第十单元 第35讲 传统发酵技术的应用和发酵工程及其应用Word文档格式.docx
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项目
乳酸菌
乳酸
亚硝酸盐
发酵初期
少（有O2、乳酸菌活动受抑制）
少
增加（硝酸盐还原菌的作用）
发酵
中期
最多（乳酸抑制其他菌活动）
积累、增多、pH下降
下降（硝酸盐还原菌受抑制，部分亚硝酸盐被分解）
后期
减少（乳酸继续积累，pH继续下降，抑制其活动）
继续增多，pH继续下降，直至稳定
下降至相对稳定（硝酸盐还原菌被完全抑制）
含量
变化
曲线
注意
亚硝酸盐是硝酸盐还原菌促进硝酸盐还原形成的，而不是硝化细菌氧化氨形成的
考向一 发酵及传统发酵技术的概念
1．关于发酵的叙述，不正确的是（ ）
A．发酵就是无氧呼吸
B．发酵是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
C．酒精发酵是由活的酵母菌引起的
D．利用微生物能够生产出人们所需多种产物的原因是不同的微生物具有产生不同代谢物的能力
答案 A
解析 发酵包括有氧发酵和无氧发酵，A错误；
发酵是指人们利用微生物，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，B正确；
酒精发酵是由活的酵母菌引起的，C正确；
不同的微生物具有产生不同代谢物的能力，因此利用微生物能够生产出人们所需的多种产物，D正确。
2．下列有关传统发酵技术的叙述，不正确的是（ ）
A．传统发酵以混合菌种的固体发酵和半固体发酵为主
B．在制作腐乳的过程中，多种微生物参与了豆腐的发酵，其中起主要作用的是毛霉
C．腐乳味道鲜美的原因在于大分子蛋白质被分解成了小分子的肽和氨基酸
D．传统发酵技术都是直接利用的天然原料中的微生物
答案 D
解析 传统发酵技术是指直接利用原材料中天然存在的微生物，或利用前一次发酵保存下来的发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术，D错误。
考向二 泡菜的制作
3．利用卷心菜发酵制作泡菜的过程中，乳酸菌、酵母菌细胞数量和pH的变化如图所示。
下列叙述不正确的是（ ）
A．酵母菌和乳酸菌均有由核膜包被的细胞核
B．发酵初期乳酸菌建立了明显的菌种优势
C．前6天pH下降主要由乳酸菌代谢引起
D．发酵中期酵母菌通过无氧呼吸为细胞增殖提供能量
4．泡菜是指为了利于长时间存放而经过发酵的蔬菜。
一般来说，只要是含纤维素丰富的蔬菜或水果，都可以被制成泡菜。
蔬菜在经过腌渍及调味之后，有种特殊的风味，很多人会当作一种常见的配菜食用。
在泡菜发酵期间，由于乳酸菌的发酵作用，发酵产物乳酸不断积累，因此可以根据微生物的活动情况和乳酸积累量，将泡菜发酵过程分为三个阶段。
（1）发酵初期：
蔬菜刚入坛时，其表面带入的微生物中，大肠杆菌和酵母菌等较为活跃。
其中的酵母菌最初的细胞呼吸方式是______________。
发酵初期会有气泡从坛沿水槽内间歇性地放出，从而使坛内逐渐形成厌氧状态，乳酸发酵开始。
这些气泡产生的原因是_________。
（2）发酵中期：
由于初期乳酸发酵使乳酸不断积累，pH下降，厌氧状态形成，乳酸菌开始活跃，并产生大量乳酸，乳酸的积累量可达到0.6%～0.8%，pH为3.5～3.8。
这一时期为泡菜完全成熟阶段，泡菜有酸味而且清香。
试分析此时坛内其他微生物的活动情况及原因：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）乳酸菌的培养条件除了适宜的温度、pH之外，还必须保证________条件。
答案
（1）有氧呼吸 酵母菌等进行细胞呼吸产生CO2
（2）由于pH不适宜，大肠杆菌、酵母菌和霉菌等的活动受到抑制；
由于氧气耗尽，需氧型微生物的活动受抑制现象尤为严重 （3）无氧
考点二 果酒和果醋的制作
1．制作原理与发酵条件
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：
