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【备考2024】生物高考一轮复习
第35讲　传统发酵技术的应用和发酵工程及应用
[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、食品及其他农业生产上有重要的应用价值
[核心素养](教师用书独具) 1.发酵菌种的结构与功能的关系。(生命观念)2.比较制作果酒、果醋、腐乳、泡菜的原理、流程、发酵条件等的异同。(科学思维)3.设计实验探究理想的发酵条件。(科学探究)4.关注食品安全，倡导健康的生活方式。(社会责任)
考点1　发酵与传统发酵技术的概念及泡菜的制作
1．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．传统发酵技术
3．泡菜的制作
(1)菌种来源：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。
(3)反应式：C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋能量。
(4)制作流程
1．腐乳的制作仅是毛霉参与了豆腐的发酵。 (×)
提示：多种微生物参与了豆腐的发酵，如酵母、曲霉和毛霉。
2．传统发酵以混合菌种的固体发酵及半固体发酵为主。 (√)
3．制作传统泡菜是利用植物体表面天然的乳酸菌来进行发酵的。 (√)
4．制作泡菜时泡菜坛一般只装九成满。 (×)
提示：泡菜发酵时易膨胀，制作泡菜时泡菜坛一般只装八成满。
5．泡菜制作过程中，有机物的干重和种类将减少。 (×)
提示：泡菜制作过程中，有机物的干重将减少，而有机物的种类将增加。
6．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。 (√)
1．制作传统泡菜的盐水需煮沸并冷却后才可使用，原因是什么？(选择性必修3　P6“探究·实践”)
提示：加热煮沸是为了杀灭杂菌，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。
2．制作传统泡菜时无须严格灭菌，但随着发酵的进行，乳酸菌逐渐成为优势菌种，试分析其原因。(选择性必修3　P6“探究实践”)
提示：泡菜坛内形成了缺氧、酸性的环境，不利于大多数微生物生长。
1．从开始制作到泡菜质量最佳这段时间内，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________________________________________________________。
提示：乳酸菌数量增加，杂菌数量减少　乳酸菌比杂菌更为耐酸
2．泡菜的制作方法不当，很容易造成泡菜变质，甚至发霉变味，试分析可能的原因是__________________________________________________________
___________________________________________________________________。
提示：泡菜坛密封不严(或盐和水的比例不适当)引起杂菌滋生、泡菜变质
1．泡菜制作中的注意事项
(1)材料的选择及用量
①蔬菜应新鲜，若放置时间过长，蔬菜中的硝酸盐易被还原成亚硝酸盐。
②用清水和食盐配制质量百分比为5%～20%的盐水。盐的浓度过高，乳酸发酵受抑制，泡菜风味差；用量过低，杂菌易繁殖，导致泡菜变质。
(2)防止杂菌污染
①每次取样用具要洗净，要迅速封口。
②盐水要煮沸后冷却，煮沸的作用一是除去水中的氧，二是杀灭盐水中的杂菌。
(3)氧气需求
①泡菜坛要选择火候好、无裂纹、无砂眼、坛沿深、盖子吻合好的，目的是创造无氧环境，有利于乳酸菌发酵，防止蔬菜腐烂。
②泡菜坛坛盖边沿的水槽内注满水，以保证坛内乳酸菌发酵所需的无氧环境，注意在发酵过程中经常补水。
(4)控制适宜的温度
若温度偏高则有害菌活动能力强；若温度偏低则不利于乳酸发酵，导致发酵时间延长。
2．泡菜发酵过程中乳酸菌、乳酸的变化
项目 乳酸菌 乳酸 亚硝酸盐
发酵初期 少(有O2、乳酸菌活动受抑制) 少 增加(硝酸盐还原菌的作用)
