《创新课堂》第1章第3节 发酵工程及其应用 讲义（教师版）-高中生物学选择性必修3（人教版）同步讲练测

第3节　发酵工程及其应用
[课标内容]
1．概述发酵工程的基本环节。　2.阐明发酵工程利用现代工程技术及微生物的特定功能，工业化生产人类所需产品。　3.举例说明发酵工程在医药、食品及其他工农业生产上具有重要的应用价值。
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一、发酵工程的基本环节
1．发酵工程：利用__________________________，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品。
INCLUDEPICTURE "箭头B.TIF" INCLUDEPICTURE "箭头B.TIF" \* MERGEFORMAT 和传统发酵相对应，可大批量生产
2．发酵工程的基本环节
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二、发酵工程的应用
1．发酵工程的特点
(1)生产条件_____________。
(2)原料来源_____________且价格低廉。
(3)产物专一。
(4)废弃物对环境的__________________________　且容易处理。
2．发酵工程的应用
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[答案自填] 微生物的特定功能　温度　pH　溶解氧　产物浓度　营养成分　过滤、沉淀　分离　纯化　温和　丰富　污染小　柠檬酸　谷氨酸钠　酶制剂　青霉素　激素　免疫调节剂　抗原基因　微生物肥料　根瘤菌肥　微生物农药　微生物饲料　酒精　乙烯　热　盐
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(1)利用细菌获取大量代谢物时，可利用基因突变和染色体变异进行菌种的选育。(　　)
(2)发酵工程的灭菌环节只是对培养基进行严格的灭菌。(　　)
(3)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。(　　)
(4)发酵工程的中心环节是对微生物细胞本身或其代谢物进行分离、提纯。(　　)
(5)啤酒的工业化生产过程中的焙烤环节是加热杀死种子胚，但不使淀粉酶失活。(　　)
(6)单细胞蛋白是指单一微生物菌体中的蛋白质。(　　)
提示：(1)×　细菌无染色体，不能采用染色体变异进行菌种选育。
(2)×　发酵工程的灭菌环节要对培养基和发酵设备都进行严格的灭菌。
(3)√
(4)×　发酵工程的中心环节是发酵罐内微生物的发酵。
(5)√
(6)×　单细胞蛋白是指通过发酵获得的微生物菌体。
【知识框架】
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核心点一　发酵工程的基本环节
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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，规模化生产对人类有用的产品。常用谷氨酸棒状杆菌(好氧细菌)在下图所示的发酵罐中发酵来大量生产味精。回答下列问题：
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(1)现代发酵工程和传统发酵技术所用的菌种有什么差异？
(2)发酵过程中需要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件的原因是什么？
(3)在产物分离和提纯方面，发酵工程与传统发酵技术相比有哪些改进之处？
(4)请用箭头和文字归纳概述现代发酵工程的基本环节。
(5)在进行发酵生产时，排出的气体和废弃培养液等能直接排放到外界环境中吗？为什么？
提示：(1)传统发酵技术所用的菌种一般是原材料中天然存在的多种菌种，而现代发酵工程用的菌种是通过微生物培养技术获得的单一菌种。
(2)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。
(3)传统发酵技术获得的产物一般不是单一组分，而是成分复杂的混合物，很多时候不会再对产物进行分离和提纯处理。在发酵工程中，如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后，采用过滤、沉淀等方法将菌体从发酵液中分离出来；如果产品是代谢物，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)
(5)不能。因为要防止排出的气体和废弃培养液中的微生物或活性物质污染环境。
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发酵过程中的主要影响因素及相应的控制方法
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1．(2024·山东菏泽高二检测)下列关于发酵工程基本环节的叙述，错误的是(　　)
A．发酵工程的基本环节包括选育菌种，扩大培养，配制培养基、灭菌，接种，发酵罐内发酵，分离、提纯产物
B．扩大培养是发酵工程的中心环节
C．性状优良的菌种可以通过基因工程育种或诱变育种获得
D．对于获得的产品菌种，可以采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥
解析：选B。发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节，B错误。
2．(2024·湖南长沙高二检测)以鲜山楂为主要原料酿制的山楂酒，将山楂的营养成分充分释放，更易被人体吸收，具有较高的保健价值。右图所示是进行山楂酒发酵的装置。下列叙述错误的是(　　)
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A．制作山楂酒时，为减少杂菌污染，应将山楂清洗后切块
B．在发酵之前，一般需要对菌种进行扩大培养
C．发酵产酒时，搅拌可增加溶解氧并使培养液与酵母菌充分接触
D．传统发酵制作山楂酒为自然发酵，且利用无氧条件抑制杂菌污染
