10.1 传统发酵技术的应用、发酵工程及其应用(Word教参)-【正禾一本通】2025年高考生物高三一轮总复习高效讲义（人教版2019 单选版）

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1　传统发酵技术的应用 整合必备知识 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 ②菌种：酵母、曲霉和毛霉等，其中起主要作用的是毛霉。 (2)泡菜的制作 ①菌种：乳酸菌，常见的种类有乳酸链球菌和乳酸杆菌，在空气、土壤、植物体表、人或动物的肠道内都有分布。 ②原理：C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋能量。 ③方法步骤 [深挖教材] (1)(选择性必修3 P6“探究·实践”) ①用水密封泡菜坛的目的是什么？这说明泡菜制作需要什么条件？ 提示：给泡菜坛内创造无氧环境。这说明泡菜制作需要在无氧条件下进行。 ②为什么泡菜坛只能装八成满？ 提示：泡菜坛装得太满时，会使盐水不容易完全淹没菜料，从而导致菜料变质腐烂，同时发酵液可能会溢出坛外；泡菜坛留出一定空间，也方便拿取泡菜；发酵初期，酵母菌等其他菌会释放CO2，留出一定空间可以防止发酵液溢出。　 【深挖教材·选择性必修3 P8“拓展应用”】 (2)某同学在制作泡菜前，查阅资料得知，可以向泡菜坛中加入一些“陈泡菜水”；在用质量百分比为5%的食盐水制作泡菜时，他在不同时间测定了泡菜中亚硝酸盐的含量，结果见曲线图。 ①据图分析，从亚硝酸盐的含量来看，你认为该泡菜在什么时间食用比较合适？为什么？ 提示：应该在发酵10天后食用比较合适，因为这时亚硝酸盐含量已经降到较低的水平。 ②他第一次制作出的泡菜“咸而不酸”，造成这个结果最可能的原因是什么？ 提示：可能是食盐浓度过高、发酵温度过低等原因导致泡菜未能正常发酵。 ③加入“陈泡菜水”的目的是什么？ 提示：“陈泡菜水”中含有纯度较高的乳酸菌，加入“陈泡菜水”相当于接种乳酸菌。 (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：C6H12O6＋6H2O＋6O26CO2＋12H2O＋能量； 无氧条件下，酵母菌通过无氧呼吸产生酒精：C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋能量 O2、糖源充足时： C6H12O6＋2O22CH3COOH＋2CO2＋2H2O＋能量； O2充足、缺少糖源时： C2H5OH＋O2CH3COOH＋H2O＋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 【深挖教材】 (3)(选择性必修3 P8“拓展应用”)果酒和果醋发酵的改进装置及其分析 (4)(选择性必修3 P7“探究·实践”) ①制作果酒的过程中，除酵母菌之外，还会有其他杂菌生长，它们会在酒精发酵中污染发酵液，而避免发酵液污染需要从发酵制作的过程全面考虑。例如，榨汁机、发酵瓶要清洗干净，装入葡萄汁后，封闭充气口；每次排气时只需拧松瓶盖，不要完全揭开瓶盖；严格控制发酵温度、pH等。 ②在制作果醋的过程中，酵母菌是否还会继续发酵？醋酸菌从何而来？ 提示：随着醋酸发酵的进行，发酵液的pH、发酵温度等均不利于酵母菌的生长繁殖，因此酵母菌活性很低。在我们的实验条件下，当打开瓶盖后，空气中的醋酸菌会进入发酵液中大量繁殖，其他的菌因不适应环境条件而不能繁殖。