2025届高三生物一轮复习课件第1讲 传统发酵技术的应用与发酵工程

第1讲　传统发酵技术的应用与发酵工程 （1.5课时） 主题12　发酵工程 梳理：知识网络 内化：考点一 传统发酵技术 正高：P228-233 限时：P66-67，1、2、4、7 导与练：P116-118， 考点二：发酵工程及其及应用 自 讲 练 -- 第1讲 传统发酵技术的应用与发酵工程 细读教材·排查遗漏（导与练P112） 1.(选择性必修3 P5正文)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正文延伸)利用果汁先制作果酒,再制作果醋,这一过程中,并不是一直有气泡产生,因为酒精发酵时有CO2产生,因此有气泡产生;当制作果醋时,醋酸菌利用乙醇生产乙酸的过程无CO2产生,因此无气泡产生。 3.(选择性必修3 P8正文)菌种差异、杂菌情况不明和发酵过程的控制缺乏标准等,往往会造成发酵食品的品质不一。 10.(选择性必修3 P24～25思考·讨论)与传统的手工发酵相比,在啤酒的发酵生产过程中,使啤酒的产量和质量明显提高的手段有接种高质量纯种酵母菌、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。 11.(选择性必修3 P27正文)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,通过发酵获得的微生物菌体。 -- 第1讲 传统发酵技术的应用与发酵工程 必备知识细目 高考试题分布 考点频度 考查方式 3.2发酵工程为人类提供多样的生物产品 传统发酵技术及实例 2024河北T18、2023全国乙T37、2023山东T12、2022山东T20、2021全国乙T37 中 本部分的题目难度不大，分值也不高。试题情境大多来自实际的 发酵过程，侧重考查利用所学知识解决实际问题的能力 发酵工程的原理及应用 2024山东T14、2023山东T20、2021全国乙T37、2021广东T21 中 -- 第1讲 传统发酵技术的应用与发酵工程 考点一 发酵与传统发酵技术 1.传统发酵技术 概念： 直接利用的________________微生物，或利用___________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。 类型： 传统发酵以混合菌种的______发酵及_______发酵为主 优缺点 优点：操作简单、便于家庭式或作坊式生产。 缺点：菌种差异、杂菌情况不明和发酵过程的控制缺乏标准，往往易受污染、生产效率低，品质不一等。 原材料中天然存在 前一次发酵 固体 半固体 -- 第1讲 传统发酵技术的应用与发酵工程 考点一 发酵与传统发酵技术 2.发酵食品 发酵 食品 主要微生物 代谢类型 适宜温度 发酵原理 腐 乳 泡菜 果酒 醋 毛 霉 （真核生物) 乳酸菌 （原核生物) 酵母菌 （真核生物) 醋酸菌 （原核生物) 异养好氧型 异养厌氧型 异养兼性厌氧型 异养好氧型 蛋白质 小分子肽+氨基酸 蛋白酶 C6H12O6 酶 2C3H6O3(乳酸)+ 能量 C6H12O6＋2O2→2CH3OOH＋2CO2＋能量 酶 前期有氧呼吸，利于繁殖 C2H5OH＋O2→CH3COOH＋H2O＋能量 酶 30—35℃ 18—30℃ 后期无氧呼吸，进行酒精发酵 -- 第1讲 传统发酵技术的应用与发酵工程 考点一 发酵与传统发酵技术 用清水和食盐配制质量百分比为5%-20%的盐水，并将盐水煮沸，冷却待用； (1)泡菜的制作 将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过菜料，盖好坛盖； 配制盐水 原料处理、蔬菜装坛 加盐水 封坛发酵 向坛盖边缘的水槽中注满水，并在发酵过程中注意经常向水槽中补充水； 根据室内温度控制发酵时间； 将新鲜蔬菜洗净，切成块状或条状，混合均匀，晾干后装入泡菜坛内；装至半坛时，加入蒜瓣、生姜及其他香辛料，继续装至八成满； 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。 