第3节 发酵工程及其应用 课后·训练提升 基础巩固 1.下列关于发酵工程应用的说法，错误的是( A.发酵工程产品可以是微生物的代谢产物 B.通过发酵工程可以从微生物中提取一些酶 C通过发酵工程可以从微生物细胞中提取单细胞蛋白 D.发酵工程产品可以是微生物的菌体 答案C 解析：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 酵获得的微生物菌体。 2.利用酵母菌酿酒时，从开始便持续向发酵罐内通入无菌空气，结果是() A.酵母菌大量死亡，酒精减产 B.酵母菌数量不变，酒精产量不变 C酵母菌数量增多，酒精减产 D.酵母菌数量增多，不产生酒精 答案D 解析：酵母菌是兼性厌氧菌，有氧呼吸产生的能量多、繁殖快，无氧呼吸产生酒 精。如果从开始便持续通入无菌空气，酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖，不产生酒 精。 3.啤酒是发酵工程的主要产品。下列关于啤酒发酵的说法，错误的是( A.啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的 B.酵母菌的大量繁殖在主发酵阶段完成 C.主发酵阶段酵母菌主要进行有氧呼吸 D.后发酵阶段是在低温、密闭的环境下进行的 答案：C 解析：在啤酒生产的主发酵阶段，酵母菌主要进行无氧呼吸。 4.用发酵工程生产的产品，如果是菌体，则进行分离提纯时可采用的方法是( A.蒸馏、过滤 B过滤、沉淀 C萃取、离心 D.沉淀、萃取 答案B
第 3 节 发酵工程及其应用 课后· 基础巩固 1.下列关于发酵工程应用的说法,错误的是( ) A.发酵工程产品可以是微生物的代谢产物 B.通过发酵工程可以从微生物中提取一些酶 C.通过发酵工程可以从微生物细胞中提取单细胞蛋白 D.发酵工程产品可以是微生物的菌体 答案:C 解析: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 酵获得的微生物菌体。 2.利用酵母菌酿酒时,从开始便持续向发酵罐内通入无菌空气,结果是( ) A.酵母菌大量死亡,酒精减产 B.酵母菌数量不变,酒精产量不变 C.酵母菌数量增多,酒精减产 D.酵母菌数量增多,不产生酒精 答案:D 解析:酵母菌是兼性厌氧菌,有氧呼吸产生的能量多、繁殖快,无氧呼吸产生酒 精。如果从开始便持续通入无菌空气,酵母菌进行有氧呼吸,大量繁殖,不产生酒 精。 3.啤酒是发酵工程的主要产品。下列关于啤酒发酵的说法,错误的是( ) A.啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的 B.酵母菌的大量繁殖在主发酵阶段完成 C.主发酵阶段酵母菌主要进行有氧呼吸 D.后发酵阶段是在低温、密闭的环境下进行的 答案:C 解析:在啤酒生产的主发酵阶段,酵母菌主要进行无氧呼吸。 4.用发酵工程生产的产品,如果是菌体,则进行分离提纯时可采用的方法是( ) A.蒸馏、过滤 B.过滤、沉淀 C.萃取、离心 D.沉淀、萃取 答案:B
5.下列产品不属于微生物代谢产物的是() A味精 B.啤酒 C豆浆 D.工程菌生产的生长激素 答案：C 6某种老醋生产工艺流程如下图所示。请回答下列问题。 酒精 乙酸 处 淀粉类糖化葡萄糖 发酵」成熟发酵成熟 理 成 原料 酒醅 醋醅 (1)在糖化阶段添加酶制剂需要控制反应温度，这是因为 酶 (2)在酒精发酵阶段需添加酵母菌。在操作过程中，发酵罐先通气，后密闭。通气 能提高 的数量，有利于密闭时获得更多的酒精产物。 (3)在乙酸发酵阶段，该种老醋采用独特的分层固体发酵法，发酵30d。