高中人教版 (2019)第3节 发酵工程及其应用免费综合训练题

第3节　发酵工程及其应用

基础过关练

题组一　发酵工程的基本环节

1.下列有关发酵工程基本环节的叙述,错误的是(　　)

A.在菌种选育上,使用基因工程改造的啤酒酵母,可以加速发酵过程,缩短发酵周期

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途径

C.发酵罐中微生物的生长繁殖、代谢物的形成都与搅拌速度无关

D.发酵工程中所用的培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌

2.(2020天津实验中学高三第二次测试)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.乙醇为挥发性物质,故发酵过程中空气的进气量不宜太大

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

3.下图为发酵工程生产产品的流程图。请据图作答。

(1)性状优良的菌种可从自然界中获取,随着技术发展,人们也可以通过　　　　、　　　　　　(2种育种方式)获得。 

(2)发酵过程是发酵工程的中心阶段。这时,除了要检测发酵进程外,还要及时添加培养基组分。同时,要严格控制　　　　　　　　　　(至少写出3个)与转速等发酵条件。 

(3)发酵得到的微生物产品,如果产品是微生物细胞本身,可在发酵结束后,采用　　　　　　等方法将菌体分离与干燥,即可得到产品。如果产品是代谢物,可根据产品的　　　采取适当的提取、分离和纯化措施获得产品。 

(4)若该装置是针对谷氨酸的发酵生产,在中性或弱碱性条件下会积累谷氨酸,在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺,其原因是 

　。 

题组二　发酵工程的应用

4.下列有关啤酒工业化生产的叙述,错误的是(　　)

A.啤酒的生产包括主发酵和后发酵两个阶段

B.啤酒生产过程中发酵温度和时间会影响啤酒的风味

C.在啤酒的酿造过程中,向发酵罐中持续通入空气有利于提高啤酒产量

D.工业化生产啤酒时,也需要对原料和设备进行消毒和灭菌

5.关于单细胞蛋白叙述正确的是(　　)

A.是从微生物细胞中提取的蛋白质

B.通过发酵生产的微生物菌体

C.是微生物细胞分泌的抗生素

D.单细胞蛋白不能作为食品

6.(2020吉林长春普通高中高三质量检测)陈马匋声是中国近代微生物工业的开拓者和奠基人,为我国的发酵工业做出了巨大贡献。分析他的成就,回答下列问题。

(1)1922年,我国一家酒精生产厂用甜菜作原料,生产总是失败。陈马匋声研究发现是因为原料中感染了一种酪酸菌。实验室中为避免杂菌污染需要利用　　　　　　　(仪器),在压力和温度分别是　　　　　　条件下维持15~30 min将原料灭菌。 

(2)我国传统生产酱油有将大豆等发酵酿造产生小分子肽、氨基酸等的过程。1933年,陈马匋声为解决酱油酿造菌种不纯的问题,从各个酱油作坊采集了上千种的样品,从中筛选了一种　　　　酶活性很高的米曲霉。对菌种进行筛选并计数常用的方法是　。 

(3)1934年,陈马匋声发现用甘蔗生产酒精时添加硫酸铵或尿素可以大幅提高发酵速度,这是为微生物补充了　　　　　(营养物质)。 

(4)在二十世纪六十年代,陈马匋声用淀粉、玉米浆等作为原料,从上万的菌株中筛选出高产谷氨酸的谷氨酸棒状杆菌,使我国味精生产达到国际先进水平。请写出筛选的思路　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。谷氨酸棒状杆菌与米曲霉共有的细胞器是　　　　。 

7.柠檬酸是一种广泛应用的食品酸度调节剂,它可以通过黑曲霉发酵制得。如图表示生产柠檬酸的连续发酵设置。

(1)根据物理性质,该发酵过程使用的培养基属于　　　　　　。根据工艺流程可知,黑曲霉的新陈代谢类型属于　　　　　　型。 

(2)从加料口输入的培养基必须经过严格的　　　　处理。根据图示可知,发酵过程需要严格控制　　　　　　和搅拌速度等条件。 

(3)在大规模的发酵生产中,需要将选育出的优良菌种经过多次的　　　　　,当达到一定数量后再接种。 

(4)此工艺流程(连续培养)以一定的速度不断添加新的培养基,同时又以同样的速度放出旧的培养基,可大大提高生产效率,道理在于                                                                                                                                                                                                                                 。 

8.人造蛋白食品是现代微生物工程的杰作之一,食用的真菌蛋白是人造蛋白的一种。真菌蛋白制造过程的图解如图所示,请根据图解回答下列问题:

