高三生物021.doc

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期数： 0510 SWG3 021
学科：生物 年级：高三 编稿老师：郭彩凤
审稿老师：高毅

预 习 篇
[同步教学信息]

三、发酵工程简介
【教材阅读提示】
1． 发酵工程的概念和内容(理解)
2． 发酵工程在医药工业和食品工业中的应用(了解)
【学习重点】
发酵工程的概念和内容
【学习难点】
在发酵过程中，如何保证菌种生长和代谢的正常进行
【学习方法导航】
1、首先以谷氨酸的例子整体了解发酵工程的各个环节，结合前面章节中的代谢调节内容理解菌种选育的问题
2、根据对谷氨酸发酵的学习，深入学习各发酵阶段的内容及需要注意的问题。
3、联系微生物的营养及代谢的内容，学习微生物发酵中的培养基的配制、发酵条件的控制等内容；结合微生物生长的内容，学习灭菌、扩大培养等内容。
4、本节内容与前面的基因工程、细胞工程都有联系，正确理解几者之间的关系，掌握发酵工程的应用，从而深入了解育种环节的三种方式。
【基础知识构建】
(一)发酵工程的概念及实例：
1．发酵工程的概念：即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中的一种新技术。
2．实例：谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径
（1）菌种： 谷氨酸棒状杆菌
(2)培养基的配制：含豆饼(或马铃薯)的水解液、玉米浆、尿素、磷酸氢二钾、氧化钾、硫酸镁、生物素(生长因子)等的液体培养基。
(3)将培养基装入发酵罐灭菌
（4）在发酵罐中培养：在发酵过程中，发酵罐内的温度、pH、溶氧量都会变化，从而影响微生物的生长。因此，必须有相应的控制结构来保持发酵条件的稳定。
 (5)整个过程必须无菌条件。
(6)发酵罐结构示意图(右侧)
问题分析：在工业生产过程中常采用这种天然成分作为营养物质的液体培养基，原因是：
   （1）液体培养基能使营养物质在发酵过程中得到充分的利用，还能为菌体提供更大的生存空间。同时，也有利于生产过程中培养条件的控制以及产物的提取。
（2）采用天然物质作营养物质既能满足菌体的营养需求，又能降低生产成本，还能减少对环境的污染。
3．发酵工程的内容：
发酵工程生产产品的流程图
(1)．菌种的选育：
       如果生产的是微生物直接合成的产物，如青霉素、谷氨酸等：诱变育种。
    如果生产的是一般微生物不能合成的产品：用基因工程、细胞工程的方法对菌种的遗传特性进行定向改造，以构建工程菌或工程细胞，从而达到生产相应产品的目的。
    例如：可将人工合成的人的胰岛素基因与大肠杆菌的质粒结合，形成重组DNA，再把重组DNA导入大肠杆菌细胞内形成工程菌。通过筛选则可培养出能生产人的胰岛素的菌种。
(2)．培养基的配制：
 ①根据不同的菌种，应选择不同的材料配制培养基。
配制的培养基应满足微生物在碳源、氮源、生长因子、水、无机盐等方面的营养要求，并为微生物提供适宜的pH。  
②培养基的营养要协调，以利于产物的合成。
③培养基在满足微生物的营养需求的基础上应尽量降低生产成本，以得到更高的经济效益。
    例如：发酵生产常采用天然成分的液体培养基。
(3)．灭菌：
 ①发酵工程所用的菌种大多是单一的纯种，整个发酵过程中不能混入杂菌。原因是：在发酵过程中如混入其他微生物，将与菌种形成竞争关系，对发酵过程造成不良影响。
