新人教生物一輪復習學案：第35講 傳統(tǒng)發(fā)酵技術的應用和發(fā)酵工程及其應用教師版

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第35講傳統(tǒng)發(fā)酵技術的應用和發(fā)酵工程及其應用

【素養(yǎng)目標】1.通過泡菜、果酒和果醋的制作，認識不同微生物的應用，理解相關微生物的代謝類型。(生命觀念科學思維)2.按照實驗操作步驟，使用簡單的實驗器具進行泡菜、果酒和果醋的制作實驗，如實記錄實驗數(shù)據(jù)，并分析得出結論，寫出實驗報告并與他人進行必要的交流。(科學思維科學探究)

考點一發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術的概念及泡菜的制作

1．發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術

(1)發(fā)酵：是指人們利用微生物，在適宜的條件下，將原料通過微生物的代謝轉化為人類所需要的產(chǎn)物的過程。

(2)傳統(tǒng)發(fā)酵技術

①概念：直接利用原材料中天然存在的微生物，或利用前一次發(fā)酵保存下來的面團、鹵汁等發(fā)酵物中的微生物進行發(fā)酵、制作食品的技術。

②實例——腐乳的制作

a．經(jīng)過微生物的發(fā)酵，豆腐中的蛋白質被分解成小分子的肽和氨基酸。

b．參與的微生物有酵母、曲霉和毛霉等，其中起主要作用的是毛霉。

③特點：傳統(tǒng)發(fā)酵以混合菌種的固體發(fā)酵及半固體發(fā)酵為主，通常是家庭式或作坊式。

2．泡菜的制作

(1)菌種來源：植物體表面天然的乳酸菌。

(2)原理：在無氧條件下，乳酸菌將葡萄糖分解成乳酸。反應式：C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋能量。

(3)制作流程

(1)泡菜腌制利用了乳酸菌的乳酸發(fā)酵()

(2)泡菜的制作前期需要通入氧氣，后期應嚴格保持無氧條件()

(3)泡菜壇的選擇、發(fā)酵過程中壇沿要注滿水都有利于泡菜的無氧發(fā)酵()

(4)泡菜制作過程可以隨時取出食用不同酸味的泡菜()

(5)制作泡菜過程中，有機物的干重和種類將減少()

答案(1)√(2)×(3)√(4)×(5)×

1．泡菜制作中的注意事項

2．泡菜發(fā)酵過程中乳酸菌、乳酸及亞硝酸鹽含量的變化

項目乳酸菌乳酸亞硝酸鹽

發(fā)酵初期少(有O2、乳酸菌活動受抑制)少增加(硝酸鹽還原菌的作用)

發(fā)酵中期最多(乳酸抑制其他菌活動)積累、增多、pH下降下降(硝酸鹽還原菌受抑制，部分亞硝酸鹽被分解)

發(fā)酵后期減少(乳酸繼續(xù)積累，pH繼續(xù)下降，抑制其活動)繼續(xù)增多，pH繼續(xù)下降，直至穩(wěn)定下降至相對穩(wěn)定(硝酸鹽還原菌被完全抑制)

含量變化曲線

注意亞硝酸鹽是硝酸鹽還原菌促進硝酸鹽還原形成的，而不是硝化細菌氧化氨形成的

[典例剖析]

(2023·山東卷，12)我國的釀酒技術歷史悠久，古人在實際生產(chǎn)中積累了很多經(jīng)驗?！洱R民要術》記載：將蒸熟的米和酒曲混合前需“浸曲發(fā)，如魚眼湯，凈淘米八斗，炊作飯，舒令極冷”。意思是將酒曲浸到活化，冒出魚眼大小的氣泡，把八斗米淘凈，蒸熟，攤開冷透。下列說法錯誤的是()

A．“浸曲發(fā)”過程中酒曲中的微生物代謝加快

B．“魚眼湯”現(xiàn)象是微生物細胞呼吸產(chǎn)生的CO2釋放形成的

C．“凈淘米”是為消除雜菌對釀酒過程的影響而采取的主要措施

D．“舒令極冷”的目的是防止蒸熟的米溫度過高導致酒曲中的微生物死亡

C[“浸曲發(fā)”是將酵母菌活化，可以使微生物代謝加快，A正確；“魚眼湯”是指酵母菌在呼吸過程中產(chǎn)生CO2，使溶液中出現(xiàn)氣泡，B正確；在做酒過程中，為消除雜菌的影響主要靠“炊作飯”，即蒸熟，C錯誤；“舒令極冷”是將米飯攤開冷透，防止溫度過高導致微生物(酵母菌死亡)，D正確。]

