新教材适用2024版高考生物二轮总复习第1部分核心考点突破专题9生物技术与工程第1讲发酵工程核心考点一传统发酵技术的应用和发酵工程教师用书

第一讲发酵工程7.1获得纯净的微生物培养物是发酵工程的基础7.1.1阐明在发酵工程中灭菌是获得纯净的微生物培养物的前提7.1.2阐明无菌技术是在操作过程中，保持无菌物品与无菌区域不被微生物污染的技术7.1.3举例说明通过调整培养基的配方可有目的地培养某种微生物7.1.4概述平板划线法和稀释涂布平板法是实验室中进行微生物分离和纯化的常用方法7.1.5概述稀释涂布平板法和显微镜计数法是测定微生物数量的常用方法7.2发酵工程为人类提供多样的生物产品7.2.1举例说明日常生活中的某些食品是运用传统发酵技术生产的7.2.2阐明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7.2.3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1．果酒、果醋和泡菜制作过程中，发酵后形成的溶液都呈酸性。(√)2．制作泡菜前用开水烫洗容器能达到灭菌的目的。(×)3．果醋发酵时，发酵液产生的气泡量明显少于果酒发酵时。(√)4．啤酒的工业化生产中，大麦经过了多道工序，期中焙烤是为了利用高温杀死大麦种子胚并进行灭菌。(×)5．米酒制作过程中，将容器密封可以促进酵母菌生长。(×)6．利用尿素固体培养基可迅速杀死其他微生物，保留利用尿素的微生物。(×)7．在果酒发酵后期拧松瓶盖的间隔时间可延长。(√)8．酵母菌中只存在一种与蛋白质合成有关的细胞器——核糖体。(×)9．在制作泡菜过程中，整个发酵过程中亚硝酸盐含量不断增加故泡菜要尽早食用。(×)10．为了防止污染，接种环经火焰灭菌后应趁热快速挑取菌落。(×)11．在微生物接种的实验中，用95%酒精对实验者的双手和超净工作台进行消毒。(×)12．倒平板就是等待培养基冷却凝固后，将培养皿倒过来放置。(×)13．分解尿素的细菌在分解尿素时，可以将尿素转化为氨，使得培养基的pH降低。(×)14．传统发酵技术都是直接利用的天然原料中的微生物。(×)15．发酵工程的菌种，可从自然界中筛选，也可通过基因工程育种或单倍体育种获得。(×)16．发酵工程中所用的都是单一菌种，一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。(×)17．单细胞蛋白是从微生物细胞中提取出来的一类蛋白质。(×)18．单细胞蛋白作为食品添加剂，能使家禽家畜增重快、产奶(蛋)高。(×)19．柠檬酸是一种广泛应用的食品酸度调节剂，可以通过黄曲霉发酵制得。(×)20．发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身。(√)1．制作泡菜时，盐水须煮沸后冷却再使用，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微生物。2．平板划线法划线过程中，不能将最后一次的划线与第一次的划线相连的原因是平板划线法通过依次在上一次划线末端再次划线达到稀释菌种，获得单菌落的目的，若将最后一次的划线与第一次的划线相连则无法达到这一目的。3．制作果酒时，若酵母菌的数量充足且温度适宜，但获得的发酵液中酒精浓度较低，则出现该结果的原因可能是培养过程中发酵瓶密封性不好，混入了氧气。4．分离分解尿素的细菌的选择培养基配方中，为微生物的生长提供碳源和氮源的分别是葡萄糖、尿素。只有能分解尿素的微生物才能在该培养基上生长的原因是分解尿素的微生物能合成脲酶，而脲酶可催化尿素分解产生NH3，从而为微生物生长提供氮源。5．选择发酵工程用的菌种时，需要考虑的因素有在低成本的培养基上能迅速生长繁殖；所需代谢物的产量高；发酵条件易控制；菌种不易变异、退化等。在进行发酵生产时，排出的气体和废弃培养液等不能直接排放到外界环境中的原因是有些气体和废弃培养液对人和生物有害或会对环境造成污染。6．使啤酒的产量和质量明显提高的工程手段有菌种的选育、对原材料的处理、发酵过程的控制、产品的消毒等等。啤酒生产过程中后发酵要在低温、密闭的环境下存储一段时间，这样才能形成澄清、成熟的啤酒。7．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。8．土壤中的某些微生物可以利用空气中的氮气作为氮源。若要设计实验进一步确定甲、乙菌能否利用空气中的氮气作为氮源，请简要写出实验思路、预期结果和结论：将甲、乙菌分别接种在无氮源培养基上，若细菌能生长，则说明该细菌能利用空气中的氮气作为氮源。核心考点一传统发酵技术的应用和发酵工程1.