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第44讲 传统发酵技术的应用与发酵工程
（1）发酵的概念
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）传统发酵技术
微生物
微生物的代谢
1.发酵与传统发酵技术
固体
半固体
有氧或无氧　
一.传统发酵技术的应用
2.传统发酵食品的制作
（1）腐乳制作
①原理：
蛋白质 　　　　　　　　　。
脂肪 　　　　　　。
②腐乳制作过程中参与的微生物：毛霉是一种丝状　　，其繁殖方式为　 　　　，代谢类型是　 　　　型。
小分子的肽和氨基酸
甘油和脂肪酸
真菌
孢子生殖
异养需氧
(1)在腐乳制作过程中需接种菌种，这些菌种中起主要作用的是毛霉菌(属于真菌)，与细菌相比主要差异是________。
A.有无核糖体 B.有无细胞结构
C.有无成形的细胞核 D.有无细胞质
(2)晾制的豆腐块为毛霉菌的生长提供的主要营养物质是______________。
例1.腐乳以其独特的工艺、细腻的品质、丰富的营养、可口的风味而深受广大群众的喜爱，被西方誉为东方奶酪。腐乳制作主要步骤如下：
C
碳源、氮源
(3)菌种是发酵的关键，如果有杂菌污染则表现出生化功能的变化从而影响腐乳品质，因此配制培养基挑选出所需的毛霉菌菌落显得尤为重要，配制的培养基是________。
A.低盐的液体培养基 B.高盐的液体培养基
C.低盐的固体培养基 D.高盐的固体培养基
(4)根据菌落特征鉴别毛霉菌时，能够观察的菌落特征有________。(多选)
A.形状 B.颜色 C.边缘 D.表面
D
ABCD
例1.腐乳以其独特的工艺、细腻的品质、丰富的营养、可口的风味而深受广大群众的喜爱，被西方誉为东方奶酪。腐乳制作主要步骤如下：
(5)腐乳的营养丰富，是因为大分子物质经过发酵作用分解成易于消化吸收的小分子物质，下列属于水解反应的是________。
①蛋白质+水→氨基酸　②ATP→ADP　③核苷酸→核酸　④葡萄糖→乳酸
A.①② B.②③ C.①④ D.②④
(6)不同的毛霉菌都能分泌脂肪酶，但研究发现以每克菌体计算，两种菌降解脂肪的能力有所不同，对此现象合理的假设是　
。
A
两种菌分泌的酶量不同、两种菌中合成酶的基因的结构(酶结构)不同
例1.腐乳以其独特的工艺、细腻的品质、丰富的营养、可口的风味而深受广大群众的喜爱，被西方誉为东方奶酪。腐乳制作主要步骤如下：
2.传统发酵食品的制作
(2)泡菜的制作
①泡菜的制作原理
菌种来源：附着在蔬菜上的________。
原理：乳酸菌的无氧呼吸
乳酸菌
2.传统发酵食品的制作
(2)泡菜的制作
②制作流程
5%～
20%
晾干
半坛
八
冷却好
全部菜料
向水槽中补充水
发酵时间
A.在泡菜制作过程中营造“无氧环境”的3项措施是什么？
a.选择的泡菜坛要密封性好。
b.加入蔬菜后要注入煮沸冷却的盐水，使盐水没过全部菜料。
c.盖上坛盖后要在坛盖边沿的水槽中注满清水。
B.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。
C.盐水要煮沸后冷却使用的目的是什么？
煮沸的目的是除去水中的氧气，杀灭盐水中的其他杂菌。冷却的目的是保证乳酸菌等微生物的生命活动不受影响。
D.用盐过多时，制作的泡菜会“咸而不酸”，原因是什么？
盐过多，抑制了乳酸菌发酵。
E.为什么泡菜坛内有时会长一层白膜？你认为这层白膜是怎么形成的？
泡菜坛内形成白膜是由于产膜酵母的繁殖。酵母菌是兼性厌氧微生物，泡菜发酵液营养丰富，其表面氧气含量也较丰富，适合酵母菌繁殖。
2.传统发酵食品的制作
(2)泡菜的制作
③关键操作
2.传统发酵食品的制作
(2)泡菜的制作
④泡菜腌制中乳酸菌、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 _________________________ 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，抑制其活动) _____________________ 下降至相对稳定(硝酸盐还原菌被完全抑制)
最多(乳酸抑制其他菌活动)
继续增多，pH继续下降
2.传统发酵食品的制作
(2)泡菜的制作
发酵时期 乳酸菌 乳酸 亚硝酸盐
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
1.为什么日常生活中要多吃新鲜蔬菜，不宜多吃腌制蔬菜？
在腌制过程中，蔬菜中的硝酸盐会被微生物还原成亚硝酸盐，亚硝酸盐摄入过量或在特定条件下，会危害人体健康。
2.为什么含有抗生素的牛奶不能发酵成酸奶？