    例如：如果在谷氨酸发酵过程中混入放线菌，则放线菌分泌的抗生素就会使大量的谷氨酸棒状杆菌死亡。如果在青霉素生产过程中污染了杂菌，这些杂菌则会分泌青霉素酶，将合成的青霉素分解掉。
②如何防止杂菌的污染
  要在发酵前对培养基和发酵设施进行严格的灭菌处理。
③怎样才算灭菌彻底呢
   用高温、高压的方式，杀死所有杂菌的胞体、芽孢和孢子。
(4)．扩大培养和接种：
    工业发酵要想在较短的时间内得到大量的发酵产物，这无疑需要大量的菌体。如何得到发酵生产所需要的大量菌体来缩短生产周期呢？这就需要经过多次的扩大培养。
 ①如何对菌种进行扩大培养
   扩大培养是将培养到对数期的菌体分开，分头进行培养，以促使菌体数量快速增加，能在短时间里得到大量的菌体。
② 扩大培养与发酵生产过程中的培养有何不同
    扩大培养是为了让菌体在短时期内快速增殖，而发酵过程中的培养是为了获得代谢产物，目的不同采用的培养条件就有可能不同。例如：在酒精发酵过程中，扩大培养是为了促使酵母菌快速增殖，因此是在有氧条件下进行。而在发酵产生酒精的过程中则必须在无氧条件下进行以获得大量的酒精。
③有了用于生产的充足的菌体，在接种时要注意什么事项
    接种过程中要注意防止杂菌污染。
(5)．发酵过程：
将菌体接种到装有培养液的发酵罐中，需要对发酵过程进行检测和对发酵条件进行控制。   
①发酵产物主要在菌体生长的稳定期产生。因此，要在发酵过程中随时取样检测培养液中细菌数目、产物浓度以了解发酵进程，及时添加必需的培养基成分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发酵产物。同时，还应对发酵条件进行严格控制。
       发酵生产中温度、pH、溶氧量等对发酵过程有重大影响。
   ②发酵过程中氧的溶量、pH、磷酸盐等都能影响谷氨酸代谢途径，从而影响代谢产物的合成。同时，随着代谢的进行，产热的增加、某营养物质的消耗，以及某些酸性和碱性物质的产生，会使温度、pH等发生变化，这些都会对微生物的生长造成不利影响。因此，需要对发酵过程的中温度、pH、溶氧量等发酵条件进行严格的控制，以保证菌体生长和代谢途径朝着有利人类的方向进行。
  (6)．分离、提纯：
    工业生产的产品有两类：产物不同，分离提纯方法不同
①产品是菌体本身：可用过滤、沉淀等方法将菌体从培养液中分离出来。
②产品是代谢产物：可用蒸馏、萃取、离子交换等方法进行提取。
4．发酵工程的应用
(1)在医药方面：
    ①发酵工程能生产人们所需的药品。例如：通过青霉发酵能生产青霉素。
     ②通过发酵工程能生产基因药品。例如：将合成的人的胰岛素基因转移到大肠杆菌细胞内构建成“工程菌”，再通过培养“工程菌”即可获得人的胰岛素。
 (2)在食品工业方面：
①发酵工程能为人们提供丰富优质的传统发酵产品。
     如：生产呻酒，果酒等。
②发酵工程能生产各种食品添加剂：
     酸味剂：柠檬酸、乳酸等。
     鲜味剂：谷氨酸等。
     色  素：β-胡萝卜素等。
(3)发酵工程能为解决人类粮食短缺问题开辟新途径。
    例如：通过发酵可获得大量的微生物菌体——单细胞蛋白。20世纪80年代中期全世界的单细胞蛋白年产量已达2.0x107t，广泛用于食品加工和饲料中。
【应用举例】
1.发酵罐发酵的过程中，使温度升高的热量来源于（ ）
