56　选择性必修3　第九单元　第47讲　传统发酵技术的应用和发酵工程

选择性必修3生物技术与工程第九单元生物技术与工程第47讲传统发酵技术的应用和发酵工程课标要求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。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。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。考点1发酵与传统发酵技术的概念及泡菜的制作一、发酵与传统发酵技术1．发酵是指人们利用_________，在适宜的条件下，将原料通过微生物的______转化为人类所需要的产物的过程。微生物代谢2．传统发酵技术二、泡菜的制作1．菌种来源：植物体表面天然的乳酸菌。2．原理：在______条件下，乳酸菌将葡萄糖分解成______。3．反应式：__________________________________。无氧乳酸4．制作流程

营造“无氧环境”的3项措施：选择的泡菜坛密封性要好；加入蔬菜后要注入煮沸冷却的盐水，使盐水没过全部菜料；盖上坛盖后要在坛盖边沿的水槽中注满水。(选择性必修3P6“探究·实践”)制作传统泡菜时无须严格灭菌，但随着发酵的进行，乳酸菌逐渐成为优势菌种，其原因是__________

______________________________________________________。泡菜坛内形成了缺氧、酸性的环境，不利于大多数微生物生长1．腐乳的制作仅是毛霉参与了豆腐的发酵。(

)提示：多种微生物参与了豆腐的发酵，如酵母、曲霉和毛霉等。2．传统发酵以混合菌种的固体发酵及半固体发酵为主。(

)3．制作传统泡菜是利用植物体表面天然的乳酸菌来进行发酵的。(

)4．制作泡菜时泡菜坛一般只装九成满。(

)提示：泡菜发酵时泡菜坛一般只装八成满。×√√×5．泡菜制作过程中，有机物的干重和种类将减少。(

)提示：泡菜制作过程中，有机物的干重将减少，而有机物的种类将增加。6．泡菜发酵过程中泡菜坛沿要注满水，有利于泡菜的无氧发酵。(

)×√某兴趣小组就“泡菜腌制过程中亚硝酸盐含量变化”开展了研究，操作如下：1月4日下午选取1、2、3号三只相同的泡菜坛，在每个坛中加入洗净的新鲜莲花菜0.6kg，再分别倒入等量煮沸并冷却的10%的盐水，将坛密封，置于同一环境中。封坛前进行第一次取样测定亚硝酸盐含量，后来定时测定，结果如图。(1)实验中三只坛中产生的亚硝酸盐含量存在差异的原因是_______________________________________。(2)为了让实验数据更好地表明泡菜腌制过程中亚硝酸盐含量变化，对该实验所获得的3组数据应进行怎样的处理才更合理？先求平均值，再绘制一条曲线。各坛中微生物种类和数量可能存在差异1．下列关于发酵的叙述中，正确的是(

)A．几千年前，人类就开始利用发酵技术，并且熟知发酵的本质B．利用传统发酵技术制作的食品包括腐乳、酱油、醋、泡菜、果汁等C．微生物的发酵都是在无氧的条件下进行的D．不同的微生物发酵的条件一般是不同的1发酵与传统发酵技术的概念√D

[几千年前，人类就开始利用发酵技术，但是不知发酵的本质，A错误；利用传统发酵技术制作的食品包括腐乳、酱油、醋、泡菜等，不包含果汁，B错误；乙酸发酵是在有氧条件下进行的，C错误；乙酸发酵是在有氧条件下进行的，泡菜制作是在无氧条件下进行的，所以不同的微生物发酵的条件一般是不同的，D正确。]2．发酵技术是指人们利用微生物的发酵作用，运用一些技术手段控制发酵过程，从而进行大规模生产发酵产品的技术。下列说法错误的是(

)A．制作泡菜时加盐过多会导致泡菜咸而不酸B．可通过检测发酵前后发酵液pH的变化来鉴定果醋制作是否成功C．可采用过滤、沉淀等方法分离提纯酵母菌发酵生产的单细胞蛋白D．传统发酵的发酵产品主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身√D

[制作泡菜时加盐过多，会抑制乳酸菌的生命活动，导致乳酸含量低，A正确；制作果醋是利用醋酸菌发酵产生乙酸，可通过检测发酵前后发酵液pH的变化来鉴定果醋制作是否成功，B正确；分离、提纯酵母菌发酵生产的单细胞蛋白，指的就是单细胞菌体，可采用过滤、沉淀等方法从培养液中分离，C正确；发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身，D错误。]3．(2025·广东深圳模拟)泡菜古称菹，是指为利于长时间存放而经发酵的蔬菜。下列关于腌制泡菜的叙述，正确的是(

