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第34讲　传统发酵技术的应用与发酵工程
[课程导学]
内容要求 3.2.1.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。3．2.2.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。
与旧教材对比 增：①科技探索之路；②发酵工程的发展历程；③发酵工程及其应用。改：①腐乳制作内容精减；②亚硝酸盐含量的鉴定放入课后习题。
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：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)实例：腐乳制作
①参与的微生物：毛霉、酵母、曲霉等。
②原理：豆腐中的蛋白质被分解成小分子的肽和氨基酸，味道鲜美，易于消化吸收。
(3)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形式：以混合菌种的固体发酵及半固体发酵为主，通常是家庭式或作坊式的。
③产物：酒、腐乳、酱油、醋、泡菜、豆豉等。
2．制作泡菜
(1)作用菌类：植物体表面天然的乳酸菌。
(2)原理：在无氧条件下，乳酸菌将葡萄糖分解成乳酸[C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋能量]。
(3)方法步骤
　营造“无氧环境”的3项措施
①选择的泡菜坛密封性要好。
②加入蔬菜后要注入煮沸冷却的盐水，使盐水没过全部菜料。
③盖上坛盖后要在坛盖边沿的水槽中注满水。
3．果酒、果醋制作
(1)原理
(2)方法步骤
　果酒、果醋制作时防止杂菌污染的4项措施
①榨汁机要洗净并晾干，发酵瓶要清洗干净，并用体积分数为70%的酒精消毒。
②清洗葡萄时要先冲洗后再除去枝梗，以避免除去枝梗时引起葡萄破损，增加被杂菌污染的机会。
③装入葡萄汁后要封闭发酵装置的充气口。
④发酵瓶的排气管用曲颈管而不用直管。若用简易的发酵装置，每隔一定时间排气时只需拧松瓶盖，不要完全揭开瓶盖。
(1)醋酸菌在无氧条件下利用乙醇产生乙酸。(　　)
(2)酵母菌是嗜温菌，所以果酒发酵所需的最适温度高于果醋发酵温度。(　　)
(3)在果酒发酵后期拧松瓶盖的间隔时间可延长。(　　)
(4)在家庭中用新鲜葡萄制作果酒时，需给发酵装置适时排气。(　　)
(5)泡菜制作的菌种主要是醋酸菌。(　　)
(6)制作泡菜时，盐水煮沸后可以立即使用。(　　)
(7)泡菜发酵过程中泡菜坛沿要注满水有利于泡菜的无氧发酵。(　　)
答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)√　(5)×　(6)×
(7)√
1．(选择性必修3 P6～7文字改编)制葡萄酒时，为什么要将温度控制在18～30 ℃？制葡萄醋时，为什么要将温度控制在30～35 ℃？________________________________________________________________________。
提示：温度是酵母菌、醋酸菌生长和发酵的重要条件。酿酒酵母的最适生长温度约为28 ℃，因此果酒发酵时需将温度控制在其最适温度范围内；多数醋酸菌的最适生长温度为30～35 ℃，因此制作果醋时要将温度控制在30～35 ℃
2．(选择性必修3 P8拓展应用T2改编)随泡菜的发酵时间的延长，亚硝酸盐的含量就会降低。是不是泡菜的发酵时间越长，越适合食用？________________________________________________________________________。
提示：不是，发酵时间过长会产生其他有害物质，同时乳酸含量过多，口味不佳
1．易错易混的四种传统发酵产品的菌种与原理
食品 菌种 呼吸类型 原理 温度
果酒 酵母菌 兼性厌氧 无氧呼吸产生酒精 18～30℃
果醋 醋酸菌 需氧 糖(乙醇)→乙酸 30～35℃
腐乳 毛霉等 需氧 蛋白酶、脂肪酶分别水解蛋白质、脂肪 —
泡菜 乳酸菌 厌氧 无氧呼吸产生乳酸 室温
2.泡菜制作过程中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的变化情况分析
项目时期　 乳酸菌 乳酸 亚硝酸盐
