2026届高三生物一轮复习课件：第47讲 传统发酵技术的应用与发酵工程的应用

2026高考一轮复习 第47讲 传统发酵技术的应用与发酵工程 2 1 传统发酵技术的应用 发酵工程及其应用 病 目 录 contents 传统发酵技术的应用 考点1 考点梳理 考点1 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产物的能力，利用它们就可以生产出人们所需要的多种产物。 ③类型： 好氧发酵 厌氧发酵 醋酸发酵、谷氨酸发酵 酒精发酵、乳酸发酵 氧气需求 光合作用 化能合成 动物 寄生 腐生 腐生 需氧型（毛霉） 厌氧型（乳酸菌） 兼性厌氧型（酵母菌） 考点1 传统发酵技术的应用 ④代谢类型： a.樟树的异化作用类型： b.蓝细菌的同化作用类型： c.破伤风芽孢杆菌代谢类型： 需氧型 自养型 异养厌氧型 考点1 传统发酵技术的应用 （2）传统发酵技术 ①概念：直接利用原材料中天然存在的微生物，或利用前一次发酵保存下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术。 ②类型： ③实质：有氧或无氧呼吸条件下的物质氧化分解 ④常见的发酵产品：固体发酵（泡菜、腐乳、馒头、米酒）、半固体发酵（酱油、香醋、豆豉）。它们是我国传统饮食文化的重要组成部分。 ⑤缺点：条件不易控制、易受污染、产量低、纯度不高。 混合菌种的固体发酵和半固体发酵为主 考点1 传统发酵技术的应用 2、制作腐乳 （1）菌种：主要是毛霉（真核生物） （2）原理 酵母菌、曲霉和毛霉等多种微生物参与了豆腐的发酵，起主要作用的是 。 毛霉 毛霉是一种丝状 ，其繁殖方式为 ，代谢类型是 型。适宜温度 。 真菌 孢子生殖 异养需氧 15～18℃ 蛋白质 。 脂肪 。 小分子的肽和氨基酸 甘油和脂肪酸 考点1 传统发酵技术的应用 2、制作腐乳 （2）原理：经过微生物的发酵，豆腐中的蛋白质被分解成小分子的肽和氨基酸；脂肪被脂肪酶分解成甘油和脂肪酸。 （3）腐乳的特点：味道鲜美、易于消化吸收、便于保存。 （4）方法步骤 前期发酵 让豆腐长出毛霉 利用空气中的毛霉孢子或者直接接种毛霉（15-18℃，一定湿度），让毛霉等产生蛋白酶和脂肪酶 （4）方法步骤 加盐腌制 加卤汤瓶 密封腌制 后期发酵 考点1 传统发酵技术的应用 卤汤包括酒和香辛料。酒：抑制微生物生长，并使腐乳具有独特香味；香辛料：调味，防腐杀菌 卤汤中酒的含量应控制在12%左右，过高会延长腐乳成熟的时间，过低不足以抑制微生物生长，可能导致豆腐腐败 随豆腐层数加高增加盐用量，接近瓶口表面，铺厚一点。目的：析出豆腐中的水分、抑制不需要的微生物生长 考点1 传统发酵技术的应用 3、制作泡菜 （1）菌种：乳酸菌（原核生物） （2）原理： 常见的有乳酸链球菌和 。 菌种来源： 。 代谢类型： 。 乳酸杆菌 植物体表面天然的乳酸菌 异养厌氧型 在无氧的情况下，乳酸菌能将葡萄糖分解成乳酸 C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+能量 酶 考点1 传统发酵技术的应用 （3）方法步骤 5%～20% 条状 调味、抑制微生物生长。浓度过高：乳酸发酵受抑制，泡菜风味差；过低：杂菌易繁殖，导致泡菜变质。 杀灭杂菌、除去溶解氧 防止温度过高杀死乳酸菌 亚硝酸盐的含量低 考点1 传统发酵技术的应用 （3）方法步骤 蒜瓣、生姜及其他香辛料 八成 没过全部菜料 ①防止发酵前期大肠杆菌、酵母菌等产生较多的CO2导致的发酵液溢出；②利于盐水淹没菜料，防止杂菌污染 创造无氧环境 调味，也具有抑菌的作用 （3）方法步骤 注满水 温度 考点1 传统发酵技术的应用 排气减压（气体只能出不能进）、创造一个密封无氧的环境，有利于乳酸发酵，防止杂菌污染 温度过高易导致杂菌滋生；温度过低不利于乳酸发酵，会使发酵时间延长。 