【名師點撥】掌握信息轉化能力

信息提取信息1：浸曲發(fā)，如魚眼湯，凈淘米八斗，炊作飯，舒令極冷；冒出魚眼大小的氣泡，來自酵母菌細胞呼吸

信息2：舒令極冷

信息轉化1.酒曲浸泡活化，酵母菌代謝加快，

2.將蒸熟的米攤開冷透，防止蒸熟的米溫度過高使酒曲中的微生物死亡

素養(yǎng)考查科學思維：邏輯思維能力社會責任：發(fā)揚優(yōu)秀傳統(tǒng)文化

【角度轉換】提升語言表達能力

造即墨老酒的“訣竅”主要是守六法“黍米必齊、曲孽必時、水泉必香、陶器必良、湛熾必潔、火劑必得”，把五關“煙糜、糖化、發(fā)酵、壓榨、陳儲”。其中“陶器必良、湛熾必潔中的“必良”是指釀造、陳儲老酒的器具必須密封，不滲漏，“必潔”是指所用器具必須殺菌消毒，__防止雜菌污染。

考向一發(fā)酵及傳統(tǒng)發(fā)酵技術的概念

1．(2023·重慶高三檢測)《書經(jīng)》中的“若作酒醴，爾惟曲蘗”提到釀酒必須要用酒曲。酒曲是以谷物為原料，破碎加水壓制而成的。酒曲富含酵母菌和霉菌等多種微生物，經(jīng)水浸泡活化后投入蒸熟的米即可用于釀酒。下列相關說法錯誤的是()

A．谷物為酒曲中的微生物提供了多種營養(yǎng)物質

B．釀酒過程中，米蒸熟后要冷卻后才能加入酒曲

C．釀酒過程中，發(fā)酵液中的pH保持穩(wěn)定不變

D．酒曲中的酵母菌通過無氧呼吸將原料中的糖轉化為酒精

C[谷物為酒曲中的微生物提供了糖類等多種營養(yǎng)物質，A正確；釀酒過程中，米蒸熟后要冷卻后才能加入酒曲，避免因溫度過高使酵母菌死亡，B正確；由于呼吸作用產(chǎn)生的二氧化碳溶于發(fā)酵液，釀酒過程中，發(fā)酵液中的pH逐漸減小，C錯誤；酒曲中的酵母菌通過無氧呼吸將原料中的糖轉化為丙酮酸，再將丙酮酸轉化為酒精和二氧化碳，D正確。]

2．(2022·煙臺高三模擬)腐乳制作的過程可分為兩個階段，第一階段中微生物在豆腐上生長繁殖，第二階段中微生物產(chǎn)生的酶將豆腐中的大分子分解為小分子。下列說法正確的是()

A．腐乳發(fā)酵過程中起作用的微生物有毛霉、曲霉、酵母等

B．家庭制作腐乳時，應在絕對無菌的條件下進行

C．第一階段應與制作泡菜和果醋相同，全程通入無菌空氣

D．第二階段中主要發(fā)生了淀粉酶分解淀粉的反應

A[腐乳發(fā)酵過程中起作用的微生物有毛霉、曲霉、酵母等多種微生物，其中最主要的是毛霉，A正確；家庭制作做不到無菌，提供目標菌株占優(yōu)勢的條件即可，B錯誤；乳酸菌屬于厭氧菌，制泡菜不能通空氣，C錯誤；第二階段中主要是蛋白酶和脂肪酶的作用，D錯誤。]

考向二泡菜的制作

3．(2023·唐山高三期中)泡菜腌制過程需對亞硝酸鹽含量進行定期測量。研究發(fā)現(xiàn)，亞硝酸鹽可使DNA的某些堿基脫去氨基，如C轉變?yōu)閁，A轉變?yōu)镮(次黃嘌呤)。下列相關敘述錯誤的是()

A．亞硝酸鹽通過使DNA分子發(fā)生堿基對替換而促使基因突變

B．制作泡菜時，將所用鹽水煮沸的主要目的是消滅鹽水中的雜菌

C．發(fā)酵初期，從壇沿水槽內(nèi)放出的CO2是乳酸菌細胞呼吸產(chǎn)生的

D．隨著發(fā)酵的進行，泡菜中的亞硝酸鹽含量先增加后降低

C[由題意可知，亞硝酸鹽使DNA分子發(fā)生堿基C轉變?yōu)閁，A轉變?yōu)镮，說明該過程發(fā)生堿基對替換而促使基因突變，A正確；制作泡菜時，將所用鹽水煮沸的主要目的是消滅鹽水中的雜菌和除去氧氣，B正確；乳酸菌呼吸作用的產(chǎn)物為乳酸，無二氧化碳的產(chǎn)生，C錯誤；隨著發(fā)酵的進行，泡菜中的亞硝酸鹽含量先增加后降低，D正確。]

4．(2023·蘇州高三期中)在《詩經(jīng)·邶風·谷風》中有“我有旨蓄，亦以御冬”的記載“旨蓄”就是儲藏的美味食品，也就是今天腌制的酸菜、泡菜。下列敘述正確的是()

A．制作泡菜時腌制時間過長會引起細菌大量繁殖

B．條件適宜時蔬菜中的糖轉化成醋酸降低溶液pH

C．發(fā)酵壇表面可能出現(xiàn)一層由乳酸菌繁殖形成的白膜

D．通過向泡菜壇沿邊水槽注水可保持發(fā)酵所需的環(huán)境

D[溫度過高、食鹽用量過低、腌制時間過短，容易造成細菌大量繁殖，亞硝酸鹽含量增加，A錯誤；條件適宜時乳酸菌可將葡萄汁中的糖分解成乳酸，B錯誤；乳酸菌是厭氧型生物，發(fā)酵壇表面含有氧氣，乳酸菌不能繁殖，出現(xiàn)的白膜一般是產(chǎn)膜酵母菌繁殖所致，C錯誤；乳酸菌需要在無氧環(huán)境下將葡萄糖分解為乳酸，故腌制泡菜時可通過向泡菜壇沿邊水槽注水保持發(fā)酵所需環(huán)境，D正確。]

