10微生物与现代发酵工业

第一章1、试述生长速率对细菌个体大小及其组分的影响。

答：生长速率对细菌个体大小的影响：生长培养基越丰富，细菌生长速率加快，其细胞的个子也越大，在同一种培养基内改变温度也会影响生长速率，但对细胞个子大小几乎没有影响。

快速生长经过一个细胞周期后达到新的平衡。

生长速率越快，细胞大小的差异也越大。

生长速率对细菌组分的影响：细胞中的DNA含量随生长速率的增加而下降。

一般来说，细菌生长越快，其个体越大，含RNA越多，其中大部分是核糖体。

生长速率随核糖体含量线性地增加。

在快速生长的细胞中RNA含量可以达到细胞的30%，每个细胞的DNA含量也随生长速率的提高而增加，但程度低一些，因此以细胞质量衡量，DNA 含量是减少的，细胞的外壳厚度通常不变，胞壁和质膜在整个细胞中的比例随细胞个体的增大而减少。

第二章1、试述微生物分解纤维素的生化机制。

答：微生物分解纤维素通过酶的作用。

1）纤维二糖水解酶，从纤维素链的非还原性末端降解得纤维二糖；2）外葡聚糖酶，从纤维素链的非还原性末端降解得葡萄糖；3）纤维二糖酶，将纤维二糖水解成葡萄糖；4）内葡聚糖酶，将长链聚合物水解成寡聚糖。

纤维素降解得第一个产物是纤维二糖，此产物在胞内可由纤维二糖磷酸酶转化为葡萄糖和葡萄糖-1-磷酸酯。

2、有的微生物能在乙酸为唯一碳源的培养基中生长，试阐述它怎样利用乙酸来合成己糖和戊糖。

答：乙酸可以在转酰基酶催化下形成乙酰CoA，乙酰CoA参与到乙醛酸循环中可以合成草酰乙酸。

草酰乙酸沿糖原异生途径即逆EMP可以合成己糖。

糖原异生途径的甘油-3磷酸和葡萄糖-6-磷酸又可以参与到磷酸戊糖循环中，合成戊糖。

3、腐胺（丁二胺）在细胞内是如何形成的？在细胞内有何生理意义？如何起作用？答：腐胺可通过精氨酸合成途径的中间体鸟氨酸或直接由精氨酸合成。

有外源精氨酸供应时，细胞内由鸟氨酸合成腐胺的方式占优势。

如供给细胞精氨酸，细胞中精氨酸的合成作用立即停止，并启动由精氨酸合成多胺系统。

高三生物知识点：微生物发酵及其应用功能技成，庖丁解牛久练而技进乎道；路在脚下，荀子劝学博学则青出于蓝。

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发酵工程的发展简史20世纪20年代的酒精、甘油和丙酮等发酵工程，属于厌氧发酵。

从那时起，发酵工程又经历了几次重大的转折，在不断地发展和完善。

20世纪40年代初，随着青霉素的发现，抗生素发酵工业逐渐兴起。

由于青霉素产生菌是需氧型的，微生物学家就在厌氧发酵技术的基础上，成功地引进了通气搅拌和一整套无菌技术，建立了深层通气发酵技术。

它大大促进了发酵工业的发展，使有机酸、微生素、激素等都可以用发酵法大规模生产。

1957年，日本用微生物生产谷氨酸成功，如今20种氨基酸都可以用发酵法生产。

氨基酸发酵工业的发展，是建立在代谢控制发酵新技术的基础上的。

科学家在深入研究微生物代谢途径的基础上，通过对微生物进行人工诱变，先得到适合于生产某种产品的突变类型，再在人工控制的条件下培养，就大量产生人们所需要的物质。

目前，代谢控制发酵技术已经与核苷酸、有机酸和部分抗生素等的生产中。

20世纪70年代以后，基因工程、细胞工程等生物工程技术的开发，使发酵工程进入了定向育种的新阶段，新产品层出不穷。

20世纪80年代以来，随着学科之间的不断交叉和渗透，微生物学家开始用数学、动力学、化工工程原理、计算机技术对发酵过程进行综合研究，使得对发酵过程的控制更为合理。

在一些国家，已经能够自动记录和自动控制发酵过程的全部参数，明显提高了生产效率。

发酵工程的概念和内容发酵工程是指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，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。

