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考点45 发酵工程
一、发酵工程
1. 定义：利用 的特定功能，通过 ，规模化生产对人类有用的产品。
2. 基本环节： ， ，培养基的配制、灭菌，接种，发酵，产品的分离、提纯等。
3. 应用
领域
应用
食品工业
（1）生产传统的发酵产品，如以 为主要原料，利用产生蛋白酶的 生产酱油、
以 等为原料，利用 发酵生产各种酒类等；
（2）生产各种各样的食品添加剂，如通过 的发酵制得柠檬酸；由 发
酵得到谷氨酸，谷氨酸经过一系列处理可制得味精等；
（3）生产酶制剂，如 、果胶酶等
医药工业
生产 、维生素、动物激素、药用氨基酸、 等各种药物
农牧业
（1）生产微生物 ：利用微生物产生的有机酸、生物活性物质等来增进土壤肥力，改
良土壤结构，促进植物生长；
（2）生产微生物 ：利用微生物或其代谢产物来防治病虫害；
（3）生产微生物
①用酵母菌等生产的单细胞蛋白可以作为食品添加剂；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。
②在青贮饲料中添加乳酸菌，可以提高饲料的品质，使饲料保鲜，动物使用后还能提高免疫
力
其他方面
利用嗜热菌、嗜盐菌生产洗涤剂，利用 提高热敏性产品的产量等，以及在解决粮
食、环境、健康和能源等方面的重大问题上作出越来越大的贡献
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。许多国家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。
考法1 发酵工程的实例分析
1. 发酵工程的基本环节分析
（1）菌种的选育
①来源途径：从自然界中筛选；通过诱变育种获得；通过基因工程育种获得。
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②对菌种的要求
a. 能在价格低廉的原料制成的培养基上生长、代谢物产量高；
b. 培养条件易于控制，所需酶活力高；
c. 发酵周期短，生长迅速和反应速度快；
d. 菌种性能稳定，不易变异和退化；
e. 菌种不是病原菌，不产生任何有害的生物活性物质的毒素。
（2）扩大培养
大规模生产中，需要菌种达到一定数量，扩大培养是将培养到一定时期的菌体分开再进行培养，以促使菌
体数量快速增加而再短时间内得到大量的菌体。
（3）配制培养基
①要根据确定的菌种选择合适的原料制备培养基。
②培养基的配方需要经过反复试验才能确定。
（4）灭菌：为了防止杂菌污染，培养基和发酵设备均需灭菌。
（5）发酵的中心环节
①随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等。
②及时添加必需的营养组分，以满足菌种的营养需求。
③严格控制温度、pH 和溶解氧等发酵条件。
（6）分离提纯
①产品是微生物细胞：采用过滤、沉淀等方法。
②产品是微生物代谢物：采用提取、分离和纯化等措施。
2. 啤酒的工业化生产
（1）原料：大麦为主
（2）菌种：酵母菌
（3）流程
发芽
焙烤
碾磨
糖化
蒸煮
发酵
消毒
终止
大麦种子
发酵，释
放淀粉酶
加热杀死种
子胚但不使
淀粉酶失活
将干燥的
麦芽碾磨
成麦芽粉
淀粉分
解，形
成糖浆
产生风味组分，
终止酶的进一步
作用，并对糖浆
灭菌
酵母菌将糖
转化为酒精
和CO2
杀死啤酒中的大
多数微生物，延
长它的保存期
过滤、调
节、分装啤
酒进行出售
发酵分为主发酵阶段和后发酵阶段
主发酵阶段
后发酵阶段
酵母菌繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成
低温、密闭环境
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【典例1】 （2023 春•青羊区校级月考）啤酒生产的主要工艺流程如图所示。啤酒发酵时具有活力的酵母
菌需达到一定的数量，故在菌种活化的过程中，需定时取样、检测酵母菌的生长状况。若某次样品经2 次
10 倍稀释后，用台盼蓝染液染色（体积不计），在25×16 型血细胞计数板上计数5 个中格中的细胞数为
144 个。下列有关说法不正确的是（ ）
A．赤霉素可诱导淀粉酶合成从而促进种子萌发
B．应计数血细胞计数板上未被染色的细胞
C．样品中酵母菌细胞的密度为7.2×107个细胞/mL
D．糖化后的麦汁煮沸过程属于无菌技术中的消毒
【典例2】 （2023•广东）中国制茶工艺源远流长。红茶制作包括萎凋、揉捻、发酵、高温干燥等工序，
其间多酚氧化酶催化茶多酚生成适量茶黄素是红茶风味形成的关键。下列叙述错误的是（ ）
A．揉捻能破坏细胞结构使多酚氧化酶与茶多酚接触
B．发酵时保持适宜的温度以维持多酚氧化酶的活性
C．发酵时有机酸含量增加不会影响多酚氧化酶活性
D．高温灭活多酚氧化酶以防止过度氧化影响茶品质
【典例3】 （2023 春•李沧区校级期末）下列对发酵工程应用的描述错误的是（ ）
A．微生物肥料是利用微生物代谢产生的有机酸、生物活性物质等来增进土壤肥力的
B．微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害的
C．通过酵母菌发酵，获得大量菌体，从中提取单细胞蛋白作为动物饲料或食品添加剂
D．发酵工程和蛋白质工程结合能生产自然界不存在的蛋白质
【变式1】 （2023 春•青羊区校级月考）谷氨酸棒状杆菌可用于微生物发酵工程生产谷氨酸来制取谷氨酸
钠（味精），该细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（溶氧）；在温度为30～37℃，pH 为7～8 的情况下，经28～32 小时，培养液中会生成大量
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的谷氨酸。如图表示利用玉米淀粉为材料制备谷氨酸的流程图。下列叙述错误的是（ ）
A．尿素能为谷氨酸棒状杆菌提供氮源和碳源
B．利用玉米淀粉制备糖液时，可采用酶解法
C．谷氨酸棒状杆菌通过有氧发酵产生谷氨酸
D．维生素B 能为发酵菌提供特殊的营养物质
【变式2】 （2023•山东开学）啤酒是以麦芽汁为原料，经酿酒酵母发酵所得。根据发酵温度和酵母菌种
类的不同，分成了艾尔（Ale）和拉格（Lager）。上发酵（Ale）啤酒酵母在发酵罐顶端工作，温度在10
﹣20 度，下发酵（Lager）啤酒酵母在发酵罐底部工作，温度在10 度以下。发酵流程一般都包含发芽、焙
烤、碾磨、糖化、蒸煮、发酵、消毒、终止等流程。下列表述不正确的是（ ）
A．用适量赤霉素溶液浸泡大麦种子可以有效促进大麦种子发芽
B．艾尔和拉格的酿酒酵母最适温度不同，不同啤酒的风味组分与蒸煮时加入的啤酒花有关
C．焙烤是加热杀死种子的胚，终止淀粉酶分解淀粉
D．麦芽汁为酿酒酵母主要提供碳源、水
【变式3】 （2023•重庆开学）下列对发酵工程内容的叙述，错误的是（ ）
A．发酵工程的中心环节是在发酵罐内的发酵
B．发酵过程使用的菌种可以从自然界存在的微生物中直接筛选
C．发酵过程中要全程监控发酵罐中的pH、溶解氧和温度等指标
D．通过对微生物细胞产物进行提取、分离和纯化等措施可获得单细胞蛋白
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