資源簡介

【備考2024】一輪新人教版生物學學案
第十單元　生物技術與工程
第1講　傳統發酵技術的應用和發酵工程及其應用
考點1　發酵與傳統發酵的概念及泡菜的制作
一、發酵與傳統發酵技術
1．發酵
是指人們利用微生物，在適宜的條件下，將原料通過微生物的代謝轉化為人類所需要的產物的過程。
2．傳統發酵技術
3．腐乳制作的原理
蛋白質小分子的肽和氨基酸。
脂肪甘油和脂肪酸。
4．泡菜的制作
(1)菌種來源：植物體表面天然的乳酸菌。
(2)原理：在無氧條件下，乳酸菌將葡萄糖分解成乳酸。
(3)反應式：C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋能量。
(4)制作流程
1．制作傳統泡菜時無須嚴格滅菌，但隨著發酵的進行，乳酸菌逐漸成為優勢菌種，試分析其原因。(選擇性必修3　P6“探究·實踐”)
提示：泡菜壇內形成了缺氧、酸性的環境，不利于大多數微生物生長。
2．制作傳統泡菜時，為什么泡菜壇只能裝八成滿？(選擇性必修3　P6“探究·實踐”)
提示：在泡菜發酵初期，由蔬菜表面帶入的大腸桿菌、酵母菌等較為活躍，它們可進行發酵，發酵產物中有較多的CO2，如果泡菜壇裝得太滿，發酵液可能會溢出壇外。另外，泡菜壇裝得太滿，會使鹽水不太容易完全淹沒菜料，從而導致壇內菜料變質腐爛。泡菜壇留有一定的空間，也更方便拿取泡菜。
1．腐乳的制作僅是毛霉參與了豆腐的發酵。 (×)
提示：多種微生物參與了豆腐的發酵，如酵母、曲霉和毛霉等。
2．傳統發酵以混合菌種的固體發酵及半固體發酵為主。 (√)
3．制作傳統泡菜是利用植物體表面天然的乳酸菌來進行發酵的。 (√)
4．制作泡菜時泡菜壇一般只裝九成滿。 (×)
提示：泡菜發酵時易膨脹，制作泡菜時泡菜壇一般只裝八成滿。
5．泡菜制作過程中，有機物的干重和種類將減少。 (×)
提示：泡菜制作過程中，有機物的干重將減少，而有機物的種類將增加。
6．泡菜發酵過程中泡菜壇沿要注滿水，有利于泡菜的無氧發酵。 (√)
1．某同學制作出來的泡菜“咸而不酸”的最可能原因是___________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
提示：可能是食鹽濃度過高、發酵溫度過低等原因導致泡菜未能正常發酵
2．制備泡菜用清水和食鹽配制質量分數為5%～20%的鹽水，并將鹽水煮沸，冷卻待用。鹽水需煮沸并冷卻后才可使用，原因是__________________________
_____________________________________________________________________。
提示：加熱煮沸是為了殺滅雜菌，冷卻之后使用是為了保證乳酸菌等微生物的生命活動不受影響
1．泡菜制作中的注意事項
(1)材料的選擇及用量
①蔬菜應新鮮，若放置時間過長，蔬菜中的硝酸鹽易被還原成亞硝酸鹽。
②用清水和食鹽配制質量分數為5%～20%的鹽水。鹽的濃度過高，乳酸發酵受抑制，泡菜風味差；用量過低，雜菌易繁殖，導致泡菜變質。
(2)防止雜菌污染
①每次取樣用具要洗凈，要迅速封口。
②鹽水要煮沸后冷卻，煮沸的作用一是除去水中的氧，二是殺滅鹽水中的雜菌。
(3)氧氣需求
①泡菜壇要選擇火候好、無裂紋、無砂眼、壇沿深、蓋子吻合好的，目的是創造無氧環境，有利于乳酸菌發酵，防止蔬菜腐爛。
②泡菜壇蓋邊沿的水槽內注滿水，以保證壇內乳酸菌發酵所需的無氧環境，注意在發酵過程中經常補水。
(4)控制適宜的溫度
若溫度偏高則有害菌活動能力強；若溫度偏低則不利于乳酸發酵，導致發酵時間延長。
2．泡菜發酵過程中乳酸菌、乳酸和亞硝酸鹽含量的變化
某興趣小組就“泡菜腌制過程中亞硝酸鹽含量變化”開展了研究，操作如下：1月4日下午選取1、2、3號三只相同的泡菜壇，在每個壇中加入洗凈的新鮮蓮花菜0.6 kg，再分別倒入等量煮沸并冷卻的10%的鹽水，將壇密封，置于同一環境中。封壇前進行第一次取樣測定亞硝酸鹽含量，后來定時測定，結果如圖。
　
1號壇變化趨勢　　　　　　2號壇變化趨勢
3號壇變化趨勢
嘗試分析實驗中三只壇中產生的亞硝酸鹽含量存在差異的最可能的原因；為了讓實驗數據更好地表明泡菜腌制過程中亞硝酸鹽含量變化，對該實驗所獲得的3組數據應進行怎樣的處理才更合理？
提示：各壇中微生物種類和數量可能存在差異；先求平均值，再繪制一條曲線(將三個壇中每次測定的亞硝酸鹽的含量分別記錄，求出平均值，然后以日期為橫坐標，亞硝酸鹽的平均含量為縱坐標畫出一條曲線)。
考查發酵與傳統發酵技術的概念
1．關于發酵的敘述，不正確的是 (　　)
A．發酵就是無氧呼吸
B．發酵是將原料通過微生物的代謝轉化為人類所需要的產物的過程
C．酒精發酵是由活的酵母菌引起的
D．利用微生物能夠生產出人們所需多種產物的原因是不同的微生物具有產生不同代謝物的能力
A　[發酵包括有氧發酵和無氧發酵，A錯誤；發酵是指人們利用微生物，在適宜的條件下，將原料通過微生物的代謝轉化為人類所需要的產物的過程，B正確；酒精發酵是由活的酵母菌引起的，C正確；不同的微生物具有產生不同代謝物的能力，因此利用微生物能夠生產出人們所需的多種產物，D正確。]
2．下列有關傳統發酵技術的敘述，不正確的是(　　)
A．傳統發酵以混合菌種的固體發酵和半固體發酵為主
B．在制作腐乳的過程中，多種微生物參與了豆腐的發酵，其中起主要作用的是毛霉
C．腐乳味道鮮美的原因在于大分子蛋白質被分解成了小分子的肽和氨基酸
D．傳統發酵技術都是直接利用天然原料中的微生物
D　[傳統發酵技術是指直接利用原材料中天然存在的微生物，或利用前一次發酵保存下來的發酵物中的微生物進行發酵、制作食品的技術，D錯誤。]
考查泡菜的制作原理、流程等
3．(2022·湖北武漢模擬)據《周禮》記載酸菜又稱為“范”，漢代劉熙《釋名·釋飲食》解釋道：“葅，阻也，生釀之，遂使阻于寒溫之間，不得爛也。”這就是我國古代勞動人民發明的保藏蔬菜使其不壞的一種方法——腌藏法。下列敘述錯誤的是(　　)
A．“生釀之”指的是將新鮮的蔬菜和合適的材料，制作成酸菜
B．“遂使阻于寒溫之間”保持適宜溫度，有利于微生物的發酵
C．食鹽用量過低、腌制時間過短，容易造成某些細菌大量繁殖
D．發酵過程中適量氧氣和產酸的環境，有助于酸菜“不得爛也”
D　[“生釀之”指的是將新鮮的蔬菜和合適的材料，在不經過蒸煮等加工的條件下，將其制作成酸菜，A正確；“遂使阻于寒溫之間”保持適宜溫度，有利于微生物的發酵，從而完成酸菜的制作，B正確；酸菜制作過程中，溫度過高、食鹽用量過低、腌制時間過短，容易造成細菌大量繁殖，C正確；發酵過程中主要的菌種是乳酸菌，乳酸菌為厭氧細菌，故應保持無氧環境，D錯誤。]
4．(2023·廣東深圳模擬)泡菜在我國“食材譜系”中已有數千年歷史，其中廣東泡菜以爽脆出名，而且口味酸甜。各種應季的蔬菜，如白蘿卜、紅蘿卜、小黃瓜、高麗菜等均可作為泡菜的原料，經發酵后，在口感上比新鮮蔬菜更爽脆，既好吃，又助消化。下列關于泡菜制作的敘述，錯誤的是(　　)
A．熱水短時處理原料可抑制果膠酶活性，使成品泡菜口感較脆
B．腌制方法、時間長短和溫度高低均影響泡菜中亞硝酸鹽含量
C．利用水密封泡菜壇的目的是給泡菜壇內創造無氧環境
D．壇蓋邊沿的水槽“泡”中的氣體是乳酸菌經細胞呼吸產生的