发酵中期 最多(乳酸抑制其他菌活动) 积累、增多、pH降低 降低(硝酸盐还原菌受抑制，部分亚硝酸盐被分解)
发酵后期 减少(乳酸继续积累，pH继续降低，抑制其活动) 继续增多，pH继续降低，直至稳定 降低至相对稳定(硝酸盐还原菌被完全抑制)
1．市场上购买的真空包装酸菜，在没有漏气的状态下发生了“胀袋”现象，同学A怀疑是杂菌污染导致的，同学B怀疑是乳酸菌大量繁殖导致的，你支持谁的观点并说明理由。
提示：支持A的观点，乳酸菌代谢过程中不产生气体。
2．请尝试绘制出泡菜制作过程中乳酸菌、亚硝酸盐及乳酸随发酵时间的变化曲线。
提示：如图
3．制作泡菜时，同样的材料和腌制条件，不同坛中各时期测得的亚硝酸盐含量不同，分析最可能的原因。
提示：泡菜制作过程中使用的菌种为天然菌种，由于各坛中微生物的种类和数量不同，尽管不同坛中使用了同样的材料和腌制条件，但在各时期测得的亚硝酸盐含量仍会不同。
考查发酵与传统发酵技术的概念
1．关于发酵的叙述，不正确的是 (　　)
A．发酵就是无氧呼吸
B．发酵是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
C．酒精发酵是由活的酵母菌引起的
D．利用微生物能够生产出人们所需多种产物的原因是不同的微生物具有产生不同代谢物的能力
A　[发酵包括有氧发酵和无氧发酵，A错误；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，B正确；酒精发酵是由活的酵母菌引起的，C正确；不同的微生物具有产生不同代谢物的能力，因此利用微生物能够生产出人们所需的多种产物，D正确。]
2．下列有关传统发酵技术的叙述，不正确的是 (　　)
A．传统发酵以混合菌种的固体发酵和半固体发酵为主
B．在制作腐乳的过程中，多种微生物参与了豆腐的发酵，其中起主要作用的是毛霉
C．腐乳味道鲜美的原因在于大分子蛋白质被分解成了小分子的肽和氨基酸
D．传统发酵技术都是直接利用天然原料中的微生物
D　[传统发酵技术是指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发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术，D错误。]
考查泡菜的制作原理、流程等
3．(2021·连云港高三模拟)我国制作泡菜历史悠久。《中馈录》中记载：“泡盐菜法，定要覆水坛。此坛有一外沿如暖帽式，四周内可盛水；坛口覆一盖，浸于水中…… 则所泡之菜不得坏矣。泡菜之水，用花椒和盐煮沸，加烧酒少许……如有霉花，加烧酒少许。坛沿外水须隔日一换，勿令其干。”下列说法正确的是(　　)
A．“泡菜之水， 用花椒和盐煮沸”的目的是彻底灭菌
B．“霉花”主要由酵母菌繁殖形成，酵母菌往往来自蔬菜
C．“坛沿外水须隔日一换， 勿令其干”以保证坛内适宜湿度
D．分离泡菜汁中的乳酸菌，可用稀释涂布平板法和MS培养基
B　[“泡菜之水，用花椒和盐煮沸”的目的包括提升泡菜味道、减少水中的溶氧量和消毒杀菌防止杂菌污染，A错误；“霉花”指的是泡菜坛内表面的白膜，主要由酵母菌繁殖形成，而酵母菌往往来自蔬菜，B正确；“坛沿外水须隔日一换，勿令其干”以保证坛内的无氧环境，C错误；分离泡菜汁中的乳酸菌，可用稀释涂布平板法，在分离纯化所用的培养基中还需要加入碳酸钙，其作用是中和乳酸菌代谢过程中产生的乳酸和利于乳酸菌的分离，D错误。]
4．(不定项)泡菜是一种传统美食，世界各地都有泡菜的影子，涪陵榨菜、法国酸黄瓜、德国甜酸甘蓝，并称为世界三大泡菜。下图表示制作泡菜及测定泡菜中亚硝酸盐含量的实验流程示意图，下列分析正确的是(　　)
A．选择新鲜的原料可以降低亚硝酸盐的含量
B．配制盐水的浓度不宜过高，防止乳酸发酵受到抑制
C．为降低亚硝酸盐含量，需要泡菜发酵的时间越长越好
D．泡菜发酵温度过高过低都会造成杂菌滋生，口感下降
AB　[新鲜原料中亚硝酸盐含量更低，放置一段时间的原料由于微生物的作用，使亚硝酸盐的含量增加，故选择新鲜的原料可以降低亚硝酸盐的含量，A正确；用清水与盐配制质量百分比为5%～20%的盐水，盐水的浓度不宜过高，防止乳酸菌乳酸发酵受到抑制，B正确；发酵时间过长，泡菜的品质降低，C错误；泡菜发酵温度过高、食盐用量过低、腌制时间过短，容易造成杂菌大量滋生，口感下降，D错误。]
