资源简介

【备考2024】一轮新人教版生物学学案
第十单元　生物技术与工程
第1讲　传统发酵技术的应用和发酵工程及其应用
考点1　发酵与传统发酵的概念及泡菜的制作
一、发酵与传统发酵技术
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．腐乳制作的原理
蛋白质小分子的肽和氨基酸。
脂肪甘油和脂肪酸。
4．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．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。
2．制作传统泡菜时，为什么泡菜坛只能装八成满？(选择性必修3　P6“探究·实践”)
提示：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。
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、曲霉和毛霉等。
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．某同学制作出来的泡菜“咸而不酸”的最可能原因是___________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
提示：可能是食盐浓度过高、发酵温度过低等原因导致泡菜未能正常发酵
2．制备泡菜用清水和食盐配制质量分数为5%～20%的盐水，并将盐水煮沸，冷却待用。盐水需煮沸并冷却后才可使用，原因是__________________________
_____________________________________________________________________。
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
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分数为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、乳酸和亚硝酸盐含量的变化
某兴趣小组就“泡菜腌制过程中亚硝酸盐含量变化”开展了研究，操作如下：1月4日下午选取1、2、3号三只相同的泡菜坛，在每个坛中加入洗净的新鲜莲花菜0.6 kg，再分别倒入等量煮沸并冷却的10%的盐水，将坛密封，置于同一环境中。封坛前进行第一次取样测定亚硝酸盐含量，后来定时测定，结果如图。
　
1号坛变化趋势　　　　　　2号坛变化趋势
3号坛变化趋势
尝试分析实验中三只坛中产生的亚硝酸盐含量存在差异的最可能的原因；为了让实验数据更好地表明泡菜腌制过程中亚硝酸盐含量变化，对该实验所获得的3组数据应进行怎样的处理才更合理？
提示：各坛中微生物种类和数量可能存在差异；先求平均值，再绘制一条曲线(将三个坛中每次测定的亚硝酸盐的含量分别记录，求出平均值，然后以日期为横坐标，亚硝酸盐的平均含量为纵坐标画出一条曲线)。
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．(2022·湖北武汉模拟)据《周礼》记载酸菜又称为“范”，汉代刘熙《释名·释饮食》解释道：“葅，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　[“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；发酵过程中主要的菌种是乳酸菌，乳酸菌为厌氧细菌，故应保持无氧环境，D错误。]
4．(2023·广东深圳模拟)泡菜在我国“食材谱系”中已有数千年历史，其中广东泡菜以爽脆出名，而且口味酸甜。各种应季的蔬菜，如白萝卜、红萝卜、小黄瓜、高丽菜等均可作为泡菜的原料，经发酵后，在口感上比新鲜蔬菜更爽脆，既好吃，又助消化。下列关于泡菜制作的叙述，错误的是(　　)
A．热水短时处理原料可抑制果胶酶活性，使成品泡菜口感较脆
B．腌制方法、时间长短和温度高低均影响泡菜中亚硝酸盐含量
C．利用水密封泡菜坛的目的是给泡菜坛内创造无氧环境
D．坛盖边沿的水槽“泡”中的气体是乳酸菌经细胞呼吸产生的
D　[果胶酶可以水解果胶，进而使原料柔软，因此利用热水短时间处理原料，可通过抑制果胶酶活性使成品泡菜口感较脆，A正确；腌制方法、时间长短和温度高低均影响泡菜中亚硝酸盐含量，B正确；乳酸菌属于厌氧生物，利用水密封泡菜坛的目的是给泡菜坛内创造无氧环境，C正确；乳酸菌无氧呼吸产生乳酸，没有气体产生，坛盖边沿的水槽“泡”中的气体是发酵初期酵母菌、大肠杆菌等经细胞呼吸产生的，D错误。]
考点2　果酒和果醋的制作
一、制作原理与发酵条件
二、方法步骤
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．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．醋酸菌在无氧条件下利用乙醇产生乙酸。 (×)
提示：醋酸菌在有氧条件下利用乙醇产生乙酸。
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．利用植物黑加仑制备黑加仑酒时，需破碎制备果浆。破碎制备果浆前需先清洗，再除去枝梗的原因是______________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
提示：去枝梗时可能造成黑加仑的浆果破损，先清洗后除去枝梗可减少杂菌污染
2．果酒发酵时，葡萄汁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
