第38讲传统发酵技术和发酵工程的应用（讲义）（教师版）

第38讲传统发酵技术和发酵工程的应用1.概述发酵工程及其基本环节；举例说明发酵工程在生产上有重要的应用价值。2.理解发酵工程的过程并能够与实际相结合，发展学生的工程思维，提高系统分析能力。3.学习发酵工程的环节与实例，感叹生物的神奇，科技的进步考点要求考题统计考情分析传统发酵技术的应用2023，山东（2道）、浙江、江苏，选择2022，湖北、湖南，选择本专题知识难度较高、基础性强。考查学生对发酵的整体性的认识,或结合一些情景信息或表格信息设置题目，考查学生的应变能力、获取信息和综合分析能力。发酵工程及其应用2023，辽宁，选择2022，辽宁、湖北、山东（2道），选择2022，河北、北京、广东、全国1，2，填空考点一传统发酵技术的应用1.发酵与传统发酵技术（1）发酵的概念发酵是人们利用微生物，在适宜的条件下，将原料通过微生物代谢转化为人类所需要的产物的过程。（2）传统发酵技术答案：固体半固体有氧或无氧2.传统发酵食品的制作（1）腐乳制作①原理：蛋白质在蛋白酶作用下分解为小分子的肽和氨基酸。脂肪在脂肪酶作用下分解为甘油和脂肪酸。②腐乳制作过程中参与的微生物：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。（2）泡菜的制作①乳酸菌发酵制作泡菜的原理：_______________________________。②制作泡菜的方法步骤③关键操作④泡菜腌制中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的变化A.在泡菜制作过程中营造“无氧环境”的3项措施是什么？答案：a.选择的泡菜坛要密封性好。b.加入蔬菜后要注入煮沸冷却的盐水，使盐水没过全部菜料。c.盖上坛盖后要在坛盖边沿的水槽中注满清水。②为什么泡菜坛只能装八成满？答案在泡菜发酵初期，由蔬菜表面带入的大肠杆菌、酵母菌等较为活跃，它们可进行发酵，发酵产物中有较多的CO2，如果泡菜坛装得太满，发酵液可能会溢出坛外。另外，泡菜坛装得太满，会使盐水不太容易完全淹没菜料，从而导致坛内菜料变质腐烂。泡菜坛留有一定的空间，也更方便拿取泡菜。③盐水要煮沸后冷却使用的目的是什么？答案煮沸的目的是除去水中的氧气，杀灭盐水中的其他杂菌。冷却的目的是保证乳酸菌等微生物的生命活动不受影响。④用盐过多时，制作的泡菜会“咸而不酸”，原因是什么？答案盐过多，抑制了乳酸菌发酵。果酒与果醋制作①果酒与果醋制作原理与发酵条件②比较果酒与果醋制作的过程【易混点】果酒发酵制作的3个易错点【教材拾遗】教材隐性知识：源于选择性必修3P8“练习与应用·拓展应用3”：果酒和果醋改进装置及其分析装置的使用：使用该装置制作果酒时，应该关闭充气口；制作果醋时，应将充气口连接充气泵，输入空气。教材隐性知识：源于选择性必修3P8“练习与应用·拓展应用3”：果酒和果醋改进装置及其分析①制作葡萄酒时，为什么要将温度控制在18～30℃？制作葡萄醋时，为什么要将温度控制在30～35℃？答案温度是影响酵母菌和醋酸菌生长和发酵的重要因素。酿酒酵母的最适生长温度约为28℃。因此需要将温度控制在其最适温度范围内。而醋酸菌是嗜温菌，最适生长温度为30～35℃，因此要将温度控制在30～35℃。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？答案制作果酒的过程中，除酵母菌之外，还会有其他杂菌生长，它们会在酒精发酵中污染发酵液，而避免发酵液污染需要从发酵制作的过程全面考虑。例如，榨汁机、发酵瓶要清洗干净，装入葡萄汁后，封闭充气口；每次排气时只需拧松瓶盖，不要完全揭开瓶盖等。③在家庭制作葡萄酒的过程中，不需要严格的消毒过程也能完成发酵，原因是什么？