的是( )
A.发酵液中的碳源不宜使用葡萄糖
B.可用深层通气液体发酵技术提高产量
C.选育出的高产菌株经扩大培养后才可接种到发酵罐中
D.青霉素具有杀菌作用,因此发酵罐不需严格灭菌
14.阅读以下材料,回答相关问题。
我国是世界上啤酒的生产和消费大国。啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的,其工业化生产流程如下图所示。
其中发酵过程分为主发酵和后发酵两个阶段。主发酵结束后,发酵液还不适合饮用,要在低温、密闭的环境下储存一段时间进行后发酵,这样才能形成澄清、成熟的啤酒。发酵条件随啤酒品种和口味要求的不同而有所差异。
(1)发酵工程一般包括菌种的选育, ,培养基的配制、灭菌,接种,发酵,产物的分离、提纯等。啤酒酵母的新陈代谢类型是 。
(2)在酿酒过程中常加入 (填某种植物激素)以缩短大麦发芽的时间,从而减少有机物的消耗。焙烤阶段应注意控制温度,不能使 失活。
(3)发酵阶段的底物是 ,发酵液和发酵设备都必须经过严格的 处理。
(4)请写出一条啤酒的发酵生产过程中,可以使啤酒的产量和质量得到明显提高的工程手段: 。
(5)请写出一条发酵工程在食品工业、医药工业和农牧业等领域得到广泛应用的原因: 。
15.(2024河南焦作月考)中国科学家运用合成生物学方法构建了一株嗜盐单胞菌H,以糖蜜(甘蔗榨糖后的废弃液,含较多蔗糖)为原料,在实验室发酵生产PHA等新型高附加值可降解材料,期望提高甘蔗的整体利用价值,工艺流程如图所示。请回答下列问题。
开放式发酵系统
(1)发酵工程的正确操作过程是 。
①发酵罐内发酵 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接种 ⑦扩大培养
A.①③④⑤⑦②⑥
B.⑤⑦②③⑥①④
C.②⑤⑦③①⑥④
D.⑥⑤⑦②④③①
(2)为提高菌株H对蔗糖的耐受能力和利用效率,可在液体培养基中将蔗糖作为 ,并不断提高其浓度,经多次传代培养(培养一段时间后,将部分培养物转入新配制的培养基中继续培养)以获得目标菌株。培养过程中宜采用 法对样品中的活菌进行接种和计数,以评估菌株增殖状况。若某次取样中,对菌液稀释了105倍后,在每个平板上涂布菌液的体积为0.1 mL,平板上的平均菌落数为220,则每毫升菌液中H菌的数目为 。用这种方法统计的结果往往较实际值 ,原因是 。菌落数目需要每隔一段时间统计一次,选取菌落数目稳定时的记录作为结果,这样做的目的是 。
(3)基于菌株H嗜盐、酸碱耐受能力强等特性,研究人员设计了一种不需要灭菌的发酵系统,其培养基盐浓度为60 g/L、pH为10,菌株H可正常持续发酵60 d以上。该系统不需要灭菌的原因是培养基的盐浓度为60 g/L, ;pH为10的条件导致 。
(4)研究人员在工厂进行扩大培养,在适宜的营养物质浓度、温度、pH条件下发酵,结果发现发酵液中菌株H的数量和PHA产量均未达到预期,并产生了少量的乙醇等物质,说明发酵条件中的 可能是高密度培养的限制因素。发酵工程的中心环节是 。
(5)菌株H还能通过分解餐厨垃圾(主要含蛋白质、淀粉、油脂等)来生产PHA,说明菌株H能分泌 。
第1章 第3节 发酵工程及其应用
1.B 发酵工程所用的菌种大多是单一菌种,一旦有杂菌污染,可能导致产量下降,因此,培养基和发酵设备都必须经过严格灭菌。故发酵工程的菌种不可以利用原材料中含有的菌种。发酵工程中性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来,也可以通过诱变育种和基因工程育种获得。
2.C 发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节,A项错误;发酵过程中应随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等,同时还要及时添加必需的营养成分,对发酵过程中的一些条件进行严格控制,才能保证发酵的正常进行,B项错误;在发酵工程的发酵环节中,发酵条件不仅影响微生物的生长繁殖,也会影响微生物的代谢途径,D项错误。
3.B 要在菌种确定之后,再选择原料制备培养基。而且在生产实践中,培养基的配方要经过反复试验才能确定,B项不合理。