一般来说，腌制成功的泡菜汤清亮，无梅花浮膜，菜质脆嫩度适口，酸甜咸味适宜，具有一定的香气，咀嚼后无渣等。 考点1 传统发酵技术的应用 （4）亚硝酸盐 泡菜在腌制的过程中会产生亚硝酸盐。膳食中的亚硝酸盐一般不会危害人体健康，但如果人体摄入过量，会发生中毒，甚至死亡。 3 5 7 9 11 13 0 4 8 12 16 20 24 发酵时间/d 亚硝酸盐含量/(mg/kg) 从亚硝酸盐的含量来看，一般在泡菜腌制10d后食用，因为亚硝酸盐含量开始下降。 泡菜发酵时间并不是越长越好：发酵时间过长可能会产生其他有害物质，同时乳酸含量过高，口味不佳。 考点1 传统发酵技术的应用 （4）亚硝酸盐 ①发酵初期：硝酸盐还原菌活动较强，亚硝酸盐的含量增加； ②发酵中期：乳酸积累增多，PH下降，抑制其他微生物，硝酸盐还原菌受到抑制；在乳酸菌相关酶的作用下，部分亚硝酸盐被分解，亚硝酸盐的含量下降； ③发酵后期：硝酸盐还原菌被完全抑制，亚硝酸盐含量下降至相对稳定。 发酵时期 乳酸菌 乳酸 亚硝酸盐 发酵初期 发酵中期 发酵后期 曲线模型 少（O2抑制乳酸菌活动） 少 增加（硝酸盐还原菌的作用） 最多（乳酸抑制其他菌活动） 增多 下降（硝酸盐还原菌受抑制，部分亚硝酸盐被分解） 减少（乳酸积累，pH下降，抑制其活动） 继续增多， 最后保持稳定 下降至保持相对稳定（硝酸盐还原菌被完全抑制） 考点1 传统发酵技术的应用 （4）亚硝酸盐 如何测定亚硝酸盐？ 在盐酸酸化条件下，亚硝酸盐与对氨基苯磺酸发生重氮化反应后，再与N-1－萘基乙二胺盐酸盐结合形成玫瑰红色染料。亚硝酸盐溶液的浓度越高，颜色越深，将经过反应显色后的待测样品与标准液比色，即可计算出样品中的亚硝酸盐含量。 比色法 17 （1）在制作泡菜时可以向泡菜坛中加入一些“陈泡菜水”的原因是什么？ “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，目的是增加乳酸菌的数量。 （2）泡菜坛内有时会长一层白膜，这层白膜是什么? 形成白膜是由于产膜酵母的繁殖。酵母菌是兼性厌氧微生物，泡菜发酵液营养丰富，其表面氧气含量也很丰富，适合酵母菌的繁殖。 可能是食盐浓度过高，抑制乳酸菌生长，产生乳酸较少，导致泡菜未能正常发酵（也可能是由于温度较低）。 （3）制作出的泡菜“咸而不酸”，最可能的原因是什么？ 题型剖析 考点1 传统发酵技术的应用 4、制作果酒、果醋 （1）制作果酒菌种：酵母菌（真核生物） 酵母菌是单细胞真菌，能以多种糖类作为营养物质和能量的来源，适宜温度 ，代谢类型 。繁殖方式 。主要用于酿酒、制作馒头和面包。 （2）原理 18～30℃，最适28℃ 异养兼性厌氧型 出芽生殖和孢子生殖 有氧条件下： 酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖。 C6H12O6+6O2+6H2O 6CO2+12H2O+能量 酶 无氧条件下： 酵母菌进行酒精发酵 C6H12O6 2C2H5OH（酒精）+2CO2+能量 酶 场所：细胞质基质 19 考点1 传统发酵技术的应用 4、制作果酒、果醋 （3）制作果醋菌种：醋酸菌（原核生物） 代谢类型 ，适宜温度 ，可用于制作各种风味醋。 （4）原理（氧气均充足） 异养需氧型 30～35℃ ①当氧气、糖源充足时： 能将糖分解成乙酸 ②当缺少糖源时： 能将乙醇转化成乙醛，再将乙醛变成乙酸 “糖制醋” “酒制醋” C6H12O6＋2O2 2CH3COOH（乙酸）＋ 2CO2 ＋ 2H2O + 能量 酶 酶 C2H5OH ＋O2 CH3COOH（乙酸）＋ H2O + 能量 无CO2生成 考点1 传统发酵技术的应用 （5）方法步骤 洗洁精 酒精 枝梗 去除表面灰尘、污物 先冲洗再除去枝梗 目的：避免除去枝梗时引起葡萄破损，增加被杂菌污染的机会 不要反复冲洗 菌种来源：附着在葡萄皮上的野生型酵母菌 考点1 传统发酵技术的应用 （5）方法步骤 18～30 10～12 拧松 注意：不是打开瓶盖 工业发酵，一般前期通入氧气供酵母菌繁殖，后期无氧条件进行酒精发酵 需缓慢放气，排出发酵过程中产生CO2 ，防止瓶内气压过高引起爆裂 考点1 传统发酵技术的应用 （5）方法步骤 30～35 7～8 菌种来源：空气中的野生型醋酸菌或从食醋中分离醋酸菌 考点1 传统发酵技术的应用 （6）果酒与果醋制作过程比较总结 低温制酒， 高温制醋 考点1 传统发酵技术的应用 （6）果酒与果醋制作过程比较总结 考点1 传统发酵技术的应用 （6）果酒与果醋制作过程比较总结 （7）改良实验装置 考点1 传统发酵技术的应用 关闭 CO2 空气中微 生物的污染 进一步改进： 可以在充气口填充棉花或者安装其他过滤装置，以防止充入的气体携带外来杂菌污染发酵液等。 （7）改良实验装置 由制酒转为制醋需改变的环境条件： 酒精发酵结束有机物种类将： 考点1 传统发酵技术的应用 升高温度、通入无菌空气。 增多，因为无氧呼吸会产生一些中间产物。 出料口 充气口 排气口 （1）在制作果酒和果醋的过程中，发酵液分别有哪些变化？其中最明显的变化发生在发酵后多少天？引起变化的原因是什么？ 产生气泡，酵母菌发酵产生CO2； ②产热，会使发酵液温度上升，应注意控温； ③随着发酵时间的延长，由果皮进入发酵液的花青素会越来越多，因而发酵液的颜色会逐渐加深变成深红色。 ④果醋发酵完成时，在发酵液的液面上会出现一层菌膜，这是醋酸菌膜。 题型剖析 （2）在制作果酒的过程中，除了酵母菌, 是否还有其他微生物生长？它们会对果酒发酵产生影响吗？如果有，如何避免这种影响？ 还有乳酸菌、醋酸菌等微生物。 在有氧的情况下，醋酸菌能把糖分解成醋酸或者把乙醇转化为乙醛进而转化为醋酸。可以通过减少O2含量、调节发酵温度、pH来控制醋酸菌含量。 乳酸菌能糖、甘油、酒石酸等，从而使果酒变质。可以通过调节发酵的温度、果酒的pH等来控制乳酸菌的含量。 题型剖析 1．酵母菌在有氧条件下利用葡萄汁产生酒精。( ) 2．利用带盖的瓶子制作果酒时，应将瓶子装满，以创造无氧环境。 ( ) 3．醋酸菌在无氧条件下利用乙醇产生乙酸。( ) 4．制作酸奶可用含有抗生素的牛奶。( ) 5．乳酸菌是严格厌氧菌，在有氧条件下其生存受抑制或死亡。( ) 6．果酒变酸是因为没有保证严格无氧环境，醋酸菌发酵产生醋酸。 （ ） × × × × √ √ 题型剖析 [模型新命题点思考] 4．在温度等适宜的条件下，甲、乙、丙三个制作果酒的发酵瓶正在进行着发酵，如下图所示。发酵过程中，每隔一段时间均需排气一次。据图分析下列问题。 注：各发酵瓶的左侧管为充气管，右侧管为排气管。 题型剖析 (1)图中发酵瓶甲、丙的错误分别是什么？分别会导致发酵中出现的主要异常现象是什么？ 甲发酵瓶未夹住充气管，酵母菌呼吸作用产生的乙醇被氧化成乙酸，所以现象是发酵液从充气管流出，发酵液变酸；丙发酵瓶中发酵液过多，发酵过程中会淹没排气管在瓶内的管口，这样发酵液会从排气管流出。 (2)在上述制作葡萄酒的过程中，假设乙发酵瓶的某一步骤操作错误导致发酵瓶塞被冲开，该错误操作是什么？ 未及时排气。 题型剖析 3．(2021·江苏选择考)某同学选用新鲜成熟的葡萄制作果酒和果醋。下列相关叙述正确的是(　　) A．果酒发酵时，每日放气需迅速，避免空气回流入发酵容器 B．果酒发酵时，用斐林试剂检测葡萄汁中还原糖含量变化，砖红色沉淀逐日增多 C．果醋发酵时，发酵液产生的气泡量明显少于果酒发酵时 D．果醋发酵时，用重铬酸钾测定乙酸含量变化，溶液灰绿色逐日加深 C 题型剖析 发酵工程及其应用 考点2 考点梳理 考点2 发酵工程及其应用 1、发酵工程的基本环节 （1）概念 （2）主要内容 发酵工程是指利用 的特定功能，通过 ，规模化生产对人类有用的产品。 