答案在缺氧、呈酸性的发酵液中，酵母菌可以生长繁殖，而绝大多数其他微生物都因无法适应这一环境而受到抑制。④醋酸菌醋酸发酵时，无论是利用糖源还是酒精，都需要打开通气阀，请说明其原因。答案醋酸菌是一种好氧细菌，在发酵过程中始终需要氧气，如果氧气中断则会引起醋酸菌的死亡。(2023届汕头月考)如图甲是先进行酒精发酵再进行醋酸发酵的实验装置,在消毒后的锥形瓶中装入新鲜的葡萄汁后封闭通气口,进行自然发酵。图乙是发酵过程中发酵液pH变化曲线图,下列有关叙述不正确的是()A.与初期的酒精发酵相比,后期的醋酸发酵时溶液中的气泡会明显增多B.发酵中期的发酵液,能使重铬酸钾在酸性条件下变为灰绿色,说明有酒精产生C.发酵后期接种醋酸杆菌后,发酵温度需要适当升高并适当通气D.图乙中能正确表示发酵过程中发酵液pH变化的曲线是②答案:A解析:醋酸发酵不产生气体,而酒精发酵产生二氧化碳,故与初期的酒精发酵相比,后期的醋酸发酵时溶液中的气泡会明显减少,A项错误。考点二发酵工程及其应用1．发酵工程(1)概念:利用微生物的特定功能,通过现代工程技术,规模化生产对人类有用的产品。

(2)对发酵工程概念的理解2.发酵工程基本环节分析3.啤酒的工业化生产流程(1)啤酒发酵的工业化生产流程及操作目的(2)“精酿”啤酒与“工业”啤酒的区别4.发酵工程的特点5.发酵工程的应用【教材拾遗】源于选择性必修3P27“异想天开”：单细胞蛋白是以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵获得的大量的微生物菌体。其不仅含有丰富的蛋白质，还含有糖类、脂质和维生素等物质。①青霉素发酵是高耗氧过程，如何能够在发酵过程中给微生物持续高效地供氧呢？(提示：血红蛋白具有携带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。②在青霉素发酵过程中，总有头孢霉素产生。人们通过对青霉素生产菌代谢途径的研究发现，在青霉素与头孢霉素的合成过程中，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，或者只生产头孢霉素呢？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。③引起全球新冠肺炎大流行的元凶是新冠病毒，利用发酵工程相关知识，如何大量生产新冠病毒疫苗？答案可将新冠病毒的抗原基因转入某种微生物体内，再通过发酵工程大量生产新冠病毒疫苗。【归纳总结】有关发酵工程的5点注意2.我国是世界啤酒生产和消费大国。啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的,下图是“精酿”啤酒生产流程示意图。下列说法错误的是()答案DA.大麦发芽释放的淀粉酶可参与糖化过程B.碾磨有利于淀粉酶与淀粉充分接触,提升反应速率C.蒸煮过程可以终止淀粉酶的进一步作用,并对糖浆灭菌D.当发酵液中的糖分消耗完全后,酵母菌的发酵才会终止答案D解析在缺氧、酸性的发酵液中,酵母菌可以生长繁殖,但随着无氧呼吸过程中酒精含量的增多,酵母菌的生长受到抑制,因此酵母菌发酵过程可能在糖分消耗完全之前已终止,D项错误。1．（2022·山东·高考真题）青霉菌处在葡萄糖浓度不足的环境中时，会通过分泌青霉素杀死细菌，以保证自身生存所需的能量供应。目前已实现青霉素的工业化生产，关于该生产过程，下列说法错误的是（

