高中生物第32講　傳統(tǒng)發(fā)酵技術的應用與發(fā)酵工程

第32講傳統(tǒng)發(fā)酵技術的應用與發(fā)酵工程內容比較——知考向核心素養(yǎng)——提考能內容要求1.舉例說明日常生活中的某些食品是運用傳統(tǒng)發(fā)酵技術生產的2.闡明利用微生物進行發(fā)酵來生產特定的產物3.舉例說明發(fā)酵工程在醫(yī)藥、食品及其他工農業(yè)生產上的應用4.活動：利用乳酸菌發(fā)酵制作酸奶或泡菜5.活動：利用酵母菌、醋酸菌分別制作果酒和果醋生命觀念發(fā)酵菌種的結構與功能的關系；舉例說出發(fā)酵工程相關技術的基本原理科學思維比較果酒、果醋和泡菜的制作原理和過程科學探究設計實驗探究發(fā)酵的條件社會責任關注食品安全，倡導健康的生活方式與舊教材對比增：①科技探索之路；②發(fā)酵工程的發(fā)展歷程；③發(fā)酵工程及其應用。改：①腐乳制作內容精減；②亞硝酸鹽含量的鑒定放入課后習題?？键c一傳統(tǒng)發(fā)酵技術的應用1.發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(1)發(fā)酵的概念：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(tǒng)發(fā)酵技術(3)腐乳制作①原理：蛋白質eq\o(→,\s\up7(蛋白酶),\s\do5())小分子的肽和氨基酸。脂肪eq\o(→,\s\up7(脂肪酶),\s\do5())甘油和脂肪酸。②腐乳制作過程中參與的微生物毛霉是一種絲狀真菌，其繁殖方式為孢子生殖，代謝類型是異養(yǎng)需氧型。2．嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品——泡菜(1)菌種來源：附著在蔬菜上的乳酸菌。(2)制作原理：在無氧條件下，乳酸菌將葡萄糖分解成乳酸。反應式：C6H12O6eq\o(→,\s\up7(酶),\s\do5())2C3H6O3＋能量。(3)泡菜制作的實驗設計及操作(4)泡菜制作過程中乳酸菌、乳酸和亞硝酸鹽含量的變化情況分析發(fā)酵時期乳酸菌乳酸亞硝酸鹽發(fā)酵初期少(有氧氣，乳酸菌的活動受到抑制)少增加(硝酸鹽還原菌的作用)發(fā)酵中期最多(乳酸抑制其他菌活動)積累增多，pH下降下降(硝酸鹽還原菌受抑制，部分亞硝酸鹽被分解)發(fā)酵后期減少(乳酸積累，pH下降，抑制其活動)繼續(xù)增多，pH繼續(xù)下降下降至相對穩(wěn)定(硝酸鹽還原菌被完全抑制)曲線模型提醒營造“無氧環(huán)境”的3項措施①選擇的泡菜壇要密封性好。②加入蔬菜后要注入煮沸冷卻的鹽水，使鹽水沒過全部菜料。③蓋上壇蓋后要在壇蓋邊沿的水槽中注滿清水。3．嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品——果酒和果醋(1)果酒制作與果醋制作的比較項目果酒制作果醋制作發(fā)酵菌種酵母菌醋酸菌菌種來源新鮮水果果皮表面附著的大量不同種類的酵母菌空氣中的野生型醋酸菌或購買醋酸菌的菌種或從食醋中分離醋酸菌發(fā)酵原理①在有氧條件下：C6H12O6＋6O2eq\o(→,\s\up7(酶),\s\do5())6CO2＋6H2O＋能量②在無氧條件下：C6H12O6eq\o(→,\s\up7(酶),\s\do5())2C2H5OH＋2CO2＋能量①氧氣、糖源都充足時：C6H12O6＋2O2eq\o(→,\s\up7(酶),\s\do5())2CH3COOH＋2CO2＋2H2O＋能量②缺少糖源時：C2H5OH＋O2eq\o(→,\s\up7(酶),\s\do5())CH3COOH＋H2O＋能量發(fā)酵條件溫度一般控制在18～30℃30～35℃時間10～12d7～8d氧氣初期需氧，后期不需氧始終需要氧pH最適pH為4.5～5.0最適pH為5.4～6.0(2)果酒和果醋制作的流程分析裝置(下圖)每隔12h擰松瓶蓋一次，果酒發(fā)酵結束，打開瓶蓋，蓋上一層紗布，進行果醋發(fā)酵。(3)流程分析(4)果酒和果醋發(fā)酵改進裝置及其分析提醒(1)果酒、果醋制作時防止雜菌污染的措施①榨汁機要洗凈并晾干，發(fā)酵瓶要清洗干凈并用體積分數(shù)為70%的酒精消毒。②清洗葡萄時要先沖洗后再除去枝梗，以避免除去枝梗時引起葡萄破損，增加被雜菌污染的機會。③裝入葡萄汁后要封閉發(fā)酵裝置的充氣口。④發(fā)酵瓶的排氣管用曲頸管而不用直管。