发酵初期 少(有氧气，乳酸菌活动受到抑制) 少 增加(硝酸盐还原菌作用)
发酵中期 最多(乳酸增多，抑制其他菌活动) 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继续下降　 下降至相对稳定(硝酸盐还原菌被完全抑制)
曲线
3.果酒和果醋制作
(1)发酵装置及各部件的作用
(2)果酒、果醋制作结果的评价标准
①果酒制作的结果评价
发酵后取样，可通过嗅味和品尝进行初步鉴定。此外，还可用显微镜观察酵母菌，也可用酸性重铬酸钾与酒精反应呈现灰绿色来检验酒精的存在。制作成功的葡萄酒应色泽鲜艳、爽口、柔和、有浓郁的果香。
②果醋制作的结果评价
可通过观察菌膜的形成、嗅味和品尝进行初步鉴定，再通过检测和比较乙酸发酵前后发酵液的pH(可用pH试纸)进一步鉴定。此外，还可通过在显微镜下观察发酵液中是否有醋酸菌，并统计其数量进一步鉴定。制作成功的果醋具有特殊的果香，酸味柔和，稍有甜味，不涩。
突破1 泡菜的制作
核心素养 科学探究
1．(2022·南阳高三模拟)从开始制作到泡菜品质最佳这段时间内，泡菜逐渐变酸，乳酸菌与杂菌数目也发生变化，下列有关分析错误的是(　　)
A．泡菜制作初期就有乳酸菌的存在
B．密闭的发酵环境使乳酸菌在种间竞争中占据一定优势
C．在发酵过程中，乳酸含量逐渐增多，可以抑制其他微生物的生长
D．在发酵过程中，杂菌数目的减少使乳酸菌与杂菌的种间竞争减弱，因此乳酸菌数目一直增多
解析：选D。泡菜制作初期多种微生物并存，也存在乳酸菌，A正确；乳酸菌是厌氧型微生物，密闭的发酵环境使其在种间竞争中占据一定优势，B正确；发酵过程中，乳酸含量不断增多，不仅可以抑制其他微生物的生长，也会影响乳酸菌的活性，因此乳酸菌数目不会一直增多，C正确，D错误。
2．微生物在人们的生活生产中无处不在，为人们生活增添了诸多乐趣，请回答下列与微生物相关的问题：
某同学尝试制作酸奶和泡菜，他成功地制得酸奶，却未得到泡菜成品，他制作泡菜的流程如下：
(1)请指出实验流程中的一处错误：__________________________________
________________________________________________________________________。
(2)根据题中的条件，请你提出简要的补救方法：_____________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)泡菜风味形成的关键在于__________________的加入。
答案：(1)泡菜盐水未冷却　(2)向已冷却的泡菜坛中加入含乳酸菌的酸奶　(3)调味料
突破2 果酒和果醋的制作
核心素养 科学探究
3．(2021·高考山东卷)某科研人员提交了用带盖玻璃瓶制作果酒和果醋的实验报告，他的做法正确的是(　　)
A．选择新鲜的葡萄除去枝梗后略加冲洗再榨汁
B．将玻璃瓶用酒精消毒后，装满葡萄汁
C．酒精发酵期间，根据发酵进程适时拧松瓶盖放气
D．酒精发酵后拧紧瓶盖，盖一层纱布，再进行醋酸发酵
答案：C
4．图甲、图乙为生物学实验常用的装置示意图，其均可作为发酵装置。下列说法错误的是(　　)
A．甲装置可用于制备果酒，但不适宜用于制备果醋
B．若用甲装置制备果酒，过一段时间需要将瓶盖拧松放气再拧紧
C．若用乙装置制备果酒并将d管连通装有澄清石灰水的锥形瓶，石灰水变混浊的同时会有酒精产生
D．利用乙装置制备果醋时，气阀1和气阀2都要打开，并且需将a作为充气口
解析：选C。由于图甲没有通气装置，所以不适合用于制备果醋，但可用于制备果酒，A正确。制备果酒主要利用的是酵母菌的无氧呼吸，酵母菌在发酵过程中会产生CO2，所以为了避免瓶内气压过大，过一段时间后需要将瓶盖拧松放气再拧紧，B正确。酵母菌进行有氧呼吸和无氧呼吸都会产生CO2，都可以使澄清石灰水变混浊，故不能以此判断是否有酒精产生，C错误。因为制备果醋所需的醋酸菌属于好氧菌，所以用乙装置制备果醋时，需要将气阀1和气阀2打开，并且将a作为充气口，D正确。
5．杨梅果实风味独特、酸甜适中，具有很高的营养和保健价值。下图是制作杨梅酒和杨梅醋的流程图。请回答下列问题：
―→―→―→
(1)传统发酵中，发酵液虽然未经过严格的灭菌处理，但杂菌却不能正常生长繁殖，这是由于果酒发酵的________条件抑制了杂菌的生长。用来检验酒精的化学试剂是____________________。