①冷水供应不足 ②微生物代谢旺盛 ③培养基不新鲜 ④搅拌 ⑤放料口排出产物
A.①②③④⑤ B.②③④ C.①④ D.②④
考查点：①微生物代谢的知识；②培养基的相关知识；③发酵罐的结构。
解析：此题用排除法较易做。首先题目问的是使温度升高的热量来源，而冷却水只能带走热量，不能产生热量，故排除了答案A和C；其次培养基的新鲜程度可影响代谢速度，但与热量无直接关系，放料口排出产物属同理，故排除选项B；再分析答案D中的②，微生物发酵过程中要进行呼吸作用可产生大量的化学能，且大部分转变成了热能可使温度升高，而搅拌除了增加溶氧、加快反应速度外，同时还通过摩擦产生了热能也可使温度升高。
答案：D
2.有关谷氨酸发酵的叙述中正确的是（ ）
A.发酵中要不断地通入空气
B.培养条件不当将不能得到产品
C.搅拌的惟一目的是使空气成为小泡
D.冷却水可使酶活性下降
解析：进行谷氨酸发酵的菌种谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌是异养需氧型微生物，所以要在培养过程中不断通入无菌空气，防止杂菌污染。搅拌能使空气成为小泡增加培养液的溶氧量，还能使培养液与菌种充分接触，提高原料利用率。在培养过程中，微生物的代谢产热和机械摩擦生热会使培养液的温度升高，达到一定的程度，会破坏酶和核酸的结构而影响培养。降低温度，是保证酶正常活性的条件之一，而不会使酶活性下降。当培养条件不恰当时，不能得到谷氨酸。如pH降低时，将得到乙酰谷氨酰胺，溶氧量低时将得到乳酸或琥珀酸。
答案：B
3.右图是我国农村采用的一种沼气池的剖面示意图。使用时由进料口放进农作物的废弃物，如秸秆、杂草、树叶等以及人、畜、家禽的排泄物，然后加水到一定位置以留下贮气空间。经过一段时间的发酵以后，便有沼气产生。
（1）在沼气发酵过程中，有一种微生物具有除臭作用，这种微生物是什么？是如何除臭的？
（2）在沼气发酵过程中，进行着非常复杂的微生物代谢活动。其呼吸作用有：好氧型、厌氧型和兼气型（如酵母菌）三种。试分析这三种微生物数量在沼气池中的消长规律。
解析：（1）中应首先明确具有臭味的物质是氨，只有硝化细菌能将氨氧化成亚硝酸或硝酸，从而起到除臭的作用。在沼气池开始发酵时，贮气空间有氧存在，呼吸代谢类型主要以好氧型微生物为主，随着密闭沼气池中氧气浓度的不断下降，好氧型微生物数量减少，兼气型和厌氧微生物数量增加，并成为主要类型。
答案：（1）硝化细菌;硝化细菌能将氨氧化成亚硝酸和硝酸，起到除臭的作用。（2）沼气池中发酵的开始阶段好氧型和兼气型微生物大量活动和繁殖。但随着密闭沼气池中氧气浓度的不断下降，好氧型微生物受到抑制，而兼气型和厌氧型微生物活动加强，最终好氧型微生物大量死亡，厌氧型和兼气型微生物大量繁殖。
【教材习题解答】
复习题
二、1（×）；2（√）；3（√）；4（×）。
三、
1.首先，培养基中的营养物质应全面，缺乏营养物质，会影响菌种的生长繁殖及正常的代谢活动。如生物素是谷氨酸棒状杆菌的生长因子，缺乏生物素，谷氨酸的合成就会受到影响。其次，各种营养物质的比例和浓度会影响菌种的代谢途径等。如在碳源和氮源的比为3∶1时，谷氨酸棒状杆菌会大量合成谷氨酸，但当碳源和氮源的比为4∶1时，谷氨酸棒状杆菌只生长而不合成谷氨酸。第三，当pH下降，呈酸性时，谷氨酸棒状杆菌就会生成乙酰谷氨酰胺。
2.在发酵过程中，培养液的pH发生变化的主要原因是培养基中营养成分的利用和代谢产物的积累。如当谷氨酸棒状杆菌利用糖类物质不断生成谷氨酸时，培养液的pH就会下降。而碱性物质的消耗和氨的生成等则会导致培养液的pH上升。调节和控制培养液pH的方法有：在培养基中添加缓冲液，在发酵过程中加酸或碱。
