第四节 发酵工程及其应用
知识点一 微生物的特定功能和发酵工程的一般过程
1.下列关于微生物特定功能的叙述，错误的是（ ）
A.微生物具有生长旺盛、繁殖快的特定功能
B.微生物具有吸收多、转化快的特定功能
C.微生物具有适应性强、易变异的特定功能，且只能发生基因突变
D.微生物具有种类多、分布广的特点
2.传统发酵技术和现代发酵工程都是利用各种微生物的代谢来实现相关产品的生产的，下列微生物在发酵生产产品过程中需要提供空气或氧气的是（ ）
①酵母菌 ②醋酸菌 ③乳酸菌 ④毛霉
⑤谷氨酸棒状杆菌
A.④⑤ B.①②④⑤
C.①②③ D.②④⑤
3.酵母菌培养过程中的生长曲线如图所示，a、b、c、d分别表示不同的生长时期，其中适于作为生产用菌种的时期是（ ）
A.a B.b
C.c D.d
4.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细菌数目、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
5.发酵罐发酵的过程中，使温度升高的热量来源于（ ）
①冷却水供应不足 ②微生物代谢旺盛 ③培养基不新鲜 ④搅拌 ⑤放料口排出产物
A.①②③④⑤ B.②③④ C.①④ D.②④
知识点二 发酵工程应用广泛
6.下列关于发酵工程应用的叙述，错误的是（ ）
A.红链霉产生的红曲色素可以用作食品添加剂
B.曲霉产生的葡聚糖酶可以预防龋齿
C.产黄青霉产生的青霉素是其次生代谢产物
D.可以通过发酵工程生产甜味剂
7.如图所示为面包霉体内合成氨基酸的途径。若在发酵工程中利用面包霉来大量合成氨基酸A，应采取的最佳措施是（ ）
A.改变面包霉的细胞质膜通透性
B.在高温、高压下进行发酵
C.对面包霉进行诱变处理，选育出不能合成酶③的菌种
D.对面包霉进行诱变处理，选育出不能合成酶②的菌种
8.下列有关发酵工程应用的说法，错误的是（ ）
A.发酵工程可以生产酱油、泡菜等传统发酵食品
B.柠檬酸、乳酸等食品添加剂可以通过发酵工程生产
C.发酵工程可以生产多种药物，但是不能生产疫苗
D.发酵工程生产的单细胞蛋白可以制成微生物饲料
9.现代化酿醋工艺离不开对高产菌株的选择，欲探究菌株a是否为高产类型，实验设定的自变量和无关变量分别是（ ）
A.菌株a和普通菌株；醋酸的产量
B.醋酸的产量；菌株a和普通菌株
C.菌株a和普通菌株；发酵底物、温度、pH等
D.是否提供氧气；发酵底物、温度、pH等
10.（多选）与传统发酵技术相比，发酵工程的产品种类更加丰富，产量和质量明显提高。下列相关表述正确的是（ ）
A.发酵工程与传统发酵技术最大的区别就是前者可以利用微生物来进行发酵
B.发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身
C.在发酵工程的发酵环节中，发酵条件变化不仅会影响微生物的生长繁殖，也会影响微生物的代谢途径
D.通过发酵工程可以从微生物细胞中提取单细胞蛋白
11.（多选）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，下列说法正确的是（ ）
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
12.（多选）利用农作物秸秆等纤维质原料生产的乙醇，经加工可制成燃料乙醇，从而减少了对石油资源的依赖。下图为生产燃料乙醇的简要流程，据图分析，下列叙述正确的是（ ）
A.要得到微生物A，最好选择富含纤维素的土壤采集土样
B.图中②过程常用的微生物B是酵母菌
C.微生物A和微生物B可利用的碳源相同
D.可用纤维素酶制剂代替微生物A起作用
13.谷氨酸是生物体内一种重要的有机小分子，谷氨酸钠是它的钠盐，是味精等调味品的主要成分。目前利用微生物发酵生产的氨基酸中，谷氨酸是产量最大的种类之一。回答下列问题：
（1）我国微生物发酵工程生产谷氨酸常用的菌种有谷氨酸棒状杆菌和黄色短杆菌，下列生物中与这些菌种在结构上存在明显区别的是 （填字母）。
A.噬菌体 B.人类免疫缺陷病毒（HIV） C.禽流感病毒 D.肺炎链球菌 E.酵母菌 F.硝化细菌
G.乳酸菌
（2）谷氨酸发酵的培养基成分主要有葡萄糖、氨水、磷酸盐、生物素等，发酵装置如图所示。某厂用谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸，结果代谢产物中出现了大量的乳酸，从发酵条件看，其原因很可能是 。
（3）谷氨酸发酵生产过程中，需要添加氨水，它不仅是细菌生长所需的 ，而且还有调节培养液 的作用，所以应该分次加入。
（4）谷氨酸棒状杆菌在发酵过程中要不断地通入无菌空气，并通过搅拌使空气形成细小的气泡，迅速溶解在培养液中，当培养基中碳氮比为4∶1时，菌体大量繁殖而产生的谷氨酸少；当碳氮比为3∶1时，菌体繁殖受抑制，但谷氨酸的合成量大增。在无氧条件下，谷氨酸棒状杆菌代谢产物是乳酸或琥珀酸。由此说明谷氨酸棒状杆菌的代谢类型是 ，由上述探究可知，通过发酵得到大量谷氨酸的发酵思路是 。
14.青霉素作为治疗细菌感染的药物，是20世纪医学上的重大发现，是抗生素工业的首要产品。请根据下图回答问题：[注：冷冻干燥孢子是在极低温度（－70 ℃左右）、真空干燥状态下保藏的菌种；米孢子是生长在小米或大米培养基上的孢子。]
（1）目前发酵生产中常用的高产青霉素菌种是通过 方法选育的。青霉菌与大肠杆菌相比，前者在细胞结构上最显著的特点是 。据图可以判断青霉菌的代谢类型是 ，生殖方式为 。
（2）在生产和科研中，青霉素在稳定期积累最多，故生产中常用 的方法延长此时期。
（3）培养基的配制要满足青霉菌对 等营养物质的需求。若在该培养基中添加蛋白胨，从化学成分上看该培养基可称为 培养基。种子罐2又叫繁殖罐，可推测②属于发酵工程中的 阶段。发酵罐接种 （填“前”或“后”）必须进行灭菌处理。
第四节 发酵工程及其应用
1.C 微生物也包括真菌，真菌属于真核生物，除能发生基因突变外，也能发生染色体变异等。
2.D 酿酒是利用酵母菌在无氧条件下进行酒精发酵的原理，发酵过程不需提供氧气；醋酸菌是好氧细菌，在氧气充足条件下才能进行醋酸发酵，故需提供氧气；乳酸菌为厌氧细菌，在无氧条件下生成乳酸，不需氧气；毛霉为需氧型真核生物，发酵过程需要提供空气或氧气；谷氨酸棒状杆菌为需氧细菌，在生产谷氨酸过程中要不断充入无菌空气，D正确。
