2023新教材高考生物一轮第十二单元生物技术与工程课堂互动探究案1传统发酵技术及发酵工程的应用课件

传统发酵技术及发酵工程的应用\n课前自主预习案高效课堂课堂总结历届真题\n课前自主预习案\n素能目标★考向导航\n基础梳理——系统化知识点一　发酵与传统发酵技术一、概念1．发酵的概念和种类：（1）概念：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）种类：有氧发酵（如醋酸发酵、谷氨酸发酵）和（如酒精发酵）。2．传统发酵技术的概念：直接利用原材料中天然存在的，或利用前一次发酵保存下来的面团、卤汁等发酵物中的进行发酵、制作食品的技术。微生物微生物的代谢无氧发酵微生物微生物\n二、尝试制作传统发酵食品1．泡菜的制作（1）制作原理①发酵实质：在条件下，将葡萄糖分解成乳酸。②反应式：_______________________________。无氧乳酸菌C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋能量\n（2）制作流程（3）关键操作①泡菜坛的选择：火候好、无、无砂眼、坛沿深、盖子吻合好的泡菜坛。②腌制的条件：控制腌制的时间、和食盐的用量。防止，严格密封。5%～20%洗净没过裂纹温度杂菌污染\n2．果酒和果醋的制作（1）制作原理菌种反应简式果酒酵母菌有氧条件，大量繁殖：_____________________________无氧条件，产生酒精：_____________________________果醋醋酸菌氧气、糖源都充足时：糖→醋酸氧气充足、缺少糖源时：乙醇→→醋酸，C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O＋能量C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋能量乙醛C2H5OH＋O2CH3COOH＋H2O＋能量\n（2）实验设计与操作冲洗酒精发酵18～3030～35密封通气10～127～8\n知识点二　发酵工程及其应用1．发酵工程的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、沉淀产物性质\n2．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。③生产。（2）在医药工业上的应用①获得具有生产能力的微生物。②直接对进行改造，再通过发酵技术大量生产所需要的产品。③利用基因工程，将病原体的基因转入适当的微生物细胞，获得表达产物可以作为疫苗使用。食品添加剂酶制剂某种药物菌种某个或某几个抗原\n（3）在农牧业上的应用：生产微生物。（4）在其他方面的应用①利用纤维废料发酵生产等能源物质。②极端微生物的应用：嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产，嗜低温菌有助于提高的产量。肥料、农药和饲料酒精、乙烯洗涤剂热敏性产品\n基能过关——问题化一、判一判（判断正误并找到课本原话）（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。（选择性必修3P5正文）（　　）2．多种微生物参与了豆腐的发酵，其中起主要作用的是曲霉。（选择性必修3P5正文）（　　）3．酵母菌是厌氧微生物，在无氧条件下能进行酒精发酵。（选择性必修3P6正文）（　　）4．果酒发酵温度一般控制在30～35℃，时间为10～12d。（选择性必修3P6探究·实践）（　　）5．工业上大规模生产时，通常会先通过微生物培养技术获得单一菌种，再将它们接种到物料中进行发酵。（选择性必修3P8正文）（　　）√√×××\n（二）发酵工程及其应用1．青霉素是世界上第一个应用于临床的抗生素。（选择性必修3P22从社会中来）（　　）2．性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来，也可以通过杂交育种或基因工程育种获得。（选择性必修3P22图1－9）（　　）3．分离、提纯产物是发酵工程的中心环节。（选择性必修3P23图1－9）（　　）4．发酵工程中一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。因此培养基和发酵设备都必须经过严格的消毒。（选择性必修3P23图1－9）（　　）5．啤酒的发酵过程分为主发酵和后发酵两个阶段。酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成都在后发酵阶段完成。（选择性必修3P24思考·讨论）（　　）√××××\n二、议一议【教材易漏拾遗】1．[选择性必修3P2～3]通过阅读“从传统发酵技术到发酵工程”的科技探索之路你能得到哪些启示？提示：发酵技术是从生活、生产实践中产生的，人们在生产发酵产品时需要科学研究的指导和技术的改进；科学理论和技术发展到一定程度，就可以进入工程应用阶段等。\n2．[选择性必修3P6探究·实践拓展]分析“制作泡菜”，回答问题：（1）制作泡菜时，盐水为什么煮沸后冷却？（2）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？提示：(1)煮沸有两大作用，一是除去水中氧气，二是杀灭盐水中的微生物。冷却是为了防止杀死坛内的发酵微生物。提示：(2)白膜是由产膜酵母的繁殖形成的。酵母菌是兼性厌氧微生物，泡菜发酵液营养丰富，其表面氧气含量也很丰富，适合酵母菌繁殖。\n3．[选择性必修3P6]“膳食中的亚硝酸盐一般不会危害人体健康，但如果人体摄入过量，会发生中毒，甚至死亡。”思考：日常生活中不能吃存放时间过长、变质的蔬菜的原因是什么？提示：存放时间过长、变质的蔬菜中含有大量的亚硝酸盐，亚硝酸盐在特定的条件下会转变成亚硝胺，亚硝胺具有致癌作用。\n4．[选择性必修3P7探究·实践拓展]思考：（1）在果酒制作中应该先冲洗葡萄还是先除去枝梗？为什么？（2）果酒制作时，发酵瓶装入葡萄汁后留有1/3空间的目的是什么？提示：(1)应该先冲洗，然后再除去枝梗，以避免除去枝梗时引起葡萄破损，增加被杂菌污染的机会。提示：(2)先让酵母菌进行有氧呼吸快速繁殖，耗尽氧气后再进行酒精发酵；其次，防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液的溢出。\n5．[选择性必修3P23思考·讨论]在进行发酵生产时，排出的气体和废弃培养液等能直接排放到外界环境中吗？为什么？提示：发酵过程中产生的气体和废弃培养液需经过相应的净化设备，达到国家排放要求后才能排放到外界环境中。因为有些气体和废弃培养液对人和生物有害或对环境造成污染。\n高效课堂\n考点一　泡菜、果酒和果醋的制作任务驱动·探究突破任务1完善泡菜制作过程的分析(1)泡菜制作过程中乳酸菌数量和乳酸含量的变化乳酸菌乳酸发酵初期少(有O2，乳酸菌活动受______)少发酵中期最多(乳酸积累，_____杂菌活动)增多发酵后期减少(乳酸继续积累，pH继续________，抑制乳酸菌活动)继续增多直至稳定变化曲线抑制抑制下降\n(2)泡菜腌制过程中，乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐相对含量(或数量)的变化\n[名师提醒]泡菜制作的注意事项(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清水和盐的质量比为4∶1，盐水要煮沸后冷却。煮沸有两大作用，一是除去水中的氧气，二是杀灭盐水中的细菌。(2)防止杂菌污染：每次取样用具要洗净，要迅速封口。(3)氧气需求①泡菜坛要选择透气性差的容器，以创造无氧环境，有利于乳酸菌发酵，防止蔬菜腐烂。②泡菜坛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，并注意在发酵过程中经常补水。(4)控制适宜的温度：温度过高导致杂菌滋生，温度过低不利于乳酸发酵。\n任务2完善果酒和果醋的制作分析(1)酵母菌和醋酸菌的比较酵母菌醋酸菌生物学分类单细胞，_____生物单细胞，______生物代谢方式异养兼性厌氧型__________型生长繁殖的最适生长温度________30～35℃主要繁殖方式出芽生殖________生产、生活应用酿酒、发面等制醋真核原核异养需氧约为28℃二分裂\n(2)果酒和果醋制作成功的关键点项目说明材料的选择与处理选择新鲜的水果，榨汁前先将水果进行________，再除去______，以防果汁流失及污染。冲洗以洗去_____为目的，以防洗去野生型________防止发酵液被污染①榨汁机和发酵瓶等都需清洗干净，且发酵瓶要进行________②清洗水果时要先_____后________③发酵瓶排气管用________而不用直管冲洗枝梗灰尘酵母菌消毒清洗除枝梗曲颈管\n果酒、果醋制作的注意事项(1)材料的选择与处理：选择新鲜的葡萄，榨汁前先将葡萄冲洗，再除去枝梗和腐烂的籽粒，以防葡萄汁流失及污染。