(2)果酒制作过程中，酵母菌无氧呼吸产生酒精的场所是____________________。温度适宜时果酒发酵时间较短，原因是_____________________________________________________________________
__________________________。
(3)杨梅醋的发酵过程中，除具备必需的营养物质外，还需要往发酵液中持续地通入________________。
(4)下图表示果酒发酵过程中，发酵液的糖度(葡萄糖的浓度)和酒精度(酒精浓度)随时间变化的关系。发酵前24 h，糖度变化很小，酒精度上升很慢，其原因是____________________________________。96 h后酒精度和糖度的变化都趋于平缓，其原因是__________________________________________________________。
解析：(1)果酒发酵是在缺氧、呈酸性的环境中，酵母菌可大量繁殖，而其他绝大多数微生物无法适应这一环境而受到抑制。检验酒精是用酸性条件下的重铬酸钾，其溶液变成灰绿色即说明有酒精。(2)酵母菌无氧呼吸产生酒精的场所是细胞质基质。由于温度影响发酵所需酶的活性，所以只有温度适宜时，与果酒发酵相关酶的活性才最高，发酵速度最快，时间最短。(3)醋酸菌是好氧细菌，必须生活在氧气充足的环境中，且其最适生长温度是30～35 ℃，所以在杨梅醋的发酵过程中，需要往发酵液中持续地通入无菌空气(氧气)。(4)酵母菌是兼性厌氧微生物，在有氧条件下，酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖，在无氧条件下，酵母菌能进行酒精发酵。结合图示曲线分析可知，前24 h内，糖度变化很小，酒精度上升很慢主要是酵母菌还在进行有氧呼吸大量增殖；但是在96 h后，酒精度和糖度的变化都趋于平缓，主要原因是高浓度的酒精和代谢废物会抑制酵母菌的代谢而影响发酵。
答案：(1)缺氧、酸性　酸性重铬酸钾　(2)细胞质基质　此时，与果酒发酵相关的酶活性最高，发酵速度快　(3)无菌氧气(或无菌空气)　(4)此阶段酵母菌主要进行有氧呼吸，大量增殖　高浓度的酒精和代谢废物会抑制酵母菌的代谢而影响发酵
[事实概述性类]
1．[2017·全国Ⅱ，T37(3)]如果在实验后，发现32 h内的发酵效果越来越好，且随发酵时间呈直线上升关系，则无法确定发酵的最佳时间；若要确定最佳发酵时间，还需要做的事情是_________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：延长发酵时间，观测发酵效果，最好的发酵效果所对应的时间即为最佳发酵时间
2．[2013·全国Ⅰ，T39(1)]制作泡菜时，所用盐水需煮沸，其目的是____________。为了缩短制作时间，有人还会在冷却后的盐水中加入少量陈泡菜液，加入陈泡菜液的作用是_______________________________________________。
答案：杀灭杂菌　增加乳酸菌数量
3．[2013·全国Ⅰ，T39(4)]从开始制作到泡菜品质最佳这段时间内，泡菜液逐渐变酸。这段时间内泡菜坛中乳酸菌和其他杂菌的消长规律是_____________________________________________________________________
________________________________________________________________________，
原因是______________________________________________________。
答案：乳酸菌数量增多，杂菌数量减少　乳酸菌比杂菌更耐酸
[原因分析类]
4．[2018·全国Ⅲ，T37(3)]制作面包时，为使面包松软通常要在面粉中添加一定量的酵母菌，酵母菌引起面包松软的原因是__________________________
________________________________________________________________________。
答案：酵母菌分解葡萄糖会产生CO2，CO2使面包松软
5．[2016·全国Ⅲ，T39(1)]分离纯化乳酸菌时，首先需要用______________对泡菜滤液进行梯度稀释，进行梯度稀释的理由是____________________
