第47讲　传统发酵技术的应用与发酵工程

第47讲传统发酵技术的应用与发酵工程高考总复习优化设计GAOKAOZONGFUXIYOUHUASHEJI2025素养目标考点一传统发酵技术的应用夯实基础•精研教材1.发酵与传统发酵技术

微生物代谢天然存在前一次发酵半固体发酵毛霉氨基酸2.尝试制作传统发酵食品(1)泡菜的制作乳酸菌乳酸链球菌和乳酸杆菌5%~20%洗净半坛八成没过全部补充水(2)果酒和果醋的制作①制作原理与发酵条件附着在葡萄皮C6H12O6+6O2+6H2O6CO2+12H2O+能量充足缺少②比较果酒与果醋制作的过程

教材深挖1.[选择性必修3第5页正文]腐乳与豆腐相比,所含有机物的种类和能量有哪些变化?为什么?提示

腐乳中有机物的种类增加了,所含的能量却减少了。因为豆腐中的蛋白质被分解成了小分子的肽和氨基酸。2.[选择性必修3第6页“探究·实践”]为什么泡菜坛只能装八成满?提示

菜料装至八成满时,要注入盐水,使盐水没过菜料,防止菜料变质腐烂;如果菜料装太满,盐水就会太少,盐水浓度不够,不利于发酵催熟,还容易起白花等。3.[选择性必修3第6页“探究·实践”]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?提示

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,盖好瓶盖;每次排气时只需拧松瓶盖,不要完全揭开瓶盖等。链高考·前挂后连(1)果醋发酵时,发酵液产生的气泡量明显少于果酒发酵时。[2021·江苏卷](

)(2)酵母菌和醋酸菌发酵过程中控制通气的情况不同。[2021·辽宁卷](

)(3)葡萄酒的颜色是葡萄皮中的色素进入发酵液形成的。[2021·山东卷](

)(4)利用乳酸菌制作酸奶过程中,先通气培养,后密封发酵。[2019·江苏卷](

)√√√×透析重难•精准突破1.泡菜发酵过程中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐含量的变化

2.果酒和果醋发酵改进装置及其分析

考向探究•素养提升考向一

结合泡菜的制作,考查实验设计及方案实施能力1.(2023·山东枣庄模拟)泡菜古称葅,是为了利于长时间存放而经过发酵的蔬菜,古法制作用瓷坛密封,安全卫生。泡菜制作时使用质量分数为5%~20%的盐水,只要乳酸含量达到一定的浓度,并使产品隔绝空气,就可以达到久贮的目的。下列叙述正确的是(

)A.乳酸菌不具有耐盐特性,制作泡菜时尽量少放食盐B.泡菜坛使用前需要清洗干净,并用70%酒精进行灭菌处理C.正常乳酸发酵时,会有部分醋酸菌繁殖,以致发酵液pH下降D.乳酸菌是一种原核生物,可以将糖类氧化成乳酸,无气体产生D解析

泡菜制作时食盐浓度过低,可能导致杂菌大量繁殖,故泡菜制作时使用质量分数为5%~20%的盐水为宜,A项错误;体积分数为70%的酒精进行的是消毒处理,B项错误;泡菜制作时需要密封以隔绝空气,而醋酸菌属于好氧细菌,故正常乳酸发酵时不会有醋酸菌繁殖,C项错误;乳酸菌是一种原核生物,在无氧条件下可以将糖类氧化成乳酸,该过程无气体产生,D项正确。2.东北酸菜是白菜经腌制而成的传统食品,酸菜的制作主要靠乳酸菌的发酵作用。下图表示在发酵过程中乳酸菌种群数量、发酵液pH及抑菌能力的变化。下列分析正确的是(

)A.0~6h内乳酸菌的种群数量呈“J”形增长B.酸菜腌制过程中,发酵容器内应先通气后密封C.发酵后期影响有害菌生长的主要因素是pHD.发酵过程中,乳酸菌产生了抑制有害菌生长的某种物质D解析

与0~4

h相比,4~6

h乳酸菌数量增加的速度较缓,因此0~6

h内乳酸菌的种群数量不是呈“J”形增长,A项错误;酸菜制作所需的菌种为乳酸菌,属于厌氧菌,发酵过程中容器内不需要通气,B项错误;由图可知,发酵后期,pH相对稳定,而抑菌圈直径仍在增大,说明影响有害菌生长的主要因素不是pH,C项错误;随发酵时间的延长,乳酸菌数量增加并稳定在较高数值,而抑菌圈直径在一定时间内增大,说明发酵过程中,乳酸菌产生了抑制有害菌生长的某种物质,D项正确。考向二

结合果酒和果醋的制作过程,考查科学探究3.(2024·广东东莞联考)被誉为“岭南佳果”的荔枝,味道鲜美、营养丰富,其鲜果是酿酒的良好材料。下列关于制作荔枝果酒的叙述,错误的是(