冲洗的目的是洗去葡萄表面的灰尘，且不要太干净，以防洗去葡萄表面的野生型酵母菌。(2)防止发酵液被污染的方法①榨汁机要清洗干净并晾干。②发酵瓶要洗净并用体积分数为70%的酒精消毒，或用洗洁精洗涤。③装入葡萄汁后要封闭充气口。\n(3)果酒、果醋发酵条件的控制①葡萄汁装入发酵瓶时，要留约1/3空间，目的是先让酵母菌进行有氧呼吸快速繁殖，耗尽O2后再进行酒精发酵，防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出。②严格控制温度：18～30℃利于酵母菌的繁殖和酒精发酵，30～35℃利于醋酸菌的繁殖和醋酸发酵。③充气：酒精发酵为无氧发酵，需封闭充气口；醋酸发酵为有氧发酵，需适时通过充气口充气。\n任务3制作过程的比较果酒和果醋的制作泡菜的制作主要菌种果酒：________果醋：________________原理(1)果酒：________无氧呼吸C6H12O62C2H5OH＋2CO2(2)果醋：_______有氧呼吸①当氧气、糖源都充足时，糖→______；②当缺少糖源时，乙醇→_______→醋酸乳酸菌______产生乳酸酵母菌醋酸菌乳酸菌酵母菌醋酸菌醋酸乙醛发酵\n实验流程挑选葡萄↓________↓________↓酒精发酵→________↓醋酸发酵→果醋发酵条件果酒：前期通氧，后期密闭，温度：18～30℃果醋：一直通氧，温度：30～35℃密闭，保证无氧环境，温度不能过高冲洗榨汁果酒盐水冷却加入调味料，装坛\n考向分类·对点落实考向一泡菜制作过程的考查1.[2022·九江模拟]下列操作，不会引起泡菜腐败的是()A．坛盖边沿的水槽注满水，并且时常补充水槽中的水B．腌制时温度过高，食盐量不足10%C．腌制的时间过短D．盐水入坛前不煮沸，直接入坛答案：A解析：参与泡菜制作的微生物是乳酸菌，其新陈代谢类型为异养厌氧型，因此坛盖边沿的水槽注满水有利于乳酸菌的发酵，不会引起泡菜腐败，A正确；腌制时食盐量过低可能会导致杂菌污染，会引起泡菜腐败，B错误；腌制的时间过短可能会引起泡菜中杂菌污染，会引起泡菜腐败，C错误；盐水入坛前不煮沸，直接入坛，可能会导致杂菌污染，D错误。\n2．[2022·天津模拟]泡菜发酵的微生物主要是乳酸菌，而在发酵初期，水槽内经常有气泡产生，这些气泡产生的原因及成分分别是()A．乳酸菌是兼性厌氧型微生物，初期进行有氧呼吸产生气体；CO2B．因腌制过程中的盐进入蔬菜使蔬菜体积缩小，气体被排出；空气C．发酵初期活动强烈的是酵母菌，其利用氧气进行呼吸作用产生气体；CO2D．乳酸菌在发酵过程中产生了热量，使坛内温度升高，气体受热膨胀排出；空气答案：C解析：乳酸菌是厌氧型微生物，进行无氧呼吸产生乳酸，A错误；泡菜发酵初期有气泡产生，主要是需氧菌如酵母菌进行有氧呼吸产生了CO2，C正确；B、D错误。\n3．家庭泡菜的制作方法是：新鲜的蔬菜经过整理、清洁后，放入彻底清洁并用白酒擦拭过的泡菜坛中，然后向坛中加入盐水、香辛料及一些“陈泡菜水”。密封后置于温度适宜阴凉处，下列与此过程相关的叙述，错误的是()A．用白酒擦拭泡菜坛的目的是消毒B．加入“陈泡菜水”的作用是提供乳酸菌菌种C．若制作的泡菜“咸而不酸”，最可能的原因是大量的食盐抑制了乳酸菌的生长D．制作泡菜过程中，有机物的干重和种类都减少答案：D\n解析：制作泡菜时，所用的泡菜坛要用白酒擦拭消毒，防止杂菌污染，A正确；加入“陈泡菜水”的作用是提供乳酸菌菌种，B正确；若泡菜盐水浓度过高，乳酸菌会通过渗透作用失水，抑制乳酸菌生长，制作的泡菜会“咸而不酸”，C正确；制作泡菜的过程中，乳酸菌无氧呼吸作用消耗有机物，有机物的干重减少，种类增多，D错误。\n4．[2022·枣庄模拟]泡菜(乳酸发酵过的蔬菜)是许多亚洲国家的传统食品，在发酵液中通常发现的微生物包括乳酸菌、酵母菌和丝状真菌。如图表示这3种不同微生物群中活细胞数和卷心菜乳酸发酵过程中pH的变化。发酵液中的溶解氧随时间下降，在第22天被完全耗尽。\n下列说法错误的是()A.pH从第1天到第3天的下降主要由乳酸菌产生的乳酸引起B．酵母菌从第10天到第22天的生长与发酵液中的氧气有关C．酵母菌在第26天后开始产生酒精D．一些丝状真菌在低pH下表现出较高的耐受性答案：C解析：从题图可知，第1天到第3天pH下降主要由乳酸菌代谢产生乳酸引起，A正确；酵母细胞在有氧条件下大量繁殖，从第10天到第22天，酵母菌大量繁殖，与发酵液中的氧气有关，B正确；第22天发酵液中的溶解氧耗尽，因此酵母细胞在第26天之前就已经开始无氧呼吸产生酒精，C错误；由题图分析可知，低pH下，丝状真菌活细胞数能保持相对稳定，表现出较高的耐受性，D正确。