D　[果膠酶可以水解果膠，進而使原料柔軟，因此利用熱水短時間處理原料，可通過抑制果膠酶活性使成品泡菜口感較脆，A正確；腌制方法、時間長短和溫度高低均影響泡菜中亞硝酸鹽含量，B正確；乳酸菌屬于厭氧生物，利用水密封泡菜壇的目的是給泡菜壇內創造無氧環境，C正確；乳酸菌無氧呼吸產生乳酸，沒有氣體產生，壇蓋邊沿的水槽“泡”中的氣體是發酵初期酵母菌、大腸桿菌等經細胞呼吸產生的，D錯誤。]
考點2　果酒和果醋的制作
一、制作原理與發酵條件
二、方法步驟
1．實驗用具消毒
↓
2．挑選沖洗葡萄
↓
3．榨汁
↓
4．果酒發酵
↓
5．取樣檢測
↓
6．果醋發酵
1．在制果酒的第4步，每隔12 h左右就要將瓶蓋擰松一次，但又不打開，這樣做的目的是什么？(選擇性必修3　P7“探究·實踐”)
提示：使二氧化碳排出，不打開瓶蓋是防止氧氣和有害雜菌進入 。
2．為縮短果醋的制作周期，應采取哪些有效措施？(寫出三點)(選擇性必修3　P7“探究·實踐”)
提示：以果酒為原料；增加醋酸菌的數量；控制適宜的發酵溫度。
1．醋酸菌在無氧條件下利用乙醇產生乙酸。 (×)
提示：醋酸菌在有氧條件下利用乙醇產生乙酸。
2．酵母菌為嗜溫菌，果酒發酵所需的最適溫度高于果醋發酵溫度。 (×)
提示：酵母菌為嗜溫菌，果酒發酵所需的最適溫度較低。
3．在果酒發酵后期擰松瓶蓋的間隔時間可延長。 (√)
4．在家庭中用新鮮葡萄制作果酒時，需給發酵裝置適時排氣。 (√)
5．制作果酒、果醋時，對發酵瓶、榨汁機等需用體積分數為70%的酒精消毒。 (√)
6．葡萄酒呈深紅色的原因是發酵過程中葡萄皮的色素進入到發酵液中。 (√)
1．利用植物黑加侖制備黑加侖酒時，需破碎制備果漿。破碎制備果漿前需先清洗，再除去枝梗的原因是______________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
提示：去枝梗時可能造成黑加侖的漿果破損，先清洗后除去枝梗可減少雜菌污染
2．果酒發酵時，葡萄汁裝入發酵瓶要留有大約1/3的空間，原因是_________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
提示：為酵母菌大量繁殖提供適量的氧氣，防止發酵時汁液溢出
1．發酵裝置及各部件的作用
2．制作果酒和果醋過程中產量低的原因
(1)果酒制作中產生的酒精少
①發酵前期酵母菌有氧呼吸不足，酵母菌數量少。
②發酵后期密封不嚴，酵母菌發酵受抑制。
(2)果醋制作中產生乙酸少
發酵過程中供氧不足所致。
研究發現：經葡萄內的糖分自然發酵而成的酒精，一般在10%～13%為最佳，發酵時的溫度和時間會影響果酒發酵產生酒精的含量。為了找到適合生產的最佳發酵溫度和時間。請你設計出探究的思路。
思路：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
提示：設置不同的溫度，分別在不同發酵時間測定發酵液中酒精的含量，酒精含量最快達到10%～13%的溫度和相應時間為最佳。
考查果酒和果醋的制作原理、流程等
1．(2021·山東等級考)葡萄酒的制作離不開酵母菌。下列說法錯誤的是(　　)
A．無氧條件下酵母菌能存活但不能大量繁殖
B．自然發酵制作葡萄酒時起主要作用的菌是野生型酵母菌
C．葡萄酒的顏色是葡萄皮中的色素進入發酵液形成的
D．制作過程中隨著發酵的進行發酵液中糖含量增加
D　[酵母菌在有氧條件下進行有氧呼吸獲得能量大量繁殖，無氧條件下，發酵產生酒精，故無氧條件下酵母菌能進行無氧呼吸存活但不能大量繁殖，A正確；自然發酵制作葡萄酒時起主要作用的菌是葡萄皮上的野生型酵母菌，B正確；葡萄皮中的色素進入發酵液使葡萄酒呈現顏色，C正確；制作過程中隨著發酵的進行發酵液中糖含量減少，D錯誤。]
2．(2022·天津寧河二模)山西老陳醋含有多種營養成分，具有調節血脂、保護肝臟等功效。其生產工藝經3 000多年的傳承和發展，具有了傳統手工技藝與現代科學相結合的特點，被認定為國家非物質文化遺產。工藝流程如圖。回答下列問題：
高粱→蒸煮→拌大曲→酒精發酵→乙酸發酵→熏醅→淋醋→陳釀
(注：以大麥、豌豆等原料制成大曲，含有多種與發酵有關的微生物。)
(1)拌大曲前高粱________(填“需要”或“不需要”)冷卻，原因是____________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(2)酒精發酵階段起主要作用的微生物是________，若對該微生物進行活菌計數可以采用的方法是__________________。
(3)進入乙酸發酵階段時，應將發酵條件改變為____________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________(答出兩點)。
(4)研究人員研究了山西老陳醋對急性醉酒小鼠的防醉和護肝作用(肝細胞受損后轉氨酶活性升高)，結果如表所示。
分組 檢測指標　　 甲組不做處理 乙組用酒灌胃(13 mL/kg) 丙組食醋灌胃，30 min后用酒灌胃(13 mL/kg)
降解酒精的某種酶含量(μg·mL-1) 4.22 1.65 6.08
轉氨酶活性(U·g-1) 15.07 19.93 12.83
據表分析，山西老陳醋可通過____________________________，加快酒精代謝，起到一定的解酒作用；山西老陳醋也具有護肝作用，判斷依據是_____________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[解析]　(1)拌大曲前，高粱需要冷卻到適當溫度，因為高溫會殺死與發酵有關的微生物，使大曲失效。(2)在酒精發酵階段，酵母菌起主要作用。若要對酵母菌進行活菌計數，可以采用稀釋涂布平板法等方法。(3)乙酸發酵所用微生物為醋酸菌，其代謝類型為需氧型，乙酸發酵階段應給予充足的O2，并將發酵溫度控制在30～35 ℃。(4)從題表數據可知，食醋灌胃可增加降解酒精的某種酶含量，從而加快酒精代謝。丙組的轉氨酶活性顯著低于乙組，由此可推測醋也具有護肝作用。
[答案]　(1)需要　高溫會殺死與發酵有關的微生物　(2)酵母菌　稀釋涂布平板法　(3)充足的O2，發酵溫度為30～35 ℃　(4)增加降解酒精的某種酶含量　丙組的轉氨酶活性顯著低于乙組
考查發酵條件的控制等
3．(2022·河北石家莊高三模擬)桂圓也稱龍眼，是一種藥食兩用的水果。科研團隊比較了5種酵母菌(3種釀酒酵母，2種非釀酒酵母)對桂圓果漿的發酵效果，并從中選擇適宜的菌種進行發酵，以期得到品質更好地桂圓果酒。生產桂圓果酒的工藝流程如圖所示。回答下列問題：
新鮮桂圓去皮去核→桂圓果肉→打漿→調酸 →酶解→調糖→接種→發酵→過濾
(1)在發酵流程中沒有對材料的清洗環節，清洗時正確的操作應該是________________，該操作的目的是___________________。
(2)酶解的過程是在調酸物料中加入質量分數為0.2%的果膠酶，加入該酶的作用是___________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(3)下表中表示5種酵母(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－耐高溫高活性干酵母；Y5－生香活性干酵母)發酵的桂圓果酒品質(總酯與果酒的香味有關)，根據表可得出的結論是釀酒酵母主要完成________，非釀酒酵母可將原料中的物質轉化為____________，從而提高了果酒的甜度。從中選擇____________兩種酵母菌作為桂圓果酒發酵優良菌種。