微生物 现代工程技术 考点2 发酵工程及其应用 （3）基本环节 ①选育菌种 途径：a.从自然界中筛选常规菌种； b.通过诱变育种和基因工程育种获得菌种。 选择发酵工程用的菌种时需要考虑的因素： a.在低成本的培养基上能迅速生长繁殖； b.产量高； c.发酵条件容易控制； d.菌种不易变异、退化等。 柠檬酸 啤酒 味精 青霉素 黑曲霉 啤酒酵母 产黄青霉 谷氨酸棒状杆菌 考点2 发酵工程及其应用 （3）基本环节 ②扩大培养 目的： 操作： 培养基的类型： 将培养到生长速度最快时期，即种群数量为K/2时的菌体分开，再进行培养。 增加菌种数量，缩短生产周期 一般使用液体培养基 考点2 发酵工程及其应用 （3）基本环节 ③配制培养基 原则： 营养构成： 注意： 在生产实践中，培养基使用前要经过反复实验（即不断优化培养基配方）才能用于大规模生产。 目的明确、营养协调、pH适宜 水、无机盐、碳源、氮源等 （3）基本环节 ④灭菌 对象： 目的： ⑤接种 操作：将扩大培养的菌种接种到发酵罐内的培养基 条件：保持无菌条件 考点2 发酵工程及其应用 发酵工程所用的菌种大多数是单一菌种，防止杂菌污染而影响产品的产量和品质。 培养基和发酵设备。 杂菌与菌种之间形成种间竞争关系、杂菌产生代谢物抑制菌种的生长使产量下降 （3）基本环节 ⑥发酵罐内发酵 地位： 要求： a.随时检测培养液中的 和 ，以了解发酵进程； b.及时添加必需的 ，来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发酵产物； c.严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等发酵条件，以保证产品质量和产量。 考点2 发酵工程及其应用 发酵工程的中心环节 微生物数量 产物浓度 营养组分 引入计算机控制系统的作用：能对发酵过程中的温度、pH、溶解氧、罐压、通气量等进行监测和控制；可以反馈控制，使发酵全过程处于最佳状态 培养物或营养物质的加入口 观察孔 取样管 温度传感器及控制装置 冷却水进入口 阀门 空气入口 放料管 生物传感器装置 搅拌叶轮 发酵液 冷却夹层 冷却水排出口 pH计 排气管 电动机 发酵罐示意图： 抽取样本进行检测 调节罐温 调节罐压 控制溶解氧含量 不断搅拌的目的： ①使菌种与发酵液混合均匀，提高原料利用率； ②加快O2的溶解以及散热。 培养物或营养物质的加入口 观察孔 取样管 电动机 排气管 pH计 冷却水排出口 冷却夹层 发酵液 搅拌叶轮 生物传感器装置 空气入口 温度传感器和控制装置 冷却水进入口 阀门 放料管 编号 主要用途 A区 B区 C区 D区 控制培养物以一定速度进入、流出发酵罐，实现连续培养 通过肉眼观察、仪器检测等监控发酵条件以及发酵过程。 取样器也可以通过取样判断发酵状态和程度。 通过控制冷水流速调节罐温 电机带动叶轮转动进行搅拌，使微生物与发酵液混合均匀，加快氧气溶解以及散热。 考点2 发酵工程及其应用 （3）基本环节 a.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，会引起发酵温度升高； b.机械搅拌产生的热量（摩擦生热并且将机械能转化为热能），也会引起发酵温度升高。 发酵温度升高原因： 控制方法：发酵罐壁散热，水分蒸发会带走部分热量，使发酵温度降低。可用冷却水进行温度的调节。 （3）基本环节 pH变化原因： 实例： 控制方法： 谷氨酸的发酵生产：在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸；在酸性条件下则会抑制谷氨酸生成形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。 