\n5．我国最早的诗集《诗经》中有“中田有庐，疆埸有瓜，是剥是菹，献之皇祖”的诗句，其中“庐”(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\n解析：(1)陈泡菜液中含有一定量的乳酸菌，因此加入陈泡菜液，菌体数量扩增速度会加快，发酵时间可缩短。(2)乳酸菌为厌氧菌，进行无氧呼吸产生乳酸，该过程只能在细胞质中进行。(3)温度过高、腌制时间过短、食盐用量不足等，容易造成杂菌大量繁殖，亚硝酸盐含量增加。(4)从开始制作到泡菜品质最佳这段时间内，氧气浓度逐渐降低，泡菜液逐渐变酸，不适宜杂菌生长，而适宜乳酸菌生长，因此乳酸菌数量增加，其他杂菌数量减少。\n考向二对果酒、果醋制作的考查6.[经典模拟]如图表示果酒和果醋制作过程中的物质变化过程，下列叙述正确的是()A．过程①和②都只能发生在缺氧条件下B．过程①和③都发生在酵母菌细胞的线粒体中C．过程③和④都需要氧气的参与D．过程①～④所需的最适温度基本相同答案：C\n解析：有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段相同，均发生在细胞质基质中，产物是丙酮酸，而丙酮酸产生乙醇只能发生在无氧呼吸过程中，A、B均错；③过程属于有氧呼吸第二、三阶段，第三阶段需要氧气参与，④过程是制作果醋的过程，需醋酸菌参与，醋酸菌是一种好氧细菌，因此④过程也需要氧气参与，C正确；制作果酒时，最适温度为18～30℃，而制作果醋时最适温度为30～35℃，D错误。\n7．[经典模拟]下面是果酒和果醋制作的实验流程和某同学设计的果酒和果醋的发酵装置。\n下列相关叙述中，错误的是()A．根据图1可知，利用葡萄制作果醋时，必须先进行酒精发酵然后再进行果醋发酵B．冲洗葡萄时不能次数过多，否则果酒的制作会失败C．图2装置中排气口弯曲可防止被空气中的杂菌污染D．制作果酒要关闭充气口、打开排气口，制作果醋时充气口和排气口都要打开答案：A\n解析：图1中的流程是通过酵母菌发酵产生果酒，以及通过醋酸菌利用果酒发酵产生果醋的过程，但醋酸菌也可以在糖源和氧气充足的条件下直接利用糖类进行果醋发酵，A错误；用简易装置制作果酒时，所利用的酵母菌来自葡萄皮的表面，所以不能将葡萄冲洗次数过多，否则会冲洗掉野生型酵母菌，B正确；图2中的排气口弯曲可避免被空气中的杂菌污染，C正确；由于酵母菌在有氧呼吸阶段利用的氧气来自装置中的空气，且无氧呼吸阶段需要保持无氧状态，所以无需打开充气口，而发酵过程中都会有二氧化碳产生，所以要打开排气口；醋酸菌属于需氧菌，所以要始终将充气口打开，D正确。\n[题后反思]装置图解读(1)各部位的作用①充气口：在醋酸发酵时连接充气泵进行充气。②排气口：排出酒精发酵时产生的CO2。③与排气管相连的长而弯曲的胶管：防止空气中微生物的污染。④出料口：用来取样。\n(2)该装置的使用方法使用该装置制酒时，应该关闭充气口；制醋时，应将充气口连接气泵，输入氧气。\n8．[江苏卷]某高校采用如图所示的发酵罐进行葡萄酒主发酵过程的研究，下列叙述错误的是()A．夏季生产果酒时，常需对罐体进行降温处理B．乙醇为挥发性物质，故发酵过程中空气的进气量不宜太大C．正常发酵过程中罐内的压力不会低于大气压D．可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度来决定何时终止发酵答案：B\n解析：果酒发酵过程中产生大量的热量，使发酵罐内温度升高，因此夏季生产果酒时，常需对罐体进行降温处理，A正确；乙醇是酵母菌无氧呼吸的产物，因此分解过程中不需要通入空气，B错误；无氧呼吸产生了二氧化碳，但是没有消耗氧气，因此发酵罐中的气压不会低于大气压，C正确；葡萄酒发酵的原料是糖类，因此可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度来决定何时终止发酵，D正确。\n9．[江苏卷](不定项选择)右图是探究果酒与果醋发酵的装置示意图。下列相关叙述正确的是()A．改变通入气体种类，可以研究呼吸作用类型对发酵的影响B．果酒发酵中期通入氮气，酵母菌将从有氧呼吸转变为无氧呼吸C．果醋的发酵周期与实验设定的温度密切相关D．气体入口与气体出口可以交换使用答案：ABC\n解析：酵母菌是兼性厌氧菌，可进行有氧呼吸和无氧呼吸，通入氧气后，酵母菌可进行有氧呼吸，而通入其他气体，酵母菌则进行无氧呼吸，故改变通入气体种类，可以研究呼吸作用类型对发酵的影响，A正确；果酒发酵中期通入氮气，装置中氧气减少，使酵母菌从有氧呼吸转变为无氧呼吸，B正确；温度影响酶的活性，因此果醋的发酵周期与实验设定的温度有密切关系，C正确；气体入口管通入液面以下，气体出口管在液面以上，故两者不能交换使用，D错误。