微生物发酵及其应用 知识点

发酵工程:采用现代工程技术手段,利用微生物的某些特定功能,为人类生产有用的产品,或者直接把微生物应用于工业生产的一种新技术。
一、发酵工程史话
1.1857年,法国微生物学家巴斯德通过实验证明,酒精发酵是由活的酵母引起的。

2.1897年,德国的毕希纳进一步发现了酶在发酵中的作用,人们开始了解发酵现象的本质。
3.20世纪40年代,弗洛里和钱恩与许多的可学家合作,研究出了大规模生产青霉素的方法,使青霉素的生产实现了产业化。
4.从20世纪50年代起,氨基酸发酵工业、酶制剂工业、多糖和维生素发酵工业相继诞生。
5.20世纪70年代以后,分子生物学的发展,促进了基因工程的发展和应用。
二、基本环节:
发酵工程一般包括菌种的选育,扩大培养,培养基的配制、灭菌,接种,发酵,产品分离、提纯等方面。
1.选育菌种:性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来,也可以通过诱变育种或基因工程育种获得。生产柠檬酸就需要筛选产酸量高的黑曲霉。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,缩短生产周期。
2.扩大培养:工业发酵罐的体积很大,接入的菌种总体积也较大,因此在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养。
3.配制培养基:在菌种确定之后,要选择原料制备培养基。培养基的配方要经过反复试验才能确定。
4.灭菌: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。
5.接种:扩大培养的菌种和灭菌后的培养基加入发酵罐中。大型发酵罐有计算机控制系统,能对发酵过程中的温度、pH、溶解氧、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等进行监测和控制。
6.发酵罐内发酵:在发酵过程中,要随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等,以了解发酵进程。还要及时添加必需的营养组分,要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件。
7.分离、提纯产物: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得到产品。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。
三、 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。
 

微生物发酵及其应用 知识点题库

豆腐块用食盐腌制,食盐的作用是
①渗透盐分,析出水分 ②给腐乳必要的咸味 ③防止毛霉继续生长及防止杂菌污染

A . ①②③ B . ①③ C . ②③ D . ①②
在日常生活中,一提到细菌、真菌及病毒这些微生物,人们往往首先想到它们的害处,其实,很多微生物对人类是有益的,它们与我们人类的关系非常密切,而且人类已经应用微生物造福于我们的生活。请回答下列问题:
  1. (1) 从自然界获得纯种酿酒酵母菌的基本程序:配制培养基→接种→培养→观察记录→纯化培养。

    采用平板划线法接种,开始接种时要灼烧接种环,目的是

    若葡萄汁中含有醋酸菌,在葡萄酒发酵旺盛时,醋酸菌能否将酒精转变成醋酸?,原因是

  2. (2) 在腐乳的制作过程中,有多种微生物参与了豆腐的发酵,其中起主要作用的是。产生的蛋白酶能将豆腐中的蛋白质分解成小分子的可将脂肪水解为甘油和脂肪酸。

  3. (3) 利用纤维素解决能源问题的关键是高性能纤维素酶的获取。科学家利用培养基从土壤中选择出能分解纤维素的细菌,经过大量培养后可以从中提取纤维素酶。土壤中富含各种微生物,将土壤浸出液接种到特定培养基上,可得到能分解纤维素的细菌,实验室中获取纯净菌的常用方法有。虽然各种培养基的具体配方不同,但一般都含有水、


某人利用乳酸菌制作泡菜,因操作不当泡菜腐烂。下列原因中正确的是(  )
①罐口密封缺氧,抑制了乳酸菌的生长繁殖
②罐口封闭不严,氧气抑制了乳酸菌的生长繁殖
③罐口封闭不严,氧气抑制了其他腐生菌的生长繁殖
④罐口封闭不严,氧气促进了需氧腐生菌的生长繁殖





A . ①③ B . ②④ C . ②③ D . ①④
泡菜的制作及测定亚硝酸盐含量的实验流程示意图,请据图回答下面的问题。



  1. (1) 为了保证既无杂菌,又能使乳酸菌等发酵菌发挥正常作用,应如何处理所用盐水?