旁栏思考题 
提示：微生物分解有机物释放的能量，一部分用于合成ATP，另一部分散发到培养基中时，会引起发酵温度升高；机械搅拌也会产生一部分热量引起温度升高。此外，发酵罐壁散热，水分蒸发会带走部分热量，使发酵温度降低。
【强化训练】
同步落实(基础级)
1．下列关于生物工程相关知识的叙述，不正确的是：
A.发酵工程并不都是在无氧条件下进行的
B.植物体细胞杂交，能克服远缘杂交不亲和的障碍
C.单克隆抗体制备过程中，参与融合的B淋巴细胞只能产生单一的抗体
D.若要生产转基因抗病水稻，先将目的基因导入到大肠杆菌中，再转入水稻细胞中
2．下列有关物品保存的说法中，正确的是 （ ）
①蔬菜保鲜效果较好的条件是0℃以上低温及低氧；
②斩杀后用自来水洗净的鸡肉置于包装袋中并抽成真空，不冷冻也可保持数年不变质；③咸肉能存放很长时间的原因是盐水中的Cl-有杀菌作用；
④干扰素-α-1b（IFN-α-1b）是一种水溶性蛋白，具有抗病毒、抗肿瘤及免疫调节功能。该药品宜在较低温度条件下保存；
⑤天然织物保存特别需防潮，因为其中含有大量的纤维素、蛋白质，一旦受潮，衣物上就会有霉菌等寄生
A．①②③④⑤ B．①②④⑤ C．④⑤ D．①④
3．配置培养基的叙述正确的是
A制作固体培养基必须加琼脂 B加入青霉素可得到放线菌
C 培养自生固氮菌不需加入氮源 D发酵工程一般用半固体培养基
4．微生物连续培养的优点是
A可充分利用培养基 B生产条件要求很高
C 缩短了培养周期 D微生物长期处于高速生长状态
5．下列可用于生产谷氨酸的菌种是
A谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌 B 谷氨酸棒状杆菌、金黄色葡萄球菌
C链球菌、黄色短杆菌 D 大肠杆菌、乳酸菌
6．能为发酵工程提供菌种的是
A植物体细胞杂交 B动物细胞融合 C 目的基因转移 D聚乙二醇处理大肠杆菌
7．发酵工程中灭菌的目的是
A杀灭所有杂菌个体 B杀灭所有微生物
C杀灭微生物的芽孢 D杀灭代谢旺盛的微生物
同步检测(提高级)
8．扩大培养的目的是
A提供优良菌种 B生产代谢产物 C提供足够菌种 D 接种的必经程序
9．发酵工程中培育优良品种的方法有多种，其中能定向培育新品种的方法是
①人工诱变 ②基因移植 ③细胞杂交
A① B ① ② C ② ③ D ① ③
10．将乳酸菌的培养条件从有氧环境转变为无氧环境时，下列过程加快的是 （ ）
①葡萄糖的利用 ②二氧化碳的放出 ③ATP的形成 ④丙酮酸的氧化
A．①③ B．①② C．②③ D．①④
11．关于谷氨酸棒状杆菌的说法不正确的是 （ ）
A．原核生物 B．异养型
C．兼性厌氧型 D．次级代谢产物主要是味精
12．谷氨酸发酵产生了乳酸，此时应该
A加酸 B加碱 C 通气 D 隔绝空气
13．用酵母菌酿酒时，可能使酵母量和酒精量都增加的措施是[]
A．先通氧气再通氮气 B．先通氮气再通氧气
C．氧和氮气同时通入 D．氧气和氮气都不通
14．下列哪项不属于发酵工程内容
A菌种选育，培养基的配制 B灭菌、扩大培养和接种
C目的菌和工程菌的检测和表达 D产品的分离提纯
