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第三节　发酵工程为人类提供多样的生物产品
[学习目标]
1.举例说明某些食品、饮料及调味品是运用传统发酵技术生产的。
2.简述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、食品及其他工农业生产上有重要的应用价值。
知识梳理
一、某些食品、饮料及调味品是运用传统发酵技术生产的
1.传统发酵常见的菌种:霉菌、 。
2.发酵制品风味和营养物质的实质:菌种的 。
3.菌种引起发酵制品的风味和营养物质不同的原因
(1)微生物的种类:不同的微生物、不同的菌株分泌的 种类不同,产物不同。
(2)代谢特点:不同发酵环境,菌种代谢活动差异, 不同。
(3)种间关系:混菌发酵,各菌种的产物相互作用。
酵母菌、乳酸菌
代谢产物
酶
代谢产物
二、体验传统发酵——利用酵母菌、醋酸菌制作果酒和果醋
1.原理
(1)酵母菌在无氧条件下,通过 ,将葡萄糖氧化为 。
(2)醋酸菌在有氧条件下可将乙醇氧化为 。
2.目的要求
(1)认识微生物不同的代谢特点和发酵产物的关系。
(2)尝试制作葡萄酒,并利用葡萄酒制作葡萄醋。
厌氧呼吸
乙醇和二氧化碳
醋酸
3.方法步骤
1/2
白糖
温水
25℃
不再有气体排出时
4℃冷藏室
温暖
果醋
【易错判断】
(1)糯米酒的口感酸甜且有酒味,原因是糯米酒制作时仅有纯的酵母菌发挥作用。(　 　)
×
提示:糯米酒的口感酸甜且有酒味,是霉菌、酵母菌和乳酸菌共同作用的结果。
(2)制作果酒时,发酵液未经过严格的灭菌处理,杂菌却不能正常生长,原因是所用培养液的成分不适合杂菌的生长。(　 　)
×
提示:果酒发酵时的无氧、pH为酸性等条件抑制了杂菌的生长。
(3)喝剩的葡萄酒放置一段时间后会变酸,其原因可能是乙醇转变成了醋酸。
(　 　)
(4)果酒发酵过程中,可以从出料口取样,利用溴麝香草酚蓝溶液检测生成酒精的情况。(　 　)
√
×
提示:检测酒精的是酸性重铬酸钾溶液。
(5)果醋制作过程中发酵液的pH逐渐降低,果酒制作过程中情况相反。(　　)
×
提示:果醋制作过程中发酵液pH逐渐降低,果酒制作过程中产生二氧化碳,发酵液pH也逐渐降低。
三、体验传统发酵——利用乳酸菌发酵制作泡菜
1.原理
(1)泡菜是利用附生在蔬菜表面的植物 、 和明串珠菌等发酵制成的。
(2)上述微生物一般为厌氧、兼性厌氧或微好氧菌,它们的发酵产物有乳酸、醇、酯等。
2.目的要求
体验传统发酵技术,尝试腌制泡菜。
乳杆菌
短乳杆菌
3.方法步骤
3~4
开水
6%
盐水
水
7
【易错判断】
(1)制作泡菜前用白酒擦拭泡菜坛的目的是灭菌。(　 　)
×
提示:制作泡菜前用白酒擦拭泡菜坛的目的是消毒。
(2)泡菜坛要密封,若泡菜坛有裂缝,可以缩短时间。(　 　)
×
提示:乳酸菌是厌氧细菌,若泡菜坛有裂缝,乳酸菌不能正常生长,而一些杂菌大量繁殖,泡菜会变质。
(3)若制作的泡菜“咸而不酸”,最可能的原因是发酵时间过长。(　　)
×
提示:“咸而不酸”,最可能的原因是盐过多,抑制了乳酸菌发酵。
四、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
1.发酵方式的转变
由传统的固体表面培养改变为 培养。
液体深层
2.微生物工业发酵的基本过程
扩大
培养
接种
代谢产物
离心、
沉淀
提纯或加工
3.发酵菌种的选择要求
(1)应选择 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。
(2)培养基来源充足且廉价, 的效率高。
(3)菌种发酵产物易于 。
(4)菌种对环境没有明显或潜在的危害。
(5)菌种的 和生产能力稳定。
高产
被转化
分离
遗传特性
4.菌种在不同的发酵阶段要求的环境条件不同
(1)菌种进入新鲜的培养基后,细胞吸收各种营养物质,具备细胞分裂的能力,微生物群体 。
(2)微生物生长到一定阶段后,在细胞代谢的基础上进一步合成一些结构比较复杂的生物碱、抗生素、毒素等化合物,即 。
快速生长和繁殖
人类需要的微生物发酵产物
5.发酵产品的获得方式
(1)发酵产品为菌体本身:采用 、沉淀等方法将菌体从培养液中分离出来。
(2)发酵产品为微生物的代谢产物:采用 、吸附发酵、
等方法进行提取。
过滤
真空发酵
萃取发酵
【易错判断】
(1)谷氨酸棒杆菌是一种好氧菌,它是谷氨酸发酵的常用菌种。如图为通过发酵工程生产谷氨酸的基本流程。
①扩大培养时所用的培养基,从物理性质来看是固体培养基,从用途来看是天然培养基。(　 　)
×
提示:从物理性质来看是液体培养基,从用途来看是选择培养基。
②对谷氨酸代谢的控制,除了改变微生物的遗传特性外,还需要对生产过程中的温度、氧气、pH等发酵条件进行控制。(　 　)
√
(2)大规模发酵中,需要将选育的菌种接种到发酵罐中进行扩大培养,以加速发酵过程。(　 　)
×
提示:大规模发酵过程中,需要将选育的优良菌种经过多次扩大培养,达到一定的数量再接种,以缩短菌种在发酵罐中发酵的时间。
(3)抗生素能够杀死微生物,因此抗生素不是微生物发酵的产物。(　 　)
×
提示:绝大多数抗生素是微生物发酵的产物。
五、发酵工程在医药、食品及其他工农业生产上有重要的应用价值
1.发酵工程的生产特点
生产条件 、原料丰富且价格低廉、废弃物对 影响小且
等。
2.发酵工程的应用领域
(1) 工业:如发酵食品、饮料等。
(2) 工业:如绝大多数抗生素、酶抑制剂、免疫调节剂、类激素、抗氧化剂等。
(3)冶金工业、农业、环境保护等。
温和
环境
容易处理
食品
医药
任务突破
任务1　分析果酒、果醋和泡菜的制作原理和实践操作
1.比较几种传统发酵食品制作的原理和条件,完善下面的表格。
比较项目 果酒制作 果醋制作 泡菜制作
发酵 菌种 菌种
代谢类型 异养兼性厌氧型 异养需氧型 主要为厌氧型
酵母菌
醋酸菌
乳酸菌等
发酵 条件 氧气 前期需氧,后期无氧 一直需要
pH 酸性 酸性
发酵原理 将葡萄糖氧化为乙醇 将乙醇氧化为醋酸 将葡萄糖氧化为乳酸
充足的氧气
无氧
酸性
2.分析泡菜制作过程中的相关操作,完善下面的表格。
