第2課傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)酵工程【課標(biāo)要求】1.舉例說明日常生活中的某些食品是運(yùn)用傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)的。2.闡明發(fā)酵工程利用現(xiàn)代工程技術(shù)及微生物的特定功能,工業(yè)化生產(chǎn)人類所需產(chǎn)品。3.舉例說明發(fā)酵工程在醫(yī)藥、食品及其他工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上有重要的應(yīng)用價(jià)值。【素養(yǎng)目標(biāo)】1.運(yùn)用結(jié)構(gòu)與功能觀分析和解釋發(fā)酵工程相關(guān)技術(shù)的基本原理。(生命觀念)2.運(yùn)用歸納法比較果酒、果醋和泡菜的制作原理和過程。(科學(xué)思維)3.針對人類生產(chǎn)和生活的需求,嘗試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)解決現(xiàn)實(shí)生活問題。(科學(xué)探究)4.關(guān)注食品安全,倡導(dǎo)健康的生活方式。(社會責(zé)任)主干知識·多維自查【主干·梳理與辨析】一、發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)1.發(fā)酵的概念和種類:(1)發(fā)酵的概念:是指人們利用微生物,在適宜的條件下,_______________________轉(zhuǎn)化為人類所需要的產(chǎn)物的過程。(2)種類:_________和_________。例如:醋酸發(fā)酵、谷氨酸發(fā)酵為有氧發(fā)酵;酒精發(fā)酵為無氧發(fā)酵。將原料通過微生物的代謝有氧發(fā)酵無氧發(fā)酵2.傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù):原材料中天然存在的微生物固體發(fā)酵和半固體發(fā)酵物質(zhì)氧化分解【思考辨析】1.發(fā)酵是利用微生物生產(chǎn)所需代謝產(chǎn)物的一種生產(chǎn)方式,通常說的乳酸菌發(fā)酵是厭氧發(fā)酵。()2.傳統(tǒng)發(fā)酵食品的制作過程中,制作的發(fā)酵食品往往品質(zhì)專一。()提示:傳統(tǒng)發(fā)酵食品的制作過程中,沒有接種菌種,利用的天然菌種,菌種差異、雜菌情況不明和發(fā)酵過程的控制缺乏標(biāo)準(zhǔn)等,往往會造成發(fā)酵食品的品質(zhì)不一。3.家庭自釀米酒、米醋,屬于傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用。(

)4.傳統(tǒng)發(fā)酵通常是家庭式或作坊式的。()√×√√二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品1.腐乳制作:(1)原理:蛋白質(zhì)小分子的肽和氨基酸。脂肪甘油和脂肪酸。(2)腐乳制作過程中參與的微生物:多種微生物參與了豆腐的發(fā)酵,如_________________等,其中起主要作用的是_____。備注: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。酵母、曲霉和毛霉毛霉2.泡菜制作:(1)菌種來源:_____________________。(2)制作原理:在無氧條件下,乳酸菌將葡萄糖分解成乳酸。(3)反應(yīng)式:C6H12O62C3H6O3(乳酸)+能量。(4)泡菜制作流程:附著在蔬菜上的乳酸菌3.果酒制作:(1)菌種來源:新鮮水果果皮表面_____________。(2)發(fā)酵原理:①在有氧條件下:C6H12O6+6O26CO2+6H2O+能量②在無氧條件下:_________________________________附著的酵母菌C6H12O62C2H5OH+2CO2+能量(3)發(fā)酵條件:4.果醋制作:(1)菌種來源:_____________________或購買的醋酸菌菌種或從食醋中分離醋酸菌。(2)發(fā)酵原理:①氧氣、糖源都充足時(shí):C6H12O6+2O22CH3COOH+2CO2+2H2O+能量②缺少糖源時(shí):C2H5OH+O2CH3COOH+H2O+能量空氣中的野生型醋酸菌(3)發(fā)酵條件:5.果酒、果醋制作流程:【思考辨析】1.在葡萄酒的自然發(fā)酵中,需要人工添加酵母菌菌種。()分析:在葡萄酒的自然發(fā)酵中,菌種來源于附著在葡萄皮上的野生型酵母菌。2.在家庭中用新鮮葡萄制作果酒時(shí),需要給發(fā)酵裝置適時(shí)排氣。()3.泡菜制作的菌種主要是醋酸菌。()分析:泡菜制作的菌種主要是乳酸菌。4.制作泡菜時(shí),鹽水煮沸后可以立即使用。(