__________________________________________________________。
答案：无菌水　泡菜滤液中菌的浓度高，直接培养很难分离得到单菌落
6．制作泡菜时，泡菜坛一般用水密封，目的是创造________(填“无氧”或“有氧”)环境。蔬菜在腌制过程中，会产生亚硝酸盐。将显色反应后的样品与已知浓度的标准显色液进行目测比较，估算出的亚硝酸盐含量如下图曲线所示，据图可以得出的结论是_________________________________________
________________________________________________________________________________________________________。
答案：无氧　泡菜封坛后亚硝酸盐含量不断增加，至第4天含量最高，以后逐渐减少，最终趋于稳定(合理即可)
考点二　发酵工程及其应用
1．发酵工程
(1)概念：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)对发酵工程概念的理解
①微生物：包括来自自然界的微生物(即“常规菌”)和基因重组的微生物(即“工程菌”)。
②产品：通过微生物的大量繁殖获得所需产品。包括利用酵母菌发酵制造的啤酒、果酒，利用乳酸菌发酵制造的酸奶，及利用工程菌生产的人胰岛素。
③实质：利用微生物进行产品生产(如次生代谢物和菌体本身)。
2．发酵工程基本环节分析
3．发酵工程的应用
(1)食品工业
①生产传统的发酵产品，如啤酒等。
②生产各种各样的食品添加剂，如味精等。
③生产酶制剂，如α 淀粉酶、果胶酶等。
(2)医药工业：如生产抗生素、激素、免疫调节剂等。
(3)农牧业
①生产微生物肥料：利用了微生物在代谢过程中产生的有机酸、生物活性物质等来增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长。
②生物微生物农药：利用微生物或其代谢物来防治病虫害。
③生产微生物饲料：通过发酵获得大量的微生物菌体，即单细胞蛋白，可以作为食品添加剂，也可用于制成微生物饲料。
(4)其他方面
①利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质，对解决资源短缺与环境污染问题具有重要意义。
②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。
(1)在发酵工程中，可通过诱变育种、基因工程育种获得菌种。(　　)
(2)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。(　　)
(3)在连续培养过程中补充的同种培养液和空气须先灭菌。(　　)
(4)乳酸菌可以代替酵母菌用于乙醇的生产。(　　)
(5)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。(　　)
(6)单细胞蛋白是从微生物细胞中提取出来的。(　　)
答案：(1)√　(2)√　(3)√　(4)×　(5)√　(6)×
1．(选择性必修3 P22～23图1－9)某生产谷氨酸的发酵装置，在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸，但在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N 乙酰谷氨酰胺，由此可知____________________________________________________________________________________________________________________________________。
提示：环境条件不仅影响微生物的生长繁殖，而且也会影响微生物的代谢物的形成
2．(选择性必修3 P23思考·讨论)选择发酵工程用的菌种时，需要考虑的因素有________________________________________________________________。
提示：在低成本的培养基上能迅速生长繁殖；产量高；发酵条件易控制；菌种不易变异、退化等
3．(选择性必修3 P27异想天开)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________。其不仅含有丰富的________，还含有糖类、________和维生素等物质。
