传统发酵技术的应用与发酵工程【知识精研+拓展提升】 高考生物一轮复习 课件

01发酵工程02细胞工程03基因工程04生物技术的安全性与伦理问题第40讲

传统发酵技术的应用与发酵工程从传统发酵技术到发酵工程科学家发现了酶在酵母菌发酵中的作用，之后微生物的分离和纯化技术得到了应用。1897年用微生物生产谷氨酸获得成功，酶制剂、多糖、维生素发酵工业兴起。1957年科学家开始运用数学、动力学、化学工程原理以及计算机技术对发酵过程进行综合研究。20世纪80年代以后法国微生物学家巴斯德通过实验证明酒精发酵是由活的酵母菌引起的，从而将酵母菌与发酵联系起来。1857年利用发酵工程大规模生产青霉素，随着链霉素、金霉素和土霉素等抗生素的发现及生产，抗生素发酵工业兴起。20世纪40年代基因工程。细胞工程等发展，人胰岛素和干扰素大量生产。20世纪70年代以后190019401960185019801970约9000年前我们祖先就会利用微生物将谷物、水果发酵为含酒精的饮料。究竟什么是发酵呢？(教材P5黑体字)阅读教材P4-8，列表梳理下列问题：1.发酵的概念；2.什么是传统发酵技术？传统发酵技术的特点有？3.乳酸菌的代谢类型？乳酸发酵的反应式？常见的乳酸菌有？乳酸菌发酵的应用4.酵母菌的代谢类型？酒精发酵的反应式？酵母菌最适生长温度？酵母菌发酵的应用5.醋酸菌的代谢类型？醋酸发酵的反应式（糖源充足、不足情况下）？醋酸菌最适生长温度？醋酸菌发酵的应用考点一：传统发酵技术的应用1、发酵与传统发酵技术②操作简单易上手，有利于传承文化③生产条件不易控制，容易受杂菌污染，生产效率低传统发酵技术直接利用原材料中天然存在的微生物，比如前一次发酵保存下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物。(教材P5第二自然段)定义腐乳醋酱油豆豉泡菜

