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2025浙科版高中生物学选择性必修3
第三节　发酵工程为人类提供多样的生物产品
基础过关练
题组一　传统发酵食品及其制作
1.(2023浙江宁波阶段练习)下列有关发酵的说法错误的是(　　)
A.利用含抗生素的牛奶发酵酸奶,可提高其营养价值
B.家庭制作果酒、果醋和泡菜发酵利用的菌种不全是原核生物
C.传统发酵技术以混合菌种的发酵为主
D.发酵制品的不同风味与微生物种类、代谢特点、种间关系等因素有关
2.[2024浙江江浙高中(县中)发展共同体联考]泡菜是我国的传统美食,早在《诗经》中就有“中田有庐,疆埸有瓜。是剥是菹,献之皇祖”的诗句,其中“庐”和“瓜”是蔬菜,“剥”和“菹”是腌制加工的意思。关于泡菜,下列叙述错误的是(　　)
A.发酵后期,乳酸产生过多,会使乳酸菌受到抑制
B.用热水短时间处理“庐”、“瓜”,可使泡菜口感更脆
C.若从泡菜汁中筛选耐盐乳酸菌,需要将培养基调至中性偏碱
D.泡菜坛边水槽中应随时加满水,以防止外界空气进入
3.(2022浙江嘉兴期中)如图所示装置可用于生物技术实践的相关实验,下列有关叙述不正确的是(　　)
A.该装置既可用于果酒的制作,又可用于果醋的制作
B.用该装置制作果酒时,瓶中果汁不能超过瓶体积的1/2
C.排气管长而弯曲,可防止污染
D.装置的充气口在制作果醋时要先打开后关闭
4.(2022浙江温州期中)杨梅果实风味独特,酸甜适中,具有很高的营养价值和保健价值。下列是制作杨梅酒和杨梅醋的流程图。请回答相关问题。
制取发酵液:向杨梅汁中加入白砂糖,将糖的质量分数调至8%,灭菌冷却→果酒发酵:接种酵母菌,恒温发酵→果醋发酵:加入酒精,接种醋酸菌→取样检测:对发酵产物进行检测
(1)传统发酵中,虽然发酵液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。
(2)果酒制作过程中,酵母菌厌氧呼吸产生酒精的场所是　　　　　　　　;控制温度在适宜的条件时,果酒发酵时间较短,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)在杨梅醋的发酵过程中,除去必需的营养物质外,还需要往发酵液中持续通入　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)下图表示果酒发酵过程中,发酵液的糖度(葡萄糖的质量分数)和酒精度(酒精的体积分数)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　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　。
题组二　发酵工程
5.(2024浙江北斗星盟联考)选育高产、优质的菌种是发酵工业的前提条件,下列不属于发酵工业选育菌种的条件的是(　　)
A.发酵产物需从菌种中破碎分离
B.菌种对环境应没有明显或潜在的危害
C.菌种遗传特性和生产能力稳定
D.能利用充足且廉价的培养基原料
6.(2024浙江绍兴一中月考)工业上利用谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸。关于谷氨酸的工厂化生产,下列说法错误的是(　　)
A.与传统发酵技术相比,工厂化生产谷氨酸所用的大多是单一菌种
B.发酵结束后,采用过滤、沉淀等方法进行分离和干燥,即可得到产品
C.发酵过程中,中性或弱碱性的条件有利于谷氨酸的积累
D.发酵罐内的发酵是工厂化生产谷氨酸的中心环节,需严格控制发酵条件
7.(2022浙江诸暨二中期中)下列有关发酵工程应用的叙述,不合理的是(　　)
A.生产酱油、味精等食品添加剂和各种酶制剂
B.某些疫苗、动物激素是利用基因改造或转基因的酵母菌发酵生产的
C.利用微生物在发酵过程中的代谢产物生产单细胞蛋白、农药、饲料等