酵母 酒精度/ %vol 總糖/ (g/L) 總酸/ (g/L) 總酯/ (g/L) 感官評 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)酵母菌添加量過少時，發酵時間將會________(填“變長”或“變短”)；酵母菌添加量過多時，酒精度、總酯含量都較低的原因是________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________(答兩點)。
[解析]　(1)為防止去皮去核后清洗造成的雜菌污染，所以應該在桂圓去皮去核之前進行清洗。(2)細胞壁的主要成分是纖維素和果膠，果膠酶可以分解果膠、瓦解細胞壁和胞間層，增加果汁的出汁率和澄清度，所以需要加入果膠酶。(3)釀酒酵母主要完成酒精發酵；非釀酒酵母(Y4和Y5)中總糖含量較高，可將原料中的物質轉化成總糖，從而提高了果酒的甜度，從表格中可以看出，Y5將原料中的物質轉變為糖類能力較強，Y1中酒精度較高，說明產酒能力強，故選擇Y1和Y5兩種酵母菌作為桂圓果酒發酵優良菌種。(4)酵母菌添加量過少時，桂圓果酒發酵過程緩慢，發酵時間將會變長；酵母菌添加量過多時，由于酵母菌的大量繁殖消耗反應體系中的營養物質、酵母菌產生的代謝產物對酵母菌的生長和果酒風味的形成有抑制作用，所以酒精度、總酯含量都較低。
[答案]　(1)在桂圓去皮去核之前進行清洗　防止去皮去核后清洗造成的雜菌污染　(2)分解果膠、瓦解細胞壁和胞間層，增加果汁的出汁率和澄清度　(3)酒精發酵　總糖　Y1、Y5　(4)變長　酵母菌的大量繁殖消耗反應體系中的營養物質、酵母菌產生的代謝產物對酵母菌的生長和果酒風味的形成有抑制作用
考點3　發酵工程及其應用
一、發酵工程
利用微生物的特定功能，通過現代工程技術，規模化生產對人類有用的產品。
二、發酵工程的基本環節
三、啤酒的工業化生產流程
1．啤酒發酵的工業化生產流程及操作目的
2．“精釀”啤酒與“工業”啤酒的區別
四、發酵工程的應用
1．在食品工業上的應用
(1)生產傳統的發酵產品。
(2)生產各種各樣的食品添加劑。
(3)生產酶制劑。
2．在醫藥工業上的應用
(1)獲得具有某種藥物生產能力的微生物。
(2)直接對菌種進行改造，再通過發酵技術大量生產所需要的產品。
(3)利用基因工程，將病原體的某個或某幾個抗原基因轉入適當的微生物細胞，獲得的表達產物可以作為疫苗使用。
3．在農牧業上的應用：生產微生物肥料、農藥和飼料。
4．在其他方面的應用
(1)利用纖維廢料發酵生產酒精、乙烯等能源物質。
(2)極端微生物的應用：嗜熱菌、嗜鹽菌可以用來生產洗滌劑，嗜低溫菌有助于提高熱敏性產品的產量。
1．發酵罐中設計攪拌葉輪進行攪拌的意義是什么？(選擇性必修3　P23“發酵罐示意圖”)
提示：使菌種與發酵底物更能充分接觸，提高發酵效率。
2．如何對發酵條件進行調控以滿足微生物的生長需要？(選擇性必修3　P23“思考·討論”)
提示：要對溫度、pH、溶解氧等發酵條件進行嚴格控制，使其最適合微生物的生長繁殖，同時及時添加必要的營養組分。
3．與傳統的手工發酵相比，啤酒的工業化生產過程中，哪些工程手段使啤酒的產量和質量明顯提高？(選擇性必修3　P25“思考·討論”)
提示：菌種的選育、對原材料的處理、發酵工程的控制、產品的消毒等，都有助于提高啤酒的產量和品質。
1．在發酵工程中，可通過誘變育種、基因工程育種獲得菌種。 (√)
2．分離、提純酵母菌發酵生產的單細胞蛋白，可采用過濾、沉淀等方法。 (√)
3．發酵工程中所用的菌種大多是單一菌種。 (√)
4．利用發酵工程技術生產的微生物農業藥物僅是利用其代謝產物來防治病蟲害的。 (×)
提示：利用發酵工程技術生產的微生物農業藥物是利用微生物或其代謝產物來防治病蟲害的。
5．發酵工程的產品主要包括微生物的代謝產物、酶及菌體本身。 (√)
6．谷氨酸發酵生產時，在酸性條件下積累較多的谷氨酸。 (×)
提示：谷氨酸發酵生產時，在酸性條件下則易形成谷氨酰胺和N 乙酰谷氨酰胺。
7．利用發酵工程生產的微生物農藥是生物防治的重要手段。 (√)
1．生產啤酒時，需進行后發酵的原因是_______________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
提示：主發酵結束后，發酵液不適合飲用，要在低溫、密閉的環境下儲存一段時間進行后發酵，這樣才能形成澄清、成熟的啤酒
2．微生物菌種資源豐富，選擇發酵工程用的菌種時需考慮的因素有_________
_____________________________________________________________________。
提示：在低成本的培養基上能迅速生長繁殖；生產所需代謝物的產量高；發酵條件易控制；菌種不易變異、退化
1．攪拌葉輪在發酵過程中的作用
(1)通過葉輪的攪拌作用，使培養基在發酵罐內得到充分的混合，盡可能使微生物在發酵罐里的每一處均能得到充足的氧氣和培養基中的營養物質。
(2)良好的攪拌有利于將微生物發酵過程中產生的熱量傳遞給冷卻介質。
(3)攪拌能使發酵液充分混合，發酵罐的發酵液中的固型物質保持懸浮狀態。
2．影響發酵生產的因素
(1)發酵培養基的組成
培養基的組成十分關鍵。使用的培養基必須滿足微生物細胞生長繁殖的需要，因為沒有大量的細胞就不可能產生大量的產物。但是細胞的過度生長會消耗大量的營養物質，有時又會影響細胞的生產能力，使產物的產量下降，因此使用的培養基還必須有利于微生物大量合成產物。
(2)純種發酵與滅菌
現代發酵工業絕大多數采用純種發酵，可以保證高產以及生產過程和產品質量的穩定。污染是發酵工業的大敵，因此滅菌和無菌操作非常重要。發酵涉及的發酵罐、空氣過濾系統等設備需用120 ℃以上的高壓蒸汽進行徹底滅菌。配制好的培養基在進入發酵罐之前要加熱超過120 ℃，或在進入時采用連續高溫滅菌的方法進行滅菌。若滅菌不徹底，哪怕只有很少量的雜菌沒有被殺死，它們也可能在發酵過程中大量繁殖，造成污染，使發酵失敗。
(3)不同階段的溫度
溫度主要通過影響微生物細胞內生物大分子的活性來影響微生物的生命活動。溫度升高，細胞內的酶促反應速率加快；但若溫度過高，生物活性物質(蛋白質、核酸等)會發生變性，導致細胞功能下降，甚至死亡。每種微生物都有最適合它生長的溫度范圍，而且生長、繁殖、發酵或積累代謝物所需的最適溫度往往不同。
(4)培養基的pH
培養基的pH對微生物生長的影響主要是引起細胞膜電荷變化，以及影響營養物質的離子化程度，從而影響微生物對營養物質的吸收。pH也會影響生物活性物質，如酶的活性。不同微生物對環境pH適應的范圍不同，同一種微生物在不同的生長階段和不同生理生化過程中，對環境pH也有不同要求。同一種微生物由于培養環境pH不同，可能會積累不同的代謝物。
(5)溶解氧量的影響
對于進行好氧發酵的工業生產，保證發酵液中氧的供給，滿足微生物對氧的需求，使氧的供需矛盾不會成為生產的限制因素，是穩定和提高生產效率、降低生產成本的關鍵之一。在復雜的發酵過程中，僅保持一定的通氣量可能無法為微生物提供合適的溶解氧量。微生物在不同發酵階段，其生長、代謝水平的變化會導致它對氧的需求量也有變化，因此通過控制通氣量、罐壓、攪拌速率等來控制氧的溶解速率和濃度是十分必要的。