C6H12O6＋6H2O＋6O2
6CO2＋12H2O＋能量；
无氧条件下，酵母菌通过无氧呼吸产生酒精：
2C2H5OH＋2CO2＋能量
O2、糖源充足时：
C6H12O6＋2O2
2CH3COOH＋2CO2＋2H2O＋能量；
O2充足、缺少糖源时：
C2H5OH＋O2
CH3COOH＋H2O＋能量
发酵温度
18～30℃
30～35℃
发酵时间
10～12天
7～8天
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.发酵过程及注意事项
（1）实验用具消毒
↓
（2）挑选冲洗葡萄
（3）榨汁
（4）果酒发酵
（5）取样检测
（6）果醋发酵
教材中的隐性知识
源于选择性必修3P8“练习与应用·
拓展应用3”：
图中①为充气口，用来充入氧气（无菌空气）。
②为排气口，在酒精发酵时排出的是酒精发酵产生的CO2，在醋酸发酵时排出的是剩余的空气和醋酸菌代谢产生的CO2；
长而弯曲的胶管的作用是防止空气中微生物的进入。
③为出料口，便于取样检测，及时监测发酵进行的情况。
（1）醋酸菌在无氧条件下利用乙醇产生醋酸（ ×
（2）酵母菌是嗜温菌，所以果酒发酵所需的最适温度高于果醋发酵温度（ ×
（3）在果酒发酵后期拧开瓶盖的间隔时间可延长（ √ ）
（4）在家庭中用新鲜葡萄制作果酒时，需给发酵装置适时排气（ √ ）
（5）在制作葡萄酒的过程中，应先去除葡萄的枝梗，再进行反复冲洗，这样才可以洗得彻底
（ ×
（1）葡萄酒呈现深红色的原因是在酒精发酵过程中，葡萄中的色素进入发酵液。
（2）果酒发酵时先通气后密封的目的是酵母菌是兼性厌氧菌，因此果酒发酵时先通气使酵母菌大量繁殖；
后密封使酵母菌进行酒精发酵。
考向一 果酒和果醋制作的过程
5．（2020·
山东等级考模拟）在实验室中可利用酵母菌发酵的方式制作葡萄酒，下列说法正确的是（ ）
A．葡萄糖在酵母菌细胞的线粒体内被分解
B．制作葡萄酒时酵母菌先在有氧条件下大量增殖
C．制作过程中酵母菌始终处于碱性环境
D．酵母菌的发酵产物不会抑制自身的代谢活动
答案 B
6．（2020·
义乌一模）下面是果酒和果醋制作的实验流程和发酵装置。
根据图示回答下列问题：
（1）完成图1中的实验流程：
_________________________________________________。
（2）图2装置中的充气口在____________过程中要关闭，否则可能发生使发酵液变酸的反应____________________________（写出该反应式），而排气口在该过程中应开放，排气口要通过一个长而弯曲的胶管与瓶身连接，目的是______________________________________
（3）重铬酸钾在酸性条件下与酒精反应呈________色。
（4）果酒和果醋的制作分别利用了酵母菌和________两种微生物的发酵原理，后者在结构上的主要特点是________________________________________________________________
答案
（1）醋酸发酵
（2）酒精发酵 C2H5OH＋O2
CH3COOH＋H2O＋能量 避免空气中其他微生物进入发酵装置（防止空气中的微生物污染）
（3）灰绿
（4）醋酸菌 无以核膜为界限的细胞核
解析 在酒精发酵阶段，充气口应关闭，否则醋酸菌会将乙醇氧化为醋酸，从而使发酵液变酸。
酵母菌为真菌，属于真核生物，醋酸菌为细菌，属于原核生物，两者在结构上的主要区别是有无以核膜为界限的细胞核。
考向二 发酵过程的注意事项
7．（2020·
山东滨州高三期末）下列关于果酒、果醋发酵技术的说法，正确的是（ ）
A．利用葡萄制作果酒时，需要对葡萄和发酵瓶进行消毒处理
B．果酒发酵的适宜温度为30～35℃，果醋发酵的适宜温度为18～30℃
C．发酵过程中醋酸菌的增殖方式与酵母菌的相同
D．醋酸菌在有氧条件下可利用糖类或乙醇进行发酵
解析 利用葡萄制作果酒时，菌种主要来自葡萄表面的酵母菌，所以不能对葡萄进行消毒处理，A错误；
果酒发酵的适宜温度为18～30℃，果醋发酵的适宜温度为30～35℃，B错误；