若用簡易的發(fā)酵裝置，每隔一定時間排氣時只需擰松瓶蓋，不要完全揭開瓶蓋。(2)果酒、果醋制作結果的評價標準①果酒制作的結果評價發(fā)酵后取樣，可通過嗅味和品嘗進行初步鑒定。此外，還可用顯微鏡觀察酵母菌，也可用酸性重鉻酸鉀與酒精反應呈現(xiàn)灰綠色來檢驗酒精的存在。制作成功的葡萄酒應色澤鮮艷、爽口、柔和、有濃郁的果香。②果醋制作的結果評價可通過觀察菌膜的形成、嗅味和品嘗進行初步鑒定，再通過檢測和比較醋酸發(fā)酵前后發(fā)酵液的pH(可用pH試紙)進一步鑒定。此外，還可通過在顯微鏡下觀察發(fā)酵液中是否有醋酸菌，并統(tǒng)計其數(shù)量進一步鑒定。制作成功的果醋具有特殊的果香，酸味柔和，稍有甜味，不澀。(1)醋酸菌在無氧條件下利用乙醇產生醋酸()(2)酵母菌是嗜溫菌，所以果酒發(fā)酵所需的最適溫度高于果醋發(fā)酵溫度()(3)在果酒發(fā)酵后期擰開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(fā)酵裝置適時排氣()(5)泡菜制作的菌種主要是醋酸菌()(6)制作泡菜時，鹽水煮沸后可以立即使用()(7)泡菜壇的選擇、發(fā)酵過程中壇沿要注滿水都有利于泡菜的無氧發(fā)酵()提示(1)×(2)×(3)√(4)√(5)×(6)×(7)√1.為什么泡菜壇只能裝八成滿？選擇性必修3P6“探究·實踐”提示菜料裝至八成滿時，要注入鹽水，使鹽水沒過菜料，防止菜料變質腐爛；如果菜料裝的太滿，鹽水就會太少，鹽水濃度不夠，不利于發(fā)酵催熟，還容易起白花等。2.制作葡萄酒時，為什么要將溫度控制在18～30℃？制作葡萄醋時，為什么要將溫度控制在30～35℃？選擇性必修3P7“探究·實踐”提示溫度是影響酵母菌生長和發(fā)酵的重要因素。釀酒酵母的最適生長溫度為28℃。因此需要將溫度控制在其最適溫度范圍內。而醋酸菌是嗜溫菌，最適生長溫度為30～35℃，因此要將溫度控制在30～35℃。3.在制作果酒的過程中，除了酵母菌，是否還有其他微生物生長？它們會對果酒發(fā)酵產生影響嗎？如果有，如何避免這種影響？選擇性必修3P7“探究·實踐”提示制作果酒的過程中，除酵母菌之外，還會有其他雜菌生長，它們會在酒精發(fā)酵中污染發(fā)酵液，而避免發(fā)酵液污染需要從發(fā)酵制作的過程全面考慮。例如，榨汁機、發(fā)酵瓶要清洗干凈，裝入葡萄汁后，封閉充氣口；每次排氣時只需擰松瓶蓋，不要完全揭開瓶蓋等。4.乳酸菌是厭氧菌，發(fā)酵時需控制嚴格的無氧環(huán)境。嘗試說出泡菜制作過程中制造無氧環(huán)境的措施。選擇性必修3P6“探究·實踐”提示①選擇氣密性好的泡菜壇。②鹽水煮沸后冷卻待用。③裝壇時壓實，鹽水沒過全部菜料。④蓋上壇蓋后要在壇蓋邊沿的水槽中注滿清水；發(fā)酵期間不宜開蓋，并注意在發(fā)酵過程中經常向水槽中補水。考向傳統(tǒng)發(fā)酵技術的應用1.(2020·北京等級?？?，15)發(fā)酵食品是中國傳統(tǒng)食品中一個重要的類別，承載了中華民族悠久的歷史和豐富的文化內涵。請結合所學發(fā)酵知識和生活經驗，指出下列未經發(fā)酵的商品是()A.泡菜 B.食醋C.豆腐 D.酸奶答案C解析泡菜的制作需要經過乳酸菌發(fā)酵，A不符合題意；食醋的制作需要經過醋酸發(fā)酵，B不符合題意；豆腐的制作不需要經過發(fā)酵，C符合題意；酸奶是通過乳酸菌發(fā)酵制成的，D不符合題意。2.(2020·江蘇卷，18)某同學在線提交了在家用帶蓋玻璃瓶制作果酒和果醋的實驗報告，他的做法錯誤的是()A.選擇新鮮的葡萄略加沖洗，除去枝梗后榨汁B.將玻璃瓶用酒精消毒后，裝滿葡萄汁C.酒精發(fā)酵期間，根據(jù)發(fā)酵進程適時擰松瓶蓋放氣D.酒精發(fā)酵后去除瓶蓋，蓋一層紗布，再進行醋酸發(fā)酵答案B解析制作葡萄酒時，選擇新鮮的葡萄，榨汁前先將葡萄略加沖洗，并除去枝梗，A正確；發(fā)酵瓶要清洗干凈，用體積分數(shù)為70%的酒精消毒，或用洗潔精洗滌，葡萄汁裝入發(fā)酵瓶時，要留有大約1/3的空間，不能裝滿，這樣既可以為酵母菌大量繁殖提供適量的氧氣，又可以防止發(fā)酵旺盛時發(fā)酵液溢出，B錯誤；酒精發(fā)酵過程中會產生二氧化碳，為了釋放出二氧化碳，要根據(jù)發(fā)酵進程適時擰松瓶蓋放氣，C正確；由于醋酸發(fā)酵使用的菌種為醋酸菌，醋酸菌為好氧細菌，為了給醋酸發(fā)酵提供充足的氧氣，并防止空氣中的雜菌污染，酒精發(fā)酵后去除瓶蓋，蓋一層紗布，再進行醋酸發(fā)酵，D正確。3.