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)果醋制作中产生乙酸少
发酵过程中供氧不足所致。
研究发现：经葡萄内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。
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。
考查果酒和果醋的制作原理、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　[酵母菌在有氧条件下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。]
2．(2022·天津宁河二模)山西老陈醋含有多种营养成分，具有调节血脂、保护肝脏等功效。其生产工艺经3 000多年的传承和发展，具有了传统手工技艺与现代科学相结合的特点，被认定为国家非物质文化遗产。工艺流程如图。回答下列问题：
高粱→蒸煮→拌大曲→酒精发酵→乙酸发酵→熏醅→淋醋→陈酿
(注：以大麦、豌豆等原料制成大曲，含有多种与发酵有关的微生物。)
(1)拌大曲前高粱________(填“需要”或“不需要”)冷却，原因是____________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(2)酒精发酵阶段起主要作用的微生物是________，若对该微生物进行活菌计数可以采用的方法是__________________。
(3)进入乙酸发酵阶段时，应将发酵条件改变为____________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________(答出两点)。
(4)研究人员研究了山西老陈醋对急性醉酒小鼠的防醉和护肝作用(肝细胞受损后转氨酶活性升高)，结果如表所示。
分组 检测指标　　 甲组不做处理 乙组用酒灌胃(13 mL/kg) 丙组食醋灌胃，30 min后用酒灌胃(13 mL/kg)
降解酒精的某种酶含量(μg·mL-1) 4.22 1.65 6.08
转氨酶活性(U·g-1) 15.07 19.93 12.83
据表分析，山西老陈醋可通过____________________________，加快酒精代谢，起到一定的解酒作用；山西老陈醋也具有护肝作用，判断依据是_____________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[解析]　(1)拌大曲前，高粱需要冷却到适当温度，因为高温会杀死与发酵有关的微生物，使大曲失效。(2)在酒精发酵阶段，酵母菌起主要作用。若要对酵母菌进行活菌计数，可以采用稀释涂布平板法等方法。(3)乙酸发酵所用微生物为醋酸菌，其代谢类型为需氧型，乙酸发酵阶段应给予充足的O2，并将发酵温度控制在30～35 ℃。(4)从题表数据可知，食醋灌胃可增加降解酒精的某种酶含量，从而加快酒精代谢。丙组的转氨酶活性显著低于乙组，由此可推测醋也具有护肝作用。
[答案]　(1)需要　高温会杀死与发酵有关的微生物　(2)酵母菌　稀释涂布平板法　(3)充足的O2，发酵温度为30～35 ℃　(4)增加降解酒精的某种酶含量　丙组的转氨酶活性显著低于乙组
考查发酵条件的控制等
3．(2022·河北石家庄高三模拟)桂圆也称龙眼，是一种药食两用的水果。科研团队比较了5种酵母菌(3种酿酒酵母，2种非酿酒酵母)对桂圆果浆的发酵效果，并从中选择适宜的菌种进行发酵，以期得到品质更好地桂圆果酒。生产桂圆果酒的工艺流程如图所示。回答下列问题：
新鲜桂圆去皮去核→桂圆果肉→打浆→调酸 →酶解→调糖→接种→发酵→过滤
(1)在发酵流程中没有对材料的清洗环节，清洗时正确的操作应该是________________，该操作的目的是___________________。
(2)酶解的过程是在调酸物料中加入质量分数为0.2%的果胶酶，加入该酶的作用是___________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(3)下表中表示5种酵母(Y1－SY果酒活性干酵母；Y2－RW果酒活性干酵母；Y3－葡萄酒高活性干酵母；Y4－耐高温高活性干酵母；Y5－生香活性干酵母)发酵的桂圆果酒品质(总酯与果酒的香味有关)，根据表可得出的结论是酿酒酵母主要完成________，非酿酒酵母可将原料中的物质转化为____________，从而提高了果酒的甜度。从中选择____________两种酵母菌作为桂圆果酒发酵优良菌种。
酵母 酒精度/ %vol 总糖/ (g/L) 总酸/ (g/L) 总酯/ (g/L) 感官评 分/分
Y1 13.4 1.3 6.8 0.19 72
Y2 13.1 2.4 6.4 0.18 67
Y3 13.3 1.6 6.2 0.15 64
Y4 12.6 3.4 8.1 0.11 62
Y5 11.0 8.5 7.6 0.38 74
(4)酵母菌添加量过少时，发酵时间将会________(填“变长”或“变短”)；酵母菌添加量过多时，酒精度、总酯含量都较低的原因是________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________(答两点)。
[解析]　(1)为防止去皮去核后清洗造成的杂菌污染，所以应该在桂圆去皮去核之前进行清洗。(2)细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，果胶酶可以分解果胶、瓦解细胞壁和胞间层，增加果汁的出汁率和澄清度，所以需要加入果胶酶。(3)酿酒酵母主要完成酒精发酵；非酿酒酵母(Y4和Y5)中总糖含量较高，可将原料中的物质转化成总糖，从而提高了果酒的甜度，从表格中可以看出，Y5将原料中的物质转变为糖类能力较强，Y1中酒精度较高，说明产酒能力强，故选择Y1和Y5两种酵母菌作为桂圆果酒发酵优良菌种。(4)酵母菌添加量过少时，桂圆果酒发酵过程缓慢，发酵时间将会变长；酵母菌添加量过多时，由于酵母菌的大量繁殖消耗反应体系中的营养物质、酵母菌产生的代谢产物对酵母菌的生长和果酒风味的形成有抑制作用，所以酒精度、总酯含量都较低。