3.B 常作为生产菌种和科研材料的细菌群体，应该是代谢旺盛、生命力强的时期，b时期菌体代谢最旺盛，是作为生产用菌种的最佳时期。
4.B 发酵罐内的微生物在适宜的条件下会迅速繁殖，因此，发酵过程中不需要添加菌种。
5.D 题目问的是使温度升高的热量来源，而冷却水只能带走热量，不能产生热量；发酵过程中微生物的呼吸作用可以产生大量的化学能，且大部分转变成了热能；培养基的新鲜程度和放料口排出产物可影响代谢速度，但与热量的产生无直接关系；搅拌除了增加溶氧、加快反应速度外，同时还通过摩擦产生了热能。
6.A 红曲色素是由红曲霉产生的，而不是由红链霉产生的，故A错误。
7.C
8.C 乙肝疫苗可用发酵工程的方法生产，这种方法生产乙肝疫苗的优点是酵母菌繁殖快，代谢旺盛，乙肝疫苗单位时间内的产量高，C错误。
9.C 由题意“欲探究菌株a是否为高产类型”可知，自变量是菌株a和普通菌株，因变量是醋酸的产量，无关变量是发酵底物、温度、pH等，C符合题意。
10.BC 发酵工程及传统发酵技术都是利用微生物来进行发酵的，A错误；微生物菌体就是单细胞蛋白，不需从细胞中提取，D错误。
11.ABC 提供相同含量的碳源，葡萄糖溶液单位体积中溶质微粒较多，会导致细胞失水，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错误。
12.ABD 微生物A所用碳源为纤维素，微生物B所用碳源为纤维素降解物。
13.（1）ABCE （2）通气量不足 （3）氮源 pH （4）异养兼性厌氧型 不断向发酵液中通入无菌空气，发酵液中碳氮比为4∶1，培养一段时间使菌种大量繁殖，后将培养液的碳氮比改为3∶1
14.（1）诱变育种 细胞中有成形的细胞核 异养需氧型 孢子生殖 （2）连续发酵 （3）碳源、氮源、生长因子、无机盐、水 天然 扩大培养 前
解析：（1）发酵生产中常用的高产青霉素菌种是通过诱变育种产生的；青霉菌是真核生物，大肠杆菌属于原核生物，两者在细胞结构上最显著的特点是青霉菌的细胞中有成形的细胞核；据图可知，青霉菌的代谢类型为异养需氧型，繁殖方式为孢子生殖。（2）微生物的代谢产物在稳定期积累最多，生产中常用连续发酵的方法延长此时期。（3）培养基的成分一般包括水、无机盐、碳源、氮源，还含有特殊物质，如生长因子。在该培养基中添加蛋白胨，从化学成分上看该培养基可称为天然培养基。由于种子罐2又叫繁殖罐，可推测②属于发酵工程中的扩大培养阶段，发酵罐接种前必须经过灭菌。
4 / 4第四节 发酵工程及其应用
导学 聚焦 1.概述微生物的特定功能和发酵工程基本环节分析。 2.认同发酵工程是在传统发酵技术的基础上发展起来的，它实现了发酵食品、药物等的工业化生产，极大地改善了人们的生活
知识点（一） 发酵工程利用了微生物的特定功能和发酵工程的一般过程
1.发酵工程利用了微生物的特定功能
2.发酵工程的一般过程
（1）发酵工程的概念
发酵工程是采用 技术手段，利用 或动植物细胞的特定功能，在 的环境下生产满足人类需求的特定产品等的工程技术。
（2）发酵工程的主要步骤
①发酵原料的预处理：对原料进行 ，水解成葡萄糖等供微生物利用。
②发酵培养基的配制：添加水、无机盐等营养物质，调节 和 等。
③ 选育。
④扩大培养：制备大量菌种后再转入 中生产。
⑤发酵生产：分为 和 两种。前者的产品有酒精、啤酒和乳酸等，后者的产品有味精、赤霉素等。
⑥产物的分离与提纯：通过 发酵液， 去除固体杂质，采用 等进一步纯化目标产品。
（3）大型发酵罐
①氧含量的调节可以通过 和搅拌的 来实现；
②温度的调节可以通过发酵罐夹层或蛇形管中的冷却水的 作用来实现；
③pH的调节可以通过在培养基中添加 等来实现。
3.分批发酵与连续发酵
4.基于上述学习，判断下列相关表述的正误
（1）微生物的种类主要包括细菌、真菌和病毒等。（ ）
（2）微生物适应性强、易变异的特定功能为发酵工程产生大量代谢产物提供了保障。（ ）
（3）发酵工程中所用到的发酵设备和原料等均需要进行灭菌操作。（ ）
（4）在发酵工程中，连续发酵比分批发酵的生产效率更高。（ ）
（5）传感器技术和计算机技术的应用，促进了发酵过程的智能化和自动化控制。（ ）
（6）在生产上常选择稳定期的微生物作为“种子”。（ ）
1.微生物菌种资源丰富，选择发酵工程用的菌种时需要考虑哪些因素？
2.怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？
3.下面是分批发酵中的细菌生长曲线，请据图回答下列问题。
（1）在延滞期细菌浓度几乎没有变化，其原因是什么？
（2）处于对数期的微生物有什么特点？
（3）在“稳定期”细菌浓度维持稳定，此时限制细胞数量增加的主要原因是什么？怎样延长稳定期？
（4）在“衰亡期”细菌数量下降的原因是什么？
1.发酵工程的基本环节
基本环节 主要方法及目的
菌种选育 选育方法：从自然界中筛选；诱变育种；基因工程育种
扩大培养 快速增加菌种数量
发酵培养基 的配制 结合菌种的代谢特点配制培养基
灭菌 避免因杂菌污染而影响产品品质和产量
接种 将扩大培养后的菌种投放到发酵罐中
发酵生产 ①监测并控制温度、pH、溶解氧等发酵条件，使发酵全过程处于最佳状态； ②随时检测培养液中微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程，还要及时添加必需的营养组分等
产物的分离 与提纯 ①若发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后采用过滤、沉淀等方法将菌体分离、干燥； ②若发酵产品是代谢物，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
2.影响发酵过程的因素
（1）温度
①温度影响酶活性。
②温度影响生物合成的途径。
③温度影响发酵液的物理性质，以及菌种对营养物质的分解吸收等。
（2）pH
①pH能够影响酶的活性，以及细胞膜的带电荷状况。
②pH影响培养基中营养物质的分解等。
（3）溶解氧
氧的供应对需氧发酵来说，是一个关键因素。必须向发酵液中连续补充大量的氧，并要不断地进行搅拌，这样可以提高氧在发酵液中的溶解度。