在工业上，后期醋的发酵需要人工接种醋酸菌。 【易错辨析】　//////////////////////////////// (1)泡菜的制作前期需要通入氧气，后期应严格保持无氧条件。(×) 提示：乳酸菌是严格厌氧菌，泡菜的制作过程均需提供无氧条件。 (2)在果酒发酵后期拧松瓶盖的间隔时间可延长。(√) (3)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。(×) 提示：应先进行冲洗，再去除枝梗，以免造成污染。 (4)腐乳的制作需要多种微生物的参与，起主要作用的是曲霉。(×) 提示：腐乳的制作需要多种微生物的参与，起主要作用的是毛霉。 (5)豆腐中的蛋白质被蛋白酶全部分解成了氨基酸。(×) 提示：豆腐中的蛋白质被蛋白酶分解成小分子的肽和氨基酸。 提升关键能力 1.传统发酵技术利用不同的微生物制作不同的产品，而微生物对氧气的需求各不相同，根据微生物在发酵过程中对氧气的要求，回答下列问题： (1)乳酸菌是厌氧细菌，发酵时需控制严格的无氧环境。尝试说出泡菜制作过程中制造无氧环境的措施。 提示：①选择气密性好的泡菜坛。②盐水煮沸后冷却待用。③装坛时压实，盐水没过全部菜料。④盖上坛盖后要在坛盖边沿的水槽中注满水；发酵期间不宜开盖，并在发酵过程中注意经常向水槽中补充水。 (2)传统米酒制作中常在米坛中挖出一定空间，这样做的目的是什么？ 提示：使酵母菌进行有氧呼吸而大量繁殖，增加菌种数量。 2.试从材料的选择处理及发酵条件的控制等方面分析传统发酵的相关问题： (1)腐乳与豆腐相比，所含有机物的种类和能量有哪些变化？为什么？ 提示：腐乳中有机物的种类增加了，所含的能量却减少了。因为豆腐中的蛋白质被分解成了小分子的肽和氨基酸。 (2)制作泡菜时配制的盐水为什么要先煮沸，再冷却使用？ 提示：煮沸一是为了杀死盐水中的杂菌，二是为了排出溶解的氧气；冷却是防止温度过高杀死发酵所需要的乳酸菌。 (3)制作葡萄酒的过程中，每隔12 h左右拧松瓶盖，目的是什么？能否打开瓶盖？为什么？ 提示：拧松瓶盖的目的是放出CO2，防止发酵瓶内因气压过大而爆裂。不能打开瓶盖，因为要避免杂菌污染发酵液。 (4)醋酸发酵时，无论是利用糖源还是酒精，都需要打开通气阀，请说明其原因。 提示：醋酸菌是一种好氧细菌，在发酵过程中始终需要氧气，如果氧气中断则会引起醋酸菌的死亡。 落实素养题组 1.(2024·九省新高考适应性考试·河南卷)黄豆酱是人们喜爱的传统美食，早在春秋时期就有制作方法的相关记载。黄豆酱以黄豆为主要原料，经米曲霉(好氧菌)、酵母菌、乳酸菌等微生物发酵而成。劳动人民在制作过程中不断改进发酵技术，总结出以下经验。下列叙述错误的是(　　) ①选用具有高蛋白酶活性的米曲霉 ②用蒸煮后的大豆与米曲霉混合堆积 ③将初步发酵后含米曲霉等微生物的曲料摊薄，并适当通风 ④在装坛时，添加适量食盐 ⑤发酵过程中，需保持发酵坛密封 ⑥发酵过程中，需定期搅拌 A.①和④对黄豆酱风味的形成起重要作用，利于提升品质 B.②和⑥可以促使微生物和物料充分混合，提高发酵效率 C.③有利于米曲霉和酵母菌进行有氧呼吸并快速大量增殖 D.⑤中乳酸菌主要集中于发酵坛上部而米曲霉集中于下部 解析：选D。