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三十五　传统发酵技术的应用　发酵工程及其应用
(建议用时：40分钟)
一、选择题：每小题给出的四个选项中只有一个符合题目要求。
1．(2022·辽宁模拟)三华李中含有丰富的矿质元素和维生素，有机酸含量和种类丰富。某同学按照“三华李果实→清洗破碎→酶解→过滤→硫处理→成分调整→接种→主发酵→倒灌过滤→后发酵→陈酿→澄清→配兑→灌装→杀菌→成品”的流程研究三华李果酒酿造工艺。下列叙述错误的是(　　)
A．在酶解环节，需要向果浆中添加果胶酶和纤维素酶并控制酶解温度
B．在成分调整环节，按比例添加蔗糖可以提高果酒的酒精含量
C．主发酵时进行通气，后发酵时需要密闭，应保持前后温度在28 ℃左右
D．可通过研究发酵时间、接种量、初始糖度等因素优化三华李果酒的发酵工艺
2．我国制作泡菜的历史悠久。清末曾懿《中馈录》中记载：“泡盐菜法，定要覆水坛……坛口上覆一盖，浸于水中……泡菜之水，用花椒和盐煮沸，加烧酒少许……如有霉花……”下列相关叙述错误的是(　　)
A．发酵初期出现的气泡可能来自菜上附着的酵母菌的细胞呼吸
B．“坛口上覆一盖，浸于水中”是为了创设坛内的无氧环境
C．“泡菜之水，用花椒和盐煮沸”，其目的只是为了调味
D．“如有霉花”说明泡菜遭到污染，可加适量烧酒抑制杂菌生长
3．《唐书》记载：“葡萄酒，西域有之……及破高昌……京中始识其味。”《吐鲁番出土文书》记载了古代高昌所谓“踏浆”之法，也就是破碎葡萄果粒的方法，与今日一些酒厂沿用的方法非常相似。下列叙述错误的是(　　)
A．古代酿制葡萄酒利用了自然界的野生酵母菌
B．“踏浆”法有利于酵母菌与葡萄汁液混合均匀
C．葡萄酒酿制利用了酵母菌无氧呼吸产生酒精的原理
D．在葡萄酒酿制的整个过程中需要严格保证无氧环境
4．(2022·山东威海二模)《本草纲目》中对酸奶的制作有详细记载：“用乳半杓，锅内炒过，入馀乳熬数十沸，常以杓纵横搅之，乃倾出，罐盛待冷，掠取浮皮，以为酥，入旧酪少许，纸封放之，即成矣”。下列说法错误的是(　　)
A．“锅内炒过，入馀乳熬数十沸”的目的是高温杀菌和反复脱水
B．“常以杓纵横搅之”的目的是提供足够的氧气以促进菌种的增殖
C．“入旧酪少许”相当于接种
D．“纸封放之”的目的是提供无氧环境将葡萄糖分解成乳酸
5．(2023·湖北武汉模拟)据《周礼》记载酸菜又称为“菹”，汉代刘熙《释名·释饮食》解释道：“菹，阻也，生酿之，遂使阻于寒温之间，不得烂也。”这就是我国古代劳动人民发明的保藏蔬菜使其不坏的一种方法——腌藏法。下列叙述错误的是(　　)
A．“生酿之”指的是将新鲜的蔬菜和合适的材料，制作成酸菜
B．“遂使阻于寒温之间”保持适宜温度，有利于微生物的发酵
C．食盐用量过低、腌制时间过短，容易造成某些细菌大量繁殖
D．发酵过程中适量氧气和产酸的环境，有助于酸菜“不得烂也”
6．与传统的手工发酵相比，利用发酵工程所酿制的啤酒产量和质量明显提高，下列相关叙述不合理的是(　　)
A．通过基因工程对酿酒酵母进行选育的过程中，基因重组是所运用到的生物学原理之一
B．在发酵过程中的焙烤目的是加热杀死种子胚，但不使淀粉酶失活
C．啤酒工业化生产的糖化阶段，酵母菌将糖转化为酒精和CO2
D．啤酒生产过程中蒸煮产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌
7．(2023·广东佛山模拟)格瓦斯是一种以谷物或面包为原料，经酵母菌和乳酸菌发酵而成的含低量酒精、一定量的CO2的饮品。格瓦斯的制作流程如下图所示。下列相关叙述正确的是(　　)
A．发酵菌种来源于面包表面的野生菌株
B．发酵前期需要通氧让两种菌大量繁殖
C．CO2由酵母菌和乳酸菌共同发酵产生
D．巴氏消毒能够阻止继续发酵而发生爆瓶
8．某研究性学习小组进行果酒、果醋发酵实验。下列相关叙述正确的是(　　)
A．先供氧进行果醋发酵，然后隔绝空气进行果酒发酵
B．适当加大接种量可以提高发酵速率，抑制杂菌繁殖
C．发酵液中的醋酸菌通过无丝分裂增殖，繁殖速度快
D．果酒、果醋发酵过程中pH均先升高后明显下降
9．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，下列分析错误的是(　　)
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、食盐用量过低都会造成杂菌滋生，口感下降
10．现代发酵工程常常利用计算机系统对发酵过程中的各种指标进行检测和控制，关于发酵过程中发酵条件的描述，不正确的是(　　)
A．发酵过程中，由于微生物代谢产生的热量和搅拌叶轮搅拌产生的热量达到一定的数值时，可以通过温度传感器和控制装置感受并控制冷水从进水口进入
B．冷水从发酵罐的下方进入从上方流出的目的是使冷却更充分
C．在发酵过程中可能需要通过营养物质加入口加入酸或碱来调节发酵液的pH
D．培养液要一次性全部加入，在发酵过程中不能重新加入
二、非选择题
11．某兴趣小组利用石榴为原料制备石榴酒和石榴醋，其简要流程如图所示。回答下列问题。
(1)操作中对石榴破碎、榨汁的主要目的是________________________________；调整成分中需加入一定量的蔗糖，其主要作用是___________________________
____________________________________________________________________。
(2)石榴酒发酵中需________(填“打开”或“关闭”)实验装置充气口并将温度控制在18～30 ℃，发酵过程中需____________以利于发酵进行并防止发酵液溢出。
(3)下表为比较接种“法国引进果酒酵母”和“高活性干酵母”两个品种发酵后产生石榴酒的性能结果。
项目 发酵 时间/d 剩余糖量 (g/L，以葡萄糖汁) 酒精 度/% 感官品评
法国引进果酒酵母 19 3.49 12.2 果香突出，味正协调
高活性干酵母 14 2.82 12.7 果香浓郁，风味独特
从石榴酒生产经济的角度分析，应选用高活性干酵母发酵，判断依据是____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(4)用制备的石榴酒发酵制取石榴醋，利用的微生物为__________。相对于石榴酒发酵，需要改变的发酵条件为__________________________________________。
12．啤酒生产需经过制麦、糖化、发酵等主要环节。主要工艺流程如下图所示，请回答下列问题。
(1)大麦是啤酒发酵的重要碳源，利用大麦的实质是利用其中的α 淀粉酶，用__________(填激素名称)处理大麦，可以使大麦种子无须发芽就可以产生α 淀粉酶。
(2)为探究两种大麦种子(红粒麦和白粒麦)所含淀粉酶活性，进行了如下实验。
取发芽时间相同、质量相等的红、白粒麦种子，分别加蒸馏水研磨，制成提取液(去淀粉)，并在适宜条件下进行实验。实验分组、步骤及结果如下。
步骤 红粒管 白粒管 对照管
① 加样 0.5 mL 提取液 0.5 mL 提取液 C
② 加缓冲液/mL 1 1 1
③ 加淀粉溶液/mL 1 1 1
④ 37 ℃保温适当时间终止酶促反应，冷却至常温，加适量碘液显色
显色结果 ＋＋＋ ＋ ＋＋＋＋
步骤①中加入的C是______________________。显色结果表明：淀粉酶活性较高的品种是__________________。
(3)啤酒酵母菌种决定着啤酒的风味和质量，某实验小组从原浆啤酒底泥中分离出一株高活性的啤酒酵母。
①在对原浆啤酒泥的酵母菌进行富集培养的过程中每隔4 h要摇动一次，每次1～2 min，其目的是________、__________________________，以促进酵母菌的有氧呼吸和增殖。
②为了制备啤酒酵母分离培养基，实验人员将马铃薯去皮切块后高压煮沸，过滤后补加蒸馏水至1 L，加入葡萄糖和琼脂后加热融化。该培养基的碳源主要包括__________________，培养基一般用____________________法进行灭菌处理。
敲除野生型酿酒酵母中的蛋白酶基因，减少发酵液中蛋白的水解，有助于增强啤酒泡沫的稳定性。某科研小组用酪蛋白固体培养基筛选突变体，野生型可以水解酪蛋白，在菌落周围形成透明圈。生产需要筛选透明圈________(填“大”或“小”)的菌落。
三十五　传统发酵技术的应用　发酵工程及其应用