)分析:制作泡菜時(shí),鹽水煮沸后應(yīng)先冷卻,防止殺死菌種。5.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。(

)×√××√三、發(fā)酵工程及其應(yīng)用1.發(fā)酵工程概念:利用微生物的特定功能,通過現(xiàn)代工程技術(shù),規(guī)模化生產(chǎn)對人類有用的產(chǎn)品。2.發(fā)酵工程的特點(diǎn):(1)生產(chǎn)條件溫和。(2)原料來源豐富且價(jià)格低廉。(3)產(chǎn)物專一。(4)廢棄物對環(huán)境的污染小、容易處理等。3.發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié):4.發(fā)酵工程的應(yīng)用:(1)在食品工業(yè)上的應(yīng)用。①生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品。②生產(chǎn)各種各樣的___________。③生產(chǎn)酶制劑。(2)在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用。①獲得具有某種藥物生產(chǎn)能力的微生物。②直接對菌種進(jìn)行改造,再通過發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)所需要的產(chǎn)品。食品添加劑③利用基因工程,將病原體的某個(gè)或某幾個(gè)抗原基因轉(zhuǎn)入適當(dāng)?shù)奈⑸锛?xì)胞,獲得的表達(dá)產(chǎn)物作為疫苗使用。(3)在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用:___________________________。(4)在其他方面的應(yīng)用。①利用纖維廢料發(fā)酵生產(chǎn)酒精、乙烯等能源物質(zhì)。②極端微生物的應(yīng)用:嗜熱菌、嗜鹽菌可以用來生產(chǎn)洗滌劑,嗜低溫菌有助于提高熱敏性產(chǎn)品的產(chǎn)量。生產(chǎn)微生物肥料、農(nóng)藥和飼料【思考辨析】1.與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)相比,發(fā)酵工程具有生產(chǎn)條件溫和、原料來源豐富且價(jià)格低廉、產(chǎn)物專一等優(yōu)點(diǎn)。()2.可將新冠病毒的抗原基因轉(zhuǎn)入某種微生物體內(nèi),再通過發(fā)酵工程大量生產(chǎn)新冠病毒疫苗。()3.根據(jù)工程菌所需的營養(yǎng)精確地配制出合成培養(yǎng)基并進(jìn)行嚴(yán)格的滅菌處理。()分析:在菌種確定之后,要選擇原料制備培養(yǎng)基,培養(yǎng)基的配方要經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)才能確定。√√×4.用誘變育種、細(xì)胞工程、基因工程等方法選育出性狀優(yōu)良的工程菌并進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)。()5.發(fā)酵過程中必須嚴(yán)格地監(jiān)測并控制發(fā)酵條件。()√√【教材·挖掘與延伸】1.探究延伸:為什么泡菜壇只能裝八成滿?提示:菜料裝至八成滿時(shí),要注入鹽水,使鹽水沒過菜料,防止菜料變質(zhì)腐爛;如果菜料裝得太滿,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.資料延伸:制作葡萄酒時(shí),要將溫度控制在18~30℃,制作葡萄醋時(shí),要將溫度控制在30~35℃,嘗試作出解釋。提示:溫度影響酵母菌和醋酸菌的生長和發(fā)酵。釀酒酵母的最適生長溫度約為28℃。因此需要將溫度控制在18~30℃。而醋酸菌的最適生長溫度為30~35℃。3.探究延伸:與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)相比,發(fā)酵工程中,怎樣對發(fā)酵條件進(jìn)行調(diào)控以滿足微生物的生長需要?提示:可通過向冷卻夾層通入冷水來調(diào)控溫度;在培養(yǎng)基中加入緩沖液調(diào)節(jié)pH;根據(jù)微生物的代謝類型調(diào)節(jié)溶解氧,若微生物是需氧型的,可通過空氣入口通入空氣,并調(diào)整攪拌葉輪轉(zhuǎn)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。高頻考點(diǎn)·通法悟道★考點(diǎn)1利用傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)制作食品【核心·歸納與整合】1.泡菜制作過程中乳酸菌、乳酸和亞硝酸鹽含量的變化分析:2.果酒和果醋改進(jìn)裝置及其分析:裝置的使用:使用該裝置制作果酒時(shí),應(yīng)該關(guān)閉充氣口;制作果醋時(shí),應(yīng)將充氣口連接充氣泵,通入無菌空氣。3.果酒、果醋制作結(jié)果的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn):(1)果酒制作的結(jié)果評價(jià):發(fā)酵后取樣,可通過嗅味和品嘗進(jìn)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(yīng)呈現(xiàn)灰綠色來檢驗(yàn)酒精。制作成功的葡萄酒應(yīng)色澤鮮艷、爽口、柔和、有濃郁的果香。(2)果醋制作的結(jié)果評價(jià):可通過觀察菌膜的形成、嗅味和品嘗進(jìn)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(jìn)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(jì)其數(shù)量進(jìn)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。【高考警示鐘】制作葡萄酒和葡萄醋辨析(1)制作葡萄酒,利用酵母菌,先通氧讓酵母菌繁殖,后斷氧,厭氧發(fā)酵產(chǎn)酒精,溫度控制在18~30℃。(2)制作葡萄醋利用醋酸菌,通氧,溫度控制在30~35℃。【典題·剖析與精練】【典題示范】(2021·山東等級考)葡萄酒的制作離不開酵母菌。下列說法錯(cuò)誤的是(