米曲霉分泌的蛋白酶能够将黄豆中的蛋白质分解，而食盐一方面可以抑制杂菌生长，一方面可以调味，故①和④对黄豆酱风味的形成起重要作用，利于提升品质，A正确；米曲霉是好氧菌，且能够分泌蛋白酶将黄豆中的蛋白质分解，故②和⑥可以促使微生物和物料充分混合，提高发酵效率，B正确；米曲霉是好氧菌，而酵母菌也可以进行有氧呼吸，故③有利于米曲霉和酵母菌进行有氧呼吸并快速大量增殖，C正确；乳酸菌属于厌氧菌，米曲霉是好氧菌，故⑤中米曲霉主要集中于发酵坛上部而乳酸菌集中于下部，D错误。 2.人类利用微生物发酵制作果酒、果醋的历史源远流长。无论是果酒还是果醋，都具有一定的保健养生功效。下图为制作果酒、果醋的发酵装置，下列叙述正确的是(　　) A.进行果酒发酵时，打开开关2并不断转动搅拌器，可提高酒精产量 B.进行果醋发酵前，不需要检查整个装置的气密性，但应该关闭开关1 C.管口3处取样，可用酸性重铬酸钾溶液检测果酒发酵过程是否产生CO2 D.若要检测果醋发酵是否成功，可以检测发酵前后pH、菌种数量的变化 解析：选D。果酒发酵时应在无氧条件下进行，故进行果酒发酵时，需要营造无氧条件，不能打开开关2，A错误；醋酸菌为需氧菌，因此进行果醋发酵时，需要打开开关1通入无菌空气，B错误；管口3处取样，可用酸性重铬酸钾溶液检测果酒发酵过程是否产生酒精，酒精与重铬酸钾反应可由橙色变为灰绿色，C错误；果醋发酵后产生的醋酸使培养液pH下降，可检测发酵前后发酵样液的pH变化判断醋酸的生成情况，此外也可通过菌种数量变化进行检测，D正确。 考点2　发酵工程及其应用 整合必备知识 1.发酵工程 (1)基本概念：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。 (2)主要内容：发酵工程主要包括菌种的选育，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。 2.发酵工程的基本环节 [深挖教材]　 (1)(选择性必修3 P23“思考·讨论”)影响微生物生长所需发酵条件的调控 ①温度条件：可通过向冷却夹层通入冷水来调控。 ②pH条件：可在培养基中加入缓冲液，在发酵过程中加酸或碱。 ③溶解氧的调控：需根据微生物的代谢类型，若微生物是需氧型的，可通过空气入口通入空气，并调整搅拌叶轮转速增加溶解氧；若微生物是厌氧型的，需封闭空气入口。 3.啤酒的工业化生产流程 (1)啤酒发酵的工业化生产流程及操作目的 (2)“精酿”啤酒与“工业”啤酒的区别 类型 “精酿”啤酒 “工业”啤酒 是否添加食品添加剂 不添加 添加 发酵规模 小 大 发酵时间 长 短 产量 低 高 价格 高 低 [深挖教材] (2)(选择性必修3 P25“思考·讨论”)与传统的手工发酵相比，啤酒的发酵生产过程中，哪些工程手段使啤酒的产量和质量明显提高？ 提示：菌种的选育、对原材料的处理、发酵过程的控制、产品的消毒等，都有助于提高啤酒的产量和品质。　 4.发酵工程的特点 5.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获得具有某种药物生产能力的微生物。 ②直接对菌种进行改造，再通过发酵技术大量生产所需要的产品。 ③利用基因工程，将病原体的某个或某几个抗原基因转入适当的微生物细胞，获得的表达产物可以作为疫苗使用。 (3)在农牧业上的应用：生产微生物肥料、农药和饲料。 (4)其他方面的应用 ①利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质。 ②极端微生物的应用：嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产洗涤剂，嗜低温菌有助于提高热敏性产品的产量。 