15.在啤酒生产过程中，发酵是重要环节。生产过程大致如下：将经过灭菌的麦芽汁充氧，接入啤酒酵母菌菌种后，输入发酵罐。初期，酵母菌迅速繁殖，糖浓度下降，产生白色泡沫，溶解氧渐渐耗尽。随后，酵母菌繁殖速度迅速下降，糖度加速降低，酒精浓度渐渐上升，泡沫不断增多。当浓度下降到一定程度后，结束发酵。最后分别输出有形物质和鲜啤酒。
根据上述过程，回答以下问题：
（1）该过程表明酵母菌异化作用的特点是 。
（2）初期，酵母菌迅速繁殖的主要方式是 。
（3）酒精主要是啤酒酵母菌 期产生的代谢产物 。
（4）经测定酶母菌消耗的糖中，98.5%形成了酒精和其他发酵产物.其余1.5%则用于 。
16.右图为发酵装置，请据图回答：
（1）在培养过程中，发现放料口所排的培养基中，微生物细胞形态多样。这时，微生物生长处于 期，添加培养基的速度应该 。
（2）若该装置的pH检测及控制装置出现故障，可以采取的应急措施是 ，pH发生变化的原因是 。
（3）冷却水的进口是 ，无菌空气的进口是 。
（4）若此装置用于酒精发酵和谷氨酸发酵，在发酵过程中，技术上的关键区别是 。
（5）若培养过程中进料和放料速度未变，但有效产物减少。如果是酒精发酵应该检查 ，如果是谷氨酸发酵可能的原因是 。
（6）图中［5］的作用是 。若此装置损坏，对于无氧发酵，产量将 。
（7）若进料和放料速度都加快，微生物细胞的变化是 ，在群体生长规律中将处于 期，代谢产物的产量将 。

参考答案：1 D 2 C 3 C 4 C 5 A 6 C 7 A 8 C 9 C 10 A
11D 12 C 13 A 14 C
15.解析：由题意可知酵母菌接入发酵罐初期代谢和繁殖旺盛，溶解氧随有氧呼吸的进行渐渐耗尽，随后进行无氧呼吸产生酒精。酵母菌繁殖方式有出芽生殖和孢子生殖等，但初期条件适宜，因此（2）的主要方式应为出芽生殖；酒精应为次级代谢产物，产生于微生物生长的稳定期；环境中的糖是作为酵母菌繁殖的生命活动的碳源和能源，除了形成酒精和其他代谢产物外，其余部分则用在了自身的生长繁殖上。
答案：（1）既能进行有氧呼吸又能进行无氧呼吸 （2）出芽生殖 （3）稳定期 次级代谢产物 （4）微生物自身的生长和繁殖
16.解析：本题考查了发酵工程的概念和内容以及发酵的工艺流程。（1）中细菌细胞形态多样，表明微生物生长处于衰亡期。此时应加快培养基的添加速度，补充营养物质，使细菌处在稳定期，提高代谢产物的产量。（4）中酒精发酵是通过酵母菌的无氧呼吸进行；谷氨酸发酵是利用谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌进行有氧呼吸的产物。（7）进料和放料速度加快后，微生物生长处于对数期，此时细菌繁殖加快，代谢产物积累减慢。
答案：（1）衰亡 加快 （2）添加缓冲液 代谢产物的积累或酸碱物质的消耗不均
（3）［4］ ［３］ （4）无菌空气是否输送 （5）通气量 溶氧降低和pH降低 （6）把无菌空气打成细小的气泡，增加溶氧和使菌种与培养液充分接触 下降 （7）进入高速繁殖状态 对数 下降
参考资料
1． 菌种的选育 
根据微生物遗传变异的特点，人们在生产实践中已经试验出一套行之有效的微生物育种方法。主要包括自然选育、诱变育种、杂交育种、原生质体融合、基因工程等。下面着重介绍自然选育和诱变育种。
（1）自然选育 