1．微生物菌劑通常有液態和固態兩種。如圖是通過發酵工程制備菌劑的流程。
你認為工業生產中應首選制備液態還是固態的微生物菌劑？并闡述理由。
提示：液態的微生物菌劑。原因是制備方法簡單(無需選擇合適載體、干燥、粉碎等操作)、成本低、使用方便、啟動時間短。
2．目前在經濟作物栽培中使用的赤霉素(GA3)大多是來自赤霉菌(屬于真菌)進行發酵工程的產品。為提高發酵過程中赤霉素的產量，研究人員采用分階段變溫調控的發酵工藝后，與恒溫發酵相比，GA3的產量明顯提高。發酵過程中菌絲干重、殘糖濃度及GA3濃度的變化如圖所示。
嘗試分析發酵過程中殘糖濃度下降的原因。
提示：菌絲生長、各種代謝物(或赤霉素合成)所需的碳源及能量都主要由糖類提供。
微生物工業發酵的基本過程
1．(2022·遼寧大連檢測)味精是谷氨酸的鈉鹽，利用谷氨酸棒狀桿菌經過發酵可以生產谷氨酸，進而獲得味精。在利用發酵罐生產味精的過程中，需要不停地進行攪拌，并嚴格控制發酵條件，以提高谷氨酸的產量和品質。下列關于谷氨酸生產的說法，正確的是(　　)
A．性狀優良的谷氨酸棒狀桿菌只能通過誘變育種獲得
B．發酵過程中的攪拌可滿足菌體對氧氣和養分的需求
C．發酵過程中應控制pH，酸性條件下利于谷氨酸的生產
D．發酵過程中添加新的營養液會改變培養條件，不利于增產
B　[性狀優良的谷氨酸棒狀桿菌可以從自然界中篩選出來，也可以通過基因工程育種或誘變育種獲得，A錯誤；發酵過程中的攪拌會使營養物質和菌種充分接觸且能增加溶解氧的量，故可滿足菌體對氧氣和養分的需求，B正確；中性和弱堿性條件下利于谷氨酸的積累，酸性條件下容易形成谷氨酰胺和N 乙酰谷氨酰胺，C錯誤；發酵過程中添加新的營養液有利于持續高效地獲得發酵產品，D錯誤。]
2．啤酒的工業化生產中，大麥經發芽、焙烤、碾磨、糖化、蒸煮、發酵、消毒等工序后，最終過濾、調節、分裝。下列說法錯誤的是(　　)
A．用赤霉素處理大麥，可使大麥種子無須發芽就能產生α 淀粉酶
B．焙烤是為了利用高溫殺死大麥種子胚并進行滅菌
C．糖漿經蒸煮、冷卻后需接種酵母菌進行發酵
D．通過轉基因技術可減少啤酒酵母雙乙酰的生成，縮短啤酒的發酵周期
B　[赤霉素能促進種子的萌發，據此可推測，若用赤霉素處理大麥，可誘導α 淀粉酶相關基因的表達，促進α 淀粉酶的合成，進而使大麥種子無須發芽就能產生α 淀粉酶，A正確；焙烤可以殺死大麥種子的胚，但不使淀粉酶失活，沒有進行滅菌，B錯誤；糖漿經蒸煮(產生風味組分、終止酶的進一步作用，并對糖漿滅菌)、冷卻后再接種酵母菌進行發酵，防止高溫殺死菌種，C正確；轉基因技術已被用來減少啤酒酵母雙乙酰的生成，縮短啤酒的發酵周期，屬于轉基因技術在微生物領域的應用，D正確。]
發酵工程在生產上的應用
3．(2022·湖北選擇性考試)廢水、廢料經加工可變廢為寶。某工廠利用果糖生產廢水和沼氣池廢料生產蛋白質的技術路線如圖所示。下列敘述正確的是(　　)
A．該生產過程中，一定有氣體生成
B．微生物生長所需碳源主要來源于沼氣池廢料
C．該生產工藝利用微生物厭氧發酵技術生產蛋白質
D．沼氣池廢料和果糖生產廢水在加入反應器之前需要滅菌處理
A　[據圖可知，該生產過程中有釀酒酵母的參與，酵母菌呼吸作用會產生二氧化碳，故該生產過程中，一定有氣體生成，A正確；糖類是主要的能源物質，微生物生長所需的碳源主要來源于果糖生產廢水，B錯誤；該技術中有連續攪拌反應器的過程，該操作可以增加微生物與營養物質的接觸面積，此外也可增大溶解氧含量，故據此推測該生產工藝利用微生物的有氧發酵技術生產蛋白質，C錯誤；沼氣生產利用的是厭氧微生物，在連續攪拌反應器中厭氧微生物會被抑制，因此沼氣池廢料無需滅菌，D錯誤。]
4．(2021·廣東選擇性考試)中國科學家運用合成生物學方法構建了一株嗜鹽單胞菌H，以糖蜜(甘蔗榨糖后的廢棄液，含較多蔗糖)為原料，在實驗室發酵生產PHA等新型高附加值可降解材料，期望提高甘蔗的整體利用價值。工藝流程如圖。
請回答下列問題：
(1)為提高菌株H對蔗糖的耐受能力和利用效率，可在液體培養基中將蔗糖作為__________，并不斷提高其濃度，經多次傳代培養(指培養一段時間后，將部分培養物轉入新配的培養基中繼續培養)以獲得目標菌株。培養過程中定期取樣并用__________的方法進行菌落計數，評估菌株增殖狀況。此外，選育優良菌株的方法還有_____________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
(答出兩種方法即可)等。
(2)基于菌株H嗜鹽、酸堿耐受能力強等特性，研究人員設計了一種不需要滅菌的發酵系統，其培養基鹽濃度設為60 g/L，pH為10，菌株H可正常持續發酵60 d以上。該系統不需要滅菌的原因是__________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________(答出兩點即可)。
(3)研究人員在工廠進行擴大培養，在適宜的營養物濃度、溫度、pH條件下發酵，結果發現發酵液中菌株H細胞增殖和PHA產量均未達到預期，并產生了少量乙醇等物質，說明發酵條件中__________可能是高密度培養的限制因素。
(4)菌株H還能通過分解餐廚垃圾(主要含蛋白質、淀粉、油脂等)來生產PHA，說明其能分泌________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[解析]　(1)為提高菌株H對蔗糖的耐受能力和利用效率，在液體培養基中，可將蔗糖作為碳源。培養過程中可定期取樣并采用稀釋涂布平板法(或血細胞計數法)進行菌落計數，評估菌株增殖狀況。除了上述方法選育能耐受高濃度蔗糖的菌株H外，還可通過誘變育種、基因工程育種來選育優良菌株。(2)由題意可知，菌株H具有嗜鹽、酸堿耐受能力強的特性，在該系統中，其他雜菌會因鹽濃度過高或pH不適宜而死亡，故不用滅菌。(3)由于產物中產生了少量乙醇，說明發酵液缺氧導致菌株H進行了無氧呼吸，最終菌株H由于能量供應不足而使得其細胞增殖和PHA產量均未達到預期，所以發酵條件中氧氣可能是高密度培養的限制因素。(4)餐廚垃圾主要含有蛋白質、淀粉、油脂等，菌株H能利用餐廚垃圾來生產PHA，說明其能分泌蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶，還有與PHA合成相關的酶。
[答案]　(1)碳源　稀釋涂布平板法(或血細胞計數法)　誘變育種、基因工程育種　(2)培養基是高鹽濃度的液體環境，雜菌會由于滲透失水而死亡；培養基的液體環境是堿性的，其他雜菌的酶變性失活，生長繁殖受抑制　(3)氧氣　(4)蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和PHA合成相關的酶
　
1．核心概念
(1)(選擇性必修3 P5)發酵：是指人們利用微生物，在適宜的條件下，將原料通過微生物的代謝轉化為人類所需要的產物的過程。
(2)(選擇性必修3 P27)單細胞蛋白：是以淀粉或纖維素的水解液、制糖工業的廢液等為原料，通過發酵獲得了大量的微生物菌體。
2．結論語句
(1)(選擇性必修3 P6)酵母菌是兼性厭氧微生物，在無氧條件下進行酒精發酵。
(2)(選擇性必修3 P7)醋酸菌是好氧細菌，當O2、糖源都充足時能通過復雜的化學反應將糖分解成乙酸；當缺少糖源時則直接將乙醇轉化為乙醛，再將乙醛變為乙酸。