工艺如 下。 每天只翻 A、B层 每天只翻 酵A层动A层A层顺倒B层动B层B层 缸B层发酵15dB层第15天A层发酵15dA层 成熟酒醅 醋醅 醋醅 成熟醋醅 ①发酵过程中，定期取样测定醋酸菌密度变化，趋势如下图。据图分析，与颠倒前 相比，B层醋酸菌在颠倒后密度变化的特点是 由此 推测，影响醋酸菌密度变化的主要环境因素是 第15天 B层 A层 051015202530时间d ②乳酸含量高是该种老醋风味独特的重要成因。发酵过程中，发酵缸中 层的醋醅有利于乳酸菌繁殖，积累乳酸。 ③成熟醋醅中乳酸菌的种类明显减少，主要原因是发酵后期营养物质消耗等环境 因素的改变，加剧了不同种类乳酸菌的 淘汰了部分乳酸菌种 类。 答案：1)在最适温度条件下催化能力最强 (2)酵母菌
5.下列产品不属于微生物代谢产物的是( ) A.味精 B.啤酒 C.豆浆 D.工程菌生产的生长激素 答案:C 6.某种老醋生产工艺流程如下图所示。请回答下列问题。 (1)在糖化阶段添加酶制剂需要控制反应温度,这是因为 酶 。 (2)在酒精发酵阶段需添加酵母菌。在操作过程中,发酵罐先通气,后密闭。通气 能提高 的数量,有利于密闭时获得更多的酒精产物。 (3)在乙酸发酵阶段,该种老醋采用独特的分层固体发酵法,发酵 30 d。工艺如 下。 ①发酵过程中,定期取样测定醋酸菌密度变化,趋势如下图。据图分析,与颠倒前 相比,B 层醋酸菌在颠倒后密度变化的特点是 ,由此 推测,影响醋酸菌密度变化的主要环境因素是 。 ②乳酸含量高是该种老醋风味独特的重要成因。发酵过程中,发酵缸中 层的醋醅有利于乳酸菌繁殖,积累乳酸。 ③成熟醋醅中乳酸菌的种类明显减少,主要原因是发酵后期营养物质消耗等环境 因素的改变,加剧了不同种类乳酸菌的 ,淘汰了部分乳酸菌种 类。 答案:(1)在最适温度条件下催化能力最强 (2)酵母菌
(3)先快速增长后趋于稳定氧气、营养物质、pH颠倒前的B层和颠倒后的 A(或不翻动，或下)种间竞争（或竞争） 解析(1)酶的催化需要适宜的温度，在最适温度条件下酶的催化能力最强，所以在 糖化阶段添加酶制剂需要控制反应温度。 (2)酵母菌是兼性厌氧微生物，发酵初期发酵罐先通气是为了让酵母菌大量繁殖， 增加酵母菌的数量。 (3)①从题图中可以看出与颠倒前相比，B层醋酸菌的密度变化是先快速增长后趋 于稳定。醋酸菌是好氧细菌，颠倒后B层醋酸菌有充足的氧气、养料（发酵产生 的乳酸)及适宜的pH,所以其密度迅速增大。②乳酸菌是厌氧细菌，所以发酵过程 中，发酵缸中颠倒前的B层和颠倒后的A层醋醅有利于乳酸菌繁殖，积累乳酸。 ③不同的乳酸菌之间竞争养料和空间，所以它们之间是竞争关系。 拓展提高 1.下图是探究果酒与果醋发酵的装置示意图。下列相关叙述错误的是() 气体出口培养基人日 气体入口 A.改变通入气体种类，可以研究呼吸作用类型对发酵的影响 B.果酒发酵中期通入氮气，酵母菌的呼吸类型将从有氧呼吸转变为无氧呼吸 C.果醋的发酵周期与实验设定的温度密切相关 D.气体入口与气体出口可以交换使用 答案D 解析：由题图可知，若通入氧气，可研究有氧呼吸对发酵的影响；若不通入气体或通 入氨气，可研究无氧呼吸对发酵的影响，A项正确。发酵中期装置中的氧气被消耗 完，通入氮气，由于酵母菌无法利用氨气，其呼吸类型由有氧呼吸转为无氧呼吸，B 项正确。温度通过影响相关酶的活性来影响酵母菌细胞的呼吸速率，C项正确。 气体入口需通入液面以下，气体出口需在液面以上，故两者不能交换使用，D项错 误。 2在实验室中可利用酵母菌发酵的方式制作葡萄酒。下列说法正确的是( ) A.葡萄糖在酵母菌细胞的线粒体内被分解 B.制作葡萄酒时酵母菌先在有氧条件下大量增殖 C.制作过程中酵母菌始终处于碱性环境 D.酵母菌的发酵产物不会抑制自身的代谢活动