1．C　解析：在果浆中添加果胶酶和纤维素酶可以酶解细胞壁，增加细胞内容物的释放，酶活性受到温度的影响，所以在酶解环节需要控制酶解温度，A正确；酵母菌利用水果中的有机物进行氧化分解产生酒精，在成分调整环节，按比例添加蔗糖一方面可以为酵母菌提供碳源，促进接种后的酵母菌菌种繁殖，另一方面可以提高果酒的酒精含量，B正确；主发酵的前阶段进行通气，使酵母菌进行有氧呼吸，促进酵母菌大量繁殖，主发酵的后阶段需要密闭，使酵母菌进行无氧呼吸产生酒精，酿酒酵母菌的适宜生长温度为28 ℃左右，所以发酵时应保持前后温度在18～30 ℃，C错误；实验时可通过研究发酵时间、接种量、初始糖度等因素来确定最佳的发酵时间和酒精含量等，优化三华李果酒的发酵工艺，D正确。
2．C　解析：酵母菌为兼性厌氧微生物，在有氧和无氧条件下，细胞呼吸均产生二氧化碳，因此，发酵初期出现的气泡可能来自菜上附着的酵母菌的细胞呼吸，A正确；由于制作泡菜所用的菌种为乳酸菌，乳酸菌为厌氧微生物，此时“坛口上覆一盖，浸於水中”是为了创设坛内的无氧环境，为乳酸菌发酵创造条件，B正确；“泡菜之水，用花椒和盐煮沸”，其目的一是调味，二是减少溶氧，三是除去杂菌，C错误；“霉花”指的是泡菜表面的白膜，主要是由蔬菜表面带有的酵母菌增殖形成的，此时可加适量烧酒抑制其生长，D正确。
3．D　解析：在葡萄酒的自然发酵过程中起主要作用的是附着在葡萄皮上的野生型酵母菌，所以古代酿制葡萄酒利用的是葡萄皮上的野生酵母菌，A正确；“踏浆”法使葡萄破碎，葡萄皮上的酵母菌可以更好地与葡萄汁液混合接触，酵母菌可以快速发酵，从而加速酒的生成，B正确；酵母菌属于兼性厌氧菌，其在无氧条件下可以进行无氧呼吸，产生酒精和二氧化碳，C正确；酿酒工序繁多，在酿酒初期需要提供氧气使酵母菌进行有氧呼吸，进而大量繁殖，只需发酵过程保证无氧环境，使酵母菌进行无氧呼吸产生酒精即可，D错误。
4．B　解析：“锅内炒过，入馀乳熬数十沸”的目的是高温杀菌和反复脱水，A正确；酸奶制作的菌种是乳酸菌，为厌氧型细菌，足够的氧气会抑制其正常生命活动，“常以杓纵横搅之”的目的应该是排出牛乳中的氧气，B错误； “入旧酪少许”是将陈发酵液倒入新发酵液中，相当于接种，C正确； “纸封放之”避免了发酵液与外界接触，其目的是提供无氧环境，将葡萄糖分解成乳酸，D正确。
5．D　解析：“生酿之”指的是将新鲜的蔬菜和合适的材料，在不经过蒸煮等加工的条件下，将其制作成酸菜，A正确； “遂使阻于寒温之间”保持适宜温度，有利于微生物的发酵，从而完成酸菜的制作，B正确；酸菜制作过程中，温度过高、食盐用量过低、腌制时间过短，容易造成细菌大量繁殖，C正确；酸菜制作过程中主要的菌种是乳酸菌，乳酸菌为厌氧菌，故发酵过程应保持厌氧环境，D错误。
6．C　解析：啤酒工业化生产的糖化阶段是将淀粉分解，形成糖浆，而酵母菌将糖转化为酒精和CO2是在发酵阶段完成的，C错误。
7．D　解析：据题图分析，面包为原料，而发酵菌种来源于接种的酵母菌和乳酸菌，A错误；乳酸菌只能进行无氧呼吸，B错误；乳酸菌发酵产物是乳酸，不能产生CO2，C错误；巴氏消毒可以杀死部分微生物，能够阻止继续发酵而发生爆瓶，D正确。
8．B　解析：缺少糖源时，醋酸菌会将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸，所以需要先隔绝空气进行果酒发酵，然后供氧进行果醋发酵，A错误；适当加大接种量可以提高发酵速率，抑制杂菌繁殖，B正确；发酵液中的醋酸菌属于原核生物，其通过无性生殖的二分裂方式进行增殖，C错误；果酒制作过程中会产生二氧化碳，二氧化碳溶于水，使发酵液pH降低，果醋制作过程中产生醋酸，同样会使发酵液pH下降，D错误。
9．C　解析：新鲜原料中亚硝酸盐含量较低，放置一段时间的原料在微生物的作用下，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分数为5%～20%的盐水，盐水的浓度不宜过高，防止乳酸发酵受到抑制，B正确；在腌制后期，亚硝酸盐含量下降至相对稳定，但发酵时间过长，泡菜的品质降低，所以不是发酵的时间越长越好，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正确。
10．D　解析：发酵过程中由于微生物代谢产生的热量和搅拌叶轮搅拌产生的热量，培养液的温度会升高，仅仅靠发酵罐壁散热是不能满足的，因此，通过发酵罐上的温度传感器和控制装置感受并控制冷水的进入来散热，A正确；冷水从发酵罐下方进入，上方流出，带走大量的热量，从而可以使发酵罐冷却更充分，B正确；在发酵前，培养液的pH可以用缓冲液进行调节，在发酵过程中，代谢物的积累使pH发生改变，可以通过营养物质加入口加入酸或碱来调节，C正确；在发酵过程中，要及时检测培养液中微生物的数量和营养物质的浓度，及时添加必备的营养成分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发酵产物，D错误。
11．解析：(1)操作中对石榴破碎、榨汁的主要目的是增加原料与酵母菌的接触面积，提高发酵效率；调整成分中需加入一定量的蔗糖，其主要作用是为酵母菌提供充足的糖源，增加酒精含量。(2)石榴酒发酵中需关闭实验装置充气口，制造无氧环境，并将温度控制在18～30 ℃；发酵过程中需及时排出CO2以利于发酵进行并防止发酵液溢出。(3)从石榴酒生产经济的角度分析，应选用高活性干酵母发酵，因为此种酵母菌发酵所需时间短，糖剩余量少且获取的酒精度高，更适合生产酒精。(4)利用制备的石榴酒发酵制取石榴醋，利用的微生物为醋酸菌；因为醋酸菌是需氧型微生物且需要较高的温度，因此，相对于石榴酒发酵，需要改变的发酵条件为适当提高发酵温度和充入足量O2。
答案：(1)增加原料与酵母菌的接触面积，提高发酵效率　为酵母菌提供充足糖源，增加酒精含量(或增加碳源和能源)　(2)关闭　及时排出CO2　(3)此种酵母菌发酵所需时间短，糖剩余量少且获取的酒精度高　(4)醋酸菌　适当提高发酵温度和充入足量O2
12．解析：(1)用赤霉素处理大麦，可以使大麦种子无须发芽就可以产生α 淀粉酶，可以简化工艺，降低成本。(2)根据表格数据分析可知，实验的自变量是小麦籽粒种类，红粒管和白粒管是实验组，对照管起对照作用，故步骤①中加入的C是0.5 mL蒸馏水。显色结果表明：白粒管显色最浅，说明淀粉被分解得最多，白粒小麦的淀粉酶活性最高。(3)①对原浆啤酒泥的酵母菌进行富集培养的目的是增加酵母菌的数量，酵母菌在有氧条件下能大量繁殖。故进行富集培养的过程中每隔4 h要摇动一次，每次1～2 min，其目的是增大溶氧量，使酵母菌与营养物质混合均匀(或使酵母菌充分利用营养物质)，以促进酵母菌的有氧呼吸和增殖。②培养基一般都含有水、碳源、氮源、无机盐，据题意可知，该培养基的碳源主要包括淀粉和葡萄糖，培养基的灭菌方法一般是高压蒸汽灭菌法。(4)酪蛋白固体培养基不透明，若酪蛋白被酵母菌产生的蛋白酶水解，就会在菌落周围形成透明圈，透明圈越大，说明蛋白质被水解得越多，酵母菌产生的蛋白酶就越多，反之亦然。为减少发酵液中蛋白的水解，有助于增强啤酒泡沫的稳定性，生产上需要选择合成蛋白酶少的酵母菌，故需要筛选透明圈小的菌落，作为发酵的菌种。
答案：(1)赤霉素　(2)0.5 mL蒸馏水　白粒麦　(3)①增大溶氧量　使酵母菌与营养物质混合均匀(或使酵母菌充分利用营养物质)　②淀粉和葡萄糖　高压蒸汽灭菌　(4)小第35课　传统发酵技术的应用　发酵工程及其应用
学业质量水平要求
1．结合泡菜的制作，科学认识生活中用到的生物学知识。(生命观念、科学探究)
2．通过果酒和果醋的制作，认识不同类型微生物的应用，并根据各自的特点理解其操作过程。(生命观念、科学思维)
3．结合生活或生产实例，举例说出发酵工程的原理并进行简单的设计和制作。(生命观念、科学探究)
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：发酵是人们利用微生物，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
a．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。
b．起主要作用的微生物：毛霉。
(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：以混合菌种的固体发酵和半固体发酵为主。
2．传统发酵食品的制作
(1)泡菜的制作
①菌种来源：附着在植物体表面上的乳酸菌，常见种类有乳酸链球菌和乳酸杆菌。
②原理：乳酸菌的无氧呼吸，反应简式为C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋能量。
③制作过程
(2)果酒和果醋的制作
①制作原理与发酵条件
②制作过程
1．乳酸菌是厌氧细菌，无氧呼吸产物是乳酸与CO2。 (×)
2．亚硝酸盐会危害人体健康，一定要禁止食用。 (×)