(3)(選擇性必修3 P22)發酵工程一般包括菌種的選育，擴大培養，培養基的配制、滅菌，接種，發酵，產品的分離、提純等方面。
1．(2022·山東等級考)青霉菌處在葡萄糖濃度不足的環境中時，會通過分泌青霉素殺死細菌，以保證自身生存所需的能量供應。目前已實現青霉素的工業化生產，關于該生產過程，下列說法錯誤的是(　　)
A．發酵液中的碳源不宜使用葡萄糖
B．可用深層通氣液體發酵技術提高產量
C．選育出的高產菌株經擴大培養后才可接種到發酵罐中
D．青霉素具有殺菌作用，因此發酵罐不需嚴格滅菌
D　[為了防止細菌、其他真菌等微生物的污染，獲得純凈的青霉素，發酵罐仍需嚴格滅菌，D錯誤。]
2．(2022·湖北選擇性考試)關于白酒、啤酒和果酒的生產，下列敘述錯誤的是(　　)
A．在白酒、啤酒和果酒的發酵初期需要提供一定的氧氣
B．白酒、啤酒和果酒釀制的過程也是微生物生長繁殖的過程
C．葡萄糖轉化為乙醇所需的酶既存在于細胞質基質，也存在于線粒體
D．生產白酒、啤酒和果酒的原材料不同，但發酵過程中起主要作用的都是酵母菌
C　[在白酒、啤酒和果酒的發酵初期需要提供一定的氧氣，讓酵母菌大量繁殖，再進行酒精發酵，A正確；白酒、啤酒和果酒釀制的過程也是微生物生長繁殖的過程，如發酵初期酵母菌大量繁殖，B正確；酒精發酵利用的菌種是酵母菌，葡萄糖轉化為乙醇所需的酶存在于細胞質基質，不存在于線粒體中，C錯誤，D正確。]
3．(2022·江蘇選擇性考試改編)在制作發酵食品的學生實踐中，控制發酵條件至關重要。下列相關敘述正確的是(　　)
A．泡菜發酵后期，盡管乳酸菌占優勢，但仍有產氣菌繁殖，需開蓋放氣
B．制作果酒的葡萄汁不宜超過發酵瓶體積的2/3，制作泡菜的鹽水要淹沒全部菜料
C．葡萄果皮上有酵母菌和醋酸菌，制作好葡萄酒后，可直接通入無菌空氣制作葡萄醋
D．果酒與果醋發酵時溫度宜控制在18～30 ℃，泡菜發酵時溫度宜控制在30～35 ℃
B　[乳酸菌屬于厭氧菌，開蓋放氣會影響乳酸菌發酵，因此不能開蓋放氣，A錯誤；制作果酒的葡萄汁不宜超過發酵瓶體積的2/3，是為了發酵初期讓酵母菌進行有氧呼吸大量繁殖，同時為了防止發酵過程中發酵液溢出，制作泡菜的鹽水要淹沒全部菜料，以保證乳酸菌進行無氧呼吸，B正確；醋酸菌為需氧菌，且發酵溫度高于果酒的發酵溫度，因此制作好葡萄酒后，除通入無菌空氣外，還需要適當提高發酵裝置的溫度，C錯誤；果酒發酵時溫度宜控制在18～30 ℃，果醋發酵時溫度宜控制在30～35 ℃，泡菜的制作溫度低于30 ℃，D錯誤。]
4．(2020·山東等級考)我國的釀酒技術歷史悠久，古人在實際生產中積累了很多經驗。《齊民要術》記載：將蒸熟的米和酒曲混合前需“浸曲發，如魚眼湯，凈淘米八斗，炊作飯，舒令極冷”。意思是將酒曲浸到活化，冒出魚眼大小的氣泡，把八斗米淘凈，蒸熟，攤開冷透。下列說法錯誤的是(　　)
A．“浸曲發”過程中酒曲中的微生物代謝加快
B．“魚眼湯”現象是微生物呼吸作用產生的CO2釋放形成的
C．“凈淘米”是為消除雜菌對釀酒過程的影響而采取的主要措施
D．“舒令極冷”的目的是防止蒸熟的米溫度過高導致酒曲中的微生物死亡
C　[由題意可知，“浸曲發”是將酒曲浸到活化，在活化的過程中微生物代謝加快，A正確；“魚眼湯”是指冒出魚眼大小的氣泡，氣泡是微生物進行呼吸作用產生的CO2釋放形成的，B正確；釀酒過程中酵母菌進行無氧呼吸產生的酒精會抑制其他微生物的生長，而“凈淘米”是防止一些雜質影響酒的品質，C錯誤；由題意可知，“舒令極冷”是將蒸熟的米攤開冷透，其目的是防止蒸熟的米溫度過高使酒曲中的微生物死亡，D正確。]
5．(2022·重慶選擇性考試)人類很早就能制作果酒，并用果酒進一步發酵生產果醋。
(1)人們利用水果及附著在果皮上的________菌，在18～30 ℃、無氧條件下釀造果酒；在利用醋酸菌在________條件下，將酒精轉化成乙酸釀得果醋。釀造果醋時，得到了乙酸產率較高的醋酸菌群，為進一步純化獲得優良醋酸菌菌種，采用的接種方法是_________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(2)先釀制果酒再生產果醋的優勢有________(填編號)。
①先釀制果酒，發酵液能抑制雜菌的生長，有利于提高果醋的產率
②釀制果酒時形成的醋酸菌膜，有利于提高果醋的產率
③果酒有利于溶出水果中的風味物質并保留在果醋中
(3)果酒中的酒精含量對果醋的乙酸產率會產生一定的影響。某技術組配制發酵液研究了初始酒精濃度對乙酸含量的影響，結果見圖。
該技術組使用的發酵液中，除酒精外還包括的基本營養物質有________(填寫兩種)。據圖可知，乙酸發酵的最適初始酒精濃度是________；酒精濃度為10%時乙酸含量最低，此時，若要盡快提高乙酸含量，可采取的措施有________ (填寫兩個方面)。
[解析]　(1)在葡萄酒的自然發酵過程中，起主要作用的是附著在葡萄皮上的野生型酵母菌。醋酸菌是好氧細菌，最適生長溫度為30～35 ℃。微生物最常用的接種方法是稀釋涂布平板法和平板劃線法。(2)①先釀制果酒，發酵液能抑制雜菌的生長，有利于提高果醋的產率，①正確；②釀制果酒時形成的醋酸菌膜會造成局部缺氧，導致果醋產率不高，②錯誤；③果酒有利于溶出水果中的風味物質并保留在果醋中，增加果醋風味，③正確。故選①③。(3)微生物生長基本營養物質：氮源、碳源、水、無機鹽等，題中酒精作為碳源。酒精濃度為6%時，乙酸含量最高，是發酵的最適濃度。提高乙酸含量，可采取的措施有適當降低初始酒精濃度，增加氧氣供應，適當提高溫度等。
[答案]　(1)酵母　30～35 ℃、有氧　稀釋涂布平板法或平板劃線法　(2)①③　(3)氮源、無機鹽、水　6%　適當降低初始酒精濃度，增加氧氣供應，適當提高溫度等
(教師用書獨具)
(2021·全國乙卷)工業上所說的發酵是指微生物在有氧或無氧條件下通過分解與合成代謝將某些原料物質轉化為特定產品的過程。利用微生物發酵制作醬油在我國具有悠久的歷史。某企業通過發酵制作醬油的流程示意圖如圖。
回答下列問題：
(1)米曲霉發酵過程中，加入大豆、小麥和麥麩可以為米曲霉的生長提供營養物質，大豆中的______可為米曲霉的生長提供氮源，小麥中的淀粉可為米曲霉的生長提供______。
(2)米曲霉發酵過程的主要目的是使米曲霉充分生長繁殖，大量分泌制作醬油過程所需的酶類，這些酶中的______、______能分別將發酵池中的蛋白質和脂肪分解成易于吸收、風味獨特的成分，如將蛋白質分解為小分子的肽和______。米曲霉發酵過程需要提供營養物質、通入空氣并攪拌，由此可以判斷米曲霉屬于________(填“自養厭氧”“異養厭氧”或“異養好氧”)微生物。
(3)在發酵池發酵階段添加的乳酸菌屬于______________(填“真核生物”或“原核生物”)；添加的酵母菌在無氧條件下分解葡萄糖的產物是___________。在該階段抑制雜菌污染和繁殖是保證醬油質量的重要因素，據圖分析該階段中可以抑制雜菌生長的物質是_____________(答出一點即可)。
[解析]　(1)大豆的主要營養成分為蛋白質，可為米曲霉的生長提供氮源。淀粉屬于多糖，組成元素有C、H、O，可為米曲霉的生長提供碳源。(2)蛋白質和脂肪的分解需要蛋白酶和脂肪酶，蛋白酶可以將蛋白質水解為小分子的肽和氨基酸。依題意可知，米曲霉發酵過程中需要提供營養物質，且需要通入空氣并攪拌，故米曲霉的代謝類型為異養好氧型。(3)乳酸菌為原核生物；酵母菌為兼性厭氧微生物，在無氧條件下可以通過無氧呼吸產生酒精和CO2。在發酵池發酵階段存在乳酸菌和酵母菌，它們產生的乳酸和酒精均會抑制雜菌生長，同時，加入的食鹽也有抑制雜菌生長的作用。