在生产过程中，不经过人工处理，利用菌种的自发突变，从而选育出优良菌种的过程，叫做自然选育。菌种的自发突变往往存在两种可能性：一种是菌种衰退，生产性能下降；另一种是代谢更加旺盛，生产性能提高。具有实践经验和善于观察的工作人员，就能利用自发突变而出现的菌种性状的变化，选育出优良菌种。例如，在谷氨酸发酵过程中，人们从被噬菌体污染的发酵液中分离出了抗噬菌体的菌种。又如，在抗生素发酵生产中，从某一批次高产的发酵液取样进行分离，往往能够得到较稳定的高产菌株。但自发突变的频率较低，出现优良性状的可能较小，需坚持相当长的时间才能收到效果。
（2）诱变育种 
诱变育种是指用人工的方法处理微生物，使它们发生突变，再从中筛选出符合要求的突变菌株，供生产和科学实验用。诱变育种与其他育种方法相比，具有操作简便、速度快和收效大的优点，至今仍是一种重要的、广泛应用的微生物育种方法。诱变育种包括出发菌种选择、诱变处理和筛选突变株三个部分。
出发菌种是指用于诱变的原始菌种。出发菌种可以是从自然界的土样或水样中分离出来的野生型菌种；也可以是生产中正在使用的菌种；还可以从菌种保藏机构中购买。选择的原则是菌种要对诱变剂的敏感性强、变异幅度大、产量高。
为了使菌体与诱变剂均匀接触，通常要将出发菌种制成细胞（或孢子）悬浮液，再进行诱变处理。诱变剂有物理诱变剂（如紫外线、X射线、γ射线、快中子）、化学诱变剂（如亚硝酸、硫酸二乙酯、氮芥）等。在生产实践上，选用哪种诱变剂、剂量大小、处理时间等，都要视具体的情况和条件，并经过预备实验后才能确定。
菌种经诱变处理后，会产生各种各样的突变类型。如何从中挑选出所需要的突变类型呢？一般要经过初筛和复筛两个阶段。下面以青霉素产生菌高产突变菌种的筛选为例说明。将经诱变处理的菌液按一定浓度稀释后，涂布在平板培养基上。培养后，将单个菌落挑到斜面培养基上，经培养后，再将斜面上的菌落逐个接种到摇瓶中，振荡培养后测它们的抗生素效价。这就是初筛。初筛中所得到的超过对照效价10%以上的菌种，再进行复筛。复筛的过程与初筛基本相同，不同的是一般将斜面上的单个菌落接种到三个摇瓶中，得出平均效价。复筛可进行1～3次。由此筛选出的高产稳定菌种还要经过小型甚至中型试验，才能用到发酵生产中。
2．影响发酵过程的因素  影响发酵过程的因素主要有以下几个方面。
（1）温度 
温度对微生物的影响是多方面的。首先，温度影响酶的活性。在最适温度范围内，随着温度的升高，菌体生长和代谢加快，发酵反应的速率加快。当超过最适温度范围以后，随着温度的升高，酶很快失活，菌体衰老，发酵周期缩短，产量降低。温度也能影响生物合成的途径。例如，金色链霉菌在30 ℃以下时，合成金霉素的能力较强，但当温度超过35 ℃时，则只合成四环素而不合成金霉素。此外，温度还会影响发酵液的物理性质，以及菌种对营养物质的分解吸收等。因此，要保证正常的发酵过程，就需维持最适温度。但菌体生长和产物合成所需的最适温度不一定相同。如灰色链霉菌的最适生长温度是37 ℃，但产生抗生素的最适温度是28 ℃。通常，必须通过实验来确定不同菌种各发酵阶段的最适温度，采取分段控制。
（2）pH 
pH能够影响酶的活性，以及细胞膜的带电荷状况。细胞膜的带电荷状况如果发生变化，膜的透性也会改变，从而有可能影响微生物对营养物质的吸收及代谢产物的分泌。此外，pH还会影响培养基中营养物质的分解等。因此，应控制发酵液的pH。但不同菌种生长阶段和合成产物阶段的最适pH往往不同，需要分别加以控制。
在发酵过程中，随着菌体对营养物质的利用和代谢产物的积累，发酵液的pH必然会发生变化。如当尿素被分解时，发酵液中的NH+4浓度就会上升，pH也随之上升。在工业生产上，常采用在发酵液中添加维持pH的缓冲系统，或通过中间补加氨水、尿素、碳酸铵或碳酸钙来控制pH。目前，国内已研制出检测发酵过程的pH电极，用于连续测定和记录pH变化，并由pH控制器调节酸、碱的加入量。