3．葡萄酒的自然发酵中，起主要作用的是突变型酵母菌。 (×)
4．只要O2充足醋酸菌发酵的产物是一样的。 (×)
5．制作泡菜过程中可在坛内加入少量白酒，防止泡菜变质。 (√)
【教材细节命题】
1．(选择性必修3 P6探究·实践)为什么泡菜坛只能装八成满？在泡菜发酵初期，由蔬菜表面带入的大肠杆菌、酵母菌等较为活跃，它们可进行发酵，发酵产物中有较多的CO2，如果泡菜坛装得太满，发酵液可能会溢出坛外。另外，泡菜坛装得太满，会使盐水不太容易完全淹没菜料，从而导致坛内菜料变质腐烂。泡菜坛留有一定的空间，也更方便拿取泡菜。
2．(选择性必修3 P7探究·实践)在制作葡萄酒和葡萄醋的过程中，发酵液分别有哪些变化？在葡萄酒的制作过程中，发酵液中会产生气泡，这是因为酵母菌发酵产生CO2；如果是用紫色葡萄制作葡萄酒，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。葡萄醋发酵过程中一般不会出现气泡，发酵完成时，在发酵液的表面上会出现一层菌膜，这是醋酸菌膜。
1．泡菜发酵过程中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的变化
发酵时期 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(乳酸继续积累，pH继续下降，抑制乳酸菌活动) 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)
变化 曲线
注意 亚硝酸盐是硝酸盐还原菌促进硝酸盐还原形成的，而不是硝化细菌氧化氨形成的
2．制作泡菜的注意事项
(1)营造无氧环境
①选择的泡菜坛密封性要好；②加入蔬菜后要注入煮沸后冷却的盐水，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清水。
(2)控制适宜的发酵温度
温度过高易致杂菌滋生；温度过低不利于乳酸发酵，会使发酵时间延长。
(3)控制发酵时间
一般在腌制10天后，亚硝酸盐含量开始下降。但泡菜发酵时间并不是越长越好，一方面发酵时间过长，可能会产生其他有害物质，另一方面，发酵时间过长，乳酸含量过高，导致泡菜口味不佳。
3．果酒和果醋改进装置及其分析
装置的使用：使用该装置制作果酒时，应该关闭充气口；制作果醋时，应将充气口连接充气泵，输入空气。
考向1|发酵及传统发酵技术概念的判断
1．关于发酵的叙述，错误的是(　　)
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的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　解析：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．(2021·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
B　解析：泡菜制作过程中，主要是乳酸菌将葡萄糖分解成乳酸，A错误；做馒头或面包时，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，使得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，在密封即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。
考向2|泡菜的制作原理和过程的分析
3．下图为泡菜制作过程中乳酸、乳酸菌和亚硝酸盐含量的变化曲线。据图分析，下列叙述不合理的是(　　)
A．发酵初期，发酵液中的O2抑制部分乳酸菌代谢，乳酸产量少
B．发酵初期，亚硝酸盐含量较低，是泡菜风味品质最好的时期
C．发酵中期，乳酸大量积累导致pH下降，抑制其他微生物生长
D．发酵后期，乳酸量增加到一定浓度后，会导致乳酸菌数量下降
B　解析：乳酸菌属于厌氧型微生物，发酵初期，发酵液中的O2抑制部分乳酸菌代谢，乳酸产量少，A正确；发酵初期，由于发酵程度低，乳酸产量少，泡菜风味品质不好，B错误；由图可知，发酵中期，乳酸大量积累导致发酵液pH下降，抑制其他微生物生长，C正确；发酵后期，乳酸含量增加到一定浓度后，会抑制乳酸菌的生长，导致乳酸菌数量下降，D正确。
考向3|果酒、果醋的制作原理和过程的分析
4．(2022·湖北卷)关于白酒、啤酒和果酒的生产，下列叙述错误的是(　　)
A．在白酒、啤酒和果酒的发酵初期需要提供一定的氧气
B．白酒、啤酒和果酒酿制的过程也是微生物生长繁殖的过程
C．葡萄糖转化为乙醇所需的既存在于细胞质基质，也存在于线粒体
D．生产白酒、啤酒和果酒的原材料不同，但发酵过程中起主要作用的都是酵母菌
C　解析：在白酒、啤酒和果酒的发酵初期需要提供一定的氧气，让酵母菌大量繁殖，再进行酒精发酵，A正确；白酒、啤酒和果酒酿制的过程也是微生物生长繁殖的过程，如发酵初期酵母菌大量繁殖，B正确；酒精发酵利用的菌种是酵母菌，葡萄糖转化为乙醇所需的存在于细胞质基质，不存在于线粒体中，C错误，D正确。
5．(2021·辽宁卷)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，再接入活化的醋酸杆菌，发酵5天。下列有关叙述错误的是(　　)
A．乙醇既是醋酸发酵的底物，又可以抑制杂菌繁殖
B．酵母菌和醋酸杆菌均以有丝分裂的方式进行增殖
C．酵母菌和醋酸杆菌发酵过程中控制通气的情况不同
D．接入醋酸杆菌后，应适当升高发酵温度
B　解析：当缺少糖源时，醋酸菌将乙醇变为乙醛，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，醋酸杆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，再密闭发酵产生乙醇；醋酸杆菌为好氧菌，需持续通入无菌氧气，C正确。酵母菌发酵的适宜温度是18～30 ℃，醋酸杆菌发酵的适宜温度为30～35 ℃，D正确。
考点二　发酵工程及其应用
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．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生产制剂。
(2)在医药工业上的应用
①青霉素的发现和产业化生产推动了发酵工程在医药领域的应用和发展。
②发酵工程逐步扩展到了其他抗生素、多种氨基酸、激素和免疫调节剂等的生产领域。
(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)在其他方面的应用
发酵工程正渗透到几乎所有的工农业领域，在助力解决粮食、环境、健康和能源等方面的重大问题上，做出越来越大的贡献。
1．发酵工程中所需的性状优良的菌种只能从自然界中筛选出来。 (×)
2．在菌种确定之前就要选择原料制备培养基。 (×)
3．发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节。 (√)
4．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。
(√)
1．发酵工程中心环节的分析
2．啤酒的工业化生产的过程分析
(1)啤酒发酵的过程及内容
(2)“精酿”啤酒与“工业”啤酒的区别
1．(2022·山东卷)青霉菌处在葡萄糖浓度不足的环境中时，会通过分泌青霉素杀死细菌，以保证自身生存所需的能量供应。目前已实现青霉素的工业化生产，关于该生产过程，下列说法错误的是(　　)
A．发酵液中的碳源不宜使用葡萄糖
B．可用深层通气液体发酵技术提高产量
C．选育出的高产菌株经扩大培养后才可接种到发酵罐中
D．青霉素具有杀菌作用，因此发酵罐不需严格灭菌
D　解析：青霉菌处在葡萄糖浓度不足的环境中才会分泌青霉素，所以发酵液中的碳源不宜使用葡萄糖，A正确；青霉菌的代谢类型为异养需氧型，可用深层通气液体发酵技术提高产量，B正确；选育出的高产青霉素菌株经扩大培养、纯化后，才可接种到发酵罐中进行工业化生产，C正确；为了防止细菌、其他真菌等微生物的污染，以获得纯净的青霉素，发酵罐仍需严格灭菌，D错误。
2．(2022·湖北卷)废水、废料经加工可变废为宝。某工厂利用果糖生产废水和沼气池废料生产蛋白质的技术路线如图所示。下列叙述正确的是(　　)
A．该生产过程中，一定有气体生成
B．微生物生长所需碳源主要来源于沼气池废料
C．该生产工艺利用微生物厌氧发酵技术生产蛋白质
D．沼气池废料和果糖生产废水在加入反应器之前需要灭菌处理