酵母菌为真核生物，增殖方式主要是出芽生殖，而醋酸菌为原核生物，增殖方式是二分裂，C错误；
当氧气、糖源都充足时，醋酸菌能将葡萄汁中的糖分解成醋酸，当氧气充足、缺少糖源时，醋酸菌将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为醋酸，D正确。
8．（2020·
北京北大附中高三考前测试）如图是利用新鲜葡萄汁探究果酒与果醋发酵的装置示意图。
下列相关叙述正确的是（ ）
A．装置中注入的葡萄汁超过1/3，氧气太少不利于酵母菌的有氧呼吸
B．果酒发酵中期通入氮气，酵母菌将从有氧呼吸转变为无氧呼吸
C．果醋发酵时通入空气不足，醋酸菌将进行无氧呼吸产生乳酸
D．果醋制作过程中发酵液pH逐渐降低，果酒制作过程中情况相反
解析 装置中注入葡萄汁后，要留出大约1/3的空间，保证酵母菌的有氧呼吸，A错误；
果酒发酵中期通入氮气，酵母菌因缺氧将从有氧呼吸转变为无氧呼吸，B正确；
醋酸菌是好氧细菌，果醋发酵时通入空气不足，会导致醋酸菌大量死亡，C错误；
果醋制作过程中发酵液pH逐渐降低，果酒制作过程中会产生二氧化碳，二氧化碳溶于水使发酵液pH也逐渐降低，D错误。
归纳总结
传统发酵技术中三种常用菌种的比较
生物学
分类
真核生物
原核生物
代谢
类型
异养兼性
厌氧型
异养厌氧型
条件
无氧
发酵适
宜温度
室温
生产
应用
酿酒、发面
酿醋
制作酸
奶、泡菜
考点三 发酵工程及其应用
1．发酵工程的基本环节
源于选择性必修3P23“思考·
讨论”：
选择发酵工程用的菌种时，需要考虑的因素有：
在低成本的培养基上能迅速生长繁殖；
产量高；
发酵条件易控制；
菌种不易变异退化等。
2．发酵工程的应用
（1）在食品工业上的应用：
①生产传统的发酵产品；
②生产各种各样的食品添加剂；
③生产酶制剂。
（2）在医药工业上的应用：
①生产抗生素、多种氨基酸；
②生产激素和免疫抑制剂等。
（3）在农牧业上的应用：
①生产微生物肥料；
②生产微生物农药；
③生产微生物饲料。
（4）其他方面的应用：
如利用嗜热菌、嗜盐菌生产洗涤剂等。
源于选择性必修3P27“异想天开”：
单细胞蛋白是以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵获得的大量的微生物菌体。
其不仅含有丰富的蛋白质，还含有糖类、脂质和维生素等物质。
（1）在发酵工程中，可通过诱变育种、基因工程育种获得菌种（ √ ）
（2）分离、提纯酵母菌发酵生产的单细胞蛋白，可采用过滤、沉淀等方法（ √ ）
（3）在连续培养过程中补充的同种培养液和空气须先灭菌（ √ ）
（4）乳酸菌可以代替酵母菌用于乙醇的生产（ ×
（5）发酵罐中微生物的生长繁殖、代谢物的形成速度都与搅拌速度有关（ √ ）
（6）单细胞蛋白是从微生物细胞中提取出来的（ ×
（源于选择性必修3P22～23“图1－9”）某生产谷氨酸的发酵装置，在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸，但在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N－乙酰谷氨酰胺，由此可知环境条件不仅影响微生物的生长繁殖，而且也会影响微生物的代谢物的形成。
考向一 发酵工程的基本环节
9．（2020·
天津实验中学高三第二次测试）某高校采用如图所示的发酵罐进行葡萄酒主发酵过程的研究，下列叙述错误的是（ ）
A．夏季生产果酒时，常需对罐体进行降温处理
B．乙醇为挥发性物质，故发酵过程中空气的进气量不宜太大
C．正常发酵过程中罐内的压力不会低于大气压
D．可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度来决定何时终止发酵
解析 葡萄酒发酵的原理是酵母菌无氧呼吸可产生酒精，即葡萄糖在无氧条件下被酵母菌分解产生二氧化碳和酒精，并释放少量的能量，发酵的温度一般控制在18～30℃，因此夏季生产果酒时，常需对罐体进行降温处理，A正确；