\n10．[天津卷]天津独流老醋历史悠久、独具风味，其生产工艺流程如下图。(1)在糖化阶段添加酶制剂需要控制反应温度，这是因为酶____________________________。(2)在酒精发酵阶段，需添加酵母菌。在操作过程中，发酵罐先通气，后密闭。通气能提高_______的数量，有利于密闭时获得更多的酒精产物。在最适温度条件下催化能力最强酵母菌\n解析：(1)酶的活性受温度影响，最适温度下，酶的活性最高。(2)通气会促进酵母菌有氧呼吸，促进酵母菌群的繁殖，有利于获得更多的酒精产物。\n(3)在醋酸发酵阶段，独流老醋采用独特的分层固体发酵法，发酵30天。工艺如下：\n①发酵过程中，定期取样测定醋酸杆菌密度变化，趋势如图。据图分析，与颠倒前相比，B层醋酸杆菌在颠倒后密度变化的特点是____________________，由此推测，影响醋酸杆菌密度变化的主要环境因素是__________________。②乳酸含量高是独流老醋风味独特的重要成因。发酵过程中，发酵缸中____________________________________层的醋醅有利于乳酸菌繁殖，积累乳酸。③成熟醋醅中乳酸菌的种类明显减少，主要原因是发酵后期营养物质消耗等环境因素的变化，加剧了不同种类乳酸菌的_____________，淘汰了部分乳酸菌种类。先快速增长后趋于稳定氧气、营养物质、pH颠倒前的B层和颠倒后的A(或不翻动，或下)种间竞争(或竞争)\n解析：(3)①据图可知，B层醋酸杆菌为“S”形增长，其变化趋势为先快速增长、后保持稳定。影响B层的主要环境因素为氧气、pH和营养条件。②乳酸菌为厌氧菌，应该是下层醋醅有利于其繁殖，如前两个发酵缸的B层，后两个发酵缸中的A层。③不同种类的乳酸菌之间为种间竞争关系。\n考点二　发酵工程及其应用任务驱动·探究突破任务1发酵装置——大型发酵罐的结构示意图分析\n(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。\n(2)发酵罐中发酵条件的控制。①温度的控制：发酵过程中可以通过温度传感器和控制装置进行检测和由冷却水进、出口水流来调整；②溶解氧的控制：通过通气量和搅拌速度加以调节；③pH的控制：可以通过pH计检测，并由加料装置添加酸和碱进行调节，也可以在培养基中添加pH缓冲液等。计算机应用的发酵工程中实现了对温度、酸碱度、通气量、转速的自动记录和自动控制。\n(3)与传统的容器相比，发酵罐最明显的优势。发酵罐能实现大规模连续生产，最大限度地利用原料和设备，获得高产量和高效率。①进行严格灭菌，能使空气按需要流通，从而提供良好的发酵环境；②实施搅拌、振荡以促进微生物生长；③对温度、压力、空气流量实行自动控制；④通过各种生物传感器测定发酵罐内菌体浓度、营养成分、产品浓度等，并用电脑随时调节发酵进程。\n任务2发酵工程基本环节分析(1)选择发酵工程所用菌种需要考虑的因素：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；发酵条件容易控制；菌种不易变异、退化等。(2)发酵过程中对发酵条件的控制：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。\n(3)对发酵工程中产物的分离：在发酵工程中使用的分离和提纯产物的方法较多。在产物的初分离阶段，常采用沉淀、萃取、膜分离、吸附和离子交换等方法；在进一步纯化阶段，会采用液相层析法、结晶法等方法。发酵工程产物无论是代谢物还是菌体本身，都需要进行质量检查，合格后才能成为正式产品。(4)对发酵生产时微生物及其代谢物的处理：为了减少或避免污染物的产生和排放，实现清洁生产，应该对排出的气体和废弃培养液进行二次清洁或灭菌处理。\n考向分类·对点落实考向一发酵工程及其应用1.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答案：C\n解析：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生酒精，同时无氧呼吸产生的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。\n2．如图所示为面包霉体内合成氨基酸的途径，若在发酵工程中利用面包霉来大量合成氨基酸a，应采取的最佳措施是()A．