A　解析：据题图可知，该生产过程中有酿酒酵母的参与，酵母菌细胞呼吸会产生CO2，故该生产过程中，一定有气体生成，A正确；糖类是主要的能源物质，微生物生长所需的碳源主要来源于果糖生产废水，B错误；分析题图可知，该技术中有连续搅拌反应器的过程，该操作可以增加微生物与营养物质的接触面积，此外也可以增大溶解氧含量，据此推测该生产工艺利用微生物的有氧发酵技术生产蛋白质，C错误；沼气生产利用的是厌氧微生物，连续搅拌反应器使厌氧微生物被抑制，因此沼气池废料无须灭菌，D错误。
【命题动态】针对人类生产或生活的某一需求，结合生活或生产实例，考查传统发酵技术及发酵工程的应用。呈现形式一般以选择题为主，难度较低或中档。
1．(2022·江苏卷改编)在制作发酵食品的实践中，控制发酵条件至关重要。下列相关叙述正确的是(　　)
A．泡菜发酵后期，尽管乳酸菌占优势，但仍有产气菌繁殖，需开盖放气
B．制作果酒的葡萄汁不宜超过发酵瓶体积的2/3，制作泡菜的盐水要淹没全部菜料
C．葡萄果皮上有酵母菌和醋酸菌，制作好葡萄酒后，可直接通入无菌空气制作葡萄醋
D．果酒与果醋发酵时温度宜控制在18～25 ℃，泡菜发酵时温度宜控制在30～35 ℃
[思维培养]
B　解析：乳酸菌属于厌氧菌，开盖放气会影响乳酸菌发酵，因此不能开盖放气，A错误。制作果酒的葡萄汁不宜超过发酵瓶体积的2/3，是为了发酵初期让酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖，同时为了防止发酵过程中发酵液溢出；制作泡菜的盐水要淹没全部菜料，以保证乳酸菌进行无氧呼吸，B正确。醋酸菌为好氧细菌，且发酵温度高于果酒的发酵温度，因此制作好葡萄酒后，除通入无菌空气，还需要适当提高发酵装置的温度，C错误。果酒发酵时温度宜控制在18～30 ℃，果醋发酵时温度宜控制在30～35 ℃，泡菜的制作温度低于30～35 ℃，D错误。
2．(2021·广东卷)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。工艺流程如下图。
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)根据题意分析，该实验的目的是提高菌株H对蔗糖的耐受能力和利用效率，结合微生物的代谢需求，其液体培养基应该以蔗糖作为唯一碳源，并不断提高其浓度，经多次传代培养以获得目标菌株。培养过程中定期取样并用血细胞计数板计数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诱变育种、基因工程育种等。(2)已知菌株H具有嗜盐、酸碱耐受能力强等特性，因此当培养基盐浓度为60 g/L，pH为10时，菌株H可正常持续发酵60 d以上，而盐浓度为60 g/L的条件下，其他杂菌因失水过多而死亡；pH为10的条件下，其他杂菌的变性失活，生长繁殖受抑制，故该系统不需要灭菌。(3)分析题意，扩大培养时，营养物浓度、温度、pH等条件适宜，而发酵液中菌株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，说明发酵条件中氧气不足，使菌种进行无氧呼吸产生乙醇，即氧气(O2或溶解氧)可能是限制高密度培养的重要因素。(4)根据的专一性可知，菌株H能通过分解主要含蛋白质、淀粉、油脂等的餐厨垃圾来生产PHA，说明其能分泌蛋白、淀粉、脂肪等。
答案：(1)唯一碳源　血细胞计数板计数　诱变育种、基因工程育种　(2)盐浓度为60 g/L的条件下，其他杂菌因失水过多而死亡；pH为10的条件下，其他杂菌的变性失活，生长繁殖受抑制　(3)氧气(O2或溶解氧)　(4)蛋白、淀粉、脂肪等
1．(生命科学史情境)传统的酱油制作工艺采用面粉、黄豆做成酱饼，通过蒸熟、发酵、摊晒，然后将酱饼捣碎和盐汤盛入缸中，主要利用黑曲霉发酵，经5～6个月日晒夜露，不断搅动着酱缸里的酱，进行“捣缸”，待酱料完全熟化，再进行压榨过滤。下列说法错误的是(　　)
A．“蒸熟”使大豆蛋白质变性，并杀灭附着在原料上的微生物
B．加盐的目的主要是赋予酱油一定的咸味
C．“捣缸”的目的是通风降温，混合均匀，以利于黑曲霉正常生长繁殖
D．黑曲霉产生的蛋白水解等多种可水解原料中的蛋白质，增加酱油的鲜味
B　解析：“蒸熟”使大豆蛋白质变性，有利于后期发酵，同时起到杀灭附着在原料上的微生物的作用，A正确；加盐的目的是抑制某些腐生微生物的活动，同时赋予酱油一定的咸味，B错误；黑曲霉是一种好氧菌，“捣缸”的目的是通风供氧，降低温度，混合均匀，以利于黑曲霉正常生长繁殖，C正确；黑曲霉有复杂的系统，主要产生蛋白水解等，多种可水解原料中的蛋白质，增加酱油的鲜味，D正确。
2．(科学实验和探究情境)泡菜的制作工艺是我国悠久的文化遗产之一。制作泡菜的过程中，应控制亚硝酸盐在一定浓度范围内，以免对人体产生危害。某兴趣小组欲研究不同浓度食醋对泡菜中亚硝酸盐含量的影响。实验步骤如下：称取等量的新鲜白菜4份，每份均加入等量的质量分数为7%的盐水、鲜姜和辣椒，再加入食醋，调节料液的食醋浓度分别为0、0.3%、0.6%、0.9%，每天测定其亚硝酸盐含量，下图为室温下的实验结果。请回答下列相关问题：
(1)制作泡菜时，如果发现发酵容器内底层的发酵效果比上层的好，则说明制作泡菜使用的发酵菌属于________(填“好氧菌”或“厌氧菌”)。设置食醋浓度为0的组别的目的是____________________________________________________
___________________________________________________________________。
(2)分析曲线可知，随泡制时间的延长，亚硝酸盐含量的变化趋势均表现为________并均在第3 d达到最大值。室温下，用白菜制作的泡菜，最佳食用时间是泡制________d以后。泡菜发酵初期，由于泡菜罐加盖并水封，会使________菌逐渐被抑制；发酵中期，乳酸菌大量繁殖产生乳酸使________菌被抑制；发酵后期，________菌也会被抑制。
(3)结合本实验，不同浓度食醋对泡菜中亚硝酸盐含量的影响是_____________________________________________________________________
__________________________________________________________(答出两点)。
解析：(1)制作泡菜时，底层缺乏氧气，若底层的发酵效果比上层的好，说明该发酵菌是厌氧菌。设置食醋浓度为0的一组，目的是与有食醋的实验组形成对照，排除无关变量对实验结果的影响。(2)分析题图曲线可知，亚硝酸盐含量变化趋势均表现为先上升后下降；9 d后泡菜中的亚硝酸盐含量降至最低，适宜食用。发酵初期水密封后发酵环境中缺乏氧气，好氧菌被逐渐抑制；发酵中期乳酸菌产生乳酸，不耐酸细菌被抑制，随着代谢产物的积累，发酵后期乳酸菌被抑制。(3)根据题图可知，食醋会抑制泡菜中亚硝酸盐的产生；三组浓度中，0.6%食醋抑制作用最强；食醋浓度过高或过低抑制作用均下降。
答案：(1)厌氧菌　作为对照，排除无关变量对实验结果的影响　(2)先上升后下降　9　好氧　不耐酸　乳酸　(3)食醋会抑制泡菜中亚硝酸盐的产生；三组浓度中，0.6%食醋抑制作用最强；食醋浓度过高或过低抑制作用均下降
课时质量评价(三十五)
(建议用时：40分钟)
一、选择题：每小题给出的四个选项中只有一个符合题目要求。
1．(2022·辽宁模拟)三华李中含有丰富的矿质元素和维生素，有机酸含量和种类丰富。某同学按照“三华李果实→清洗破碎→解→过滤→硫处理→成分调整→接种→主发酵→倒灌过滤→后发酵→陈酿→澄清→配兑→灌装→杀菌→成品”的流程研究三华李果酒酿造工艺。下列叙述错误的是(　　)
A．在解环节，需要向果浆中添加果胶和纤维素并控制解温度
B．在成分调整环节，按比例添加蔗糖可以提高果酒的酒精含量
C．主发酵时进行通气，后发酵时需要密闭，应保持前后温度在28 ℃左右
D．可通过研究发酵时间、接种量、初始糖度等因素优化三华李果酒的发酵工艺
C　解析：在果浆中添加果胶和纤维素可以解细胞壁，增加细胞内容物的释放，活性受到温度的影响，所以在解环节需要控制解温度，A正确；酵母菌利用水果中的有机物进行氧化分解产生酒精，在成分调整环节，按比例添加蔗糖一方面可以为酵母菌提供碳源，促进接种后的酵母菌菌种繁殖，另一方面可以提高果酒的酒精含量，B正确；主发酵的前阶段进行通气，使酵母菌进行有氧呼吸，促进酵母菌大量繁殖，主发酵的后阶段需要密闭，使酵母菌进行无氧呼吸产生酒精，酿酒酵母菌的适宜生长温度为28 ℃左右，所以发酵时应保持前后温度在18～30 ℃，C错误；实验时可通过研究发酵时间、接种量、初始糖度等因素来确定最佳的发酵时间和酒精含量等，优化三华李果酒的发酵工艺，D正确。