解析：选C。制作山楂酒时，将山楂清洗后切块，以减少杂菌污染，A项正确；工业发酵罐的体积一般较大，故也应接入总体积较大的菌种，故在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养，B项正确；发酵产酒是利用酵母菌无氧呼吸产生酒精的原理，不需要增加溶解氧，C项错误；传统发酵制作山楂酒为自然发酵，山楂表面附着有多种微生物，利用无氧条件抑制其他微生物的生长，保证酵母菌为优势菌，D项正确。
核心点二　发酵工程的应用
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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，在食品工业、医药工业和农牧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)请用流程图概述啤酒的工业化生产流程。
(3)微生物肥料使作物增产的原理是什么？
(4)微生物农药防治害虫与化学农药防治害虫相比较，前者的原理、优点分别是什么？
提示：(1)①③④。
(2)
(3)微生物代谢过程中产生的有机酸、生物活性物质等能增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长。
(4)利用微生物或其代谢物进行防治。成本低、无污染，可以维持生态平衡。
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发酵工程生产的相关产品及所用的微生物
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1．下列不属于发酵工程应用的是(　　)
A．利用工程菌生产人生长激素
B．利用啤酒酵母酿造啤酒
C．用培养的人细胞构建人造皮肤
D．用酵母菌生产作为食品添加剂的单细胞蛋白
解析：选C。用培养的人细胞构建人造皮肤与发酵工程无关，C符合题意。
2．(2024·山东青岛高二月考) 啤酒生产的主要工艺流程如下图所示，其中糖化的目的主要是将麦芽中的淀粉水解为小分子糖类。下列关于啤酒发酵的叙述，错误的是(　　)
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A．制麦芽时要浸泡大麦，使大麦种子发芽产生淀粉酶
B．糖化过程中淀粉水解有利于酵母菌的发酵
C．活化的酵母菌液需经过灭菌处理后才能用于接种发酵
D．过滤后封装，能延长啤酒的保存期
解析：选C。制麦芽时要浸泡大麦，增加自由水含量，使大麦种子发芽产生淀粉酶，A正确；糖化过程使淀粉水解成小分子的葡萄糖，有利于酵母菌利用葡萄糖发酵，B正确；活化的酵母菌液不可进行灭菌，以免杀死酵母菌，C错误；过滤后封装，制造了无氧环境，避免醋酸菌等利用乙醇发酵产生乙酸，能延长啤酒的保存期，D正确。
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1．下列关于微生物发酵过程的说法，正确的是(　　)
A．菌种选育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、溶解氧与转速等发酵条件，否则会影响菌种代谢物的形成
D．在谷氨酸发酵过程中，当pH呈酸性时，生成的代谢产物就会是乳酸或琥珀酸
解析：选C。发酵工程的内容包括菌种的选育，扩大培养，培养基的配制、灭菌，接种，发酵罐内发酵和分离、提纯产物等方面，其中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细菌数目、产物浓度等，同时应对发酵过程中的一些条件进行控制才能保证发酵的正常进行，B项错误；微生物发酵过程中要严格控制温度、pH、溶解氧与转速等发酵条件，因为环境条件的变化不仅会影响菌种的生长和繁殖，还会影响代谢物的形成，C项正确；谷氨酸棒状杆菌在谷氨酸发酵的过程中，当pH呈酸性时，会生成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺，D项错误。
2．下列有关发酵工程基本环节的叙述，错误的是(　　)
A．确定菌种之后，才能选择原料配制培养基
B．在发酵过程中，环境条件的变化不仅会影响微生物的生长繁殖，也会影响微生物的代谢物的形成
C．发酵罐中微生物的生长繁殖、代谢物的形成与搅拌速度无关
D．现代发酵工程使用的大型发酵罐均有计算机控制系统，能使发酵全过程处于最佳状态
解析：选C。搅拌速度不同会使发酵液中的溶氧量不同，从而影响发酵罐中微生物的生长繁殖、代谢物的形成，C错误。
3．(2024·山东济南高二检测)下列关于发酵工程及其应用的说法，正确的是(　　)
A．谷氨酸棒状杆菌可用于生产味精
B．培养基、发酵设备和菌种必须经过严格的灭菌
C．用于发酵工程的菌种，可以从自然界中筛选，也可以通过单倍体育种获得
D．可以通过蒸馏、萃取等方法对单细胞蛋白进行分离、提纯
解析：选A。由谷氨酸棒状杆菌发酵可以得到谷氨酸，谷氨酸经过一系列处理可制成味精，A正确；培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌，而菌种不能灭菌，否则整个发酵过程将无法进行，B错误；用于发酵工程的性状优良的菌种可以从自然界中筛选，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得，C错误；单细胞蛋白是微生物菌体，可采用过滤、沉淀等方法分离，而代谢物则采用蒸馏、萃取、离子交换等方法获得，D错误。
4．(2024·山东等级考)在发酵过程中，多个黑曲霉菌体常聚集成团形成菌球体，菌球体大小仅由菌体数量决定。黑曲霉利用糖类发酵产生柠檬酸时需要充足的氧。菌体内铵离子浓度升高时，可解除柠檬酸对其合成途径的反馈抑制。下列说法错误的是(　　)
A．相同菌体密度下，菌球体越大柠檬酸产生速率越慢
B．发酵中期添加一定量的硫酸铵可提高柠檬酸产量
C．发酵过程中pH下降可抑制大部分细菌的生长
D．发酵结束后，将过滤所得的固体物质进行干燥即可获得柠檬酸产品
解析：选D。柠檬酸是黑曲霉的代谢产物，故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，D错误。
5．(教材P28“概念检测”改编)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。下列相关叙述错误的是(　　)
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．发酵工程是在传统发酵技术的基础上发展起来的，极大地改善了人们的生活
D．通过发酵工程可以获得大量的微生物菌体即为单细胞蛋白
解析：选A。发酵工程与传统发酵技术都是利用微生物的代谢来进行相关产品的生产，A错误。