酸奶的制作依靠的是乳酸菌的发酵作用，抗生素能够将乳酸菌杀死或抑制乳酸菌的生长，因此含有抗生素的牛奶不能发酵成酸奶。
【例2】我国最早的诗集《诗经》中有“中田有芦，疆埸有瓜，是剥是菹，献之皇祖”的诗句，其中“芦”和“瓜”是蔬菜，“剥”和“菹”是腌制加工的意思。泡菜是一种历史悠久、深受群众喜爱的传统美食。回答下列有关泡菜制作的问题：
(1)制作泡菜时，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 _______________。
(2)泡菜制作过程中，乳酸发酵的过程即为乳酸菌进行__________的过程。该过程发生在乳酸菌细胞的________中。
(3)泡菜制作过程中影响亚硝酸盐含量的因素有________、____________和____________等。
(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_____________________________。
增加乳酸菌数量
无氧呼吸
细胞质
温度
腌制时间
食盐用量
乳酸菌数量增多，杂菌数量减少
乳酸菌比杂菌更为耐酸
(2023·山东卷)以下是以泡菜坛为容器制作泡菜时的4个处理：①沸盐水冷却后再倒入坛中；②盐水需要浸没全部菜料；③盖好坛盖后，向坛盖边沿的水槽中注满水；④检测泡菜中亚硝酸盐的含量。下列说法正确的是（ ）
A．①主要是为了防止菜料表面的醋酸杆菌被杀死
B．②的主要目的是用盐水杀死菜料表面的杂菌
C．③是为了使气体只能从泡菜坛排出而不能进入
D．④可检测到完整发酵过程中亚硝酸盐含量逐渐降低
C
2.传统发酵食品的制作
附着在葡萄皮
充足
缺少
酵母菌
醋酸菌
(3)果酒与果醋制作
18～30 ℃
30～35 ℃
10～12天
7～8天
前期需氧，后期不需氧
需氧
发酵旺盛期的CO2产量非常大，要及时排气，防止发酵瓶爆裂
适时通过充气口充气，保证充足的氧气条件
酒味
酸味
有气泡和泡沫
无气泡和泡沫
浑浊
浑浊，液面形成白色菌膜
嗅味和品尝、用酸性重铬酸钾检测酒精含量、测定pH、进行酵母菌的镜检等
嗅味和品尝、观察菌膜的形成、测定pH、进行醋酸菌的镜检等
果酒发酵为果醋发酵提供酒精
2.传统发酵食品的制作
(3)果酒与果醋制作流程
70%
清水
1/3
18～30
拧松
瓶盖
发酵瓶口
一层纱布
30～35
7～8
2.传统发酵食品的制作
(3)果酒与果醋制作流程
CO2
(1)利用葡萄制作葡萄酒的过程中，发挥作用的微生物是________。该微生物可通过无氧呼吸分解葡萄糖，产生的终产物是________________。
(2)甲和丙同学的实验操作都存在错误，其中甲同学的错误是________________________，导致发酵中出现的主要异常现象有_____________________、发酵液中酒精含量____、发酵液还可能变酸。丙同学的错误是 ，导致发酵中出现的主要异常现象是___________________________________。
【例3】葡萄发酵可产生葡萄酒，甲、乙、丙三位同学将葡萄榨成汁后分别装入相应的发酵瓶中，在温度等适宜的条件下进行发酵，如图所示。请回答下列问题：
酵母菌
酒精和CO2
未夹住发酵瓶的充气管
发酵液从充气管流出
少
瓶中发酵液过多，淹没了排气管在瓶内的管口
排气时，发酵液会从排气管中流出
(1)酿制百香果果酒时，并不需要对百香果进行严格的消毒处理，这是因为在______________的发酵液中，酵母菌可以生长繁殖，而绝大多数其他微生物因无法适应这一环境而受到抑制。
(2) ②过程适宜的温度为__________。温度过高时，醋酸菌代谢减慢甚至死亡，根本原因是______________________________。
(3)①过程转入②过程前，除改变温度外，还需调整的发酵条件是________________。要鉴定百香果果醋是否酿制成功，除可以通过观察菌膜、尝、嗅之外，还可以通过检测和比较______________________做进一步的鉴定。
【例4】用百香果作材料制成的果醋具有缓解压力、消除疲劳、延缓衰老、预防动脉硬化、养颜美容的功效。如图为利用百香果制作果醋的流程图，请回答下列相关问题：
缺氧、呈酸性
30~35℃
温度过高，导致酶的空间结构改变，酶的活性减弱
通入无菌空气
醋酸发酵前后的pH
(2023届汕头月考)如图甲是先进行酒精发酵再进行醋酸发酵的实验装置,在消毒后的锥形瓶中装入新鲜的葡萄汁后封闭通气口,进行自然发酵。图乙是发酵过程中发酵液pH变化曲线图,下列有关叙述不正确的是(　　)
A.与初期的酒精发酵相比,后期的醋酸发酵时溶液中的气泡会明显增多