考點二果酒和果醋的制作

1．制作原理與發(fā)酵條件

項目制作果酒制作果醋

發(fā)酵菌種酵母菌醋酸菌

代謝類型異養(yǎng)兼性厭氧型異養(yǎng)需氧型

發(fā)酵過程有氧條件下，酵母菌通過有氧呼吸大量繁殖：C6H12O6＋6H2O＋6O26CO2＋12H2O＋能量；無氧條件下，酵母菌通過無氧呼吸產(chǎn)生酒精：C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋能量O2、糖源充足時：C6H12O6＋2O22CH3COOH＋2CO2＋2H2O＋能量；O2充足、缺少糖源時：C2H5OH＋O2CH3COOH＋H2O＋能量

發(fā)酵溫度18～30℃30～35℃

發(fā)酵時間10～12天7～8天

對氧的需求前期需氧，后期不需氧一直需氧

產(chǎn)物檢測聞氣味、品嘗、酸性條件下的重鉻酸鉀(橙色→灰綠色)酸堿指示劑(pH試紙)、聞氣味、品嘗

2.發(fā)酵過程及注意事項

(1)實驗用具消毒

↓

(2)挑選沖洗葡萄

↓

(3)榨汁

↓

(4)果酒發(fā)酵

↓

(5)取樣檢測

↓

(6)果醋發(fā)酵

【拾遺補缺】源于選擇性必修3P8“練習與應用·拓展應用3”：

圖中①為充氣口，用來充入氧氣(無菌空氣)。②為排氣口，在酒精發(fā)酵時排出的是酒精發(fā)酵產(chǎn)生的CO2，在醋酸發(fā)酵時排出的是剩余的空氣和醋酸菌代謝產(chǎn)生的CO2；長而彎曲的膠管的作用是防止空氣中微生物的進入。③為出料口，便于取樣檢測，及時監(jiān)測發(fā)酵進行的情況。

(1)醋酸菌在無氧條件下利用乙醇產(chǎn)生醋酸()

(2)酵母菌是嗜溫菌，所以果酒發(fā)酵所需的最適溫度高于果醋發(fā)酵溫度()

(3)在果酒發(fā)酵后期擰開瓶蓋的間隔時間可延長()

(4)在家庭中用新鮮葡萄制作果酒時，需給發(fā)酵裝置適時排氣()

(5)在制作葡萄酒的過程中，應先去除葡萄的枝梗，再進行反復沖洗，這樣才可以洗得徹底()

答案(1)×(2)×(3)√(4)√(5)×

[典例剖析]

(2023·山東卷，12)葡萄酒的制作離不開酵母菌。下列說法錯誤的是()

A．無氧條件下酵母菌能存活但不能大量繁殖

B．自然發(fā)酵制作葡萄酒時起主要作用的菌是野生型酵母菌

C．葡萄酒的顏色是葡萄皮中的色素進入發(fā)酵液形成的

D．制作過程中隨著發(fā)酵的進行發(fā)酵液中糖含量增加

D[酵母菌進行有氧呼吸獲得能量大量繁殖，在無氧條件下發(fā)酵產(chǎn)生酒精，無氧條件下酵母菌能進行無氧呼吸存活，但不能大量繁殖，A正確；自然發(fā)酵制作葡萄酒時起主要作用的菌是葡萄皮上的野生型酵母菌，B正確；葡萄皮中的色素進入發(fā)酵液使葡萄酒呈現(xiàn)顏色，C正確；制作過程中隨著發(fā)酵的進行發(fā)酵液中糖含量減少，D錯誤。]

【名師點撥】掌握信息轉化能力

信息提取信息1：自然發(fā)酵

信息2：葡萄酒的顏色

信息轉化1.自然發(fā)酵的菌種來自附著在葡萄皮上的野生型酵母菌

2.葡萄酒的顏色為紅色是因為紅葡萄皮的色素進入發(fā)酵液

素養(yǎng)考查科學思維：分析與綜合能力科學探究：設計并實施方案的能力

【角度轉換】提升語言表達能力

在制作果酒的過程中，除了酵母菌，是否還有其他微生物生長？它們會對果酒發(fā)酵產(chǎn)生影響嗎？如果有，如何避免這種影響？

提示：制作果酒的過程中，除酵母菌之外，還會有其他雜菌生長，它們會在酒精發(fā)酵中污染發(fā)酵液，而避免發(fā)酵液污染需要從發(fā)酵制作的過程全面考慮。例如，榨汁機、發(fā)酵瓶要清洗干凈，裝入葡萄汁后，封閉充氣口；每次排氣時只需擰松瓶蓋，不要完全揭開瓶蓋等。