（4）营养物质的浓度
发酵液中各种营养物质的浓度，特别是碳氮比、无机盐和维生素的浓度，会直接影响菌体的生长和代谢产物的积累。
1.下列关于分批发酵和连续发酵的叙述，错误的是（ ）
A.分批发酵即一次投料、一次接种、一次收获的间歇发酵方式
B.处于稳定期的微生物不再增殖
C.对数期的微生物因代谢活性高、生命力强，故常作为“种子”
D.连续发酵具有简化发酵罐的多次灭菌、清洗、出料等步骤，缩短发酵周期等优点
2.发酵工程在工业生产上得到广泛应用，其生产流程如图所示。结合赖氨酸或谷氨酸的生产实际，下列说法错误的是（ ）
A.①为诱变育种
B.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
知识点（二） 发酵工程应用广泛
1.发酵工程的主要产品
产品类型 主要产物
微生物菌 体细胞 、食用菌、微生物农药
微生物 酶类 各种酶、酶制剂和各种
微生物代 谢产物 （1）初级代谢产物，如 、有机酸、有机溶剂、核苷酸、 、核酸和 ； （2）次级代谢产物，如 、生物碱和 类似物
微生物转 化产物 利用微生物代谢过程中的 ，将一种化合物转化成含有特殊功能基团的产物。例如，将甘油转化为二羟基丙酮，将葡萄糖转化为葡萄糖酸，将甾体转化成甾体激素
工程菌发 酵产物 通过 和 创造出许多具有特殊功能的“工程菌”，用发酵技术生产更多更好的产品，发挥更大的经济效益
动植物细 胞的产物 通过大规模培养木瓜细胞，生产 ；利用植物 技术生产天然食用色素等
2.发酵工程的应用领域
（1）发酵工程在医药业中的应用：主要包括生产 和免疫制剂。
（2）发酵工程在食品业中的应用：生产 和食品添加剂等。
（3）发酵工程在农业中的应用：包括生产生物农药、生物增产剂、 以及饲料添加剂等。
（4）发酵工程在其他领域的应用：发酵工程生产的 在纺织、皮革制造、造纸等行业中都发挥着重要作用；发酵工程还可以应用于污水处理或沼气发酵等方面。
3.基于上述学习，判断下列相关表述的正误
（1）发酵工程的应用涉及医药、食品、农业以及环境保护、能源及冶金等领域。（ ）
（2）在发酵工程中，利用谷氨酸棒状杆菌可以生产味精等调味品。（ ）
（3）单细胞蛋白既可用于食品加工，也可用于微生物饲料。（ ）
（4）发酵工程在纺织、皮革制造和污水处理等方面都发挥着重要作用。（ ）
（5）沼气、啤酒、味精等生活用品的生产均与发酵工程有直接关系。（ ）
1.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、废弃物对环境的污染小和容易处理等特点，在食品业、医药业和农业等许多领域得到了广泛的应用，形成了规模庞大的发酵工业。思考回答下列问题：
（1）分析下列产品需要利用发酵工程技术进行生产的有哪些？
①生产单细胞蛋白饲料 ②通过生物技术快速繁育兰花等花卉 ③利用工程菌生产胰岛素 ④工厂化生产青霉素
（2）酱油、各种酒类、柠檬酸和谷氨酸的生产分别利用了哪种微生物的发酵？
2.与传统的手工发酵相比，在啤酒的发酵生产过程中，哪些工程手段使啤酒的产量和质量明显提高？
1.（2024·镇江高二期末）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
2.（多选）下列有关发酵工程及其应用的叙述，正确的是（ ）
A.发酵工程生产所用菌种都是对自然界分离的菌种进行定向改造后获得的
B.发酵饲料、青贮饲料和单细胞蛋白都是很好的微生物饲料
C.利用发酵工程可以产生微生物肥料来增加土壤肥力、改善土壤结构、促进植株生长，如根瘤菌肥、固氮菌肥等
D.利用发酵工程生产的微生物代谢物可以用蒸馏、过滤、沉淀等方法提取
（1）发酵工程是采用现代工程技术手段，利用 的特定功能，在人工控制的环境条件下生产 等的工程技术称为发酵工程。
（2）发酵工程的主要步骤是 等。
（3）从菌种角度分析，与传统发酵技术相比，发酵工程技术的优点是菌种大多为
。
1.连续发酵广泛应用于酒精、丙酮等产品的发酵生产过程中。下列关于连续发酵优点的叙述，错误的是（ ）
A.能及时补充微生物所需的营养物质
B.能改变细胞质膜的通透性，利于代谢产物的释放
C.有利于延长稳定期，提高产物的产量
D.有利于排出有害的代谢产物
2.（2024·徐州高二质检）下列有关微生物的叙述，错误的是（ ）
A.酶合成的调节增强了微生物对环境的适应能力
B.在发酵工程中，可通过诱变育种、基因工程和细胞工程定向选育出性状优良的生产用菌种
C.细菌在生态系统中可作为生产者、消费者和分解者
D.在基因工程中可用大肠杆菌作受体细胞，通过发酵工程来大量生产人的胰岛素
3.（2024·盐城实验高级中学高二期中）发酵工程的内容包括菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵生产和产物的分离与提纯等方面。下列关于发酵工程的认识错误的是（ ）
A.发酵分为厌氧发酵和需氧发酵两种
B.发酵工程的产品包括微生物的代谢产物和菌体本身
C.通常所指的发酵条件包括温度、溶解氧和pH等
D.可以通过调节搅拌的速度来调节温度
4.某高校采用如图所示的发酵罐进行葡萄酒主发酵过程的研究，下列叙述错误的是（ ）
A.夏季生产果酒时，常需对罐体进行降温处理
B.发酵过程中需要不断通入空气
C.正常发酵过程中罐内的压力不会低于大气压
D.可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度来决定何时终止发酵
5.（多选）发酵工程有着多项优点，广泛应用于许多领域，下列有关说法正确的是（ ）
A.进行发酵工程生产时排出的废弃物，对环境无害
B.在农牧业上利用发酵工程可生产微生物肥料、饲料和农药
C.在医药工业上利用发酵工程不仅能提高药物产量，还能降低成本
D.在食品工业上利用发酵工程既能生产传统发酵产品，也能生产食品添加剂
第四节 发酵工程及其应用
【核心要点·巧突破】
知识点（一）
自主学习
1.几何级数 物种的种类 生理代谢类型
2.（1）现代工程 微生物 人工控制 （2）①粉碎、蒸煮 ②碳氮比 pH ③菌种 ④大型发酵罐 ⑤厌氧发酵 需氧发酵 ⑥过滤 离心 蒸馏法 （3） 排气口 搅拌器
pH 无菌 ①通气量 速度 ②热交换 ③酸或碱