【易错辨析】　//////////////////////////////// (1)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。(√) (2)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。(√) (3)单细胞蛋白是从微生物细胞中提取出来的。(×) 提示：单细胞蛋白为微生物菌体本身。 落实素养题组 1.啤酒是一种以大麦芽、啤酒花(一种草本植物)、水为主要原料，通过大麦种子发芽→麦芽糖化→加啤酒花、煮沸→糖汁发酵→过滤→分装保存等工艺流程而制成的低酒精度饮料。主发酵阶段按泡沫的形成和消退可分为低泡期、高泡期和落泡期等。下列有关叙述错误的是(　　) A.发酵装置应保持密闭条件，但需要注意定时排气 B.啤酒发酵过程中，酵母菌以大麦中的淀粉为主要碳源 C.低泡期发酵液中的酵母菌数量低于高泡期 D.在高泡期应注意散热，防止发酵液温度过高 解析：选B。酒精发酵利用了酵母菌无氧呼吸产生酒精，故发酵装置应保持密闭条件，但需要注意定时排气(排出二氧化碳)，A正确；酵母细胞呼吸的底物为葡萄糖，不能直接利用淀粉，需要淀粉酶等将淀粉转化成酵母可利用的糖，B错误；主发酵阶段的泡沫的形成主要是二氧化碳的产生，泡沫越多，说明酵母菌越活跃，参与反应的酵母菌越多，因此低泡期发酵液中的酵母菌数量低于高泡期，C正确；高泡期应是主发酵中酵母菌最活跃的阶段，此时会产生大量的热，故在高泡期应注意散热，防止发酵温度升高，从而影响酵母菌的活性，D正确。 2.使用发酵罐(如图)可进行啤酒的工业发酵。下列说法错误的是(　　) A.啤酒酵母在接入发酵罐前需要对其进行扩大培养 B.通过pH检测装置可监测发酵液的发酵进程 C.使用叶轮搅拌的目的是增加发酵液中的溶解氧 D.正常发酵过程中罐内的压力不会低于大气压 解析：选C。为提高啤酒产量，在接入发酵罐前需要对啤酒酵母进行扩大培养，A正确；通过检测发酵液中的pH来监测发酵进程，还可以适时调节pH，保证发酵效率，B正确；图示发酵罐是啤酒发酵，需要无氧环境，故使用叶轮搅拌的目的是使发酵液与酵母菌充分混合，C错误；正常发酵过程中由于会产生气体，罐内的压力会大于大气压，D正确。 　　　　　　　　　　　　　　　　[高考真题·感悟试做]　　　　　　　　　　　　　　　　　 1.(2023·山东高考)以下是以泡菜坛为容器制作泡菜时的4个处理：①沸盐水冷却后再倒入坛中；②盐水需要浸没全部菜料；③盖好坛盖后，向坛盖边沿的水槽中注满水；④检测泡菜中亚硝酸盐的含量。下列说法正确的是(　　) A.①主要是为了防止菜料表面的醋酸菌被杀死 B.②的主要目的是用盐水杀死菜料表面的杂菌 C.③是为了使气体只能从泡菜坛排出而不能进入 D.④可检测到完整发酵过程中亚硝酸盐含量逐渐降低 解析：选C。①沸盐水冷却后再倒入坛中，是为了杀灭杂菌，冷却之后使用是为了保证乳酸菌等微生物的生命活动不受影响，A错误；②盐水需要浸没全部菜料，创造无氧环境，有利于乳酸菌无氧呼吸，B错误；③盖好坛盖后，向坛盖边沿的水槽中注满水，目的是排气减压、隔绝空气、防止杂菌污染等，C正确；④检测泡菜中亚硝酸盐的含量，腌制泡菜过程中亚硝酸盐的含量先增多后减少，D错误。 2.(2023·山东高考·改编)果酒的家庭制作与啤酒的工业化生产相比，共同点有(　　) A.都利用了酵母菌无氧呼吸产生酒精的原理 B.都需要严格的无氧环境 C.发酵前都需要对原料进行灭菌 D.