)A．泡菜发酵期间，乳酸积累到质量分数为0.4%～0.8%时，泡菜的口味、品质最佳B．不同腌制时间，泡菜中亚硝酸盐含量均不相同C．泡菜发酵过程中表面出现白膜，可能是醋酸菌在液面大量发酵引起的D．膳食中的亚硝酸盐会危害人体健康2泡菜的制作原理、流程等√A

[制作传统泡菜是利用植物体表面天然的乳酸菌来进行发酵的，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，A正确；泡菜腌制过程中，随着时间增加，亚硝酸盐含量先增加后减少，因此不同腌制时间，泡菜中亚硝酸盐含量可能相同，B错误；在泡菜制作过程中，泡菜发酵液的营养丰富，其表面往往含有适量的氧气，适合酵母菌生长繁殖，成膜酵母生长繁殖会在泡菜坛液面形成一层白膜，C错误；膳食中的亚硝酸盐一般不会危害人体健康，D错误。]4．在《诗经》中有“中田有庐，疆场有瓜。是剥是菹，献之皇祖”的描述，据东汉许慎《说文解字》解释：“菹菜者，酸菜也”，由此可见，我国制作酸菜的历史颇为悠久。下列有关酸菜的制作，叙述错误的是(

)A．酸菜坛中的乳酸菌数量会逐渐增加至最高峰B．制作酸菜初期，酸菜坛中的氧气有利于乳酸菌的繁殖C．制作酸菜利用了植物体表面的乳酸菌来进行发酵D．酸菜坛中的亚硝酸盐会随着发酵时间的延长，先增加后减少√B

[随着乳酸菌发酵，酸菜坛中乳酸浓度越来越高，逐渐抑制乳酸菌数量，酸菜坛中的乳酸菌数量会逐渐增加至最高峰

，A正确；乳酸菌是厌氧型生物，制作酸菜时需隔绝空气，酸菜坛中的氧气不利于乳酸菌的繁殖

，B错误；制作酸菜利用了植物体表面的天然的乳酸菌来进行发酵，C正确；亚硝酸盐含量的变化规律是：发酵初期，由于硝酸盐还原菌的作用使亚硝酸盐增加；发酵中期，硝酸盐还原菌受抑制，部分亚硝酸盐被分解含量下降；发酵后期，亚硝酸盐含量下降至相对稳定，酸菜坛中的亚硝酸盐会随着发酵时间的延长，先增加后减少，D正确。]考点2果酒和果醋的制作一、制作原理与发酵条件二、发酵装置及各部件的作用70%酒精18～30

酸性灰绿(选择性必修3P7“探究·实践”)在制作果酒的第4步，每隔12h左右就要将瓶盖拧松一次，但又不打开，这样做的目的是_________________________________________________________。使二氧化碳排出，不打开瓶盖是防止氧气和有害杂菌进入

果酒、果醋制作时防止杂菌污染的4项措施：榨汁机要洗净并晾干，发酵瓶要清洗干净，并用体积分数为70%的酒精消毒；清洗葡萄时要先冲洗后再除去枝梗，以避免除去枝梗时引起葡萄破损，增加被杂菌污染的机会；装入葡萄汁后要封闭发酵装置的充气口；发酵瓶的排气管用曲颈管而不用直管。若用简易的发酵装置，每隔一定时间排气时只需拧松瓶盖，不要完全揭开瓶盖。1．醋酸菌在无氧条件下利用乙醇产生乙酸。(