(3)先快速增长后趋于稳定 氧气、营养物质、pH 颠倒前的 B 层和颠倒后的 A(或不翻动,或下) 种间竞争(或竞争) 解析:(1)酶的催化需要适宜的温度,在最适温度条件下酶的催化能力最强,所以在 糖化阶段添加酶制剂需要控制反应温度。 (2)酵母菌是兼性厌氧微生物,发酵初期发酵罐先通气是为了让酵母菌大量繁殖, 增加酵母菌的数量。 (3)①从题图中可以看出与颠倒前相比,B 层醋酸菌的密度变化是先快速增长后趋 于稳定。醋酸菌是好氧细菌,颠倒后 B 层醋酸菌有充足的氧气、养料(发酵产生 的乳酸)及适宜的 pH,所以其密度迅速增大。②乳酸菌是厌氧细菌,所以发酵过程 中,发酵缸中颠倒前的 B 层和颠倒后的 A 层醋醅有利于乳酸菌繁殖,积累乳酸。 ③不同的乳酸菌之间竞争养料和空间,所以它们之间是竞争关系。 拓展提高 1.下图是探究果酒与果醋发酵的装置示意图。下列相关叙述错误的是( ) A.改变通入气体种类,可以研究呼吸作用类型对发酵的影响 B.果酒发酵中期通入氮气,酵母菌的呼吸类型将从有氧呼吸转变为无氧呼吸 C.果醋的发酵周期与实验设定的温度密切相关 D.气体入口与气体出口可以交换使用 答案:D 解析:由题图可知,若通入氧气,可研究有氧呼吸对发酵的影响;若不通入气体或通 入氮气,可研究无氧呼吸对发酵的影响,A 项正确。发酵中期装置中的氧气被消耗 完,通入氮气,由于酵母菌无法利用氮气,其呼吸类型由有氧呼吸转为无氧呼吸,B 项正确。温度通过影响相关酶的活性来影响酵母菌细胞的呼吸速率,C 项正确。 气体入口需通入液面以下,气体出口需在液面以上,故两者不能交换使用,D 项错 误。 2.在实验室中可利用酵母菌发酵的方式制作葡萄酒。下列说法正确的是( ) A.葡萄糖在酵母菌细胞的线粒体内被分解 B.制作葡萄酒时酵母菌先在有氧条件下大量增殖 C.制作过程中酵母菌始终处于碱性环境 D.酵母菌的发酵产物不会抑制自身的代谢活动
答案B 解析：葡萄糖在酵母菌的细胞质基质中被分解，线粒体不能分解葡萄糖，A项错 误。有氧条件下，酵母菌可快速繁殖，故酿酒时需先让酵母菌在有氧条件下大量繁 殖，然后再进行无氧发酵产生酒精，B项正确。发酵后期由于CO2和其他代谢物溶 解于发酵液中，酵母菌将处于酸性环境，C项错误。发酵产物（如酒精）会抑制酵母 菌的生长，D项错误。 3近年来，微生物肥料、微生物农药和微生物饲料在农业生产上得到广泛使用。 下列关于微生物肥料、微生物农药和微生物饲料的说法，错误的是( A.微生物肥料是利用微生物代谢产生的有机酸、生物活性物质等来增进土壤肥 力的 B.微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害的 C微生物饲料主要是利用微生物大量繁殖产生的高蛋白菌体制成的 D.三者利用的都是微生物的代谢物 答案D 解析：微生物饲料利用的是微生物菌体，而不是微生物的代谢物。 4.下面图1为谷氨酸发酵装置示意图，图2为谷氨酸产生机理图。据图分析，下列 有关谷氨酸发酵的叙述，正确的是( 5 冷凝水3→ ● ·一4无菌空气 ↓7 图1 葡萄糖 ↓A酶 中间产物 ↓B酶 a-酮戊二酸 NH 谷氨酸脱氢酶 谷氨酸 制 图2 A.菌体是异养厌氧微生物 B.培养基属于化学成分已知的液体培养基