(2021·重慶調研抽測)將水果制成果酒和果醋是為果農打開銷路的重要措施，圖1是果酒和果醋的制作流程，圖2是其發(fā)酵裝置。(1)在制作果酒和果醋時，為防止發(fā)酵液被污染，需將榨汁機和發(fā)酵瓶清洗干凈，發(fā)酵瓶還需處理，或者用洗潔精洗滌。(2)在制作果醋的過程中，要將溫度嚴格控制在℃，并注意適時通過充氣口充氣，充氣的目的是。圖2裝置中長而彎曲的膠管除能防止外界雜菌的進入外，還有的作用。(3)某生物興趣小組欲篩選高效生產果醋的醋酸菌，思路如下：實驗目的：篩選出高酒精耐受度、高酸性耐受度、高產量的醋酸菌。實驗原理：通過在培養(yǎng)基中加入不同物質，篩選出能滿足生產或實驗所需的工程菌。實驗步驟：①配制不同酒精濃度梯度和不同醋酸濃度梯度的培養(yǎng)基。滅菌后的培養(yǎng)基須冷卻到一定溫度再加入酒精，以免溫度過高引起_______________________________________________。②接種，可采用法進行接種，接種后置于適宜的條件下培養(yǎng)。③一段時間后，觀察菌落的生長情況，初步選取生長良好、產生較大菌落的細菌接種到果酒里進行實驗，培養(yǎng)一段時間，定期檢測，記錄相應的結果。④根據(jù)實驗的實際結果，篩選出可耐受高酒精度、高酸度，且醋酸產量高的醋酸菌。答案(1)(用體積分數(shù)為70%的酒精)消毒(2)30～35為醋酸菌發(fā)酵提供氧氣排出發(fā)酵過程中產生的氣體(3)①酒精燃燒②平板劃線法或稀釋涂布平板③果醋中醋酸的含量解析(1)對制作果酒和果醋的發(fā)酵瓶需要進行消毒處理。(2)制作果醋所利用的醋酸菌的最適生長溫度為30～35℃。醋酸菌是好氧菌，制作果醋時充氣的目的是為其提供充足的氧氣，圖2裝置中長而彎曲的膠管除了能夠防止雜菌進入發(fā)酵瓶外，還能排出發(fā)酵過程中產生的氣體。(3)①酒精是易燃物質，溫度太高可能會引起酒精燃燒。②微生物接種常用的方法有平板劃線法和稀釋涂布平板法。③醋酸菌能將酒精(乙醇)轉化為醋酸，在其培養(yǎng)過程中，應定期檢測醋酸的含量。4.(2021·山東煙臺調研)泡菜的制作容易受環(huán)境條件的影響，溫度過高、食鹽用量過低、腌制時間過短等，均會造成細菌大量繁殖，亞硝酸鹽含量增加。某研究小組以“測定泡菜腌制過程中亞硝酸鹽含量的變化”為課題開展了如下研究。請分析回答：①取3個泡菜壇，分別編號為A、B、C。②向3個泡菜壇內分別加入調味料和0.6kg洗凈的新鮮大白菜。③向3個泡菜壇內分別加入2L濃度依次為3%、5%、7%的食鹽水。④密封后置于相同的環(huán)境中發(fā)酵。⑤測定亞硝酸鹽的含量。在封壇前進行第一次測定，以后定期測定，并將測定的數(shù)據(jù)繪制成曲線圖如下圖所示。(1)制作泡菜的主要菌種是，其代謝類型是。(2)該實驗的自變量是。實驗中食鹽水需煮沸并冷卻后才可使用，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)圖中濃度為3%的食鹽水的測定結果，說明___________________________________________________________________________________________________________。(4)為了使實驗結果更準確，測定亞硝酸鹽含量時應________________________________________________________________________________________________________。答案(1)乳酸菌異養(yǎng)厭氧型(2)食鹽水的濃度煮沸是為了殺滅雜菌，冷卻之后使用是為了避免高溫殺死乳酸菌等發(fā)酵菌種(3)食鹽水濃度過低會導致亞硝酸鹽含量過高(4)多次測定后取平均值解析(1)制作泡菜時使用的主要菌種是乳酸菌，其代謝類型是異養(yǎng)厭氧型；在無氧條件下，乳酸菌能夠將蔬菜中的葡萄糖氧化為乳酸。(2)根據(jù)實驗過程可知，該實驗的自變量是食鹽水的濃度。實驗過程中，煮沸食鹽水是為了殺滅雜菌，冷卻之后使用是為了避免高溫殺死乳酸菌等發(fā)酵菌種。(3)圖中濃度為3%的食鹽水的測定結果說明食鹽水濃度過低會導致亞硝酸鹽含量過高。(4)為了使實驗結果更準確，測定亞硝酸鹽含量時應多次測定后取平均值?？键c二發(fā)酵工程及其應用1.發(fā)酵工程(1)概念：利用微生物的特定功能，通過現(xiàn)代工程技術，規(guī)模化生產對人類有用的產品。