考点2　果酒和果醋的制作
1．制作原理与发酵条件
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
发酵温度 18～30 ℃ 30～35 ℃
发酵时间 10～12天 7～8天
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.发酵过程及注意事项
(1)实验用具消毒
↓
(2)挑选冲洗葡萄
↓
(3)榨汁
↓
(4)果酒发酵
↓
(5)取样检测
↓
(6)果醋发酵
1．醋酸菌在无氧条件下利用乙醇产生醋酸。 (×)
提示：醋酸菌在有氧条件下利用乙醇产生醋酸。
2．酵母菌为嗜温菌，果酒发酵所需的最适温度高于果醋发酵温度。 (×)
提示：酵母菌为嗜温菌，果酒发酵所需的最适温度较低。
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．制作果酒、果醋时，对发酵瓶、榨汁机等需用体积分数为70%的酒精消毒。 (√)
6．葡萄酒呈深红色的原因是发酵过程中葡萄皮的色素进入到发酵液中。
(√)
1．在制果酒的第4步，每隔12 h左右就要将瓶盖拧松一次，但又不打开，这样做的目的是什么？(选择性必修3　P7“探究·实践”)
提示：使二氧化碳排出，不打开瓶盖是防止氧气和有害杂菌进入 。
2．为缩短果醋的制作周期，应采取哪些有效措施？(写出三点)(选择性必修3　P7“探究·实践”)
提示：以果酒为原料；增加醋酸菌的数量；控制适宜的发酵温度。
1．果酒发酵时，装入发酵瓶要留有大约1/3的空间，原因是____________
________________________________________________________________
_______________________________________________________________。
提示：为酵母菌大量繁殖提供适量的氧气，防止发酵时汁液溢出
2．制作果酒时，若酵母菌的数量充足且温度适宜，但获得的发酵液中酒精浓度较低，则出现该结果的原因最可能是________________________________
___________________________________________________________________。
提示：培养过程中发酵瓶密封性不好，混入了氧气
1．发酵装置及各部件的作用
2．制作果酒和果醋过程中产量低的原因
(1)果酒制作中产生的酒精少：
①发酵前期酵母菌有氧呼吸不足，酵母菌数量少。
②发酵后期密封不严，酵母菌发酵受抑制。
(2)果醋制作中产生醋酸少：发酵过程中供氧不足所致。
3．自然发酵状态下不容易引起杂菌污染的原因
(1)冲洗步骤可去除部分杂菌。
(2)酸性、无氧的发酵环境可以抑制其他杂菌的生长。
(3)酵母菌对酒精的耐受性高于其他杂菌。
研究发现：经葡萄里面的糖分自然发酵而成的酒精，一般在10%～13%为最佳，发酵时的温度和时间会影响果酒发酵产生酒精的含量。为了找到适合生产的最佳发酵温度和时间。请你设计出探究的思路。
提示：设置不同的温度，分别在不同发酵时间测定发酵液中酒精的含量，酒精含量最快达到10%～13%的温度和相应时间为最佳。
考查果酒、果醋的制作原理、流程等
1．(2021·山东等级考)葡萄酒的制作离不开酵母菌。下列说法错误的是(　　)
A．无氧条件下酵母菌能存活但不能大量繁殖
B．自然发酵制作葡萄酒时起主要作用的菌是野生型酵母菌
C．葡萄酒的颜色是葡萄皮中的色素进入发酵液形成的
D．制作过程中随着发酵的进行发酵液中糖含量增加
D　[酵母菌进行有氧呼吸获得能量大量繁殖，无氧条件下，发酵产生酒精，故无氧条件下酵母菌能进行无氧呼吸存活但不能大量繁殖，A正确；自然发酵制作葡萄酒时起主要作用的菌是葡萄皮上的野生型酵母菌，B正确；葡萄皮中的色素进入发酵液使葡萄酒呈现颜色，C正确；制作过程中随着发酵的进行发酵液中糖含量减少，D错误。故选D。]
2．(不定项)(2021·淄博高三模拟)以苹果汁为原料，经酒精发酵、醋酸发酵可制得果醋。下列说法错误的是(　　)