)A.無氧條件下酵母菌能存活但不能大量繁殖B.自然發(fā)酵①制作葡萄酒時(shí)起主要作用的菌是野生型酵母菌C.葡萄酒的顏色②是葡萄皮中的色素進(jìn)入發(fā)酵液形成的D.制作過程中隨著發(fā)酵的進(jìn)行發(fā)酵液中糖含量增加【題眼破譯】提升信息轉(zhuǎn)化能力【解析】選D。酵母菌進(jìn)行有氧呼吸獲得能量大量繁殖,在無氧條件下發(fā)酵產(chǎn)生酒精,無氧條件下酵母菌能進(jìn)行無氧呼吸存活,但不能大量繁殖,A正確;自然發(fā)酵制作葡萄酒時(shí)起主要作用的菌是葡萄皮上的野生型酵母菌,B正確;葡萄皮中的色素進(jìn)入發(fā)酵液使葡萄酒呈現(xiàn)顏色,C正確;制作過程中隨著發(fā)酵的進(jìn)行發(fā)酵液中糖含量減少,D錯(cuò)誤。【變式延伸】提升長句應(yīng)答能力(1)工廠生產(chǎn)果酒,菌種主要來源是:_________________________________。(2)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(chǎn)生影響嗎?如果有,如何避免這種影響?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(jī)、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(shí)只需擰松瓶蓋,不要完全揭開瓶蓋等。直接在果汁中加入人工培養(yǎng)的酵母菌【對點(diǎn)訓(xùn)練】1.下列關(guān)于果酒和果醋制作的敘述,正確的是(

)A.在果酒和果醋的制作過程中,發(fā)酵液的pH都會降低B.果酒制成后只需要將裝置移至溫度略高的環(huán)境中就能釀成果醋C.制作所用原料和器具都須嚴(yán)格滅菌,且發(fā)酵全過程都須在無菌環(huán)境D.無氧條件和缺少糖源時(shí),醋酸菌將乙醇變?yōu)橐胰?再將乙醛變?yōu)橐宜帷窘馕觥窟xA。果酒制作過程中產(chǎn)生的二氧化碳和果醋制作過程中產(chǎn)生的醋酸都會導(dǎo)致發(fā)酵液中的pH下降,A正確;果酒制成后需要將裝置移至溫度略高的環(huán)境中,還應(yīng)持續(xù)通入無菌空氣才能釀成果醋,B錯(cuò)誤;為避免菌種被殺死,所用制作原料不需要進(jìn)行嚴(yán)格滅菌,發(fā)酵全過程無須在無菌環(huán)境,C錯(cuò)誤;當(dāng)氧氣充足、缺少糖源時(shí),醋酸菌將乙醇變?yōu)橐胰?再將乙醛變?yōu)橐宜?D錯(cuò)誤。2.(2022·南通模擬)《書經(jīng)》中的“若作酒醴,爾惟曲糵”提到釀酒必須要用酒曲。酒曲是以谷物為原料,破碎加水壓制而成,富含多種微生物,經(jīng)水浸泡后投入蒸熟的米即可用于釀酒。相關(guān)敘述正確的是(