D.嗜热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
8.具有耐高糖和耐酸特性的酵母菌是理想的酒精发酵菌种。图1是工业化生产酵母菌的流程,图2是耐高糖和耐酸特性的酵母菌工业化生产装置示意图。
图1
图2
回答下列问题:
(1)图1中标号①　　　　的操作目的是　　　　　　 　　　　　　　　;②　　　　　　的常用方法是　　　 　　　　　。
(2)实验室用高浓度葡萄糖筛选经诱变处理后的野生酵母菌,经多次传代培养以获得目标菌株。最常用的分离单菌落的方法是稀释涂布平板法和　　　　　　　。纯化菌株时,在第二次及以后划线时,总是从上一次划线的末端区域开始划线,这样做的原因是　　　　 　　　　 　　　　　　　　　　。培养过程中定期取样并用　　 　　　　　　(填工具)进行菌落计数,评估菌株增殖状况。选育出来的菌种具有稳定的　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)图2发酵罐通过传感器监测发酵液酒精浓度、温度、氧气、pH等物质、环境的变化,其中pH需控制在　　　　(填“酸性”或“碱性”)环境下。图中3为搅拌叶轮,可以加快酵母菌繁殖速率,其原理是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)工业化大规模生产通过发酵罐实现,如发酵产品是酵母菌,可通过　　 　　　　　方法将菌体从培养液中分离出来;如发酵产品是酒精,则可用　　　　法进行提取。若由酒精发酵转变成醋酸发酵时,需要改变的环境条件是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。若在外界环境条件适宜的情况下,并未产生醋酸的最可能原因是　　　　　　　　。
能力提升练
题组　发酵产品和发酵工程
1.(2024浙江五校联盟期中)桑葚酒是以桑葚为原料酿造的一种果酒,可采用传统发酵技术进行家庭制作,也可采用现代发酵技术进行工业化生产。下列关于这两项技术生产桑葚酒的叙述,正确的是(　　)
A.发酵环境都可以实现精准控制
B.桑葚为桑葚酒的发酵只提供了碳源物质
C.酿酒工艺、流程的控制等对出酒率高低起着关键性作用
D.决定出酒率高低的根本原因是酵母菌数量和发酵条件
2.(2023浙江台州阶段练习)中国制作酸菜的历史悠久,早在北魏的《齐民要术》中就记载了用白菜等原料腌制酸菜的多种方法。酸菜不仅口感好,而且对人体有益。下列有关说法不正确的是(　　)
A.酸菜制作过程中,主要起作用的微生物是乳酸菌
B.腌制的酸菜不酸且发酵液表面出现了一层菌膜,主要是醋酸菌繁殖引起的
C.腌制过程中,不仅有乳酸产生,还会有醇、酯等,使泡菜具有独特的风味
D.腌制酸菜时要控制好盐与水的比例,泡菜水中的盐含量过低可能不足以抑制杂菌生长导致发酵失败
3.(2024浙江金华一中月考)如图表示温度、乙醇浓度对醋酸杆菌产酸量的影响,对以下分析不正确的是(　　)
　
A.醋酸杆菌能将乙醇在有氧条件下转变为醋酸
B.研究不同乙醇浓度下的最高产酸量时,最好把温度控制在35 ℃
C.40 ℃时,醋酸杆菌体内的酶,因为分子结构遭到破坏而全部失活
D.酒精发酵后检测乙醇浓度,将发酵液中乙醇浓度调节到4%左右时最适合接种醋酸杆菌
4.(2023浙江金华十校期末)金华火腿在腌制过程中涉及多种微生物的作用,有乳酸菌、酵母菌、霉菌等。发酵过程中,火腿表面形成油层,霉菌在表层繁殖,形成“油花”,表明发酵成功。若发酵过程中出现“水花”,表明火腿中的含盐量、含水量等条件不适宜。下列叙述正确的是(　　)
A.乳酸菌、酵母菌、霉菌均可发生糖酵解,且均能将丙酮酸还原为CO2
B.乳酸菌主要分布在内层,其发酵产生较多的水,导致“水花”形成
C.酵母菌可分布在表层和内层,表层酵母的能量转化率更高
D.霉菌主要分布在表层,其进行需氧呼吸的底物均为糖类
5.(2023浙江环大罗山联盟期中)如图为利用玉米秸秆制备绿色能源——乙醇的工艺流程图,下列相关叙述错误的是(　　)