B.发酵中期的发酵液,能使重铬酸钾在酸性条件下变为灰绿色,说明有酒精产生
C.发酵后期接种醋酸杆菌后,发酵温度需要适当升高并适当通气
D.图乙中能正确表示发酵过程中发酵液pH变化的曲线是②
甲
乙
A
（2022·湖北·统考高考真题）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
（2023·浙江）小曲白酒清香纯正，以大米、大麦、小麦等为原料，以小曲为发酵剂酿造而成。小曲中所含的微生物主要有好氧型微生物霉菌、兼性厌氧型微生物酵母菌，还有乳酸菌、醋酸菌等细菌。酿酒的原理主要是酵母菌在无氧条件下利用葡萄糖发酵产生酒精。传统酿造工艺流程如图所示。
（1）小曲白酒的酿造过程中，酵母菌进行了有氧呼吸和无氧呼吸。关于酵母菌的呼吸作用，下列叙述正确的是（　　）
A．有氧呼吸产生的[H]与O2结合，无氧呼吸产生的[H]不与O2结合
B．有氧呼吸在线粒体中进行，无氧呼吸在细胞质基质中进行
C．有氧呼吸有热能的释放，无氧呼吸没有热能的释放
D．有氧呼吸需要酶催化，无氧呼吸不需要酶催化
A
（2023·浙江）小曲白酒清香纯正，以大米、大麦、小麦等为原料，以小曲为发酵剂酿造而成。小曲中所含的微生物主要有好氧型微生物霉菌、兼性厌氧型微生物酵母菌，还有乳酸菌、醋酸菌等细菌。酿酒的原理主要是酵母菌在无氧条件下利用葡萄糖发酵产生酒精。传统酿造工艺流程如图所示。
（2）关于小曲白酒的酿造过程，下列叙述错误的是（　　）
A．糖化主要是利用霉菌将淀粉水解为葡萄糖
B．发酵液样品的蒸馏产物有无酒精，可用酸性重铬酸钾溶液检测
C．若酿造过程中酒变酸，则发酵坛密封不严
D．蒸熟并摊晾的原料加入糟醅，立即密封可高效进行酒精发酵
D
二.发酵工程及其应用
1.发酵工程
(1)概念:利用微生物的　 ,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
特定功能　
二.发酵工程及其应用
2.发酵工程基本环节
诱变育种
基因工程育种
菌种
培养基
发酵设备
微生物数量
产物浓度
营养组分
过滤、沉淀
产物的性质
二.发酵工程及其应用
3.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
大麦种子发芽，释放淀粉酶
淀粉分解，形成糖浆
酵母菌将糖转化为酒精和二氧化碳
二.发酵工程及其应用
3.啤酒的工业化生产流程
(2)“精酿”啤酒与“工业”啤酒的区别
长
短
低
高
二.发酵工程及其应用
4.发酵工程的特点及应用
温和
丰富
低廉
专一
污染小
容易处理
教材隐性知识：
源于选择性必修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。
菌体
蛋白质
脂质
①青霉素发酵是高耗氧过程，如何能够在发酵过程中给微生物持续高效地供氧呢？(提示：血红蛋白具有携带O2的能力。)
答案　可以用基因工程的方法，将血红蛋白基因转入青霉素生产菌来提高菌体对氧的吸收和利用率。
②在青霉素发酵过程中，总有头孢霉素产生。人们通过对青霉素生产菌代谢途径的研究发现，在青霉素与头孢霉素的合成过程中，它们有一个共同的前体，这个前体经过两种不同酶的作用分别合成两个产物。如何改造青霉素生产菌使其只生产青霉素，或者只生产头孢霉素呢？
答案 可以对两种酶的基因进行改造或敲除其中一种酶的基因，从而使青霉素生产菌只生产一种产物。
③引起全球新冠肺炎大流行的元凶是新冠病毒，利用发酵工程相关知识，如何大量生产新冠病毒疫苗？
答案 可将新冠病毒的抗原基因转入某种微生物体内，再通过发酵工程大量生产新冠病毒疫苗。
例3.如图所示为发酵工程生产产品的流程图，据图回答：
(1)若能生产人生长激素的工程菌是通过①培育的，①应该是_________；若高产青霉素菌种是通过②培育的，②应该是________。
基因工程
诱变育种
(2)根据培养基的用途，可以将它们分为____培养基和_____ 培养基。各种培养基的具体配方不同，但一般都含有________________________等营养成分。培养基在使用之前进行 。
选择
鉴别
碳源、氮源、水、无机盐
高压蒸汽灭菌法(湿热灭菌法)
(3)整个过程的中心环节是_________，在该时期要随时取样检测培养基中的______________________等。同时，要严格控制 等发酵条件，因为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________的形成。
发酵过程
微生物数量、产物浓度
溶氧量、pH和温度
代谢物
例3.如图所示为发酵工程生产产品的流程图，据图回答：
(4)在发酵过程中要不断搅拌的目的是：