考向一果酒和果醋制作的過程

5．(2023·秦皇島高三檢測)“踏漿發(fā)酵釀酒法”是唐朝的一種主流紅酒釀造工藝。踏漿發(fā)酵即是碾碎葡萄，用葡萄汁單純發(fā)酵。“十年味不敗”說明唐朝紅酒技術的優(yōu)良之處。下列相關說法錯誤的是()

A．在葡萄酒釀制的整個過程中需要先通氣后密封

B．酒精生成過程合成ATP所需能量來自于葡萄糖中的化學能

C．“踏漿”有利于葡萄皮表面的酵母菌與葡萄汁液充分混合

D．“十年味不敗”主要與酵母菌發(fā)酵生成的酒精的消毒作用有關

D[在利用酵母菌發(fā)酵時最好是先通入足夠的無菌空氣，在有氧環(huán)境下使其繁殖，再隔絕氧氣進行發(fā)酵，A正確；酒精生成過程只在第一階段能合成ATP，故合成ATP所需能量來自葡萄糖中的化學能，B正確；踏漿發(fā)酵即碾碎葡萄，有利于酵母菌與葡萄汁液充分混合，充分發(fā)酵，C正確；發(fā)酵過程中產(chǎn)生的酒精對其他微生物的生長有一定抑制作用，但主要在于葡萄酒制成后，在缺氧、呈酸性的發(fā)酵液中，絕大多數(shù)微生物無法適應這一環(huán)境而受到抑制，故“十年味不敗”，D錯誤。]

6．(2022·濟寧高三檢測)刺梨是云貴川特有的水果，富含超氧化物歧化酶和大量的維生素C、花青素，是制作果酒和果醋的優(yōu)質原料。刺梨酒和刺梨醋的主要生產(chǎn)流程如圖所示。下列敘述錯誤的是()

→→→→→→→

A．發(fā)酵過程Ⅱ需要氧并產(chǎn)生大量CO2

B．圖示發(fā)酵過程中發(fā)酵液pH均降低

C．發(fā)酵過程Ⅰ的溫度比發(fā)酵過程Ⅱ低

D．發(fā)酵Ⅰ、Ⅱ是此生產(chǎn)過程的中心環(huán)節(jié)

A[發(fā)酵過程Ⅱ是醋酸菌利用酒精生產(chǎn)醋酸的過程，醋酸菌為需氧菌，可將酒精分解為乙醛，乙醛再變?yōu)榇姿?，該過程需要氧但不產(chǎn)生CO2，A錯誤；酒精生產(chǎn)過程中酵母菌無氧呼吸會產(chǎn)生CO2，使發(fā)酵液pH降低，醋酸發(fā)酵過程中產(chǎn)生的醋酸會使發(fā)酵液的pH降低，B正確；酒精發(fā)酵的適宜溫度為28℃左右，醋酸發(fā)酵的適宜溫度為30～35℃，因此發(fā)酵過程Ⅰ(酒精發(fā)酵)的溫度比發(fā)酵過程Ⅱ(醋酸發(fā)酵)低，C正確；酒精發(fā)酵是酵母菌在無氧條件下產(chǎn)生酒精，上述醋酸發(fā)酵是醋酸菌利用酒精生產(chǎn)醋酸，因此發(fā)酵Ⅰ、Ⅱ是此生產(chǎn)過程的中心環(huán)節(jié)，D正確。]

考向二發(fā)酵過程的注意事項

7．(2022·威海高三檢測)《本草綱目》中對酸奶的制作有詳細記載：“用乳半杓，鍋內(nèi)炒過，入馀乳熬數(shù)十沸，常以杓縱橫攪之，乃傾出，罐盛待冷，掠取浮皮，以為酥，入舊酪少許，紙封放之，即成矣”。下列說法錯誤的是()

A．“鍋內(nèi)炒過，入馀乳熬數(shù)十沸”的目的是高溫殺菌和反復脫水

B．“常以杓縱橫攪之”的目的是提供足夠的氧氣以促進菌種的增殖

C．“入舊酪少許”相當于接種

D．“紙封放之”的目的是提供無氧環(huán)境將葡萄糖分解成乳酸

B[“鍋內(nèi)炒過，入馀乳熬數(shù)十沸”經(jīng)過高溫，其目的是高溫殺菌和反復脫水，A正確；酸奶制作的菌種是乳酸菌，為厭氧性細菌，足夠的氧氣會抑制其正常生命活動，“常以杓縱橫攪之”攪拌的目的應該使菌種和營養(yǎng)液充分接觸，B錯誤；“入舊酪少許”將陳發(fā)酵液倒入新發(fā)酵液中，相當于接種，C正確；“紙封放之”避免發(fā)酵液與外界接觸，其目的是提供無氧環(huán)境將葡萄糖分解成乳酸，D正確。]

8．(2022·泰安高三模擬)葡萄酒的釀造技術歷史悠久，唐代蘇敬的《新修本草》云∶“凡作酒醴須曲，而蒲桃(即葡萄)、蜜等酒獨不用曲”。啤酒發(fā)酵也依賴于發(fā)酵工程，產(chǎn)品質檢可應用“電子舌”，電子舌可根據(jù)不同滋味信號傳感器呈現(xiàn)的響應值對啤酒風味進行評價，結果如圖。下列敘述錯誤的是()

