第三節發酵工程為人類提供多樣的生物產品必備知識基礎練1.“格瓦斯”是由酵母菌和乳酸菌雙菌發酵的傳統谷物發酵飲料,其傳統做法是采用俄式大面包為基質,加入菌種發酵生成微量乙醇、一定量的CO2以及豐富的有機酸等物質。下列相關敘述正確的是()A.發酵過程需要密閉條件B.兩菌種的代謝類型相同C.CO2由兩菌種共同產生D.兩菌種間為互利共生關系答案A解析酵母菌厭氧呼吸產生乙醇和CO2,乳酸菌厭氧呼吸產生乳酸,故兩個發酵過程都需要密閉條件,A項正確;酵母菌的代謝類型是異養兼性厭氧型,乳酸菌的代謝類型是異養厭氧型,B項錯誤;乳酸菌厭氧呼吸不產生CO2,酵母菌厭氧呼吸產生CO2,C項錯誤;兩菌種都以俄式大面包為基質進行發酵,兩者間為競爭關系,D項錯誤。2.下圖所示為草莓酒制作的步驟,下列分析不正確的是()挑選草莓→②→榨汁→裝瓶→⑤→發酵A.步驟②中先對草莓除去枝梗,再沖洗B.步驟⑤為加入酵母菌液C.發酵過程中,放氣量先增加后減少D.可利用酸性重鉻酸鉀溶液檢測乙醇的生成答案A解析步驟②中應先將草莓進行沖洗,再除去枝梗,原因是除去枝梗時可能造成草莓破損,增加草莓被雜菌污染的機會,A項錯誤;步驟⑤為加入酵母菌液,B項正確;乙醇發酵過程中除了產生乙醇,還會產生CO2,隨著厭氧呼吸的進行,產生的CO2增加,但隨著發酵的進行,營養物質逐漸減少、pH逐漸降低等,酵母菌乙醇發酵的速率減慢,產生的CO2也隨之減少,因此發酵過程中放氣量先增加后減少,C項正確;在酸性條件下,乙醇可用重鉻酸鉀溶液鑒定,D項正確。3.為釀制楊梅酒,小明將楊梅榨成汁后分別裝入甲、乙、丙三個發酵瓶中,如下圖所示。下列有關說法錯誤的是()注:各發酵瓶的左側管為充氣管,右側管為排氣管A.應將發酵瓶放在30~35℃環境中進行發酵B.甲瓶未夾住發酵瓶的充氣管,會導致沒有乙醇生成C.乙瓶每隔一段時間需打開排氣管排氣,最終可以得到楊梅酒D.丙瓶中發酵液過多,會導致發酵液從排氣管流出答案A解析果酒發酵的最適溫度是25℃左右,A項錯誤。4.下列關于發酵工程特點的描述,錯誤的是()A.生產條件溫和B.原料來源豐富且價格低廉C.可同時獲得多種產物D.廢棄物對環境影響小且易處理答案C解析發酵工程的產物專一,不能同時獲得多種產物。5.下圖簡單示意葡萄酒的釀制過程,下列敘述錯誤的是()A.甲裝置一天攪拌2~3次主要是為了釋放產生的氣體B.白糖為甲裝置中酵母菌提供能源物質C.甲裝置與乙裝置中放出的氣體主要是CO2D.夏季,打開丙裝置中的塞子,可能會有醋酸產生答案A解析甲裝置一天攪拌2~3次主要是為了增加溶氧量,添加白糖主要是為酵母菌提供能源物質,因此,甲裝置主要是讓酵母菌進行需氧呼吸從而大量繁殖,A項錯誤,B項正確;甲裝置中酵母菌主要進行需氧呼吸,乙裝置中酵母菌進行厭氧呼吸,兩個裝置中放出的氣體主要是CO2,C項正確;夏季,打開丙裝置中的塞子,空氣中的醋酸菌可能進入容器中,在有氧條件下,將乙醇氧化為醋酸,D項正確。6.嚴格控制發酵條件是保證發酵正常進行的關鍵,直接關系到是否能得到質量高、產量多的理想產物,通常所指的發酵條件不包括()A.溫度控制 B.溶氧控制C.pH控制 D.酶的控制答案D解析微生物的生活需要適宜的溫度和pH,溶氧量的多少直接影響到發酵產物的生成,溫度、pH、溶氧都需要加以控制。酶由微生物細胞產生,對微生物細胞的代謝有催化作用,通常不需要加以控制。7.發酵工程由一系列工藝環節構成,下列不屬于發酵罐內發酵這一環節的是()A.隨時檢測培養液中的微生物數量、產物濃度等B.及時添加必需的營養組分C.嚴格控制溫度、pH和溶解氧等發酵條件D.對選育的菌種進行擴大培養答案D解析對選育的菌種進行擴大培養,屬于接種前的技術環節,不屬于發酵罐內發酵這一環節。8.用蔗糖、奶粉和經蛋白酶水解后的玉米胚芽液,通過乳酸菌發酵可生產新型酸奶。下列相關敘述不正確的是()A.蔗糖消耗量與乳酸生成量呈正相關B.酸奶出現明顯氣泡說明有雜菌污染C.乳酸菌是異養厭氧菌D.只有奶粉為乳酸菌發酵提供氮源答案D解析蔗糖是乳酸菌的碳源,乳酸菌分解蔗糖產生乳酸,所以蔗糖消耗量與乳酸生成量呈正相關,A項正確;乳酸菌在發酵時的產物只有乳酸,并不產生氣體,如果發酵時出現明顯的氣泡,說明有其他的微生物存在,B項正確;乳酸菌是異養厭氧菌,C項正確;題中所給的玉米胚芽液經過蛋白酶水解后也可以為乳酸菌發酵提供氮源,D項錯誤。關鍵能力提升練9.利用卷心菜發酵制作泡菜過程中,乳酸菌、酵母菌細胞數量(相對值)和pH的變化如下圖所示,下列敘述錯誤的是()A.酵母菌和乳酸菌均有以核膜為界限的細胞核B.發酵初期乳酸菌具有明顯的菌種優勢C.發酵初期pH下降主要由乳酸菌代謝引起D.發酵中期酵母菌進行厭氧呼吸答案A解析乳酸菌是原核生物,細胞內沒有以核膜為界限的細胞核,A項錯誤;根據題圖中乳酸菌和酵母菌細胞數量的變化可知,發酵初期乳酸菌遠多于酵母菌,具有明顯的菌種優勢,B項正確;結合題圖分析,發酵初期,乳酸菌遠多于酵母菌,其產生的乳酸會降低培養液的pH,C項正確;由于泡菜發酵過程是在無氧環境下進行的,在發酵中期,酵母菌只能進行厭氧呼吸,D項正確。10.沼氣發酵是指人畜糞便、秸稈、污水等各種有機物在密閉的沼氣池內,被種類繁多的沼氣發酵微生物分解轉化,最終產生沼氣的過程。下列有關敘述不正確的是()A.有足夠數量含優良沼氣菌種的接種物有利于啟動沼氣發酵B.為防止發酵產熱導致池溫過高,應定期打開池蓋進行散熱C.發酵原料不僅要充足,而且需要適當搭配,保持一定的碳、氮比例D.沼氣發酵的依據主要是物質循環與再生原理答案B解析讓優良沼氣菌種快速成為優勢種群,有利于沼氣發酵的啟動,A項正確;沼氣菌屬于厭氧微生物,不能通過打開池蓋進行散熱,B項錯誤;發酵原料相當于沼氣菌的培養基,培養基的成分要搭配適當,保持一定的碳、氮比例,C項正確;沼氣是在甲烷菌的作用下,把有機物加以分解產生的,利用了物質循環再生原理,實現了能量的多級利用,D項正確。11.某實驗室用兩種方法進行酵母菌發酵葡萄糖生產乙醇。甲發酵罐中保留一定量的氧氣,乙發酵罐中沒有氧氣,其余條件相同且適宜。實驗過程中,每小時測定兩發酵罐中氧氣和乙醇的量,記錄數據并繪成如下坐標曲線圖。下列有關敘述正確的是()A.實驗結束時,消耗葡萄糖較多的是甲發酵罐B.甲、乙兩發酵罐分別在第4小時和第0小時開始進行厭氧呼吸C.甲、乙兩發酵罐實驗結果表明,酵母菌為異養厭氧型微生物D.該實驗證明向發酵罐中連續通入大量的氧氣可以提高乙醇的產量答案A解析實驗結束時,甲發酵罐的乙醇產量是18mol,故厭氧呼吸消耗的葡萄糖為9mol,需氧呼吸消耗的氧氣是6mol,則需氧呼吸消耗的葡萄糖是1mol,故細胞呼吸共消耗葡萄糖10mol;乙發酵罐產生的乙醇是15mol,厭氧呼吸消耗的葡萄糖是7.5mol,因此實驗結束時,消耗葡萄糖較多是甲發酵罐,A項正確。分析題圖可知,甲發酵罐從第2小時開始生成乙醇,因此從第2小時開始進行厭氧呼吸,B項錯誤。分析題圖可知,酵母菌既可以進行需氧呼吸也可以進行厭氧呼吸,為兼性厭氧型微生物,C項錯誤。向發酵罐中連續通入大量的氧氣會抑制酵母菌的厭氧呼吸,降低乙醇的產量,D項錯誤。12.目前在經濟作物栽培中使用的赤霉素(GA3)大多是發酵工業的產品。為提高發酵過程中赤霉素的產量,有關人員對發酵工藝開展了優化研究。請回答下列問題。(1)下表是在不同發酵溫度下,經過190h發酵后測得的赤霉菌菌絲得率(每消耗1g還原糖所產菌絲干重)。溫度/℃25283032350.320.360.420.430.38上表中數據顯示,發酵溫度為時赤霉菌菌絲得率最高。