2．我国制作泡菜的历史悠久。清末曾懿《中馈录》中记载：“泡盐菜法，定要覆水坛……坛口上覆一盖，浸于水中……泡菜之水，用花椒和盐煮沸，加烧酒少许……如有霉花……”下列相关叙述错误的是(　　)
A．发酵初期出现的气泡可能来自菜上附着的酵母菌的细胞呼吸
B．“坛口上覆一盖，浸于水中”是为了创设坛内的无氧环境
C．“泡菜之水，用花椒和盐煮沸”，其目的只是为了调味
D．“如有霉花”说明泡菜遭到污染，可加适量烧酒抑制杂菌生长
C　解析：酵母菌为兼性厌氧微生物，在有氧和无氧条件下，细胞呼吸均产生二氧化碳，因此，发酵初期出现的气泡可能来自菜上附着的酵母菌的细胞呼吸，A正确；由于制作泡菜所用的菌种为乳酸菌，乳酸菌为厌氧微生物，此时“坛口上覆一盖，浸於水中”是为了创设坛内的无氧环境，为乳酸菌发酵创造条件，B正确；“泡菜之水，用花椒和盐煮沸”，其目的一是调味，二是减少溶氧，三是除去杂菌，C错误；“霉花”指的是泡菜表面的白膜，主要是由蔬菜表面带有的酵母菌增殖形成的，此时可加适量烧酒抑制其生长，D正确。
3．《唐书》记载：“葡萄酒，西域有之……及破高昌……京中始识其味。”《吐鲁番出土文书》记载了古代高昌所谓“踏浆”之法，也就是破碎葡萄果粒的方法，与今日一些酒厂沿用的方法非常相似。下列叙述错误的是(　　)
A．古代酿制葡萄酒利用了自然界的野生酵母菌
B．“踏浆”法有利于酵母菌与葡萄汁液混合均匀
C．葡萄酒酿制利用了酵母菌无氧呼吸产生酒精的原理
D．在葡萄酒酿制的整个过程中需要严格保证无氧环境
D　解析：在葡萄酒的自然发酵过程中起主要作用的是附着在葡萄皮上的野生型酵母菌，所以古代酿制葡萄酒利用的是葡萄皮上的野生酵母菌，A正确；“踏浆”法使葡萄破碎，葡萄皮上的酵母菌可以更好地与葡萄汁液混合接触，酵母菌可以快速发酵，从而加速酒的生成，B正确；酵母菌属于兼性厌氧菌，其在无氧条件下可以进行无氧呼吸，产生酒精和二氧化碳，C正确；酿酒工序繁多，在酿酒初期需要提供氧气使酵母菌进行有氧呼吸，进而大量繁殖，只需发酵过程保证无氧环境，使酵母菌进行无氧呼吸产生酒精即可，D错误。
4．(2022·山东威海二模)《本草纲目》中对酸奶的制作有详细记载：“用乳半杓，锅内炒过，入馀乳熬数十沸，常以杓纵横搅之，乃倾出，罐盛待冷，掠取浮皮，以为酥，入旧酪少许，纸封放之，即成矣”。下列说法错误的是(　　)
A．“锅内炒过，入馀乳熬数十沸”的目的是高温杀菌和反复脱水
B．“常以杓纵横搅之”的目的是提供足够的氧气以促进菌种的增殖
C．“入旧酪少许”相当于接种
D．“纸封放之”的目的是提供无氧环境将葡萄糖分解成乳酸
B　解析：“锅内炒过，入馀乳熬数十沸”的目的是高温杀菌和反复脱水，A正确；酸奶制作的菌种是乳酸菌，为厌氧型细菌，足够的氧气会抑制其正常生命活动，“常以杓纵横搅之”的目的应该是排出牛乳中的氧气，B错误； “入旧酪少许”是将陈发酵液倒入新发酵液中，相当于接种，C正确； “纸封放之”避免了发酵液与外界接触，其目的是提供无氧环境，将葡萄糖分解成乳酸，D正确。
5．(2023·湖北武汉模拟)据《周礼》记载酸菜又称为“菹”，汉代刘熙《释名·释饮食》解释道：“菹，阻也，生酿之，遂使阻于寒温之间，不得烂也。”这就是我国古代劳动人民发明的保藏蔬菜使其不坏的一种方法——腌藏法。下列叙述错误的是(　　)
A．“生酿之”指的是将新鲜的蔬菜和合适的材料，制作成酸菜
B．“遂使阻于寒温之间”保持适宜温度，有利于微生物的发酵
C．食盐用量过低、腌制时间过短，容易造成某些细菌大量繁殖
D．发酵过程中适量氧气和产酸的环境，有助于酸菜“不得烂也”
D　解析：“生酿之”指的是将新鲜的蔬菜和合适的材料，在不经过蒸煮等加工的条件下，将其制作成酸菜，A正确；“遂使阻于寒温之间”保持适宜温度，有利于微生物的发酵，从而完成酸菜的制作，B正确；酸菜制作过程中，温度过高、食盐用量过低、腌制时间过短，容易造成细菌大量繁殖，C正确；酸菜制作过程中主要的菌种是乳酸菌，乳酸菌为厌氧菌，故发酵过程应保持厌氧环境，D错误。
6．与传统的手工发酵相比，利用发酵工程所酿制的啤酒产量和质量明显提高，下列相关叙述不合理的是(　　)
A．通过基因工程对酿酒酵母进行选育的过程中，基因重组是所运用到的生物学原理之一
B．在发酵过程中的焙烤目的是加热杀死种子胚，但不使淀粉失活
C．啤酒工业化生产的糖化阶段，酵母菌将糖转化为酒精和CO2
D．啤酒生产过程中蒸煮产生风味组分，终止的进一步作用，并对糖浆灭菌
C　解析：啤酒工业化生产的糖化阶段是将淀粉分解，形成糖浆，而酵母菌将糖转化为酒精和CO2是在发酵阶段完成的，C错误。
7．(2023·广东佛山模拟)格瓦斯是一种以谷物或面包为原料，经酵母菌和乳酸菌发酵而成的含低量酒精、一定量的CO2的饮品。格瓦斯的制作流程如下图所示。下列相关叙述正确的是(　　)
A．发酵菌种来源于面包表面的野生菌株
B．发酵前期需要通氧让两种菌大量繁殖
C．CO2由酵母菌和乳酸菌共同发酵产生
D．巴氏消毒能够阻止继续发酵而发生爆瓶
D　解析：据题图分析，面包为原料，而发酵菌种来源于接种的酵母菌和乳酸菌，A错误；乳酸菌只能进行无氧呼吸，B错误；乳酸菌发酵产物是乳酸，不能产生CO2，C错误；巴氏消毒可以杀死部分微生物，能够阻止继续发酵而发生爆瓶，D正确。
8．某研究性学习小组进行果酒、果醋发酵实验。下列相关叙述正确的是(　　)
A．先供氧进行果醋发酵，然后隔绝空气进行果酒发酵
B．适当加大接种量可以提高发酵速率，抑制杂菌繁殖
C．发酵液中的醋酸菌通过无丝分裂增殖，繁殖速度快
D．果酒、果醋发酵过程中pH均先升高后明显下降
B　解析：缺少糖源时，醋酸菌会将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸，所以需要先隔绝空气进行果酒发酵，然后供氧进行果醋发酵，A错误；适当加大接种量可以提高发酵速率，抑制杂菌繁殖，B正确；发酵液中的醋酸菌属于原核生物，其通过无性生殖的二分裂方式进行增殖，C错误；果酒制作过程中会产生二氧化碳，二氧化碳溶于水，使发酵液pH降低，果醋制作过程中产生醋酸，同样会使发酵液pH下降，D错误。
9．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，下列分析错误的是(　　)
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、食盐用量过低都会造成杂菌滋生，口感下降
C　解析：新鲜原料中亚硝酸盐含量较低，放置一段时间的原料在微生物的作用下，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分数为5%～20%的盐水，盐水的浓度不宜过高，防止乳酸发酵受到抑制，B正确；在腌制后期，亚硝酸盐含量下降至相对稳定，但发酵时间过长，泡菜的品质降低，所以不是发酵的时间越长越好，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正确。
10．现代发酵工程常常利用计算机系统对发酵过程中的各种指标进行检测和控制，关于发酵过程中发酵条件的描述，不正确的是(　　)
A．发酵过程中，由于微生物代谢产生的热量和搅拌叶轮搅拌产生的热量达到一定的数值时，可以通过温度传感器和控制装置感受并控制冷水从进水口进入
B．冷水从发酵罐的下方进入从上方流出的目的是使冷却更充分
C．在发酵过程中可能需要通过营养物质加入口加入酸或碱来调节发酵液的pH
D．培养液要一次性全部加入，在发酵过程中不能重新加入
D　解析：发酵过程中由于微生物代谢产生的热量和搅拌叶轮搅拌产生的热量，培养液的温度会升高，仅仅靠发酵罐壁散热是不能满足的，因此，通过发酵罐上的温度传感器和控制装置感受并控制冷水的进入来散热，A正确；冷水从发酵罐下方进入，上方流出，带走大量的热量，从而可以使发酵罐冷却更充分，B正确；在发酵前，培养液的pH可以用缓冲液进行调节，在发酵过程中，代谢物的积累使pH发生改变，可以通过营养物质加入口加入酸或碱来调节，C正确；在发酵过程中，要及时检测培养液中微生物的数量和营养物质的浓度，及时添加必备的营养成分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发酵产物，D错误。
二、非选择题
11．某兴趣小组利用石榴为原料制备石榴酒和石榴醋，其简要流程如图所示。回答下列问题。
(1)操作中对石榴破碎、榨汁的主要目的是________________________________；调整成分中需加入一定量的蔗糖，其主要作用是__________________________
