第10章 第56 课时 传统发酵技术的应用、发酵工程及其应用(教用Word)-【金榜题名】2026年高考生物一轮总复习

第10章　生物技术与工程 第56课时　传统发酵技术的应用、发酵工程及其应用 高考目标定位 1.利用乳酸菌发酵制作酸奶或泡菜。2.利用酵母菌、醋酸菌分别制作果酒和果醋。 考点一　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)腐乳的制作 ①原理：蛋白质小分子的肽和氨基酸。 ②腐乳制作过程中参与的微生物：多种微生物参与了豆腐的发酵，如酵母、曲霉和毛霉等，其中起主要作用的是毛霉。 (2)泡菜的制作 ①菌种的种类和来源 常见的乳酸菌有乳酸链球菌和乳酸杆菌。 菌种来源：植物体表面天然的乳酸菌。 ②乳酸菌发酵制作泡菜的原理：C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋能量。 ③制作泡菜的方法步骤 (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 续表 项目 制作果酒 制作果醋 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 判断正误 　(1)豆腐中的蛋白质被蛋白酶全部分解成了氨基酸(　×　) 提示　毛霉分泌的蛋白酶能将豆腐中的蛋白质分解成小分子的肽和氨基酸。 (2)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　参与泡菜制作的乳酸菌是厌氧菌，因此泡菜的制作全过程都要保持无氧条件。 (3)酵母菌通过有氧呼吸可以大量繁殖，通过无氧呼吸可以产生酒精(　√　) (4)当缺乏糖源和氧气时，醋酸菌将乙醇转化为乙醛，进而转化成乙酸(　×　) 提示　醋酸菌是好氧细菌，氧气缺乏时，会引起醋酸菌死亡，当氧气充足、缺少糖源时，醋酸菌将乙醇转化为乙醛，进而转化成乙酸。 (5)在利用葡萄发酵产生果酒的后期，加入醋酸菌即可产生乙酸(　×　) 提示　在利用葡萄发酵产生果酒的后期，需要打开发酵装置的充气口并适当提高温度，才能进行果醋发酵。 1．黄酒是世界上最古老的酒类之一，源于我国，且唯我国有之，与啤酒、葡萄酒并称世界三大古酒。古遗六法中描述道：“黍米必齐，曲孽必时，水泉必香，陶器必良，湛炽必洁，火剂必得”。曲蘖主要指酒曲，湛炽是指浸泡和蒸煮，回答下列问题： (1)“陶器必良”和“火剂必得”的目的是什么？ 提示　控制发酵过程的氧气和温度等条件。 (2)黄酒发酵过程中，不需要对黍米和陶器装置进行严格灭菌，却可以防止其他杂菌对发酵产生影响，为什么？ 提示　在缺氧、呈酸性的发酵液中，酵母菌可以生长繁殖，而绝大多数其他微生物都因无法适应这一环境而受到抑制(且发酵产生的酒精对其他杂菌也有毒害作用)。 (3)“陈储”是指将榨出的黄酒放入储酒罐内存放待用，陈储要特别注意密封，为什么？ 提示　若是密封不好，醋酸菌容易将酒精转化为醋酸，使黄酒变酸(合理即可)。 (4)黄酒的酒精度数一般为15度左右，酒精度数无法继续提高可能的原因是什么？ 提示　酒精浓度升高导致酵母菌活性下降。 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　煮沸的原因：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左右拧松瓶盖一次，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。 考向一　泡菜的制作 【例1】　(2025·深圳模拟)泡菜古称葅，是指为利于长时间存放而经发酵的蔬菜。下列关于腌制泡菜的叙述，正确的是(　　 ) A．泡菜发酵期间，乳酸积累到质量分数为0.4%～0.8%时，泡菜的口味、品质最佳 B．