常见传统发酵产品：①直接利用原材料中天然存在的微生物

特点

：菌种名称生物分类代谢类型适宜温度繁殖方式发酵对氧的需求乳酸菌酵母菌醋酸菌真核生物异养兼性厌氧出芽生殖

前期需氧，后期不需氧原核生物异养需氧30—35℃二分裂一直需氧原核生物异养厌氧二分裂密闭厌氧18—30℃18—20℃反应式C2H5OH+O2→CH3COOH（醋酸）+H2O+能量酶②-1酵母菌先在有氧条件下大量繁殖②-2再在无氧条件下进行酒精发酵C6H12O6+6O2+6H2O→6CO2+12H2O+能量酶C6H12O6→2C2H5OH（酒精）+2CO2+能量酶③-1醋酸菌在氧气、糖源充足时,将糖分解成醋酸C6H12O6+2O2→2CH3COOH+2CO2+2H2O+能量酶③-2当缺少糖源时，将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸①乳酸菌在无氧条件下将糖分解成乳酸C6H12O6→2C3H6O3（乳酸）+能量酶2.常见微生物及代谢产物阅读教材P4-8，梳理下列问题：6.腐乳制作原理；参与的微生物有？7.制作泡菜：①泡菜的口味、品质最佳时期？②如何配置盐水？为什么要将盐水煮沸？煮沸后为什么冷却后再用？③加入盐水的目的？加入蒜瓣、生姜及其他香辛料的目的？（调味、抑制杂菌生长）④用水密封泡菜坛的目的？泡菜坛只装八成满的原因？⑤为什么泡菜坛内有时会长一层白膜？（产膜酵母菌的繁殖）⑥分析泡菜发酵过程中，乳酸菌数量、乳酸含量的变化及亚硝酸盐的含量。8.制作果酒和果醋：①器具消毒方法？如何处理新鲜葡萄？②将葡萄汁装入发酵瓶中，留有大约1/3的空间的目的？③果酒发酵的温度控制在？发酵时间为？每隔12h将瓶盖拧松一次的目的？④醋酸发酵温度是？时间为？发酵完成后液面出现一层菌膜是醋酸菌膜。考点一：传统发酵技术的应用果酒果醋腐乳泡菜微生物原理反应条件反应式检测方法酵母菌醋酸菌主要毛霉乳酸菌酵母菌的无氧呼吸产生酒精18~30℃，初期需氧，后期无氧重铬酸钾与其反应呈灰绿色醋酸菌的有氧呼吸产生醋酸30~35℃，通入氧气品尝、pH试纸检测豆腐中的蛋白质被分解成小分子的肽和氨基酸15～18℃接种，酒精含量控制在12％左右乳酸菌无氧呼吸产生乳酸常温，无氧条件pH检测，亚硝酸盐的检测方法C6H12O6→2C2H5OH（酒精）+CO2+能量C6H12O6+2O2→2CH3COOH（醋酸+2H2O+2CO2+能量C2H5OH+O2→CH3COOH（醋酸+H2O+能量C6H12O6→2C3H6O3（乳酸）+能量3.传统发酵产品的制作用清水和食盐配制质量百分比为5%-20%的盐水，并将盐水煮沸，冷却待用；4.泡菜的制作过程将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过菜料，盖好坛盖；配制盐水原料处理、蔬菜装坛加盐水封坛发酵向坛盖边缘的水槽中注满水，并在发酵过程中注意经常向水槽中补充水；根据室内温度控制发酵时间；将新鲜蔬菜洗净，切成块状或条状，混合均匀，晾干后装入泡菜坛内；装至半坛时，加入蒜瓣、生姜及其他香辛料，继续装至八成满；过高：乳酸发酵受抑制，泡菜风味差；过低：杂菌易繁殖，导致泡菜变质。杀菌除氧创造无氧环境在泡菜发酵初期，酵母菌等较为活跃，发酵产物中有较多的CO2，防止发酵液溢出坛外；防止因装太满使盐水未完全淹没菜料而导致菜料变质腐烂；同时留有一定空间，也更方便拿取泡菜。5.果酒和果醋的制作过程将发酵瓶、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;用榨汁机榨取葡萄汁，将葡萄汁装入发酵瓶（注意：要留有大约1/3的空间），盖好瓶盖;将温度控制在18-30℃进行发酵，在发酵过程中，每隔12h左右将瓶盖拧松一点（注意：不是打开瓶盖），此后再拧紧瓶盖。发酵时间为10-12d。可通过从发酵瓶口取样来对发酵的情况进行检测。取新鲜葡萄，用清水冲洗1-2次，再去除枝梗和腐烂的籽粒，沥干;去除表面灰尘、污物避免葡萄破损，减少被杂菌污染的机会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。防止野生菌种数量减少，影响发酵排出气体防止杂菌污染器具消毒冲洗葡萄榨汁装瓶果酒发酵果醋发酵当葡萄酒制作完成后，打开瓶盖，盖上一层纱布，进行葡萄醋的发酵。发酵温度为30-35℃，时间为7-8d。空气中的醋酸菌会进入果酒发酵液中大量繁殖泡菜发酵过程中，乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的含量变化时期乳酸菌乳酸亚硝酸盐发酵前期发酵中期发酵后期变化曲线少（O2抑制乳酸菌活动）少增加（硝酸盐还原菌的作用）最多（乳酸菌比其他杂菌更耐酸。乳酸积累，抑制其他菌活动）增多达到最多后开始下降（硝酸盐还原菌受抑制，部分亚硝酸盐被分解）减少（乳酸积累，pH下降，抑制乳酸菌活动）继续增多，最后保持稳定下降至保持相对稳定（硝酸盐还原菌被完全抑制）重难盲点·讲练疏通果酒制作发酵装置及各部件的作用1.下列有关泡菜制作的叙述错误的是（

）A.发酵是利用微生物生产所需代谢产物的一种生产方式，通常说的乳酸菌发酵是厌氧发酵。B.乳酸菌是严格厌氧菌，无氧呼吸产物是乳酸与CO2。

C.乳酸菌与酵母菌在结构上的主要差异是前者没有核膜、核仁。D.腌制泡菜时的温度、食盐用量和发酵时间均会影响泡菜的品质。E.泡菜坛的选择、发酵过程中坛沿要注满水都有利于泡菜的无氧发酵 F.泡菜制作过程可以随时取出食用不同酸味的泡菜。G.制作泡菜过程中，有机物的干重和种类将减少。H.在发酵过程中，杂菌数目的减少使乳酸菌与杂菌的种间竞争减弱，因此乳酸菌数目一直增多BFGH巩固练习2.下列有关果酒和果醋制作的叙述错误的是（