___________________________________________________________________。
(2)石榴酒发酵中需________(填“打开”或“关闭”)实验装置充气口并将温度控制在18～30 ℃，发酵过程中需____________以利于发酵进行并防止发酵液溢出。
(3)下表为比较接种“法国引进果酒酵母”和“高活性干酵母”两个品种发酵后产生石榴酒的性能结果。
项目 发酵时间/d 剩余糖量(g/L，以葡萄糖汁) 酒精 度/% 感官品评
法国引进果酒酵母 19 3.49 12.2 果香突出，味正协调
高活性干酵母 14 2.82 12.7 果香浓郁，风味独特
从石榴酒生产经济的角度分析，应选用高活性干酵母发酵，判断依据是_____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(4)用制备的石榴酒发酵制取石榴醋，利用的微生物为__________。相对于石榴酒发酵，需要改变的发酵条件为___________________________________________。
解析：(1)操作中对石榴破碎、榨汁的主要目的是增加原料与酵母菌的接触面积，提高发酵效率；调整成分中需加入一定量的蔗糖，其主要作用是为酵母菌提供充足的糖源，增加酒精含量。(2)石榴酒发酵中需关闭实验装置充气口，制造无氧环境，并将温度控制在18～30 ℃；发酵过程中需及时排出CO2以利于发酵进行并防止发酵液溢出。(3)从石榴酒生产经济的角度分析，应选用高活性干酵母发酵，因为此种酵母菌发酵所需时间短，糖剩余量少且获取的酒精度高，更适合生产酒精。(4)利用制备的石榴酒发酵制取石榴醋，利用的微生物为醋酸菌；因为醋酸菌是需氧型微生物且需要较高的温度，因此，相对于石榴酒发酵，需要改变的发酵条件为适当提高发酵温度和充入足量O2。
答案：(1)增加原料与酵母菌的接触面积，提高发酵效率　为酵母菌提供充足糖源，增加酒精含量(或增加碳源和能源)　(2)关闭　及时排出CO2　
(3)此种酵母菌发酵所需时间短，糖剩余量少且获取的酒精度高　(4)醋酸菌　适当提高发酵温度和充入足量O2
12．啤酒生产需经过制麦、糖化、发酵等主要环节。主要工艺流程如下图所示，请回答下列问题。
(1)大麦是啤酒发酵的重要碳源，利用大麦的实质是利用其中的α-淀粉，用__________(填激素名称)处理大麦，可以使大麦种子无须发芽就可以产生α-淀粉。
(2)为探究两种大麦种子(红粒麦和白粒麦)所含淀粉活性，进行了如下实验。
取发芽时间相同、质量相等的红、白粒麦种子，分别加蒸馏水研磨，制成提取液(去淀粉)，并在适宜条件下进行实验。实验分组、步骤及结果如下。
步骤 红粒管 白粒管 对照管
① 加样 0.5 mL 提取液 0.5 mL 提取液 C
② 加缓冲液/mL 1 1 1
③ 加淀粉溶液/mL 1 1 1
④ 37 ℃保温适当时间终止促反应，冷却至常温，加适量碘液显色
显色结果 ＋＋＋ ＋ ＋＋＋＋
步骤①中加入的C是______________________。显色结果表明：淀粉活性较高的品种是__________________。
(3)啤酒酵母菌种决定着啤酒的风味和质量，某实验小组从原浆啤酒底泥中分离出一株高活性的啤酒酵母。
①在对原浆啤酒泥的酵母菌进行富集培养的过程中每隔4 h要摇动一次，每次1～2 min，其目的是________、__________________________，以促进酵母菌的有氧呼吸和增殖。
②为了制备啤酒酵母分离培养基，实验人员将马铃薯去皮切块后高压煮沸，过滤后补加蒸馏水至1 L，加入葡萄糖和琼脂后加热融化。该培养基的碳源主要包括__________________，培养基一般用____________________法进行灭菌处理。
(4)敲除野生型酿酒酵母中的蛋白基因，减少发酵液中蛋白的水解，有助于增强啤酒泡沫的稳定性。某科研小组用酪蛋白固体培养基筛选突变体，野生型可以水解酪蛋白，在菌落周围形成透明圈。生产需要筛选透明圈________(填“大”或“小”)的菌落。
解析：(1)用赤霉素处理大麦，可以使大麦种子无须发芽就可以产生α-淀粉，可以简化工艺，降低成本。(2)根据表格数据分析可知，实验的自变量是小麦籽粒种类，红粒管和白粒管是实验组，对照管起对照作用，故步骤①中加入的C是0.5 mL蒸馏水。显色结果表明：白粒管显色最浅，说明淀粉被分解得最多，白粒小麦的淀粉活性最高。(3)①对原浆啤酒泥的酵母菌进行富集培养的目的是增加酵母菌的数量，酵母菌在有氧条件下能大量繁殖。故进行富集培养的过程中每隔4 h要摇动一次，每次1～2 min，其目的是增大溶氧量，使酵母菌与营养物质混合均匀(或使酵母菌充分利用营养物质)，以促进酵母菌的有氧呼吸和增殖。②培养基一般都含有水、碳源、氮源、无机盐，据题意可知，该培养基的碳源主要包括淀粉和葡萄糖，培养基的灭菌方法一般是高压蒸汽灭菌法。(4)酪蛋白固体培养基不透明，若酪蛋白被酵母菌产生的蛋白水解，就会在菌落周围形成透明圈，透明圈越大，说明蛋白质被水解得越多，酵母菌产生的蛋白就越多，反之亦然。为减少发酵液中蛋白的水解，有助于增强啤酒泡沫的稳定性，生产上需要选择合成蛋白少的酵母菌，故需要筛选透明圈小的菌落，作为发酵的菌种。
答案：(1)赤霉素　(2)0.5 mL蒸馏水　白粒麦　(3)①增大溶氧量　使酵母菌与营养物质混合均匀(或使酵母菌充分利用营养物质)　②淀粉和葡萄糖　高压蒸汽灭菌　(4)小(共60张PPT)
第十单元　生物技术与工程
第35课　传统发酵技术的应用　发酵工程及其应用
学业质量水平要求
1．结合泡菜的制作，科学认识生活中用到的生物学知识。(生命观念、科学探究)
2．通过果酒和果醋的制作，认识不同类型微生物的应用，并根据各自的特点理解其操作过程。(生命观念、科学思维)
3．结合生活或生产实例，举例说出发酵工程的原理并进行简单的设计和制作。(生命观念、科学探究)
层级一
构建必备知识 培养关键能力
01
考点一　传统发酵技术的应用
考点二　发酵工程及其应用
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：发酵是人们利用______，在适宜的条件下，将原料通过____________转化为人类所需要的产物的过程。
②实例——腐乳
a．原理：经过微生物的发酵，豆腐中的__________被分解成__________和______。
b．起主要作用的微生物：____。
微生物
微生物的代谢
蛋白质
小分子的肽
氨基酸
毛霉
(2)传统发酵技术
①概念：直接利用______中天然存在的微生物，或利用前一次发酵保存下来的____、____等发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术。
②类型：以混合菌种的____发酵和______发酵为主。
原材料
面团
卤汁
固体
半固体
2．传统发酵食品的制作
(1)泡菜的制作
①菌种来源：附着在植物体表面上的乳酸菌，常见种类有____________________。
②原理：乳酸菌的无氧呼吸，反应简式为_________ 2C3H6O3
(乳酸)＋能量。
乳酸链球菌和乳酸杆菌
C6H12O6
③制作过程
5%～20%
煮沸
冷却
香辛
八成
没过
注水
无氧
料
(2)果酒和果醋的制作
①制作原理与发酵条件
附着在葡萄皮
C6H12O6＋6O2＋6H2O
6CO2＋12H2O＋能量
充足
缺少
②制作过程
洗洁精
酒精
1～2
1/3
18～30
纱布
30～35
1．乳酸菌是厌氧细菌，无氧呼吸产物是乳酸与CO2。 ( )
2．亚硝酸盐会危害人体健康，一定要禁止食用。 ( )
3．葡萄酒的自然发酵中，起主要作用的是突变型酵母菌。 ( )
4．只要O2充足醋酸菌发酵的产物是一样的。 ( )
5．制作泡菜过程中可在坛内加入少量白酒，防止泡菜变质。 ( )
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√
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【教材细节命题】
1．(选择性必修3 P6探究·实践)为什么泡菜坛只能装八成满？____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
在泡菜发酵初期，由蔬菜表面带入的大肠杆菌、酵母菌等较为活跃，它们可进行发酵，发酵产物中有较多的CO2，如果泡菜坛装得太满，发酵液可能会溢出坛外。另外，泡菜坛装得太满，会使盐水不太容易完全淹没菜料，从而导致坛内菜料变质腐烂。泡菜坛留有一定的空间，也更方便拿取泡菜
2．(选择性必修3 P7探究·实践)在制作葡萄酒和葡萄醋的过程中，发酵液分别有哪些变化？_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