3. 一次接种 延滞期、对数期、稳定期、衰亡期 老的培养基和代谢产物 相关发酵条件 单罐连续发酵 多罐连续发酵 多次灭菌 发酵周期 设备的利用率和单位时间产量
4.（1）√
（2）× 提示：微生物吸收多、转化快的特定功能为发酵工程产生大量代谢产物提供了保障。
（3）√
（4）√
（5）√
（6）× 提示：在生产上常选择对数期的微生物作为“种子”。
互动探究
1.提示：选择发酵工程用的菌种时需考虑：能够利用廉价的原料，简单的培养基，大量高效地合成所需产物；菌种改造的可操作性要强；遗传性能要相对稳定；生长速度快，不易感染其他微生物或噬菌体等。
2.提示：要在发酵过程中随时取样检测培养液中细菌的数目、产物浓度等以了解发酵进程，及时添加必需的培养基成分，以满足菌种的营养需要。同时，要严格控制温度、pH、溶解氧等发酵条件。
3.（1）提示：细菌等微生物在刚接种到一个新的环境之后，需要经历一个短暂的适应时期，在此时期内，微生物一般不增殖。
（2）提示：此时细胞分裂增殖旺盛，代谢活性高、生命力强。
（3）提示：此时，限制因素主要是资源、空间有限，种内竞争加剧；可通过及时补充营养物质，分离代谢产物，改善培养条件等来延长稳定期。
（4）提示：由于培养基中的营养物质被消耗，代谢产物积累，pH等环境条件的改变，导致其生长速率降低，死亡速率逐步增加，从而使微生物数量逐步减少。
学以致用
1.B 处于稳定期的微生物仍具有增殖能力，只是其增殖速率与死亡速率达到平衡。
2.D 由题意分析可知，图中①为诱变育种，A正确；延长稳定期可以提高代谢产物的产量，要达到这一目的可采用连续培养的发酵方式，B正确；由于赖氨酸或谷氨酸的发酵菌种为好氧菌，因此在生产过程中常需增加通氧量，C正确；人工控制微生物代谢的措施包括改变微生物遗传特性、控制生产过程中的各种条件（即发酵条件）等，D错误。
知识点（二）
自主学习
1.酵母菌 曲类 （1）氨基酸 蛋白质 维生素 （2）抗生素
植物激素 某种酶或酶系 基因工程 细胞工程 木瓜蛋白酶 细胞培养
2.（1）各种抗生素、酶、氨基酸、激素 （2）调味品、发酵食品、含醇饮料 （3）生物除草剂 （4）淀粉酶、脂肪酶、蛋白酶、纤维素酶
3.（1）√ （2）√ （3）√ （4）√ （5）√
互动探究
1.（1）提示：①③④。生产单细胞蛋白饲料、利用工程菌生产胰岛素、工厂化生产青霉素均需要利用发酵工程技术手段；通过生物技术快速繁育兰花等花卉属于植物组织培养技术，而非发酵工程技术手段。
（2）提示：霉菌（如米曲霉）、酿酒酵母、黑曲霉和谷氨酸棒状杆菌。
2.提示：接种单一高质量纯种、严格的消毒灭菌措施、培养基营养物质协调、严格的发酵条件控制等，都使啤酒的产量和质量明显提高。
学以致用
1.C 生产抗生素、维生素、药用氨基酸等为发酵工程在医药业中的应用；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业中的应用；化学检测和水质监测不属于发酵工程的应用。
2.BC 发酵工程生产用的菌种可通过从自然界分离、诱变育种、基因工程育种获得，A错误；发酵工程在农业中的应用有生产微生物肥料、微生物农药、微生物饲料等，微生物肥料可以增加土壤肥力、改善土壤结构、促进植株生长，C正确；微生物代谢物的提取，采用分离和纯化等方法进行，D错误。
【过程评价·勤检测】
网络构建
（1）微生物或动植物细胞 满足人类需求的特定产品
（2）发酵原料的预处理、发酵培养基的配制、菌种选育和扩大培养、发酵生产和产物的分离与提纯
（3）选育的高产的单一菌种
课堂演练
1.B 连续发酵是在一个培养基可流动的装置中，以一定的速率不断放出老的培养基和代谢产物，同时不断添加新的培养基和调节相关发酵条件，这样可以保证及时补充微生物所需的营养物质，延长稳定期，提高产量，同时有利于微生物尽快将代谢产物释放到培养基中，提高设备的利用率。但不能改变细胞质膜的通透性，若细胞质膜的通透性改变，说明菌体的活性降低，不利于生产，B错误。
2.B 酶合成的调节是微生物通过调节酶的种类和数量来调节代谢的进行，因此可增强微生物对环境的适应能力，A正确；诱变育种的原理是基因突变，突变具有不定向性，故不能通过诱变育种定向选育出性状优良的生产用菌种，B错误；细菌在生态系统中可作为生产者、消费者和分解者，如硝化细菌可作为生产者，某些致病菌可作为消费者，腐生细菌可作为分解者，C正确；基因工程中可用大肠杆菌作受体细胞，通过发酵工程来大量生产人的胰岛素，D正确。
3.D 搅拌速度的改变可以用来调节氧含量。
4.B
5.BCD 进行发酵工程生产时，排出的废弃物中可能含有危害环境的物质，A错误。
1 / 3(共72张PPT)
第四节 发酵工程及其应用
导
学 聚
焦 1.概述微生物的特定功能和发酵工程基本环节分析。
2.认同发酵工程是在传统发酵技术的基础上发展起来的，它实
现了发酵食品、药物等的工业化生产，极大地改善了人们的生
活
核心要点·巧突破
01
过程评价·勤检测
02
课时训练·提素能
03
目录
CONTENTS
核心要点·巧突破
01
精准出击 高效学习
知识点（一） 发酵工程利用了微生物的特定功能和发酵工程的一般
过程
1. 发酵工程利用了微生
物的特定功能
2. 发酵工程的一般过程
（1）发酵工程的概念
发酵工程是采用 技术手段，利用 或
动植物细胞的特定功能，在 的环境下生产满足
人类需求的特定产品等的工程技术。
（2）发酵工程的主要步骤
①发酵原料的预处理：对原料进行 ，水解成
葡萄糖等供微生物利用。
②发酵培养基的配制：添加水、无机盐等营养物质，调
节 和 等。
现代工程
微生物
人工控制
粉碎、蒸煮
碳氮比
pH
③ 选育。
④扩大培养：制备大量菌种后再转入 中生
产。
⑤发酵生产：分为 和 两种。前
者的产品有酒精、啤酒和乳酸等，后者的产品有味精、赤
霉素等。
⑥产物的分离与提纯：通过 发酵液， 去除
固体杂质，采用 等进一步纯化目标产品。
菌种
大型发酵罐
厌氧发酵
需氧发酵
过滤
离心
蒸馏法
（3）大型发酵罐
①氧含量的调节可以通过 和搅拌的 来
实现；
②温度的调节可以通过发酵罐夹层或蛇形管中的冷却水
的 作用来实现；
③pH的调节可以通过在培养基中添加 等来实现。
通气量
速度
热交换
酸或碱
3. 分批发酵与连续发酵
4. 基于上述学习，判断下列相关表述的正误