发酵工程的内容包括菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离提纯等方面。

（1）＂发酵＂有＂微生物生理学严格定义的发酵＂和＂工业发酵＂，词条＂发酵工程＂中的＂发酵＂应该是＂工业发酵＂。

（2）工业生产上通过＂工业发酵＂来加工或制作产品，其对应的加工或制作工艺被称为＂发酵工艺＂。

工业微生物 chap10 微生物与现代发酵工业第十章微生物与现代发酵工业发酵现象，具有与地球上生命体的诞生同样长的历史，有史以来就被人类所认识。

几千年来，微生物一直被用来生产面包、啤酒和葡萄酒等产品。

第二阶段的传统发酵技术开始于第一次世界大战期间，发展了丙酮-丁醇和甘油发酵技术。

随着生物化学的进展以及对发酵机理和代谢调控理论研究的深入，发酵产品扩展到柠檬酸、苹果酸等有机酸、氨基酸、核苷酸等食品添加剂、酶制剂、维生素和抗生素等药品。

在20世纪70年代初期，传统的工业微生物学与分子生物学结合起来，制造出40多种生物制药产品，例如红细胞生成素、人体生长激素、干扰素等。

今天，微生物学在全球工业中扮演重要的角色，尤其在制药、食品和化学工业中，微生物是主要的参与者。

第一节微生物发酵生产酒精一、发酵法酒精生产的传统技术酒精发酵是最重要的发酵工业之一。

酒精是由多糖降解成可发酵性的糖后，酿酒酵母或假单胞菌属细菌再将六碳糖，或是脆壁克鲁维酵母、假丝酵母等将乳糖或戊糖酵解而得到的。

如果是由淀粉质原料制造酒精，先将原料蒸煮后，冷至60℃左右，加麸曲或液曲进行糖化制成糖化醪，送入发酵槽加酒母醪进行发酵，再行蒸馏出酒精。

而由糖蜜发酵生产酒精时，用制备酵母醪的稀糖蜜在纯粹培养器中进行灭菌、冷却，再接种酵母菌进行发酵，最后经蒸馏产出酒精。

1. 与酒精发酵有关的微生物由淀粉质原料发酵生产酒精，第一步将淀粉通过糖化剂的作用，转变为可发酵糖。

糖化剂所用霉菌有曲霉与根霉两大类。

第二步将发酵糖通过酵母菌或细菌的作用转变为酒精。

曲霉属中用于酿酒的种属主要有：米曲霉、泡盛曲霉、甘薯曲霉、宇佐美曲霉、黑曲霉NRRL330、NRRL337、臭曲霉、海枣曲霉和黑曲霉AS3.4309。

常用的根霉有鲁氏毛霉、日本根霉、东京根霉及爪哇根霉。

国外酒精工厂常用的酵母菌，以德国Lindner氏发现的RasseⅡ及RasseⅫ最为著名。

我国使用淀粉质原料制造酒精的工厂所用的酵母菌多为酿酒酵母K。

微生物发酵的原理和应用微生物发酵是指利用微生物在特定条件下生长代谢的过程，使有机物转化成其他物质的生物化学反应。

这种反应具有很高的效率和选择性，并且可以产生多种有用的产品，在生物医学、食品工业和环境保护等领域有着广泛的应用。

一、微生物发酵的原理微生物发酵的原理是通过微生物菌株在适宜的温度、pH值、氧气和营养元素等条件下生长代谢，使有机物发生酵解、发酵、脱氢、转移等反应。

微生物可以利用有机物作为碳源、能量源和电子供体，通过各种代谢途径将有机物转化成代谢产物。

通常情况下，微生物发酵产生的代谢产物可以分为以下几类：1. 酸类：如乳酸、醋酸、丙酮酸等。

2. 酯类：如酯化油、各种乳香等。

3. 酒精和醇类：如乙醇、甘油、丁醇等。

4. 氨基酸和蛋白质：如丝氨酸、赖氨酸、甘氨酸等。

5. 抗生素：如青霉素、链霉素、阿奇霉素等。

二、微生物发酵的应用微生物发酵已经成为目前世界上最重要的产业之一。

其应用领域涵盖了生物制药、食品工业、环境保护、能源等多个方面。

1. 生物制药：微生物可以制造出各种生物制剂，如抗生素、维生素、酶、生物胶体、多肽等，这些制剂被广泛地应用于临床医学、生物工程和医药化学等领域。