在葡萄酒的制作过程中，发酵液中会产生气泡，这是因为酵母菌发酵产生CO2；如果是用紫色葡萄制作葡萄酒，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。葡萄醋发酵过程中一般不会出现气泡，发酵完成时，在发酵液的表面上会出现一层菌膜，这是醋酸菌膜
1．泡菜发酵过程中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的变化
发酵时期 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下降 下降(硝酸盐还原菌受抑制，部分亚硝酸盐被分解)
发酵时期 乳酸菌 乳酸 亚硝酸盐
发酵 后期 减少(乳酸继续积累，pH继续下降，抑制乳酸菌活动) 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)
变化 曲线
注意 亚硝酸盐是硝酸盐还原菌促进硝酸盐还原形成的，而不是硝化细菌氧化氨形成的 2．制作泡菜的注意事项
(1)营造无氧环境
①选择的泡菜坛密封性要好；②加入蔬菜后要注入煮沸后冷却的盐水，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清水。
(2)控制适宜的发酵温度
温度过高易致杂菌滋生；温度过低不利于乳酸发酵，会使发酵时间延长。
(3)控制发酵时间
一般在腌制10天后，亚硝酸盐含量开始下降。但泡菜发酵时间并不是越长越好，一方面发酵时间过长，可能会产生其他有害物质，另一方面，发酵时间过长，乳酸含量过高，导致泡菜口味不佳。
3．果酒和果醋改进装置及其分析
装置的使用：使用该装置制作果酒时，应该关闭充气口；制作果醋时，应将充气口连接充气泵，输入空气。
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考向1| 发酵及传统发酵技术概念的判断
1．关于发酵的叙述，错误的是(　　)
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的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
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A　解析：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。
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2．(2021·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
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B　解析：泡菜制作过程中，主要是乳酸菌将葡萄糖分解成乳酸，A错误；做馒头或面包时，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，使得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，在密封即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。
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考向2| 泡菜的制作原理和过程的分析
3．如图为泡菜制作过程中乳酸、乳酸菌和亚硝酸
盐含量的变化曲线。据图分析，下列叙述不合理的
是(　　)
A．发酵初期，发酵液中的O2抑制部分乳酸菌代谢，乳酸产量少
B．发酵初期，亚硝酸盐含量较低，是泡菜风味品质最好的时期
C．发酵中期，乳酸大量积累导致pH下降，抑制其他微生物生长
D．发酵后期，乳酸量增加到一定浓度后，会导致乳酸菌数量下降
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B　解析：乳酸菌属于厌氧型微生物，发酵初期，发酵液中的O2抑制部分乳酸菌代谢，乳酸产量少，A正确；发酵初期，由于发酵程度低，乳酸产量少，泡菜风味品质不好，B错误；由图可知，发酵中期，乳酸大量积累导致发酵液pH下降，抑制其他微生物生长，C正确；发酵后期，乳酸含量增加到一定浓度后，会抑制乳酸菌的生长，导致乳酸菌数量下降，D正确。
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考向3| 果酒、果醋的制作原理和过程的分析
4．(2022·湖北卷)关于白酒、啤酒和果酒的生产，下列叙述错误的是(　　)
A．在白酒、啤酒和果酒的发酵初期需要提供一定的氧气
B．白酒、啤酒和果酒酿制的过程也是微生物生长繁殖的过程
C．葡萄糖转化为乙醇所需的酶既存在于细胞质基质，也存在于线粒体
D．生产白酒、啤酒和果酒的原材料不同，但发酵过程中起主要作用的都是酵母菌
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C　解析：在白酒、啤酒和果酒的发酵初期需要提供一定的氧气，让酵母菌大量繁殖，再进行酒精发酵，A正确；白酒、啤酒和果酒酿制的过程也是微生物生长繁殖的过程，如发酵初期酵母菌大量繁殖，B正确；酒精发酵利用的菌种是酵母菌，葡萄糖转化为乙醇所需的酶存在于细胞质基质，不存在于线粒体中，C错误，D正确。
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5．(2021·辽宁卷)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，再接入活化的醋酸杆菌，发酵5天。下列有关叙述错误的是(　　)
A．乙醇既是醋酸发酵的底物，又可以抑制杂菌繁殖
B．酵母菌和醋酸杆菌均以有丝分裂的方式进行增殖
C．酵母菌和醋酸杆菌发酵过程中控制通气的情况不同
D．接入醋酸杆菌后，应适当升高发酵温度
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B　解析：当缺少糖源时，醋酸菌将乙醇变为乙醛，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，醋酸杆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，再密闭发酵产生乙醇；醋酸杆菌为好氧菌，需持续通入无菌氧气，C正确。酵母菌发酵的适宜温度是18～30 ℃，醋酸杆菌发酵的适宜温度为30～35 ℃，D正确。
考点二　发酵工程及其应用
1．概念：利用微生物的________，通过现代工程技术，______生产对人类有用的产品。
特定功能
规模化
2．发酵工程的基本环节
诱变育种
基因工程育种
菌种
培养基
发酵设备
微生物数量
营养组分
过滤、沉淀
3．发酵工程的应用
(1)在食品工业上的应用：①生产传统的________。②生产各种各样的__________。③生产______。
(2)在医药工业上的应用
①______的发现和产业化生产推动了发酵工程在医药领域的应用和发展。
②发酵工程逐步扩展到了____________、多种氨基酸、______和__________等的生产领域。
发酵产品
食品添加剂
酶制剂
青霉素
其他抗生素
激素
免疫调节剂
(3)在农牧业上的应用：①生产__________。②生产__________。③生产__________。
(4)在其他方面的应用
发酵工程正渗透到几乎所有的工农业领域，在助力解决粮食、____、健康和____等方面的重大问题上，做出越来越大的贡献。
微生物肥料
微生物农药
微生物饲料
环境
能源
1．发酵工程中所需的性状优良的菌种只能从自然界中筛选出来。 ( )
2．在菌种确定之前就要选择原料制备培养基。 ( )
3．发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节。 ( )
4．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。 ( )
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1．发酵工程中心环节的分析
2．啤酒的工业化生产的过程分析
(1)啤酒发酵的过程及内容
(2)“精酿”啤酒与“工业”啤酒的区别
1．(2022·山东卷)青霉菌处在葡萄糖浓度不足的环境中时，会通过分泌青霉素杀死细菌，以保证自身生存所需的能量供应。目前已实现青霉素的工业化生产，关于该生产过程，下列说法错误的是(　　)