)提示：醋酸菌在有氧条件下利用乙醇产生乙酸。2．酵母菌为嗜温菌，果酒发酵所需的最适温度高于果醋发酵温度。(

)提示：酵母菌为嗜温菌，果酒发酵所需的最适温度较果醋发酵低。3．在果酒发酵后期拧松瓶盖的间隔时间可延长。(

)4．在家庭中用新鲜葡萄制作果酒时，需给发酵装置适时排气。(

)××√√5．制作果酒、果醋时，对发酵瓶、榨汁机等需用体积分数为70%的酒精消毒。(

)6．葡萄酒呈深红色的原因是发酵过程中葡萄皮的色素进入发酵液中。(

)√√马奶中含有的糖类主要为乳糖。某些微生物可将乳糖水解为葡萄糖和半乳糖，酵母菌可利用这些单糖发酵产生酒精，从而制成马奶酒。科研人员研究野生型酵母菌和马奶酒酵母菌的发酵情况，结果分别如图所示。分析图中曲线，与野生型酵母菌相比，马奶酒酵母菌在利用葡萄糖、半乳糖或产生酒精等方面的不同点。___________________________________________________________________。(答出两点即可)马奶酒酵母菌优先利用的是半乳糖；发酵产生酒精速度快1．(2025·广东佛山模拟)客家米酒是一种特色传统名酒，其制作包括浸米、蒸米、摊凉、拌曲、发酵等工序。它独特的甜味与酒曲(含根霉、酵母菌等微生物)有关。下列叙述错误的是(

)A．蒸米既可杀死杂菌，又有利于后续淀粉的糖化B．摊凉可防止温度过高杀死酒曲中的微生物C．拌曲时应搅拌均匀，有利于营养物质与微生物充分混合D．发酵时应将温度控制在28℃左右，并不断通气1果酒和果醋的制作原理、流程等√D

[在酿酒时要先将糯米蒸熟，一是熟糯米比生糯米更容易被微生物分解，有利于淀粉的快速糖化，利于发酵，二是可以高温杀菌，避免了其他杂菌的污染，A正确；推凉可使温度降低，其目的是防止温度过高使酒曲中的酵母菌死亡，B正确；拌曲时应搅拌均匀，增大营养物质与微生物的接触面积，有利于营养物质与微生物充分混合，C正确；酿酒酵母繁殖的最适温度在28℃，因此发酵时将温度控制在28℃以便于酿酒酵母的繁殖，但不断通气酵母菌不会进行无氧呼吸产生酒精，D错误。]A．果酒发酵生产果醋过程中，酒精为醋酸菌提供碳源B．用果酒发酵果醋需要接种醋酸菌，并将发酵温度升至30～35℃即可C．据图可知较高浓度的酒精会抑制醋酸菌的生长，使产酸量下降D．乙酸发酵过程中会释放少量能量2．人类很早就能制作果酒，并用果酒进一步发酵生产果醋，用果酒发酵生产果醋时，果酒中的酒精含量对果醋的乙酸产率会产生一定的影响。某技术组配制发酵液研究了初始酒精浓度对乙酸含量的影响，结果如图，下列分析错误的是(

)√B

[微生物生长基本营养物质：氮源、碳源、水、无机盐等，果酒发酵生产果醋过程中，酒精为醋酸菌提供碳源，A正确；醋酸菌是好氧细菌，酒变醋的过程中除了接种醋酸菌、提高发酵温度外，还应通入氧气，B错误；据图可知，酒精浓度为6%时，乙酸含量最高，是发酵的最适浓度，酒精浓度为10%时乙酸含量最低，则较高浓度的酒精会抑制醋酸菌的生长，使产酸量下降，C正确；乙酸发酵过程中会释放少量能量，大部分能量储存在乙酸中，D正确。]3．(2023·全国乙卷)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____________________________。(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________

_______________________________________。(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________________________。但是在酵母菌发酵过程中，还需适时拧松瓶盖，原因是__________________________________________________。发酵液中的乙醇可用____________________________________________溶液检测。(4)本实验收集的淋洗液中的_________________________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_________________________________________________________________________________________。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量分解。(2)培养基中的氮源主要为合成微生物的细胞结构提供原料(微生物细胞中的含氮物质，如核酸、蛋白质、磷脂等)。(3)果酒的制作原理是酵母菌无氧呼吸产生酒精，将酵母菌接种到灭菌后的培养基中进行酒精发酵，酒精发酵需要在无氧的条件下进行，此时拧紧瓶盖的主要目的是制造无氧环境。酵母菌进行无氧呼吸产生酒精和二氧化碳，发酵过程中为密闭环境，所以需要根据发酵进程适时拧松瓶盖放出二氧化碳，酒精可用酸性重铬酸钾溶液来检测，该物质与酒精反应呈现灰绿色。(4)与以粮食为原料发酵生产乙醇相比，利用纤维素为原料生产乙醇具有节约粮食、废物利用、清洁环保、不污染环境、生产成本低、原料来源广等优点。答案：(1)菌T能够分泌纤维素酶(2)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、磷脂等)

