传统发酵技术和发酵工程的应用 【备课精研+高效课堂】 高考生物一轮复习 （新教材新高考）

2023高考一轮复习第32讲传统发酵技术和发酵工程的应用

讲考纲讲考情讲核心素养题型剖析考点梳理内容导航21传统发酵技术的应用

发酵工程及其应用

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1.最新考纲（1）运用发酵加工食品的方法Ⅰ（2）利用微生物进行发酵来生产特定的产物以及微生物在其他方面的应用Ⅱ（3）测定食品加工中可能产生的有害物质Ⅰ（4）从生物材料中提取某些特定的成分Ⅰ2.最近考情2022·山东卷(20)、2020·湖南卷(8)、2020·山东卷(11)、2021·湖北卷(3)、2021·辽宁卷(8)、2021·全国乙卷(37)、2020全国卷Ⅲ(37)1.生命观念——结构与功能观：发酵菌种结构与功能的关系

2.科学思维——比较与归纳：比较制作果酒、果醋、腐乳、

泡菜的制作原理、流程、发酵条件等的异同3.科学探究——设计实验：探究理想的发酵条件；4.社会责任——关注食品安全，倡导健康的生活方式传统发酵技术的应用考点1考点1

传统发酵技术的应用一、发酵与传统发酵技术1、发酵的概念

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化为人类所需要的产物的过程。考点1

传统发酵技术的应用2、传统发酵技术（1）概念直接利用原材料中天然存在的微生物，或利用前一次发酵保存下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术。（2）类型：固体发酵和半固体发酵（3）实质：有氧或无氧呼吸条件下的物质氧化分解（4）目的：生产人们需要的各种发酵产品（5）常见的发酵产品：腐乳、酱油、香醋、泡菜、豆豉、馒头、米酒、酸奶。它们是我国传统饮食文化的重要组成部分。考点1

传统发酵技术的应用二、传统发酵食品制作所利用的微生物1、乳酸菌（原核生物）①代谢特点：厌氧细菌，在无氧的情况下能将葡萄糖分解成乳酸，反应简式：

②生产应用：用于乳制品的发酵、泡菜的腌制等。③分布：在自然界中分布广泛，空气、土壤、植物体表、人或动物的肠道内都有乳酸菌分布。④常见乳酸菌：乳酸链球菌和乳酸杆菌考点1

传统发酵技术的应用2、酵母菌（真核生物）①代谢特点：单细胞真菌，兼性厌氧微生物，能以多种糖类作为营养物质和能量的来源，酿酒酵母最适生长温度约为28℃。在无氧条件下能进行酒精发酵，反应简式为：②分布：含糖量较高的水果、蔬菜表面。③生产应用：用于酿酒、制作馒头和面包等。考点1

传统发酵技术的应用酵母菌繁殖方式：出芽生殖和孢子生殖。温度低时形成孢子，进入休眠状态；温度适宜时，进行出芽生殖，繁殖速度快。酒精的检测：酸性条件下，与重铬酸钾反应产生灰绿色。二氧化碳的检测：二氧化碳可以使澄清的石灰水变浑浊。二氧化碳可以使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝色变成绿色再变成黄色。考点1

传统发酵技术的应用3、醋酸菌（原核生物）①代谢特点：好氧细菌，当O2、糖源都充足时能通过复杂的化学反应将糖分解成乙酸，最适生长温度约为28℃左右，（酒精发酵时一般30～35℃）。反应简式为：当缺少糖源时则将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为乙酸，反应简式为：②生产应用：用于制作各种风味的醋。考点1

传统发酵技术的应用4、毛霉（真菌）①代谢特点：异养需氧型。适宜温度偏低(15～18℃)。单细胞，丝状真菌，生长迅速，具有发达的白色菌丝②分布：广泛，常见于土壤、水果、蔬菜、谷物上③繁殖方式：孢子生殖④应用：制作腐乳考点1

传统发酵技术的应用三、传统发酵食品的制作1、腐乳的制作（1）发酵原理：经过微生物的发酵，豆腐中的蛋白质被分解成小分子的肽和氨基酸。脂肪被脂肪酶分解成甘油和脂肪酸。（2）参与发酵的微生物：酵母、曲霉和毛霉等，其中起主要作用的是毛霉。毛霉是一种丝状真菌，其繁殖方式为孢子生殖，代谢类型是异养需氧型。（3）腐乳的特点：味道鲜美、易于消化吸收、便于保存。