A．发酵液中的碳源不宜使用葡萄糖
B．可用深层通气液体发酵技术提高产量
C．选育出的高产菌株经扩大培养后才可接种到发酵罐中
D．青霉素具有杀菌作用，因此发酵罐不需严格灭菌
D　解析：青霉菌处在葡萄糖浓度不足的环境中才会分泌青霉素，所以发酵液中的碳源不宜使用葡萄糖，A正确；青霉菌的代谢类型为异养需氧型，可用深层通气液体发酵技术提高产量，B正确；选育出的高产青霉素菌株经扩大培养、纯化后，才可接种到发酵罐中进行工业化生产，C正确；为了防止细菌、其他真菌等微生物的污染，以获得纯净的青霉素，发酵罐仍需严格灭菌，D错误。
2．(2022·湖北卷)废水、废料经加工可变废为宝。某工厂利用果糖生产废水和沼气池废料生产蛋白质的技术路线如图所示。下列叙述正确的是(　　)

A．该生产过程中，一定有气体生成
B．微生物生长所需碳源主要来源于沼气池废料
C．该生产工艺利用微生物厌氧发酵技术生产蛋白质
D．沼气池废料和果糖生产废水在加入反应器之前需要灭菌处理
A　解析：据题图可知，该生产过程中有酿酒酵母的参与，酵母菌细胞呼吸会产生CO2，故该生产过程中，一定有气体生成，A正确；糖类是主要的能源物质，微生物生长所需的碳源主要来源于果糖生产废水，B错误；分析题图可知，该技术中有连续搅拌反应器的过程，该操作可以增加微生物与营养物质的接触面积，此外也可以增大溶解氧含量，据此推测该生产工艺利用微生物的有氧发酵技术生产蛋白质，C错误；沼气生产利用的是厌氧微生物，连续搅拌反应器使厌氧微生物被抑制，因此沼气池废料无须灭菌，D错误。
层级二
凝练学科素养 探析高考命题
02
【命题动态】针对人类生产或生活的某一需求，结合生活或生产实例，考查传统发酵技术及发酵工程的应用。呈现形式一般以选择题为主，难度较低或中档。
1．(2022·江苏卷改编)在制作发酵食品的实践中，控制发酵条件至关重要。下列相关叙述正确的是(　　)
A．泡菜发酵后期，尽管乳酸菌占优势，但仍有产气菌繁殖，需开盖放气
B．制作果酒的葡萄汁不宜超过发酵瓶体积的2/3，制作泡菜的盐水要淹没全部菜料
C．葡萄果皮上有酵母菌和醋酸菌，制作好葡萄酒后，可直接通入无菌空气制作葡萄醋
D．果酒与果醋发酵时温度宜控制在18～25 ℃，泡菜发酵时温度宜控制在30～35 ℃
[思维培养]
B　解析：乳酸菌属于厌氧菌，开盖放气会影响乳酸菌发酵，因此不能开盖放气，A错误。制作果酒的葡萄汁不宜超过发酵瓶体积的2/3，是为了发酵初期让酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖，同时为了防止发酵过程中发酵液溢出；制作泡菜的盐水要淹没全部菜料，以保证乳酸菌进行无氧呼吸，B正确。醋酸菌为好氧细菌，且发酵温度高于果酒的发酵温度，因此制作好葡萄酒后，除通入无菌空气，还需要适当提高发酵装置的温度，C错误。果酒发酵时温度宜控制在18～30 ℃，果醋发酵时温度宜控制在30～35 ℃，泡菜的制作温度低于30～35 ℃，D错误。
2．(2021·广东卷)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。工艺流程如下图。
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)根据题意分析，该实验的目的是提高菌株H对蔗糖的耐受能力和利用效率，结合微生物的代谢需求，其液体培养基应该以蔗糖作为唯一碳源，并不断提高其浓度，经多次传代培养以获得目标菌株。培养过程中定期取样并用血细胞计数板计数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诱变育种、基因工程育种等。(2)已知菌株H具有嗜盐、酸碱耐受能力强等特性，因此当培养基盐浓度为60 g/L，pH为10时，菌株H可正常持续发酵60 d以上，而盐浓度为60 g/L的条件下，其他杂菌因失水过多而死亡；pH为10的条件下，其他杂菌的酶变性失活，生长繁殖受抑制，故该系统不需要灭菌。
(3)分析题意，扩大培养时，营养物浓度、温度、pH等条件适宜，而发酵液中菌株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，说明发酵条件中氧气不足，使菌种进行无氧呼吸产生乙醇，即氧气(O2或溶解氧)可能是限制高密度培养的重要因素。(4)根据酶的专一性可知，菌株H能通过分解主要含蛋白质、淀粉、油脂等的餐厨垃圾来生产PHA，说明其能分泌蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等。
答案：(1)唯一碳源　血细胞计数板计数　诱变育种、基因工程育种　(2)盐浓度为60 g/L的条件下，其他杂菌因失水过多而死亡；pH为10的条件下，其他杂菌的酶变性失活，生长繁殖受抑制　(3)氧气(O2或溶解氧)　(4)蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等
1．(生命科学史情境)传统的酱油制作工艺采用面粉、黄豆做成酱饼，通过蒸熟、发酵、摊晒，然后将酱饼捣碎和盐汤盛入缸中，主要利用黑曲霉发酵，经5～6个月日晒夜露，不断搅动着酱缸里的酱，进行“捣缸”，待酱料完全熟化，再进行压榨过滤。下列说法错误的是(　　)
A．“蒸熟”使大豆蛋白质变性，并杀灭附着在原料上的微生物
B．加盐的目的主要是赋予酱油一定的咸味
C．“捣缸”的目的是通风降温，混合均匀，以利于黑曲霉正常生长繁殖
D．黑曲霉产生的蛋白水解酶等多种酶可水解原料中的蛋白质，增加酱油的鲜味
B　解析：“蒸熟”使大豆蛋白质变性，有利于后期发酵，同时起到杀灭附着在原料上的微生物的作用，A正确；加盐的目的是抑制某些腐生微生物的活动，同时赋予酱油一定的咸味，B错误；黑曲霉是一种好氧菌，“捣缸”的目的是通风供氧，降低温度，混合均匀，以利于黑曲霉正常生长繁殖，C正确；黑曲霉有复杂的酶系统，主要产生蛋白水解酶等，多种酶可水解原料中的蛋白质，增加酱油的鲜味，D正确。
2．(科学实验和探究情境)泡菜的制作工艺是我国悠久的文化遗产之一。制作泡菜的过程中，应控制亚硝酸盐在一定浓度范围内，以免对人体产生危害。某兴趣小组欲研究不同浓度食醋对泡菜中亚硝酸盐含量的影响。实验步骤如下：称取等量的新鲜白菜4份，每份均加入等量的质量分数为7%的盐水、鲜姜和辣椒，再加入食醋，调节料液的食醋浓度分别为0、0.3%、0.6%、0.9%，每天测定其亚硝酸盐含量，下图为室温下的实验结果。请回答下列相关问题：
(1)制作泡菜时，如果发现发酵容器内底层的发酵效果比上层的好，则说明制作泡菜使用的发酵菌属于________(填“好氧菌”或“厌氧菌”)。设置食醋浓度为0的组别的目的是_______________________
_________________________________________________________。
(2)分析曲线可知，随泡制时间的延长，亚硝酸盐含量的变化趋势均表现为________并均在第3 d达到最大值。室温下，用白菜制作的泡菜，最佳食用时间是泡制________d以后。泡菜发酵初期，由于泡菜罐加盖并水封，会使________菌逐渐被抑制；发酵中期，乳酸菌大量繁殖产生乳酸使________菌被抑制；发酵后期，________菌也会被抑制。
(3)结合本实验，不同浓度食醋对泡菜中亚硝酸盐含量的影响是____
__________________________________________________________
______________________________________________(答出两点)。
解析：(1)制作泡菜时，底层缺乏氧气，若底层的发酵效果比上层的好，说明该发酵菌是厌氧菌。设置食醋浓度为0的一组，目的是与有食醋的实验组形成对照，排除无关变量对实验结果的影响。(2)分析题图曲线可知，亚硝酸盐含量变化趋势均表现为先上升后下降；9 d后泡菜中的亚硝酸盐含量降至最低，适宜食用。发酵初期水密封后发酵环境中缺乏氧气，好氧菌被逐渐抑制；发酵中期乳酸菌产生乳酸，不耐酸细菌被抑制，随着代谢产物的积累，发酵后期乳酸菌被抑制。(3)根据题图可知，食醋会抑制泡菜中亚硝酸盐的产生；三组浓度中，0.6%食醋抑制作用最强；食醋浓度过高或过低抑制作用均下降。
答案：(1)厌氧菌　作为对照，排除无关变量对实验结果的影响　(2)先上升后下降　9　好氧　不耐酸　乳酸　(3)食醋会抑制泡菜中亚硝酸盐的产生；三组浓度中，0.6%食醋抑制作用最强；食醋浓度过高或过低抑制作用均下降

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