1.3發(fā)酵工程及其應(yīng)用（學生版）

《第1章發(fā)酵工程》第3節(jié)發(fā)酵工程及其應(yīng)用必會知識考點梳理拓展延伸易錯警示必會知識一發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)1．發(fā)酵工程是指采用現(xiàn)代工程技術(shù)手段，利用微生物的某些功能，為人類生產(chǎn)有用的產(chǎn)品，或直接把微生物應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程的一種新技術(shù)。發(fā)酵工程一般包括菌種的選育，擴大培養(yǎng)，培養(yǎng)基的配制、滅菌，接種，發(fā)酵，產(chǎn)品的分離、提純等方面。2．選育菌種(1)常用菌種：主要是細菌、放線菌、酵母菌和霉菌等。(2)菌種特點：①對周圍環(huán)境的溫度、滲透壓、酸堿度等條件有極大的適應(yīng)能力。②有極強的消化能力。③有極強的繁殖能力。(3)菌種來源：①從自然界中篩選出優(yōu)良菌種。②利用誘變育種篩選出符合生產(chǎn)要求的優(yōu)良菌種。③利用基因工程、細胞工程的方法對菌種的遺傳特性進行定向改造，構(gòu)建出能生產(chǎn)相應(yīng)產(chǎn)品的菌種。3．擴大培養(yǎng)：工業(yè)發(fā)酵罐的體積很大，接入的菌種總體積也較大，在進行接種前，要對菌種進行擴大培養(yǎng)。(1)目的：增加菌種的數(shù)量，縮短生產(chǎn)周期。(2)方法：將培養(yǎng)到生長速度最快時期的菌體分開，再進行培養(yǎng)。4．配制培養(yǎng)基(1)類型：發(fā)酵工程一般使用液體培養(yǎng)基。(2)要求：①根據(jù)菌種的代謝類型，選擇不同的材料配制培養(yǎng)基。②培養(yǎng)基應(yīng)滿足微生物在碳源、氮源、生長因子、水、無機鹽等方面的營養(yǎng)要求，并為微生物提供適宜的pH，以利于產(chǎn)物的合成。③應(yīng)盡量降低生產(chǎn)成本，以得到更高的經(jīng)濟效益。5．滅菌和接種：發(fā)酵工程中所用的菌種大多是單一菌種。一旦有雜菌污染，可能導致產(chǎn)量大大下降。因此，培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備必須經(jīng)過嚴格的滅菌，接種過程中要注意防止雜菌污染。6．發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵—發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)7．分離、提純產(chǎn)物，獲得發(fā)酵產(chǎn)品發(fā)酵產(chǎn)品分離、提純方法微生物細胞通過過濾、沉淀等方法將菌體分離、干燥代謝物蒸餾、萃取、離子交換等方法必會知識二發(fā)酵工程的應(yīng)用1．在食品工業(yè)上的應(yīng)用(1)生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品①以大豆為主要原料，利用產(chǎn)生蛋白酶的霉菌(如黑曲霉)，將原料中的蛋白質(zhì)水解成小分子的肽和氨基酸，然后經(jīng)淋洗、調(diào)制成的醬油產(chǎn)品：②以谷物或水果等為原料，利用釀酒酵母發(fā)酵生產(chǎn)的各種酒類。(2)生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑：檸檬酸是一種廣泛應(yīng)用的食品酸度調(diào)節(jié)劑，它可以通過黑曲霉的發(fā)酵制得；由谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵可以得到谷氨酸，谷氨酸經(jīng)過一系列處理就能制成味精。(3)生產(chǎn)酶制劑：目前，已有50多種酶制劑成功用于食品的直接生產(chǎn)、改進生產(chǎn)工藝、簡化生產(chǎn)過程、改善產(chǎn)品的品質(zhì)和口味、延長食品儲存期和提高產(chǎn)品產(chǎn)量等方面。