归纳微生物在传统发酵技术中的应用果酒制作果醋制作泡菜制作作用菌类酵母菌(兼性厌氧型)醋酸菌(需氧型)乳酸菌(厌氧型)温度18～30℃30～35℃原理酵母菌在无氧条件下将葡萄糖转化成酒精氧气、糖源充足时，醋酸菌将糖分解为醋酸；缺少糖源时，醋酸菌将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为醋酸乳酸菌在无氧条件下将葡萄糖转化为乳酸实验流程挑选葡萄↓冲洗↓榨汁↓酒精发酵→果酒↓醋酸发酵→果醋操作注意事项a.材料选择与处理b．防止发酵液被污染，控制好发酵条件a.泡菜坛的选择b．腌制条件(无氧)c．控制温度、食盐用量及发酵时间共同点利用的都是天然存在的菌种，利用了微生物新陈代谢过程中代谢产物的作用或直接获取代谢产物2.发酵工程的基本环节真题感悟常考题型一传统发酵技术典例1(2023·浙江6月卷)阅读下列材料，完成下面小题。小曲白酒清香纯正，以大米、大麦、小麦等为原料，以小曲为发酵剂酿造而成。小曲中所含的微生物主要有好氧型微生物霉菌、兼性厌氧型微生物酵母菌，还有乳酸菌、醋酸菌等细菌。酿酒的原理主要是酵母菌在无氧条件下利用葡萄糖发酵产生酒精。传统酿造工艺流程如图所示。(1)小曲白酒的酿造过程中，酵母菌进行了有氧呼吸和无氧呼吸。关于酵母菌的呼吸作用，下列叙述正确的是(A)A．有氧呼吸产生的[H]与O2结合，无氧呼吸产生的[H]不与O2结合B．有氧呼吸在线粒体中进行，无氧呼吸在细胞质基质中进行C．有氧呼吸有热能的释放，无氧呼吸没有热能的释放D．有氧呼吸需要酶催化，无氧呼吸不需要酶催化(2)关于小曲白酒的酿造过程，下列叙述错误的是(D)A．糖化主要是利用霉菌将淀粉水解为葡萄糖B．发酵液样品的蒸馏产物有无酒精，可用酸性重铬酸钾溶液检测C．若酿造过程中酒变酸，则发酵坛密封不严D．蒸熟并摊晾的原料加入糟醅，立即密封可高效进行酒精发酵【解析】(1)有氧呼吸产生的[H]在第三阶段与O2结合生成水，无氧呼吸产生的[H]不与O2结合，A正确；有氧呼吸的第一阶段在细胞质基质中进行，第二和第三阶段分别在线粒体基质和线粒体内膜中进行，无氧呼吸的两个阶段都在细胞质基质中进行，B错误；酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸过程中释放的能量均大多以热能形式散失，但无氧呼吸是不彻底的氧化分解过程，大部分能量存留在酒精，C错误；有氧呼吸和无氧呼吸过程都需要酶的催化，只是酶的种类不同，D错误。故选A。(2)由于酿酒酵母不能直接利用淀粉发酵产生酒精(乙醇)，故糖化过程主要是利用霉菌分泌的淀粉酶将淀粉分解为葡萄糖，以供发酵利用，A正确；发酵液样品的蒸馏产物有无酒精，可用酸性重铬酸钾溶液检测，若存在酒精，则酒精与酸性的重铬酸钾反应呈灰绿色，B正确；酿造过程中应在无氧条件下进行，若密封不严，会导致醋酸菌在有氧条件下发酵产生醋酸而使酒变酸，C正确；蒸熟并摊晾的原料需要冷却后才可加入糟醅，以免杀死菌种，且需要在有氧条件下培养一段时间，让酵母菌大量繁殖，此后再密封进行酒精发酵，D错误。故选D。典例2(2023·山东卷)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(C)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【解析】①沸盐水冷却后再倒入坛中，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；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；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；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。典例3(2022·湖北卷)关于白酒、啤酒和果酒的生产，下列叙述错误的是(C)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【解析】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；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；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。典例4(2022·江苏卷改编)在制作发酵食品的学生实践中，控制发酵条件至关重要。下列相关叙述正确的是(B)A．泡菜发酵后期，尽管乳酸菌占优势，但仍有产气菌繁殖，需开盖放气B．