A．酒精发酵阶段和醋酸发酵阶段的适宜温度相同
B．酒精发酵阶段和醋酸发酵阶段均有大量气体产生
C．在醋酸发酵阶段醋酸杆菌将酒精转化为醋酸
D．在醋酸发酵阶段接种乳酸菌可提高醋酸的酸度
ABD　[酒精发酵阶段适宜温度为18～30 ℃，醋酸发酵阶段的适宜温度为30～35 ℃，A错误；醋酸发酵阶段产生醋酸，无气体产生，B错误；当氧气、糖源都充足时，醋酸菌将葡萄汁中的葡萄糖分解成醋酸，当缺少糖源时，醋酸菌将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸，C正确；在醋酸发酵阶段接种醋酸菌可提高醋酸的酸度，乳酸菌无氧呼吸产物是乳酸，不是醋酸，D错误。]
考查发酵条件的控制等
3．(2021·大连高三联考)某小组利用塑料饮水杯、充氧泵、空气过滤器、回旋式单向阀硅胶管等材料制作的一种新型的果酒、果醋两用发酵装置，如下图。请分析回答：
(1)制作果酒和果醋利用的微生物分别是______、______。
(2)图中________和不锈钢气泡石能为发酵罐中的培养液进行充氧操作，________能为通入的空气进行无菌过滤，从而对发酵罐中的培养液实现无菌换气。
(3)酿制果酒时一般将温度控制在________℃，图示装置一般要先通气后紧闭软管夹，通气的目的是______________________________________________
___________________________________________________________________。
若要检测果汁发酵后是否有酒精产生，可从出料口取2 mL发酵液加入试管，再滴加0.5 mL________溶液，观察是否呈现________色。
(4)图中排气构件由回旋式单向阀通过硅胶塞连接于排气口而成，使用前先在单向阀内装入约1/3体积冷却的开水，这样处理的主要好处有____________
______________________________________________________(至少答两点)。
[解析]　(1)参与果酒制作的微生物是酵母菌，参与果醋制作的微生物是醋酸菌。
(2)由图示装置可知，通电后的充氧泵和不锈钢气泡石能为发酵罐中的培养液进行充氧操作，空气过滤器能为通入的空气进行无菌过滤，从而对发酵罐中的培养液实现无菌换气。
(3)酵母菌发酵的最适温度为18～30 ℃。通气的目的是为酵母菌大量繁殖提供适量的氧气。用酸性重铬酸钾可以检测酒精，即在试管中加入(2 mL)发酵液，再滴加(0.5 mL溶有0.1 g重铬酸钾)的硫酸溶液，观察溶液是否呈现灰绿色。
(4)排气构件使用前先在单向阀内装入约1/3体积冷却的开水，利用水封的原理，不仅能将发酵过程产生的气体及时排出发酵罐，并通过单向阀中气泡的生成了解发酵状况，还能有效隔绝外界空气对发酵介质的氧化及外界杂菌的污染，同时排气不需要人工控制，使用方便。
[答案]　(1)酵母菌　醋酸菌　(2)充氧泵　空气过滤器　(3)18～30　有利于酵母菌的繁殖　酸性重铬酸钾　灰绿　(4)能将发酵过程产生的气体及时排出发酵罐、可通过单向阀中气泡的生成了解发酵状况、能有效隔绝外界空气对发酵介质的氧化及外界杂菌的污染、排气不需要人工控制，使用方便
考点3　发酵工程及应用
1．发酵工程
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．发酵工程的基本环节
3．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生产抗生素、多种氨基酸；②生产激素和免疫调节剂等。
(3)在农牧业上的应用：①生产微生物肥料；②生产微生物农药；③生产微生物饲料。
(4)其他方面的应用：如利用嗜热菌、嗜盐菌生产洗涤剂等。
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．发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种。 (√)
4．利用发酵工程技术生产的微生物农业药物仅是利用其代谢产物来防治病虫害的。 (×)
提示：利用发酵工程技术生产的微生物农业药物是利用微生物或其代谢产物来防治病虫害的。