(2)對發(fā)酵工程概念的理解①微生物：包括來自自然界的微生物(即“常規(guī)菌”)和基因重組的微生物(即“工程菌”)。②產品：通過微生物的大量繁殖獲得所需產品。包括利用酵母菌發(fā)酵制造的啤酒、果酒，利用乳酸菌發(fā)酵制造的酸奶，及利用工程菌生產的人胰島素。③實質：利用微生物進行產品生產(如次生代謝物和菌體本身)。2.發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)分析提醒發(fā)酵工程操作中的幾個注意事項(1)發(fā)酵工程所用菌種分為已有的常規(guī)菌種和改造菌種。一般都是由保存于冷凍管或冰箱中的斜面菌種開始，正式使用前先轉接到新鮮斜面培養(yǎng)基上活化后，再用于擴大培養(yǎng)。(2)發(fā)酵過程監(jiān)控和發(fā)酵條件控制直接會影響產品的質量和產量。一方面要隨時檢測培養(yǎng)液中微生物數(shù)量、產物濃度以了解發(fā)酵進程；另一方面要及時添加必備的營養(yǎng)成分來延長菌體生長穩(wěn)定期的時間，以便得到更多的發(fā)酵產物；同時要嚴格控制溫度、pH、溶解氧等發(fā)酵條件，來保證產品的產量和質量。(3)發(fā)酵產品的分離、提純要根據(jù)產品類型選擇不同方法，若發(fā)酵產品是菌體本身，可采用過濾、沉淀等方法；若發(fā)酵產品是代謝物，需要根據(jù)代謝物的性質采用蒸餾、萃取、離子交換等方法。3.啤酒的工業(yè)化生產流程及發(fā)酵過程(1)啤酒發(fā)酵的工業(yè)化生產流程及操作目的(2)啤酒發(fā)酵的過程及內容(3)“精釀”啤酒與“工業(yè)”啤酒的區(qū)別1.微生物菌種資源豐富，選擇發(fā)酵工程用的菌種時需要考慮哪些因素？eq\x(選擇性必修3P23“思考·討論”)提示若生產的是微生物直接合成的產物，則可以從自然界中先分離出相應菌種，再用物理或化學方法誘變育種，從突變個體中篩選出符合生產要求的優(yōu)良菌種。若生產的是微生物不能合成的產品，則可用基因工程、細胞工程的方法對菌種的遺傳特性進行定向改造，以構建工程菌，從而達到生產相應產品的目的，同時還應注意溫度、pH、溶解氧等對菌種的影響。2.怎樣對發(fā)酵條件進行調控以滿足微生物的生長需要？eq\x(選擇性必修3P23“思考·討論”)提示發(fā)酵條件直接會影響微生物的生長和發(fā)酵產品的質量，發(fā)酵條件包括溫度、pH、溶解氧、通氣量等。溫度條件的調控可通過向冷卻夾層通入冷水來調控；pH條件的調控可在培養(yǎng)基中加入緩沖液，在發(fā)酵過程中加酸或堿；溶解氧的調控需根據(jù)微生物的代謝類型，若微生物是需氧型的，可通過空氣入口通入空氣，并調整攪拌葉輪轉速增加溶解氧。若微生物是厭氧型的，需封閉空氣入口，建立厭氧環(huán)境等。考向結合發(fā)酵工程及其應用，考查社會責任1.某高校采用如圖所示的發(fā)酵罐進行葡萄酒主發(fā)酵過程的研究，下列敘述錯誤的是()A.夏季生產果酒時，常需對罐體進行降溫處理B.乙醇為揮發(fā)性物質，故發(fā)酵過程中空氣的進氣量不宜太大C.正常發(fā)酵過程中罐內的壓力不會低于大氣壓D.可以通過監(jiān)測發(fā)酵過程中殘余糖的濃度來決定何時終止發(fā)酵答案B解析果酒發(fā)酵的適宜溫度為18～25℃，因此夏季生產果酒時，常需對罐體進行降溫處理，A正確；乙醇是酵母菌無氧呼吸的產物，因此分解過程中不需要通入空氣，B錯誤；無氧呼吸產生了二氧化碳，但是沒有消耗氧氣，因此發(fā)酵罐中的氣壓不會低于大氣壓，C正確；葡萄酒發(fā)酵的原料是糖類，因此可以通過監(jiān)測發(fā)酵過程中殘余糖的濃度來決定何時終止發(fā)酵，D正確。2.(2021·湖北宜昌一中期末)下列關于發(fā)酵工程的說法，錯誤的是()A.發(fā)酵工程產品主要是指微生物的代謝物、酶和菌體本身B.可以通過人工誘變選育新菌株C.培養(yǎng)基、發(fā)酵設備和菌種必須經過嚴格的滅菌D.環(huán)境條件的變化既影響菌種的生長繁殖又影響菌體代謝物的形成答案C解析發(fā)酵工程產品可以是微生物本身，也可以是其代謝物，A正確；可以從自然界中篩選優(yōu)良菌種，也可以通過人工誘變或基因工程選育新菌株，B正確；培養(yǎng)基、發(fā)酵設備必須經過嚴格的滅菌，但菌種不能滅菌，C錯誤；環(huán)境條件的變化既影響菌種的生長繁殖又影響菌體代謝物的形成，D正確。3.