（1）微生物的种类主要包括细菌、真菌和病毒等。 （ √ ）
（2）微生物适应性强、易变异的特定功能为发酵工程产生大量代
谢产物提供了保障。 （ × ）
提示：微生物吸收多、转化快的特定功能为发酵工程产生大
量代谢产物提供了保障。
（3）发酵工程中所用到的发酵设备和原料等均需要进行灭菌操
作。 （ √ ）
√
×
√
（4）在发酵工程中，连续发酵比分批发酵的生产效率更高。
（ √ ）
（5）传感器技术和计算机技术的应用，促进了发酵过程的智能化
和自动化控制。 （ √ ）
（6）在生产上常选择稳定期的微生物作为“种子”。 （ × ）
提示：在生产上常选择对数期的微生物作为“种子”。
√
√
×
1. 微生物菌种资源丰富，选择发酵工程用的菌种时需要考虑哪些
因素？
提示：选择发酵工程用的菌种时需考虑：能够利用廉价的原料，简
单的培养基，大量高效地合成所需产物；菌种改造的可操作性要
强；遗传性能要相对稳定；生长速度快，不易感染其他微生物或噬
菌体等。
2. 怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？
提示：要在发酵过程中随时取样检测培养液中细菌的数目、产物浓
度等以了解发酵进程，及时添加必需的培养基成分，以满足菌种的
营养需要。同时，要严格控制温度、pH、溶解氧等发酵条件。
3. 下面是分批发酵中的细菌生长曲线，请据图回答下列问题。
（1）在延滞期细菌浓度几乎没有变化，其原因是什么？
提示：细菌等微生物在刚接种到一个新的环境之后，需要经
历一个短暂的适应时期，在此时期内，微生物一般不增殖。
（2）处于对数期的微生物有什么特点？
提示：此时细胞分裂增殖旺盛，代谢活性高、生命力强。
（3）在“稳定期”细菌浓度维持稳定，此时限制细胞数量增加的
主要原因是什么？怎样延长稳定期？
提示：此时，限制因素主要是资源、空间有限，种内竞争加
剧；可通过及时补充营养物质，分离代谢产物，改善培养条
件等来延长稳定期。
（4）在“衰亡期”细菌数量下降的原因是什么？
提示：由于培养基中的营养物质被消耗，代谢产物积累，pH
等环境条件的改变，导致其生长速率降低，死亡速率逐步增
加，从而使微生物数量逐步减少。
1. 发酵工程的基本环节
基本环节 主要方法及目的
菌种选育 选育方法：从自然界中筛选；诱变育种；基因工程育种
扩大培养 快速增加菌种数量
发酵培养基 的配制 结合菌种的代谢特点配制培养基
灭菌 避免因杂菌污染而影响产品品质和产量
接种 将扩大培养后的菌种投放到发酵罐中
基本环节 主要方法及目的
发酵生产 ①监测并控制温度、pH、溶解氧等发酵条件，使发酵全过程处于最佳状态；
②随时检测培养液中微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程，还要及时添加必需的营养组分等
产物的分
离与提纯 ①若发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后采用过滤、沉淀等方法将菌体分离、干燥；
②若发酵产品是代谢物，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
2. 影响发酵过程的因素
（1）温度
①温度影响酶活性。
②温度影响生物合成的途径。
③温度影响发酵液的物理性质，以及菌种对营养物质的分解
吸收等。
（2）pH
①pH能够影响酶的活性，以及细胞膜的带电荷状况。
②pH影响培养基中营养物质的分解等。
（3）溶解氧
氧的供应对需氧发酵来说，是一个关键因素。必须向发酵液
中连续补充大量的氧，并要不断地进行搅拌，这样可以提高
氧在发酵液中的溶解度。
（4）营养物质的浓度
发酵液中各种营养物质的浓度，特别是碳氮比、无机盐和维
生素的浓度，会直接影响菌体的生长和代谢产物的积累。
1. 下列关于分批发酵和连续发酵的叙述，错误的是（ ）
A. 分批发酵即一次投料、一次接种、一次收获的间歇发酵方式
B. 处于稳定期的微生物不再增殖
C. 对数期的微生物因代谢活性高、生命力强，故常作为“种子”
D. 连续发酵具有简化发酵罐的多次灭菌、清洗、出料等步骤，缩短
发酵周期等优点
解析： 处于稳定期的微生物仍具有增殖能力，只是其增殖速率
与死亡速率达到平衡。
2. 发酵工程在工业生产上得到广泛应用，其生产流程如图所示。结合
赖氨酸或谷氨酸的生产实际，下列说法错误的是（ ）
A. ①为诱变育种
B. 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
解析： 由题意分析可知，图中①为诱变育种，A正确；延长稳
定期可以提高代谢产物的产量，要达到这一目的可采用连续培养的
发酵方式，B正确；由于赖氨酸或谷氨酸的发酵菌种为好氧菌，因
此在生产过程中常需增加通氧量，C正确；人工控制微生物代谢的
措施包括改变微生物遗传特性、控制生产过程中的各种条件（即发
酵条件）等，D错误。
知识点（二） 发酵工程应用广泛
1. 发酵工程的主要产品
产品类型 主要产物
微生物菌
体细胞 、食用菌、微生物农药
微生物 酶类 各种酶、酶制剂和各种
微生物代
谢产物 （1）初级代谢产物，如 、有机酸、有机溶
剂、核苷酸、 、核酸和 ；
（2）次级代谢产物，如 、生物碱和
类似物
酵母菌
曲类
氨基酸
蛋白质
维生素
抗生素
植物激
素
产品类型 主要产物
微生物转
化产物 利用微生物代谢过程中的 ，将一种化
合物转化成含有特殊功能基团的产物。例如，将甘油转
化为二羟基丙酮，将葡萄糖转化为葡萄糖酸，将甾体转
化成甾体激素
产品类型 主要产物
工程菌发 酵产物 通过 和 创造出许多具有特殊
功能的“工程菌”，用发酵技术生产更多更好的产品，
发挥更大的经济效益
动植物细 胞的产物 通过大规模培养木瓜细胞，生产 ；利用
植物 技术生产天然食用色素等
某种酶或酶系
基因工程
细胞工程
木瓜蛋白酶
细胞培养
2. 发酵工程的应用领域
（1）发酵工程在医药业中的应用：主要包括生产
和免疫制剂。
（2）发酵工程在食品业中的应用：生产
和食品添加剂等。
各种抗生素、
酶、氨基酸、激素
调味品、发酵食品、含
醇饮料
（4）发酵工程在其他领域的应用：发酵工程生产的
在纺织、皮革制造、造纸等行业
中都发挥着重要作用；发酵工程还可以应用于污水处理或沼