5．发酵工程的产品主要包括微生物的代谢产物、酶及菌体本身。 (√)
6．谷氨酸发酵生产时，在酸性条件下积累较多的谷氨酰胺。 (×)
提示：谷氨酸发酵生产时，在酸性条件下则易形成谷氨酰胺和N 乙酰谷氨酰胺。
1．发酵罐中设计搅拌叶轮进行搅拌的意义是什么？(选择性必修3　P23“发酵罐示意图”)
提示：使菌种与发酵底物更能充分接触，提高发酵效率。
2．单细胞蛋白可以作为食品添加剂。单细胞蛋白是微生物产生的单一纯净的蛋白质吗？(选择性必修3　P27“异想天开”改编)
提示：不是，单细胞蛋白是微生物菌体。
1．生产啤酒时，需进行后发酵的原因是____________________________
_______________________________________________________________。
提示：主发酵结束后，发酵液不能适合饮用，要在低温、密闭的环境下储存一段时间后进行后发酵，这样才能形成澄清、成熟的啤酒
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_______
______________________________________________________________。
提示：热敏性产品的质量
1．搅拌叶轮在发酵过程中的作用
(1)通过叶轮的搅拌作用，使培养基在发酵罐内得到充分的混合，尽可能使微生物在发酵罐里的每一处均能得到充足的氧气和培养基中的营养物质。
(2)良好的搅拌有利于微生物发酵过程中产生的热量传递给冷却介质。
(3)搅拌能使发酵液充分混合，发酵罐的发酵液中的固型物质保持悬浮状态。
2．发酵罐中发酵条件的控制
(1)温度的控制：发酵过程中可以通过温度传感器和控制装置进行检测和由冷却水进、出口水流来调整。
(2)溶解氧的控制：通过通气量和搅拌速度加以调节。
(3)pH的控制：可以通过pH计检测，并由加料装置添加酸和碱进行调节，也可以在培养基中添加pH缓冲液等。
计算机应用的发酵工程中实现了对温度、酸碱度、通气量、转速的自动记录和自动控制。
3．与传统的容器相比，发酵罐最明显的优势
发酵罐能实现大规模连续生产，最大限度地利用原料和设备，获得高产量和高效率。
(1)进行严格灭菌，能使空气按需要流通，从而提供良好的发酵环境。
(2)实施搅拌、振荡以促进微生物生长。
(3)对温度、压力、空气流量实行自动控制。
(4)通过各种生物传感器测定发酵罐内菌体浓度、营养成分、产品浓度等，并用电脑随时调节发酵进程。
1．微生物菌剂通常有液态和固态两种。下图是通过发酵工程制备菌剂的流程。
你认为工业生产中应首选制备液态还是固态的微生物菌剂？并阐述理由。
提示：液态的微生物菌剂。原因是制备方法简单(无需选择合适载体、干燥、粉碎等操作)、成本低、使用方便、启动时间短。
2．目前在经济作物栽培中使用的赤霉素(GA3)大多是来自赤霉菌(属于真菌)进行发酵工程的产品。为提高发酵过程中赤霉素的产量，研究人员采用分阶段变温调控的发酵工艺后，与恒温发酵相比，GA3的产量明显提高。发酵过程中菌丝干重、残糖浓度及GA3浓度的变化如图所示。
尝试分析发酵过程中残糖浓度下降的原因。
提示：菌丝生长、各种代谢物(或赤霉素合成)所需的碳源及能量都主要由糖类提供。
微生物工业发酵的基本过程
1．发酵工程在食品工业、医药工业和农牧业等许多领域得到了广泛的应用，在发酵过程中，发酵条件的控制至关重要。下列关于发酵条件的控制的叙述不正确的是(　　)
A．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，因此发酵过程要严格控制发酵条件
B．发酵过程中微生物代谢产热和机械搅拌产热，会使发酵温度升高，因此要及时调节发酵罐温度
C．培养基中营养物质的利用和代谢物的积累，可能会导致发酵液pH发生改变，如工业酿酒会导致pH上升
D．现代工业发酵对发酵条件的监测和控制是通过计算机系统实现的，可以使发酵过程处于最佳状态
C　[果酒制作过程中不仅会产生酒精，还会产生大量的二氧化碳，因此利用酵母菌制作果酒的过程中，发酵液的pH会下降，C错误。]
2．(2021·济南高三二模)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(　　)