(3)制造无氧环境排出二氧化碳酸性重铬酸钾(4)葡萄糖节约粮食、废物利用、清洁环保、不污染环境、生产成本低、原料来源广4．传统发酵过程中，控制发酵条件至关重要。下列相关叙述正确的是(

)A．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B．泡菜发酵后期，尽管乳酸菌占优势，但仍有产气菌繁殖，需定期开盖放气C．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D．果酒与果醋发酵时温度宜控制在18～25℃，泡菜发酵时温度宜控制在30～35℃2发酵条件的控制√C

[酵母菌和醋酸菌的最适生长温度不同，要制作果醋还需要升高温度，A错误；制作泡菜利用的是乳酸菌，乳酸菌是厌氧细菌，在制作过程中必须提供无氧环境，不需要开盖放气，B错误；制作果酒的葡萄汁不宜超过发酵瓶体积的2/3，这样既能够在发酵初期给酵母菌提供氧气，又能防止发酵液溢出，而制作泡菜的盐水要淹没全部菜料，这是因为制作泡菜利用的是乳酸菌，乳酸菌是厌氧细菌，用盐水淹没全部菜料能够提供无氧环境，C正确；果酒和果醋制作所需的温度不同，其中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℃，泡菜的制作温度一般要低于30℃，D错误。]考点3发酵工程及其应用一、发酵工程的基本环节1．(选择性必修3P22～23“图1-9”)利用发酵技术生产谷氨酸时，在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸，但在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺，由此说明__________________________

________________________________________________。环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，而且会影响微生物代谢物的形成二、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2．(选择性必修3P25“思考·讨论”)与传统的手工发酵相比，啤酒的工业化生产过程中，能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、发酵工程的控制、产品的消毒等三、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。(2)生产各种各样的食品添加剂。(3)生产酶制剂。2．在医药工业上的应用(1)获得具有___________生产能力的微生物。(2)直接对______进行改造，再通过发酵技术大量生产所需要的产品。(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。某种药物菌种3．在农牧业上的应用：生产微生物______、农药和饲料。4．在其他方面的应用(1)利用纤维废料发酵生产______、乙烯等能源物质。(2)极端微生物的应用：嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产_________，嗜低温菌有助于提高____________的产量。肥料酒精洗涤剂热敏性产品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．发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种。(

)4．发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身。(

)√√√√5．谷氨酸发酵生产时，在酸性条件下积累较多的谷氨酸。(

)提示：谷氨酸发酵生产时，在酸性条件下则易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。6．利用发酵工程生产的微生物农药是生物防治的重要手段。(

)×√目前在经济作物栽培中使用的赤霉素(GA3)大多是来自赤霉菌(属于真菌)进行发酵工程的产品。为提高发酵过程中赤霉素的产量，研究人员采用分阶段变温调控的发酵工艺后，与恒温发酵相比，GA3的产量明显提高。发酵过程中菌丝干重、残糖浓度及GA3浓度的变化如图所示。尝试分析发酵过程中残糖浓度下降的原因。菌丝生长、各种代谢物(或赤霉素合成)所需的碳源及能量都主要由糖类提供。1．图1为谷氨酸发酵装置示意图，所用培养基中有豆饼水解液、玉米浆等，图2为谷氨酸产生机理图。下列有关谷氨酸发酵的叙述，错误的是(

)1微生物工业发酵的基本过程A．4为充气口，发酵过程需不断通入无菌空气，说明谷氨酸发酵的菌体为异养需氧微生物B．培养基中包含多种天然物质，化学成分不确定C．谷氨酸的发酵生产中，在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸D．提高产物产量的关键是抑制菌体膜的通透性√D

[4为充气口，发酵过程需不断通入无菌空气，说明谷氨酸发酵的菌体需要在有氧条件下才能发酵，是异养需氧微生物，A正确；谷氨酸发酵的培养基成分有豆饼水解液、玉米浆等，该培养基中包含多种天然物质，化学成分不确定，B正确；谷氨酸棒状杆菌在发酵过程中要严格控制发酵液的pH，即在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸，在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺，C正确；当谷氨酸过量时，会抑制谷氨酸脱氢酶的活性，导致谷氨酸的合成量减少，若细胞膜的通透性好，有利于