制作果酒的葡萄汁不宜超过发酵瓶体积的2/3，制作泡菜的盐水要淹没全部菜料C．葡萄果皮上有酵母菌和醋酸菌，制作好葡萄酒后，可直接通入无菌空气制作葡萄醋D．果酒与果醋发酵时温度宜控制在18～30℃，泡菜发酵时温度宜控制在30～35℃【解析】乳酸菌属于厌氧菌，开盖放气会影响乳酸菌发酵，因此不能开盖放气，A错误；制作果酒的葡萄汁不宜超过发酵瓶体积的2/3，是为了发酵初期让酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖，同时为了防止发酵过程中发酵液溢出，制作泡菜的盐水要淹没全部菜料，以保证乳酸菌进行无氧呼吸，B正确；醋酸菌为需氧菌，且发酵温度高于果酒的发酵温度，因此制作好葡萄酒后，除通入无菌空气，还需要适当提高发酵装置的温度，C错误；果酒发酵时温度宜控制在18～30℃，果醋发酵时温度宜控制在30～35℃，泡菜的制作温度低于30～35℃，D错误。故选B。归纳提升：理清3种传统发酵食品的制作技术常考题型二发酵工程典例5(2023·山东卷)果酒的家庭制作与啤酒的工业化生产相比，共同点有(A)A．都利用了酵母菌无氧呼吸产生酒精的原理B．都要一直保持无氧的环境C．发酵前都需要对原料进行灭菌D．发酵结束后都必须进行消毒以延长保存期【解析】二者均利用了酵母菌进行无氧呼吸产生酒精的原理，A正确；发酵前期，均需要一定的有氧环境，使酵母菌大量繁殖，B错误；果酒的家庭制作不需对原料进行灭菌，C错误；果酒的家庭制作不需要进行消毒，D错误。故选A。典例6(2022·湖北卷)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)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【解析】据图可知，该生产过程中有酿酒酵母的参与，酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸均会产生二氧化碳，故该生产过程中，一定有气体生成，A正确；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；分析图示可知，该技术中有连续搅拌反应器的过程，该操作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；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。典例7(2022·山东卷)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(D)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【解析】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；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；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；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。典例8(2023·全国乙卷部分)某研究小组设计了一个利用作物秸秆生产燃料乙醇的小型实验。其主要步骤是：先将粉碎的作物秸秆堆放在底部有小孔的托盘中，喷水浸润、接种菌T，培养一段时间后，再用清水淋洗秸秆堆(清水淋洗时菌T不会流失)，在装有淋洗液的瓶中接种酵母菌，进行乙醇发酵(酒精发酵)。实验流程如图所示。回答下列问题。(1)在粉碎的秸秆中接种菌T，培养一段时间后发现菌T能够将秸秆中的纤维素大量分解，其原因是菌T能够分泌纤维素酶。(2)采用液体培养基培养酵母菌，可以用淋洗液为原料制备培养基，培养基中还需要加入氮源等营养成分，氮源的主要作用是为合成微生物细胞结构提供原料(微生物细胞中的含氮物质，如核酸、蛋白质、磷脂)(答出1点即可)。(3)将酵母菌接种到灭菌后的培养基中，拧紧瓶盖，置于适宜温度下培养、发酵。拧紧瓶盖的主要目的是制造无氧环境。但是在酵母菌发酵过程中，还需适时拧松瓶盖，原因是排出二氧化碳。发酵液中的乙醇可用酸性的重铬酸钾溶液检测。(4)本实验收集的淋洗液中的葡萄糖可以作为酵母菌生产乙醇的原料。与以粮食为原料发酵生产乙醇相比，本实验中乙醇生产方式的优点是节约粮食、废物利用、清洁环保、不污染环境、生产成本低、原料来源广。【解析】(1)菌T能够分泌纤维素酶，纤维素酶能将纤维素最终分解为葡萄糖，因此在粉碎的秸秆中接种菌T，培养一段时间后发现菌T能够将秸秆中的纤维素大