提示：菌体　蛋白质　脂质
1．疫苗大规模生产的一种方法是首先在生物反应器中使细胞大量增殖，然后用含有所需抗原的转基因病毒感染生物反应器中的细胞，并使该病毒增殖，最后离心、过滤、纯化病毒，获得所需疫苗，下列说法错误的是(　　)
A．发酵工程包括菌种的选育、扩大培养、培养基的配制、灭菌、接种、发酵和产品的分离提纯等方面
B．获得纯净的微生物培养物的关键是分离、纯化技术
C．振荡培养不仅可以提高培养液的溶氧量，还可以使细胞与培养液充分接触
D．鸡胚通常也是疫苗制备的主要“工厂”
解析：选B。获得纯净的微生物培养物的关键是防止杂菌污染，B错误。
2．发酵工程是指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品。常用好氧菌谷氨酸棒状杆菌利用图1的发酵罐来大量生产味精，发酵流程如图2所示。下列叙述正确的是(　　)
A．发酵中所使用的谷氨酸棒状杆菌菌种可从自然界筛选也可通过诱变育种、杂交育种或者基因工程育种获得
B．为了保证发酵产品的产量和品质，图中发酵配料及发酵罐需经过严格的灭菌
C．在发酵过程中，通过加料口取样，随时监测产物浓度和微生物数量
D．图中发酵过程需通入无菌空气，并通过搅拌使培养液与菌种充分接触后关闭通气口
答案：B
[体验等级考]
1．(2021·高考湖北卷)中国的许多传统美食制作过程蕴含了生物发酵技术。下列叙述正确的是(　　)
A．泡菜制作过程中，酵母菌将葡萄糖分解成乳酸
B．馒头制作过程中，酵母菌进行呼吸作用产生CO2
C．米酒制作过程中，将容器密封可以促进酵母菌生长
D．酸奶制作过程中，后期低温处理可产生大量乳酸杆菌
解析：选B。泡菜制作过程中，主要是乳酸菌将葡萄糖分解形成乳酸，A错误；做馒头或面包时，经常要用到酵母菌，酵母菌可以分解面粉中的葡萄糖，产生CO2和酒精，CO2是气体，遇热膨胀而形成小孔，使馒头或面包暄软多孔，B正确；酵母菌在有氧条件下可以大量繁殖，在密封也就是无氧条件下产生酒精，C错误；酸奶制作过程中，后期低温处理时大部分乳酸杆菌已死亡，不会大量繁殖，D错误。
2．(2021·高考辽宁卷改编)利用菠萝蜜制作果醋的大致流程为：先在灭菌的果肉匀浆中接种酵母菌，发酵6天后，再接入活化的醋酸菌，发酵5天。下列有关叙述错误的是(　　)
A．乙醇既是乙酸发酵的底物，又可以抑制杂菌繁殖
B．酵母菌和醋酸菌均以有丝分裂的方式进行增殖
C．酵母菌和醋酸菌发酵过程中控制通气的情况不同
D．接入醋酸菌后，应适当升高发酵温度
解析：选B。当缺少糖源时，醋酸菌直接将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为乙酸，同时乙醇还可以抑制杂菌繁殖，A正确。酵母菌一般以出芽的方式繁殖，醋酸菌以二分裂的方式进行增殖，B错误。酵母菌发酵过程中先通气使其大量繁殖，再密闭发酵产乙醇；醋酸菌为好氧细菌，需持续通入无菌氧气，C正确。酵母菌进行果酒发酵的适宜温度是18～30 ℃，醋酸菌最适发酵温度为30～35 ℃，D正确。
3．(2021·福建省适应性模考)下列关于我国传统黄酒发酵的叙述，错误的是(　　)
A．黄酒中的酒精是糖类经酵母菌无氧呼吸产生的代谢产物
B．在黄酒的酿造过程中酵母菌的有氧和无氧呼吸都会发生
C．酵母菌发酵生成的酒精会抑制发酵容器中微生物的生长
D．酒精生成过程合成ATP的能量来自丙酮酸中的化学能
答案：D
4．(2020·高考山东卷)我国的酿酒技术历史悠久，古人在实际生产中积累了很多经验。《齐民要术》记载：将蒸熟的米和酒曲混合前需“浸曲发，如鱼眼汤，净淘米八斗，炊作饭，舒令极冷”。意思是将酒曲浸到活化，冒出鱼眼大小的气泡，把八斗米淘净，蒸熟，摊开冷透。下列说法错误的是(　　)
A．“浸曲发”过程中酒曲中的微生物代谢加快
B．“鱼眼汤”现象是微生物呼吸作用产生的CO2释放形成的
C．“净淘米”是为消除杂菌对酿酒过程的影响而采取的主要措施
D．“舒令极冷”的目的是防止蒸熟的米温度过高导致酒曲中的微生物死亡
解析：选C。“净淘米”是为了去除杂质，而“炊作饭”是为了消除杂菌对酿酒过程的影响，C错误。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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