项目 操作目的
开水清洗坛子内壁 消毒,
加入适宜浓度的 调味,抑制杂菌生长
加入 可抑制泡菜表面杂菌的生长,它也是一种调味剂,可增加醇香感
用水封住坛口 使坛内与坛外 ,有利于乳酸发酵
加少量陈泡菜汁 相当于接种已扩增的发酵菌,可
防止杂菌污染
盐水
白酒
空气隔绝
缩短腌制时间
[素养提升]
果酒、果醋制作过程中的部分变化
(1)发酵液pH变化:果酒发酵过程中,CO2溶于发酵液,pH会逐渐降低直至稳定;果醋发酵过程中,由于醋酸的生成,发酵液pH降低直至稳定。
(2)矿泉水瓶中气压变化:果酒发酵初期,气压没有较大变化,但后期由于厌氧呼吸产生CO2,因此瓶内压强大于瓶外。
(3)菌体数量变化:果酒制作的初期,发酵液中酵母菌数目增多,后期不再增多;在果醋制作的任何阶段,只要条件适宜,发酵液中醋酸菌数目可以不断增多,并在发酵液表面形成菌膜。
[迁移应用]
1.(舟山中学高二月考)钙果果实中含有多种对人体有益的矿物质元素,其中钙元素的含量超出许多水果。钙果用途广泛,叶可加工成茶叶,花、仁、根能制成药材,果实可加工成果汁、果酒、果醋等产品。下列叙述正确的是
(　 　)
A.利用酵母菌进行钙果果醋发酵的过程中温度应控制在18～30 ℃
B.在钙果果酒发酵期间,为保持无氧条件,不能拧松发酵瓶的盖子
C.制作钙果果酒、果醋时,应将钙果进行湿热灭菌
D.钙果果酒的颜色是钙果果皮和果肉中的色素进入发酵液形成的
D
解析:果醋发酵利用的菌种是醋酸菌,在利用醋酸菌进行钙果果醋发酵过程中,温度较酒精发酵高,一般控制在30～35 ℃;酵母菌进行厌氧呼吸产生酒精和二氧化碳,但需要根据发酵进程适时拧松瓶盖放气;制作钙果果酒、果醋时,对钙果进行灭菌会杀死附着在果皮上的野生酵母菌;钙果果皮和果肉细胞中含有色素,钙果果酒的颜色是钙果果皮和果肉中的色素进入发酵液形成的。
阅读下列材料,回答2、3小题。
泡菜的制作属于多菌种混合发酵过程,其中起主要作用的是酵母菌和乳酸菌。研究人员尝试从泡菜汁中分离出耐酸性强的酵母菌种,用于果酒的制作。由于泡菜中酵母菌比例较低,研究人员将泡菜汁接种到含乙醇的葡萄糖培养基中培养以提高目标菌种的比例。
2.制作泡菜时通常需要在泡菜坛口的凹槽中加入清水,其作用主要是(　 　)
A.防止气体进出泡菜坛
B.营造发酵所需厌氧条件
C.防止外界微生物进入泡菜坛
D.防止发酵旺盛时,发酵液溢出
B
解析:制作泡菜需利用乳酸菌发酵,乳酸菌只在无氧条件下才可将葡萄糖分解产生乳酸,所以在泡菜坛口的凹槽中加入清水密封的主要作用是防止空气进入,营造发酵所需厌氧条件。
3.(2025·浙江1月选考)传统发酵技术为我们提供了多种食品、饮料及调味品。下列叙述错误的是(　 　)
A.泡菜的风味由乳酸菌的种类决定
B.用果酒发酵制作果醋的主要菌种是醋酸菌
C.家庭酿制米酒的过程既有需氧呼吸又有厌氧呼吸
D.传统发酵通常是利用多种微生物进行的混合发酵
A
解析:泡菜的风味不仅受到乳酸菌的种类的影响,还受到发酵条件、原料等多种因素的影响,A错误;醋酸菌将果酒中的酒精氧化为醋酸,从而制作果醋, B正确;酒的酿制过程中,酵母菌在初期进行需氧呼吸大量繁殖,随后在无氧条件下进行厌氧呼吸,生成酒精,C正确;传统发酵过程中,通常会有多种微生物共同参与,工业发酵通常是单一的菌种,D正确。
任务2　总结发酵工程的基本环节,提炼影响微生物发酵的条件,
比较微生物产品获得途径的差异
阅读教材相关内容,分析发酵工程的基本环节。
高产、优质
缩短
控制发酵过程
PH、氧气、温度
不同
过滤
沉淀
易挥发
吸附剂
[迁移应用]
4.(杭州二模)单细胞蛋白是一种富含蛋白质的微生物菌体,可通过发酵工程大量制备并用于饲料添加等领域。下列关于单细胞蛋白制备过程的叙述,正确的是(　 　)
A.配制培养基时添加琼脂糖以作为能源物质
B.接种时加入多种菌体细胞以提高发酵效率
C.发酵过程需监控温度、pH、溶氧量等参数
D.对发酵液离心并取上清液以获得单细胞蛋白
C
解析:琼脂糖一般作为凝固剂,微生物通常不能利用琼脂糖;接种时加入一种菌体细胞;单细胞蛋白是菌体,离心后会在沉淀中。
5.(绍兴高三月考)工业上利用谷氨酸棒杆菌生产谷氨酸。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
B
解析:与传统发酵技术相比,工厂化生产谷氨酸所用的大多是经过筛选获得的优质菌种,一般是单一菌种,获得的产物更纯;如果发酵产品是微生物细胞本身,在发酵结束之后,采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥,即可得到产品,如果产品是代谢产物,要根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品,谷氨酸属于代谢产物;谷氨酸棒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杆菌的繁殖,有利于谷氨酸的积累;发酵条件能影响产品的品质和产量,发酵罐内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。
课堂小结第三节　发酵工程为人类提供多样的生物产品
素养测练
对点达标练
题组一　传统发酵技术
根据下列材料回答第1～3题。
　　我国是最早利用微生物发酵生产食品的国家之一,生活中的很多食品、饮料及调味品是经过微生物发酵后制成的。发酵食品的制作就是利用有益微生物来酿造自己喜爱的风味食品。
1.在食醋的酿造过程中,起发酵作用的主要菌种不包括(　D　)
A.曲霉 B.酵母菌
C.醋酸菌 D.乳酸菌
解析:在食醋的酿造过程中,起发酵作用的主要菌种是曲霉、酵母菌、醋酸菌,没有乳酸菌,乳酸菌在制作泡菜和酸奶时起作用。
2.下列发酵食品或调味品,是由谷氨酸棒杆菌发酵生产的是(　D　)
A.豆腐乳 B.面包
C.糯米酒 D.味精
解析:豆腐乳是利用毛霉等发酵生产的;面包是利用酵母菌发酵生产的;糯米酒是利用酵母菌发酵生产的;味精是利用谷氨酸棒杆菌发酵生产的。
3.下列关于传统发酵食品生产的叙述,错误的是(　D　)
A.菌种的种类和代谢类型会影响发酵食品的风味
B.不同菌种之间的种间关系会影响发酵食品的营养成分