[答案]　(1)蛋白質　碳源　(2)蛋白酶　脂肪酶　氨基酸　異養好氧　(3)原核生物　酒精和CO2　乳酸(或酒精、食鹽)
課時分層作業(三十四)　傳統發酵技術的應用和發酵工程及其應用
1．(2022·江蘇連云港模擬)某同學對“果酒和果醋的制作”實驗改進如圖所示，下列說法錯誤的是(　　)
裝置1　　　裝置2
A．將蘋果梨進行酶解能充分釋放蘋果梨汁和糖分，使后續發酵更容易
B．為縮短制作時間，可分別人工接種酵母菌和醋酸菌
C．裝置1的甲不僅可阻止外界空氣進入，還便于排出果醋發酵產生的氣體
D．裝置2的乙可維持瓶中氣壓相對穩定，并可檢測是否產生CO2
C　[蘋果梨細胞是植物細胞，含有細胞壁，用纖維素酶和果膠酶能去除細胞壁，因此將蘋果梨進行酶解能充分釋放蘋果梨汁和糖分，使后續發酵更容易，A正確；人工接種酵母菌和醋酸菌，菌種的純度高，發酵的效率就高，從而縮短制作時間，B正確；果醋發酵不產生氣體，C錯誤；裝置2的乙與發酵瓶直接相通，可維持瓶中氣壓相對穩定，且乙中的X溶液可用于檢測是否產生CO2，D正確。]
2．(2022·遼寧沈陽二模)泡菜，古稱葅，是指為了利于長時間存放而經過發酵的蔬菜。我國最早的詩集《詩經》中有“中田有廬，疆場有瓜，是剝是菹，獻之皇祖”的詩句。廬和瓜是蔬菜，“剝”和“菹”是腌制加工的意思。泡菜歷史悠久，流傳廣泛，幾乎家家會做，人人吃，在筵席上也要上幾碟泡菜。下列有關泡菜制作的描述，錯誤的是(　　)
A．泡菜壇蓋邊注水并在發酵的過程中不斷補充，可以提供無氧發酵環境
B．發酵過程中加入一些已經腌制過的泡菜汁可以縮短發酵時間
C．應用細菌計數板對泡菜汁中乳酸菌進行計數，應該先蓋蓋玻片再滴加樣液
D．制作泡菜時，可將鹽水煮沸，既能滅菌避免雜菌污染又能去除鹽水中的氧氣
D　[泡菜壇蓋邊注水并在發酵的過程中不斷補充，可以形成無氧環境，A正確；腌制過的泡菜汁中含有大量的乳酸菌，可以增加乳酸菌的數量，縮短發酵時間，B正確；細菌計數板的使用原則是先蓋蓋玻片再滴加樣液，C正確；煮沸只能達到消毒的目的，不能滅菌，D錯誤。]
3．(2022·山東濟南模擬)利用石榴制作果醋的大致流程為：先在滅菌的果肉勻漿中接種酵母菌。發酵6天后，再接入活化的醋酸菌發酵5天，相關敘述正確的是(　　)
A．前6天用斐林試劑檢測發酵液中還原糖含量變化，磚紅色沉淀逐日增多
B．前6天發酵產生的乙醇既是乙酸發酵的底物，又可以抑制雜菌繁殖
C．發酵后5天，用重鉻酸鉀測定乙酸含量變化，溶液灰綠色逐日加深
D．發酵后5天與發酵前6天相比，控制的通氣情況不同但溫度相同
B　[酵母菌發酵會消耗葡萄糖，因此前6天用斐林試劑檢測發酵液中還原糖含量變化，磚紅色沉淀逐日減少，A錯誤；前6天酵母菌發酵產生的乙醇可在醋酸菌的作用下轉化為乙醛，再生成乙酸，同時乙醇也可以抑制雜菌繁殖，故前6天發酵產生的乙醇既是乙酸發酵的底物，又可以抑制雜菌繁殖，B正確；重鉻酸鉀可以用來測定乙醇，但用重鉻酸鉀不能測定乙酸，C錯誤；發酵后5天與發酵前6天相比，控制的通氣情況不同，溫度也不同，發酵前6天控制的溫度是18～30 ℃，發酵后5天控制的溫度是30～35 ℃，D錯誤。]
4．(2022·山東濟南模擬)醬油是以蛋白質和淀粉等原料為主，經米曲霉等多種微生物共同發酵釀制而成的調味劑，主要工藝流程如圖。下列相關敘述錯誤的是(　　)
A．對原料進行蒸煮，有利于后期酶的水解和消滅原料中的微生物
B．接種米曲霉后可借助于其產生的多種酶將原料中的大分子物質水解成小分子物質
C．酵母菌可以將有機物分解成乙醇等，與醬油香味的形成有直接關系
D．成品醬油中富含多種微生物，有助于人體對食物中營養物質的消化吸收
D　[對原料進行蒸煮，改變細胞膜的通透性有利于后期酶的水解，高溫有利于消滅原料中的微生物，A正確；米曲霉產生的酶有利于將原料中的大分子物質水解成小分子物質，B正確；酵母菌為兼性厭氧微生物，在無氧條件下進行酒精發酵，可以將有機物分解成乙醇等，與醬油香味的形成有直接關系，C正確；成品醬油經過滅菌后罐裝，相關微生物在滅菌時已被殺死，D錯誤。]
5．(2022·山東濱州二模)利用傳統的純糧固態發酵工藝生產高品質白酒過程中有多種微生物參與：將谷物中的大分子物質分解為小分子糖等物質的a類菌種、將糖類發酵產生酒精的b類菌種、將酒精轉化為乙酸的c類菌種、將酒精和酸性物質等轉化為有香味酯的d類菌種。下列說法正確的是(　　)
A．可以使用以纖維素為唯一碳源的培養基來篩選a類菌種
B．生產過程中需經常攪拌原料以增加b類菌種發酵所需氧氣
C．控制溫度低于30～35 ℃利于減少c類菌種的生長而增加產酒量
D．不同白酒的品質差異只取決于d類菌種
C　[a類菌種可將谷物中的大分子物質分解為小分子糖，并以此作為碳源，故可以使用以谷物為唯一碳源的培養基來篩選a類菌種，A錯誤；b類菌種可將糖類發酵為酒精，該過程應營造無氧環境，B錯誤；結合分析可知，c類菌種主要是醋酸菌，醋酸菌發酵適宜的溫度是30～35 ℃，而b類菌種酒精發酵所需的適宜溫度低于該溫度，故控制溫度低于30～35 ℃利于減少c類菌種的生長而增加產酒，C正確；白酒最終產生需要四類菌種的參與，D錯誤。]
6．(2022·湖北武漢模擬)很久以前，勤勞的中國人就發明了制作醪糟(也稱甜酒)的技術并沿用至今。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：
―→―→―→―→―→―→
有關分析錯誤的是(　　)
A．將發酵容器完全密封可促進根霉菌的繁殖并縮短發酵時間
B．根霉菌產生的某些酶，可使淀粉大量分解為麥芽糖、葡萄糖
C．發酵過程中先變甜，后來水，然后才產生一定濃度的酒精
D．與發酵前相比，醪糟中營養物質種類增加，有機物總量降低
A　[根霉菌的繁殖需要氧氣，故發酵容器初期需要通入空氣，A錯誤；根霉菌可以產生淀粉酶，能夠將淀粉水解為麥芽糖，并最終水解為葡萄糖，作為發酵的原料，B正確；由于淀粉水解為葡萄糖等物質，故發酵過程先變甜，后由于微生物有氧呼吸可產生水，此后進行無氧呼吸產生酒精，C正確；由于有機物的氧化分解，與發酵前相比，醪糟中營養物質種類增加，有機物總量降低，D正確。]
7．(2023·廣東珠海聯考)廢水、廢料經過加工可變廢為寶。某實驗室在反應器中加入釀酒酵母、果糖生產時的廢水和沼氣池廢料，連續攪拌生產蛋白質。下列敘述錯誤的是(　　)
A．釀酒酵母在生產蛋白質的過程中需要隔絕氧氣
B．釀酒酵母生長、繁殖時所需的氮源主要來自沼氣廢液
C．利用釀酒酵母生產的蛋白質可制成微生物飼料
D．用酸性的重鉻酸鉀檢測生產液，可能不會變為灰綠色
A　[釀酒酵母在生產蛋白質的過程中需要消耗大量的能量，所以需要在有氧的條件下產生能量，A錯誤；果糖中不含氮元素，所以釀酒酵母生長、繁殖時所需的氮源主要來自沼氣廢液，B正確；利用釀酒酵母生產的蛋白質可制成微生物飼料，為微生物生長提供營養物質，C正確；釀酒酵母在生產蛋白質的過程中，可能沒有進行無氧呼吸產生酒精，所以可能不會變為灰綠色，D正確。]
8．(2022·湖南婁底二模)谷氨酸棒狀桿菌是一種好氧細菌，它是谷氨酸發酵的常用菌種。細菌內合成的生物素參與細胞膜的合成，不能合成生物素的細菌細胞膜存在缺陷。如圖為通過發酵工程生產谷氨酸的生產流程，請回答下列問題：