乙醇是酵母菌无氧呼吸的产物之一，因此发酵过程中不需要通入空气，B错误；
酵母菌进行无氧呼吸产生二氧化碳，但是没有消耗氧气，因此发酵罐中的气压不会低于大气压，C正确；
葡萄酒发酵的原料是糖类，因此可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度来决定何时终止发酵，D正确。
10．下图为发酵工程生产产品的流程图。
请据图回答下列问题：
（1）性状优良的菌种可从自然界中获取，随着技术发展，人们也可以通过______________、__________________（2种育种方式）获得。
（2）发酵过程是发酵工程的中心阶段。
这时，除了要检测发酵进程外，还要及时添加培养基组分。
同时，要严格控制________________________（至少写出3个）与转速等发酵条件。
（3）发酵得到的微生物产品，如果产品是微生物细胞本身，可在发酵结束后，采用________等方法将菌体分离与干燥，即可得到产品。
如果产品是代谢物，可根据产物的________采取适当的提取、分离和纯化措施获得产品。
答案
（1）诱变育种 基因工程育种
（2）温度、pH、溶解氧、通气量 （3）过滤、沉淀 性质
考向二 发酵工程的应用
11．关于单细胞蛋白叙述正确的是（ ）
A．是从微生物细胞中提取的蛋白质
B．通过发酵生产的微生物菌体
C．是微生物细胞分泌的抗生素
D．单细胞蛋白不能作为食品
解析 单细胞蛋白是通过发酵获得的微生物菌体。
12．谷氨酸棒状杆菌可用于微生物发酵工程生产谷氨酸，从而制取谷氨酸钠（味精）。
如图为谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径，通过发酵工程可以大量生产谷氨酸。
回答下列问题：
（1）与酵母菌相比，谷氨酸棒状杆菌在结构上的显著特点是____________________；
谷氨酸发酵的培养基成分有豆饼水解液、玉米浆、尿素、磷酸氢二钾、硫酸镁和生物素等，从物理性质看，该培养基属于________培养基。
（2）测定谷氨酸棒状杆菌数目可采用的计数方法有显微镜直接计数法和________________，前者计数的结果值比后者计数的结果值偏________（填“大”或“小”），原因是____________
（3）由图可知，谷氨酸棒状杆菌体内若积累了较多的谷氨酸，则会抑制谷氨酸脱氢酶的活性，微生物这种对自身代谢速率的调节方式是________________。
（4）谷氨酸棒状杆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，当培养基中碳氮比为4∶1时，菌体大量繁殖而产生的谷氨酸少；
当碳氮比为3∶1时，菌体繁殖受抑制，但谷氨酸的合成量大增。
在无氧条件下，谷氨酸棒状杆菌的代谢物是乳酸或琥珀酸。
由此说明谷氨酸棒状杆菌的代谢类型是____________________，由上述探究可知，通过发酵得到大量谷氨酸的发酵思路是________
答案
（1）无核膜包被的细胞核 液体
（2）稀释涂布平板法 大 前者死活菌体一起计数，后者只计数活菌数，且可能有多个菌体形成同一个菌落 （3）负反馈调节 （4）异养兼性厌氧型 不断向发酵液中通入无菌空气，发酵液中碳氮比为4∶1时培养一段时间，使菌种大量繁殖后，将发酵液的碳氮比改为3∶1（或改变细胞膜的通透性，使谷氨酸迅速排放到细胞外）
解析
（1）与酵母菌相比，谷氨酸棒状杆菌属于原核生物，原核生物在结构上的显著特点是无核膜包被的细胞核；
谷氨酸发酵的培养基成分有豆饼水解液、玉米浆、尿素、磷酸氢二钾、硫酸镁和生物素等，从物理性质看，该培养基属于液体培养基。
（2）测定谷氨酸棒状杆菌数目可采用的计数方法有显微镜直接计数法和稀释涂布平板法，由于前者死活菌体一起计数，后者只计数活菌数，且可能有多个菌体形成同一个菌落，所以前者计数的结果值比后者计数的结果值偏大。
（3）由题图可知，谷氨酸棒状杆菌体内若积累了较多的谷氨酸，则会抑制谷氨酸脱氢酶的活性，微生物这种对自身代谢速率的调节方式是负反馈调节。