2. 食品工业：微生物可以对食品原料进行发酵、陈化、熟化等处理，从而改变食品的味道、质地和保质期，同时还可以合成具有营养保健作用的物质，如酸奶、发酵面包、酱油、味噌等。

3. 环境保护：微生物可以分解有机物、重金属和有机污染物，参与土壤修复和淤泥处理。

同时，微生物还可以产生生物燃料和生物氢气等能源，被广泛地研究和应用。

4. 其他应用：微生物还可以应用于纺织、造纸、日化、农业等领域，如生产生物染料、植物生长调节剂、有机肥料和微生物制种等。

三、微生物发酵的发展趋势随着现代生物技术、计算机技术和新型材料技术的发展，微生物发酵技术正朝着高效化、精确化、智能化和绿色化方向发展。

主要包括以下几个方面：1. 精准创新：通过深入研究微生物遗传信息和代谢途径，开发出更高效、更稳定、更安全的微生物菌株，并打造出具有高产、高营养、低成本等优势的新型生物制剂。

微生物学在工业生产中的应用与发展微生物学指生物学的一个分支，主要研究微生物的形态、结构、生命周期、生理生化过程、分子遗传学等内容。

作为一项具有广泛应用价值的科学研究领域，微生物学已在工业、农业、医疗、环境等领域发挥着非常重要的作用。

本文将主要探讨微生物学在工业生产中的应用与发展。

一、微生物在食品工业中的应用微生物在食品工业中有着广泛应用，如制作酸奶、酒类、腌制食品等。

其中酸奶的制造是微生物应用最广泛的领域之一。

一般来说，酸奶是由保加利亚乳杆菌和酸性球菌共同发酵而成。

这些细菌在发酵过程中会分解乳糖产生乳酸，从而降低乳的pH值，进而使酸奶变得更加浓稠。

此外，微生物还可以通过加工制作出各种调味的酸奶产品，如草莓味、蓝莓味等。

二、微生物在制药工业中的应用微生物在制药工业中也有着重要的应用价值。

它们可以被用来生产一些天然抗生素如青霉素、链霉素、阿奇霉素等。

这些天然抗生素都是由微生物合成产生的。

此外，微生物还可以被用来生产多肽类药物、酶制剂、人胰岛素等。

这些生物制品均来自微生物的合成。

三、微生物在生物降解工业中的应用微生物在生物降解工业中也有着广泛应用，如水处理、污水处理等。

微生物可以利用废水中的有机物作为自己的营养来源，通过吞噬分解来去除废水中的污染物。

这对于环保事业来说是非常重要的。

四、微生物在生物质能源领域的应用生物质能源是指以可再生的生物质为原料，经过化学、物理、热力或发酵等手段获得的可再生能源。

在生物质能源领域，微生物也有着重要的应用价值。

例如，利用微生物的一些代谢活动，可以将木材、秸秆、废弃农作物等生物质转化成生物燃料。

同时，微生物的代谢活动还能够催化产生一些生物气体，如甲烷等。

五、微生物在生物肥料领域的应用微生物在生物肥料领域应用广泛。

通过将一些生物发酵产生的有机酸和其他有用营养物质混合而成的生物肥料，可以有效地提高作物品种的营养含量以及果实的品质。

此外，这些生物肥料还可以提高土壤的肥力，从而改善农业生产的质量和产量。

微生物发酵技术试题库（附答案）一、单选题（共40题，每题1分，共40分）1、采用较（）的接种量，可以缩短菌种在发酵罐的迟缓期，使产物合成期提前到来。

A、大B、小正确答案：A2、固体培养基灭菌时，热的传递方式为（）A、传导B、对流C、热交换D、辐射正确答案：A3、磷量对谷氨酸发酵影响很大。

磷浓度过高时，菌体的代谢转向合成（）A、缬氨酸B、α-酮戊二酸C、乳酸D、谷氨酰胺正确答案：A4、（）空气除菌流程能充分地分离油水、提高冷却器的传热系数，节约冷却水，适用于各种气候条件，尤其适宜于潮湿的地区。