A.图中培养产酶微生物的培养基中的碳源为葡萄糖
B.对玉米秸秆进行预处理的酶可从腐木上的霉菌中提取
C.在糖液发酵过程中,先通氧处理有利于菌种繁殖,后期应严格密封处理
D.发酵产生的酒精可与酸性重铬酸钾溶液反应变成灰绿色
6.(2023浙江绍兴一中联考)“麦曲酶长,酵米复芳。白梅酒酿,伴淋寒香。压滤琼浆,煎煮陈藏。”是对绍兴黄酒精致复杂酿造工艺的描述。绍兴黄酒以糯米、黍米、粟为原料,一般酒精含量为14%~20%。下图是某黄酒酿制工艺流程图,请回答下列相关问题:
(1)淀粉作为菌种a的　　　　源,菌种a能产生　　　　酶,将淀粉糖化为小分子糖。
(2)图中加入的菌种b是　　　　,该菌种与乳酸菌在细胞结构上最显著的区别是　　　　　　　　　　　　。
(3)在整个发酵过程中,酒精产生速率的变化趋势是　　　　　　　　。不论原料用量多少,黄酒的酒精含量一般为14%~20%,酒精度数无法继续提高的原因可能是　　　　　　　　　　　　　　。
(4)陈贮是指将榨出的黄酒放入储酒罐内存放待用,此过程要特别注意无氧保存,理由是　　　　　　　　 　　　。
7.(2024浙江杭州二中选考模拟)味精的主要成分是谷氨酸的钠盐,目前主要利用谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸。为了提高谷氨酸产量,科研人员不断优化培养条件,以获得最佳发酵工艺。回答下列问题:
(1)纯种菌株的获取:采集5 cm深的土壤样品,与适量的无菌水充分混合形成　　　　　,采用　　　　　　　法将菌液接种到细菌选择性培养基上,通过观察菌落形态,从平板上挑取生长较好的谷氨酸棒状杆菌的单菌落,转入斜面培养基临时保存。
(2)菌株的培养:将斜面培养基上保存的谷氨酸棒状杆菌接种到液体培养基中,32 ℃摇床培养,以达到　　　　菌株的目的。每隔一段时间利用　　　　　　　,在显微镜下计算样品中谷氨酸棒状杆菌的数量,了解菌株的生长周期,并通过初筛、复筛,确定谷氨酸棒状杆菌菌株具有高产谷氨酸的能力。
(3)发酵条件的优化:在基础发酵培养基的基础上,科研人员利用不同碳源种类(葡萄糖、蔗糖)、无机氮源种类(尿素、硝酸钾)、初始pH(5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5)探究对谷氨酸棒状杆菌产生谷氨酸量的联合影响,实验结果如图所示。
根据实验结果,选择　　　　　　　　　　　组合获得的谷氨酸产量最高,这可作为最优发酵条件。此外,温度对发酵的影响是多方面的,原因是　　　　　　　　　　　　 (答出2点即可)。
(4)谷氨酸棒状杆菌的发酵:为了满足工业大规模发酵的需要,往往在接种发酵之前,对菌种进行　　　　　。根据菌株的生长周期及发酵进程,需要及时向发酵罐内添加　　　　　　　,满足谷氨酸棒状杆菌的生长需求,以提高谷氨酸产量。可通过　　　　　　 　　　　　　减小菌种发生自发突变的概率。
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.A　抗生素能抑制细菌(乳酸菌)的生长,不可用含抗生素的牛奶发酵酸奶,A错误;家庭制作果酒、果醋和泡菜发酵主要利用的菌种分别是酵母菌、醋酸菌、乳酸菌,其中酵母菌为真核生物,B正确;传统发酵技术所用的是自然菌种,没有进行严格的灭菌处理,以混合菌种的发酵为主,C正确。
2.C　发酵后期,乳酸产生过多,pH降低,会使乳酸菌的繁殖受到抑制,A正确。用热水短时间处理“庐”、“瓜”,可使泡菜口感更脆,原因是高温可抑制某些微生物产生果胶酶,保证植物细胞壁的结构完整,B正确。乳酸菌需要在中性偏酸的环境中生长,C错误。乳酸菌为厌氧菌,泡菜坛边水槽中应随时加满水,以防止外界空气进入,保证无氧环境,D正确。
3.D　该装置既可用于果酒的制作,又可用于果醋的制作,A正确;用该装置制作果酒时,瓶中的果汁不能超过瓶体积的1/2,既能为酵母菌在快速增殖过程中的需氧呼吸提供氧气,也能保证发酵过程中不会有果汁溢出,B正确;排气管长而弯曲,酒精发酵过程中,在排出二氧化碳的同时可避免杂菌进入,防止污染,C正确;装置的充气口在制作果酒时要先打开(酵母菌繁殖)后关闭(酒精发酵需要无氧环境),而在制作果醋时要始终打开(醋酸菌是好氧菌),D错误。