A．“蒲桃、蜜等酒獨不用曲”說明葡萄酒的釀制不需要微生物

B．裝置密閉發(fā)酵過程中，酒精度的變化是先增加后趨于穩(wěn)定

C．發(fā)酵的溫度和時間隨啤酒品種和口味要求的不同而有所差異

D．發(fā)酵液L1和L2口味相似，而L3澀味較強

A[葡萄酒的制作需要用到酵母菌，“蒲桃、蜜等酒獨不用曲”說明葡萄酒的釀制不需要額外加入菌種，但需要葡萄皮上的酵母菌，A錯誤；裝置密閉發(fā)酵過程中，隨著發(fā)酵的進行酒精度逐漸增大，但由于營養(yǎng)物質不斷減少，發(fā)酵液的pH逐漸變小，酒精的濃度逐漸增加，這些都不利于酵母菌繼續(xù)發(fā)酵，因此在發(fā)酵后期酒精度趨于穩(wěn)定，B正確；酵母菌的發(fā)酵產(chǎn)物會對啤酒的品種和口感產(chǎn)生不同的影響，不同的釀酒酵母對發(fā)酵溫度、時間有不同的要求，故發(fā)酵溫度和發(fā)酵的時間隨啤酒品種和口味要求的不同而有所差異，C正確；由題圖可知，發(fā)酵液L1和L2口味相似，而L3澀味較強，D正確。]

【歸納總結】傳統(tǒng)發(fā)酵技術中三種常用菌種的比較

項目酵母菌醋酸菌乳酸菌

生物學分類真核生物原核生物原核生物

代謝類型異養(yǎng)兼性厭氧型異養(yǎng)需氧型異養(yǎng)厭氧型

發(fā)酵條件前期需氧，后期不需氧一直需氧無氧

發(fā)酵適宜溫度18～30℃30～35℃室溫

生產(chǎn)應用釀酒、發(fā)面釀醋制作酸奶、泡菜

考點三發(fā)酵工程及其應用

1．發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)

【拾遺補缺】源于選擇性必修3P23“思考·討論”：選擇發(fā)酵工程用的菌種時，需要考慮的因素有：在低成本的培養(yǎng)基上能迅速生長繁殖；產(chǎn)量高；發(fā)酵條件易控制；菌種不易變異退化等。

2．發(fā)酵工程的應用

(1)在食品工業(yè)上的應用：①生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品；②生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑；③生產(chǎn)酶制劑。

(2)在醫(yī)藥工業(yè)上的應用：①生產(chǎn)抗生素、多種氨基酸；②生產(chǎn)激素和免疫抑制劑等。

(3)在農(nóng)牧業(yè)上的應用：①生產(chǎn)微生物肥料；②生產(chǎn)微生物農(nóng)藥；③生產(chǎn)微生物飼料。

(4)其他方面的應用：如利用嗜熱菌、嗜鹽菌生產(chǎn)洗滌劑等。

【拾遺補缺】源于選擇性必修3P27“異想天開”：單細胞蛋白是以淀粉或纖維素的水解液、制糖工業(yè)的廢液等為原料，通過發(fā)酵獲得的大量的微生物菌體。其不僅含有豐富的蛋白質，還含有糖類、脂質和維生素等物質。

(1)在發(fā)酵工程中，可通過誘變育種、基因工程育種獲得菌種()

(2)分離、提純酵母菌發(fā)酵生產(chǎn)的單細胞蛋白，可采用過濾、沉淀等方法()

(3)在連續(xù)培養(yǎng)過程中補充的同種培養(yǎng)液和空氣須先滅菌()

(4)發(fā)酵罐中微生物的生長繁殖、代謝物的形成速度都與攪拌速度有關()

(5)單細胞蛋白是從微生物細胞中提取出來的()

答案(1)√(2)√(3)√(4)√(5)×

[典例剖析]

(多選)發(fā)酵工程在現(xiàn)代生物工程中地位越來越重要。下列有關發(fā)酵工程敘述正確的是()

A．發(fā)酵設備和培養(yǎng)基不需要嚴格滅菌

B．要隨時取樣，檢測培養(yǎng)液的細菌數(shù)目、產(chǎn)物濃度等，以了解發(fā)酵進程

C．發(fā)酵工程產(chǎn)品主要是指微生物的代謝物、酶和菌體本身

D．要嚴格控制溫度、pH、溶解氧等環(huán)境因素

BCD[首先要對發(fā)酵設備和培養(yǎng)基嚴格滅菌，A錯誤；要隨時取樣，檢測培養(yǎng)液的細菌數(shù)目、產(chǎn)物濃度等，以了解發(fā)酵進程，B正確；發(fā)酵工程產(chǎn)品主要是指微生物的代謝物、酶和菌體本身，C正確；要嚴格控制溫度、pH、溶解氧等環(huán)境因素，D正確。]