图1
图2
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
B　[谷氨酸棒状杆菌属于原核生物，不能进行有性生殖，无法通过杂交育种获得，A错误；严格灭菌可以杀死发酵配料及发酵罐中的所有微生物，防止杂菌污染，从而保证发酵产品的产量和品质，B正确；在发酵过程中，应通过放料口取样，随时监测产物浓度和微生物数量，C错误；谷氨酸棒状杆菌属于好氧菌，在发酵过程中要不断地通入无菌空气，不能关闭通气口，D错误。]
发酵工程在生产上的应用
3．(2021·日照高三二模)维生素C(Vc)是人和许多动物必需的营养物质。我国微生物学家分别利用氧化葡萄糖酸杆菌和假单孢杆菌，采用两次微生物发酵的方法，使Vc的生产步骤更加简单。下列有关利用两次微生物发酵法进行工业化生产Vc的叙述，错误的是(　　)
A．可用稀释涂布平板法分离纯化生产所需的氧化葡萄糖酸杆菌和假单孢杆菌
B．生产过程中可用显微镜直接计数法检测单位体积的培养液中的两种活菌数目
C．生产过程中需要对发酵设备和培养基进行严格的灭菌处理，以防止杂菌污染
D．可用诱变或基因工程方法培育更加高产的氧化葡萄糖酸杆菌和假单孢杆菌菌种
B　[在当稀释度足够高的菌液里，聚集在一起的微生物被分散成单个细胞，从而能在培养基表面形成单个菌落，故可用稀释涂布平板法分离纯化生产所需的氧化葡萄糖酸杆菌和假单孢杆菌，A正确；显微镜直接计数法检测细菌时无法区分死菌和活菌，B错误；生产过程中为防止外来杂菌污染，以获得纯净培养物，需要对发酵设备和培养基进行严格的灭菌处理，C正确；诱变育种利用物理或化学因素处理生物，诱发生物产生基因突变，从中选择优良变异，基因工程将外源目的基因导入受体细胞，按照人意愿改造生物的性状，D正确。]
4．(2021·长春高三质检)啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的，其工业化生产流程如下：①大麦种子发芽，释放淀粉酶；②加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活；③将干燥的麦芽碾磨成麦芽粉；④淀粉分解，形成糖浆；⑤糖浆加入啤酒花，蒸煮；⑥加入酵母菌，发酵；⑦过滤，77 ℃保温30 min；⑧过滤、分装啤酒进行出售。回答下列问题：
(1)大麦种子细胞中合成淀粉酶的场所是________。
(2)流程⑤蒸煮的目的是终止酶的进一步作用，并________________。流程⑥在加入酵母菌前，需进行的操作为________，该操作的目的是____________
____________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
(3)77 ℃保温30 min的操作类似于巴氏消毒法，该操作的目的既能杀死啤酒中的微生物，又能保证________________________________________________
___________________________________________________________________。
(4)若要进一步研究淀粉酶的特性，需从发芽大麦种子中提取和分离淀粉酶，主要步骤是原料处理→________→纯化→纯度鉴定。
[解析]　(1)淀粉酶的化学本质为蛋白质，在细胞中的核糖体内合成。
(2)流程⑤蒸煮的目的是终止酶的进一步作用，并对糖浆进行消毒(或灭菌)。流程⑥在加入酵母菌前，还应进行的操作为冷却，以防止高温杀死酵母菌(或保持酵母细胞的活性)。
(3)77 ℃保温30 min的操作类似于巴氏消毒法，温度不是很高，该操作的目的既能杀死啤酒中的微生物，又能保证啤酒中的营养成分不被破坏(流失)。
(4)从生物组织样品中提取并分离淀粉酶(蛋白质)，主要步骤是原料处理→粗分离→纯化→纯度鉴定。
[答案]　(1)核糖体　(2)对糖浆进行消毒(或对糖浆进行灭菌)　冷却　避免杀死菌种(或保持酵母细胞的活性)　(3)啤酒中的营养成分不被破坏(或啤酒中的营养成分不流失)　(4)粗分离
1．核心概念