）

A.在葡萄酒的自然发酵中，需要人工添加酵母菌种 B.在果酒发酵后期，拧开瓶盖的间隔时间可延长C.果醋发酵时，发酵液产生的气泡量明显少于果酒发酵时D.果酒发酵时，每日放气需迅速，避免空气回流入发酵容器E.乙醇既可作为醋酸发酵的底物，又可以抑制杂菌繁殖F.果酒发酵接入醋酸杆菌进行果醋发酵后，应适当升高发酵温度G.红葡萄酒中的红色是红葡萄皮中的色素进入发酵液产生的。H.酵母菌和醋酸杆菌均以有丝分裂的方式进行增殖ADH巩固练习3.图甲、图乙为生物学实验常用的装置示意图，其均可作为发酵装置。下列说法错误的是A．甲装置可用于制备果酒，但不适宜用于制备果醋B．若用甲装置制备果酒，过一段时间需要将瓶盖拧松放气再拧紧C．若用乙装置制备果酒并将d管连通装有澄清石灰水的锥形瓶，石灰水变混浊的同时会有酒精产生D．利用乙装置制备果醋时，气阀1和气阀2都要打开，并且需将a作为充气口C4．杨梅果实风味独特、酸甜适中，具有很高的营养和保健价值。下图是制作杨梅酒和杨梅醋的流程图。请回答下列问题：(1)传统发酵中，发酵液虽然未经过严格的灭菌处理，但杂菌却不能正常生长繁殖，这是由于果酒发酵的__________________条件抑制了杂菌的生长。用来检验酒精的化学试剂是____________________。(2)果酒制作过程中，酵母菌无氧呼吸产生酒精的场所是_______________。温度适宜时果酒发酵时间较短，原因是_________________________________________________。(3)杨梅醋的发酵过程中，除具备必需的营养物质外，还需要往发酵液中持续地通入_______________________。酸性重铬酸钾缺氧、酸性此时，与果酒发酵相关的酶活性最高，发酵速度快细胞质基质无菌氧气(或无菌空气)(4)下图表示果酒发酵过程中，发酵液的糖度(葡萄糖的浓度)和酒精度(酒精浓度)随时间变化的关系。发酵前24h，糖度变化很小，酒精度上升很慢，其原因是____________________________________________。96h后酒精度和糖度的变化都趋于平缓，其原因是____________________________________________________。高浓度的酒精和代谢废物会抑制酵母菌的代谢而影响发酵此阶段酵母菌主要进行有氧呼吸，大量增殖真题再现（2021·全国乙·37）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。（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。（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）。蛋白质

碳源蛋白酶脂肪酶氨基酸异养好氧

原核生物酒精和二氧化碳酒精、乳酸、食盐1.发酵工程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、沉淀产物的性质考点二：

发酵工程及其应用蒸馏、萃取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；产量高；发酵条件易控制；菌种不易变异、退化等。用之前要用___________________________进行灭菌。巩固练习：如图所示为发酵工程生产产品的流程图，据图回答：(1)若能生产人生长激素的工程菌是通过①培育的，①应该是_________；若高产青霉素菌种是通过②培育的，②应该是________。基因工程诱变育种(2)根据培养基的用途，可以将它们分为_____培养基和_____培养基。各种培养基的具体配方不同，但一般都含有________________________等营养成分。培养基在使选择鉴别碳源、氮源、水、无机盐高压蒸汽灭菌法(湿热灭菌法)(3)整个过程的中心环节是_________，在该时期要随时取样检测培养基中的______________________等。同时，要严格控制_________________等发酵条件，因为环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，而且会影响微生物________的形成。发酵过程微生物数量、产物浓度溶氧量、pH和温度代谢物(4)在发酵过程中要不断搅拌的目的是：①___________________；②___________________________________________。增加溶氧量使菌种与培养液充分接触，提高原料的利用率(1)在发酵工程中，可通过诱变育种、基因工程育种获得菌种。(

)(2)分离、提纯酵母菌发酵生产的单细胞蛋白，可采用过滤、沉淀等方法。(

)(3)在连续培养过程中补充的同种培养液和空气须先灭菌。(

)(4)乳酸菌可以代替酵母菌用于乙醇的生产。(

)(5)发酵罐中微生物的生长繁殖、代谢物的形成速度都与搅拌速度有关(

)(6)单细胞蛋白是从微生物细胞中提取出来的。(

)×√√√√×1．疫苗大规模生产的一种方法是首先在生物反应器中使细胞大量增殖，然后用含有所需抗原的转基因病毒感染生物反应器中的细胞，并使该病毒增殖，最后离心、过滤、纯化病毒，获得所需疫苗，下列说法错误的是(

)A．发酵工程包括菌种的选育、扩大培养、培养基的配制、灭菌、接种、发酵和产品的分离提纯等方面B．获得纯净的微生物培养物的关键是分离、纯化技术C．振荡培养不仅可以提高培养液的溶氧量，还可以使细胞与培养液充分接触D．鸡胚通常也是疫苗制备的主要“工厂”B2．发酵工程是指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品。常用好氧菌谷氨酸棒状杆菌利用图1的发酵罐来大量生产味精，发酵流程如图2所示。下列叙述正确的是(

)A．发酵中所使用的谷氨酸棒状杆菌菌种可从自然界筛选也可通过诱变育种、杂交育种或者基因工程育种获得B．为了保证发酵产品的产量和品质，图中发酵配料及发酵罐需经过严格的灭菌C．在发酵过程中，通过加料口取样，随时监测产物浓度和微生物数量D．图中发酵过程需通入无菌空气，并通过搅拌使培养液与菌种充分接触后关闭通气口B2.(2022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真题再现1.(2