【名師點撥】掌握信息轉化能力

信息提取信息1：發(fā)酵工程

信息2：發(fā)酵進程

信息3：要嚴格控制溫度、pH、溶解氧等環(huán)境因素

信息轉化1.發(fā)酵工程的原料、設備都要嚴格滅菌，傳統(tǒng)發(fā)酵技術則不需要。發(fā)酵工程的菌種一般為純種，傳統(tǒng)發(fā)酵技術所用的菌種來自自然界，一般不是純種

2.在發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵是發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)，需要隨時掌控發(fā)酵情況

3.要對溫度、pH、溶解氧等發(fā)酵條件進行嚴格控制，使其最適合微生物的生長繁殖，同時及時添加必要的營養(yǎng)組分

素養(yǎng)考查科學思維：批判性思維能力科學探究：實施方案能力

【角度轉換】提升語言表達能力

發(fā)酵工程中滅菌不徹底危害是若有雜菌污染，可能導致產(chǎn)量大大下降，產(chǎn)品質量降低。

考向一發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)

9．(2022·湖北卷，14)廢水、廢料經(jīng)加工可變廢為寶。某工廠利用果糖生產(chǎn)廢水和沼氣池廢料生產(chǎn)蛋白質的技術路線如圖所示。下列敘述正確的是()

A．該生產(chǎn)過程中，一定有氣體生成

B．微生物生長所需碳源主要來源于沼氣池廢料

C．該生產(chǎn)工藝利用微生物厭氧發(fā)酵技術生產(chǎn)蛋白質

D．沼氣池廢料和果糖生產(chǎn)廢水在加入反應器之前需要滅菌處理

A[該生產(chǎn)過程中涉及釀酒酵母，釀酒酵母為兼性厭氧微生物，其有氧呼吸生成CO2和H2O，無氧呼吸生成酒精和CO2，因此該生產(chǎn)過程一定有氣體生成，A正確；通過題圖可知，微生物生長所需碳源主要來源于果糖生產(chǎn)廢水和沼氣池廢料中的含碳有機物，B錯誤；使用連續(xù)攪拌反應器的目的是提高溶解氧含量，因此該生產(chǎn)工藝利用的是微生物需氧發(fā)酵技術生產(chǎn)蛋白質，C錯誤；沼氣池廢料和果糖生產(chǎn)廢水在加入反應器之前不需要滅菌處理，D錯誤。]

10．(2023·重慶高三檢測)發(fā)酵工程在醫(yī)藥上的應用非常廣泛，其中青霉素的發(fā)現(xiàn)和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)進一步推動了發(fā)酵工程在醫(yī)藥領域的應用和發(fā)展。產(chǎn)黃青霉菌是一種廣泛存在于自然界中的霉菌，是生產(chǎn)青霉素的重要工業(yè)菌種。工業(yè)上生產(chǎn)青霉素的發(fā)酵工程流程如圖所示?；卮鹣嚓P問題：

(1)對產(chǎn)黃青霉菌進行分離純化并計數(shù)采用了________法，其可以用來計數(shù)的原理為____________________________________________。在制備該培養(yǎng)基時，除了添加必要的營養(yǎng)成分外，還需要將pH調至________性。

(2)接種之前的過程①、②都屬于________。整個發(fā)酵過程的中心環(huán)節(jié)是________。

(3)過程③需要嚴格的滅菌，否則由于___________________________，可能會導致青霉素產(chǎn)量下降。過程④可采用____________的方法將菌體分離干燥。

答案(1)稀釋涂布平板當樣品的稀釋度足夠高時，培養(yǎng)基表面生長的一個菌落，來源于樣品稀釋液中的一個活菌酸(2)擴大培養(yǎng)發(fā)酵(3)某些雜菌會分泌青霉素酶將青霉素分解掉過濾、沉淀

解析(1)對產(chǎn)黃青霉菌進行分離純化采用了稀釋涂布平板法，該方法還可以用來計數(shù)，因為該接種方法中當樣品的稀釋度足夠高時，培養(yǎng)基表面生長的一個菌落，來源于樣品稀釋液中的一個活菌，因此可根據(jù)菌落數(shù)確定菌體的數(shù)目。在制備該培養(yǎng)基時，除了添加必要的營養(yǎng)成分外，還需要將pH調至酸性，因為霉菌適宜在酸性條件下生存。

(2)接種之前的過程①、②都屬于擴大培養(yǎng)，以提高微生物產(chǎn)品的產(chǎn)量。其中在發(fā)酵罐中發(fā)酵是整個發(fā)酵過程的中心環(huán)節(jié)。

(3)過程③需要嚴格的滅菌，因為雜菌污染后，某些雜菌會分泌青霉素酶將青霉素分解掉，可能會導致青霉素產(chǎn)量下降。待完全發(fā)酵結束后，可采用過濾、沉淀等方法獲得微生物菌體。

考向二發(fā)酵工程的應用

11．(2023·湛江高三檢測)發(fā)酵工程在我國食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)及農(nóng)牧業(yè)等許多領域都得到了廣泛的應用。下列相關敘述正確的是()