A、高效前置空气过滤除菌流程B、将空气冷却至露点以上的空气除菌流程C、冷热空气直接混合式空气除菌流程D、两级冷却、分离、加热的空气除菌流程正确答案：D5、单位质量干细胞在单位时间内消耗氧的量称为（）A、摄氧率B、好氧速率C、最大比耗氧速率D、呼吸强度正确答案：D6、工业发酵中为了获得易于提纯的代谢产物，菌体尚未达到（）即行放罐处理。

A、停滞期B、稳定期C、衰亡期D、对数期正确答案：C7、肉汤培养基由红色变为（）色，即判断为染菌。

A、粉B、蓝C、绿D、黄正确答案：D8、Met、Leu、Phe和Ala代表：（）A、蛋氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸和丙氨酸B、蛋氨酸、亮氨酸、丙氨酸和苯丙氨酸C、亮氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸和丙氨酸D、精氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸和丙氨酸正确答案：A9、谷氨酸发酵最怕（）污染，难以防治，容易造成连续污染。

A、芽孢杆菌B、细短产气杆菌C、青霉菌D、噬菌体正确答案：D10、自然界的氨基酸大都是（）型。

A、L型B、D型C、L型和D型D、不确定正确答案：A11、关于微生物检定抗生素效价，下列说法错误的是（）A、误差大B、操作步骤多C、可以测定新发现抗生素的效价D、测定时间短正确答案：D12、青霉素的作用机制为（）A、抑制或干扰细胞壁合成B、抑制或干扰细胞膜功能C、抑制或干扰DNA、RNAD、抑制或干扰蛋白质合成正确答案：A13、在发酵工程中产生的单细胞蛋白是指（）A、从微生物细胞内提取的蛋白质B、微生物的菌体本身C、微生物所分泌的蛋白质D、微生物产生的代谢产物正确答案：B14、下列物质属于生长因子的是（）A、葡萄糖B、蛋白胨C、NaClD、维生素正确答案：D15、固体发酵与液体发酵相比，无菌程度通常要求（）A、低B、高C、相同D、都可以正确答案：A16、将大肠杆菌的质粒取出，连接上人生长激素的基因后重新置于大肠杆菌细胞内，用这种带有人生长激素基因的大肠杆菌进行发酵，该处理过程在发酵中属于（）A、扩大培养B、诱变育种C、菌种选育D、接种正确答案：C17、利用酵母菌发酵生产酒精时，投放的适宜原料和在产生酒精阶段要控制的必要条件分别是（）A、玉米粉和无氧B、大豆粉和无氧C、玉米粉和有氧D、大豆粉和有氧正确答案：A18、谷氨酸发酵结束后，常用哪种方法进行提取（）。