(2021·福建廈門外國語學校期中)下圖所示為發(fā)酵工程生產產品的流程圖，據(jù)圖回答：(1)若能生產人生長激素的工程菌是通過①培育的，①應該是；若高產青霉素菌種是通過②培育的，②應該是。(2)根據(jù)培養(yǎng)基的用途，可以將它們分為培養(yǎng)基和培養(yǎng)基。各種培養(yǎng)基的具體配方不同，但一般都含有等營養(yǎng)成分。培養(yǎng)基在使用之前要用進行滅菌。(3)整個過程的中心環(huán)節(jié)是，在該時期要隨時取樣檢測培養(yǎng)基中的等。同時，要嚴格控制等發(fā)酵條件，因為環(huán)境條件不僅會影響微生物的生長繁殖，而且會影響微生物的形成。(4)在發(fā)酵過程中要不斷攪拌的目的是①；②。(5)發(fā)酵產品分離、提純時要根據(jù)產品的類型不同選擇合適的方法。如果發(fā)酵產品是菌體本身，常常采用等方法分離、提純；如果發(fā)酵產品是微生物的代謝物，還要根據(jù)采取適當?shù)姆椒ǚ蛛x、提純。答案(1)基因工程誘變育種(2)選擇鑒別碳源、氮源、水、無機鹽高壓蒸汽滅菌法(3)發(fā)酵過程微生物數(shù)量、產物濃度溶氧量、pH和溫度代謝物(4)增加溶氧量使菌種與培養(yǎng)液充分接觸，提高原料的利用率(5)過濾、沉淀產物的性質4.(2021·浙江名校聯(lián)考)谷氨酸是生物體內一種重要的有機小分子，谷氨酸鈉是它的鈉鹽，是味精等調味品的主要成分。目前利用微生物發(fā)酵生產的氨基酸中，谷氨酸是產量最大的種類之一。(1)谷氨酸的R基為—CH2—CH2—COOH，其結構簡式為；如果在蛋白質合成過程中，攜帶谷氨酸的轉運RNA如圖1所示，可知谷氨酸的密碼子為。(2)(多選)我國微生物發(fā)酵工程生產谷氨酸常用的菌種有谷氨酸棒狀桿菌和黃色短桿菌，下列生物中與這些菌種在結構上存在明顯區(qū)別的是()A.噬菌體 B.人類免疫缺陷病毒(HIV)C.衣原體 D.肺炎鏈球菌E.酵母菌 F.硝化細菌(3)谷氨酸發(fā)酵的培養(yǎng)基成分，主要有葡萄糖、氨水、磷酸鹽、生物素等，發(fā)酵裝置如圖2所示?？梢耘袛喙劝彼岚魻顥U菌的新陳代謝類型是。某廠用谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵生產谷氨酸，結果代謝物中出現(xiàn)了大量的乳酸，從發(fā)酵條件看，其原因很可能是。(4)谷氨酸發(fā)酵生產過程中，需要添加氨水，它不僅是細菌生長所需的，而且還有調節(jié)培養(yǎng)液的作用，所以應該分次加入。答案(1)GAG(2)ABE(3)異養(yǎng)需氧型通氣量不足(4)氮源pH解析(1)將氨基酸的結構通式中的R基換成—CH2—CH2—COOH，可以寫出谷氨酸的結構簡式。如果在蛋白質合成過程中，攜帶谷氨酸的轉運RNA如題中圖1所示，即CUC是反密碼子，則信使RNA中的密碼子為GAG。(2)生產谷氨酸所用的谷氨酸棒狀桿菌和黃色短桿菌都是原核生物；題中所述生物中，噬菌體和人類免疫缺陷病毒(HIV)都是病毒，沒有細胞結構；酵母菌是真核細胞；衣原體、肺炎鏈球菌、硝化細菌都是原核生物。(3)培養(yǎng)基成分中含有葡萄糖，發(fā)酵裝置中需連續(xù)通入無菌空氣，所以谷氨酸棒狀桿菌的新陳代謝類型是異養(yǎng)需氧型；生產谷氨酸時，代謝物中出現(xiàn)了大量乳酸，應該是通氣量不足，導致微生物通過無氧呼吸產生了乳酸。(4)培養(yǎng)基中添加氨水既能為細菌生長提供所需氮源，又可以調節(jié)培養(yǎng)液的pH。重溫真題經典再現(xiàn)1.(2020·山東等級考，12)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(fā)，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(fā)”過程中酒曲中的微生物代謝加快B.“魚眼湯”現(xiàn)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答案C解析由題意可知，“浸曲發(fā)”是將酒曲浸泡活化，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。2.(2020·全國卷Ⅲ，37)[生物——選修1：生物技術實踐]水果可以用來加工制作果汁、果酒和果醋等。回答下列問題：(1)制作果汁時，可以使用果膠酶、纖維素酶等提高水果的出汁率和澄清度。果膠酶是分解果膠的一類酶的總稱，包括多聚半乳糖醛酸酶、(答出2種即可)。纖維素酶可以分解植物(填“細胞膜”或“細胞壁”)中的纖維素。