C.酱油发酵过程中,嗜盐片球菌产生的乳酸会抑制竞争关系的杂菌的生长
D.酸奶发酵过程中,保加利亚乳杆菌产生的氨基酸抑制互利关系的嗜热链球菌的生长
解析:氨基酸是营养物质,会促进嗜热链球菌的生长。
4.用白萝卜制作泡菜的过程中,采用适当方法可缩短腌制时间。下列方法中错误的是(　B　)
A.将白萝卜切成小块
B.向容器中通入无菌空气
C.添加已经腌制过的泡菜汁
D.用沸水短时处理白萝卜块
解析:泡菜腌制过程中起作用的主要是明串珠菌和乳酸菌,乳酸菌是厌氧型细菌,厌氧型细菌在无氧的条件下利用菜中的糖和其他营养物质进行发酵,向容器中通入无菌空气将导致泡菜制作失败。
5.如图是果酒制备的简易设备,在矿泉水瓶安装可弯折吸管的目的是(　A　)
①便于给矿泉水瓶加果汁　②排出酵母菌产生的CO2　③防止其他微生物进入　④给酵母菌提供氧气
A.②③ B.②④ C.①③ D.①④
解析:在果酒制作过程中,不需要给矿泉水瓶加果汁,①错误;果酒发酵过程中会产生CO2,所以可弯折吸管可排出酵母菌产生的CO2,②正确;可弯折吸管可防止其他微生物进入,③正确;果酒发酵过程中进行厌氧呼吸,不能给酵母菌提供氧气,④错误。
6.酱油是以大豆、小麦为原料,经蒸煮、酱曲与盐水混合发酵制成的。需要曲霉、酵母菌、乳酸菌等多种菌种参与,曲霉在曲料上生长发育,可产生蛋白酶、肽酶、淀粉酶、谷氨酰胺酶、果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶等。由乳酸菌产生适量乳酸,由酵母菌发酵生产乙醇。醇、醛、酸、酯等代谢产物虽微量却能构成酱油复杂的香气。下列叙述错误的是(　B　)
A.酱油制作是一种混菌发酵过程
B.各种微生物的营养物质都直接来自发酵原料
C.小麦粉含有淀粉、蛋白质、果胶和纤维素
D.酱油中含有蛋白质、氨基酸、乙醇等成分
解析:酱油制作需要曲霉、酵母菌、乳酸菌等多种菌种参与,是一种混菌发酵过程;乳酸菌利用葡萄糖产生乳酸,原料中没有葡萄糖,曲霉在曲料上生长发育,可产生淀粉酶,淀粉酶可以将淀粉水解,产生葡萄糖,因此不是所有微生物的营养物质都直接来自发酵原料;小麦粉含有淀粉(植物细胞内含有淀粉)、蛋白质(细胞内含有蛋白质)、果胶和纤维素(植物细胞壁的成分);曲霉可产生蛋白酶、肽酶,因此酱油中含有蛋白质、氨基酸,酵母菌发酵产生乙醇等。
题组二　发酵工程
7.选育高产、优质的菌种是发酵工程的前提条件,下列不属于发酵工程选育菌种的条件的是(　A　)
A.发酵产物需从菌体中破碎分离
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
解析:选育高产、优质的菌种需要根据人们的需要进行设计,而发酵产物需从菌体中破碎分离不是选育菌种的条件,且发酵产物未必需要菌体破碎后获得,符合题意;菌种对环境应没有明显或潜在的危害,这是选育高产、优质菌种的前提条件,不符合题意;选育出的高产、优质的菌种应该具备遗传特性和生产能力稳定的特征,否则不能投入到生产中,不符合题意;选育出的高产、优质的菌种应该具备能利用充足且廉价的培养基原料的特征,这样才能降低生产成本,获得较高的经济效益,不符合题意。
8.与传统发酵技术相比,发酵工程的产品种类更加丰富,产量和质量明显提高。下列叙述正确的是(　B　)
A.发酵工程与传统发酵技术最大的区别就是前者可以利用微生物来进行发酵
B.发酵工程的产品主要包括微生物的代谢产物、菌体本身
C.在发酵工程的发酵环节中,发酵条件变化会影响微生物的生长繁殖,但不会影响微生物的代谢途径
D.利用真空发酵或萃取发酵从培养液中分离微生物菌体
解析:发酵工程与传统发酵技术都需要利用微生物来进行发酵;在发酵工程的发酵环节中,发酵条件不仅影响微生物的生长繁殖,也会通过影响酶的活性进而影响微生物的代谢途径;真空发酵或萃取发酵用于提取微生物的代谢产物。
9.发酵工程在工业生产上得到广泛应用,其生产流程如图所示,结合赖氨酸或谷氨酸的生产实际,下列说法错误的是(　D　)
A.①为诱变育种,②为萃取(或蒸馏或离子交换等)
B.赖氨酸或谷氨酸的生产过程中为使产物源源不断地产生,采用连续培养的发酵方式
C.由于赖氨酸或谷氨酸的发酵菌种为好氧菌,在生产过程中常需增加通氧量
D.人工控制微生物代谢的唯一措施是控制生产过程中的各种条件
解析:人工控制微生物代谢的措施包括改变微生物遗传特性、控制生产过程中的各种条件(即发酵条件)等。
题组三　发酵技术的应用
10.(名校协作体高三开学考)葡萄酒是以葡萄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。下列关于运用这两项技术生产葡萄酒的叙述,正确的是(　C　)
A.发酵产物都必须进行严格的消毒
B.发酵前都需要对原料进行灭菌
C.发酵菌种的繁殖都需要有氧环境
D.发酵环境都可以实现精准控制
解析:发酵产物为乙醇,乙醇能抑制杂菌的生长繁殖,不需要消毒;传统发酵技术利用的是原料自身表面带有的菌种进行发酵,故不能对原料进行灭菌处理;二者的发酵菌种为酵母菌,呼吸方式为兼性厌氧型,其繁殖需要大量的能量,故都需要有氧环境进行需氧呼吸供能;传统发酵技术的发酵环境不能实现精准控制,而现代发酵技术进行工业化生产可以。
(七彩阳光联盟高三开学考)阅读下列材料,回答11、12小题。
　　乌衣红曲黄酒是以糯米为原料、乌衣红曲为糖化发酵剂酿造的黄酒。乌衣红曲外观呈黑褐色,内呈暗红色,它是把黑曲霉、红曲霉和酵母等微生物混合培养在米粒上制成的一种糖化发酵剂。
11.下列对“糯米经浸米、蒸饭、摊凉或淋凉,拌入浸好的乌衣红曲落缸发酵”过程的叙述错误的是(　A　)
A.糯米为乌衣红曲的发酵只提供了碳源物质
B.浸曲的过程,既活化了发酵菌种又可扩增菌群
C.糖化过程中黑曲霉、红曲霉等分泌了多种淀粉酶
D.定期开盖翻动,有利于前发酵中曲霉的代谢活动和酵母菌的大量繁殖
解析:糯米为乌衣红曲的发酵提供了碳源、氮源、水和无机盐;浸曲的目的是活化发酵菌种,同时又可扩增菌群;糖化过程中黑曲霉、红曲霉等分泌了多种淀粉酶,可以分解淀粉,为发酵提供原料;曲霉代谢类型为异养需氧型,酵母菌的代谢类型为异养兼性厌氧型,所以定期开盖翻动,有利于前发酵中曲霉的代谢活动和酵母菌的大量繁殖。
