人教版 (2019)选择性必修3第1章 发酵工程第3节 发酵工程及其应用课后测评

第3节　发酵工程及其应用

课后·训练提升

基础巩固

1.用发酵工程生产单细胞蛋白被认为是人类新的食物来源,为解决粮食问题开辟了新途径,具有广阔的发展前景。这种蛋白是(　　)

A.微生物菌体  B.微生物代谢物

C.微生物合成物质 D.发酵液

答案:A

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.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及菌体本身

C.在发酵工程的发酵环节中,发酵条件变化不仅会影响微生物的生长繁殖,也会影响微生物代谢物的形成

D.通过发酵工程可以利用微生物生产单细胞蛋白

答案:A

解析:不论是发酵工程还是传统发酵技术,都可以利用微生物进行发酵,只不过传统发酵技术利用的是自然菌种。

6.现代工业生产中往往采用规范的流程进行发酵生产以提高生产效率。下图是发酵工程生产产品的流程图。请据图回答下列问题。

(1)能生产人生长激素的工程菌是通过①培养的,①是　　　　　　　　　　;高产青霉素菌种是通过②培育的,②是　　　　　　。 

(2)④表示　　　　　　　　　,⑤表示　　　　　　　　　　　　。 

(3)整个过程的中心环节是发酵,在此环节需要随时取样、检测等,以了解发酵进程,还要及时添加　　　　　　　,同时严格控制　　　　　　　　　　　　等发酵条件。 

(4)若发酵所得产品是单细胞蛋白,则往往采用　　　　　　　　　　　　的方法进行提取。 

答案:(1)基因工程育种　诱变育种　(2)接种　灭菌　(3)必需的营养组分　温度、pH和溶解氧　(4)过滤、沉淀

7.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。工艺如下图所示。

①发酵过程中,定期取样测定醋酸菌密度变化,趋势如下图所示。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由题图可知,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、营养物质(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营养物质和空间,所以它们之间是种间竞争关系。

能力提升

1.右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.利用农作物秸秆等纤维质原料生产的乙醇,经加工可制成燃料乙醇,从而减少了对石油资源的依赖。下图为生产燃料乙醇的简要流程图,据图分析,下列叙述错误的是(　　)

A.要得到微生物A,最好选择富含纤维素的土壤采集土样

B.图中②过程常用的微生物B是酵母菌

C.微生物A和微生物B可利用的碳源相同

D.可用纤维素酶制剂代替微生物A起作用

答案:C

解析:微生物A所用碳源为纤维素,微生物B所用碳源为纤维素降解物。

3.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(　　)

图1

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

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知,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。该发酵过程用的是液体培养基,但化学成分并非全部已知。搅拌速度影响溶氧量,进而影响氨基酸的形成。谷氨酸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。

4.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

5.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右图所示。请据图回答下列问题。

(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

(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)由题意“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”可知,排除了O2、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。