（3）溶解氧 
氧的供应对需氧发酵来说，是一个关键因素。从葡萄糖氧化的需氧量来看，1 mol的葡萄糖彻底氧化分解，需6 mol的氧；当糖用于合成代谢产物时，1 mol葡萄糖约需1.9 mol的氧。因此，好氧型微生物对氧的需要量是很大的，但在发酵过程中菌种只能利用发酵液中的溶解氧，然而氧很难溶于水。在101.32 kPa、25 ℃时，氧在水中的溶解度为0.26 mmol/L。在同样条件下，氧在发酵液中的溶解度仅为0.20 mmol/L，而且随着温度的升高，溶解度还会下降。因此，必须向发酵液中连续补充大量的氧，并要不断地进行搅拌，这样可以提高氧在发酵液中的溶解度。
（4）泡沫 
在发酵过程中，通气搅拌、微生物的代谢过程及培养基中某些成分的分解等，都有可能产生泡沫。发酵过程中产生一定数量的泡沫是正常现象，但过多的持久性泡沫对发酵是不利的。因为泡沫会占据发酵罐的容积，影响通气和搅拌的正常进行，甚至导致代谢异常，因而必须消除泡沫。常用的消泡沫措施有两类：一类是安装消泡沫挡板，通过强烈的机械振荡，促使泡沫破裂；另一类是使用消泡沫剂。
（5）营养物质的浓度 
发酵液中各种营养物质的浓度，特别是碳氮比、无机盐和维生素的浓度，会直接影响菌体的生长和代谢产物的积累。如在谷氨酸发酵中，NH+4浓度的变化，会影响代谢途径（见谷氨酸发酵）。因此，在发酵过程中，也应根据具体情况进行控制。
2． 离子交换法 
离子交换法是根据发酵产物的酸碱度、极性和分子大小而进行的分离纯化技术。目前，常用的离子交换剂是离子交换树脂，它上面有许多孔隙。离子交换树脂可分为两个组成部分：一部分是不能移动的高分子基团，构成了树脂的骨架；另一部分是可移动的离子，构成了树脂的活性基团，离子能够在骨架中进出。大多数发酵产物都具有酸性或碱性的功能团，并且在培养液中以离子状态存在。
用离子交换树脂进行分离纯化的大致过程是：当离子交换树脂浸泡在培养液中时，其中的代谢产物首先被吸附或扩散到离子交换树脂表面，然后，从离子交换树脂的表面扩散到内部，并与内部的离子互相交换。被交换出来的离子逐步从离子交换树脂的内部扩散到培养液中去。碱性的代谢产物，通常用酸性的离子交换树脂；酸性的代谢产物，则用碱性的离子交换树脂。交换完毕，再用少量的洗脱剂将代谢产物洗下来。
在发酵工业中，蛋白质、氨基酸、核酸、酶及抗生素常用离子交换树脂法进行分离提纯。这种方法具有成本低、操作方便、提取率高、设备简单等优点。
3． 氨基酸的应用 
氨基酸主要用于食品、医药、农业、化妆品的生产等方面。
（1）在食品工业上的应用 
甘氨酸、丙氨酸具有甜味，天冬氨酸、谷氨酸具有酸味，谷氨酸钠、天冬氨酸钠具有鲜味，它们都可用作食品添加剂。如甘氨酸用于清凉饮料、肉汤、酱菜等的加工，不仅能增加甜味，还能缓和苦味。赖氨酸、蛋氨酸等人体必需的氨基酸常作为食品添加剂，用以提高食品的营养价值。
（2）在医药工业上的应用 
氨基酸在医药上的应用很广。例如，氨基酸的混合液可供病人注射用，氨基酸的混合粉剂可作宇航员、飞行员的补品。又如，精氨酸药物用于治疗由氨中毒造成的肝昏迷；丝氨酸药物用作疲劳回复剂；蛋氨酸、胱氨酸用于治疗脂肪肝；甘氨酸、谷氨酸用于调节胃液；L谷氨酸与L谷氨酰胺用于治疗脑出血后的记忆力障碍等。