(1)從自然界分離的菌種往往達不到生產要求，從改變微生物遺傳特性的角度出發，培育出優良菌種的育種方法主要有__________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________(至少答出一點)。
(2)擴大培養時所用的培養基，從物理性質來看是________(填“固體”或“液體”)培養基，從用途來看是________(填“鑒別”或“選擇”)培養基，擴大培養的目的是_____________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(3)對谷氨酸代謝的控制，除了改變微生物的遺傳特性外，還需要控制生產過程中的發酵條件，比如__________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________(至少答出兩點)。
為了從發酵液中分離提純谷氨酸，可將發酵液滅菌后進行萃取→過濾→________， 然后用一定手段進行結晶，可得到純凈的谷氨酸晶體。
(4)谷氨酸棒狀桿菌在合成谷氨酸的過程中，當細胞中谷氨酸積累過多時會抑制谷氨酸脫氫酶的活性，從而減少谷氨酸的合成，這是一種______________調節機制。在生產上一般選用生物素合成________(填“高表達”“正常”或“缺陷”)型細菌作為菌種，可以在一定程度上解除谷氨酸合成過量對谷氨酸脫氫酶活性的抑制，從而大量生產谷氨酸。
[解析]　(1)在微生物的菌種培育上，改變微生物遺傳特性的優良菌種的育種方法主要有誘變育種、基因工程育種等。(2)擴大培養時，使用的培養基是液體培養基，這種培養基有利于所選擇菌種的生長，從用途來看是選擇培養基。擴大培養的目的是增大菌種濃度。(3)谷氨酸棒狀桿菌是一種好氧細菌，因此培養基中需嚴格控制溶解氧、通氣量等發酵條件，以保證谷氨酸棒狀桿菌代謝正常進行，同時還需要控制好溫度、pH等。從發酵液中分離提純谷氨酸，可將發酵液滅菌后進行萃取→過濾→濃縮，制成結晶。(4)當細胞中谷氨酸積累過多時會抑制谷氨酸脫氫酶的活性，從而降低谷氨酸的合成，即調節谷氨酸含量的相對穩定，這是一種負反饋(反饋)調節機制。菌體進入產物合成期時，有谷氨酸產生，如果能夠大量的把產物及時的排泄到細胞膜外，則可以在一定程度上解除谷氨酸合成過量對谷氨酸脫氫酶活性的抑制，可見，應該選擇細胞膜通透性大的細菌作為菌種，即不能合成生物素的細菌細胞膜存在缺陷。
[答案]　(1)誘變育種、基因工程育種　(2)液體　選擇　增大菌種濃度　(3)溶解氧、通氣量、溫度、pH　濃縮　(4)負反饋(或反饋)　缺陷
9．(2022·山東濟南三模)老五甑(蒸餾酒用的鍋)釀造法主要特點是混蒸混燒、續渣配料、多輪次發酵蒸酒。將發酵后的四甑酒醅分層出窖，按一定比例加入新糧，分成五甑后依次蒸酒。蒸酒后一甑糟丟棄，另四甑料重新放回窖池發酵。糟醅配料時需潤料、拌勻并堆積；蒸酒出甑后的糧糟需加水、攤涼、撒曲；糧糟入窖后需踩窖，以壓緊發酵材料并封窖；窖泥是己酸菌、甲烷菌、丁酸菌的載體，主要位于窖池底部和四壁，是生產濃香型白酒的基礎。下列敘述錯誤的是(　　)
A．該工藝可以提高酒糧的利用率和出酒率，增加呈香物質在酒醅中的積累
B．窖泥的作用主要是提供釀酒微生物和以淀粉酶、蛋白酶為主的各種糖化酶類
C．攤涼可防止酵母菌等微生物死亡，踩窖可抑制好氧細菌繁殖
D．可采用抽樣檢測法對窖池底部和四壁的窖泥微生物進行計數
B　[該工藝混蒸混燒、續渣配料、多輪次發酵蒸酒，其中多輪次發酵蒸酒等過程可以提高酒糧的利用率和出酒率，增加呈香物質在酒醅中的積累，A正確。分析題意可知，窖泥是己酸菌、甲烷菌、丁酸菌的載體，其能起到密封以及排廢作用，此外還可提供釀酒微生物，但不提供糖化酶類，B錯誤。攤涼可防止酵母菌等微生物死亡；踩窖可減少氧氣，抑制好氧細菌繁殖，C正確。由于微生物數量多，故對其計數時可采用抽樣檢測法，D正確。]
10．(2023·廣東佛山檢測)格瓦斯是一種以谷物或面包為原料，經酵母菌和乳酸菌發酵而成的含低量酒精、一定量的CO2的飲品。格瓦斯的制作流程如下圖。下列相關敘述正確的是(　　)
A．發酵菌種來源于面包表面的野生菌株
B．發酵前期需要通氧讓兩種菌大量繁殖
C．CO2由酵母菌和乳酸菌共同發酵產生
D．巴氏消毒能夠阻止繼續發酵而發生爆瓶
D　[據圖分析，面包為原料，而發酵菌種來源于接種的酵母菌和乳酸菌，A錯誤；乳酸菌只能進行無氧呼吸，B錯誤；乳酸菌發酵產物是乳酸，不能產生CO2，C錯誤；巴氏消毒可以殺死部分微生物，能夠阻止繼續發酵而發生爆瓶，D正確。]
11．(2022·廣東惠州一模)“珠三角是中國釀造醬油的大本營”，醬油作為一種深受人民大眾歡迎的傳統飲食調味品，工藝流程為：原料→制曲→發酵(添加高濃度食鹽)→生醬油→配制→澄清→包裝→成品，發酵過程的生理指標變化如表所示：
發酵天數(d) 氨基酸等含氮物質(g/100 mL) 酸類物質(g/100 mL) 糖類物質(g/100 mL) 還原糖(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)制作醬油的原料大豆富含的淀粉、脂肪和蛋白質相當于微生物培養基成分中的____________。制曲是醬油生產過程中的關鍵階段之一，制曲階段的變化主要是依靠微生物米曲霉分泌大量的酶，如__________________________________________(至少答兩種)等，并利用這些酶分解原料。
(2)據表分析，多種微生物及其酶系相互作用有利于____________，使醬油具有獨特的風味和營養價值。
(3)結合工藝流程及表中數據分析，醬油發酵過程中不易受到雜菌污染，原因是________________；成品包裝前常使用巴氏消毒法消毒，原因是_____________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(4)黃曲霉毒素是由黃曲霉菌產生的具有強烈致癌作用的物質，釀制醬油的整個生產過程都有污染的可能，請結合你所學知識，提出兩條控制釀造醬油被黃曲霉毒素污染的措施：_____________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[解析]　(1)淀粉和脂肪的組成元素都為C、H、O，蛋白質的主要組成元素為C、H、O、N，因此淀粉、脂肪和蛋白質相當于微生物培養基成分中的碳源和氮源。醬油的生產中，制曲的目的是使米曲霉在曲料上充分生長，并大量產生多種酶，如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、肽酶、纖維素酶、果膠酶等。(2)由表格可知，醬油中氨基酸等含氮物質、酸類、糖類(或還原糖)、色度等的含量都有所增加，但是色度對醬油的獨特的風味和營養價值沒有影響，因此多種微生物及其酶系相互作用有利于增加醬油中氨基酸、酸類、糖類(或還原糖)等物質的含量，使醬油具有獨特的風味和營養價值。(3)由工藝流程和表格可知，醬油發酵過程中需要添加高濃度食鹽，且隨著發酵天數的增加，pH呈下降趨勢，故在高鹽和酸性條件下不利于很多菌的生長，起到了抑制雜菌生長的作用。巴氏消毒法是一種低溫消毒法，既能有效殺死微生物又能避免食物中的有效成分在高溫下被分解，因此成品包裝前常使用巴氏消毒法消毒，原因是殺死微生物并能使醬油中的營養物質不受到破壞。(4)控制釀造醬油被黃曲霉毒素污染的措施有：①提高釀造醬油原料的品質，控制原料的黃曲霉毒素含量；②黃曲霉毒素是由黃曲霉菌產生，因此加強發酵過程的監控，防止黃曲霉菌的污染，可減少黃曲霉毒素污染；③避免產品包裝過程出現雜菌和黃曲霉毒素污染。