微生物发酵制品工业发展现状及其前景微生物发酵制品工业是现代生物工业的重要分支，发展迅速，已经成为了全球化学、农业和食品等领域中必不可少的一个环节。

本文将从微生物发酵制品工业的发展现状和前景两个方面来进行探讨。

一、微生物发酵制品工业的发展现状微生物发酵制品工业指利用微生物代谢作用所得到的化学和生物制品的生产行业。

目前，微生物发酵制品工业已经发展成为了覆盖食品、医药、化学、环保等多个领域的重要产业。

其中，食品领域是微生物发酵制品工业的最早应用领域之一，乳酸、醋酸、酵母等都属于发酵食品，广泛应用于生产中。

而在医药领域，微生物发酵生产人类必需的药品也发挥着重要的作用，例如青霉素、链霉素等。

此外，微生物发酵制品工业还被广泛应用于生物材料、环保等领域，如生物塑料、生物柴油等。

二、微生物发酵制品工业的前景展望随着技术的进步，微生物发酵制品工业正在迎来更广阔的发展空间和前景。

据统计，预计到2025年，微生物发酵制品市场规模将达到1.21万亿美元，并将成为全球材料科学、制药、医疗等行业的重要组成部分。

具体表现为：1. 生物制造开始兴起生物制造是指利用生物体制造药品、化学品、工业原料和能源等方面的一种新型制造方式。

以微生物发酵制品工业为核心的生物制造工业，有望取代传统的化工、石化和制药行业，成为未来的发展方向。

2. 革命性新型技术的涌现当前，基因工程、合成生物学等技术的出现，为微生物发酵制品工业带来了更多的可能性。

其中合成生物学已经成为新型微生物发酵制品工业研发的重要方向，可通过重新设计微生物代谢通路，对食品、能源等领域产生革命性的影响。

3. 发展绿色工业微生物发酵制品工业的生产过程通常是可持续发展的，产物成分也大多是可降解、可再生的。

因此，微生物发酵制品工业将成为发展绿色环保工业的关键支撑产业，将为可持续发展带来更多的可能性。

综上所述，微生物发酵制品工业是一种充满活力的新兴产业，在化学、医药、食品、环保等领域中均有广泛应用。

第1课时 传统发酵技术的应用、发酵工程及其应用课标要求 1.举例说明日常生活中的某些食品是运用传统发酵技术生产的。

2.阐明发酵工程利用现代工程技术及微生物的特定功能，工业化生产人类所需产品。

3.举例说明发酵工程在医药、食品及其他工农业生产上有重要的应用价值。

考点一 传统发酵技术的应用1．发酵与传统发酵技术 (1)发酵①概念：人们利用微生物，在适宜的条件下，将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物的过程。

②原理：不同的微生物具有产生不同代谢物的能力，利用它们就可以生产出人们所需要的多种产物。

(2)传统发酵技术2．传统发酵食品的制作 (1)腐乳制作①原理：蛋白质――→蛋白酶小分子的肽和氨基酸。

脂肪――→脂肪酶甘油和脂肪酸。

②腐乳制作过程中参与的微生物：毛霉是一种丝状真菌，其繁殖方式为孢子生殖，代谢类型是异养需氧型。

(2)泡菜的制作 ①菌种的种类和来源常见的有乳酸链球菌和乳酸杆菌。

菌种来源：植物体表面天然的乳酸菌。

②乳酸菌发酵制作泡菜的原理：C 6H 12O 6――→酶2C 3H 6O 3(乳酸)＋能量。

③制作泡菜的方法步骤(3)果酒和果醋的制作 ①原理和条件项目 制作果酒 制作果醋 发酵菌种 酵母菌 醋酸菌 代谢类型异养兼性厌氧型异养需氧型发酵过程有氧条件下，酵母菌通过有氧呼吸大量繁殖：C 6H 12O 6＋6H 2O ＋6O 2――→酶6CO 2＋12H 2O ＋能量； 无氧条件下，酵母菌通过无氧呼吸产生酒精：C 6H 12O 6――→酶2C 2H 5OH ＋2CO 2＋能量O 2、糖源充足时：C 6H 12O 6＋2O 2――→酶2CH 3COOH ＋2CO 2＋2H 2O ＋能量；O 2充足、缺少糖源时：C 2H 5OH ＋O 2――→酶CH 3COOH ＋H 2O ＋能量对氧的需求 前期需氧，后期不需氧 一直需氧产物检测 闻气味、品尝、酸性条件下的重铬酸钾(橙色→灰绿色)酸碱指示剂(pH 试纸)、闻气味、品尝②果酒和果醋的制作步骤及目的源于选择性必修3 P8“练习与应用·拓展应用3”：果酒和果醋改进装置及其分析装置的使用：使用该装置制作果酒时，应该关闭充气口；制作果醋时，应将充气口连接充气泵，输入空气。