杀菌除氧 创造无氧环境 在泡菜发酵初期，酵母菌等较为活跃，发酵产物中有较多的CO2，防止发酵液溢出坛外； 防止因装太满使盐水未完全淹没菜料而导致菜料变质腐烂； -- 第1讲 传统发酵技术的应用与发酵工程 考点一 发酵与传统发酵技术 传统泡菜腌制过程中，乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐是如何变化的？请同学们动手画一画？ 发酵时期 乳酸菌 乳酸 亚硝酸盐 发酵初期 少(有氧气，乳酸菌的活动受到抑制) 少 增加(硝酸盐还原菌促进硝酸盐还原形成) 发酵中期 最多(乳酸抑制其他菌活动) 积累增多积累增多pH下降 下降(硝酸盐还原菌受抑制,部分亚硝酸盐被分解) 发酵后期 减少(乳酸积累，pH下降,抑制其活动) 继续增多，pH达续下降 下降至相对稳定(硝酸盐还原菌被完全抑制) -- 第1讲 传统发酵技术的应用与发酵工程 导与练P118，1.泡菜的制作对工艺流程要求较高,如图为某食品公司安检人员所记录的检测结果,下列相关叙述正确的是(　 　) A.泡菜制作过程中,pH呈下降趋势,是酵母菌无氧呼吸所致 B.据图可知食盐浓度和腌制时间均会影响亚硝酸盐的含量变化 C.由图可知,制作泡菜时,NaCl浓度越低越好 D.泡菜制作过程中泡菜坛内出现的白膜由乳酸菌大量繁殖形成 B -- 第1讲 传统发酵技术的应用与发酵工程 考点一 发酵与传统发酵技术 (2)果酒、果醋的制作 将发酵瓶、榨汁机等器具用洗洁精清洗干净，并用体积分数为70%的酒精消毒，晾干备用; 用榨汁机榨取葡萄汁，将葡萄汁装入发酵瓶（注意：要留有大约1/3的空间），盖好瓶盖; 将温度控制在18-30℃进行发酵，在发酵过程中， 每隔12h左右将瓶盖拧松一点（注意：不是打开瓶盖），此后再拧紧瓶盖 发酵时间为10-12d。可通过从发酵瓶口取样来对发酵的情况进行检测。 取新鲜葡萄，用清水冲洗1-2次，再去除枝梗和腐烂的籽粒，沥干; 去除表面灰尘、污物 避免葡萄破损， 减少被杂菌污染的机会 先让酵母菌进行有氧呼吸，快速繁殖，耗尽O2后，再进行酒精发酵； 防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出。 防止野生菌种数量减少，影响发酵 排出气体 防止杂菌污染 器具消毒 冲洗葡萄 榨汁装瓶 果酒发酵 果醋发酵 当葡萄酒制作完成后，打开瓶盖，盖上一层纱布，进行葡萄醋的发酵。发酵温度为30-35℃，时间为7-8d。 空气中的醋酸菌会进入果酒发酵液中大量繁殖 -- 第1讲 传统发酵技术的应用与发酵工程 正高P232，1．(2022河北部分学校大联考)黄酒是中国特产，与啤酒、葡萄酒并称世界三大古酒。关于黄酒酿造方法，古遗六法中描述：秫稻必齐、曲蘖必时、湛炽必洁、水泉必香、陶器必良、火齐必得(注：曲蘖主要指酒曲，湛炽是指浸泡和蒸煮)。下列说法错误的是( ) A．酵母菌利用“秫稻”经细胞呼吸产生酒精的同时会产生CO2 B．不同季节温度不同而制作的“曲蘖”不同，会影响酿酒发酵的进程 C．“陶器必良”和“火齐必得”是为了控制发酵过程的环境条件 D．“湛炽必洁”目的是确保发酵过程中只有酵母菌在起作用 D -- 第1讲 传统发酵技术的应用与发酵工程 考点二 发酵工程及其应用 在青霉素生产过程中如果有杂菌污染，某些杂菌会分泌青霉素酶，将青霉素分解掉。 生产柠檬酸 生产啤酒 生产味精 黑曲霉 啤酒酵母 谷氨酸 棒状杆菌 在菌种确定之后，要选择原料制备培养基。在生产实践中，培养基的配方要经过反复试验才能确定。 接种 选育菌种 制备培养基 扩大培养 灭菌 发酵罐内发酵 分离、提纯产物 获得产品 性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得。 工业发酵罐的体积一般为几十到几百立方米，接入的菌种总体积需要几立方米到几十立方米。所以，在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养 发酵工程中所用的菌种大多数是单一菌种，一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。因此，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。 (1)温度条件的调控可通过向冷却夹层通入冷水来调控。 (2)pH条件的调控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，建立厌氧环境等。 这是发酵工程的中心环节。在发酵过程中，要随时检测培养液中微生物的数量、产物的浓度等，以了解发酵进程。还要及时添加必需的营养组分，要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件。 环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，而且会影响微生物代谢物的形成。 如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后，采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥，即可得到产品。如果产品是代谢物，可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品。 1.发酵工程基本环节 -- 第1讲 传统发酵技术的应用与发酵工程 考点二 发酵工程及其应用 2.实例：啤酒的工业化生产流程 -- 第1讲 传统发酵技术的应用与发酵工程 考点二 发酵工程及其应用 2.实例：啤酒的工业化生产流程 发芽 1 2 焙烤 3 碾磨 4 糖化 蒸煮 5 发酵 7 消毒 8 终止 主发酵 后发酵 6 大麦种子发芽，释放淀粉酶。 加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活。 将干燥的麦芽碾磨成麦芽粉。 淀粉水解，形成糖浆。 产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌。 酵母菌将糖转化为酒精和CO2 杀死啤酒中的大多数微生物，延长它的保存期。 过滤、调节、分装啤酒进行出售。 酵母菌繁殖、糖分解和代谢物的生成 低温、密闭环境下储存形成澄清、成熟啤酒 -- 第1讲 传统发酵技术的应用与发酵工程 正高P230，(2023佛山二模)与传统发酵技术相比，发酵工程的产品种类更加丰富，产量和质量明显提高。发酵工程的基本环节如下图所示，下列叙述错误的是( ) A A．若能生产人生长激素的工程菌是通过①培育的，①应为诱变育种 B．菌种在发酵罐内发酵是整个过程的中心环节 C．环境条件会影响微生物的生长繁殖，也会影响微生物代谢物的形成 D．⑥⑦过程中对发酵产品分离、提纯要根据产品类型选择合适的方法 -- 第1讲 传统发酵技术的应用与发酵工程 正高P231/导与练P117，(2021广东卷21题)中国科学家运用合成生物学方法构建了一株嗜盐单胞菌H，以糖蜜(甘蔗榨糖后的废弃液，含较多蔗糖)为原料，在实验室发酵生产PHA等新型高附加值可降解材料，期望提高甘蔗的整体利用价值。工艺流程如图。 (1)为提高菌株H对蔗糖的耐受能力和利用效率，可在液体培养基中将蔗糖作为___________，并不断提高其浓度，经多次传代培养（指培养一段时间后，将部分培养物转入新配的培养基中继续培养）以获得目标菌株。培养过程中定期取样并用___________的方法进行菌落计数，评估菌株增殖状况。此外，选育优良菌株的方法还有___________等。（答出两种方法即可） 唯一碳源 稀释涂布平板 诱变育种、 基因工程育种 -- 第1讲 传统发酵技术的应用与发酵工程 回答下列问题： (2)基于菌株H嗜盐、酸碱耐受能力强等特性，研究人员设计了一种不需要灭菌的发酵系统，其培养基盐浓度设为60 g/L，pH为10，菌株H可正常持续发酵60 d以上。该系统不需要灭菌的原因是 _ _ 　。(答出两点即可)  (3)研究人员在工厂进行扩大培养，在适宜的营养物浓度、温度、pH条件下发酵，结果发现发酵液中菌株H细胞增殖和PHA产量均未达到预期，并产生了少量乙醇等物质，说明发酵条件中　 可能是高密度培养的限制因素。  (4)菌株H还能通过分解餐厨垃圾(主要含蛋白质、淀粉、油脂等)来生产PHA，说明其能分泌　 　。  蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等　 氧气(或溶解氧) 酶变性失活，生长繁殖受抑制　 条件下，其他杂菌因失水过多而死亡；pH为10的条件下，其他杂菌的 盐浓度为60 g/L的 -- 第1讲 传统发酵技术的应用与发酵工程 考点二 发酵工程及其应用 3.发酵工程的应用 生物防治 -- 第1讲 传统发酵技术的应用与发酵工程 回答下列问题： (1)在粉碎的秸秆中接种菌T，培养一段时间后发现菌T能够将秸秆中的纤维素大量分解，其原因是　 　。  限时P67，(2023全国卷)某研究小组设计了一个利用作物秸秆生产燃料乙醇的小型实验。其主要步骤是：先将粉碎的作物秸秆堆放在底部有小孔的托盘中，喷水浸润、接种菌T，培养一段时间后，再用清水淋洗秸秆堆(清水淋洗时菌T不会流失)，在装有淋洗液的瓶中接种酵母菌，进行乙醇发酵(酒精发酵)。实验流程如图所示。 菌T能够分泌纤维素酶　 -- 第1讲 传统发酵技术的应用与发酵工程 (2)采用液体培养基培养酵母菌，可以用淋洗液为原料制备培养基，培养基中还需要加入氮源等营养成分，氮源的主要作用是 _ _ (答出1点即可)。通常，可采用高压蒸汽灭菌法对培养基进行灭菌。在使用该方法时，为了达到良好的灭菌效果，需要注意的事项有　 (答出两点即可)  胞结构提供原料(微生物细胞中的含氮物质，如核酸、蛋白质、磷脂) 为合成微生物细 (3)将酵母菌接种到灭菌后的培养基中，拧紧瓶盖，置于适宜温度下培养、发酵。拧紧瓶盖的主要目的是__________________。但是在酵母菌发酵过程中，还需适时拧松瓶盖，原因是_______________。发酵液中的乙醇可用　 　_____________________溶液检测。  (4)本实验收集的淋洗液中的___________可以作为酵母菌生产乙醇的原料。与以粮食为原料发酵生产乙醇相比，本实验中乙醇生产方式的优点是　 __________________________________________________________。  葡萄糖　 酸性的重铬酸钾　 排出二氧化碳　 制造无氧环境　 废物利用、节约粮食、清洁环保、不污染环境、生产成本低 来源教材P28 -- 第1讲 传统发酵技术的应用与发酵工程 毛霉、曲霉、酵母 肽和氨基酸 无氧 乳酸菌无氧 酵母菌 有氧 醋酸菌 乙酸 乳酸 -- 第1讲 传统发酵技术的应用与发酵工程 导与练P113，正误判断 1.腐乳的制作需要多种微生物的参与,起主要作用的是曲霉。 (　 　) 2.谷氨酸的发酵生产: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。(　 　) 3.泡菜制作中选材装至半坛时,放入蒜瓣、生姜及其他香辛料,继续装满。( ) 4.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。(　 　) 5.只有在糖源充足的情况下才能进行醋酸发酵。(　 　) 6.单细胞蛋白是通过发酵产生的大量微生物分泌蛋白。(　 　) 7.发酵工程一般用半固体培养基。(　 　) × × × × × × √ -- 第1讲 传统发酵技术的应用与发酵工程 正高P233/导与练P117，4．(2022重庆巴蜀中学校联考)发酵工程在医药上的应用非常广泛，其中青霉素的发现和产业化生产进一步推动了发酵工程在医药领域的应用和发展。产黄青霉菌是一种广泛存在于自然界中的霉菌，是生产青霉素的重要工业菌种。工业上生产青霉素的发酵工程流程如图所示。回答相关问题： -- 第1讲 传统发酵技术的应用与发酵工程 (1)对产黄青霉菌进行分离纯化并计数采用了　 法，其可以用来计数的原理为　 _ 　。在制备该培养基时， 除了添加必要的营养成分外，还需要将pH调至　 　性。  (2)接种之前的过程①②都属于　 　。整个发酵过程的中心环节是　 　。  (3)过程③需要严格的灭菌，否则由于 _ 　，可能会导致青霉素产量下降。过程④可采用 _ 方法将菌体分离干燥。  过滤、沉淀 霉素分解　 某些杂菌会分泌青霉素酶将青 发酵罐中发酵　 扩大培养　 酸　 一个单菌落，来源于样品稀释液中的一个活菌　 当样品的稀释度足够高时，培养基表面生长的 稀释涂布平板 -- 第1讲 传统发酵技术的应用与发酵工程 $$