）A．发酵液中的碳源不宜使用葡萄糖B．可用深层通气液体发酵技术提高产量C．选育出的高产菌株经扩大培养后才可接种到发酵罐中D．青霉素具有杀菌作用，因此发酵罐不需严格灭菌【答案】D【分析】培养基一般都含有水、碳源、氮源和无机盐等四类营养物质。配制培养基时除了满足基本的营养条件外，还需满足微生物生长对特殊营养物质、pH、O2的要求。【详解】A、青霉菌处于葡萄糖浓度不足的环境中会通过分泌青霉素杀死细菌；提供相同含量的碳源，葡萄糖溶液单位体积中溶质微粒较多，会导致细胞失水，发酵液中的碳源不宜使用葡萄糖，乳糖是二糖，可被水解为半乳糖和葡萄糖，是青霉菌生长的最佳碳源，可以被青霉菌缓慢利用而维持青霉素分泌的有利条件，A正确；B、青霉菌的代谢类型为异养需氧型，可用深层通气液体发酵技术提高产量，B正确；C、选育出的高产青霉素菌株经扩大培养纯化后，才可接种到发酵罐中进行工业化生产，C正确；D、为了防止细菌、其他真菌等微生物的污染，获得纯净的青霉素，发酵罐仍需严格灭菌，D错误。故选D。2．（2022·湖北·统考高考真题）关于白酒、啤酒和果酒的生产，下列叙述错误的是（）A．在白酒、啤酒和果酒的发酵初期需要提供一定的氧气B．白酒、啤酒和果酒酿制的过程也是微生物生长繁殖的过程C．葡萄糖转化为乙醇所需的酶既存在于细胞质基质，也存在于线粒体D．生产白酒、啤酒和果酒的原材料不同，但发酵过程中起主要作用的都是酵母菌【答案】C【分析】果酒的制作离不开酵母菌，酵母菌是兼性厌氧型生物，在有氧条件下，酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖，在无氧条件下，酵母菌进行酒精发酵。【详解】A、在白酒、啤酒和果酒的发酵初期需要提供一定的氧气，让酵母菌大量繁殖，再进行酒精发酵，A正确；B、白酒、啤酒和果酒酿制的过程也是微生物生长繁殖的过程，如发酵初期酵母菌大量繁殖，B正确；CD、酒精发酵利用的菌种是酵母菌，葡萄糖转化为乙醇所需的酶存在于细胞质基质，不存在线粒体中，C错误，D正确。故选C。3．（2022·湖南·高考真题）“清明时节雨纷纷，路上行人欲断魂。借问酒家何处有，牧童遥指杏花村。”徜徉古诗意境，思考科学问题。下列观点错误的是（）A．纷纷细雨能为杏树开花提供必需的水分B．杏树开花体现了植物生长发育的季节周期性C．花开花落与细胞生长和细胞凋亡相关联D．“杏花村酒”的酿制，酵母菌只进行无氧呼吸【答案】D【分析】细胞凋亡是指由基因控制的细胞自动结束生命的过程，又称细胞编程性死亡，细胞凋亡有利于生物个体完成正常发育，维持内部环境的稳定，抵御外界各种因素的干扰。【详解】A、生命活动离不开水，纷纷细雨能为杏树开花提供必需的水分，A正确；B、高等植物的生长发育受到环境因素调节，杏树在特定季节开花，体现了植物生长发育的季节周期性，B正确；C、细胞开花过程中涉及细胞的体积增大和数目增多等过程，花落是由基因控制的细胞自动结束生命的过程，又称细胞编程性死亡，故花开花落与细胞生长和细胞凋亡相关联，C正确；D、“杏花村酒”的酿制过程中起主要作用的微生物是酵母菌，酵母菌在发酵过程中需要先在有氧条件下大量繁殖，再在无氧条件下进行发酵，D错误。故选D。4．（2023·山东·高考真题）以下是以泡菜坛为容器制作泡菜时的4个处理：①沸盐水冷却后再倒入坛中；②盐水需要浸没全部菜料；③盖好坛盖后，向坛盖边沿的水槽中注满水；④检测泡菜中亚硝酸盐的含量。下列说法正确的是（

）A．①主要是为了防止菜料表面的醋酸杆菌被杀死B．②的主要目的是用盐水杀死菜料表面的杂菌C．③是为了使气体只能从泡菜坛排出而不能进入D．④可检测到完整发酵过程中亚硝酸盐含量逐渐降低【答案】C【分析】泡菜的制作原理：泡菜的制作离不开乳酸菌。在无氧条件下，乳酸菌将葡萄糖分解成乳酸。（1）泡菜的制作流程是：选择原料、配置盐水、调味装坛、密封发酵。（2）选用火候好、无裂纹、无砂眼、坛沿深、盖子吻合好的泡菜坛。（3）原料加工：将新鲜蔬菜修整、洗涤、晾晒、切分成条状或片状。（4）配制盐水：按照比例配制盐水，并煮沸冷却。