(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 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，通过发酵获得了大量的微生物菌体。
2．结论语句
(1)(选择性必修3 P6)酵母菌是兼性厌氧微生物，在无氧条件下进行酒精发酵。
(2)(选择性必修3 P7)醋酸菌是好氧细菌，当O2、糖源都充足时能将糖分解成醋酸；当缺少糖源时则将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为醋酸。
(3)(选择性必修3 P22~23)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。
1．(2020·山东等级考)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
C　[由题意可知，“浸曲发”是将酒曲浸泡活化，在活化的过程中微生物代谢加快，A正确；“鱼眼汤”是指冒出鱼眼大小的气泡，气泡是微生物进行呼吸作用产生的CO2释放形成的，B正确；酿酒过程中酵母菌进行无氧呼吸产生的酒精会抑制其他微生物的生长，而“净淘米”是防止一些杂质影响酒的品质，C错误；由题意可知，“舒令极冷”是将蒸熟的米摊开冷透，其目的是防止蒸熟的米温度过高使酒曲中的微生物死亡，D正确。]
2．(2020·江苏高考)某同学在线提交了在家用带盖玻璃瓶制作果酒和果醋的实验报告，他的做法错误的是(　　)
A．选择新鲜的葡萄略加冲洗，除去枝梗后榨汁
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．酒精发酵后去除瓶盖，盖一层纱布，再进行醋酸发酵
B　[制作葡萄酒时，选择新鲜的葡萄，榨汁前先将葡萄略加冲洗，并除去枝梗，A正确；发酵瓶要清洗干净，用体积分数为70%的酒精消毒，或用洗洁精洗涤，葡萄汁装入发酵瓶时，要留有大约1/3的空间，不能装满，这样既可以为酵母菌大量繁殖提供适量的氧气，又可以防止发酵旺盛时发酵液溢出，B错误；酒精发酵过程中会产生二氧化碳，为了释放出二氧化碳，要根据发酵进程适时拧松瓶盖放气，C正确；由于醋酸发酵使用的菌种为醋酸菌，醋酸菌为好氧细菌，为了给醋酸发酵提供充足的氧气，并防止空气中的杂菌污染，酒精发酵后去除瓶盖，盖一层纱布，再进行醋酸发酵，D正确。]
3．(2021·全国乙卷)工业上所说的发酵是指微生物在有氧或无氧条件下通过分解与合成代谢将某些原料物质转化为特定产品的过程。利用微生物发酵制作酱油在我国具有悠久的历史。某企业通过发酵制作酱油的流程示意图如下。
回答下列问题：
(1)米曲霉发酵过程中，加入大豆、小麦和麦麸可以为米曲霉的生长提供营养物质，大豆中的______可为米曲霉的生长提供氮源，小麦中的淀粉可为米曲霉的生长提供______。
(2)米曲霉发酵过程的主要目的是使米曲霉充分生长繁殖，大量分泌制作酱油过程所需的酶类，这些酶中的______、______能分别将发酵池中的蛋白质和脂肪分解成易于吸收、风味独特的成分，如将蛋白质分解为小分子的肽和______。米曲霉发酵过程需要提供营养物质、通入空气并搅拌，由此可以判断米曲霉属于________(填“自养厌氧”“异养厌氧”或“异养好氧”)微生物。
(3)在发酵池发酵阶段添加的乳酸菌属于__________(填“真核生物”或“原核生物”)；添加的酵母菌在无氧条件下分解葡萄糖的产物是____________________。在该阶段抑制杂菌污染和繁殖是保证酱油质量的重要因素，据图分析该阶段中可以抑制杂菌生长的物质是____________________(答出1点即可)。
[解析]　(1)大豆的主要营养成分有蛋白质，可为米曲霉的生长提供氮源。淀粉属于多糖，组成元素有C、H、O，可为米曲霉的生长提供碳源。(2)蛋白质和脂肪的分解需要蛋白酶和脂肪酶。蛋白酶可以将蛋白质水解为小分子的肽和氨基酸。依题意可知，米曲霉发酵过程中需要提供营养物质，且需要通入空气并搅拌，故米曲霉的代谢类型为异养好氧型。(3)乳酸菌为原核生物；酵母菌为兼性厌氧微生物，在无氧条件下可以通过无氧呼吸产生酒精和CO2。在发酵池发酵阶段存在乳酸菌和酵母菌，它们产生的乳酸和酒精均会抑制杂菌生长，同时，加入的食盐也有抑制杂菌生长的作用。