答案:B 解析:葡萄糖在酵母菌的细胞质基质中被分解,线粒体不能分解葡萄糖,A 项错 误。有氧条件下,酵母菌可快速繁殖,故酿酒时需先让酵母菌在有氧条件下大量繁 殖,然后再进行无氧发酵产生酒精,B 项正确。发酵后期由于 CO2 和其他代谢物溶 解于发酵液中,酵母菌将处于酸性环境,C 项错误。发酵产物(如酒精)会抑制酵母 菌的生长,D 项错误。 3.近年来,微生物肥料、微生物农药和微生物饲料在农业生产上得到广泛使用。 下列关于微生物肥料、微生物农药和微生物饲料的说法,错误的是( ) A.微生物肥料是利用微生物代谢产生的有机酸、生物活性物质等来增进土壤肥 力的 B.微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害的 C.微生物饲料主要是利用微生物大量繁殖产生的高蛋白菌体制成的 D.三者利用的都是微生物的代谢物 答案:D 解析:微生物饲料利用的是微生物菌体,而不是微生物的代谢物。 4.下面图 1 为谷氨酸发酵装置示意图,图 2 为谷氨酸产生机理图。据图分析,下列 有关谷氨酸发酵的叙述,正确的是( ) A.菌体是异养厌氧微生物 B.培养基属于化学成分已知的液体培养基
C.谷氨酸的形成与搅拌速度无关 D提高产物产量的关键是改变菌体膜的通透性 答案D 解析：由发酵罐结构示意图可以看出，发酵过程需要搅拌，需要通入无菌空气，说明 菌体是异养需氧微生物。搅拌速度影响溶氧量，进而影响谷氨酸的形成。该发酵 过程用的是液体培养基，但化学成分并非全部已知。谷氨酸含量在细胞内积累会 抑制谷氨酸脱氢酶的活性，影响产量，因此，改变菌体膜的通透性是提高产物产量 的关键。 5.发酵法生产酒精后的废液(H=4.3)含有大量有机物，可用于培养并获得白地霉 菌体，生产高蛋白饲料。下图为培养、制取白地霉菌体的实验过程示意图，请据图 回答下列问题。 废液经沉淀处理 废液上清液 定量分装若干瓶 滤 过烘 甲 0mL 10 mL 100ml 滤 称 白地霉50mL 50m 重 100mL 1000mL 菌种 均在30~32℃条件下，振荡培养适当时间 (1)实验过程中培养白地霉的培养基是 培养基定量分装前应先调 节 分装后用棉塞封瓶口，最后 处理。 (2)图中①过程称为 从甲到丁的培养过程是为了 白地霉 的代谢类型为 答案(1)废液上清液pH灭菌 (2)接种扩大培养异养需氧型 挑战创新 某新能源研究兴趣小组尝试用木薯块根的淀粉制备燃料酒精。查阅资料后，他们 用酶将木薯淀粉降解成单糖，安装的酒精发酵装置以及采用的发酵条件如下图所 示。请据图回答下列问题
C.谷氨酸的形成与搅拌速度无关 D.提高产物产量的关键是改变菌体膜的通透性 答案:D 解析:由发酵罐结构示意图可以看出,发酵过程需要搅拌,需要通入无菌空气,说明 菌体是异养需氧微生物。搅拌速度影响溶氧量,进而影响谷氨酸的形成。该发酵 过程用的是液体培养基,但化学成分并非全部已知。谷氨酸含量在细胞内积累会 抑制谷氨酸脱氢酶的活性,影响产量,因此,改变菌体膜的通透性是提高产物产量 的关键。 5.发酵法生产酒精后的废液(pH=4.3)含有大量有机物,可用于培养并获得白地霉 菌体,生产高蛋白饲料。下图为培养、制取白地霉菌体的实验过程示意图,请据图 回答下列问题。 (1)实验过程中培养白地霉的培养基是 。培养基定量分装前应先调 节 ,分装后用棉塞封瓶口,最后 处理。 (2)图中①过程称为 ,从甲到丁的培养过程是为了 。白地霉 的代谢类型为 。 答案:(1)废液上清液 pH 灭菌 (2)接种 扩大培养 异养需氧型 挑战创新 某新能源研究兴趣小组尝试用木薯块根的淀粉制备燃料酒精。查阅资料后,他们 用酶将木薯淀粉降解成单糖,安装的酒精发酵装置以及采用的发酵条件如下图所 示。请据图回答下列问题