12.有调查发现,用乌衣红曲酿制黄酒的出酒率要高于其他各地黄酒。下列关于原因分析不合理的是(　A　)
A.决定出酒率高低的根本原因是酵母菌数量多和优化的发酵条件
B.该曲中菌种丰富度更高,且发酵各阶段的优势种不同
C.该曲中酵母菌具有耐高糖、高产酒精又耐高浓度酒精的特点
D.酿酒工艺、流程的控制都对出酒率高低起着关键性作用
解析:决定出酒率高低的直接原因是酵母菌数量多和优化的发酵条件;该曲中菌种丰富度更高,在不同的发酵阶段优势种不同;该曲中酵母菌能生活在该条件下,说明其具有耐高糖、高产酒精又耐高浓度酒精的特点;酿酒工艺、流程的控制都对出酒率高低起着关键性作用。
综合提升练
13.(2025·浙江6月选考)猕猴桃醋生产的基本工艺流程如下,其中①②③表示发酵的三个环节,糖化是将淀粉转化为葡萄糖的过程。
下列叙述错误的是(　B　)
A.通过蒸煮可以杀灭猕猴桃自带的绝大多数微生物
B.麸曲中曲霉的主要作用是对糖类进行氧化分解
C.环节③需要通入无菌空气
D.①②③都需要控制温度、pH等条件
解析:蒸煮过程中高温可以破坏微生物的细胞结构等,从而杀灭猕猴桃自带的绝大多数微生物;麸曲中的曲霉主要作用是将淀粉等多糖分解为葡萄糖等单糖,而不是对糖类进行氧化分解;环节③是醋酸发酵,醋酸菌是好氧菌,所以需要通入无菌空气;①糖化过程、②酒精发酵、③醋酸发酵都需要适宜的温度和pH等条件来保证酶的正常功能。
14.利用微生物制作发酵食品在我国有着悠久的历史,泡菜就是其中之一。如图为泡菜制作方法:
请回答下列问题。
(1)制作泡菜利用的微生物主要是　　　　。发酵初期,泡菜坛水槽内经常有气泡产生,其主要原因是发酵初期大肠杆菌、酵母菌等生长旺盛,产生较多的　　　　。
(2)装坛时往往加入陈泡菜水是为了增加　　　　的量。调味料除了蒜瓣、生姜及其他香辛料外,还要加入少量白酒,能使泡菜更加脆爽、清香,同时还能起到　　　　　　　　　　　的作用。
(3)泡菜制作过程中,泡菜表面的杂菌产生的硝酸还原酶能将硝酸盐还原成亚硝酸盐,亚硝酸盐在特定条件下转变成有致癌作用的亚硝胺。如图是三种食盐浓度的泡菜中的亚硝酸盐含量与发酵天数的关系。
①与食盐浓度为3%、7%相比较,食盐浓度为5%的泡菜中亚硝酸盐含量变化的特点是
　。
②发酵初期食盐浓度为7%的泡菜中亚硝酸盐含量较低的原因主要是
　。
解析:(1)制作泡菜利用的微生物主要是乳酸菌,利用乳酸菌厌氧呼吸产生乳酸。发酵初期,大肠杆菌、酵母菌等生长旺盛,产生较多的CO2,因此泡菜坛水槽内会有气泡产生。
(2)陈泡菜水中含有乳酸菌,装坛时加入陈泡菜水是为了增加乳酸菌的量。调味料除了蒜瓣、生姜及其他香辛料外,还要加入少量白酒,能使泡菜更加脆爽、清香,同时还能起到抑制杂菌生长的作用。
(3)①从题图中可以看出,与食盐浓度为3%、7%相比较,食盐浓度为5%的泡菜中亚硝酸盐含量变化的特点是亚硝酸盐含量变化最快;亚硝酸盐峰值最高,达到峰值后含量下降最快且最低值最低。②高盐浓度有利于抑制杂菌的生长繁殖,产生的硝酸还原酶少,减缓了硝酸盐的还原,因此发酵初期食盐浓度为7%的泡菜中亚硝酸盐含量较低。
答案:(1)乳酸菌　CO2
(2)乳酸菌　抑制杂菌生长
(3)①亚硝酸盐含量变化最快;亚硝酸盐峰值最高,达到峰值后含量下降最快且最低值最低　②高盐浓度有利于抑制杂菌的生长繁殖,产生的硝酸还原酶少,减缓了硝酸盐的还原
15.人造蛋白食品是现代微生物工程的杰作之一,食用真菌蛋白是人造蛋白的一种。如图是真菌蛋白的制造过程的图解,请据图回答下列问题。
(1)从保持发酵罐内反应条件来看,注入少量氨水的目的是　 。
制造真菌蛋白时,需向发酵罐内注入空气,由此可以推知发酵罐中的真菌的异化作用类型是　　　　型。为保证发酵罐中真菌蛋白高产,还要控制　　　　条件。
(2)往发酵罐内添加的一切物质都要经过灭菌,从生态学的角度分析,其原因是
　。
(3)利用微生物发酵工程方法制造出的真菌蛋白,常作为家畜(如猪)的饲料添加剂。猪食用这些蛋白添加剂可加速育肥,其转化的生理原因是 　。
(4)从自然界中分离出的真菌菌种,用于制造真菌蛋白时,产量较低。欲获得较多的真菌蛋白,培育优良的菌种可采用　　　　　　(答出1种即可)的方法。
解析:(1)氨水含氮,且呈碱性,因此既可作为氮源,又可调节培养基的pH;制造真菌蛋白时向发酵罐内注入空气,说明发酵罐内真菌的异化作用类型为需氧型;为保证发酵罐中真菌蛋白高产,应保证各种与代谢相关酶的活性,故还要控制温度条件。
(2)发酵罐及添加物需经过灭菌,都是为了防止杂菌与真菌的竞争。
(3)蛋白质用于家畜育肥,是将蛋白质转化为脂肪,需经脱氨基作用,不含氮部分转变为脂肪。
(4)常用诱变育种方法获得优良的菌种。
答案:(1)提供氮源和调节pH　需氧　温度
(2)防止杂菌与真菌之间的竞争
(3)氨基酸在猪体内脱氨基,不含氮部分转变为脂肪(或氨基酸在猪体内可转变为脂肪)
(4)诱变育种
16.苹果酒和苹果醋制作的实验流程如图,回答下列相关问题。
(1)放置一段时间的水果比新鲜水果要软,可能的原因是水果中　　　　　　　　　　能分解细胞壁,使水果细胞相互分离,导致水果变软。
(2)为提高乙醇发酵的效率,对野生酵母菌进行诱变后,利用加入　　　　　　　和　　　　　的培养基,筛选得到具有耐高糖和耐酸特性的酵母菌。
(3)可通过测定酵母菌数量、发酵液密度和乙醇浓度等监控乙醇发酵情况。发酵初期,可采用　　　　　　　法测定酵母菌的活菌数量;发酵中期,发酵液密度降低的原因是　
　。
(4)转入醋酸发酵前,需调整的发酵条件是 　,
常通过　　　　　　　　　　　　　来监控醋酸发酵的情况。
解析:(1)水果中果胶酶(和纤维素酶)能分解细胞壁,使水果细胞相互分离,导致水果变软。
(2)为提高乙醇发酵的效率,对野生酵母菌进行诱变后,利用加入高浓度的蔗糖(葡萄糖)和加酸(调低pH)的培养基,筛选得到具有耐高糖和耐酸特性的酵母菌。
(3)发酵初期,常采用稀释涂布平板法测定酵母菌的活菌数量;发酵中期,发酵时糖被消耗,产生的乙醇和CO2的密度比糖水低,因此发酵液密度降低。
(4)果酒制备的温度是25 ℃左右,酵母菌属于兼性厌氧型细菌,果醋制备的温度是30～35 ℃,醋酸菌属于好氧型细菌,因此转入醋酸发酵前,需调整的发酵条件是适当升高温度,通入无菌空气。常用pH试纸检测发酵液的pH来监控醋酸发酵的情况。