這些酶制劑除少數(shù)由動植物生產(chǎn)外，絕大多數(shù)也是通過發(fā)酵工程生產(chǎn)的。2．在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用基于發(fā)酵工程技術(shù)，目前已經(jīng)開發(fā)了種類繁多的藥品，如人類生長激素、重組乙肝疫苗、某些種類的單克隆抗體、白細胞介素，抗血友病因子等。人們可以采用基因工程的方法，將植物或動物的基因轉(zhuǎn)移到微生物中獲得具有某種藥物生產(chǎn)能力的微生物；或者直接對菌種進行改造，再通過發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)所需要的產(chǎn)品，如生長激素釋放抑制激素的發(fā)酵生產(chǎn)。此外，科學家還利用基因工程，將病原體的某個或某幾個抗原基因轉(zhuǎn)人適當?shù)奈⑸锛毎@得的表達產(chǎn)物就可以作為疫苗使用。例如，一種生產(chǎn)乙型肝炎疫苗的方法就是將乙型肝炎病毒的抗原基因轉(zhuǎn)入酵母菌，再通過發(fā)酵生產(chǎn)。3．在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用主要應(yīng)用具體應(yīng)用舉例生產(chǎn)微生物肥料利用微生物在代謝過程中產(chǎn)生的有機酸、生物活性物質(zhì)等來增進土壤肥力，改良土壤結(jié)構(gòu)，促進植株生長；抑制土壤中病原微生物的生長，從而減少病害的發(fā)生根瘤菌肥、固氮菌肥生產(chǎn)微生物農(nóng)藥與傳統(tǒng)的化學農(nóng)藥不同，微生物農(nóng)藥是利用微生物或其代謝物來防治病蟲害的蘇云金桿菌可防治80多種農(nóng)林蟲害；白僵菌可防治玉米螟、松毛蟲等蟲害；井岡霉素可防治水稻枯紋病生產(chǎn)微生物飼料微生物含有豐富的蛋白質(zhì)，且生長繁殖速度很快。許多國家以淀粉或纖維素的水解液、制糖工業(yè)的廢液等為原料，通過發(fā)酵獲得了大量的微生物菌體，即單細胞蛋白有些單細胞蛋白可以作為食品添加劑；單細胞蛋白制成的微生物飼料能使家畜、家禽增重快，產(chǎn)奶或產(chǎn)蛋量顯著提高；在青貯飼料中添加乳酸菌，可提高飼料的品質(zhì)，使飼料保鮮，動物食用后還能提高免疫力4．在其他方面的應(yīng)用隨著對纖維素水解研究的不斷深入，利用纖維廢料發(fā)酵生產(chǎn)酒精、乙烯等能源物質(zhì)已取得成功。自然界中還存在著一定數(shù)量的極端微生物，它們能在各種極端惡劣的環(huán)境(如高溫、高壓、高鹽和低溫等環(huán)境)中正常生活，對它們的研究已成為國際熱點，其中一些極端微生物已應(yīng)用于生產(chǎn)實踐。例如，嗜熱菌、嗜鹽菌可以用來生產(chǎn)洗滌劑，嗜低溫菌有助于提高熱敏性產(chǎn)品的產(chǎn)量。必會知識三啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程1．啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程2．啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)的五點提醒(1)啤酒酵母菌：通過微生物培養(yǎng)技術(shù)篩選出的優(yōu)良菌種，在接種前進行擴大培養(yǎng)，縮短生產(chǎn)周期。(2)焙烤溫度不能過高，防止淀粉酶失活。(3)蒸煮后的糖漿一定要冷卻后才能接種，防止高溫殺死酵母菌。(4)發(fā)酵過程中注意控制好溫度、pH、通氣、發(fā)酵時間等。(5)接種前要對發(fā)酵罐進行滅菌，接種時要進行無菌操作，防止雜菌污染。必備技能典例精講模型秒殺巧思妙解必備技能一發(fā)酵工程的概念和基本環(huán)節(jié)[例1](2022春·四川自貢·高二自貢市蜀光中學?？茧A段練習)如下圖為研究人員從紅棕壤中篩選高效分解尿素細菌的示意圖，有關(guān)敘述不正確的是(