(2)用果膠酶處理果泥時，為了提高出汁率，需要控制反應的溫度，原因是________________________________________________________________________。(3)現(xiàn)有甲乙丙三種不同來源的果膠酶，某同學擬在果泥用量、溫度、pH等所有條件都相同的前提下比較這三種酶的活性。通常，酶活性的高低可用________________________________________________________________________________________________________________________________________________來表示。(4)獲得的果汁(如蘋果汁)可以用來制作果酒或者果醋，制作果酒需要菌，這一過程中也需要O2，O2的作用是。制作果醋需要醋酸菌，醋酸菌屬于(填“好氧”或“厭氧”)細菌。答案(1)果膠分解酶、果膠酯酶細胞壁(2)溫度對果膠酶活性有影響，在最適溫度下酶活性最高，出汁率最高(3)在一定條件下，單位時間內、單位體積中反應物的消耗量或者產物的增加量(4)酵母促進有氧呼吸，使酵母菌大量繁殖好氧解析(1)果膠酶并不特指某一種酶，而是分解果膠的一類酶的總稱，包括多聚半乳糖醛酸酶、果膠分解酶和果膠酯酶等。纖維素是植物細胞壁的主要組成成分之一，纖維素酶可以將其分解。(2)用果膠酶處理果泥時，為了提高出汁率，需要控制反應的溫度，這是因為溫度對果膠酶活性有影響，在最適溫度下酶活性最高，出汁率最高。(3)酶活性的高低可以用在一定條件下，單位時間內、單位體積中反應物的消耗量或者產物的增加量來表示。(4)利用獲得的果汁制作果酒時需要用酵母菌，果酒發(fā)酵前期需要O2，O2可促進酵母菌的有氧呼吸，使酵母菌大量繁殖。制作果醋需要醋酸菌，醋酸菌是一種好氧細菌，其對氧氣的含量特別敏感，當進行深層發(fā)酵時，即使只是短時間中斷通入氧氣，也會引起醋酸菌死亡。3.(2016·全國卷Ⅱ，39)蘋果醋是以蘋果汁為原料經發(fā)酵而成的，回答下列問題：(1)酵母菌的呼吸代謝途徑如圖所示。圖中過程①和②是蘋果醋生產的第一階段，在酵母菌細胞的中進行，其產物乙醇與試劑反應呈現(xiàn)灰綠色，這一反應可用于乙醇的檢驗；過程③在酵母菌細胞的中進行，與無氧條件相比，在有氧條件下，酵母菌的增殖速度。(2)第二階段是在醋酸桿菌的作用下將第一階段產生的乙醇轉變?yōu)榇姿岬倪^程，根據(jù)醋酸桿菌的呼吸作用類型，該過程需要在條件下才能完成。(3)在生產過程中，第一階段和第二階段的發(fā)酵溫度不同，第一階段的溫度(填“低于”或“高于”)第二階段的。(4)醋酸桿菌屬于核生物，其細胞結構中(填“含有”或“不含有”)線粒體。答案(1)細胞質基質(酸性)重鉻酸鉀線粒體快(2)有氧(3)低于(4)原不含有課后·分層訓練(時間：35分鐘)1.(2021·北京朝陽區(qū)模擬)下列有關傳統(tǒng)發(fā)酵技術的敘述，正確的是()A.制作果酒最快捷的途徑是先制果醋，再制果酒B.釀制果醋所需的酵母菌和醋酸菌的發(fā)酵底物、條件完全相同C.制作腐乳需利用毛霉產生的酶分解豆腐中的蛋白質等物質D.制作果酒、果醋和腐乳過程都應防止微生物的生長、繁殖答案C解析制作果酒最快捷的途徑是利用酵母菌發(fā)酵，A錯誤；酵母菌的發(fā)酵底物一般是葡萄糖，醋酸菌的發(fā)酵底物是葡萄糖或乙醇，B錯誤；毛霉等多種微生物分泌的蛋白酶，能將蛋白質分解成小分子的肽和氨基酸，C正確；制作果酒、果醋和腐乳過程都需要微生物的生長、繁殖，果酒制作利用的菌種是酵母菌，果醋制作利用的菌種是醋酸菌，腐乳制作利用的菌種是毛霉，D錯誤。2.(2021·河北承德期末)下列關于乳酸菌的敘述，錯誤的是()A.乳酸菌的種類很多，常見的有乳酸鏈球菌和乳酸桿菌B.在自然界中分布廣泛，空氣、土壤、植物體表、人和動物的腸道都有C.乳酸菌是厭氧型微生物D.一個泡菜壇里的所有乳酸菌構成一個種群答案D解析乳酸菌的種類很多，常見的有乳酸鏈球菌和乳酸桿菌，A正確；在自然界中，乳酸菌分布廣泛，空氣、土壤、植物體表、人和動物的腸道都有分布，B正確；乳酸菌的代謝類型是異養(yǎng)厭氧型，C正確；乳酸菌的種類很多，一個泡菜壇中的乳酸菌不止一種，因此不能構成一個種群，D錯誤。3.(2021·湖北荊州期末)下圖表示利用葡萄汁進行發(fā)酵時可能發(fā)生的物質變化。下列有關敘述錯誤的是()A.過程③④⑤都需要O2參與B.當氧氣、糖源都充足時，醋酸菌可以直接發(fā)生過程⑤C.