[答案]　(1)在桂圆去皮去核之前进行清洗　防止去皮去核后清洗造成的杂菌污染　(2)分解果胶、瓦解细胞壁和胞间层，增加果汁的出汁率和澄清度　(3)酒精发酵　总糖　Y1、Y5　(4)变长　酵母菌的大量繁殖消耗反应体系中的营养物质、酵母菌产生的代谢产物对酵母菌的生长和果酒风味的形成有抑制作用
考点3　发酵工程及其应用
一、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。
二、发酵工程的基本环节
三、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
2．“精酿”啤酒与“工业”啤酒的区别
四、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。
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．如何对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？(选择性必修3　P23“思考·讨论”)
提示：要对温度、pH、溶解氧等发酵条件进行严格控制，使其最适合微生物的生长繁殖，同时及时添加必要的营养组分。
3．与传统的手工发酵相比，啤酒的工业化生产过程中，哪些工程手段使啤酒的产量和质量明显提高？(选择性必修3　P25“思考·讨论”)
提示：菌种的选育、对原材料的处理、发酵工程的控制、产品的消毒等，都有助于提高啤酒的产量和品质。
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酸。 (×)
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。
7．利用发酵工程生产的微生物农药是生物防治的重要手段。 (√)
1．生产啤酒时，需进行后发酵的原因是_______________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
提示：主发酵结束后，发酵液不适合饮用，要在低温、密闭的环境下储存一段时间进行后发酵，这样才能形成澄清、成熟的啤酒
2．微生物菌种资源丰富，选择发酵工程用的菌种时需考虑的因素有_________
_____________________________________________________________________。
提示：在低成本的培养基上能迅速生长繁殖；生产所需代谢物的产量高；发酵条件易控制；菌种不易变异、退化
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)良好的搅拌有利于将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．影响发酵生产的因素
(1)发酵培养基的组成
培养基的组成十分关键。使用的培养基必须满足微生物细胞生长繁殖的需要，因为没有大量的细胞就不可能产生大量的产物。但是细胞的过度生长会消耗大量的营养物质，有时又会影响细胞的生产能力，使产物的产量下降，因此使用的培养基还必须有利于微生物大量合成产物。
(2)纯种发酵与灭菌
现代发酵工业绝大多数采用纯种发酵，可以保证高产以及生产过程和产品质量的稳定。污染是发酵工业的大敌，因此灭菌和无菌操作非常重要。发酵涉及的发酵罐、空气过滤系统等设备需用120 ℃以上的高压蒸汽进行彻底灭菌。配制好的培养基在进入发酵罐之前要加热超过120 ℃，或在进入时采用连续高温灭菌的方法进行灭菌。若灭菌不彻底，哪怕只有很少量的杂菌没有被杀死，它们也可能在发酵过程中大量繁殖，造成污染，使发酵失败。
(3)不同阶段的温度
温度主要通过影响微生物细胞内生物大分子的活性来影响微生物的生命活动。温度升高，细胞内的酶促反应速率加快；但若温度过高，生物活性物质(蛋白质、核酸等)会发生变性，导致细胞功能下降，甚至死亡。每种微生物都有最适合它生长的温度范围，而且生长、繁殖、发酵或积累代谢物所需的最适温度往往不同。
(4)培养基的pH
培养基的pH对微生物生长的影响主要是引起细胞膜电荷变化，以及影响营养物质的离子化程度，从而影响微生物对营养物质的吸收。pH也会影响生物活性物质，如酶的活性。不同微生物对环境pH适应的范围不同，同一种微生物在不同的生长阶段和不同生理生化过程中，对环境pH也有不同要求。同一种微生物由于培养环境pH不同，可能会积累不同的代谢物。
(5)溶解氧量的影响
对于进行好氧发酵的工业生产，保证发酵液中氧的供给，满足微生物对氧的需求，使氧的供需矛盾不会成为生产的限制因素，是稳定和提高生产效率、降低生产成本的关键之一。在复杂的发酵过程中，仅保持一定的通气量可能无法为微生物提供合适的溶解氧量。微生物在不同发酵阶段，其生长、代谢水平的变化会导致它对氧的需求量也有变化，因此通过控制通气量、罐压、搅拌速率等来控制氧的溶解速率和浓度是十分必要的。
1．微生物菌剂通常有液态和固态两种。如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．(2022·辽宁大连检测)味精是谷氨酸的钠盐，利用谷氨酸棒状杆菌经过发酵可以生产谷氨酸，进而获得味精。在利用发酵罐生产味精的过程中，需要不停地进行搅拌，并严格控制发酵条件，以提高谷氨酸的产量和品质。下列关于谷氨酸生产的说法，正确的是(　　)
A．性状优良的谷氨酸棒状杆菌只能通过诱变育种获得