①___________；
②___________________________________________。
(5)发酵产品分离、提纯时要根据产品的类型不同选择合适的方法。如果发酵产品是菌体本身，常常采用____________等方法分离、提纯；如果发酵产品是微生物的代谢物，还要根据____________采取适当的方法分离、提纯。
增加溶氧量
使菌种与培养液充分接触，提高原料的利用率
过滤、沉淀
产物的性质
我国是世界啤酒生产和消费大国。啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的,下图是“精酿”啤酒生产流程示意图。下列说法错误的是(　　)
D
A.大麦发芽释放的淀粉酶可参与糖化过程
B.碾磨有利于淀粉酶与淀粉充分接触,提升反应速率
C.蒸煮过程可以终止淀粉酶的进一步作用,并对糖浆灭菌
D.当发酵液中的糖分消耗完全后,酵母菌的发酵才会终止
（2022湖南）黄酒源于中国，与啤酒、葡萄酒并称世界三大发酵酒。发酵酒的酿造过程中除了产生乙醇外，也产生不利于人体健康的氨基甲酸乙酯（EC）。EC主要由尿素与乙醇反应形成，各国对酒中的EC含量有严格的限量标准。回答下列问题:
（1）某黄酒酿制工艺流程如图所示，图中加入的菌种a是_______，工艺b是_______（填“消毒”或“灭菌”），采用工艺b的目的是____________________。
酵母菌
灭菌
杀死黄酒中的微生物，防止杂菌污染，延长其保存期
（2）以尿素为唯一氮源的培养基中加入 指示剂，根据颜色变化，可以初步鉴定分解尿素的细菌。尿素分解菌产生的脲酶可用于降解黄酒中的尿素，脲酶固定化后稳定性和利用效率提高，固定化方法有
（答出两种即可）。
（3）研究人员利用脲酶基因构建基因工程菌L，在不同条件下分批发酵生产脲酶，结果如图所示。推测______是决定工程菌L高脲酶活力的关键因素，理由是__________________。
化学结合法、包埋法、物理吸附法
酚红
pH
图中pH随着培养时间的延长而下降，脲酶的活力最大值明显比右图在pH稳定在6.5左右的环境下脲酶活力的最大值小 ，故影响脲酶活力的关键因素使pH.
（4）某公司开发了一种新的黄酒产品，发现EC含量超标。简要写出利用微生物降低该黄酒中EC含量的思路______________。
获取含有酸性脲酶菌样品，经过酸性培养基的初筛后，在添加酚红的培养基上进行复筛，挑选目标菌株接种培养，从酸性脲酶菌中提取脲酶纯化后制备成固定化酶，加入发酵环节，抑制EC的合成。（还可以筛选出产EC分解酶的菌种，生产纯化EC分解酶，用固定化EC分解酶降解黄酒中的EC。）
（2022·山东·高考真题）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
（2023·辽宁·统考高考真题）利用某种微生物发酵生产DHA油脂，可获取DHA（一种不饱和脂肪酸）。下图为发酵过程中物质含量变化曲线。下列叙述错误的是（ ）
A．DHA油脂的产量与生物量呈正相关
B．温度和溶解氧的变化能影响DHA
油脂的产量
C．葡萄糖代谢可为DHA油脂的合成
提供能量
D．12～60h，DHA油脂的合成对氮
源的需求比碳源高
D
（2023·江苏·统考高考真题）某醋厂和啤酒厂的工艺流程如图所示。酒曲含有霉菌、酵母菌、乳酸菌；醋醅含有醋酸菌；糖化即淀粉水解过程。下列相关叙述正确的有（　　）
A．糯米“蒸熟”与大米“蒸煮”的目的是利于糖化和灭菌
B．发酵原理是利用真菌的无氧呼吸与细菌的有氧呼吸
C．醋酸发酵过程中经常翻动发酵物，可控制发酵温度和改善通气状况
D．啤酒酿造流程中适当增加溶解氧可缩短发酵时间
AD
P312T4（2021·全国）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 。
蛋白质
碳源
P312T4 （2021·全国）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：
（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/异养好氧）微生物。
蛋白酶
脂肪酶
氨基酸
异养好氧
P312T4 （2021·全国）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：
（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）。
原核生物
酒精和二氧化碳
酒精、乳酸、食盐

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