過程②④所需要的最適溫度相同D.酵母菌發(fā)生過程①②的場所相同答案C解析過程③表示有氧呼吸的第二、三兩個階段，有氧呼吸的第三階段需要O2參與；醋酸菌是好氧細菌，只能進行有氧呼吸，當氧氣、糖源都充足時，醋酸菌可以直接發(fā)生過程⑤，當缺少糖源時，醋酸菌可以發(fā)生過程④，A、B正確；過程②所需要的最適溫度為18～30℃，過程④所需要的最適溫度為30～35℃，C錯誤；酵母菌發(fā)生過程①②的場所均為細胞質基質，D正確。4.(2021·山東濰坊統(tǒng)考)下列有關泡菜發(fā)酵過程的敘述，正確的是()A.在制作泡菜的過程中，亞硝酸鹽的含量變化情況是逐漸增加的B.在發(fā)酵過程中，只有乳酸菌具有發(fā)酵作用，香辛料具有增香、除異味的功效C.在發(fā)酵過程中，乳酸菌可分解蛋白質和果膠，使泡菜變軟D.在發(fā)酵過程中，要經常補充水槽中的水，鹽水入壇前要煮沸再冷卻，以防污染答案D解析泡菜制作的過程中，隨著泡菜發(fā)酵中產生的乳酸增加，亞硝酸鹽的含量會先增加，后逐漸下降，A錯誤；發(fā)酵過程主要是乳酸菌起作用，乳酸菌不能分解蛋白質和果膠，因此可保持蔬菜脆嫩而不軟化腐敗，B、C錯誤；發(fā)酵過程中要經常補充壇蓋邊沿水槽中的水，以保持壇內處于無氧狀態(tài)，D正確。5.(2021·海南?？谀M)將少量的酵母菌提取液加入足量的葡萄汁中進行果酒制作，15℃條件下密封保溫一段時間后，檢測到反應體系中含有少量的酒精。如對上述實驗的某個因子進行改動，實驗的結果也會發(fā)生相應的變化。以下分析正確的是()A.增加酵母提取液的量，則產生相同酒精所需的時間延長B.增加葡萄汁量，則相同時間內酒精濃度升高C.保溫溫度提高到23℃，則相同時間內酒精濃度升高D.連續(xù)通入無菌空氣，則相同時間內酒精濃度升高答案C解析葡萄汁足量，增加酵母提取液的量，則產生相同酒精所需的時間縮短，A錯誤；由于葡萄汁已經足量，而酵母提取液的量一定，所以增加葡萄汁的量，酒精濃度不會增加，B錯誤；制作葡萄酒時，酒精發(fā)酵控制的溫度為18～30℃，由15℃升高溫度到23℃，相同時間內酒精濃度升高，C正確；酵母菌的無氧呼吸才產生酒精，連續(xù)通入無菌空氣不會產生酒精，D錯誤。6.(2021·山師大附中檢測)某同學設計了如右圖所示的發(fā)酵裝置，下列有關敘述錯誤的是()A.該裝置可阻止空氣進入，用于果酒發(fā)酵B.該裝置在發(fā)酵前要經消毒處理C.去除彎管中的水，該裝置可滿足果醋發(fā)酵時底層發(fā)酵液中大量醋酸菌的呼吸需求D.去除彎管中的水后，該裝置與巴斯德的鵝頸瓶作用相似答案C解析該裝置中注水的彎曲部分可阻止空氣進入，能用于果酒發(fā)酵，A正確；發(fā)酵裝置要經消毒處理以防止雜菌的污染，B正確；醋酸菌是好氧細菌，因沒有通入無菌空氣，去除彎管中的水后該裝置也不能滿足底層發(fā)酵液中醋酸菌的呼吸需求，C錯誤；去除彎管中的水后，該裝置也能防止空氣中的微生物進入，與巴斯德的鵝頸瓶作用相似，D正確。7.(2021·江蘇海安調研)下列有關泡菜發(fā)酵過程的敘述，錯誤的是()A.腌制時溫度過高，食鹽量過低可導致泡菜亞硝酸鹽含量增高B.腌制初期泡菜壇內會長出一層白膜，這是乳酸菌大量繁殖的結果C.鹽水入壇前應煮沸冷卻，壇蓋邊沿的水槽中需注滿水D.泡菜發(fā)酵過程中產生的亞硝酸鹽在特定的條件下可轉化成致癌物質答案B解析在泡菜的腌制過程中，溫度過高，食鹽用量過低、腌制時間過短，都可導致泡菜中亞硝酸鹽含量增高，A正確；在泡菜制作過程中，泡菜發(fā)酵液的營養(yǎng)豐富，其表面往往含有適量的氧氣，適合酵母菌生長繁殖，產膜酵母菌的生長繁殖會在泡菜壇的液面形成一層白膜，B錯誤；鹽水入壇前應煮沸冷卻，以防雜菌污染，壇蓋邊沿的水槽中需注滿水，以保證壇內乳酸菌發(fā)酵所需的無氧環(huán)境，C正確；泡菜發(fā)酵過程中產生的亞硝酸鹽在特定的條件下(適宜的pH、溫度和一定的微生物作用)可轉化成致癌物質——亞硝胺，對人和動物具有致畸和致突變作用，D正確。8.(2021·北京順義區(qū)模擬)下列關于發(fā)酵工程的說法中，不正確的是()A.在菌種選育過程中，可以利用人工誘變、基因工程等手段B.雖然青霉素是抗生素，但在青霉素生產過程中仍然需要嚴格滅菌C.在谷氨酸發(fā)酵過程中，pH呈酸性時產生乳酸或琥珀酸，pH呈堿性時產生谷氨酸D.