B．发酵过程中的搅拌可满足菌体对氧气和养分的需求
C．发酵过程中应控制pH，酸性条件下利于谷氨酸的生产
D．发酵过程中添加新的营养液会改变培养条件，不利于增产
B　[性状优良的谷氨酸棒状杆菌可以从自然界中筛选出来，也可以通过基因工程育种或诱变育种获得，A错误；发酵过程中的搅拌会使营养物质和菌种充分接触且能增加溶解氧的量，故可满足菌体对氧气和养分的需求，B正确；中性和弱碱性条件下利于谷氨酸的积累，酸性条件下容易形成谷氨酰胺和N 乙酰谷氨酰胺，C错误；发酵过程中添加新的营养液有利于持续高效地获得发酵产品，D错误。]
2．啤酒的工业化生产中，大麦经发芽、焙烤、碾磨、糖化、蒸煮、发酵、消毒等工序后，最终过滤、调节、分装。下列说法错误的是(　　)
A．用赤霉素处理大麦，可使大麦种子无须发芽就能产生α 淀粉酶
B．焙烤是为了利用高温杀死大麦种子胚并进行灭菌
C．糖浆经蒸煮、冷却后需接种酵母菌进行发酵
D．通过转基因技术可减少啤酒酵母双乙酰的生成，缩短啤酒的发酵周期
B　[赤霉素能促进种子的萌发，据此可推测，若用赤霉素处理大麦，可诱导α 淀粉酶相关基因的表达，促进α 淀粉酶的合成，进而使大麦种子无须发芽就能产生α 淀粉酶，A正确；焙烤可以杀死大麦种子的胚，但不使淀粉酶失活，没有进行灭菌，B错误；糖浆经蒸煮(产生风味组分、终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌)、冷却后再接种酵母菌进行发酵，防止高温杀死菌种，C正确；转基因技术已被用来减少啤酒酵母双乙酰的生成，缩短啤酒的发酵周期，属于转基因技术在微生物领域的应用，D正确。]
发酵工程在生产上的应用
3．(2022·湖北选择性考试)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　[据图可知，该生产过程中有酿酒酵母的参与，酵母菌呼吸作用会产生二氧化碳，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；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，此外也可增大溶解氧含量，故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，在连续搅拌反应器中厌氧微生物会被抑制，因此沼气池废料无需灭菌，D错误。]
4．(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
　
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、糖源都充足时能通过复杂的化学反应将糖分解成乙酸；当缺少糖源时则直接将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为乙酸。
(3)(选择性必修3 P22)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．(2022·山东等级考)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　[为了防止细菌、其他真菌等微生物的污染，获得纯净的青霉素，发酵罐仍需严格灭菌，D错误。]
2．(2022·湖北选择性考试)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
C　[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。]
3．(2022·江苏选择性考试改编)在制作发酵食品的学生实践中，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18～30 ℃，泡菜发酵时温度宜控制在30～35 ℃
B　[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；醋酸菌为需氧菌，且发酵温度高于果酒的发酵温度，因此制作好葡萄酒后，除通入无菌空气外，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 ℃，D错误。]
4．(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”是将酒曲浸到活化，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。]
5．(2022·重庆选择性考试)人类很早就能制作果酒，并用果酒进一步发酵生产果醋。
(1)人们利用水果及附着在果皮上的________菌，在18～30 ℃、无氧条件下酿造果酒；在利用醋酸菌在________条件下，将酒精转化成乙酸酿得果醋。酿造果醋时，得到了乙酸产率较高的醋酸菌群，为进一步纯化获得优良醋酸菌菌种，采用的接种方法是_________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(2)先酿制果酒再生产果醋的优势有________(填编号)。
①先酿制果酒，发酵液能抑制杂菌的生长，有利于提高果醋的产率
②酿制果酒时形成的醋酸菌膜，有利于提高果醋的产率
③果酒有利于溶出水果中的风味物质并保留在果醋中
(3)果酒中的酒精含量对果醋的乙酸产率会产生一定的影响。某技术组配制发酵液研究了初始酒精浓度对乙酸含量的影响，结果见图。
该技术组使用的发酵液中，除酒精外还包括的基本营养物质有________(填写两种)。据图可知，乙酸发酵的最适初始酒精浓度是________；酒精浓度为10%时乙酸含量最低，此时，若要尽快提高乙酸含量，可采取的措施有________ (填写两个方面)。