原因是为了杀灭杂菌，冷却之后使用是为了保证乳酸菌等微生物的生命活动不受影响。（5）泡菜的制作：将经过预处理的新鲜蔬菜混合均匀，装入泡菜坛内，装至半坛时，放入蒜瓣、生姜及其他香辛料，继续装至八成满，再徐徐注入配制好的盐水，使盐水没过全部菜料，盖好坛盖。在坛盖边沿的水槽中注满水，以保证坛内乳酸菌发酵所需的无氧环境。在发酵过程中要注意经常补充水槽中的水。【详解】A、盐水煮沸是为了杀灭杂菌，冷却之后使用是为了保证乳酸菌等微生物的生命活动不受影响，A错误；B、②盐水需要浸没全部菜料，造成无氧环境，有利于乳酸菌无氧呼吸，B错误；C、③盖好坛盖后，向坛盖边沿的水槽中注满水，是排气减压、隔绝空气、防止杂菌污染等，C正确；D、④检测泡菜中亚硝酸盐的含量，腌制泡菜过程中亚硝酸盐的含量先增多后减少，D错误。故选C。5．（2023·辽宁·统考高考真题）利用某种微生物发酵生产DHA油脂，可获取DHA（一种不饱和脂肪酸）。下图为发酵过程中物质含量变化曲线。下列叙述错误的是（

）A．DHA油脂的产量与生物量呈正相关B．温度和溶解氧的变化能影响DHA油脂的产量C．葡萄糖代谢可为DHA油脂的合成提供能量D．12～60h，DHA油脂的合成对氮源的需求比碳源高【答案】D【分析】1、发酵罐内的发酵是发酵工程的中心环节，在发酵过程中，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，还要及时添加必需的营养组分，要严格控制温度、PH和溶解氧等发酵条件。2、题图分析：横坐标为发酵时间，纵坐标为发酵过程各种相关物质的含量及生物量。从图可知，随着发酵的进行，葡萄糖逐渐减少，发酵到96h左右减少至0；蛋白胨在0~12h间快速减少，然后缓慢减少，发酵到96小时左右减少至0；生物量和DHA油脂的产量随着发酵进程逐渐上升。【详解】A、由图可知，DHA油脂的产量随着发酵进程逐渐增加，生物量也随着发酵进程逐渐增加，它们的变化呈正相关，A正确；B、由图可知，生物量与DHA油脂的产量呈正相关，温度和溶解氧影响微生物的生长繁殖，进而影响DHA油脂的产量，B正确；C、发酵液中葡萄糖被微生物吸收用于呼吸作用产生能量，供其合成DHA油脂，C正确；D、DHA油脂是一种不饱和脂肪酸，含C、H、O不含N，所以在12～60h，DHA油脂的合成对碳源的需求高，不需要氮源，D错误。故选D。6．（2022·湖北·统考高考真题）废水、废料经加工可变废为宝。某工厂利用果糖生产废水和沼气池废料生产蛋白质的技术路线如图所示。下列叙述正确的是（）A．该生产过程中，一定有气体生成B．微生物生长所需碳源主要来源于沼气池废料C．该生产工艺利用微生物厌氧发酵技术生产蛋白质D．沼气池废料和果糖生产废水在加入反应器之前需要灭菌处理【答案】A【分析】培养基的主要成分有水、无机盐、碳源与氮源，统计微生物的方法有稀释涂布平板法和显微镜直接计数法。【详解】A、据图可知，该生产过程中有酿酒酵母的参与，酵母菌呼吸作用会产生二氧化碳，故该生产过程中，一定有气体生成，A正确；B、糖类是主要的能源物质，微生物生长所需的碳源主要来源于果糖生产废水，B错误；C、分析图示可知，该技术中有连续搅拌反应器的过程，该操作的可以增加微生物与营养物质的接触面积，此外也可增大溶解氧含量，故据此推测该生产工艺利用微生物的有氧发酵技术生产蛋白质，C错误；D、沼气生产利用的是厌氧微生物，在连续搅拌反应器中厌氧微生物会被抑制，因此沼气池废料无需灭菌，D错误。故选A。7．（2023·江苏·统考高考真题）某醋厂和啤酒厂的工艺流程如图所示。酒曲含有霉菌、酵母菌、乳酸菌；醋醅含有醋酸菌；糖化即淀粉水解过程。下列相关叙述正确的有（）A．糯米“蒸熟”与大米“蒸煮”的目的是利于糖化和灭菌B．发酵原理是利用真菌的