2024-2025学年高二生物人教版选择性必修3同步练习 第1章 第3节 发酵工程及其应用.docx

第3节发酵工程及其应用

课标内容(1)概述发酵工程及其基本环节。

(2)说明发酵工程在生产上有重要的应用价值。

知识点1发酵工程的基本环节

1.发酵罐

2.发酵工程的基本环节

发酵工程所用的菌种大多是单一菌种，整个发酵过程中不能混入杂菌，这是为什么？那如何防止杂菌的污染？

提示：在发酵过程中如果混入其他微生物，将与菌种形成竞争关系，对发酵过程造成不良影响；要在发酵前对培养基和发酵设施进行严格的灭菌处理。

知识点2发酵工程的应用

1.在食品工业上的应用

(1)生产传统的发酵产品，如酱油、各种酒类。

(2)生产各种各样的食品添加剂，如通过黑曲霉发酵制得的柠檬酸；由谷氨酸棒状杆菌发酵生产味精。

(3)生产酶制剂，如α-淀粉酶、β-淀粉酶、脂肪酶等。

2.在医药工业上的应用

基因工程、蛋白质工程等的广泛应用给发酵工程制药领域的发展注入了强劲动力。

3.在农牧业上的应用

(1)生产微生物肥料。微生物肥料利用了微生物在代谢过程中产生的有机酸、生物活性物质等来增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长，常见的有根瘤菌肥、固氮菌肥等。

(2)生产微生物农药。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。

(3)生产微生物饲料。微生物含有丰富的蛋白质。以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵获得了大量的微生物菌体，即单细胞蛋白。用单细胞蛋白制成的微生物饲料，能使家畜、家禽增重快，产奶或产蛋量显著提高。

4.在其他方面的应用

发酵工程正渗透到几乎所有的工农业领域，在助力解决粮食、环境、健康和能源等方面的重大问题上，作出了越来越大的贡献。

(1)发酵工程利用的菌种都是从自然界中筛选出来的。(×)

提示：发酵工程的菌种也可以通过诱变育种或基因工程育种获得。

(2)发酵工程的中心环节是选育菌种。(×)

提示：发酵工程的中心环节是发酵罐内发酵的过程。

(3)发酵工程中要对培养基进行灭菌，发酵设备不用灭菌。(×)

提示：培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。

(4)利用微生物农药防治农林虫害属于化学防治。(×)

提示：利用微生物农药防治农林虫害属于生物防治。

(5)微生物饲料主要是利用发酵工程生产的微生物的菌体。(√)

(6)单细胞蛋白是通过发酵产生的大量的微生物分泌蛋白。(×)

提示：单细胞蛋白是通过发酵获得的大量微生物菌体。

一、发酵工程的基本环节

【情境探疑】

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，为人类生产产品。常用谷氨酸棒状杆菌(好氧细菌)在如图所示的发酵罐中发酵来大量生产味精。回答下列问题：

(1)微生物菌种资源丰富，选择发酵工程所用的菌种时需要考虑哪些因素？

提示：需要考虑的因素包括：在低成本的培养基上能迅速生长繁殖；生产所需代谢物的产量高；发酵条件容易控制；菌种不易变异、退化等。

(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：要对温度、pH、溶解氧等发酵条件进行严格控制，使其最适合微生物的生长繁殖，同时及时添加必需的营养组分。

(3)在进行发酵生产时，排出的气体和废弃培养液能直接排放到外界环境中吗？为什么？

提示：不能。发酵过程中产生的气体和废弃培养液需经过相应的净化设备，达到国家排放要求后才能排放到外界环境中。因为发酵过程中产生的某些气体和废弃培养液可能对人及其他生物或环境有害。

(4)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？

提示：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、沉淀等方法将菌体分离和干燥。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。

【典例应用】

例1关于发酵工程的说法，错误的是()

A.发酵是发酵工程的中心阶段，随时检测影响发酵过程的各种环境条件并予以控制，才能保证发酵正常进行

B.采用连续培养的方法可延长发酵时间，从而提高代谢产物的产量

C.用谷氨酸棒状杆菌合成的谷氨酸是初级代谢产物，其代谢既受酶合成的调节，又受酶活性的调节

D.人工诱变、细胞工程、基因工程等都能对微生物进行定向的改造

答案D

解析人工诱变的原理是基因突变，基因突变是不定向的，D错误。

例2(2023·天津静海区高二检测)下列关于微生物发酵过程的说法，正确的是()

A.菌种选育是发酵的中心阶段

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产物的形成

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

答案C

解析发酵工程的内容包括菌种选育、扩大培养、培养基的配制、灭菌、接种、发酵和产品的分离与提纯等方面