不同腌制时间，泡菜中亚硝酸盐含量均不相同 C．泡菜发酵过程中表面出现白膜，可能是醋酸菌液面大量发酵引起的 D．膳食中的亚硝酸盐会危害人体健康 【答案】　A 【解析】　A、制作传统泡菜是利用植物体表面天然的来进行发酵的，发酵期间，乳酸会不断积累，当它的质量分数为0.4%～0.8%时，泡菜的口味、品质最佳，A正确； B、泡菜腌制过程中，随着时间增加，亚硝酸盐含量先增加后减少，因此不同腌制时间，泡菜中亚硝酸盐含量可能相同，B错误； C、在泡菜制作过程中，泡菜发酵液的营养丰富，其表面往往含有适量的氧气，适合酵母菌生长繁殖，成膜酵母生长繁殖会在泡菜坛液面的形成一层白膜，C错误； D、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，D错误。 故选A。 【例2】　襄阳大头菜是中国四大名腌菜之一，其制作流程为：鲜菜→整理清洗→下缸→一次转缸→二次转缸→三次转缸→一次腌晒(盐水\卤水)→二次腌晒(盐水\卤水)→三次腌晒(盐水\卤水)→四次腌晒(盐水\卤水)→五次腌晒(盐水\卤水)→下缸加香料→成品。五次腌晒过程中，盐水用量从20%逐渐上升到28%，卤水单次用量基本相同。下列叙述错误的是(　　 ) A．在高盐密闭环境下，农家腌制大头菜的过程为单一菌种发酵 B．卤水可提升大头菜的色香，同时具有抑菌作用 C．多次转缸可使各层大头菜均匀发酵，同时避免热量积累 D．第五次腌晒时盐水用量达到28%，有利于延长大头菜保质期 【答案】　A 【解析】　A、在高盐密闭环境下，绝大部分微生物的生长会受到抑制，但没有经过严格杀菌，大头菜的制作过程仍然是混合菌种发酵，A错误； B、卤水由多种香辛料熬制形成，可提升大头菜的色香，同时具有抑菌作用，B正确； C、多次转缸可使各层大头菜均匀发酵，呼吸产生的热量也均匀，这样可以避免热量积累，C正确； D、第五次腌晒时盐水用量达到28%，在高浓度盐的作用下，微生物难以生存，有利于延长大头菜保质期，D正确。 故选A。 考向二　果酒果醋的制作 【例3】　(2024·湖北高考)制醋、制饴、制酒是我国传统发酵技术。醋酸菌属于好氧型原核生物，常用于食用醋的发酵。下列叙述错误的是(　　 ) A．食用醋的酸味主要来源于乙酸 B．醋酸菌不适宜在无氧条件下生存 C．醋酸菌含有催化乙醇氧化成乙酸的酶 D．葡萄糖在醋酸菌中的氧化分解发生在线粒体内 【答案】　D 【解析】　A、食用醋的酸味主要来自醋酸，醋酸学名乙酸，A正确； B、醋酸菌是好氧型细菌，不适宜在无氧的条件下生存，B正确； C、在制醋时，缺失原料的情况下，醋酸菌将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸，因此醋酸菌体内含有催化乙醇氧化成乙酸的酶，C正确； D、醋酸菌属于细菌，没有核膜包被的细胞核和众多细胞器，因此没有线粒体，D错误。 故选D。 【例4】　(2024·浙江高考)阅读下列材料，完成下面小题。 柿子具有较高的营养价值和药用价值。采用液体发酵法可酿制出醋香浓郁、酸味纯正的柿子醋，提高了柿子的经济价值。柿子醋的酿造工艺流程如图所示。 (1)下列关于酒精发酵和醋酸发酵的叙述，错误的是(　　 ) A．酒精发酵是吸能反应 B．酒精发酵在无氧条件下进行 C．醋酸发酵是放能反应 D．醋酸发酵在有氧条件下进行 (2)下列关于柿子醋酿造过程的叙述，错误的是(　　 ) A．加酶榨汁环节加入果胶酶，有利于提高柿子汁产量 B．酒精发酵前可对柿子汁进行杀菌，以利于酒精发酵 C．若柿子酒的酒精度过高，应稀释后再用于醋酸发酵 D．用不同品种和成熟度的柿子酿造的柿子醋风味相同 【答案】　(1)A　(2)D 【解析】　(1)A、酒精发酵是利用的酵母菌的无氧呼吸，属于放能反应，A错误； B、酒精发酵是利用的酵母菌的无氧呼吸，需要的是无氧条件，B正确； C、醋酸发酵利用的是醋酸菌的有氧呼吸，属于放能反应，C正确； D、醋酸发酵利用的是醋酸菌的有氧呼吸，需要的是有氧条件，D正确。 