A．主要利用毛霉水解大豆原料中的蛋白質，經(jīng)淋洗后可釀制成醬油產(chǎn)品

B．利用酵母菌等發(fā)酵生產(chǎn)的單細胞蛋白屬于分泌蛋白，可制成微生物飼料

C．將病原體的抗原基因轉入適當?shù)奈⑸锛毎?，可獲得用作疫苗的表達產(chǎn)物

D．利用發(fā)酵工程生產(chǎn)的微生物農(nóng)藥防治病蟲害屬于化學防治

C[以大豆為主要原料，利用產(chǎn)生蛋白酶的霉菌(如黑曲霉)，將原料中的蛋白質水解成小分子的肽和氨基酸，然后經(jīng)淋洗、調制可以制成醬油產(chǎn)品，A錯誤；用酵母菌等生產(chǎn)的單細胞蛋白可作為食品添加劑，單細胞蛋白指的是酵母菌菌體，B錯誤；可以將乙肝病毒的抗原基因轉入酵母菌通過發(fā)酵工程制備乙肝疫苗，C正確；微生物農(nóng)藥是利用微生物或其代謝物來防治病蟲害的，微生物農(nóng)藥是生物防治的重要手段，D錯誤。]

12．(2023·青島高三檢測)發(fā)酵工程廣泛應用于農(nóng)業(yè)、食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)等工業(yè)生產(chǎn)。下列關于發(fā)酵工程的敘述錯誤的是()

A．發(fā)酵工程的形成離不開微生物純培養(yǎng)技術的建立及發(fā)酵罐等設備的成功設計

B．篩選出高產(chǎn)檸檬酸的黑曲霉菌種后可直接接種到發(fā)酵罐中進行發(fā)酵生產(chǎn)

C．若培養(yǎng)基或發(fā)酵設備滅菌不徹底，則可能造成青霉素發(fā)酵的產(chǎn)量降低

D．發(fā)酵工程生產(chǎn)的單細胞蛋白含有糖類、脂質等多種化合物，可作為家畜的優(yōu)質飼料

B[科學技術的應用離不開理論的支持和設備等工具的進步，因此發(fā)酵工程的形成離不開微生物純培養(yǎng)技術的建立及發(fā)酵罐等設備的成功設計，A正確；篩選出能高產(chǎn)檸檬酸的黑曲霉菌種后還需要進一步擴大化培養(yǎng)才能接種到發(fā)酵罐中進行發(fā)酵生產(chǎn)，B錯誤；若培養(yǎng)基或發(fā)酵設備滅菌不徹底，則可能被雜菌污染，造成青霉素被分解，產(chǎn)量降低，C正確；發(fā)酵工程生產(chǎn)的單細胞蛋白是微生物的細胞，含有糖類、脂質等多種化合物，可作為家畜的優(yōu)質飼料，D正確。]

(三十五)釀酒和制醋需要淀粉糖化的過程及其原因

1．糖化和糖化酶

糖化：淀粉轉化為可發(fā)酵性糖類的過程，稱之為淀粉的糖化，其實質是大分子淀粉在酶或酸的作用下水解為小分子的糖類。

糖化酶：又稱葡萄糖淀粉酶，是由曲霉優(yōu)良菌種經(jīng)深層發(fā)酵提煉而成。

2．制酒和制醋需要糖化的原因

(1)酵母菌制酒糖化

①食醋原料經(jīng)過蒸煮，其細胞組織中的淀粉發(fā)生糊化和溶化，處于溶膠狀態(tài)。但是這種糊化或溶化的淀粉，并不能直接被酵母菌利用。因此必須首先把淀粉轉化為酵性糖類，然后才能由酵母菌將糖發(fā)酵成為乙醇。

②在真菌中，酵母菌沒有產(chǎn)生分解淀粉的酶的基因，不能產(chǎn)生淀粉酶，所以不能直接利用淀粉為碳源。因此，在用糧食或其他淀粉類原料釀酒或生產(chǎn)酒精時，需要先用淀粉酶把淀粉分解為酵母菌可利用的糖類，酵母菌才能生長繁殖，并把糖類物質轉化為酒精。

③霉菌、大部分細菌等都有產(chǎn)生淀粉酶的基因，都能產(chǎn)生淀粉酶，所以能夠直接利用淀粉為碳源。

(2)醋化醋桿菌制醋糖化

①對醋化醋桿菌最適宜的碳源是葡萄糖、果糖等六碳糖，其次是蔗糖和麥芽糖等。醋化醋桿菌不能直接利用淀粉等多糖類，所以，淀粉需要糖化過程才能用來制醋，即讓淀粉水解為甜味的糖。

②酒精也是很適宜的碳源，有些醋酸菌還能以甘油、甘露醇等多元醇為碳源。

[對點訓練]

1．(2023·駐馬店高三檢測)藍莓果實中含有豐富的營養(yǎng)成分，尤其富含花青素，具有較高的保健價值，是世界糧食及農(nóng)業(yè)組織推薦的五大健康水果之一。下圖是以新鮮藍莓為原料天然發(fā)酵制作藍莓酒和藍莓醋的過程簡圖。下列敘述錯誤的是()