[答案]　(1)蛋白质　碳源　(2)蛋白酶　脂肪酶　氨基酸　异养好氧　(3)原核生物　酒精和CO2　乳酸(或酒精、食盐)
4．(2020·浙江1月选考节选)回答与泡菜制作有关的问题：
(1)用萝卜等根菜类蔬菜制作泡菜，用热水短时处理，可抑制某些微生物产生________，从而使成品泡菜口感较脆。同时，该处理也会使泡菜发酵时间缩短，其原因是________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(2)泡菜发酵初期，由于泡菜罐加盖并水封，会使__________菌被逐渐抑制。发酵中期，乳酸菌大量繁殖，会使________菌受到抑制。发酵后期，乳酸生产过多，会使乳酸菌受到抑制。
(3)从泡菜汁中可分离制作酸奶的乳酸菌，首先对经多次发酵的泡菜汁进行过滤，然后取滤液进行________，再用________的方法在某种含牛乳的专用的培养基中进行初步筛选。该培养基必须含有________，以便于观察是否产酸。
(4)自然界中醋酸菌常与乳酸菌共同生长。若要筛选出醋酸菌，则其专用的培养基中应添加________。
[解析]　(1)果胶具有将植物细胞粘合在一起的作用，去掉果胶后，植物组织会变得松散，植物组织松散后就会使泡菜口感变得不脆，抑制果胶酶的作用就可避免植物组织变得松散。高温使植物细胞破裂，导致细胞内的营养物质外流，有利于乳酸菌更快地获得营养物质进行乳酸发酵。(2)加盖并加水密封后泡菜罐内为无氧环境，因此可抑制好氧菌的繁殖。在发酵中期，乳酸菌大量繁殖，通过乳酸发酵产生了较多乳酸，此时泡菜罐内pH较低，不耐酸的菌会受到抑制。(3)经多次发酵的泡菜汁中含有的乳酸菌数量较多，在涂布分离前需先对菌液进行稀释。鉴定培养基中接种的乳酸菌是否产酸，较为简便的方法为加入酸碱指示剂，通过观察其变色情况，即可判断是否产酸。(4)醋杆菌能在有氧条件下将乙醇转变为醋酸，因此需要在培养基中添加乙醇以筛选出醋杆菌。
[答案]　(1)果胶酶　细胞破裂，细胞内营养物质外流使乳酸菌快速地获得营养物质　(2)好氧　不耐酸的　(3)稀释　涂布分离　酸碱指示剂　(4)乙醇
5．(2021·广东选择性考试)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。
请回答下列问题：
(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______________________(答出两种方法即可)等。
(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______________________________。
[解析]　(1)为提高菌株H对蔗糖的耐受能力和利用效率，在液体培养基中，可将蔗糖作为碳源。培养过程中可定期取样并采用稀释涂布平板法(或血细胞计数法)进行菌落计数，评估菌株增殖状况。除了上述方法选育能耐受高浓度蔗糖的菌株H外，还可通过诱变育种、基因工程育种来选育优良菌株。(2)由题意可知，菌株H具有嗜盐、酸碱耐受能力强的特性，在该系统中，其他杂菌会因盐浓度过高或pH不适宜而死亡，故不用灭菌。(3)由于产物中产生了少量乙醇，说明发酵液缺氧导致菌株H进行了无氧呼吸，最终菌株H由于能量供应不足而使得其细胞增殖和PHA的产量均未达到预期，所以发酵条件中氧气可能是高密度培养的限制因素。(4)餐厨垃圾主要含有蛋白质、淀粉、油脂等，菌株H能利用餐厨垃圾来生产PHA，说明其能分泌蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶，还有与PHA合成相关的酶。
[答案]　(1)碳源　稀释涂布平板法(或血细胞计数法)　诱变育种、基因工程育种　(2)培养基是高盐浓度的液体环境，杂菌会由于渗透失水而死亡；培养基的液体环境是碱性的，其他杂菌的酶变性失活，生长繁殖受抑制　(3)氧气　(4)蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和PHA合成相关的酶
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