气发酵等方面。
（3）发酵工程在农业中的应用：包括生产生物农药、生物增产
剂、 以及饲料添加剂等。
生物除草剂
淀粉酶、脂
肪酶、蛋白酶、纤维素酶
3. 基于上述学习，判断下列相关表述的正误
（1）发酵工程的应用涉及医药、食品、农业以及环境保护、能源
及冶金等领域。 （ √ ）
（2）在发酵工程中，利用谷氨酸棒状杆菌可以生产味精等调味
品。 （ √ ）
（3）单细胞蛋白既可用于食品加工，也可用于微生物饲料。
（ √ ）
（4）发酵工程在纺织、皮革制造和污水处理等方面都发挥着重要
作用。 （ √ ）
（5）沼气、啤酒、味精等生活用品的生产均与发酵工程有直接关
系。 （ √ ）
√
√
√
√
√
1. 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、废弃物对环境的污染小和容易处理等特点，在食品业、医药业
和农业等许多领域得到了广泛的应用，形成了规模庞大的发酵工
业。思考回答下列问题：
（1）分析下列产品需要利用发酵工程技术进行生产的有哪些？
①生产单细胞蛋白饲料 ②通过生物技术快速繁育兰花等花
卉 ③利用工程菌生产胰岛素 ④工厂化生产青霉素
提示：①③④。生产单细胞蛋白饲料、利用工程菌生产胰岛
素、工厂化生产青霉素均需要利用发酵工程技术手段；通过
生物技术快速繁育兰花等花卉属于植物组织培养技术，而非
发酵工程技术手段。
（2）酱油、各种酒类、柠檬酸和谷氨酸的生产分别利用了哪种微
生物的发酵？
提示：霉菌（如米曲霉）、酿酒酵母、黑曲霉和谷氨酸棒状
杆菌。
2. 与传统的手工发酵相比，在啤酒的发酵生产过程中，哪些工程手段
使啤酒的产量和质量明显提高？
提示：接种单一高质量纯种、严格的消毒灭菌措施、培养基营
养物质协调、严格的发酵条件控制等，都使啤酒的产量和质量
明显提高。
1. （2024·镇江高二期末）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
解析： 生产抗生素、维生素、药用氨基酸等为发酵工程在医药
业中的应用；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业中的应用；化学检测和水质监测不属于
发酵工程的应用。
2. （多选）下列有关发酵工程及其应用的叙述，正确的是（ ）
A. 发酵工程生产所用菌种都是对自然界分离的菌种进行定向改造后
获得的
B. 发酵饲料、青贮饲料和单细胞蛋白都是很好的微生物饲料
C. 利用发酵工程可以产生微生物肥料来增加土壤肥力、改善土壤结
构、促进植株生长，如根瘤菌肥、固氮菌肥等
D. 利用发酵工程生产的微生物代谢物可以用蒸馏、过滤、沉淀等方
法提取
解析： 发酵工程生产用的菌种可通过从自然界分离、诱变育
种、基因工程育种获得，A错误；发酵工程在农业中的应用有生产
微生物肥料、微生物农药、微生物饲料等，微生物肥料可以增加土
壤肥力、改善土壤结构、促进植株生长，C正确；微生物代谢物的
提取，采用分离和纯化等方法进行，D错误。
过程评价·勤检测
02
反馈效果 筑牢基础
（1）发酵工程是采用现代工程技术手段，利用
的特定功能，在人工控制的环境条件下生产
等的工程技术称为发酵工程。
（2）发酵工程的主要步骤是
等。
（3）从菌种角度分析，与传统发酵技术相比，发酵工程技术的优点
是菌种大多为 。
微生物或动植物细
胞
满足人类需
求的特定产品
发酵原料的预处理、发酵培养基的
配制、菌种选育和扩大培养、发酵生产和产物的分离与提纯
选育的高产的单一菌种
1. 连续发酵广泛应用于酒精、丙酮等产品的发酵生产过程中。下列关
于连续发酵优点的叙述，错误的是（ ）
A. 能及时补充微生物所需的营养物质
B. 能改变细胞质膜的通透性，利于代谢产物的释放
C. 有利于延长稳定期，提高产物的产量
D. 有利于排出有害的代谢产物
解析： 连续发酵是在一个培养基可流动的装置中，以一定
的速率不断放出老的培养基和代谢产物，同时不断添加新的培
养基和调节相关发酵条件，这样可以保证及时补充微生物所需
的营养物质，延长稳定期，提高产量，同时有利于微生物尽快
将代谢产物释放到培养基中，提高设备的利用率。但不能改变
细胞质膜的通透性，若细胞质膜的通透性改变，说明菌体的活
性降低，不利于生产，B错误。
2. （2024·徐州高二质检）下列有关微生物的叙述，错误的是（ ）
A. 酶合成的调节增强了微生物对环境的适应能力
B. 在发酵工程中，可通过诱变育种、基因工程和细胞工程定向选育出性状优良的生产用菌种
C. 细菌在生态系统中可作为生产者、消费者和分解者
D. 在基因工程中可用大肠杆菌作受体细胞，通过发酵工程来大量生产人的胰岛素
解析： 酶合成的调节是微生物通过调节酶的种类和数量来调节
代谢的进行，因此可增强微生物对环境的适应能力，A正确；诱变
育种的原理是基因突变，突变具有不定向性，故不能通过诱变育种
定向选育出性状优良的生产用菌种，B错误；细菌在生态系统中可
作为生产者、消费者和分解者，如硝化细菌可作为生产者，某些致
病菌可作为消费者，腐生细菌可作为分解者，C正确；基因工程中
可用大肠杆菌作受体细胞，通过发酵工程来大量生产人的胰岛素，
D正确。
3. （2024·盐城实验高级中学高二期中）发酵工程的内容包括菌种的
选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵生产和产物的
分离与提纯等方面。下列关于发酵工程的认识错误的是（ ）
A. 发酵分为厌氧发酵和需氧发酵两种
B. 发酵工程的产品包括微生物的代谢产物和菌体本身
C. 通常所指的发酵条件包括温度、溶解氧和pH等
D. 可以通过调节搅拌的速度来调节温度
解析： 搅拌速度的改变可以用来调节氧含量。
4. 某高校采用如图所示的发酵罐进行葡萄酒主发酵过程的研究，下列
叙述错误的是（ ）
A. 夏季生产果酒时，常需对罐体进行降温处理
B. 发酵过程中需要不断通入空气
C. 正常发酵过程中罐内的压力不会低于大气压
D. 可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度来决定
何时终止发酵
5. （多选）发酵工程有着多项优点，广泛应用于许多领域，下列有关
说法正确的是（ ）
A. 进行发酵工程生产时排出的废弃物，对环境无害