故选A。 (2)A、加酶榨汁环节加入果胶酶，破坏其细胞壁，有利于提高柿子汁产量，A正确； B、酒精发酵前可以可对柿子汁进行杀菌，再接种酵母菌，以利于酒精发酵，B正确； C、高浓度酒精有杀菌作用，因此若柿子酒的酒精度过高，应稀释后再用于醋酸发酵，C正确； D、用不同品种和成熟度的柿子酿造的柿子醋风味不相同，D错误。 故选D。 考点二　发酵工程及其应用 1．发酵工程的概念 (1)基本概念：发酵工程是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：发酵工程一般包括菌种的选育，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 选育菌种 　↓ 扩大培养：增加菌种数量 ↓ 配制培养基：在菌种确定后选择原料，反复试 验确定培养基配方 ↓ 灭菌：培养基和发酵设备都必须严格灭菌 ↓ 接种：无菌操作 ↓ ↓ ↓ 获得产品 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 【提醒】　 啤酒发酵的发酵过程分为主发酵和后发酵两个阶段。酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成都在主发酵阶段完成。 (2)“精酿”啤酒与“工业”啤酒的区别 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)在其他方面的应用 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。 判断正误 　(1)与家庭传统发酵一样，发酵工程所用的菌种绝大多数是混合菌种(　×　) 提示　发酵工程所用的菌种绝大多数是单一菌种。 (2)在青霉素生产过程中如果污染了杂菌，某些杂菌会分泌酶将青霉素分解掉(　√　) (3)谷氨酸的发酵生产中，在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酰胺；在酸性条件下则容易形成谷氨酸和N－乙酰谷氨酰胺(　×　) 提示　谷氨酸的发酵生产中，酸性条件下容易形成谷氨酰胺和N－乙酰谷氨酰胺；在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸。 (4)单细胞蛋白是通过发酵产生的大量微生物分泌蛋白(　×　) 提示　单细胞蛋白是微生物菌体。 (5)发酵工程一般用半固体培养基(　×　) 提示　发酵工程应用于生产实践一般用液体培养基，可以连续培养，提高产量。 　我国是世界上啤酒的生产和消费大国。啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的，阅读教材“啤酒的工业化生产流程”，思考回答下列问题： (1)制麦过程需促使大麦种子萌发，发芽大麦合成大量淀粉酶直接促进糖化，淀粉糖化后啤酒酵母才能充分发酵，为什么？ 提示　酵母菌不能直接利用淀粉做碳源。 (2)大麦发芽会消耗部分储存的有机物，影响产量，提高了生产成本，如何解决以上问题？ 提示　用赤霉素处理大麦，可以使大麦种子无须发芽就能产生α－淀粉酶。 (3)与传统的手工发酵相比，在啤酒的工业化生产流程中，哪些工程手段使啤酒的产量和质量明显提高？ 提示　接种单一高质量纯种、严格的消毒灭菌措施、培养基营养物质协调、严格的发酵条件控制等，都使啤酒的产量和质量明显提高。 考向三　发酵工程及其应用 【例5】　(2024·江西高考)井冈霉素是我国科学家发现的一种氨基寡糖类抗生素，它由吸水链霉菌井冈变种(JGs，一种放线菌，菌体呈丝状生长)发酵而来，在水稻病害防治等领域中得到广泛应用。下列关于JGs发酵生产井冈霉素的叙述，正确的是(　　 ) A．