答案:(1)果胶酶和纤维素酶
(2)高浓度的蔗糖(葡萄糖)　加酸(调低pH)
(3)稀释涂布平板　发酵时糖被消耗,产生的乙醇和CO2的密度比糖水低
(4)适当升高温度至30～35 ℃,并通入无菌空气　用pH试纸检测发酵液的pH第三节　发酵工程为人类提供多样的生物产品
学习目标
1.举例说明某些食品、饮料及调味品是运用传统发酵技术生产的。
2.简述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、食品及其他工农业生产上有重要的应用价值。
一、某些食品、饮料及调味品是运用传统发酵技术生产的
1.传统发酵常见的菌种:霉菌、酵母菌、乳酸菌。
2.发酵制品风味和营养物质的实质:菌种的代谢产物。
3.菌种引起发酵制品的风味和营养物质不同的原因
(1)微生物的种类:不同的微生物、不同的菌株分泌的酶种类不同,产物不同。
(2)代谢特点:不同发酵环境,菌种代谢活动差异,代谢产物不同。
(3)种间关系:混菌发酵,各菌种的产物相互作用。
二、体验传统发酵——利用酵母菌、醋酸菌制作果酒和果醋
1.原理
(1)酵母菌在无氧条件下,通过厌氧呼吸,将葡萄糖氧化为乙醇和二氧化碳。
(2)醋酸菌在有氧条件下可将乙醇氧化为醋酸。
2.目的要求
(1)认识微生物不同的代谢特点和发酵产物的关系。
(2)尝试制作葡萄酒,并利用葡萄酒制作葡萄醋。
3.方法步骤
【易错判断】
(1)糯米酒的口感酸甜且有酒味,原因是糯米酒制作时仅有纯的酵母菌发挥作用。(　×　)
提示:糯米酒的口感酸甜且有酒味,是霉菌、酵母菌和乳酸菌共同作用的结果。
(2)制作果酒时,发酵液未经过严格的灭菌处理,杂菌却不能正常生长,原因是所用培养液的成分不适合杂菌的生长。(　×　)
提示:果酒发酵时的无氧、pH为酸性等条件抑制了杂菌的生长。
(3)喝剩的葡萄酒放置一段时间后会变酸,其原因可能是乙醇转变成了醋酸。(　√　)
(4)果酒发酵过程中,可以从出料口取样,利用溴麝香草酚蓝溶液检测生成酒精的情况。(　×　)
提示:检测酒精的是酸性重铬酸钾溶液。
(5)果醋制作过程中发酵液的pH逐渐降低,果酒制作过程中情况相反。(　×　)
提示:果醋制作过程中发酵液pH逐渐降低,果酒制作过程中产生二氧化碳,发酵液pH也逐渐降低。
三、体验传统发酵——利用乳酸菌发酵制作泡菜
1.原理
(1)泡菜是利用附生在蔬菜表面的植物乳杆菌、短乳杆菌和明串珠菌等发酵制成的。
(2)上述微生物一般为厌氧、兼性厌氧或微好氧菌,它们的发酵产物有乳酸、醇、酯等。
2.目的要求
体验传统发酵技术,尝试腌制泡菜。
3.方法步骤
【易错判断】
(1)制作泡菜前用白酒擦拭泡菜坛的目的是灭菌。(　×　)
提示:制作泡菜前用白酒擦拭泡菜坛的目的是消毒。
(2)泡菜坛要密封,若泡菜坛有裂缝,可以缩短时间。(　×　)
提示:乳酸菌是厌氧细菌,若泡菜坛有裂缝,乳酸菌不能正常生长,而一些杂菌大量繁殖,泡菜会变质。
(3)若制作的泡菜“咸而不酸”,最可能的原因是发酵时间过长。(　×　)
提示:“咸而不酸”,最可能的原因是盐过多,抑制了乳酸菌发酵。
四、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
1.发酵方式的转变
由传统的固体表面培养改变为液体深层培养。
2.微生物工业发酵的基本过程
3.发酵菌种的选择要求
(1)应选择高产的菌种,使菌种的发酵产物中,需要的产物多,不需要的产物少。
(2)培养基来源充足且廉价,被转化的效率高。
(3)菌种发酵产物易于分离。
(4)菌种对环境没有明显或潜在的危害。
(5)菌种的遗传特性和生产能力稳定。
4.菌种在不同的发酵阶段要求的环境条件不同
(1)菌种进入新鲜的培养基后,细胞吸收各种营养物质,具备细胞分裂的能力,微生物群体快速生长和繁殖。
(2)微生物生长到一定阶段后,在细胞代谢的基础上进一步合成一些结构比较复杂的生物碱、抗生素、毒素等化合物,即人类需要的微生物发酵产物。
5.发酵产品的获得方式
(1)发酵产品为菌体本身:采用过滤、沉淀等方法将菌体从培养液中分离出来。
(2)发酵产品为微生物的代谢产物:采用真空发酵、吸附发酵、萃取发酵等方法进行提取。
【易错判断】
(1)谷氨酸棒杆菌是一种好氧菌,它是谷氨酸发酵的常用菌种。如图为通过发酵工程生产谷氨酸的基本流程。
①扩大培养时所用的培养基,从物理性质来看是固体培养基,从用途来看是天然培养基。(　×　)
提示:从物理性质来看是液体培养基,从用途来看是选择培养基。
②对谷氨酸代谢的控制,除了改变微生物的遗传特性外,还需要对生产过程中的温度、氧气、pH等发酵条件进行控制。(　√　)
(2)大规模发酵中,需要将选育的菌种接种到发酵罐中进行扩大培养,以加速发酵过程。(　×　)
提示:大规模发酵过程中,需要将选育的优良菌种经过多次扩大培养,达到一定的数量再接种,以缩短菌种在发酵罐中发酵的时间。
(3)抗生素能够杀死微生物,因此抗生素不是微生物发酵的产物。(　×　)
提示:绝大多数抗生素是微生物发酵的产物。
五、发酵工程在医药、食品及其他工农业生产上有重要的应用价值
1.发酵工程的生产特点
生产条件温和、原料丰富且价格低廉、废弃物对环境影响小且容易处理等。
2.发酵工程的应用领域
(1)食品工业:如发酵食品、饮料等。
(2)医药工业:如绝大多数抗生素、酶抑制剂、免疫调节剂、类激素、抗氧化剂等。
(3)冶金工业、农业、环境保护等。
任务1　分析果酒、果醋和泡菜的制作原理和实践操作
1.比较几种传统发酵食品制作的原理和条件,完善下面的表格。
比较项目 果酒制作 果醋制作 泡菜制作
发酵 菌种 菌种 酵母菌 醋酸菌 乳酸菌等
代谢 类型 异养兼性厌氧型 异养需氧型 主要为 厌氧型
发酵 条件 氧气 前期需氧,后期无氧 一直需要充足的氧气 无氧
pH 酸性 酸性 酸性
发酵原理 将葡萄糖氧化为乙醇 将乙醇氧化为醋酸 将葡萄糖氧化为乳酸
2.分析泡菜制作过程中的相关操作,完善下面的表格。
项目 操作目的
开水清洗坛子内壁 消毒,防止杂菌污染
加入适宜 浓度的盐水 调味,抑制杂菌生长
加入白酒 可抑制泡菜表面杂菌的生长,它也是一种调味剂,可增加醇香感
用水封住坛口 使坛内与坛外空气隔绝,有利于乳酸发酵