(1)制造真菌蛋白时,要向发酵罐中注入空气,由此可知发酵罐中的真菌的细胞呼吸方式是　　　　　。 

(2)往发酵罐中加入的一切物品都需要　　　　　　,从生态学的角度进行分析,其目的是避免其他杂菌与真菌之间的　　　　而降低真菌蛋白的产量。 

(3)添加的糖被真菌利用,糖转化成真菌蛋白的过程是淀粉葡萄糖→氨基酸蛋白质,其中过程①由真菌产生的酶来催化,这种酶按其作用部位分类应该属于　　　　,②过程发生的场所是　　　　　　。(4)从自然界中分离的真菌菌种,用于制造真菌蛋白时,蛋白质的产量很低。要获得更多的真菌蛋白,培育优良的真菌菌种可采用　　　　　　　　　　方法。获得的少量优良菌种在正式用于发酵生产之前,还需要进行　　　　　。 

9.谷氨酸棒状杆菌可用于微生物发酵工程生产谷氨酸,从而制取谷氨酸钠(味精)。如图为谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径,通过发酵工程可以大量生产谷氨酸。回答下列问题:

(1)与酵母菌相比,谷氨酸棒状杆菌在结构上的显著特点是　　　　　　　　　　;谷氨酸发酵的培养基成分有豆饼水解液、玉米浆、尿素、磷酸氢二钾、硫酸镁和生物素等,从物理性质看,该培养基属于　　　　培养基。 

(2)测定谷氨酸棒状杆菌数目可采用的计数方法有显微镜直接计数法和　　　　　　　,前者计数的结果值比后者计数的结果值偏　　　　(填“大”或“小”),原因是　。 

(3)由图可知,谷氨酸棒状杆菌体内若积累了较多的谷氨酸,则会抑制谷氨酸脱氢酶的活性,微生物这种对自身代谢速率的调节方式是　　　　　　。 

(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　                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       　。 

第3节　发酵工程及其应用

基础过关练

1.C　在啤酒生产中,使用基因工程改造的啤酒酵母,可以加速发酵过程,缩短发酵周期,A正确;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途径,B正确;发酵罐中微生物的生长繁殖、代谢物的形成都与搅拌速度有关,C错误;发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种,一旦有杂菌污染,可能导致产量大大下降,因此培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌,D正确。

2.B　葡萄酒发酵的原理是酵母菌无氧呼吸可产生酒精,即葡萄糖在无氧条件下被酵母菌分解产生二氧化碳和酒精,并释放少量的能量,发酵的温度一般控制在18~30 ℃,因此夏季生产果酒时,常需对罐体进行降温处理,A正确;乙醇是酵母菌无氧呼吸的产物之一,因此发酵过程中不需要通入空气,B错误;酵母菌进行无氧呼吸产生二氧化碳,但是没有消耗氧气,因此发酵罐中的气压不会低于大气压,C正确;葡萄酒发酵的原料是糖类,因此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,D正确。

3.答案　(1)诱变育种　基因工程育种　(2)温度、pH、溶解氧、通气量　(3)过滤、沉淀　性质　(4)环境条件不仅影响微生物的生长繁殖,而且也会影响微生物代谢物的形成

解析　(1)具有优良性状的菌种可以从自然界中筛选出来,也可以通过诱变育种和基因工程育种获得。(2)发酵过程中除了随时检测发酵进程、及时添加必需的营养组分外,还要严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等发酵条件。(3)不同微生物产品分离、提纯方法不同,如果产品是微生物细胞本身,可用过滤、沉淀等方法将菌体分离与干燥;如果产品是代谢物,可根据产品的性质采取适当的方法提取、分离和纯化。(4)在发酵过程中,不同条件下的产物可能不同,其原因是环境条件不仅影响微生物的生长繁殖,而且也会影响微生物代谢物的形成。

4.C　啤酒的生产包括主发酵和后发酵两个阶段,A正确;发酵的温度和时间随啤酒品种和口味要求的不同而有所差异,因此啤酒生产过程中发酵温度和时间会影响啤酒的风味,B正确;啤酒酿造的原理是酵母菌无氧呼吸可生成酒精,因此不能向发酵罐中通入空气,C错误;工业化生产啤酒时,为了抑制其他微生物的生长,提高啤酒的品质,需要对原料和设备进行消毒和灭菌,D正确。