發(fā)酵工程的產品可以采用過濾、沉淀、蒸餾、萃取、離子交換等方法提取答案C解析在菌種選育過程中，可以利用人工誘變、基因工程等手段進行培育，A正確；青霉素是抗生素，但其并不能殺滅所有微生物，所以其生產過程也要滅菌，B正確；在谷氨酸發(fā)酵過程中，pH呈酸性時產生谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺，C錯誤；若發(fā)酵工程的產品是菌體本身，可以采用過濾、沉淀等方法提取，若發(fā)酵工程的產品是代謝物，可以根據(jù)產物性質采用蒸餾、萃取、離子交換等方法提取，D正確。9.(2021·廣東惠州調研)下列關于發(fā)酵工程應用的說法，正確的是()A.食品添加劑由于可以增加食品營養(yǎng)，改善食品的色、香、味，還可以延長保存期，使用時應盡量多添加B.加酶洗衣粉使用時用沸水洗滌效果最好C.在青貯飼料中添加乳酸菌，可以提高飼料的品質，使飼料保鮮，同時提高動物免疫力D.與使用化學農藥相比，使用微生物農藥具有成本高、見效快、無污染的特點答案C解析食品添加劑過量使用會對人體健康造成影響，甚至危及生命，不能過量使用，A錯誤；加酶洗衣粉中酶制劑在最適溫度下活性最高，沸水條件使酶失活，洗滌效果較差，B錯誤；在青貯飼料中添加乳酸菌，通過乳酸菌的發(fā)酵，可以提高飼料品質，使飼料保鮮，同時提高動物免疫力，C正確；與使用化學農藥相比，使用微生物農藥具有成本低、無污染、見效慢的特點，D錯誤。10.(2021·山東德州期末)下圖是制作泡菜及測定泡菜中亞硝酸鹽含量的實驗流程示意圖，請據(jù)圖回答問題。(1)制作泡菜宜選用新鮮的蔬菜，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)制作泡菜的鹽水時，鹽水的質量百分比為，鹽水需煮沸并冷卻后才可使用，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。試說明鹽在泡菜制作過程中的作用____________________________________________________________________________________________________________________。(3)泡菜風味形成的關鍵在于的加入。(4)泡菜發(fā)酵過程中應定期測定亞硝酸鹽的含量，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)泡菜的制作方法不當，很容易造成泡菜變質，試分析可能的原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)新鮮的蔬菜中亞硝酸鹽的含量低，營養(yǎng)物質豐富(2)5%～20%加熱煮沸是為了殺滅雜菌，并除去水中的氧氣，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鹽有殺菌、析出蔬菜中過多的水以及調味的作用(3)調味料(4)發(fā)酵不同時期亞硝酸鹽的含量會發(fā)生變化，及時檢測是為了把握食用泡菜的最佳時機(5)泡菜壇密封不嚴或取菜工具不衛(wèi)生或鹽的比例過小等，都會引起雜菌滋生、泡菜變質解析根據(jù)下面的基礎知識解答本題。11.(2021·西安高新一中調研)下圖是果酒和果醋制作的實驗流程以及某同學設計的果酒和果醋的發(fā)酵裝置。根據(jù)圖示回答下列問題：(1)圖A中方框內的實驗流程是。(2)沖洗的主要目的是，沖洗應特別注意不能，以防止菌種流失。(3)圖B裝置中的充氣口在時關閉，在時連接充氣泵，并連續(xù)不斷地向內。(4)排氣口在酒精發(fā)酵時排出的氣體是由產生的，在醋酸發(fā)酵時排出的是。(5)寫出與(4)題有關的反應式：①________________________________________________________________________；②________________________________________________________________________。(6)若果汁中含有醋酸菌，在酒精發(fā)酵旺盛時，醋酸菌能否將果汁中的葡萄糖發(fā)酵為醋酸？________________________________________________________________________；說明原因。________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)醋酸發(fā)酵(2)除去污物反復沖洗(3)酒精發(fā)酵醋酸發(fā)酵泵入空(氧)氣(4)酵母菌CO2(含氧量少的)空氣、CO2(5)①C6H