加少量陈泡菜汁 相当于接种已扩增的发酵菌,可缩短腌制时间
素养提升
果酒、果醋制作过程中的部分变化
(1)发酵液pH变化:果酒发酵过程中,CO2溶于发酵液,pH会逐渐降低直至稳定;果醋发酵过程中,由于醋酸的生成,发酵液pH降低直至稳定。
(2)矿泉水瓶中气压变化:果酒发酵初期,气压没有较大变化,但后期由于厌氧呼吸产生CO2,因此瓶内压强大于瓶外。
(3)菌体数量变化:果酒制作的初期,发酵液中酵母菌数目增多,后期不再增多;在果醋制作的任何阶段,只要条件适宜,发酵液中醋酸菌数目可以不断增多,并在发酵液表面形成菌膜。
迁移应用
1.(舟山中学高二月考)钙果果实中含有多种对人体有益的矿物质元素,其中钙元素的含量超出许多水果。钙果用途广泛,叶可加工成茶叶,花、仁、根能制成药材,果实可加工成果汁、果酒、果醋等产品。下列叙述正确的是(　D　)
A.利用酵母菌进行钙果果醋发酵的过程中温度应控制在18～30 ℃
B.在钙果果酒发酵期间,为保持无氧条件,不能拧松发酵瓶的盖子
C.制作钙果果酒、果醋时,应将钙果进行湿热灭菌
D.钙果果酒的颜色是钙果果皮和果肉中的色素进入发酵液形成的
解析:果醋发酵利用的菌种是醋酸菌,在利用醋酸菌进行钙果果醋发酵过程中,温度较酒精发酵高,一般控制在30～35 ℃;酵母菌进行厌氧呼吸产生酒精和二氧化碳,但需要根据发酵进程适时拧松瓶盖放气;制作钙果果酒、果醋时,对钙果进行灭菌会杀死附着在果皮上的野生酵母菌;钙果果皮和果肉细胞中含有色素,钙果果酒的颜色是钙果果皮和果肉中的色素进入发酵液形成的。
阅读下列材料,回答2、3小题。
　　泡菜的制作属于多菌种混合发酵过程,其中起主要作用的是酵母菌和乳酸菌。研究人员尝试从泡菜汁中分离出耐酸性强的酵母菌种,用于果酒的制作。由于泡菜中酵母菌比例较低,研究人员将泡菜汁接种到含乙醇的葡萄糖培养基中培养以提高目标菌种的比例。
2.制作泡菜时通常需要在泡菜坛口的凹槽中加入清水,其作用主要是(　B　)
A.防止气体进出泡菜坛
B.营造发酵所需厌氧条件
C.防止外界微生物进入泡菜坛
D.防止发酵旺盛时,发酵液溢出
解析:制作泡菜需利用乳酸菌发酵,乳酸菌只在无氧条件下才可将葡萄糖分解产生乳酸,所以在泡菜坛口的凹槽中加入清水密封的主要作用是防止空气进入,营造发酵所需厌氧
条件。
3.(2025·浙江1月选考)传统发酵技术为我们提供了多种食品、饮料及调味品。下列叙述错误的是(　A　)
A.泡菜的风味由乳酸菌的种类决定
B.用果酒发酵制作果醋的主要菌种是醋酸菌
C.家庭酿制米酒的过程既有需氧呼吸又有厌氧呼吸
D.传统发酵通常是利用多种微生物进行的混合发酵
解析:泡菜的风味不仅受到乳酸菌的种类的影响,还受到发酵条件、原料等多种因素的影响,A错误;醋酸菌将果酒中的酒精氧化为醋酸,从而制作果醋,B正确;酒的酿制过程中,酵母菌在初期进行需氧呼吸大量繁殖,随后在无氧条件下进行厌氧呼吸,生成酒精,C正确;传统发酵过程中,通常会有多种微生物共同参与,工业发酵通常是单一的菌种,D正确。
任务2　总结发酵工程的基本环节,提炼影响微生物发酵的条件,比较微生物产品获得途径的差异
　阅读教材相关内容,分析发酵工程的基本环节。
迁移应用
4.(杭州二模)单细胞蛋白是一种富含蛋白质的微生物菌体,可通过发酵工程大量制备并用于饲料添加等领域。下列关于单细胞蛋白制备过程的叙述,正确的是(　C　)
A.配制培养基时添加琼脂糖以作为能源物质
B.接种时加入多种菌体细胞以提高发酵效率
C.发酵过程需监控温度、pH、溶氧量等参数
D.对发酵液离心并取上清液以获得单细胞蛋白
解析:琼脂糖一般作为凝固剂,微生物通常不能利用琼脂糖;接种时加入一种菌体细胞;单细胞蛋白是菌体,离心后会在沉淀中。
5.(绍兴高三月考)工业上利用谷氨酸棒杆菌生产谷氨酸。关于谷氨酸的工厂化生产,下列说法错误的是(　B　)
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
解析:与传统发酵技术相比,工厂化生产谷氨酸所用的大多是经过筛选获得的优质菌种,一般是单一菌种,获得的产物更纯;如果发酵产品是微生物细胞本身,在发酵结束之后,采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥,即可得到产品,如果产品是代谢产物,要根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品,谷氨酸属于代谢产物;谷氨酸棒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杆菌的繁殖,有利于谷氨酸的积累;发酵条件能影响产品的品质和产量,发酵罐内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。
课堂小结
素养测练
对点达标练
题组一　传统发酵技术
根据下列材料回答第1～3题。
　　我国是最早利用微生物发酵生产食品的国家之一,生活中的很多食品、饮料及调味品是经过微生物发酵后制成的。发酵食品的制作就是利用有益微生物来酿造自己喜爱的风味食品。
1.在食醋的酿造过程中,起发酵作用的主要菌种不包括(　D　)
A.曲霉 B.酵母菌
C.醋酸菌 D.乳酸菌
解析:在食醋的酿造过程中,起发酵作用的主要菌种是曲霉、酵母菌、醋酸菌,没有乳酸菌,乳酸菌在制作泡菜和酸奶时起作用。
2.下列发酵食品或调味品,是由谷氨酸棒杆菌发酵生产的是(　D　)
A.豆腐乳 B.面包
C.糯米酒 D.味精
解析:豆腐乳是利用毛霉等发酵生产的;面包是利用酵母菌发酵生产的;糯米酒是利用酵母菌发酵生产的;味精是利用谷氨酸棒杆菌发酵生产的。
3.下列关于传统发酵食品生产的叙述,错误的是(　D　)
A.菌种的种类和代谢类型会影响发酵食品的风味
B.不同菌种之间的种间关系会影响发酵食品的营养成分
C.酱油发酵过程中,嗜盐片球菌产生的乳酸会抑制竞争关系的杂菌的生长
D.酸奶发酵过程中,保加利亚乳杆菌产生的氨基酸抑制互利关系的嗜热链球菌的生长
解析:氨基酸是营养物质,会促进嗜热链球菌的生长。
4.用白萝卜制作泡菜的过程中,采用适当方法可缩短腌制时间。下列方法中错误的是(　B　)
A.将白萝卜切成小块
B.向容器中通入无菌空气
C.添加已经腌制过的泡菜汁