)A.工业发酵前需蒸煮荔枝汁,可除去荔枝中的杂菌,利于酵母菌繁殖B.在荔枝汁发酵液中添加适量蔗糖,有利于酵母菌繁殖和代谢C.为增加荔枝果酒的产量,将发酵液装入发酵瓶时应尽可能装满D.对荔枝果酒产品进行装罐前需要杀菌,应在63~65℃消毒30minC解析

工业发酵时所需的菌种可通过筛选后培养,故发酵前需蒸煮荔枝汁,可除去荔枝中的杂菌,利于酵母菌繁殖,A项正确;在荔枝汁发酵液中添加适量蔗糖,除了可以让果酒口感更甜以外,还有利于酵母菌繁殖和代谢,提高酒精度,B项正确;制作荔枝果酒的过程中,把发酵液装入发酵瓶,装量不要超过发酵瓶的2/3,既可为酵母菌大量繁殖提供适量的氧气,又可防止发酵旺盛时汁液溢出,C项错误;发酵好的荔枝果酒产品在上市前需要经63~65

℃消毒30

min,目的是杀死其中的微生物,同时防止果酒的营养物质被破坏,

D项正确。4.即墨老酒被评定为中国北方黄酒的“营养酒王”,其酒内含有的糖分、糊精、有机酸、蛋白质、氨基酸、甘油、高级醇、维生素、无机盐等全为天然所得。造老酒的“诀窍”主要是守六法:“黍米必齐、曲糵必时、水泉必香、陶器必良、湛炽必洁、火剂必得”;把五关:“煪糜、糖化、发酵、压榨、陈储”。下列说法错误的是(

)A.“曲糵必时”中的曲糵特指酵母菌,在酿造黄酒过程中只进行无氧呼吸B.“糖化”是指将淀粉等水解为甜味糖,有利于发酵过程中酵母菌对糖类的利用C.“湛炽必洁”是指酿造、陈储老酒的器具必须严格杀菌消毒,防止杂菌污染D.“陈储”是指将榨出的酒放入储酒罐内陈储存放待用,要特别注意密封防止酸酒A解析

“曲糵必时”中的曲糵特指酵母菌,在酿造黄酒过程中,先进行有氧呼吸,而后进行无氧呼吸产生酒精,A项错误;酵母菌是异养型生物,淀粉等水解为甜味糖有利于发酵过程中酵母菌对糖类的利用,B项正确;“湛炽必洁”是指酿造、陈储老酒的器具必须严格杀菌消毒,由于酿酒过程是酵母菌进行发酵的过程,因此防止杂菌污染可以使酵母菌更好地发挥作用,C项正确;“陈储”是指将榨出的酒放入储酒罐内陈储存放待用,若是密封不好,醋酸菌容易将酒精转化为乙酸,会形成“酸酒”,故存放过程要特别注意密封,D项正确。考点二发酵工程及其应用夯实基础•精研教材1.发酵工程:利用微生物的

,通过现代工程技术,规模化生产对人类有用的产品。

特定功能2.发酵工程基本环节分析

营养协调pH适宜碳源氮源防止杂菌污染环境条件稳定、温和基因工程3.啤酒的工业化生产流程及发酵过程(1)啤酒发酵的工业化生产流程及操作目的(2)啤酒发酵的过程及内容

4.发酵工程的特点

温和丰富低廉专一污染小容易处理5.发酵工程的应用

食品添加剂酶制剂教材深挖1.[选择性必修3第22页~23页图1-9]某生产谷氨酸的发酵装置,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,由此可知

。提示

环境条件不仅影响微生物的生长繁殖,而且也会影响微生物的代谢物的形成2.[选择性必修3第23页“思考·讨论”]选择发酵工程用的菌种时,需要考虑的因素有

。

提示

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

3.[选择性必修3第23页“思考·讨论”]怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要?提示

发酵条件会直接影响微生物的生长和发酵产品的质量,发酵条件包括温度、pH、溶解氧、通气量等。温度条件的调控可通过向冷却夹层通入冷水来调控;pH条件的调控可在培养基中加入缓冲液,在发酵过程中加入酸或碱;需根据微生物的代谢类型来调控溶解氧的含量,若微生物是需氧型的,可通过空气入口通入空气,并调整搅拌叶轮转速增加溶解氧。若微生物是厌氧型的,需封闭空气入口,建立无氧环境等。4.[选择性必修3第27页“异想天开”]单细胞蛋白是

。提示

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

,还含有糖类、脂质和

等物质。

蛋白质维生素链高考·前挂后连(1)与自然发酵相比,人工接种的发酵获得的产品品质更好。[2013·江苏卷](

)(2)适当加大接种量可以提高发酵速率。[2013·江苏卷](

)√√透析重难•精准突破1.对发酵工程概念的理解

2.有关发酵工程的5点注意

考向探究•素养提升考向

结合发酵工程及其应用,考查社会责任1.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。图1图2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.(2023·北京海淀一模)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(