2、制作泡菜

（1）菌种的来源:利用植物体表面天然的乳酸菌。

（2）泡菜品质：发酵期间，乳酸会不断积累，当它的质量分数为0.4%-0.8%时，泡菜的口味、品质最佳。

（3）方法步骤

①配制盐水用清水和食盐配制质量分数为5%～20%的盐水，并将盐水煮沸，冷却待用。杀死水中的微生物，并除去水中溶解的氧气。冷却是防止温度过高杀死乳酸菌调味、抑制微生物生长。食盐用量过高，乳酸发酵受抑制，泡菜风味差；用量过低，杂菌易繁殖，导致泡菜变质考点1

传统发酵技术的应用

②蔬菜装坛将新鲜蔬菜洗净，切成块状或条状，混合均匀，晾干后装坛，装至半坛时，加入蒜瓣、生姜及其他香辛料，继续装至八成满杂菌少，亚硝酸盐含量相对较少调味，也具有抑菌的作用防止发酵前期产生较多的二氧化碳导致发酵液外溢;利于盐水淹没菜料，防治杂菌污染考点1

传统发酵技术的应用③加盐水

将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过全部菜料。④封坛发酵盖好坛盖，向坛盖边沿的水槽中注满水，发酵过程中注意补充水，根据室温控制发酵时间。影响产品的品质。温度过高易导致杂菌滋生；温度过低不利于乳酸发酵，会使发酵时间延长。一般在腌制10d后，亚硝酸盐含量开始下降。但泡菜发酵时间并不是越长越好：一方面发酵时间过长，可能会产生其他有害物质；另一方面，发酵时间过长，乳酸含量过高，口味不佳创造一个密封无氧的环境，有利于乳酸发酵。发酵期间不宜开盖，并注意在发酵过程中经常向水槽中补充水创造无氧环境考点1

传统发酵技术的应用（4）亚硝酸盐

泡菜在腌制的过程中会产生亚硝酸盐。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。

发酵初期，硝酸盐还原菌活动较强，亚硝酸盐的含量增加；

发酵中期乳酸积累增多，PH下降，抑制其他微生物，硝酸盐还原菌受到抑制并死亡；在乳酸菌相关酶的作用下，部分亚硝酸盐被分解；

发酵后期，硝酸盐还原菌被完全抑制，亚硝酸盐含量下降至相对稳定。考点1

传统发酵技术的应用【思考】在制作泡菜时可以向泡菜坛中加入一些“陈泡菜水”的原因是什么？

“陈泡菜水”中含有纯度较高的乳酸菌，加入“陈泡菜水”相当于接种乳酸菌。考点1

传统发酵技术的应用亚硝酸盐在盐酸酸化条件下，与对氨基苯磺酸发生重氮化反应，然后与N－1－萘基乙二胺盐酸盐结合形成玫瑰红色染料。亚硝酸盐溶液的浓度越高，颜色越深，将显色反应后的样品与已知浓度的标准显色液进行目测比较，进而估算出亚硝酸盐的含量。考点1

传统发酵技术的应用（5）泡菜发酵过程中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐含量变化的分析项目乳酸菌乳酸亚硝酸盐初期少(有氧气，乳酸菌活动受抑制)少增加(硝酸盐还原菌的作用)中期最多(乳酸抑制其他菌活动)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)后期减少(乳酸继续积累，pH继续下降，抑制自身活动)继续增多，pH继续下降下降至相对稳定(硝酸盐还原菌被完全抑制)变化曲线

利用卷心菜发酵制作泡菜的过程中，乳酸菌、酵母菌细胞数量和pH的变化如图所示。下列叙述不正确的是A.酵母菌和乳酸菌均有由核膜包被的细胞核B.发酵初期乳酸菌建立了明显的菌种优势C.前6天pH下降主要由乳酸菌代谢引起D.发酵中期酵母菌通过无氧呼吸为细胞增殖

提供能量A3、制作果酒和果醋（1）菌种来源新鲜水果的果皮表面附着有大量的不同种类的野生酵母菌。（2）方法步骤①器具消毒

将发酵瓶、榨汁机等器具用洗洁精清洗干净，并用体积分数为70%的酒精消毒，晾干备用防止杂菌污染考点1

传统发酵技术的应用②冲洗新鲜葡萄用清水冲洗1～2次，再去除枝梗和腐烂的籽粒，沥干。杂菌少，含糖量丰富。洗去杂菌和浮尘，冲洗时不要反复冲洗，以防葡萄皮上的野生酵母菌流失使酵母菌数量减少，发酵周期加长，产品质量下降。先冲洗在去枝梗，避免去枝梗时引起葡萄破损，增加杂菌污染机会考点1