D.用沸水短时处理白萝卜块
解析:泡菜腌制过程中起作用的主要是明串珠菌和乳酸菌,乳酸菌是厌氧型细菌,厌氧型细菌在无氧的条件下利用菜中的糖和其他营养物质进行发酵,向容器中通入无菌空气将导致泡菜制作失败。
5.如图是果酒制备的简易设备,在矿泉水瓶安装可弯折吸管的目的是(　A　)
①便于给矿泉水瓶加果汁　②排出酵母菌产生的CO2　③防止其他微生物进入　④给酵母菌提供氧气
A.②③ B.②④ C.①③ D.①④
解析:在果酒制作过程中,不需要给矿泉水瓶加果汁,①错误;果酒发酵过程中会产生CO2,所以可弯折吸管可排出酵母菌产生的CO2,②正确;可弯折吸管可防止其他微生物进入,③正确;果酒发酵过程中进行厌氧呼吸,不能给酵母菌提供氧气,④错误。
6.酱油是以大豆、小麦为原料,经蒸煮、酱曲与盐水混合发酵制成的。需要曲霉、酵母菌、乳酸菌等多种菌种参与,曲霉在曲料上生长发育,可产生蛋白酶、肽酶、淀粉酶、谷氨酰胺酶、果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶等。由乳酸菌产生适量乳酸,由酵母菌发酵生产乙醇。醇、醛、酸、酯等代谢产物虽微量却能构成酱油复杂的香气。下列叙述错误的是(　B　)
A.酱油制作是一种混菌发酵过程
B.各种微生物的营养物质都直接来自发酵原料
C.小麦粉含有淀粉、蛋白质、果胶和纤维素
D.酱油中含有蛋白质、氨基酸、乙醇等成分
解析:酱油制作需要曲霉、酵母菌、乳酸菌等多种菌种参与,是一种混菌发酵过程;乳酸菌利用葡萄糖产生乳酸,原料中没有葡萄糖,曲霉在曲料上生长发育,可产生淀粉酶,淀粉酶可以将淀粉水解,产生葡萄糖,因此不是所有微生物的营养物质都直接来自发酵原料;小麦粉含有淀粉(植物细胞内含有淀粉)、蛋白质(细胞内含有蛋白质)、果胶和纤维素(植物细胞壁的成分);曲霉可产生蛋白酶、肽酶,因此酱油中含有蛋白质、氨基酸,酵母菌发酵产生乙醇等。
题组二　发酵工程
7.选育高产、优质的菌种是发酵工程的前提条件,下列不属于发酵工程选育菌种的条件的是(　A　)
A.发酵产物需从菌体中破碎分离
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
解析:选育高产、优质的菌种需要根据人们的需要进行设计,而发酵产物需从菌体中破碎分离不是选育菌种的条件,且发酵产物未必需要菌体破碎后获得,符合题意;菌种对环境应没有明显或潜在的危害,这是选育高产、优质菌种的前提条件,不符合题意;选育出的高产、优质的菌种应该具备遗传特性和生产能力稳定的特征,否则不能投入到生产中,不符合题意;选育出的高产、优质的菌种应该具备能利用充足且廉价的培养基原料的特征,这样才能降低生产成本,获得较高的经济效益,不符合题意。
8.与传统发酵技术相比,发酵工程的产品种类更加丰富,产量和质量明显提高。下列叙述正确的是(　B　)
A.发酵工程与传统发酵技术最大的区别就是前者可以利用微生物来进行发酵
B.发酵工程的产品主要包括微生物的代谢产物、菌体本身
C.在发酵工程的发酵环节中,发酵条件变化会影响微生物的生长繁殖,但不会影响微生物的代谢途径
D.利用真空发酵或萃取发酵从培养液中分离微生物菌体
解析:发酵工程与传统发酵技术都需要利用微生物来进行发酵;在发酵工程的发酵环节中,发酵条件不仅影响微生物的生长繁殖,也会通过影响酶的活性进而影响微生物的代谢途径;真空发酵或萃取发酵用于提取微生物的代谢产物。
9.发酵工程在工业生产上得到广泛应用,其生产流程如图所示,结合赖氨酸或谷氨酸的生产实际,下列说法错误的是(　D　)
A.①为诱变育种,②为萃取(或蒸馏或离子交换等)
B.赖氨酸或谷氨酸的生产过程中为使产物源源不断地产生,采用连续培养的发酵方式
C.由于赖氨酸或谷氨酸的发酵菌种为好氧菌,在生产过程中常需增加通氧量
D.人工控制微生物代谢的唯一措施是控制生产过程中的各种条件
解析:人工控制微生物代谢的措施包括改变微生物遗传特性、控制生产过程中的各种条件(即发酵条件)等。
题组三　发酵技术的应用
10.(名校协作体高三开学考)葡萄酒是以葡萄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。下列关于运用这两项技术生产葡萄酒的叙述,正确的是(　C　)
A.发酵产物都必须进行严格的消毒
B.发酵前都需要对原料进行灭菌
C.发酵菌种的繁殖都需要有氧环境
D.发酵环境都可以实现精准控制
解析:发酵产物为乙醇,乙醇能抑制杂菌的生长繁殖,不需要消毒;传统发酵技术利用的是原料自身表面带有的菌种进行发酵,故不能对原料进行灭菌处理;二者的发酵菌种为酵母菌,呼吸方式为兼性厌氧型,其繁殖需要大量的能量,故都需要有氧环境进行需氧呼吸供能;传统发酵技术的发酵环境不能实现精准控制,而现代发酵技术进行工业化生产可以。
(七彩阳光联盟高三开学考)阅读下列材料,回答11、12小题。
　　乌衣红曲黄酒是以糯米为原料、乌衣红曲为糖化发酵剂酿造的黄酒。乌衣红曲外观呈黑褐色,内呈暗红色,它是把黑曲霉、红曲霉和酵母等微生物混合培养在米粒上制成的一种糖化发酵剂。
11.下列对“糯米经浸米、蒸饭、摊凉或淋凉,拌入浸好的乌衣红曲落缸发酵”过程的叙述错误的是(　A　)
A.糯米为乌衣红曲的发酵只提供了碳源物质
B.浸曲的过程,既活化了发酵菌种又可扩增菌群
C.糖化过程中黑曲霉、红曲霉等分泌了多种淀粉酶
D.定期开盖翻动,有利于前发酵中曲霉的代谢活动和酵母菌的大量繁殖
解析:糯米为乌衣红曲的发酵提供了碳源、氮源、水和无机盐;浸曲的目的是活化发酵菌种,同时又可扩增菌群;糖化过程中黑曲霉、红曲霉等分泌了多种淀粉酶,可以分解淀粉,为发酵提供原料;曲霉代谢类型为异养需氧型,酵母菌的代谢类型为异养兼性厌氧型,所以定期开盖翻动,有利于前发酵中曲霉的代谢活动和酵母菌的大量繁殖。
12.有调查发现,用乌衣红曲酿制黄酒的出酒率要高于其他各地黄酒。下列关于原因分析不合理的是(　A　)
A.决定出酒率高低的根本原因是酵母菌数量多和优化的发酵条件
B.该曲中菌种丰富度更高,且发酵各阶段的优势种不同
C.该曲中酵母菌具有耐高糖、高产酒精又耐高浓度酒精的特点
D.酿酒工艺、流程的控制都对出酒率高低起着关键性作用