改变面包霉的细胞膜通透性B．进行高温高压的发酵C．对面包霉进行诱变处理，选育出不能合成酶③的新菌种D.对面包霉进行诱变处理，选育出不能合成酶①的新菌种答案：C\n解析：改变面包霉的细胞膜通透性，可以使氨基酸a和b都能及时排出，进而解除对中间产物的抑制作用，提高氨基酸a和b的产生量；高温高压不利于面包霉的代谢活动；面包霉被诱变成不能合成酶③的新菌种，中间产物只能通过酶②催化为氨基酸a，可以大量生产氨基酸a；面包霉被诱变成不能合成酶①的新菌种，底物不能生成中间产物，进而不能生成氨基酸a和b，所以B、D不能实现氨基酸a的增加，A、C都可以，但是C最有效。\n3．(不定项选择)下列有关发酵工程的叙述中，正确的是()A．发酵工程采用连续培养的方法以最大限度地获得人类所需的产品B．发酵所用的菌种多是通过杂交育种的方式获得C．发酵工程就是利用微生物的无氧呼吸生产人类所需的产品D．发酵工程以其生产条件温和、原料来源丰富、产物专一、废弃物对环境污染小和容易处理等特点被广泛应用答案：AD解析：发酵工程通常可以采用连续培养的方法以最大限度地获得人类所需的产品，A正确；很多微生物是原核生物，不能通过杂交育种获得菌种，发酵所用的菌种多是通过人工诱变的方式获得，B错误；发酵工程就是利用微生物的有氧呼吸或无氧呼吸生产人类所需的产品，C错误；发酵工程具有生产条件温和、原料来源丰富、产物专一、废弃物对环境污染小和容易处理等特点，D正确。\n考向二发酵工程的综合考查4．谷氨酸棒状杆菌可用于微生物发酵工程生产谷氨酸，从而制取谷氨酸钠(味精)。如图为谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径，通过发酵工程可以大量生产谷氨酸。回答下列问题：\n(1)与酵母菌相比，谷氨酸棒状杆菌在结构上的显著特点是____________________；谷氨酸发酵的培养基成分有豆饼水解液、玉米浆、尿素、磷酸氢二钾、硫酸镁、生物素等，从物理性质看，该培养基属于_____培养基。(2)测定谷氨酸棒状杆菌数目可采用的计数方法有显微镜直接计数法和____________，前者计数的结果比后者计数的结果值偏____(填“大”或“小”)，原因是___________________________________________________________。(3)由图可知，谷氨酸棒状杆菌体内若积累了较多的谷氨酸，则会抑制谷氨酸脱氢酶的活性，微生物这种对自身代谢速率的调节方式是________。无以核膜为界限的细胞核液体稀释涂布平板法大前者死活菌体一起计数，后者只计数活菌数，且可能有多个菌体形成同一个菌落负反馈调节\n解析：(1)与酵母菌相比，谷氨酸棒状杆菌属于原核生物，在结构上的显著特点是无以核膜为界限的细胞核；谷氨酸发酵的培养基成分有豆饼水解液、玉米浆、尿素、磷酸氢二钾、硫酸镁、生物素等，从物理性质看，该培养基属于液体培养基。(2)测定谷氨酸棒状杆菌数目可采用的计数方法有显微镜直接计数法和稀释涂布平板法，由于前者死活菌体一起计数，后者只计数活菌数，且可能有多个菌体形成同一个菌落，所以前者计数的结果比后者计数的结果值偏大。(3)由图可知，谷氨酸棒状杆菌体内若积累了较多的谷氨酸，则会抑制谷氨酸脱氢酶的活性，微生物这种对自身代谢速率的调节方式是负反馈调节。\n(4)谷氨酸棒状杆菌在发酵过程中要不断通入无菌空气，并通过搅拌使空气形成细小的气泡，迅速溶解在培养液中，当培养基中碳氮比为4∶1时，菌体大量繁殖而产生的谷氨酸少；当碳氮比为3∶1时，菌体繁殖受抑制，但谷氨酸的合成量大增。在无氧条件下，谷氨酸棒状杆菌的代谢产物是乳酸或琥珀酸。由此说明谷氨酸棒状杆菌的代谢类型是_____________，由上述探究可知，通过发酵得到大量谷氨酸的发酵思路是___________________________________________________________________________________________。异养兼性厌氧型不断向发酵液中通入无菌空气，发酵液中碳氮比为4∶1培养一段时间使菌种大量繁殖，后将培养液的碳氮比改为3∶1\n解析：(4)由于谷氨酸棒状杆菌可以在有氧和无氧条件下生存，所以其代谢类型是异养兼性厌氧型；要想通过发酵得到大量谷氨酸，根据题意信息，可不断向发酵液中通入无菌空气，发酵液中碳氮比为4∶1培养一段时间使菌种大量繁殖，后将培养液的碳氮比改为3∶1。\n课堂总结\n[网络建构提升]发酵条件\n[长句应答必备]1．