4.答案　(1)缺氧、酸性　(2)细胞质基质　此时与果酒发酵相关的酶活性高,发酵速度快　(3)无菌空气　(4)此阶段酵母菌主要进行需氧呼吸,大量增殖　营养物质消耗殆尽,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
解析　(1)果酒发酵时需要无氧条件,且发酵液pH会逐渐降低,这种缺氧、酸性条件能抑制杂菌的生长。(3)果醋发酵的菌种是醋酸菌,醋酸菌是一种好氧菌,故杨梅醋的发酵过程中,需要向发酵液中持续通入无菌空气。(4)发酵前24 h,酵母菌主要进行需氧呼吸,大量增殖,消耗葡萄糖较少,因此糖度变化很小,酒精度上升很慢;随着发酵的进行,酵母菌进行厌氧呼吸消耗葡萄糖产生酒精,96 h后,营养物质消耗殆尽,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,导致酒精度和糖度的变化都趋于平缓。
5.A　发酵工业所使用的菌种需要满足5个条件:
条件1:选择高产的菌种,使菌种的发酵产物中,需要的产物多,不需要的产物少
条件2:培养基来源充足且廉价,被转化的效率高,D不符合题意
条件3:菌种发酵产物易于分离
条件4:菌种对环境应没有明显或潜在的危害,B不符合题意
条件5:菌种的遗传特性和生产能力稳定,C不符合题意
发酵产物需从菌种中破碎分离不属于选育菌种的条件,且发酵产物未必需要破碎菌体后获得,A符合题意。
6.B　好氧以及用单一纯种微生物生产单一产品是现代发酵工业的主流,故与传统发酵技术相比,工厂化生产谷氨酸所用的大多是单一菌种,获得的产物产量更高、更纯,A正确。如果发酵产品是菌体本身(如酵母菌),可采用过滤、沉淀等方法将菌体从培养液中分离出来;如果发酵产品是微生物的代谢产物(如题述的谷氨酸),可采用真空发酵、吸附发酵、萃取发酵等方法进行提取,B错误。谷氨酸棒状杆菌是谷氨酸发酵的主要菌种,属于细菌,发酵过程中,中性或弱碱性的条件有利于谷氨酸棒状杆菌的繁殖,有利于谷氨酸的积累,C正确。
7.C　单细胞蛋白是指微生物的菌体,不属于发酵的代谢产物,C错误。
8.答案　(1)扩大培养　缩短菌种在发酵罐中发酵的时间　培养基灭菌　高压蒸汽灭菌　(2)平板划线法　将聚集的菌体逐步稀释以得到单菌落　培养皿和涂布器　遗传特性和生产能力　(3)酸性　搅拌能增加发酵液中的溶解氧,可使酵母菌与营养物质充分接触利于其增殖　(4)过滤、沉淀　真空发酵　通入氧气,提高温度　缺少醋酸菌
解析　(1)菌种选育后需进行菌体的繁殖,故图1中标号①的操作是扩大培养,该操作的目的是增加菌体数量从而缩短菌种在发酵罐中发酵的时间;配制好的培养基需进行灭菌处理,培养基灭菌的常用方法是高压蒸汽灭菌。(2)最常用的分离单菌落的方法是稀释涂布平板法和平板划线法;采用平板划线法分离纯化菌株时,主要是通过多次连续平行划线将聚集的菌体逐步稀释,从而增大菌体间的距离,进而分离出单个菌体,最终形成单菌落,故在第二次及以后划线时,总是从上一次划线的末端区域开始划线;稀释涂布平板法可用于活菌计数,菌落计数时用到的工具为培养皿和涂布器;最终选育出来的菌种具有稳定的遗传特性和生产能力,以满足人们的需要。(3)根据题干信息“具有耐高糖和耐酸特性的酵母菌是理想的酒精发酵菌种”可知,发酵液应保持酸性环境。(4)如果发酵的产品是菌体本身(如酵母菌),可通过过滤、沉淀方法将菌体从培养液中分离出来;酒精易挥发,可用真空发酵法进行提取;醋酸发酵的适宜温度比酒精发酵的高,且需要氧气参与,故由酒精发酵转变成醋酸发酵时,需要改变的环境条件是通入氧气,提高温度;若在外界环境条件适宜的情况下,并未产生醋酸,最可能的原因是缺少醋酸菌,使得发酵难以进行。
能力提升练