A．去除藍莓枝梗應在沖洗之后，目的是防止雜菌污染

B．在過程③時，榨出的藍莓汁無需滅菌可直接密閉發(fā)酵

C．過程④在氧氣、糖源充足條件下發(fā)生C2H5OH＋O2CH3COOH＋H2O＋能量

D．過程⑤中酒精可作為醋酸菌的碳源和能源

C[榨汁前需將新鮮的藍莓進行沖洗，然后除去枝梗，以避免除去枝梗時引起藍莓破損，防止增加被雜菌污染的機會，A正確；過程③果酒制作的菌種來源于藍莓皮上野生的酵母菌，所以藍莓汁不需經(jīng)過滅菌，B正確；過程④是果醋發(fā)酵，所用的微生物是醋酸菌，醋酸菌在氧氣、糖源充足條件下可直接將糖分解成醋酸，C錯誤；在沒有糖源的情況

下，醋酸菌可以把酒精轉化為醋酸，即酒精可作為醋酸菌的碳源和能源，D正確。]

2．(2023·臨沂高三檢測)《詩經(jīng)》中“八月剝棗，十月獲稻。為此春酒，以介眉壽?！庇涗浟斯湃擞眯迈r稻米釀酒，以求延年益壽的習俗。米酒釀造主要包括蒸米，拌酒曲、發(fā)酵三步，酒曲中的微生物主要是霉菌和酵母菌，霉菌主要把米中的淀粉轉化成葡萄糖(稱糖化作用)。下列說法錯誤的是()

A．米酒發(fā)酵過程中，酵母菌細胞呼吸的方式有有氧呼吸和無氧呼吸

B．蒸米既可以將米粒上的微生物殺死，又有利于淀粉的快速糖化

C．蒸米后需要進行冷卻，目的是防止溫度過高殺死酒曲中的微生物

D．發(fā)酵時應將拌有酒曲的涼飯裝滿密閉的容器，發(fā)酵過程中適時排氣

D[參與果酒制作的微生物主要是酵母菌，其新陳代謝類型為異養(yǎng)兼性厭氧型，米酒發(fā)酵過程中，酵母菌首先進行有氧呼吸滿足大量繁殖所需要的能量，隨后密封讓其進行無氧呼吸產(chǎn)生酒精，因此，在該過程中酵母菌進行細胞呼吸的類型是有氧呼吸和無氧呼吸，A正確；蒸米過程中高溫條件下可以將米粒上的微生物殺死，同時淀粉吸收水分更容易分解，淀粉經(jīng)過高溫處理后易被糖化，B正確；蒸米后，溫度較高，通常需要進行冷卻，再加入酒曲，其目的是防止溫度過高殺死酒曲中的微生物，C正確；發(fā)酵時應將拌有酒曲的涼飯裝入密閉的容器中，但不能裝滿，應留有1/3的空間，這樣操作能夠為發(fā)酵初期的酵母菌提供氧氣的同時防止發(fā)酵液溢出，發(fā)酵的過程中酵母菌會產(chǎn)生二氧化碳，故需要適時排氣，D錯誤。]

1．(2022·湖北卷，11)關于白酒、啤酒和果酒的生產(chǎn)，下列敘述錯誤的是()

A．在白酒、啤酒和果酒的發(fā)酵初期需要提供一定的氧氣

B．白酒、啤酒和果酒釀制的過程也是微生物生長繁殖的過程

C．葡萄糖轉化為乙醇所需的酶既存在于細胞質基質，也存在于線粒體

D．生產(chǎn)白酒、啤酒和果酒的原材料不同，但發(fā)酵過程中起主要作用的都是酵母菌

C[白酒、啤酒和果酒的原材料不同，但發(fā)酵的主要菌種都是酵母菌，在發(fā)酵初期，為了增加酵母菌的數(shù)量，需要提供一定量的氧氣，A、D正確；在酒的釀制過程中，酵母菌可利用葡萄糖作為碳源以及能源物質進行自身的生長和繁殖，B正確；葡萄糖轉化為乙醇是無氧呼吸的過程，發(fā)生在細胞質基質中，線粒體是進行有氧呼吸第二、三階段的場所，C錯誤。]

2．(多選)(2022·山東卷，20)啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)中，大麥經(jīng)發(fā)芽、焙烤、碾磨、糖化、蒸煮、發(fā)酵、消毒等工序后，最終過濾、調節(jié)、分裝。下列說法正確的是()

A．用赤霉素處理大麥，可使大麥種子無須發(fā)芽就能產(chǎn)生α淀粉酶

B．焙烤是為了利用高溫殺死大麥種子胚并進行滅菌

C．糖漿經(jīng)蒸煮、冷卻后需接種酵母菌進行發(fā)酵

D．通過轉基因技術可減少啤酒酵母雙乙酰的生成，縮短啤酒的發(fā)酵周期

ACD[赤霉素能促進種子的萌發(fā)，據(jù)此可推測若用赤霉素處理大麥，可誘導α淀粉酶相關基因的表達，促進α淀粉酶的合成，進而使大麥種子無須發(fā)芽就能產(chǎn)生α淀粉酶，A正確；焙烤可以殺死大麥種子的胚，但并不使淀粉酶失活，沒有