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考点45 发酵工程
一、发酵工程
1. 定义：利用 微生物 的特定功能，通过 现代工程技术 ，规模化生产对人类有用的产品。
2. 基本环节： 菌种的选育 ， 扩大培养 ，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 大豆 为主要原料，利用产生蛋白酶的 霉菌 生产酱
油、以 谷物或水果 等为原料，利用 酿酒酵母 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 黑曲霉 的发酵制得柠檬酸；由 谷氨酸棒状杆
菌 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
α - 淀粉酶
、果胶酶等
医药工业
生产 抗生素 、维生素、动物激素、药用氨基酸、 免疫调节剂 等各种药物
农牧业
（1）生产微生物 肥料 ：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 农药 ：利用微生物或其代谢产物来防治病虫害；
（3）生产微生物 饲料
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 嗜低温菌 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
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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。
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
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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
【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
【分析】1、消毒和灭菌是两个不同的概念，消毒是指使用较为温和的物理、化学或生物的方法杀死物
体表面或内部的一部分微生物。灭菌则是指使用强烈的理化方法杀死物体内外所有的微生物，包括芽孢
和孢子。消毒方法包括煮沸消毒法、巴氏消毒法、化学药剂消毒法、紫外线消毒法；灭菌方法包括干热
灭菌法、灼烧灭菌法、湿热灭菌法（如高压蒸汽灭菌法）。
2、活细胞的细胞膜具有选择透过性，不允许台盼蓝进入细胞中，细胞死亡后细胞膜失去选择透过性，
台盼蓝可以进入细胞内，因此经台盼蓝染色后，活细胞无色，死细胞为蓝色。
【解答】解：A、赤霉素可诱导淀粉酶合成，以催化淀粉水解，从而促进种子萌发，A 正确；
B、台盼蓝可将死细胞染色，活细胞不能被染色，所以应计数血细胞计数板上未被染色的细胞，B 正确；
C、若某次样品经2 次10 倍稀释后，经台盼蓝染色（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，故样品中酵母细胞的密度为144÷5×25÷0.1×103×102＝7.2×108个细胞/mL，C
错误；
D、消毒是指使用较为温和的物理、化学或生物的方法杀死物体表面或内部的一部分微生物。消毒方法
中包括煮沸消毒法，D 正确。
故选：C。
【点评】本题主要考查发酵工程的基本环节、微生物的数量测定的内容，要求考生识记相关知识，并结
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合所学知识准确答题。
【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
【分析】酶是活细胞产生的具有生物催化能力的有机物，大多数是蛋白质，少数是RNA；酶的催化具
有高效性（酶的催化效率远远高于无机催化剂）、专一性（一种酶只能催化一种或一类化学反应的进
行）、需要适宜的温度和pH 值（在最适条件下酶的催化活性是最高的，低温可以抑制酶的活性，随着
温度升高，酶的活性可以逐渐恢复，高温、过酸、过碱可以使酶的空间结构发生改变，使酶永久性的失
活）。
【解答】解：A、揉捻能破坏细胞结构使细胞内多酚氧化酶释放后与茶多酚充分接触，利于多酚氧化酶
催化茶多酚生成适量茶黄素，A 正确；
B、酶的活性受温度条件影响，因此发酵时保持适宜的温度以维持多酚氧化酶的活性，B 正确；
C、pH 值影响酶的活性，发酵时有机酸含量增加导致pH 下降，进而影响多酚氧化酶活性，C 错误；
D、高温处理目的是使多酚氧化酶失活，防止过度氧化影响茶品质，D 正确。
故选：C。
【点评】本题主要考查发酵工程的应用和酶的相关知识，要求考生识记酶的特性及作用机理，并结合所
学知识准确答题。
【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
【分析】1、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。
2、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。
【解答】解：A、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，
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改良土壤结构，促进植株生长，A 正确；
B、微生物农药是利用微生物或其代谢产物来防治农林害虫的，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，B 正确；
C、微生物饲料主要是利用微生物大量繁殖产生的高蛋白菌体来生产饲料的，而并非是从菌体提取单细
胞蛋白，C 错误；
D、蛋白质工程是指以蛋白质的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，
对现有蛋白质进行基因改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需要。由蛋白质工程
概念可推知，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，D 正确。
故选：C。
【点评】本题考查发酵工程及其应用的相关知识，意在考查学生的识记能力和判断能力，运用所学知识
综合分析问题的能力。
【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
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
【分析】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，产品的分离、
提纯等方面。在发酵过程中，要随时检测培养液中微生物的数量、产物浓度等，以了解发酵进程。还要
及时添加必需的营养成分，要严格控制温度、pH 和溶解氧等发酵条件。
【解答】解：A、糖液中的糖为谷氨酸棒状杆菌提供碳源，尿素为谷氨酸棒状杆菌提供氮源，A 错误；
B、玉米淀粉在淀粉酶的作用下，可以制备成糖液，因此利用玉米淀粉制备糖液时，可采用酶解法，B
正确；
C、谷氨酸棒状杆菌在发酵过程中要不断地通入无菌空气，因此谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸，进行的是
有氧发酵，C 正确；
D、糖液中的糖为发酵菌提供碳源，尿素提供氮源，维生素B 为发酵菌的生长提供特殊的营养物质，D
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正确。
故选：A。
【点评】本题主要考查发酵工程的相关知识，要求考生能够结合所学知识准确判断各选项，属于识记和
理解层次的考查。
【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
【分析】酵母菌在氧气充足条件下进行有氧呼吸，酵母菌大量繁殖，在无氧环境下酵母菌进行无氧呼吸，
产生酒精。
【解答】解：A、用适量赤霉素溶液浸泡大麦种子可以有效促进淀粉酶形成，淀粉酶分解淀粉，促进大
麦种子发芽，A 正确；
B、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，故酵母最适温度不同，啤酒的风味组分与蒸煮时加入的啤酒花有关，B
正确；
C、焙烤是加热杀死种子的胚，但不使淀粉酶失活，C 错误；
D、麦芽汁的主要成分为糖，能为酿酒酵母提供碳源、水，不能提供无机盐、氮源，D 正确。
故选：C。
【点评】本题主要考查发酵工程的相关知识，意在考查考生理解所学知识要点，把握知识间内在联系的
能力，能够运用所学知识，对生物学问题作出准确的判断，难度适中。
【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
【分析】发酵工程是指利用微生物的特定功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品，主
要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身。发酵工程般包括菌种的选育，扩大培养，培养基的配制，灭菌，
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接种，发酵，产品的分离，提纯等方面。发酵过程一般来说都是在常温常压下进行，条件温和、反应安
全、原料简单污染小、反应专性强，因而可以得到较为专一的产品。
【解答】解：A、发酵工程般包括菌种的选育，扩大培养，培养基的配制，灭菌，接种，发酵，产品的
分离，提纯等方面，中心环节是在发酵罐内的发酵，A 正确；
B、用于发酵的菌种可以从自然界中筛选，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得，B 正确；
C、发酵过程中的温度pH、溶解氧、罐压、营养物质等都会影响发酵的效率，因此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，C 正确；
D、如果发酵产品是微生物细胞本身，即单细胞蛋白，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，D 错误。
故选：D。
【点评】本题主要考查的是发酵工程的基本环节的相关知识，意在考查学生对基础知识的理解掌握，难
度适中。
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