1.C　传统发酵技术的发酵环境不能实现精准控制,现代发酵技术可以,A错误。桑葚为桑葚酒的发酵提供了碳源和氮源等物质,B错误。酵母菌数量和发酵条件是决定出酒率高低的直接原因,D错误。
2.B　酸菜制作过程中,主要起作用的微生物是乳酸菌,A正确;若酸菜发酵液表面出现一层菌膜,主要是由产膜酵母繁殖引起的,B错误;酸菜制作过程中有乳酸菌等多种微生物参与,它们的发酵产物有乳酸、醇、酯等,C正确;腌制酸菜时,盐含量过低可能不足以抑制杂菌的生长,导致发酵失败,盐含量过高可能导致酸菜品质变差,D正确。
易错分析　区别泡菜、酒表面的白膜
(1)泡菜表面的白膜:主要是由酵母菌(产膜酵母)繁殖造成的。此过程中,产膜酵母在与其他微生物如醋酸菌的竞争中占优势。
(2)酒表层的白膜:是由醋酸菌繁殖造成的。酒表面跟空气接触,为有氧环境,醋酸菌在有氧条件下进行繁殖;此过程中,因为其他微生物一般不能以酒精作为碳源,在竞争中处于劣势。
3.C　醋酸杆菌能将乙醇在有氧条件下转变为醋酸,反应简式:CH3CH2OH+O2 CH3COOH+H2O+能量,A正确。图1中35 ℃时产酸量最高,故研究不同乙醇浓度下的最高产酸量时,温度为无关变量,应保持相同且适宜,最好把温度控制在35 ℃,B正确。图1中40 ℃时仍有产酸量,可知此时醋酸杆菌体内酶活性较低但并没有全部失活,C错误。图2中乙醇浓度为4%时最高产酸量最大,故酒精发酵后检测乙醇浓度,将发酵液乙醇浓度调节到4%左右时最适合接种醋酸杆菌,D正确。
4.C　需氧呼吸和厌氧呼吸的第一阶段相同,为糖酵解过程,是指1个葡萄糖分子转变为2个丙酮酸分子的过程,该过程发生在细胞溶胶中,乳酸菌、酵母菌、霉菌均可发生糖酵解,但酵母菌和霉菌能将丙酮酸还原为CO2,乳酸菌不能将丙酮酸还原成CO2,只能将其转变成乳酸,A错误;乳酸菌为厌氧菌,主要分布在内层,其发酵产物是乳酸,故“水花”的形成不是由乳酸菌发酵导致的,B错误;酵母菌是兼性厌氧型微生物,因而可分布在表层和内层,表层酵母主要进行的是需氧呼吸过程,需氧呼吸过程中能量转化率更高,C正确;发酵过程中,火腿表面形成油层,霉菌在表层繁殖,形成“油花”,说明其进行需氧呼吸的底物可以是脂肪,D错误。
5.A　图中培养产酶微生物的主要目的是处理玉米秸秆(富含纤维素),因此培养产酶微生物的培养基应以纤维素为碳源,A错误;生长在腐木上的霉菌能够分解利用腐木中的纤维素,玉米秸秆中富含纤维素,因此对玉米秸秆进行预处理的酶可从腐木上的霉菌中提取,B正确;糖液发酵所用的菌种为酵母菌,先通氧处理,酵母菌进行需氧呼吸有利于菌种繁殖,后期严格密封处理,有利于酵母菌厌氧发酵产生酒精,C正确;酒精可以与酸性重铬酸钾溶液发生反应,由橙色变为灰绿色,D正确。
6.答案　(1)碳/能/碳源和能　淀粉/淀粉酶、麦芽糖　(2)酵母菌　酵母菌有核膜包被的细胞核/酵母菌有成形的细胞核　(3)先上升后下降　 酒精浓度升高导致酵母菌活性下降　(4)防止需氧菌发酵/防止酸化
解析　(1)淀粉属于多糖,是常见的碳源和能源物质,可在淀粉酶的作用下水解成麦芽糖,麦芽糖在麦芽糖酶的作用下水解成葡萄糖。(3)发酵前期,酵母菌厌氧呼吸旺盛,酒精产生速率快,随着糖类的消耗和代谢产物的积累,酵母菌厌氧呼吸强度减弱,酒精的产生速率下降。(4)将榨出的黄酒放入储酒罐内存放待用时,若是密封不好,有空气进入,醋酸菌发酵会将酒精转化为醋酸,使黄酒变酸。
7.答案　(1)土壤稀释液(或土壤溶液)　稀释涂布平板　(2)活化　血细胞计数板　(3)葡萄糖+尿素+初始pH6.5　温度影响酶的活性、菌种的生长繁殖、代谢物质的形成/代谢途径和方向、代谢物质的种类　(4)扩大培养　营养物质(或原料)　减少菌种的传代次数
解析　(3)由题图可知,当pH为6.5时,葡萄糖+尿素组的谷氨酸的产量最高,故选择葡萄糖+尿素+初始pH6.5组合获得的谷氨酸产量最高。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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