)A．配制步驟②、③的培養(yǎng)基都要進行嚴格滅菌B．步驟③采用涂布平板法接種，并需向牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基中加入尿素C．步驟④挑?、壑胁煌N的菌落分別接種，比較細菌分解尿素的能力D．步驟③純化分解尿素的細菌的原理是將聚集的細菌分散，以獲得單細胞形成的菌落必備技能二發(fā)酵工程的概念發(fā)[例2](2022春·浙江·高二校聯(lián)考期中)以下關(guān)于傳統(tǒng)發(fā)酵與現(xiàn)代發(fā)酵工程的說法中，錯誤的是(

)A．影響傳統(tǒng)發(fā)酵食品風味的因素包括菌種差異、代謝特點以及種間關(guān)系B．現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)大多采用好氧、液體、深層、分批及單一純種發(fā)酵的方式組合進行C．選育優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的菌種是發(fā)酵工業(yè)的前提條件D．如果發(fā)酵產(chǎn)品是微生物菌體，則可以采用吸附發(fā)酵進行產(chǎn)品的分離與提純必備技能三發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)[例3](2022春·江蘇南通·高二統(tǒng)考期末)下圖為醬油制作流程，其中米曲霉發(fā)酵過程的主要目的是使米曲霉充分生長繁殖，大量分泌制作醬油所需的蛋白酶、脂肪酶等，該過程需提供營養(yǎng)物質(zhì)、通入空氣，下列說法錯誤的是(

)A．米曲霉發(fā)酵過程中，添加小麥主要是為米曲霉的生長提供氮源B．米曲霉分泌的酶可將大分子有機物水解為小分子有機物C．發(fā)酵池發(fā)酵階段，添加的乳酸菌和酵母菌在細胞結(jié)構(gòu)上存在明顯不同D．發(fā)酵池發(fā)酵階段，添加食鹽是防止發(fā)酵過程雜菌污染的重要措施[例4](2022·江蘇連云港·統(tǒng)考三模)臭鱖(guì)魚是利用新鮮鱖魚為原料，配以食鹽、香辛料等在25℃―28℃條件下由乳桿菌等多種微生物共同發(fā)酵制得。相關(guān)敘述錯誤的是(

)A．新鮮鱖魚應(yīng)先宰殺沖洗干凈，再用高度白酒進行滅菌B．食鹽、香辛料等不僅能調(diào)味，而且具有防腐功能C．腌制時，要將魚體整齊疊放并進行壓實處理D．發(fā)酵環(huán)境控制不嚴，可能會存在食品安全隱患必備技能四發(fā)酵工程的應(yīng)用[例5](2022春·遼寧·高二遼中第一高級中學校聯(lián)考期中)下列關(guān)于發(fā)酵工程在食品工業(yè)上應(yīng)用的敘述，錯誤的是(

)A．生產(chǎn)傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品，如利用產(chǎn)生蛋白酶的霉菌釀造醬油B．生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑，可以改善食品的口味但不能增加食品的營養(yǎng)C．生產(chǎn)食品酸度調(diào)節(jié)劑，如檸檬酸可以通過曲霉的發(fā)酵制得D．生產(chǎn)酶制劑，少數(shù)酶制劑由動植物生產(chǎn)，絕大多數(shù)通過發(fā)酵工程生產(chǎn)必備技能五啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程[例6](2022秋·江蘇南通·高三濟南市歷城第二中學統(tǒng)考階段練習)傳統(tǒng)啤酒釀造過程中，發(fā)酵在敞開式發(fā)酵池中進行，麥芽汁中接入釀酒酵母后通入大量無菌空氣，之后會產(chǎn)生大量氣體翻騰逸出，在麥芽汁表面形成25～30cm厚的泡蓋(氣泡層)，然后停止通氣，進入靜止發(fā)酵階段。一段時間后可得啤酒。下列說法正確的是(