)A.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,因此酵母菌的发酵过程可能在糖分消耗完全之前就已终止,D项错误。真题演练•领悟考情角度1传统发酵技术的应用1.(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(

)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C解析

泡菜发酵过程利用的微生物主要是乳酸菌,故①主要是防止菜料表面的乳酸菌被杀死,A项错误;②的主要目的是营造无氧环境,B项错误;乳酸发酵为无氧发酵,向坛盖边沿的水槽中注满水的目的是防止外界空气进入泡菜坛,C项正确;泡菜制作过程中亚硝酸盐含量先升高后降低,D项错误。2.(2023·浙江卷)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。下图是小曲白酒的酿造过程,下列叙述错误的是(

)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D解析

酵母菌不能直接利用淀粉发酵产生酒精(乙醇),霉菌分泌的淀粉酶可将淀粉水解为葡萄糖,以供发酵利用,该过程称为糖化,A项正确;酸性的重铬酸钾与酒精反应呈灰绿色,可用于检测发酵液样品的蒸馏产物中有无酒精,B项正确;酿造过程应在无氧条件下进行,若发酵坛密封不严,会有空气进入,导致醋酸菌在有氧条件下发酵产生乙酸而使酒变酸,C项正确;蒸熟并摊晾的原料需要冷却后才可加入糟醅,以免高温杀死菌种,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项错误。3.(多选)(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.都利用了酵母菌无氧呼吸产生酒精的原理B.都需要一定的有氧环境供发酵菌种繁殖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AB解析

果酒的家庭制作与啤酒的工业化生产都利用了酵母菌进行无氧呼吸产生酒精的原理,A项正确;发酵前期,均需要一定的有氧环境,使酵母菌大量繁殖,B项正确;果酒的家庭制作不需要对原料进行灭菌,C项错误;果酒的家庭制作不需要进行消毒,D项错误。4.(2022·湖北卷)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C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项正确;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项正确;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,不存在于线粒体中,C项错误,D项正确。5.(2021·湖北卷)中国的许多传统美食制作过程蕴含了生物发酵技术。下列叙述正确的是(

)A.泡菜制作过程中,酵母菌将葡萄糖分解成乳酸B.馒头制作过程中,酵母菌进行细胞呼吸产生CO2C.米酒制作过程中,将容器密封可以促进酵母菌生长D.酸奶制作过程中,后期低温处理可产生大量乳酸菌B解析

在泡菜制作过程中,乳酸菌将葡萄糖分解成乳酸,A项错误;在馒头制作过程中,酵母菌进行细胞呼吸产生CO2,从而使馒头变得松软,B项正确;在米酒制作过程中,将容器密封的目的是让酵母菌进行无氧呼吸产生酒精,将容器密封不利于酵母菌生长,C项错误;在酸奶制作过程中,后期低温处理的目的是抑制微生物的生长,延长保质期,D项错误。角度2发酵工程6.(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(

)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D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,单位体积葡萄糖溶液中溶质微粒较多,会导致细胞失水,故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项正确。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项正确。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项正确。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项错误。7.(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.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A解析

连续搅拌反应器是为了使菌体进行有氧呼吸,快速生长繁殖,即该生产过程一定有气体生成,A项正确;微生物生长所需碳源主要来源于沼气池废料和果糖生产废水中的含碳有机物,B项错误;由图中“连续搅拌反应器”可知,该生产工艺利用微生物有氧发酵技术生产蛋白质,C项错误;杂菌对利用酿酒酵母生产蛋白质的生产工艺过程无较大影响,故不需要对加入反应器的原料进行灭菌处理,D项错误。8.(多选)(2022·山东卷)啤酒的工业化生产中,大麦经发芽、焙烤、碾磨、糖化、蒸煮、发酵、消毒等工序后,最终过滤、调节、分装。下列说法正确的是(

)A.用赤霉素处理大麦,可使大麦种子无须发芽就能产生α-淀粉酶B.焙烤是为了利用高温杀死大麦种子胚并进行灭菌C.糖浆经蒸煮、冷却后需接种酵母菌进行发酵D.通过转基因技术可减少啤酒酵母双乙酰的生成,缩短啤酒的发酵周期ACD解析

赤霉素能促进种子的萌发,据此可推测若用赤霉素处理大麦,可诱导α-淀粉酶相关基因的表达,促进α-淀粉酶的合成,进而使大麦种子无须发芽就能产生α-淀粉酶,A项正确。焙烤可以杀死大麦种子的胚,但不使淀粉酶失活,没有进行灭菌,B项错误。糖浆经蒸煮(产生风味组分、终止酶的进一步作用,并对糖浆灭菌)、冷却后再接种酵母菌进行发酵,防止高温杀死菌种,C项正确。转基因技术已被用来减少啤酒酵母双乙酰的生成,缩短啤酒的发酵周