B. 在农牧业上利用发酵工程可生产微生物肥料、饲料和农药
C. 在医药工业上利用发酵工程不仅能提高药物产量，还能降低成本
D. 在食品工业上利用发酵工程既能生产传统发酵产品，也能生产食
品添加剂
解析： 进行发酵工程生产时，排出的废弃物中可能含有危
害环境的物质，A错误。
课时训练·提素能
03
分级练习 巩固提升
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知识点一 微生物的特定功能和发酵工程的一般过程
1. 下列关于微生物特定功能的叙述，错误的是（ ）
A. 微生物具有生长旺盛、繁殖快的特定功能
B. 微生物具有吸收多、转化快的特定功能
C. 微生物具有适应性强、易变异的特定功能，且只能发生基因突变
D. 微生物具有种类多、分布广的特点
解析： 微生物也包括真菌，真菌属于真核生物，除能发生基因
突变外，也能发生染色体变异等。
2. 传统发酵技术和现代发酵工程都是利用各种微生物的代谢来实现相
关产品的生产的，下列微生物在发酵生产产品过程中需要提供空气
或氧气的是（ ）
①酵母菌 ②醋酸菌 ③乳酸菌 ④毛霉 ⑤谷氨酸棒状杆菌
A. ④⑤ B. ①②④⑤
C. ①②③ D. ②④⑤
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解析： 酿酒是利用酵母菌在无氧条件下进行酒精发酵的原理，
发酵过程不需提供氧气；醋酸菌是好氧细菌，在氧气充足条件下才
能进行醋酸发酵，故需提供氧气；乳酸菌为厌氧细菌，在无氧条件
下生成乳酸，不需氧气；毛霉为需氧型真核生物，发酵过程需要提
供空气或氧气；谷氨酸棒状杆菌为需氧细菌，在生产谷氨酸过程中
要不断充入无菌空气，D正确。
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3. 酵母菌培养过程中的生长曲线如图所示，a、b、c、d分别表示不同的生长时期，其中适于作为生产用菌种的时期是（ ）
A. a B. b
C. c D. d
解析： 常作为生产菌种和科研材料的细菌群体，应该是代谢旺
盛、生命力强的时期，b时期菌体代谢最旺盛，是作为生产用菌种
的最佳时期。
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4. 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细菌数目、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： 发酵罐内的微生物在适宜的条件下会迅速繁殖，因此，
发酵过程中不需要添加菌种。
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5. 发酵罐发酵的过程中，使温度升高的热量来源于（ ）
①冷却水供应不足 ②微生物代谢旺盛
③培养基不新鲜 ④搅拌
⑤放料口排出产物
A. ①②③④⑤ B. ②③④
C. ①④ D. ②④
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解析： 题目问的是使温度升高的热量来源，而冷却水只能带走
热量，不能产生热量；发酵过程中微生物的呼吸作用可以产生大量
的化学能，且大部分转变成了热能；培养基的新鲜程度和放料口排
出产物可影响代谢速度，但与热量的产生无直接关系；搅拌除了增
加溶氧、加快反应速度外，同时还通过摩擦产生了热能。
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知识点二 发酵工程应用广泛
6. 下列关于发酵工程应用的叙述，错误的是（ ）
A. 红链霉产生的红曲色素可以用作食品添加剂
B. 曲霉产生的葡聚糖酶可以预防龋齿
C. 产黄青霉产生的青霉素是其次生代谢产物
D. 可以通过发酵工程生产甜味剂
解析： 红曲色素是由红曲霉产生的，而不是由红链霉产生的，
故A错误。
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7. 如图所示为面包霉体内合成氨基酸的途径。若在发酵工程中利用面
包霉来大量合成氨基酸A，应采取的最佳措施是（ ）
A. 改变面包霉的细胞质膜通透性
B. 在高温、高压下进行发酵
C. 对面包霉进行诱变处理，选育出不能合成酶③的菌种
D. 对面包霉进行诱变处理，选育出不能合成酶②的菌种
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8. 下列有关发酵工程应用的说法，错误的是（ ）
A. 发酵工程可以生产酱油、泡菜等传统发酵食品
B. 柠檬酸、乳酸等食品添加剂可以通过发酵工程生产
C. 发酵工程可以生产多种药物，但是不能生产疫苗
D. 发酵工程生产的单细胞蛋白可以制成微生物饲料
解析： 乙肝疫苗可用发酵工程的方法生产，这种方法生产乙肝
疫苗的优点是酵母菌繁殖快，代谢旺盛，乙肝疫苗单位时间内的产
量高，C错误。
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9. 现代化酿醋工艺离不开对高产菌株的选择，欲探究菌株a是否为高
产类型，实验设定的自变量和无关变量分别是（ ）
A. 菌株a和普通菌株；醋酸的产量
B. 醋酸的产量；菌株a和普通菌株
C. 菌株a和普通菌株；发酵底物、温度、pH等
D. 是否提供氧气；发酵底物、温度、pH等
解析： 由题意“欲探究菌株a是否为高产类型”可知，自变量
是菌株a和普通菌株，因变量是醋酸的产量，无关变量是发酵底
物、温度、pH等，C符合题意。
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10. （多选）与传统发酵技术相比，发酵工程的产品种类更加丰富，
产量和质量明显提高。下列相关表述正确的是（ ）
A. 发酵工程与传统发酵技术最大的区别就是前者可以利用微生物来进行发酵
B. 发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身
C. 在发酵工程的发酵环节中，发酵条件变化不仅会影响微生物的生长繁殖，也会影响微生物的代谢途径