[解析]　(1)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。醋酸菌是好氧细菌，最适生长温度为30～35 ℃。微生物最常用的接种方法是稀释涂布平板法和平板划线法。(2)①先酿制果酒，发酵液能抑制杂菌的生长，有利于提高果醋的产率，①正确；②酿制果酒时形成的醋酸菌膜会造成局部缺氧，导致果醋产率不高，②错误；③果酒有利于溶出水果中的风味物质并保留在果醋中，增加果醋风味，③正确。故选①③。(3)微生物生长基本营养物质：氮源、碳源、水、无机盐等，题中酒精作为碳源。酒精浓度为6%时，乙酸含量最高，是发酵的最适浓度。提高乙酸含量，可采取的措施有适当降低初始酒精浓度，增加氧气供应，适当提高温度等。
[答案]　(1)酵母　30～35 ℃、有氧　稀释涂布平板法或平板划线法　(2)①③　(3)氮源、无机盐、水　6%　适当降低初始酒精浓度，增加氧气供应，适当提高温度等
(教师用书独具)
(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图。
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_____________(答出一点即可)。
[解析]　(1)大豆的主要营养成分为蛋白质，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)
课时分层作业(三十四)　传统发酵技术的应用和发酵工程及其应用
1．(2022·江苏连云港模拟)某同学对“果酒和果醋的制作”实验改进如图所示，下列说法错误的是(　　)
装置1　　　装置2
A．将苹果梨进行酶解能充分释放苹果梨汁和糖分，使后续发酵更容易
B．为缩短制作时间，可分别人工接种酵母菌和醋酸菌
C．装置1的甲不仅可阻止外界空气进入，还便于排出果醋发酵产生的气体
D．装置2的乙可维持瓶中气压相对稳定，并可检测是否产生CO2
C　[苹果梨细胞是植物细胞，含有细胞壁，用纤维素酶和果胶酶能去除细胞壁，因此将苹果梨进行酶解能充分释放苹果梨汁和糖分，使后续发酵更容易，A正确；人工接种酵母菌和醋酸菌，菌种的纯度高，发酵的效率就高，从而缩短制作时间，B正确；果醋发酵不产生气体，C错误；装置2的乙与发酵瓶直接相通，可维持瓶中气压相对稳定，且乙中的X溶液可用于检测是否产生CO2，D正确。]
2．(2022·辽宁沈阳二模)泡菜，古称葅，是指为了利于长时间存放而经过发酵的蔬菜。我国最早的诗集《诗经》中有“中田有庐，疆场有瓜，是剥是菹，献之皇祖”的诗句。庐和瓜是蔬菜，“剥”和“菹”是腌制加工的意思。泡菜历史悠久，流传广泛，几乎家家会做，人人吃，在筵席上也要上几碟泡菜。下列有关泡菜制作的描述，错误的是(　　)
A．泡菜坛盖边注水并在发酵的过程中不断补充，可以提供无氧发酵环境
B．发酵过程中加入一些已经腌制过的泡菜汁可以缩短发酵时间
C．应用细菌计数板对泡菜汁中乳酸菌进行计数，应该先盖盖玻片再滴加样液
D．制作泡菜时，可将盐水煮沸，既能灭菌避免杂菌污染又能去除盐水中的氧气
D　[泡菜坛盖边注水并在发酵的过程中不断补充，可以形成无氧环境，A正确；腌制过的泡菜汁中含有大量的乳酸菌，可以增加乳酸菌的数量，缩短发酵时间，B正确；细菌计数板的使用原则是先盖盖玻片再滴加样液，C正确；煮沸只能达到消毒的目的，不能灭菌，D错误。]
3．(2022·山东济南模拟)利用石榴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，相关叙述正确的是(　　)
A．前6天用斐林试剂检测发酵液中还原糖含量变化，砖红色沉淀逐日增多
B．前6天发酵产生的乙醇既是乙酸发酵的底物，又可以抑制杂菌繁殖
C．发酵后5天，用重铬酸钾测定乙酸含量变化，溶液灰绿色逐日加深
D．发酵后5天与发酵前6天相比，控制的通气情况不同但温度相同
B　[酵母菌发酵会消耗葡萄糖，因此前6天用斐林试剂检测发酵液中还原糖含量变化，砖红色沉淀逐日减少，A错误；前6天酵母菌发酵产生的乙醇可在醋酸菌的作用下转化为乙醛，再生成乙酸，同时乙醇也可以抑制杂菌繁殖，故前6天发酵产生的乙醇既是乙酸发酵的底物，又可以抑制杂菌繁殖，B正确；重铬酸钾可以用来测定乙醇，但用重铬酸钾不能测定乙酸，C错误；发酵后5天与发酵前6天相比，控制的通气情况不同，温度也不同，发酵前6天控制的温度是18～30 ℃，发酵后5天控制的温度是30～35 ℃，D错误。]
4．(2022·山东济南模拟)酱油是以蛋白质和淀粉等原料为主，经米曲霉等多种微生物共同发酵酿制而成的调味剂，主要工艺流程如图。下列相关叙述错误的是(　　)
A．对原料进行蒸煮，有利于后期酶的水解和消灭原料中的微生物
B．接种米曲霉后可借助于其产生的多种酶将原料中的大分子物质水解成小分子物质
C．酵母菌可以将有机物分解成乙醇等，与酱油香味的形成有直接关系
D．成品酱油中富含多种微生物，有助于人体对食物中营养物质的消化吸收
D　[对原料进行蒸煮，改变细胞膜的通透性有利于后期酶的水解，高温有利于消灭原料中的微生物，A正确；米曲霉产生的酶有利于将原料中的大分子物质水解成小分子物质，B正确；酵母菌为兼性厌氧微生物，在无氧条件下进行酒精发酵，可以将有机物分解成乙醇等，与酱油香味的形成有直接关系，C正确；成品酱油经过灭菌后罐装，相关微生物在灭菌时已被杀死，D错误。]
5．(2022·山东滨州二模)利用传统的纯粮固态发酵工艺生产高品质白酒过程中有多种微生物参与：将谷物中的大分子物质分解为小分子糖等物质的a类菌种、将糖类发酵产生酒精的b类菌种、将酒精转化为乙酸的c类菌种、将酒精和酸性物质等转化为有香味酯的d类菌种。下列说法正确的是(　　)
A．可以使用以纤维素为唯一碳源的培养基来筛选a类菌种
B．生产过程中需经常搅拌原料以增加b类菌种发酵所需氧气
C．控制温度低于30～35 ℃利于减少c类菌种的生长而增加产酒量
D．不同白酒的品质差异只取决于d类菌种