  2. (2) 测定亚硝酸盐含量的方法是

  3. (3) 为测定泡菜内的亚硝酸盐含量,某同学用比色法进行了实验,他在制备标准显色液时做了如下操作:

    ①用刻度移液管量取一系列不同体积的亚硝酸钠溶液,分别置于50  mL比色管中;

    ②在各比色管中分别加入2.0  mL对氨基苯磺酸溶液,紧接着再分别加入2.0  mL  N­1­萘基乙二胺溶液;

    ③观察各比色管中溶液颜色的梯度变化。

    请指出该同学操作的失误之处:

谷氨酸棒状杆菌扩大培养时,培养基应该是( )

A . 隔绝空气 B . C:N为3:1 C . C:N为4:1 D . 加大氮源、碳源的比例
发酵是指( )

A . 微生物的呼吸过程 B . 一种微生物的繁殖过程 C . 微生物的新陈代谢 D . 微生物产生代谢产物和菌体的过程
用蔗糖、奶粉和经蛋白酶水解后的玉米胚芽液,通过乳酸菌发酵可生产新型酸奶,下列相关叙述不正确的是( )

A . 蔗糖消耗量与乳酸生成量呈正相关 B . 酸奶出现明显气泡说明有杂菌污染 C . 乳酸菌是异养厌氧菌 D . 只有奶粉为乳酸发酵提供氮源
有人把酵母菌放在含有葡萄糖的培养液中进行培养,测定单位时间内的吸氧量(气体体积)和二氧化碳的发生量(气体体积).请回答下列有关问题:


  1. (1) 在酵母菌只进行有氧呼吸时,其吸氧量和二氧化碳的发生量 

  2. (2) 与酵母菌相比,乳酸菌细胞结构的主要差别是 .

  3. (3) 用酵母菌酿酒的开始阶段即充分供氧的情况下,酵母菌大量繁殖的方式是 

  4. (4) 密封发酵阶段,酵母菌的新陈代谢的方式是 .

  5. (5) 发酵时酵母菌若分解360g葡萄糖,则可生成 mol的乙醇.

  6. (6) 当这一密闭的培养液中的乙醇达到一定量后,CO2不再增加的原因可能是 .

为了实现燃料供应来源多样化,如今,发展长期替代化石燃料的产品,如燃料酒精、生物柴油、沼等的计划已经被列入我国未来10年的发展规划之中. 广东省是我国甘蔗主产区之一.甘蔗是一种高光效的植物,单位面积产量很高,种植面积日益扩大,目前已成为南方地区燃料酒精生产的重要原料.利用甘蔗生产燃 料酒精的一般工艺流程为:甘蔗→榨汁(蔗糖)→酵母发酵→蒸馏→成品(燃料酒精).

请根据上述材料,回答下列问题:

  1. (1) 若要用甘蔗外植体为材料进行甘蔗大规模快速繁殖,请在下表中填出操作步骤第三步的名称.


    第一步

    第二步

    第三步

    第四步

    第五步

    第六步

    主要操作步骤

    配置

    培养基

    外植体

    消毒

     

    培养

    移栽

    栽培

  2. (2) 若上述过程是在中学生物组培实验室里进行的,则第三步需要使用酒精(包括酒精灯).酒精(及酒精灯)在此的两个主要用途是:

  3. (3) 具有耐高糖和耐酸特性的酵母菌是理想的酒精发酵菌种,对野生酵母菌进行诱变后,通过筛选可以得到具有这些特性的突变菌,诱变及筛选过程如下:

    步骤1:将野生菌液体培养一段时间后,接受紫外线照射诱变处理.

    步骤2:制备 培养基.在配置基本培养基的基础上,额外添加  , 并将pH值  , 然后添加琼脂,在进行  处理后,制成固体平板.

    步骤3:将经过紫外线照射后的菌液稀释,并涂布平板.

    步骤4:筛选突变菌:挑选在此培养基上生长 菌落,即为耐高糖、耐酸特性的酵母菌.