4.A 培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌,若被杂菌污染将会导致产量下降,如在青霉素生产过程中如果污染了杂菌,某些杂菌会分泌青霉素酶将青霉素分解,A项正确;在主发酵阶段酵母菌会大量繁殖,主发酵结束后,发酵液还不适合饮用,需要在低温、密闭的环境下储存一段时间进行后发酵,这样才能得到澄清、成熟的啤酒,B项错误;单细胞蛋白是以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料,通过发酵工程生产的微生物菌体,C项错误;微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害的,微生物农药作为生物防治的重要手段,将在农业的可持续发展方面发挥越来越重要的作用,D项错误。
5.A 发酵产物为碱性果胶酶,发酵结束后进行离心,从上清液中提取、分离产品,A项错误;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,B项正确;环境因素会影响微生物的生长繁殖和代谢物的形成,所以发酵时要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件,C项正确;由题意可知,毕赤酵母具有高表达的启动子,且不产生对纤维有损伤的酶,常作为碱性果胶酶的表达系统被应用,因此发酵用的菌种可为导入碱性果胶酶基因的毕赤酵母,D项正确。
6.C 由题意可知,芦苇水解液作为液体培养基可以为枯草芽孢杆菌的有氧发酵提供营养物质,因此,发酵过程中可根据发酵进程适时补充芦苇水解液,A项正确;为了防止杂菌污染,可以在加入芦苇水解液之前进行高压蒸汽灭菌处理,B项正确;由题意可知,添加谷氨酸钠会提高γ-PGA的产量,但会造成发酵液黏度增大,溶氧量降低,进而影响枯草芽孢杆菌的繁殖,因此菌体生长速率并没有加快,C项错误;为了更快获得更多的γ-PGA,筛选的性状优良的枯草芽孢杆菌在发酵生产前应进行扩大培养,D项正确。
7.C 第①步碾磨前需要对酿造器具进行灭菌处理,A项错误;酶制剂属于细胞代谢物,需要分离、提纯培养液来获取酶制剂,B项错误;谷氨酸棒状杆菌在中性和弱碱性条件下才能产生谷氨酸,C项正确;发酵液中已有大量糖,补充尿素的主要目的是补充氮源,D项错误。
8.D 单细胞蛋白(微生物菌体)不仅含有丰富的蛋白质,还含有糖类、脂质和维生素等物质,A项正确;在发酵过程中,通过放料口取样以便随时监测产物浓度等以了解发酵进程,B项正确;单细胞蛋白是在连续搅拌反应器中生产的,连续搅拌的目的一是增加溶氧量,促进菌体的有氧呼吸,二是使菌种与培养液充分接触,提高原料的利用率,所以可采用深层通气液体发酵技术提高单细胞蛋白的产量,C项正确;单细胞蛋白是在连续搅拌反应器中生产的,是微生物菌体,所以可采用过滤、沉淀等方法将菌体从培养液中分离出来,D项错误。
9.B 酱油是一种传统发酵产品,一般是利用产生蛋白酶的霉菌(如黑曲霉)来进行生产,A项正确;食品添加剂不仅可以改善食品的口味,还可以增加食品的营养,B项错误;常见的食品添加剂柠檬酸可以通过黑曲霉的发酵制得,C项正确;常用的酶制剂绝大多数通过发酵工程生产,少数由动植物生产,D项正确。
10.答案 (1)基因工程 诱变育种
(2)接种 灭菌
(3)必需的营养成分 温度、pH和溶解氧等发酵条件
(4)过滤、沉淀
解析 (1)啤酒生产中,使用基因工程改造的啤酒酵母,可以加速发酵进程,缩短生产周期;高产青霉素菌种的产生是诱变育种的结果。(2)根据发酵流程可以判断④⑤分别是接种和灭菌。(3)在发酵过程中随微生物的代谢过程的进行,微生物、发酵产物的量以及发酵液的各种理化性质随时都在发生变化,因此要不断进行检测,随时向发酵液中添加必需的营养成分,同时严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件,以便得到较多的发酵产品。(4)单细胞蛋白是指通过发酵获得的大量微生物菌体,往往采取过滤、沉淀的方法进行提取。
11.D 发酵工程中的优良菌种可以从自然界中筛选出来,也可通过诱变育种或基因工程育种获得,A项正确;培养过程2是振荡培养,且柠檬酸发酵时需搅拌,故黑曲霉的代谢类型为需氧型,培养过程1使用平板划线法接种,B项正确;α-淀粉酶可将红薯中的淀粉水解为葡萄糖,为黑曲霉的发酵提供碳源,蛋白胨可以提供氮源和维生素等,C项正确;虽然发酵罐内接种的是黑曲霉纯培养物,但是在发酵工程中一旦有杂菌污染,可能导致产量大大下降,所以培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌,D项错误。