JGs可发酵生产井冈霉素，因为它含有能够编码井冈霉素的基因 B．JGs接入发酵罐前需要扩大培养，该过程不影响井冈霉素的产量 C．提高JGs发酵培养基中营养物质的浓度，会提高井冈霉素的产量 D．稀释涂布平板法不宜用于监控JGs发酵过程中活细胞数量的变化 【答案】　D 【解析】　A、基因表达的产物是蛋白质，而井冈霉素是JGs发酵生产的一种氨基寡糖类抗生素，A错误； B、JGs接入发酵罐前需要扩大培养，该过程会影响JGs的数量，进而影响井冈霉素的产量，B错误； C、在一定范围内提高JGs发酵培养基中营养物质的浓度，会提高井冈霉素的产量，但若浓度过大，反而会降低井冈霉素的产量，C错误； D、JGs是一种放线菌，菌体呈丝状生长，形成的菌落难以区分，因此稀释涂布平板法不宜用于监控JGs发酵过程中活细胞数量的变化，D正确。 故选D。 【例6】　(2024·山东高考)在发酵过程中，多个黑曲霉菌体常聚集成团形成菌球体，菌球体大小仅由菌体数量决定。黑曲霉利用糖类发酵产生柠檬酸时需要充足的氧。菌体内铵离子浓度升高时，可解除柠檬酸对其合成途径的反馈抑制。下列说法错误的是(　　 ) A．相同菌体密度下，菌球体越大柠檬酸产生速率越慢 B．发酵中期添加一定量的硫酸铵可提高柠檬酸产量 C.发酵过程中pH下降可抑制大部分细菌的生长 D．发酵结束后，将过滤所得的固体物质进行干燥即可获得柠檬酸产品 【答案】　D 【解析】　A、黑曲霉利用糖类发酵产生柠檬酸时需要充足的氧，相同菌体密度下，菌球体越大越不利于菌体与氧气接触，柠檬酸产生速率越慢，A正确； B、菌体内铵离子浓度升高时，可解除柠檬酸对其合成途径的反馈抑制，发酵中期添加一定量的硫酸铵，提高铵离子浓度，菌体内可提高柠檬酸产量，B正确； C、发酵过程中pH下降导致细菌生命活动所必需的酶失活，可抑制大部分细菌的生长，C正确； D、发酵结束后，将过滤所得的固体物质进行分离、纯化、浓缩、干燥等一系列操作后才能获得柠檬酸产品，D错误。 故选D。 1．(选择性必修3 P5)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。 2．(选择性必修3 P7)醋酸发酵的反应式：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。 3．(选择性必修3 P7)制作葡萄酒时，要将温度控制在18～30 ℃的原因是温度是影响酵母菌生长的重要因素。酿酒酵母的最适生长温度为28_℃。制作葡萄醋时，要将温度控制在30～35 ℃的原因是醋酸菌的最适生长温度为30～35_℃。 4．(选择性必修3 P7)在制作果酒的过程中，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，盖好瓶盖；每次排气时只需拧松瓶盖，不要完全揭开瓶盖等。 5．(选择性必修3 P8)某同学在制作泡菜前，查阅资料得知，可以向泡菜坛中加些“陈泡菜水”，目的是增加乳酸菌的数量。某同学制作出的泡菜“咸而不酸”，造成这个结果最可能的原因是加盐太多，盐浓度过高，杀死了乳酸菌等微生物。 6．(选择性必修3 P27)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。 7．果酒和果醋改进装置及其分析 8．(2022·湖南，21节选)某黄酒酿制工艺流程如图所示，图中加入的菌种a是酵母菌，工艺b是消毒(填“消毒”或“灭菌”)，采用工艺b的目的是杀死黄酒中的大多数微生物，并延长其保存期。 9．(2023·新课标，35节选)若实验获得一种具有良好固氮能力的根瘤菌，可通过发酵工程获得大量根瘤菌，用于生产根瘤菌肥。根瘤菌肥是一种微生物肥料，在农业生产中使用微生物肥料的作用是促进植株生长，增加作物产量；能够减少化肥的使用，改良土壤，减少污染，保护生态环境(至少答出两点)。 学科网（北京）股份有限公司 $$