（4）由于谷氨酸棒状杆菌可以在有氧和无氧条件下生存，且需要培养基中的营养物质提供碳源，所以其代谢类型是异养兼性厌氧型；
要想通过发酵得到大量谷氨酸，根据题意信息可知，可不断向发酵液中通入无菌空气，发酵液中碳氮比为4∶1时培养一段时间，使菌种大量繁殖后，将发酵液的碳氮比改为3∶1。
1．核心概念
（1）（选择性必修3P5）发酵：
（2）（选择性必修3P27）单细胞蛋白：
是以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废料为原料，通过发酵获得的大量的微生物菌体。
2．教材结论性语句
（1）（选择性必修3P6）酵母菌是一类兼性厌氧微生物，在无氧条件下进行酒精发酵。
（2）（选择性必修3P7）醋酸菌是好氧细菌，当O2、糖源都充足时能将糖分解成醋酸；
当缺少糖源时则将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为醋酸。
1．（2020·
江苏，18）某同学在线提交了在家用带盖玻璃瓶制作果酒和果醋的实验报告，他的做法错误的是（ ）
A．选择新鲜的葡萄略加冲洗，除去枝梗后榨汁
B．将玻璃瓶用酒精消毒后，装满葡萄汁
C．酒精发酵期间，根据发酵进程适时拧松瓶盖放气
D．酒精发酵后去除瓶盖，盖一层纱布，再进行醋酸发酵
解析 制作果酒时，应选择新鲜的葡萄略加冲洗后再去除枝梗榨汁，避免去除枝梗时引起葡萄破损，增加被杂菌污染的机会，A项正确；
制作果酒过程中会产生二氧化碳气体，因此，玻璃瓶用酒精消毒后装入葡萄汁时不能装满，应该留有1/3的空间，B项错误；
酒精发酵过程中会产生二氧化碳气体，要适时拧松瓶盖放气，C项正确；
酒精发酵后再进行醋酸发酵，醋酸发酵需要有氧环境，所以要去除瓶盖，盖一层纱布是为了防止空气中灰尘等的污染，D项正确。
2．（2020·
山东，12）我国的酿酒技术历史悠久，古人在实际生产中积累了很多经验。
《齐民要术》记载：
将蒸熟的米和酒曲混合前需“浸曲发，如鱼眼汤，净淘米八斗，炊作饭，舒令极冷”。
意思是将酒曲浸到活化，冒出鱼眼大小的气泡，把八斗米淘净，蒸熟，摊开冷透。
下列说法错误的是（ ）
A．“浸曲发”过程中酒曲中的微生物代谢加快
B．“鱼眼汤”现象是微生物呼吸作用产生的CO2释放形成的
C．“净淘米”是为消除杂菌对酿酒过程的影响而采取的主要措施
D．“舒令极冷”的目的是防止蒸熟的米温度过高导致酒曲中的微生物死亡
答案 C
解析 酒曲中含有大量的微生物，“浸曲发”的过程中，水分充足，酒曲中的微生物在适宜的条件下代谢会加快，A项正确；
形成“鱼眼汤”的原因是酒曲中的微生物进行呼吸作用产生了大量的CO2，向外释放时形成了气泡，B项正确；
“净淘米”主要是将米清洗干净，“蒸熟”可以消除杂菌对酿酒过程的影响，C项错误；
“舒令极冷”是将蒸熟的米温度降低，这样在米与酒曲混合时可以防止蒸熟的米温度过高导致酒曲中的微生物死亡，D项正确。
3．（2020·
天津，9）甜瓣子是豆瓣酱的重要成分，风味受蚕豆蛋白分解产生的氨基酸影响，也受发酵过程中不同微生物的多种代谢产物影响。
其生产工艺如下图所示。
某研究团队对加盐水后的发酵阶段的传统工艺（盐度15%，温度37℃，发酵30天）进行了改良，改良后甜瓣子风味得以提升。
新工艺参数如下表所示。
时期
时段（天）
盐度（%）
温度（℃）
前期
0～12
6
12
12～16
37
16～30
15
两种工艺的结果比较见下图。
下列关于本研究的实验方法与原理的描述，错误的是（ ）
A．发酵开始阶段的微生物主要来源于制曲过程的积累
B．蚕豆瓣可提供微生物生长繁殖所需的碳源和氮源
C．温度与盐度都影响微生物的生长繁殖
D．定期取样，使用平板划线法统计活细菌总数
解析 发酵开始阶段，微生物尚未大量繁殖，微生物主要来源于制曲过程的积累，A项正确；
蚕豆瓣里含有糖类、蛋白质等，可提供微生物生长繁殖所需的碳源和氮源，B项正确；
传统工艺温度为37℃，盐度为15%，新工艺温度为12℃→37℃，盐度为6%→15%，两种工艺下活霉菌总数和
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