5.B　单细胞蛋白是通过发酵获得的微生物菌体。用酵母菌等生产的单细胞蛋白可以作为食品添加剂。

6.答案　(1)高压蒸汽灭菌锅　100 kPa、121 ℃　(2)蛋白　稀释涂布平板法　(3)氮源　(4)用淀粉、玉米浆等作为原料,分别接种,发酵后,检测谷氨酸的生成量　核糖体

解析　(1)利用高压蒸汽灭菌锅进行灭菌,需在压力为100 kPa、温度为121 ℃的条件下维持15~30 min。(2)要实现将大豆等发酵产生氨基酸和小分子肽,利用的酶主要是蛋白酶。对菌种进行筛选并计数常用的方法是稀释涂布平板法。(3)硫酸铵或尿素为微生物补充了氮源。(4)利用淀粉、玉米浆等作为原料,分别接种,发酵后,检测谷氨酸的生成量即可筛选出高产谷氨酸的谷氨酸棒状杆菌。谷氨酸棒状杆菌属于原核生物,米曲霉属于真核生物,二者共有的细胞器是核糖体。

7.答案　(1)液体培养基　异养需氧　(2)灭菌　温度、pH、溶解氧、通气量　(3)扩大培养　(4)保证微生物对营养物质的需求、排出部分代谢物和使微生物保持较长时间的快速生长

解析　(1)据图分析:黑曲霉发酵产生柠檬酸属于液体发酵,该发酵过程使用的培养基属于液体培养基,黑曲霉属于异养需氧微生物。(2)微生物发酵的培养基必须进行严格的灭菌处理,发酵过程需要严格控制温度、pH、溶解氧、通气量和搅拌速度等无关变量条件。(3)优良菌种经过多次扩大培养可以应用于大规模的发酵生产中。(4)连续培养的主要原理是保证微生物对营养物质的需求、排出部分代谢物和使微生物保持较长时间的快速生长。

8.答案　(1)有氧呼吸　(2)消毒或者灭菌　种间竞争　(3)胞外酶　核糖体　(4)诱变育种或基因工程育种　扩大培养

解析　(1)制造真菌蛋白时向发酵罐内注入空气,说明发酵罐内真菌的异化作用类型为需氧型,进行有氧呼吸。(2)发酵罐及添加物都须经过消毒或灭菌,都是为了避免杂菌与真菌之间的种间竞争,避免由种间竞争导致的真菌蛋白产量降低。(3)淀粉是大分子物质,不能进入细胞,所以过程①发生在细胞外,催化过程①的酶是由真菌合成并分泌的,按其作用部位分类应该属于胞外酶。②过程为脱水缩合,发生的场所是核糖体。(4)从自然界中分离的真菌菌种,用于制造真菌蛋白时,蛋白质的产量很低。要获得更多的真菌蛋白,培育优良的真菌菌种可采用诱变育种或基因工程育种。获得的少量优良菌种在正式用于发酵生产之前,还需要进行扩大培养,以获得更多的优良菌种。

9.答案　(1)无核膜包被的细胞核　液体　(2)稀释涂布平板法　大　前者死活菌体一起计数,后者只计数活菌数,且可能有多个菌体形成同一个菌落　(3)负反馈调节　(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时培养一段时间,使菌种大量繁殖后,将发酵液的碳氮比改为3∶1(改变细胞膜的通透性,使谷氨酸迅速排放到细胞外)

解析　(1)与酵母菌相比,谷氨酸棒状杆菌属于原核生物,原核生物在结构上的显著特点是无核膜包被的细胞核;谷氨酸发酵的培养基成分有豆饼水解液、玉米浆、尿素、磷酸氢二钾、硫酸镁和生物素等,从物理性质看,该培养基属于液体培养基。(2)测定谷氨酸棒状杆菌数目可采用的计数方法有显微镜直接计数法和稀释涂布平板法,由于前者死活菌体一起计数,后者只计数活菌数,且可能有多个菌体形成同一个菌落,所以前者计数的结果值比后者计数的结果值偏大。(3)由题图可知,谷氨酸棒状杆菌体内若积累了较多的谷氨酸,则会抑制谷氨酸脱氢酶的活性,微生物这种对自身代谢速率的调节方式是负反馈调节。(4)由于谷氨酸棒状杆菌可以在有氧和无氧条件下生存,且需要培养基中的营养物质提供碳源,所以其代谢类型是异养兼性厌氧型;要想通过发酵得到大量谷氨酸,根据题意信息可知,可不断向发酵液中通入无菌空气,发酵液中碳氮比为4∶1时培养一段时间,使菌种大量繁殖后,将发酵液的碳氮比改为3∶1。