)A．靜止發(fā)酵階段酵母菌可直接將淀粉轉(zhuǎn)化為酒精和CO2B．用脫落酸溶液浸泡大麥種子可以增加麥芽汁中可發(fā)酵糖的含量C．泡蓋的形成是由于酵母菌有氧呼吸產(chǎn)生大量CO2，能將麥芽汁與空氣隔絕D．現(xiàn)代發(fā)酵工程選育出性狀優(yōu)良的菌種后，即可進行發(fā)酵罐內(nèi)的發(fā)酵必刷好題基礎(chǔ)演練能力提升巔峰突破1．(2022春·吉林長春·高二長春市第六中學校考期末)含硫蛋白質(zhì)在某些微生物的作用下產(chǎn)生硫化氫導致生活污水發(fā)臭。硫化氫可以與硫酸亞鐵銨結(jié)合形成黑色沉淀。為探究發(fā)臭水體中甲、乙菌是否產(chǎn)生硫化氫及兩種菌的運動能力，用穿刺接種的方法，分別將兩種菌接種在含有硫酸亞鐵銨的培養(yǎng)基上進行培養(yǎng)，如圖所示。若兩種菌繁殖速度相等，下列說法錯誤的是()A．乙菌的運動能力比甲菌強B．為不影響菌的運動需選用液體培養(yǎng)基C．該實驗不能比較出兩種菌產(chǎn)生硫化氫的量D．獲得純凈微生物培養(yǎng)物的關(guān)鍵是防止雜菌的污染2．(2022春·云南保山·高二?？计谥?與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)相比，發(fā)酵工程的產(chǎn)品種類更加豐富，產(chǎn)量和質(zhì)量明顯提高。下列說法錯誤的是(

)A．發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)最大的區(qū)別就是前者可以利用微生物來進行發(fā)酵B．發(fā)酵工程的產(chǎn)品主要包括微生物的代謝物、酶及菌體本身C．在發(fā)酵工程的發(fā)酵環(huán)節(jié)中，發(fā)酵條件變化不僅會影響微生物的生長繁殖，也會影響微生物的代謝途徑D．通過發(fā)酵工程獲得的單細胞蛋白可作為食品添加劑，也可制成微生物飼料3．(2022春·山西晉中·高二祁縣中學校考階段練習)傳統(tǒng)的醬油制作工藝采用面粉、黃豆做成醬餅，通過蒸熟、發(fā)酵、攤曬，然后將醬餅搗碎和鹽湯盛入缸中，主要利用黑曲霉發(fā)酵，經(jīng)5～6個月日曬夜露，不斷攪動醬缸里的醬，進行“搗缸”，待醬料完全熟化，再進行壓榨過濾。下列說法錯誤的是()A．“蒸熟”使大豆蛋白質(zhì)適度變性，淀粉蒸熟糊化，并殺滅附著在原料上的微生物B．加鹽的目的只是賦予醬油一定的咸味C．“搗缸”的目的是通風降溫，混合均勻，以利于曲霉正常生長繁殖D．黑曲霉產(chǎn)生的蛋白水解酶等多種酶可水解原料中的蛋白質(zhì)，增加醬油的鮮味4．(2022春·福建福州·高二福建省福州第一中學?？计谥?奶酪是人類最古老的食品之一，其種類繁多。如圖是天然奶酪的簡要制作過程，其中凝乳是指凝固的牛奶，酸性物質(zhì)一般都可以使牛奶變性凝固，小牛的胃中有一種稱為凝乳酶的物質(zhì)也可以將牛奶凝固成凝乳利于消化。下列有關(guān)敘述錯誤的是()A．為了保證奶酪的營養(yǎng)成分，牛奶在乳酸發(fā)酵之前應(yīng)該煮沸消毒處理B．乳酸發(fā)酵過程中可能產(chǎn)生了有機酸或凝乳酶能使牛奶中蛋白質(zhì)凝固C．加熱壓縮過程可以去除凝乳中多余的水分，有利于奶酪的硬化和保存D．由奶酪制作過程可推測，兒童食用天然奶酪比牛奶更容易消化吸收5．(2022秋·浙江·高三校聯(lián)考階段練習)青霉素是一種常用的抗生素，是青霉菌發(fā)酵的產(chǎn)物，其工業(yè)化生產(chǎn)流程如圖所示。下列相關(guān)敘述錯誤的是(