)A.酒曲中富含酵母菌等多種微生物,可將糖徹底分解成酒精B.將米蒸熟后應(yīng)立即加入酒曲進(jìn)行發(fā)酵,可防止雜菌污染C.酒曲與蒸熟的米混合后需隔絕空氣,為發(fā)酵提供無氧環(huán)境D.向發(fā)酵罐中加入酸性重鉻酸鉀,檢測是否有酒精產(chǎn)生【解析】選C。酒曲中富含酵母菌等多種微生物,可將糖分解成酒精,糖徹底分解產(chǎn)物是二氧化碳和水,A錯(cuò)誤;將米蒸熟之后,用涼開水將糯米飯沖淋一次,冷卻到30℃,再加入酒曲進(jìn)行發(fā)酵,將米蒸熟后立即加入酒曲會導(dǎo)致微生物死亡,B錯(cuò)誤;酒曲與蒸熟的米混合后需隔絕空氣,為發(fā)酵提供無氧環(huán)境,因?yàn)檠鯕鈺种凭凭l(fā)酵,C正確;應(yīng)從發(fā)酵罐中取樣后,在樣本中加入酸性重鉻酸鉀,檢測是否有酒精產(chǎn)生,D錯(cuò)誤。【加固訓(xùn)練·拔高】

1.泡菜(乳酸發(fā)酵過的蔬菜)是許多亞洲國家的傳統(tǒng)食品,在發(fā)酵液中通常發(fā)現(xiàn)的微生物包括乳酸菌、酵母菌和絲狀真菌。如圖表示這3種不同微生物群中活細(xì)胞數(shù)和卷心菜乳酸發(fā)酵過程中pH的變化。發(fā)酵液中的溶解氧隨時(shí)間下降,在第22天被完全耗盡。下列說法錯(cuò)誤的是(

)A.pH從第1天到第3天的下降主要由乳酸菌產(chǎn)生的乳酸引起B(yǎng).酵母菌從第10天到第22天的生長與發(fā)酵液中的氧氣有關(guān)C.酵母菌在第26天后開始產(chǎn)生酒精D.一些絲狀真菌在低pH下表現(xiàn)出較高的耐受性【解析】選C。從題圖可知,第1天到第3天pH下降主要由乳酸菌代謝產(chǎn)生乳酸引起,A正確;酵母細(xì)胞在有氧條件下大量繁殖,從第10天到第22天,酵母菌大量繁殖,與發(fā)酵液中的氧氣有關(guān),B正確;第22天發(fā)酵液中的溶解氧耗盡,因此酵母細(xì)胞在第26天之前就已經(jīng)開始無氧呼吸產(chǎn)生酒精,C錯(cuò)誤;由題圖分析可知,低pH下,絲狀真菌活細(xì)胞數(shù)較多,表現(xiàn)出較高的耐受性,D正確。2.如圖是以鮮藍(lán)莓為原料天然發(fā)酵制作藍(lán)莓酒和藍(lán)莓醋的過程簡圖。下列敘述錯(cuò)誤的是(