在培养液中添加缓冲液，在发酵过程中加酸或碱。 考点2 发酵工程及其应用 主要是培养液中营养成分的利用和代谢物的积累。 考点2 发酵工程及其应用 （3）基本环节 ⑦分离、提纯产物 过滤、沉淀 产物的性质 发酵工程 传统发酵技术 菌种 发酵方式 对发酵条件的控制 生产规模 是否需要分离提纯产品 大多数是单一菌种 液体发酵为主 严格无菌操作 生产规模大 需要根据发酵产品类型进行分离提纯 混合菌种 固体发酵或半固体发酵 不是无菌操作 通常是家庭式或作坊式的，产量低 一般不进行分离提纯 发酵工程与传统发酵技术的区别与联系： 考点2 发酵工程及其应用 考点2 发酵工程及其应用 2、啤酒发酵的工业化生产流程及操作目的 大麦种子发芽，释放淀粉酶 终止发芽，减少糖类消耗 主发酵： 后发酵： 酵母菌的繁殖，大部分糖的分解和代谢物的生成。 在低温、密闭的环境下储存一段时间，形成澄清、成熟的啤酒。 2、啤酒发酵的工业化生产流程及操作目的 淀粉分解，形成糖浆 酵母菌将糖转化为酒精和二氧化碳 考点2 发酵工程及其应用 考点2 发酵工程及其应用 “精酿”啤酒与“工业”啤酒的区别 3、发酵工程的特点 考点2 发酵工程及其应用 容易处理 温和 丰富 低廉 专一 污染小 4、发酵工程的应用 考点2 发酵工程及其应用 食品添加剂 酶制剂 黑曲霉 增加食品的营养，改善食品的口味、色泽、品质，还可以延长食品的保存期 4、发酵工程的应用 考点2 发酵工程及其应用 增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长 单细胞蛋白就是微生物菌体本身，不能说提取单细胞蛋白 青贮饲料中添加乳酸菌可提高饲料的品质，使饲料保鲜，动物食用后可提高免疫力。 利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质；利用嗜热菌、嗜盐菌生产洗涤剂，嗜低温菌有助于提高热敏性产品的产量 (2022·天津静海区期中)如图所示为发酵工程生产产品的流程图，据图回答： (1)若能生产人生长激素的工程菌是通过①培育的，①应该是_________；若高产青霉素菌种是通过②培育的，②应该是________。 基因工程 诱变育种 (2)根据培养基的用途，可以将它们分为_____培养基和_____培养基。各种培养基的具体配方不同，但一般都含有_________ _______________等营养成分。培养基在使 选择 鉴别 碳源、氮 源、水、无机盐 高压蒸汽灭菌法(湿热灭菌法) 用之前要用___________________________进行灭菌。 题型剖析 (3)整个过程的中心环节是____________，在该时期要随时取样检测培养基中的______________________等。同时，要严格控制_________________等发酵条件，因为环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，而且会影响微生物________的形成。 发酵罐内发酵 微生物数量、产物浓度 溶氧量、pH和温度 代谢物 题型剖析 (4)在发酵过程中要不断搅拌的目的是：①___________；②______________________ _____________________。 (5)发酵产品分离、提纯时要根据产品的类型不同选择合适的方法。如果发酵产品是菌体本身，常常采用____________等方法分离、提纯；如果发酵产品是微生物的代谢物，还要根据____________采取适当的方法分离、提纯。 增加溶氧量 使菌种与培养液充分接 触，提高原料的利用率 过滤、沉淀 产物的性质 题型剖析 加 油！ 学 习 $$