[答案]　(1)碳源和氮源　蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、肽酶、纖維素酶、果膠酶　(2)增加醬油中氨基酸、酸類、糖類(或還原糖)等物質的含量　(3)高鹽和酸性環境抑制了雜菌的生長　殺死微生物并能使醬油中的營養物質不受到破壞　(4)①提高釀造醬油原料的品質，控制原料的黃曲霉毒素含量；②加強發酵過程的監控，防止黃曲霉菌的污染；③避免產品包裝過程出現雜菌和黃曲霉毒素污染
(教師用書獨具)
1．(2022·山東德州二模)東北酸菜是白菜經腌制而成的傳統食品，酸菜的制作主要靠乳酸菌的發酵作用。如圖表示在發酵過程中乳酸菌種群數量、發酵液pH及抑菌能力的變化。下列分析正確的是(　　)
注：抑菌圈直徑(d)為在涂布有害菌的固體培養基滴加無細胞發酵液后培養測量獲得。
A．0～6 h內乳酸菌的種群數量呈“J”形增長
B．酸菜腌制過程中，發酵容器內應先通氣后密封
C．發酵后期影響有害菌生長的主要因素是pH
D．發酵過程中，乳酸菌產生了抑制有害菌生長的某種物質
D　[培養到2 h時，乳酸菌的相對數量約為0.5，培養到4 h時，乳酸菌的相對數量約為1.5，培養到6 h時，乳酸菌的相對數量約為2，2～4 h的增長倍數為1.5÷0.5＝3，4～6 h的增長倍數為2÷1.5＝4/3，2～4 h的增長倍數大于4～6 h的增長倍數，因此不是“J”形增長，A錯誤；酸菜制作所需的菌種為乳酸菌，屬于厭氧細菌，發酵過程中容器內不需要通氣，B錯誤；由圖可知，發酵后期，抑菌圈直徑較大，說明影響有害菌生長的主要因素是乳酸菌產生的某些抑制有害菌生長的某種物質，C錯誤，D正確。]
2．(2022·山東濟南模擬)高酒精度啤酒(酒精濃度≥7.5% vol)由于其高酒精度、高發酵度、低殘糖等特點，受到越來越多消費者的青睞，其釀造工藝如圖所示。下列敘述錯誤的是(　　)
A．生產啤酒用的發酵罐和大麥汁等原料都需要經過滅菌消毒
B．多次分批補加葡萄糖可以減少發酵初期的高滲透壓對酵母細胞代謝的影響
C．主發酵過程中還原糖主要用于有氧呼吸，其產生的CO2會使pH下降
D．發酵過程中要適時往外排氣，后發酵時期可以延長排氣時間間隔
C　[生產啤酒用的發酵罐和大麥汁等原料都需要經過滅菌消毒，防止原料自帶的雜菌污染發酵，A正確；多次分批補加葡萄糖可以減少發酵初期的高滲透壓對酵母細胞代謝的影響，B正確；主發酵過程中還原糖主要用于無氧呼吸產酒精，同時無氧呼吸產生CO2會使pH下降，C錯誤；發酵過程中要適時往外排氣，后發酵時期由于糖類物質不充足，產生的氣體變少，可以延長排氣時間間隔，D正確。]
3．(2022·陜西西安模擬)如圖為某工廠生產葡萄酒和葡萄醋的基本工藝流程，請回答：
(1)在圖示“紫葡萄→葡萄汁”的過程中輔以纖維素酶、果膠酶處理可提高紅葡萄酒的色澤度，原因是
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(2)圖示甲罐的液面位置表示加入葡萄汁的量，這種做法的目的是既_________________，又可以防止_______________。
(3)將甲罐發酵液的樣液稀釋適當倍數后，取0.1 mL涂布到若干個平板(每個稀釋度至少涂布三個平板)，對菌落數在________的平板進行計數，則可根據公式推測甲罐發酵液中酵母菌的活菌數。
(4)在乙罐內利用醋酸菌和葡萄酒進行葡萄醋發酵，所獲得的葡萄醋中為什么沒有酒精？
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
寫出與此相應的化學反應方程式_____________________。
(5)在制備加入乙罐的醋酸菌液過程中有可能混入乳酸菌。請用稀釋涂布平板法設計實驗，檢測是否混入了乳酸菌。(注：乳酸菌和醋酸菌的菌落形態相似)
①實驗思路：
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
②預期結果：
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[解析]　(1)細胞壁的成分是纖維素和果膠，在圖示“紫葡萄→葡萄汁”的過程中輔以纖維素酶、果膠酶處理可提高紅葡萄酒的色澤度，原因是纖維素酶、果膠酶分解細胞壁，利于榨汁處理過程中色素釋放。(2)圖示甲罐的液面位置表示加入葡萄汁的量，要留有1/3的空間，這種做法的目的是初期為酵母菌大量繁殖提供適量的氧氣，同時防止后期發酵旺盛時汁液溢出。(3)稀釋涂布平板法計數活菌數量時，為了保證結果準確，一般選擇菌落數在30～300的平板進行計數。(4)在乙罐內利用醋酸菌和葡萄酒進行葡萄醋發酵，因為醋酸菌將葡萄酒中的乙醇轉化為乙醛，再將乙醛變為乙酸，所以獲得的葡萄醋中沒有酒精；此反應的化學反應方程式為C2H5OH＋O2CH3COOH＋H2O＋能量。(5)由于醋酸菌是好氧細菌，而乳酸菌是厭氧細菌，為檢測是否混入了乳酸菌，可將平板置于無氧環境下培養。①實驗思路：用稀釋涂布平板法制備該醋酸菌液的若干平板，將平板置于無氧環境下繼續培養，觀察平板上菌落情況。②預期結果：若平板上有菌落形成，則說明混入乳酸菌；若沒有菌落形成，則沒有乳酸菌混入。
[答案]　(1)纖維素酶、果膠酶分解細胞壁，有利于榨汁處理過程中色素釋放　(2)為酵母菌大量繁殖提供適量的氧氣　發酵旺盛時汁液溢出　(3)30～300　(4)醋酸菌將葡萄酒中的乙醇轉化為乙醛，再將乙醛變為乙酸　C2H5OH＋O2CH3COOH＋H2O＋能量　(5)用稀釋涂布平板法制備該醋酸菌液的若干平板，將平板置于無氧環境下繼續培養，觀察平板上菌落情況　若平板上有菌落形成，則說明混入乳酸菌；若沒有菌落形成，則沒有乳酸菌混入
4．(2023·廣東廣州模擬)甜瓣子是豆瓣醬的重要成分，風味受蠶豆蛋白分解產生的氨基酸影響，也受發酵過程中不同微生物的多種代謝產物影響。其生產工藝如下圖所示。某研究團隊對加鹽水后的發酵階段的傳統工藝(鹽度15%，溫度37 ℃，發酵30天)進行了改良，改良后甜瓣子風味得以提升。
兩種工藝的結果比較如下圖。
下列關于本研究的描述，錯誤的是(　　)
A．蠶豆瓣可提供微生物生長、繁殖所需的碳源和氮源
B．溫度與鹽度都影響微生物的生長、繁殖
C．定期取樣，使用平板劃線法統計活細菌總數
D．新工藝中甜瓣子風味提升，與前、中期活微生物總數高和氨基酸終產量高均有關
C　[蠶豆瓣中含有豐富的營養，如糖類、蛋白質和脂質等，因而可提供微生物生長、繁殖所需的碳源和氮源，A正確；溫度通過影響酶的活性影響細胞代謝，而鹽度過高可導致微生物失水，進而影響微生物的細胞代謝，即溫度與鹽度都影響微生物的生長、繁殖，進而影響發酵產物的種類和含量，B正確；平板劃線法不能用于統計活細菌總數，可用稀釋涂布平板法統計活細菌的數目，C錯誤；根據統計結果可知，新工藝發酵過程中霉菌和細菌在前期和中期的含量均高于傳統工藝，因而導致發酵產品中氨基酸態氮含量高于傳統工藝，因此甜瓣子風味提升，D正確。]
1 / 40

展開更多......

收起↑