解析:决定出酒率高低的直接原因是酵母菌数量多和优化的发酵条件;该曲中菌种丰富度更高,在不同的发酵阶段优势种不同;该曲中酵母菌能生活在该条件下,说明其具有耐高糖、高产酒精又耐高浓度酒精的特点;酿酒工艺、流程的控制都对出酒率高低起着关键性作用。
综合提升练
13.(2025·浙江6月选考)猕猴桃醋生产的基本工艺流程如下,其中①②③表示发酵的三个环节,糖化是将淀粉转化为葡萄糖的过程。
下列叙述错误的是(　B　)
A.通过蒸煮可以杀灭猕猴桃自带的绝大多数微生物
B.麸曲中曲霉的主要作用是对糖类进行氧化分解
C.环节③需要通入无菌空气
D.①②③都需要控制温度、pH等条件
解析:蒸煮过程中高温可以破坏微生物的细胞结构等,从而杀灭猕猴桃自带的绝大多数微生物;麸曲中的曲霉主要作用是将淀粉等多糖分解为葡萄糖等单糖,而不是对糖类进行氧化分解;环节③是醋酸发酵,醋酸菌是好氧菌,所以需要通入无菌空气;①糖化过程、②酒精发酵、③醋酸发酵都需要适宜的温度和pH等条件来保证酶的正常功能。
14.利用微生物制作发酵食品在我国有着悠久的历史,泡菜就是其中之一。如图为泡菜制作方法:
请回答下列问题。
(1)制作泡菜利用的微生物主要是　　　　。发酵初期,泡菜坛水槽内经常有气泡产生,其主要原因是发酵初期大肠杆菌、酵母菌等生长旺盛,产生较多的　　　　。
(2)装坛时往往加入陈泡菜水是为了增加　　　　的量。调味料除了蒜瓣、生姜及其他香辛料外,还要加入少量白酒,能使泡菜更加脆爽、清香,同时还能起到　　　　　　　　　　　的作用。
(3)泡菜制作过程中,泡菜表面的杂菌产生的硝酸还原酶能将硝酸盐还原成亚硝酸盐,亚硝酸盐在特定条件下转变成有致癌作用的亚硝胺。如图是三种食盐浓度的泡菜中的亚硝酸盐含量与发酵天数的关系。
①与食盐浓度为3%、7%相比较,食盐浓度为5%的泡菜中亚硝酸盐含量变化的特点是
　。
②发酵初期食盐浓度为7%的泡菜中亚硝酸盐含量较低的原因主要是
　。
解析:(1)制作泡菜利用的微生物主要是乳酸菌,利用乳酸菌厌氧呼吸产生乳酸。发酵初期,大肠杆菌、酵母菌等生长旺盛,产生较多的CO2,因此泡菜坛水槽内会有气泡产生。
(2)陈泡菜水中含有乳酸菌,装坛时加入陈泡菜水是为了增加乳酸菌的量。调味料除了蒜瓣、生姜及其他香辛料外,还要加入少量白酒,能使泡菜更加脆爽、清香,同时还能起到抑制杂菌生长的作用。
(3)①从题图中可以看出,与食盐浓度为3%、7%相比较,食盐浓度为5%的泡菜中亚硝酸盐含量变化的特点是亚硝酸盐含量变化最快;亚硝酸盐峰值最高,达到峰值后含量下降最快且最低值最低。②高盐浓度有利于抑制杂菌的生长繁殖,产生的硝酸还原酶少,减缓了硝酸盐的还原,因此发酵初期食盐浓度为7%的泡菜中亚硝酸盐含量较低。
答案:(1)乳酸菌　CO2
(2)乳酸菌　抑制杂菌生长
(3)①亚硝酸盐含量变化最快;亚硝酸盐峰值最高,达到峰值后含量下降最快且最低值最低　②高盐浓度有利于抑制杂菌的生长繁殖,产生的硝酸还原酶少,减缓了硝酸盐的还原
15.人造蛋白食品是现代微生物工程的杰作之一,食用真菌蛋白是人造蛋白的一种。如图是真菌蛋白的制造过程的图解,请据图回答下列问题。
(1)从保持发酵罐内反应条件来看,注入少量氨水的目的是　 。
制造真菌蛋白时,需向发酵罐内注入空气,由此可以推知发酵罐中的真菌的异化作用类型是　　　　型。为保证发酵罐中真菌蛋白高产,还要控制　　　　条件。
(2)往发酵罐内添加的一切物质都要经过灭菌,从生态学的角度分析,其原因是
　。
(3)利用微生物发酵工程方法制造出的真菌蛋白,常作为家畜(如猪)的饲料添加剂。猪食用这些蛋白添加剂可加速育肥,其转化的生理原因是 　。
(4)从自然界中分离出的真菌菌种,用于制造真菌蛋白时,产量较低。欲获得较多的真菌蛋白,培育优良的菌种可采用　　　　　　(答出1种即可)的方法。
解析:(1)氨水含氮,且呈碱性,因此既可作为氮源,又可调节培养基的pH;制造真菌蛋白时向发酵罐内注入空气,说明发酵罐内真菌的异化作用类型为需氧型;为保证发酵罐中真菌蛋白高产,应保证各种与代谢相关酶的活性,故还要控制温度条件。
(2)发酵罐及添加物需经过灭菌,都是为了防止杂菌与真菌的竞争。
(3)蛋白质用于家畜育肥,是将蛋白质转化为脂肪,需经脱氨基作用,不含氮部分转变为脂肪。
(4)常用诱变育种方法获得优良的菌种。
答案:(1)提供氮源和调节pH　需氧　温度
(2)防止杂菌与真菌之间的竞争
(3)氨基酸在猪体内脱氨基,不含氮部分转变为脂肪(或氨基酸在猪体内可转变为脂肪)
(4)诱变育种
16.苹果酒和苹果醋制作的实验流程如图,回答下列相关问题。
(1)放置一段时间的水果比新鲜水果要软,可能的原因是水果中　　　　　　　　　　能分解细胞壁,使水果细胞相互分离,导致水果变软。
(2)为提高乙醇发酵的效率,对野生酵母菌进行诱变后,利用加入　　　　　　　和　　　　　的培养基,筛选得到具有耐高糖和耐酸特性的酵母菌。
(3)可通过测定酵母菌数量、发酵液密度和乙醇浓度等监控乙醇发酵情况。发酵初期,可采用　　　　　　　法测定酵母菌的活菌数量;发酵中期,发酵液密度降低的原因是　
　。
(4)转入醋酸发酵前,需调整的发酵条件是 　,
常通过　　　　　　　　　　　　　来监控醋酸发酵的情况。
解析:(1)水果中果胶酶(和纤维素酶)能分解细胞壁,使水果细胞相互分离,导致水果变软。
(2)为提高乙醇发酵的效率,对野生酵母菌进行诱变后,利用加入高浓度的蔗糖(葡萄糖)和加酸(调低pH)的培养基,筛选得到具有耐高糖和耐酸特性的酵母菌。
(3)发酵初期,常采用稀释涂布平板法测定酵母菌的活菌数量;发酵中期,发酵时糖被消耗,产生的乙醇和CO2的密度比糖水低,因此发酵液密度降低。
(4)果酒制备的温度是25 ℃左右,酵母菌属于兼性厌氧型细菌,果醋制备的温度是30～35 ℃,醋酸菌属于好氧型细菌,因此转入醋酸发酵前,需调整的发酵条件是适当升高温度,通入无菌空气。常用pH试纸检测发酵液的pH来监控醋酸发酵的情况。
答案:(1)果胶酶和纤维素酶
(2)高浓度的蔗糖(葡萄糖)　加酸(调低pH)
(3)稀释涂布平板　发酵时糖被消耗,产生的乙醇和CO2的密度比糖水低
(4)适当升高温度至30～35 ℃,并通入无菌空气　用pH试纸检测发酵液的pH

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