果酒制作需要的微生物是酵母菌，它是一种兼性厌氧型微生物，通过有氧呼吸可以大量增殖，通过无氧呼吸可以产生酒精。2．果醋制作需要的微生物是醋酸菌，它是一种好氧菌，所以果醋制作需要一直通入氧气。3．果酒和果醋制作需要的温度分别是18～30℃和30～35℃。4．腐乳的制作需要多种微生物参与，但主要是毛霉。通过脂肪酶、蛋白酶等酶的作用，可将一些大分子物质水解成小分子物质。5．泡菜制作需要的微生物是乳酸菌，在泡菜的发酵过程中，亚硝酸盐的含量先增加后减少。\n历届真题\n[等级选考研考向]1．[2021·广东卷]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。\n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______________________等。(答出两种方法即可)(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60g/L，pH为10，菌株H可正常持续发酵60d以上。该系统不需要灭菌的原因是________________________________________________________________________________________。(答出两点即可)唯一碳源血细胞计数板计数诱变育种、基因工程育种盐浓度为60g/L的条件下，其他杂菌因失水过多而死亡；pH为10的条件下，其他杂菌的酶变性失活，生长繁殖受抑制\n解析：(1)根据题意分析，该实验的目的是提高菌株H对蔗糖的耐受能力和利用效率，结合微生物的代谢需求，其液体培养基应该以蔗糖作为唯一碳源。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血细胞计数板计数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诱变育种、基因工程育种等。(2)已知，菌株H具有嗜盐、酸碱耐受能力强等特性，因此当培养基盐浓度为60g/L，pH为10时，菌株H可正常持续发酵60d以上，而盐浓度为60g/L的条件下，其他杂菌因失水过多而死亡；pH为10的条件下，其他杂菌的酶变性失活，生长繁殖受抑制，故该系统不需要灭菌。\n(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______________________。氧气(O2或溶解氧)蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等解析：(3)分析题意，扩大培养时，营养物浓度、温度、pH等条件下适宜，而发酵液中菌株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，说明发酵条件中氧气不足，使菌种进行无氧呼吸产生乙醇，即氧气(O2或溶解氧)是限制高密度培养的重要因素。(4)根据酶的专一性可知，菌株H之所以能通过分解主要含蛋白质、淀粉、油脂等的餐厨垃圾来生产PHA，说明其能分泌蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等。\n2．[2019·海南卷]某研究小组以紫葡萄为原料制作葡萄酒的基本流程和装置示意图如下。\n请回答：(1)制作葡萄浆前，对葡萄进行清洗和用______色的高锰酸钾溶液浸泡。制作酵母悬液时，在干酵母中加入少量温水和极少量蔗糖，待酵母悬液中出现______即可。(2)装瓶后开始一段时间，发酵瓶中溶解氧的含量变化是_____。发酵过程中，发酵瓶中酒精的含量变化是______。(3)下列关于装置中有水弯管作用的叙述，错误的是___。A．隔绝气体出入B．使发酵瓶内外的压强基本平衡C．减少杂菌污染D．有利于发酵瓶内形成缺氧环境红(紫)气泡减少增加A\n解析：(1)制作葡萄浆前，应将成熟的葡萄用水清洗干净，再用红(紫)色的高锰酸钾溶液浸泡约5min。为了使酵母迅速发生作用，制作酵母悬液时，在干酵母中加入少量温水和极少量蔗糖，待酵母悬液中出现气泡即可。(2)装瓶后开始一段时间，酵母菌进行需氧呼吸并快速繁殖，消耗发酵瓶内的氧气，瓶内溶解氧的含量减少。氧气耗尽，酵母菌进行厌氧呼吸，生成酒精和二氧化碳，酒精含量逐渐增多。(3)装置中有水弯管可使发酵瓶内外的压强基本平衡，减少杂菌污染，有利于发酵瓶内形成缺氧环境。\n(4)实验中，判断发酵完毕的依据是___。A．发酵瓶中pH开始下降B．