在化妆品生产中的应用  氨基酸及其衍生物与皮肤的成分相似，具有调节皮肤pH和保护皮肤的功能，现已广泛用于配制各种化妆品。例如，胱氨酸用于护发素中，丝氨酸用于面霜中。又如，谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸与脂肪酸形成的表面活性剂，具有清洗、抗菌等功能，用于护肤品、洗发剂中。
在农业上的应用一些氨基酸在体外并无杀菌功能，但它们能干扰植物与病原菌之间的生化关系，使植物的代谢及抗病能力发生变化，从而达到杀菌的目的。例如，苯丙氨酸和丙氨酸可用于治疗苹果疮痂病。又如，美国一家公司用甘氨酸制成了除草剂。这类农药易被微生物分解，不会造成环境污染。赖氨酸、蛋氨酸添加在饲料中，能加速家畜、家禽的生长，改善肉的质量。
氨基酸也用于其他方面。例如，聚谷氨酸用于合成人造皮革和涂料。
4． 单细胞蛋白　
单细胞蛋白又叫微生物蛋白、菌体蛋白。按生产原料不同，可以分为石油蛋白、甲醇蛋白、甲烷蛋白等；按产生菌的种类不同，又可以分为细菌蛋白、真菌蛋白等。1967年在第一次全世界单细胞蛋白会议上，将微生物菌体蛋白统称为单细胞蛋白。
单细胞蛋白所含的营养物质极为丰富。其中，蛋白质含量高达40%～80%，比大豆高10%～20%，比肉、鱼、奶酪高20%以上；氨基酸的组成较为齐全，含有人体必需的8种氨基酸，尤其是谷物中含量较少的赖氨酸。一般成年人每天食用10～15 g干酵母，就能满足对氨基酸的需要量。单细胞蛋白中还含有多种维生素、碳水化合物、脂类、矿物质，以及丰富的酶类和生物活性物质，如辅酶A、辅酶Q、谷胱甘肽、麦角固醇等。
单细胞蛋白具有以下优点：第一，生产效率高，比动植物高成千上万倍，这主要是因为微生物的生长繁殖速率快。第二，生产原料来源广，一般有以下几类：①农业废物、废水，如秸秆、蔗渣、甜菜渣、木屑等含纤维素的废料及农林产品的加工废水；②工业废物、废水，如食品、发酵工业中排出的含糖有机废水、亚硫酸纸浆废液等；③石油、天然气及相关产品，如原油、柴油、甲烷、乙醇等；④H2、CO2等废气。第三，可以工业化生产，它不仅需要的劳动力少，不受地区、季节和气候的限制，而且产量高，质量好。
用于生产单细胞蛋白的微生物种类很多，包括细菌、放线菌、酵母菌、霉菌以及某些原生生物。这些微生物通常要具备下列条件：所生产的蛋白质等营养物质含量高，对人体无致病作用，味道好并且易消化吸收，对培养条件要求简单，生长繁殖迅速等。单细胞蛋白的生产过程也比较简单：在培养液配制及灭菌完成以后，将它们和菌种投放到发酵罐中，控制好发酵条件，菌种就会迅速繁殖；发酵完毕，用离心、沉淀等方法收集菌体，最后经过干燥处理，就制成了单细胞蛋白成品。
20世纪80年代中期，全世界的单细胞蛋白年产量已达2.0×106 t，广泛用于食品加工和饲料中。单细胞蛋白不仅能制成“人造肉”，供人们直接食用，还常作为食品添加剂，用以补充蛋白质或维生素、矿物质等。由于某些单细胞蛋白具有抗氧化能力，使食物不容易变质，因而常用于婴儿粉及汤料、作料中。干酵母的含热量低，常作为减肥食品的添加剂。此外，单细胞蛋白还能提高食品的某些物理性能，如意大利烘饼中加入活性酵母，可以提高饼的延薄性能。酵母的浓缩蛋白具有显著的鲜味，已广泛用作食品的增鲜剂。单细胞蛋白作为饲料蛋白，也在世界范围内得到了广泛应用。
任何一种新型食品原料的问世，都会产生可接受性、安全性等问题。单细胞蛋白也不例外。例如，单细胞蛋白的核酸含量在4%～18%，食用过多的核酸可能会引起痛风等疾病。此外，单细胞蛋白作为一种食物，人们在习惯上一时也难以接受。但经过微生物学家的努力，这些问题会得到圆满解决。