发酵结束后都必须进行消毒以延长保存期 解析：选A。果酒的家庭制作与啤酒的工业化生产均利用了酵母菌进行无氧呼吸产生酒精的原理，A符合题意；酵母菌是兼性厌氧微生物，果酒和啤酒的发酵前期均需要一定的有氧环境，使酵母菌大量繁殖，B不符合题意；果酒的家庭制作不需对原料进行灭菌，C不符合题意；果酒的家庭制作不需要进行消毒，D不符合题意。 3.(2022·山东高考)青霉菌处在葡萄糖浓度不足的环境中时，会通过分泌青霉素杀死细菌，以保证自身生存所需的能量供应。目前已实现青霉素的工业化生产，关于该生产过程，下列说法错误的是(　　) A.发酵液中的碳源不宜使用葡萄糖 B.可用深层通气液体发酵技术提高产量 C.选育出的高产菌株经扩大培养后才可接种到发酵罐中 D.青霉素具有杀菌作用，因此发酵罐不需严格灭菌 解析：选D。青霉菌处在葡萄糖浓度不足的环境中时，会通过分泌青霉素杀死细菌，提供相同含量的碳源，葡萄糖溶液单位体积中溶质微粒较多，会导致细胞失水，发酵液中的碳源不宜使用葡萄糖；乳糖是二糖，可被水解为半乳糖和葡萄糖，是青霉菌生长的最佳碳源，可以被青霉菌缓慢利用而维持青霉素分泌的有利条件，A正确。青霉菌的代谢类型为异养需氧型，可用深层通气液体发酵技术提高产量，B正确。选育出的高产青霉素菌株经扩大培养后，才可接种到发酵罐中进行工业化生产，C正确。为了防止细菌、其他真菌等微生物的污染，获得纯净的青霉素，发酵罐仍需严格灭菌，D错误。 4.(2022·山东高考·改编)啤酒的工业化生产中，大麦经发芽、焙烤、碾磨、糖化、蒸煮、发酵、消毒等工序后，最终过滤、调节、分装。下列说法错误的是(　　) A.用赤霉素处理大麦，可使大麦种子无须发芽就能产生α­淀粉酶 B.焙烤是为了利用高温杀死大麦种子胚并进行灭菌 C.糖浆经蒸煮、冷却后需接种酵母菌进行发酵 D.通过转基因技术可减少啤酒酵母双乙酰的生成，缩短啤酒的发酵周期 解析：选B。赤霉素能促进种子的萌发，据此可推测若用赤霉素处理大麦，可诱导α­淀粉酶相关基因的表达，促进α­淀粉酶的合成，进而使大麦种子无须发芽就能产生α­淀粉酶，A正确；焙烤可以杀死大麦种子的胚，但不使淀粉酶失活，没有进行灭菌，B错误；糖浆经蒸煮(产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌)、冷却后再接种酵母菌进行发酵，防止高温杀死菌种，C正确；转基因技术已被用来减少啤酒酵母双乙酰的生成，缩短啤酒的发酵周期，D正确。 5.(2022·湖北高考)废水、废料经加工可变废为宝。某工厂利用果糖生产废水和沼气池废料生产蛋白质的技术路线如图所示。下列叙述正确的是(　　) A.该生产过程中，一定有气体生成 B.微生物生长所需碳源主要来源于沼气池废料 C.该生产工艺利用微生物厌氧发酵技术生产蛋白质 D.沼气池废料和果糖生产废水在加入反应器之前需要灭菌处理 解析：选A。据图可知，该生产过程中有酿酒酵母的参与，酵母菌呼吸作用会产生二氧化碳，故该生产过程中，一定有气体生成，A正确；糖类是主要的能源物质，微生物生长所需的碳源主要来源于果糖生产废水，B错误；分析图示可知，该生产过程中需要使用连续搅拌反应器，该装置可以增加微生物与营养物质的接触面积，此外也可增大溶解氧含量，故据此推测该生产工艺利用微生物的有氧发酵技术生产蛋白质，C错误；沼气池废料生产利用的是厌氧微生物，在连续搅拌反应器中厌氧微生物会被抑制，因此沼气池废料无需灭菌，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$