(2)圖1為不同發酵溫度條件下赤霉菌產赤霉素的速率(每小時、每升菌液中的合成產物量)。圖1圖2綜合上表中數據和圖1所示結果可知,菌絲得率和GA3合成速率的溫度不同。

(3)依據上述實驗結果,采用分階段變溫調控的發酵工藝后,與恒溫發酵相比,GA3的產量明顯提高。發酵過程中菌絲干重、殘糖濃度及GA3濃度的變化如圖2。發酵過程中殘糖濃度下降的原因是。

(4)鑒于菌絲產量、GA3合成速率以及維持高水平GA3產率的時間共同決定了GA3的最終產量,請綜合圖表中的信息,簡述圖2所示發酵過程前、中、后期采用3種不同溫度的設計思路:。

答案(1)32℃(2)最適(3)糖類被用于菌絲生長和各種代謝產物合成的碳源及能量供給(4)由于菌絲得率和GA3合成速率的最適溫度不同,而菌絲總量、GA3合成速率以及維持高水平GA3產率的時間共同影響GA3的最終產量。所以,在發酵過程的前期,采用32℃適合菌絲快速生長,以便產生更多的菌絲,在中期采用30℃有利于快速提高GA3的合成速率,而后期采用28℃則有利于延長赤霉菌高水平合成GA3的時間。解析(1)由表格中數據可知,32℃時赤霉菌菌絲得率最高。(2)由圖1可知,溫度為30℃、發酵時間為70h左右的時候赤霉菌產赤霉素(GA3)的速率最高,而赤霉菌菌絲得率最高時的溫度是32℃,所以菌絲得率和GA