C　[a类菌种可将谷物中的大分子物质分解为小分子糖，并以此作为碳源，故可以使用以谷物为唯一碳源的培养基来筛选a类菌种，A错误；b类菌种可将糖类发酵为酒精，该过程应营造无氧环境，B错误；结合分析可知，c类菌种主要是醋酸菌，醋酸菌发酵适宜的温度是30～35 ℃，而b类菌种酒精发酵所需的适宜温度低于该温度，故控制温度低于30～35 ℃利于减少c类菌种的生长而增加产酒，C正确；白酒最终产生需要四类菌种的参与，D错误。]
6．(2022·湖北武汉模拟)很久以前，勤劳的中国人就发明了制作醪糟(也称甜酒)的技术并沿用至今。醪糟的制作需要泉水、糯米和酒曲(含根霉菌)等，其大致流程如下：
―→―→―→―→―→―→
有关分析错误的是(　　)
A．将发酵容器完全密封可促进根霉菌的繁殖并缩短发酵时间
B．根霉菌产生的某些酶，可使淀粉大量分解为麦芽糖、葡萄糖
C．发酵过程中先变甜，后来水，然后才产生一定浓度的酒精
D．与发酵前相比，醪糟中营养物质种类增加，有机物总量降低
A　[根霉菌的繁殖需要氧气，故发酵容器初期需要通入空气，A错误；根霉菌可以产生淀粉酶，能够将淀粉水解为麦芽糖，并最终水解为葡萄糖，作为发酵的原料，B正确；由于淀粉水解为葡萄糖等物质，故发酵过程先变甜，后由于微生物有氧呼吸可产生水，此后进行无氧呼吸产生酒精，C正确；由于有机物的氧化分解，与发酵前相比，醪糟中营养物质种类增加，有机物总量降低，D正确。]
7．(2023·广东珠海联考)废水、废料经过加工可变废为宝。某实验室在反应器中加入酿酒酵母、果糖生产时的废水和沼气池废料，连续搅拌生产蛋白质。下列叙述错误的是(　　)
A．酿酒酵母在生产蛋白质的过程中需要隔绝氧气
B．酿酒酵母生长、繁殖时所需的氮源主要来自沼气废液
C．利用酿酒酵母生产的蛋白质可制成微生物饲料
D．用酸性的重铬酸钾检测生产液，可能不会变为灰绿色
A　[酿酒酵母在生产蛋白质的过程中需要消耗大量的能量，所以需要在有氧的条件下产生能量，A错误；果糖中不含氮元素，所以酿酒酵母生长、繁殖时所需的氮源主要来自沼气废液，B正确；利用酿酒酵母生产的蛋白质可制成微生物饲料，为微生物生长提供营养物质，C正确；酿酒酵母在生产蛋白质的过程中，可能没有进行无氧呼吸产生酒精，所以可能不会变为灰绿色，D正确。]
8．(2022·湖南娄底二模)谷氨酸棒状杆菌是一种好氧细菌，它是谷氨酸发酵的常用菌种。细菌内合成的生物素参与细胞膜的合成，不能合成生物素的细菌细胞膜存在缺陷。如图为通过发酵工程生产谷氨酸的生产流程，请回答下列问题：
(1)从自然界分离的菌种往往达不到生产要求，从改变微生物遗传特性的角度出发，培育出优良菌种的育种方法主要有__________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________(至少答出一点)。
(2)扩大培养时所用的培养基，从物理性质来看是________(填“固体”或“液体”)培养基，从用途来看是________(填“鉴别”或“选择”)培养基，扩大培养的目的是_____________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(3)对谷氨酸代谢的控制，除了改变微生物的遗传特性外，还需要控制生产过程中的发酵条件，比如__________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________(至少答出两点)。
为了从发酵液中分离提纯谷氨酸，可将发酵液灭菌后进行萃取→过滤→________， 然后用一定手段进行结晶，可得到纯净的谷氨酸晶体。
(4)谷氨酸棒状杆菌在合成谷氨酸的过程中，当细胞中谷氨酸积累过多时会抑制谷氨酸脱氢酶的活性，从而减少谷氨酸的合成，这是一种______________调节机制。在生产上一般选用生物素合成________(填“高表达”“正常”或“缺陷”)型细菌作为菌种，可以在一定程度上解除谷氨酸合成过量对谷氨酸脱氢酶活性的抑制，从而大量生产谷氨酸。
[解析]　(1)在微生物的菌种培育上，改变微生物遗传特性的优良菌种的育种方法主要有诱变育种、基因工程育种等。(2)扩大培养时，使用的培养基是液体培养基，这种培养基有利于所选择菌种的生长，从用途来看是选择培养基。扩大培养的目的是增大菌种浓度。(3)谷氨酸棒状杆菌是一种好氧细菌，因此培养基中需严格控制溶解氧、通气量等发酵条件，以保证谷氨酸棒状杆菌代谢正常进行，同时还需要控制好温度、pH等。从发酵液中分离提纯谷氨酸，可将发酵液灭菌后进行萃取→过滤→浓缩，制成结晶。(4)当细胞中谷氨酸积累过多时会抑制谷氨酸脱氢酶的活性，从而降低谷氨酸的合成，即调节谷氨酸含量的相对稳定，这是一种负反馈(反馈)调节机制。菌体进入产物合成期时，有谷氨酸产生，如果能够大量的把产物及时的排泄到细胞膜外，则可以在一定程度上解除谷氨酸合成过量对谷氨酸脱氢酶活性的抑制，可见，应该选择细胞膜通透性大的细菌作为菌种，即不能合成生物素的细菌细胞膜存在缺陷。
[答案]　(1)诱变育种、基因工程育种　(2)液体　选择　增大菌种浓度　(3)溶解氧、通气量、温度、pH　浓缩　(4)负反馈(或反馈)　缺陷
9．(2022·山东济南三模)老五甑(蒸馏酒用的锅)酿造法主要特点是混蒸混烧、续渣配料、多轮次发酵蒸酒。将发酵后的四甑酒醅分层出窖，按一定比例加入新粮，分成五甑后依次蒸酒。蒸酒后一甑糟丢弃，另四甑料重新放回窖池发酵。糟醅配料时需润料、拌匀并堆积；蒸酒出甑后的粮糟需加水、摊凉、撒曲；粮糟入窖后需踩窖，以压紧发酵材料并封窖；窖泥是己酸菌、甲烷菌、丁酸菌的载体，主要位于窖池底部和四壁，是生产浓香型白酒的基础。下列叙述错误的是(　　)
A．该工艺可以提高酒粮的利用率和出酒率，增加呈香物质在酒醅中的积累
B．窖泥的作用主要是提供酿酒微生物和以淀粉酶、蛋白酶为主的各种糖化酶类
C．摊凉可防止酵母菌等微生物死亡，踩窖可抑制好氧细菌繁殖