通气阀②通气阀① 半个无菌棉 A通气口 12%木薯淀粉酶解 物发酵培养基 (pH=5.0),3L,25℃ (1)向发酵瓶中加入5g酵母菌开始实验，发酵初期，通气阀①需要偶尔短时间打 开，并在A通气口处打气，以利于 :实验过 程中，通气阀②需要偶尔短时间打开，目的是 (2)发酵第3天，取出少量发酵液，滴加含有 的浓硫酸溶液来检测酒 精。 (3)检测后发现，尽管酵母菌菌种合适、木薯淀粉酶解物充足、操作正确、发酵温 度和pH适宜，但酒精含量比预期低。为此他们展开了讨论，认为还有其他影响因 素，如 。请设计实验对此因素进行探究并预测实验 结果（用表格形式呈现，用+”表示酒精含量，最高含量为++++”）。 (4)请对预测的结果进行分析并得出结论。 答案(1)酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖排出细胞代谢产生的CO2 (2)重铬酸钾 (3)木薯淀粉酶解物浓度 锥形瓶 4 5 编号 木薯淀粉酶 浓度1 浓度2 浓度3 浓度4 浓度5 解物浓度 酒精含量 +++ ++++ +++++ ++++ + (4)外界溶液浓度过高时，酵母菌细胞会因失水过多而死亡，酒精含量反而减少。 一定范围内，随着木薯淀粉酶解物浓度的增大，酒精含量增多，但超过一定范围后， 随着木薯淀粉酶解物浓度的增大，酒精含量逐渐减少。 解析：(1)酵母菌为兼性厌氧微生物，在A通气口处打气可让酵母菌进行有氧呼吸 大量繁殖，从而增加酵母菌的数量。通气阀②偶尔短时间打开，是为了排出细胞代 谢产生的CO2。(2)橙色的重铬酸钾在酸性条件下与酒精反应变成灰绿色。(3)依 题意“尽管酵母菌菌种合适、木薯淀粉酶解物充足、操作正确、发酵温度和pH 适宜”，排除了氧气、温度、pH、营养物质含量等因素，可能是培养液的浓度影响 酒精的产生量。设计一系列不同浓度梯度的淀粉酶解物培养基进行实验，其他操
(1)向发酵瓶中加入 5 g 酵母菌开始实验,发酵初期,通气阀①需要偶尔短时间打 开,并在 A 通气口处打气,以利于 ;实验过 程中,通气阀②需要偶尔短时间打开,目的是 。 (2)发酵第 3 天,取出少量发酵液,滴加含有 的浓硫酸溶液来检测酒 精。 (3)检测后发现,尽管酵母菌菌种合适、木薯淀粉酶解物充足、操作正确、发酵温 度和 pH 适宜,但酒精含量比预期低。为此他们展开了讨论,认为还有其他影响因 素,如 。请设计实验对此因素进行探究并预测实验 结果(用表格形式呈现;用“+”表示酒精含量,最高含量为“+++++”)。 (4)请对预测的结果进行分析并得出结论。 答案:(1)酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖 排出细胞代谢产生的 CO2 (2)重铬酸钾 (3)木薯淀粉酶解物浓度 锥形瓶 编号 1 2 3 4 5 木薯淀粉酶 解物浓度 浓度 1 浓度 2 浓度 3 浓度 4 浓度 5 酒精含量 +++ ++++ +++++ ++++ ++ (4)外界溶液浓度过高时,酵母菌细胞会因失水过多而死亡,酒精含量反而减少。 一定范围内,随着木薯淀粉酶解物浓度的增大,酒精含量增多,但超过一定范围后, 随着木薯淀粉酶解物浓度的增大,酒精含量逐渐减少。 解析:(1)酵母菌为兼性厌氧微生物,在 A 通气口处打气可让酵母菌进行有氧呼吸 大量繁殖,从而增加酵母菌的数量。通气阀②偶尔短时间打开,是为了排出细胞代 谢产生的 CO2。(2)橙色的重铬酸钾在酸性条件下与酒精反应变成灰绿色。(3)依 题意“尽管酵母菌菌种合适、木薯淀粉酶解物充足、操作正确、发酵温度和 pH 适宜”,排除了氧气、温度、pH、营养物质含量等因素,可能是培养液的浓度影响 酒精的产生量。设计一系列不同浓度梯度的淀粉酶解物培养基进行实验,其他操
作、条件等都相同，最后检测酒精的含量。(4)若培养液的浓度过高，则酵母菌会 失水死亡，影响酒精的产生量
作、条件等都相同,最后检测酒精的含量。(4)若培养液的浓度过高,则酵母菌会 失水死亡,影响酒精的产生量