传统发酵技术的应用③榨汁装瓶用榨汁机榨取葡萄汁，装入发酵瓶中，留大约1/3的空间，盖好瓶盖。☆工业发酵，一般前期通入氧气供酵母菌繁殖，后期无氧条件进行酒精发酵为酵母菌大量繁殖提供适量的氧气；防止发酵过程产生的CO2造成发酵液溢出。考点1

传统发酵技术的应用④酒精发酵温度控制在18～30℃，每隔12h左右将瓶盖拧松一次(注意：不是打开瓶盖)此后再拧紧瓶盖。发酵时间为10～12d有利于酒精发酵防止氧气进入，保证无氧环境，继续进行酒精发酵排出发酵过程中产生CO2，防止瓶内气压过高引起爆裂考点1

传统发酵技术的应用⑤醋酸发酵葡萄酒制作完成后，打开瓶盖，盖上一层纱布，进行葡萄醋发酵，温度为30～35℃，时间为7～8d有利于醋酸发酵制造有氧条件，进行醋酸发酵防止杂菌污染考点1

传统发酵技术的应用（3）改良实验装置充气口：在果酒发酵时要关闭，在醋酸发酵时要连接充气泵充入无菌空气。排气口：在果酒发酵中的作用是排出酵母菌无氧呼吸产生的二氧化碳；长而弯曲的胶管：防止空气中微生物的污染出料口：用来取样,及时监测发酵进行情况进一步改进：可以在充气口填充棉花或者安装其他过滤装置，以防止充入的气体携带外来杂菌污染发酵液等。考点1

传统发酵技术的应用【思考1】在制作果酒和果醋的过程中，发酵液分别有哪些变化？其中最明显的变化发生在发酵后多少天？引起变化的原因是什么？

在葡萄酒的制作过程中，发酵液中会产生气泡，这是因为酵母菌发酵产生CO2；如果是用紫色葡萄制作葡萄酒，随着发酵时间的延长，由果皮进入发酵液的花青素会越来越多，因而发酵液的颜色会逐渐加深变成深红色。果醋发酵过程中一般不会出现气泡，发酵完成时，在发酵液的液面上会出现一层菌膜，这是醋酸菌膜。考点1

传统发酵技术的应用【思考2】在制作果酒的过程中，除了酵母菌,是否还有其他微生物生长？它们会对果酒发酵产生影响吗？如果有，如何避免这种影响？

果酒中除了酵母菌,还有乳酸菌、醋酸菌等微生物。乳酸菌可能分解果酒中的糖、甘油、酒石酸等，从而使果酒变质。可以通过调节发酵的温度、果酒的pH等来控制乳酸菌的含量。

果汁中的糖也是醋酸菌重要的碳源和能源。在有氧的情况下，醋酸菌能把糖分解成醋酸；在缺少糖源的情况下，乙醇便是醋酸菌的碳源和能源，它将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为醋酸。由于醋酸菌在有氧的条件下才能进行旺盛的代谢活动，因此在制作果酒的过程中尽量减少O2含量，可以抑制醋酸菌的生长繁殖。此外，通过调节发酵的温度、果酒的pH等同样可以控制醋酸菌的含量。考点1