)A．過程①、②和③都使用了液體培養(yǎng)基B．過程④可以用青霉素進行滅菌處理，防止雜菌污染C．過程⑤常用的方法是過濾和沉淀，分離出的菌種可以再使用D．微生物工業(yè)還可以生產(chǎn)疫苗、菌苗、診斷試劑等產(chǎn)品6．(2022春·天津·高二校聯(lián)考期末)用兩次微生物發(fā)酵的方法，使Vc的生產(chǎn)步驟更加簡單。下列有關(guān)利用兩次微生物發(fā)酵法進行工業(yè)化生產(chǎn)Vc的敘述，錯誤的是(

)A．可用稀釋涂布平板法分離純化生產(chǎn)所需的氧化葡萄糖酸桿菌和假單孢桿苗B．生產(chǎn)過程中不能用顯微鏡直接計數(shù)法檢測單位體積的培養(yǎng)液中的兩種活菌數(shù)目C．生產(chǎn)過程中需要對發(fā)酵設(shè)備和培養(yǎng)基進行嚴格的滅菌處理，以防止雜菌污染D．只能用誘變方法培育更加高產(chǎn)的氧化葡萄糖酸桿菌和假單孢桿菌菌種7．(2022春·湖北武漢·高二統(tǒng)考期末)谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵過程會生成大量的谷氨酸，經(jīng)加工可制成味精。其發(fā)酵過程中，發(fā)酵罐中碳氮比(碳元素與氮元素的比值)為4:1時，菌體大量繁殖而產(chǎn)生的谷氨酸少；當碳氮比為3：1時，菌體繁殖受抑制但谷氨酸的合成量大增。下列相關(guān)敘述正確的是(

)A．通過發(fā)酵工程可以從微生物細胞中提取單細胞蛋白B．分離、提純產(chǎn)物是發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)，有利于獲得更多的優(yōu)質(zhì)發(fā)酵產(chǎn)品C．由題干信息可推知發(fā)酵過程中需調(diào)整發(fā)酵罐內(nèi)營養(yǎng)成分的比例D．在發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)醇無需嚴格控制溶解氧、溫度、pH等條件8．(2022春·吉林白城·高二?？贾軠y)黑曲霉可產(chǎn)生蛋白酶、脂肪酶等多種酶。在工業(yè)生產(chǎn)中，可利用黑曲酶以豆餅為原料發(fā)酵生產(chǎn)醬油。生產(chǎn)醬油的工藝有固態(tài)無鹽發(fā)酵和固態(tài)低鹽發(fā)酵，前者發(fā)酵周期短但醬油風味不足，后者發(fā)酵周期長而醬油風味好。下列相關(guān)敘述錯誤的是(

)A．蛋白酶能將蛋白質(zhì)水解為多肽和氨基酸，增加醬油的風味B．選用的菌種及生產(chǎn)工藝不同，發(fā)酵所得醬油的品質(zhì)及風味不同C．固態(tài)低鹽發(fā)酵時食鹽抑制黑曲霉的生長而使發(fā)酵周期延長D．常溫條件下，黑曲霉含水量較高時有利于菌種保存9．(2022春·安徽滁州·高二校考周測)人造蛋白食品是現(xiàn)代微生物工程的杰作之一，食用真菌蛋白是人造蛋白的一種。如圖是真菌蛋白的制造過程圖解，請據(jù)圖回答下列問題：(1)從保持發(fā)酵罐內(nèi)反應(yīng)條件來看，注入少量氨水的目的是__________。制造真菌蛋白時，需向發(fā)酵罐內(nèi)注入空氣，由此可以推知發(fā)酵罐中的真菌的異化作用類型是______型。為保證發(fā)酵罐中真菌蛋白高產(chǎn)，還要控制________條件。(2)往發(fā)酵罐內(nèi)添加的一切物品都要經(jīng)過消毒，從生態(tài)學的角度分析，其原因是______________________________________。(3)添加的糖被真菌利用，轉(zhuǎn)變形成真菌蛋白，必經(jīng)的生理過程是_______。(4)利用微生物發(fā)酵工程方法