D．可采用抽样检测法对窖池底部和四壁的窖泥微生物进行计数
B　[该工艺混蒸混烧、续渣配料、多轮次发酵蒸酒，其中多轮次发酵蒸酒等过程可以提高酒粮的利用率和出酒率，增加呈香物质在酒醅中的积累，A正确。分析题意可知，窖泥是己酸菌、甲烷菌、丁酸菌的载体，其能起到密封以及排废作用，此外还可提供酿酒微生物，但不提供糖化酶类，B错误。摊凉可防止酵母菌等微生物死亡；踩窖可减少氧气，抑制好氧细菌繁殖，C正确。由于微生物数量多，故对其计数时可采用抽样检测法，D正确。]
10．(2023·广东佛山检测)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。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　[据图分析，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。]
11．(2022·广东惠州一模)“珠三角是中国酿造酱油的大本营”，酱油作为一种深受人民大众欢迎的传统饮食调味品，工艺流程为：原料→制曲→发酵(添加高浓度食盐)→生酱油→配制→澄清→包装→成品，发酵过程的生理指标变化如表所示：
发酵天数(d) 氨基酸等含氮物质(g/100 mL) 酸类物质(g/100 mL) 糖类物质(g/100 mL) 还原糖(g/100mL) 色度 pH
1 1.25 2.16 6.16 5.09 0.99 5.70
5 1.28 2.27 7.53 6.85 1.22 5.36
8 1.47 2.31 6.81 6.53 1.35 5.37
10 1.65 2.34 7.96 6.94 1.53 5.39
13 1.73 2.48 7.90 7.24 1.78 5.28
15 1.84 2.56 7.85 7.74 2.05 5.12
(1)制作酱油的原料大豆富含的淀粉、脂肪和蛋白质相当于微生物培养基成分中的____________。制曲是酱油生产过程中的关键阶段之一，制曲阶段的变化主要是依靠微生物米曲霉分泌大量的酶，如__________________________________________(至少答两种)等，并利用这些酶分解原料。
(2)据表分析，多种微生物及其酶系相互作用有利于____________，使酱油具有独特的风味和营养价值。
(3)结合工艺流程及表中数据分析，酱油发酵过程中不易受到杂菌污染，原因是________________；成品包装前常使用巴氏消毒法消毒，原因是_____________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(4)黄曲霉毒素是由黄曲霉菌产生的具有强烈致癌作用的物质，酿制酱油的整个生产过程都有污染的可能，请结合你所学知识，提出两条控制酿造酱油被黄曲霉毒素污染的措施：_____________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[解析]　(1)淀粉和脂肪的组成元素都为C、H、O，蛋白质的主要组成元素为C、H、O、N，因此淀粉、脂肪和蛋白质相当于微生物培养基成分中的碳源和氮源。酱油的生产中，制曲的目的是使米曲霉在曲料上充分生长，并大量产生多种酶，如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、肽酶、纤维素酶、果胶酶等。(2)由表格可知，酱油中氨基酸等含氮物质、酸类、糖类(或还原糖)、色度等的含量都有所增加，但是色度对酱油的独特的风味和营养价值没有影响，因此多种微生物及其酶系相互作用有利于增加酱油中氨基酸、酸类、糖类(或还原糖)等物质的含量，使酱油具有独特的风味和营养价值。(3)由工艺流程和表格可知，酱油发酵过程中需要添加高浓度食盐，且随着发酵天数的增加，pH呈下降趋势，故在高盐和酸性条件下不利于很多菌的生长，起到了抑制杂菌生长的作用。巴氏消毒法是一种低温消毒法，既能有效杀死微生物又能避免食物中的有效成分在高温下被分解，因此成品包装前常使用巴氏消毒法消毒，原因是杀死微生物并能使酱油中的营养物质不受到破坏。(4)控制酿造酱油被黄曲霉毒素污染的措施有：①提高酿造酱油原料的品质，控制原料的黄曲霉毒素含量；②黄曲霉毒素是由黄曲霉菌产生，因此加强发酵过程的监控，防止黄曲霉菌的污染，可减少黄曲霉毒素污染；③避免产品包装过程出现杂菌和黄曲霉毒素污染。
[答案]　(1)碳源和氮源　蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、肽酶、纤维素酶、果胶酶　(2)增加酱油中氨基酸、酸类、糖类(或还原糖)等物质的含量　(3)高盐和酸性环境抑制了杂菌的生长　杀死微生物并能使酱油中的营养物质不受到破坏　(4)①提高酿造酱油原料的品质，控制原料的黄曲霉毒素含量；②加强发酵过程的监控，防止黄曲霉菌的污染；③避免产品包装过程出现杂菌和黄曲霉毒素污染
(教师用书独具)
1．(2022·山东德州二模)东北酸菜是白菜经腌制而成的传统食品，酸菜的制作主要靠乳酸菌的发酵作用。如图表示在发酵过程中乳酸菌种群数量、发酵液pH及抑菌能力的变化。下列分析正确的是(　　)
注：抑菌圈直径(d)为在涂布有害菌的固体培养基滴加无细胞发酵液后培养测量获得。
A．0～6 h内乳酸菌的种群数量呈“J”形增长
B．酸菜腌制过程中，发酵容器内应先通气后密封
C．发酵后期影响有害菌生长的主要因素是pH
D．发酵过程中，乳酸菌产生了抑制有害菌生长的某种物质
D　[培养到2 h时，乳酸菌的相对数量约为0.5，培养到4 h时，乳酸菌的相对数量约为1.5，培养到6 h时，乳酸菌的相对数量约为2，2～4 h的增长倍数为1.5÷0.5＝3，4～6 h的增长倍数为2÷1.5＝4/3，2～4 h的增长倍数大于4～6 h的增长倍数，因此不是“J”形增长，A错误；酸菜制作所需的菌种为乳酸菌，属于厌氧细菌，发酵过程中容器内不需要通气，B错误；由图可知，发酵后期，抑菌圈直径较大，说明影响有害菌生长的主要因素是乳酸菌产生的某些抑制有害菌生长的某种物质，C错误，D正确。]