传统发酵技术的应用《齐民要术》记载了一种称为“动酒酢(“酢”同“醋”)法”的酿醋工艺：“大率酒一斗，用水三斗，合瓮盛，置日中曝之。七日后当臭，衣(指菌膜)生，勿得怪也，但停置，勿移动，挠搅之。数十日，醋成”。下列有关叙述错误的是A.该方法的原理是醋酸菌在缺少糖源时可将乙醇最终转化为乙酸B.加水的目的是对酒进行稀释，避免酒精浓度过高杀死醋酸菌C.“衣”位于变酸的酒表面，是由原酒中的酵母菌大量繁殖形成的D.挠搅有利于酒精与醋酸菌充分接触，还可以增加溶液中的溶解氧C发酵工程及其应用考点2考点2发酵工程及其应用一、发酵工程的基本环节1、发酵工程一般包括菌种的选育，扩大培养，培养基的配制、灭菌，接种，发酵，产品的分离、提纯等方面。（1）选育菌种性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得。生产柠檬酸就需要筛选产酸量高的黑曲霉。在啤酒生产中，使用基因工程改造的啤酒酵母，可以加速发酵过程，缩短生产周期考点2发酵工程及其应用（2）扩大培养工业发酵罐的体积一般为几十到几百立方米，接入的菌种总体积需要几立方米到几十立方米。所以，在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养。（3）培养基配制在菌种确定之后，要选择原料制备培养基。在生产实践中，培养基的配方要经过反复试验才能确定。考点2发酵工程及其应用（4）灭菌发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种。一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。例如，在青霉素生产过程中如果污染了杂菌，某些杂菌会分泌青霉素酶将青霉素分解掉。因此，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。（5）接种无菌操作。考点2发酵工程及其应用（6）发酵罐内发酵这是发酵工程的中心环节。发酵要求：①要随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程。②要及时添加必需的营养组分，③要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件。考点2发酵工程及其应用（7）分离、提纯产物如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后，采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥，即可得到产品。如果产品是代谢物，可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。（8）获得产品发酵工程产物无论是代谢物还是菌体本身，都需要进行质量检査,合格后才能成为正式产品。考点2发酵工程及其应用二、发酵工程的特点及应用1、发酵工程的特点①生产条件温和；②原料来源丰富且价格低廉；③产物专一；④废弃物对环境的污染小以及容易处理2、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如酱油产品、酒类。②生产各种各样的食品添加剂，如柠檬酸、味精。考点2发酵工程及其应用③生产酶制剂：如淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶、脂肪酶等。（2）在医药工业上的应用①采用基因工程的方法，将植物或动物的基因转移到微生物中，获得具有某种药物生产能力的微生物。例如，利用工程菌发酵生产生长激素释放抑制激素。②直接对菌种进行改造，再通过发酵技术大量生产所需要的产品，如生长激素释放抑制激素。例如。通过诱变的青霉菌发酵生产青霉素。③利用基因工程将病原体的某个或某几个抗原基因转入适当的微生物细胞，获得的表达产物就可以作为疫苗使用。考点2发酵工程及其应用（3）在农牧业上的应用①生产微生物肥料，如根瘤菌肥、固氮菌肥。微生物肥料利用了微生物在代谢过程中产生的有机酸、生物活性物质等来增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长，常见的有根瘤菌肥、固氮菌肥等。有的微生物肥料还可以抑制土壤中病原微生物的生长，从而减少病害的发生。②生产微生物农药，如白僵菌可以防治玉米螟虫害。（生物防治手段）③生产微生物饲料，如单细胞蛋白作食品添加剂。a.单细胞蛋白：以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵获得了大量的微生物菌体。考点2发酵工程及其应用b.单细胞蛋白的用途：作为食品添加剂；制成微生物饲料（能使家畜、家禽增重快，产奶或产蛋量显著提高。另外，在青贮饲料中添加乳酸菌，可以提高饲料的品质，使饲料保鲜，动物食用后还能提高免疫力。（4）在其他方面的应用①对解决资源短缺与环境污染问题具有重要意义。如利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质。②极端（高温、高压、高盐和低温环境）微生物的应用。如利用嗜热菌、嗜盐菌生产洗涤剂。③发酵工程正渗透到几乎所有的工农业领域。考点2发酵工程及其应用啤酒的工业化生产流程考点2发酵工程及其应用(2)“精酿”啤酒与“工业”啤酒的区别考点2发酵工程及其应用【课后·拓展应用】1.在青霉素的发酵生产过程中，人们遇到了两个问题。请你运用所学知识或查阅资料，并发挥想象力，提出解决这些问题的思路。(1)青霉素发酵是高耗氧过程，如何能够保证在发酵过程中给微生物持续高效地供氧呢？(提示：血红蛋口具有携带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。考点2发酵工程及其应用【课后·拓展应用】1.在青霉素的发酵生产过程中，人们遇到了两个问题。请你运用所学知识或查阅资料，并发挥想象力，提出解决这些问题的思路。(2)

在发酵过程中，总有头抱霉素产生。人们通过对青霉素生产菌代谢途径的研究发现，在青霉素与头抱霉素的合成过程中，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.或者只生产头抱霉素呢？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。啤酒生产的简要流程如图所示，制麦时用赤霉素溶液浸泡大麦种子，糖化主要将麦芽中的淀粉等有机物水解为小分子。下列说法错误的是A.在整个发酵过程中，要始终保持严

格的无菌、厌氧环境B.用赤霉素溶液浸泡大麦种子，目的

是促进α-淀粉酶合成C.在接种酵母菌前进行冷却处理，是为了避免杀