D. 通过发酵工程可以从微生物细胞中提取单细胞蛋白
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解析： 发酵工程及传统发酵技术都是利用微生物来进行发酵
的，A错误；微生物菌体就是单细胞蛋白，不需从细胞中提取，D
错误。
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11. （多选）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，下列说法正确的是
（ ）
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
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解析： 提供相同含量的碳源，葡萄糖溶液单位体积中溶质
微粒较多，会导致细胞失水，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
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错误。
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12. （多选）利用农作物秸秆等纤维质原料生产的乙醇，经加工可制
成燃料乙醇，从而减少了对石油资源的依赖。如图为生产燃料乙
醇的简要流程，据图分析，下列叙述正确的是（ ）
A. 要得到微生物A，最好选择富含纤维素的土壤采集土样
B. 图中②过程常用的微生物B是酵母菌
C. 微生物A和微生物B可利用的碳源相同
D. 可用纤维素酶制剂代替微生物A起作用
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解析： 微生物A所用碳源为纤维素，微生物B所用碳源为纤
维素降解物。
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13. 谷氨酸是生物体内一种重要的有机小分子，谷氨酸钠是它的钠
盐，是味精等调味品的主要成分。目前利用微生物发酵生产的氨
基酸中，谷氨酸是产量最大的种类之一。回答下列问题：
（1）我国微生物发酵工程生产谷氨酸常用的菌种有谷氨酸棒状杆
菌和黄色短杆菌，下列生物中与这些菌种在结构上存在明显
区别的是 （填字母）。
A. 噬菌体 B. 人类免疫缺陷病毒（HIV）
C. 禽流感病毒 D. 肺炎链球菌
E. 酵母菌 F. 硝化细菌
G. 乳酸菌
ABCE
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（2）谷氨酸发酵的培养基成分主要有葡萄糖、氨水、磷酸盐、生
物素等，发酵装置如图所示。某厂用谷氨酸棒状杆菌发酵生
产谷氨酸，结果代谢产物中出现了大量的乳酸，从发酵条件
看，其原因很可能是 。
通气量不足
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（3）谷氨酸发酵生产过程中，需要添加氨水，它不仅是细菌生长
所需的 ，而且还有调节培养液 的作用，所
以应该分次加入。
氮源
pH
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（4）谷氨酸棒状杆菌在发酵过程中要不断地通入无菌空气，并通
过搅拌使空气形成细小的气泡，迅速溶解在培养液中，当培
养基中碳氮比为4∶1时，菌体大量繁殖而产生的谷氨酸少；
当碳氮比为3∶1时，菌体繁殖受抑制，但谷氨酸的合成量大
增。在无氧条件下，谷氨酸棒状杆菌代谢产物是乳酸或琥珀
酸。由此说明谷氨酸棒状杆菌的代谢类型是
，由上述探究可知，通过发酵得到大量谷氨酸的发酵思
路是
。
异养兼性厌氧
型
不断向发酵液中通入无菌空气，发酵液中碳氮比为
4∶1，培养一段时间使菌种大量繁殖，后将培养液的碳氮比
改为3∶1
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14. 青霉素作为治疗细菌感染的药物，是20世纪医学上的重大发现，
是抗生素工业的首要产品。请根据如图回答问题：[注：冷冻干燥
孢子是在极低温度（－70 ℃左右）、真空干燥状态下保藏的菌
种；米孢子是生长在小米或大米培养基上的孢子。]
（1）目前发酵生产中常用的高产青霉素菌种是通过
方法选育的。青霉菌与大肠杆菌相比，前者在细胞结构上最
显著的特点是 。据图可以判断青
霉菌的代谢类型是 ，生殖方式为 。
诱变育种
细胞中有成形的细胞核
异养需氧型
孢子生殖
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解析： 发酵生产中常用的高产青霉素菌种是通过诱变育种产生的；青霉菌是真核生物，大肠杆菌属于原核生物，两者在细胞结构上最显著的特点是青霉菌的细胞中有成形的细
胞核；据图可知，青霉菌的代谢类型为异养需氧型，繁殖方式为孢子生殖。
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（2）在生产和科研中，青霉素在稳定期积累最多，故生产中常
用 的方法延长此时期。
解析： 微生物的代谢产物在稳定期积累最多，生产中常用连续发酵的方法延长此时期。
连续发酵
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（3）培养基的配制要满足青霉菌对
等营养物质的需求。若在该培养基中添加蛋白
胨，从化学成分上看该培养基可称为 培养基。种子
罐2又叫繁殖罐，可推测②属于发酵工程中的
阶段。发酵罐接种 （填“前”或“后”）必须进行灭
菌处理。
碳源、氮源、生长因子、无
机盐、水
天然
扩大培养
前
解析： 培养基的成分一般包括水、无机盐、碳源、氮源，还含有特殊物质，如生长因子。在该培养基中添加蛋白胨，从化学成分上看该培养基可称为天然培养基。由于种子罐2又叫繁殖罐，可推测②属于发酵工程中的扩大培养阶段，
发酵罐接种前必须经过灭菌。
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