12.D 人工控制微生物代谢的措施包括改变微生物的遗传特性、控制生产过程中的各种条件(即发酵条件)等,D项错误。
13.D 青霉菌处于葡萄糖浓度不足的环境中会通过分泌青霉素杀死细菌;提供相同含量的碳源,单位体积葡萄糖溶液中溶质微粒较多,会导致细胞失水,故发酵液中的碳源不宜使用葡萄糖,乳糖是二糖,可被水解为半乳糖和葡萄糖,是青霉菌生长的最佳碳源,可以被青霉菌缓慢利用而维持青霉素分泌的有利条件,A项正确。青霉菌的代谢类型为异养需氧型,可用深层通气液体发酵技术提高产量,B项正确。选育出的高产青霉素菌株经扩大培养纯化后,才可接种到发酵罐中进行工业化生产,C项正确。为了防止细菌、其他真菌等微生物的污染,获得纯净的青霉素,发酵罐仍需严格灭菌,D项错误。
14.答案 (1)扩大培养 异养兼性厌氧型
(2)赤霉素 淀粉酶
(3)葡萄糖 灭菌
(4)随时检查培养液中的酵母菌数量、产物浓度;及时添加必需的营养成分;严格控制发酵温度、发酵时间、pH、溶解氧、罐压和搅拌速率等发酵条件(答出一条即可)
(5)生产条件温和;原料来源丰富且价格低廉;产物专一;废弃物对环境污染小、易处理(答出一条即可)
解析 (1)发酵工程一般包括菌种的选育,扩大培养,培养基的配制、灭菌,接种,发酵,产物的分离、提纯等。酵母菌的新陈代谢类型为异养兼性厌氧型。(2)适宜浓度的赤霉素可以缩短大麦发芽的时间,焙烤阶段应注意控制温度,避免淀粉酶因高温而失活。(3)发酵阶段的底物是葡萄糖,发酵过程中,发酵液和发酵设备都必须经过严格的灭菌处理。(4)在啤酒的发酵生产过程中,随时检查培养液中的酵母菌数量、产物浓度;及时添加必需的营养成分;严格控制发酵温度、发酵时间、pH、溶解氧、罐压和搅拌速率等发酵条件,都可使啤酒的产量和质量得到明显提高。(5)发酵工程以其生产条件温和、原料来源丰富且价格低廉、产物专一、废弃物对环境污染小和容易处理等特点,在食品工业、医药工业和农牧业等许多领域得到了广泛应用。
15.答案 (1)B (2)唯一碳源 稀释涂布平板 2.2×108 小 当两个或多个细胞连在一起时,平板上观察到的只是一个菌落 防止因培养时间不足而遗漏菌落的数目 (3)其他杂菌因失水过多而死亡 其他杂菌的酶变性失活 (4)氧气 发酵罐内发酵 (5)蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等
解析 (1)发酵工程的正确操作过程是⑤菌种的选育→⑦扩大培养→②培养基的配制→③灭菌→⑥接种→①发酵→④产品的分离与提纯。(2)根据题意分析,该实验的目的是提高菌株H对蔗糖的耐受能力和利用效率,结合微生物的代谢需求,液体培养基应该以蔗糖作为唯一碳源。稀释涂布平板法可以通过系列稀释和涂布平板最终获得由单个细胞繁殖来的菌落,因此培养过程中可定期取样并用稀释涂布平板法将菌液接种到固体培养基上,待形成菌落后进行计数,评估菌株增殖状况。每毫升菌液中H菌的细胞数为220÷0.1×105=2.2×108,用这种方法统计的结果往往较实际值小,原因是当两个或多个细胞连在一起时,平板上观察到的只是一个菌落。菌落数目需要每隔一段时间统计一次,选取菌落数目稳定时的记录作为结果,这样做的目的是防止因培养时间不足而遗漏菌落的数目。(3)已知菌株H具有嗜盐、酸碱耐受能力强等特性,因此当培养基盐浓度为60 g/L、pH为10时,菌株H可正常持续发酵60 d以上,而盐浓度为60 g/L的条件下,其他杂菌因失水过多而死亡;pH为10的条件下,其他杂菌的酶变性失活,生长繁殖受到抑制,故该系统不需要灭菌。(4)分析题意可知,扩大培养时,营养物质浓度、温度、pH等条件适宜,而发酵液中菌株H的数量和PHA产量均未达到预期,并产生了少量的乙醇等物质,说明发酵液中氧气不足,使菌种进行无氧呼吸产生乙醇,即氧气是限制高密度培养的重要因素。发酵工程的步骤一般包括选育菌种、扩大培养、配制培养基、灭菌、接种、发酵、产品的分离和提纯等,其中心环节是发酵罐内发酵。(5)能分解蛋白质说明其能分泌蛋白酶,能分解淀粉说明其能分泌淀粉酶,能分解油脂说明其能分泌脂肪酶。
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