  4. (4) 当第四步结束后,获得了大量幼苗.在此过程中,外植体通过脱分化产生 ,然后通过调整植物激素比例,进行  , 形成具有芽和根的幼苗.此过程中使用的激素主要是

  5. (5) 甘蔗榨汁以后还有大量的蔗渣废弃物,主要成分为木质素、纤维素和半纤维素,但是酵母菌无法直接利用,原因是它们 .

    请提出解决该问题的方法.(列举两种生物分解方法)

     、

     

酵母菌、乳酸菌、醋酸菌和谷氨酸棒状杆菌的异化作用类型依次是(      )

①需氧型 ②厌氧型 ③兼性厌氧型

A . ①②①③ B . ③②①① C . ③②①② D . ②②③①
利用酵母菌、醋酸菌和毛霉进行发酵的适合温度分别是(   )
A . 30~35℃、18~35℃、15~18℃ B . 18~25℃、30~35℃、15~18℃ C . 18~35℃、20~35℃、15~18℃ D . 30~35℃、20~35℃、15~18℃
制作果酒、果醋、腐乳和泡菜的菌种都是(   )
A . 异养生物 B . 需氧型生物 C . 原核生物. D . 真核生物
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 . 微生物代谢产物 C . 微生物合成物质 D . 发酵液
下列关于发酵工程的说法,错误的是(  )
A . 发酵工程的产品是指微生物的代谢物和菌体本身 B . 通过人工诱变选育新品种 C . 培养基、发酵设备和菌种必须经过严格的灭菌 D . 环境条件的变化,不仅会影响菌种的生长繁殖,而且会影响菌体代谢物的形成
人造蛋白食品的生产可利用现代微生物发酵工程技术,食用真菌蛋白是人造蛋白的一种。下面为真菌蛋白的制造过程的图解,请据图回答下列问题。

  1. (1) 向发酵罐中注入少量氨水的目的是                  。 
  2. (2) 制造真菌蛋白时,要向发酵罐中通入空气,由此可知,发酵罐中的真菌的异化作用类型是。 
  3. (3) 向发酵罐中加入的一切物品都需要消毒,从生态学的角度进行分析,其原因是。 
  4. (4) 从自然界中分离的真菌菌种,当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的方法。 
  5. (5) 在下列4种物质中,可以用来作为青霉菌培养的主要能源物质的是(  )
    A . 脂肪                      B . 葡萄糖 C . 蛋白质                   D . 生长因子
生物学家将大肠杆菌的质粒取出,连接上人生长激素基因以后,重新置入大肠杆菌的细胞内,然后用这种带有生长激素基因的大肠杆菌进行发酵。处理过程在发酵中属于(   )
A . 菌种选育 B . 扩大培养 C . 接种 D . 诱变育种
关于发酵工程应用的说法错误的是(  )
A . 发酵工程的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中提取单细胞蛋白 D . 发酵工程的产品可以是微生物的菌体
通过发酵罐发酵可大规模生产谷氨酸,生产中常用的菌种是好氧的谷氨酸棒状杆菌。下面有关谷氨酸发酵过程的叙述,正确的是(  )
A . 配制高浓度营养物质的培养基,会使谷氨酸棒状杆菌大量繁殖 B . 常用的谷氨酸棒状杆菌为好氧菌,因此培养基中需严格控制溶解氧、通气量等发酵条件 C . 排出发酵罐中的谷氨酸,不利于谷氨酸的合成和产量的提高 D . 发酵液 pH 呈碱性时,谷氨酸棒状杆菌易形成乙酰谷氨酰胺
发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节,下列哪项不是发酵过程中要完成的操作(   )
A . 随时检测培养液中的产物浓度等 B . 不断添加菌种 C . 及时添加必需的营养组分 D . 严格控制发酵条件
青霉菌处在葡萄糖浓度不足的环境中时,会通过分泌青霉素杀死细菌,以保证自身生存所需的能量供应。目前已实现青霉素的工业化生产,关于该生产过程,下列说法错误的是()
A . 发酵液中的碳源不宜使用葡萄糖 B . 可用深层通气液体发酵技术提高产量 C . 选育出的高产菌株经扩大培养后才可接种到发酵罐中 D . 青霉素具有杀菌作用,因此发酵罐不需严格灭菌