2．(2022·山东济南模拟)高酒精度啤酒(酒精浓度≥7.5% vol)由于其高酒精度、高发酵度、低残糖等特点，受到越来越多消费者的青睐，其酿造工艺如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A．生产啤酒用的发酵罐和大麦汁等原料都需要经过灭菌消毒
B．多次分批补加葡萄糖可以减少发酵初期的高渗透压对酵母细胞代谢的影响
C．主发酵过程中还原糖主要用于有氧呼吸，其产生的CO2会使pH下降
D．发酵过程中要适时往外排气，后发酵时期可以延长排气时间间隔
C　[生产啤酒用的发酵罐和大麦汁等原料都需要经过灭菌消毒，防止原料自带的杂菌污染发酵，A正确；多次分批补加葡萄糖可以减少发酵初期的高渗透压对酵母细胞代谢的影响，B正确；主发酵过程中还原糖主要用于无氧呼吸产酒精，同时无氧呼吸产生CO2会使pH下降，C错误；发酵过程中要适时往外排气，后发酵时期由于糖类物质不充足，产生的气体变少，可以延长排气时间间隔，D正确。]
3．(2022·陕西西安模拟)如图为某工厂生产葡萄酒和葡萄醋的基本工艺流程，请回答：
(1)在图示“紫葡萄→葡萄汁”的过程中辅以纤维素酶、果胶酶处理可提高红葡萄酒的色泽度，原因是
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(2)图示甲罐的液面位置表示加入葡萄汁的量，这种做法的目的是既_________________，又可以防止_______________。
(3)将甲罐发酵液的样液稀释适当倍数后，取0.1 mL涂布到若干个平板(每个稀释度至少涂布三个平板)，对菌落数在________的平板进行计数，则可根据公式推测甲罐发酵液中酵母菌的活菌数。
(4)在乙罐内利用醋酸菌和葡萄酒进行葡萄醋发酵，所获得的葡萄醋中为什么没有酒精？
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
写出与此相应的化学反应方程式_____________________。
(5)在制备加入乙罐的醋酸菌液过程中有可能混入乳酸菌。请用稀释涂布平板法设计实验，检测是否混入了乳酸菌。(注：乳酸菌和醋酸菌的菌落形态相似)
①实验思路：
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
②预期结果：
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[解析]　(1)细胞壁的成分是纤维素和果胶，在图示“紫葡萄→葡萄汁”的过程中辅以纤维素酶、果胶酶处理可提高红葡萄酒的色泽度，原因是纤维素酶、果胶酶分解细胞壁，利于榨汁处理过程中色素释放。(2)图示甲罐的液面位置表示加入葡萄汁的量，要留有1/3的空间，这种做法的目的是初期为酵母菌大量繁殖提供适量的氧气，同时防止后期发酵旺盛时汁液溢出。(3)稀释涂布平板法计数活菌数量时，为了保证结果准确，一般选择菌落数在30～300的平板进行计数。(4)在乙罐内利用醋酸菌和葡萄酒进行葡萄醋发酵，因为醋酸菌将葡萄酒中的乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为乙酸，所以获得的葡萄醋中没有酒精；此反应的化学反应方程式为C2H5OH＋O2CH3COOH＋H2O＋能量。(5)由于醋酸菌是好氧细菌，而乳酸菌是厌氧细菌，为检测是否混入了乳酸菌，可将平板置于无氧环境下培养。①实验思路：用稀释涂布平板法制备该醋酸菌液的若干平板，将平板置于无氧环境下继续培养，观察平板上菌落情况。②预期结果：若平板上有菌落形成，则说明混入乳酸菌；若没有菌落形成，则没有乳酸菌混入。
[答案]　(1)纤维素酶、果胶酶分解细胞壁，有利于榨汁处理过程中色素释放　(2)为酵母菌大量繁殖提供适量的氧气　发酵旺盛时汁液溢出　(3)30～300　(4)醋酸菌将葡萄酒中的乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为乙酸　C2H5OH＋O2CH3COOH＋H2O＋能量　(5)用稀释涂布平板法制备该醋酸菌液的若干平板，将平板置于无氧环境下继续培养，观察平板上菌落情况　若平板上有菌落形成，则说明混入乳酸菌；若没有菌落形成，则没有乳酸菌混入
4．(2023·广东广州模拟)甜瓣子是豆瓣酱的重要成分，风味受蚕豆蛋白分解产生的氨基酸影响，也受发酵过程中不同微生物的多种代谢产物影响。其生产工艺如下图所示。某研究团队对加盐水后的发酵阶段的传统工艺(盐度15%，温度37 ℃，发酵30天)进行了改良，改良后甜瓣子风味得以提升。
两种工艺的结果比较如下图。
下列关于本研究的描述，错误的是(　　)
A．蚕豆瓣可提供微生物生长、繁殖所需的碳源和氮源
B．温度与盐度都影响微生物的生长、繁殖
C．定期取样，使用平板划线法统计活细菌总数
D．新工艺中甜瓣子风味提升，与前、中期活微生物总数高和氨基酸终产量高均有关
C　[蚕豆瓣中含有丰富的营养，如糖类、蛋白质和脂质等，因而可提供微生物生长、繁殖所需的碳源和氮源，A正确；温度通过影响酶的活性影响细胞代谢，而盐度过高可导致微生物失水，进而影响微生物的细胞代谢，即温度与盐度都影响微生物的生长、繁殖，进而影响发酵产物的种类和含量，B正确；平板划线法不能用于统计活细菌总数，可用稀释涂布平板法统计活细菌的数目，C错误；根据统计结果可知，新工艺发酵过程中霉菌和细菌在前期和中期的含量均高于传统工艺，因而导致发酵产品中氨基酸态氮含量高于传统工艺，因此甜瓣子风味提升，D正确。]
1 / 40

展开更多......

收起↑