发酵瓶中停止出现气泡C．发酵瓶中酒精浓度达到30%D．发酵瓶中酵母菌数量急剧减少(5)欲利用葡萄酒制作果醋，发酵瓶中应加入的菌种是________，该菌种在_____条件下能将乙醇氧化为醋酸。B醋酸杆菌有氧解析：(4)当发酵瓶中停止出现气泡时，即表示发酵完毕。(5)制作果醋用醋酸杆菌作为菌种，该菌种在有氧条件下能将乙醇氧化为醋酸。\n[国考真题研规律]3．[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下。\n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。蛋白质碳源蛋白酶脂肪酶氨基酸异养好氧\n解析：(1)大豆的主要成分为蛋白质，可为米曲霉的生长提供氮源；淀粉属于多糖，小麦中的淀粉可为米曲霉的生长提供碳源。(2)蛋白酶可以将蛋白质分解成小分子的肽和氨基酸；脂肪酶可以将脂肪水解为甘油和脂肪酸。由题干信息可知，米曲霉发酵过程需要提供营养物质、通入空气并搅拌，可推断出米曲霉属于异养好氧微生物。\n(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CO2和酒精酒精(乳酸、食盐)解析：(3)乳酸菌为原核生物。酵母菌在无氧条件下通过无氧呼吸将葡萄糖分解成CO2和酒精。在发酵池发酵阶段添加的酵母菌和乳酸菌通过无氧呼吸产生的酒精、乳酸可以抑制杂菌的生长，加入的食盐也可抑制杂菌生长。\n4．[全国卷Ⅲ]回答下列与酵母菌有关的问题：(1)分离培养酵母菌通常使用___________(填“牛肉膏蛋白胨”“MS”或“麦芽汁琼脂”)培养基，该培养基应采用_________灭菌法灭菌。若将酵母菌划线接种在平板上，培养一段时间后可观察到菌落，菌落的含义是_____________________________________。(2)酵母菌液体培养时，若通入氧气，可促进____________(填“菌体快速增殖”“乙醇产生”或“乳酸产生”)；若进行厌氧培养，可促进________(填“菌体快速增殖”“乙醇产生”或“乳酸产生”)。(3)制作面包时，为使面包松软通常要在面粉中添加一定量的酵母菌，酵母菌引起面包松软的原因是__________________________________。麦芽汁琼脂高压蒸汽由一个细胞繁殖而来的肉眼可见的子细胞群体菌体快速增殖乙醇产生酵母菌分解葡萄糖会产生CO2，CO2使面包松软\n解析：(1)麦芽汁琼脂培养基的含糖量高，更适合酵母菌繁殖；该培养基应采用高压蒸汽灭菌法灭菌；若将酵母菌划线接种在平板上，培养一段时间后可观察到由一个细胞繁殖而来的肉眼可见的子细胞群体，这就是菌落。(2)对酵母菌进行液体培养时，若通入氧气，则酵母菌进行有氧呼吸可促进菌体快速增殖；若进行无氧培养，细胞进行无氧呼吸，产生酒精和CO2。(3)制作面包时，需在面粉中添加一定量的酵母菌，这是因为酵母菌可以分解面粉中的葡萄糖产生二氧化碳，使面包变得松软、多孔。\n5．[全国卷Ⅱ]豆豉是大豆经过发酵制成的一种食品。为了研究影响豆豉发酵效果的因素，某小组将等量的甲、乙两菌种分别接入等量的A、B两桶煮熟大豆中并混匀，再将两者置于适宜条件下进行发酵，并在32h内定期取样观测发酵效果。回答下列问题：(1)该实验的自变量是_____、________。(2)如果发现发酵容器内上层大豆的发酵效果比底层的好，说明该发酵菌是______。(3)如果在实验后，发现32h内的发酵效果越来越好，且随发酵时间呈直线上升关系，则无法确定发酵的最佳时间；若要确定最佳发酵时间，还需要做的事情是__________________________________________________________。(4)从大豆到豆豉，大豆中的成分会发生一定的变化，其中，蛋白质转变为________________，脂肪转变为__________。菌种发酵时间好氧菌延长发酵时间，观测发酵效果，最好的发酵效果所对应的时间即为最佳发酵时间小分子的肽和氨基酸脂肪酸和甘油\n解析：(1)该实验的自变量是菌种、发酵时间。(2)如果发现发酵容器内上层大豆的发酵效果比底层的好，说明该发酵菌是好氧菌。(3)如果在实验后，发现32h内的发酵效果越来越好，且随发酵时间呈直线上升关系，则无法确定发酵的最佳时间；若要确定最佳发酵时间，还需要做的事情是延长发酵时间，观测发酵效果，最好的发酵效果所对应的时间即为最佳发酵时间。(4)从大豆到豆豉，大豆中的成分会发生一定的变化，其中，蛋白质转变为小分子的肽和氨基酸，脂肪转变为脂肪酸和甘油。