)A.去除藍(lán)莓枝梗應(yīng)在沖洗后,目的是防止雜菌污染B.過程③在氧氣、糖源充足條件下可直接發(fā)酵為藍(lán)莓醋C.在過程④時(shí),榨出的藍(lán)莓汁需經(jīng)過高壓蒸汽滅菌后才能密閉發(fā)酵D.過程⑤中酒精可作為醋酸菌的碳源和能源【解析】選C。沖洗后去除藍(lán)莓枝梗,目的是防止雜菌污染,A正確;過程③在氧氣、糖源充足條件下可直接發(fā)酵為藍(lán)莓醋,B正確;過程④藍(lán)莓酒制作的菌種是來源于藍(lán)莓皮上的野生型酵母菌,所以藍(lán)莓汁不需要經(jīng)過高壓蒸汽滅菌,C錯(cuò)誤;過程⑤中酒精可作為醋酸菌的碳源和能源,D正確。★考點(diǎn)2發(fā)酵工程及其應(yīng)用【核心·歸納與整合】1.啤酒發(fā)酵的工業(yè)化生產(chǎn)流程及操作目的:2.“精釀”啤酒與“工業(yè)”啤酒的區(qū)別:3.發(fā)酵罐示意圖分析:(1)攪拌葉輪在發(fā)酵過程中的作用。①通過葉輪的攪拌作用,使培養(yǎng)基在發(fā)酵罐內(nèi)得到充分混合,盡可能使微生物在發(fā)酵罐里的每一處均能得到充足的氧氣和培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質(zhì);②良好的攪拌有利于微生物發(fā)酵過程中產(chǎn)生的熱量傳遞給冷卻介質(zhì);③攪拌能使發(fā)酵液充分混合,發(fā)酵罐的發(fā)酵液中的固型物質(zhì)保持懸浮狀態(tài)。(2)發(fā)酵罐中發(fā)酵條件的控制。①溫度的控制:發(fā)酵過程中可以通過溫度傳感器和控制裝置進(jìn)行監(jiān)測和由冷卻水進(jìn)、出口水流來調(diào)整;②溶解氧的控制:通過通氣量和攪拌速度加以調(diào)節(jié);③pH的控制:可以通過pH計(jì)檢測,并由加料裝置添加酸和堿進(jìn)行調(diào)節(jié),也可以在培養(yǎng)基中添加pH緩沖液等。計(jì)算機(jī)應(yīng)用的發(fā)酵工程中實(shí)現(xiàn)了對溫度、酸堿度、通氣量、轉(zhuǎn)速的自動記錄和自動控制。(3)與傳統(tǒng)的容器相比,發(fā)酵罐最明顯的優(yōu)勢。發(fā)酵罐能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn),最大限度地利用原料和設(shè)備,獲得高產(chǎn)量和高效率。①進(jìn)行嚴(yán)格滅菌,能使空氣按需要流通,從而提供良好的發(fā)酵環(huán)境;②實(shí)施攪拌、振蕩以促進(jìn)微生物生長;③對溫度、壓力、空氣流量實(shí)行自動控制;④通過各種生物傳感器測定發(fā)酵罐內(nèi)菌體濃度、營養(yǎng)成分、產(chǎn)品濃度等,并用電腦隨時(shí)調(diào)節(jié)發(fā)酵進(jìn)程。【高考警示鐘】發(fā)酵工程操作中的幾個(gè)注意事項(xiàng)(1)發(fā)酵工程所用菌種一般使用保存于冷凍管或冰箱中的斜面菌種,正式使用前先轉(zhuǎn)接到新鮮斜面培養(yǎng)基上活化后,再用于擴(kuò)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(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量,嚴(yán)格控制溫度、pH、溶解氧等發(fā)酵條件,來保證產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。(3)發(fā)酵產(chǎn)品的分離、提純要根據(jù)產(chǎn)品類型選擇不同方法,若發(fā)酵產(chǎn)品是菌體本身,可采用過濾、沉淀等方法將菌體分離、干燥;若發(fā)酵產(chǎn)品是代謝物,如次生代謝物,需要根據(jù)代謝物的性質(zhì)采用蒸餾、萃取、離子交換等方法獲得產(chǎn)品。【拓展延伸】(1)為了縮短發(fā)酵時(shí)間,確保品質(zhì)穩(wěn)定,工業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn)時(shí),先通過微生物培養(yǎng)技術(shù)獲得單一菌種,再將它們接種到物料中進(jìn)行發(fā)酵。(2)發(fā)酵技術(shù)是從生活、生產(chǎn)實(shí)踐中產(chǎn)生的,人們在生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)品時(shí)需要科學(xué)研究的指導(dǎo)和技術(shù)的改進(jìn);科學(xué)理論和技術(shù)發(fā)展到一定程度,就可以進(jìn)入工程應(yīng)用階段等。【典題·剖析與精練】【典題示范】(多選)發(fā)酵工程①在現(xiàn)代生物工程中地位越來越重要。下列有關(guān)發(fā)酵工程敘述正確的是(

)A.首先要對發(fā)酵設(shè)備和培養(yǎng)基嚴(yán)格滅菌B.要隨時(shí)取樣,檢測培養(yǎng)液的細(xì)菌數(shù)目、產(chǎn)物濃度等,以了解發(fā)酵進(jìn)程②C.發(fā)酵工程產(chǎn)品主要是指微生物的代謝物、酶和菌體本身D.要嚴(yán)格控制溫度、pH、溶解氧等環(huán)境因素③【題眼破譯】提升信息轉(zhuǎn)化能力【解析】選A、B、C、D。首先要對發(fā)酵設(shè)備和培養(yǎng)基嚴(yán)格滅菌,A正確;要隨時(shí)取樣,檢測培養(yǎng)液的細(xì)菌數(shù)目、產(chǎn)物濃度等,以了解發(fā)酵進(jìn)程,B正確;發(fā)酵工程產(chǎn)品主要是指微生物的代謝物、酶和菌體本身,C正確;要嚴(yán)格控制溫度、pH、溶解氧等環(huán)境因素,D正確。【變式延伸】提升長句應(yīng)答能力(1)發(fā)酵工程中滅菌不徹底有什么危害?提示:滅菌是微生物發(fā)酵過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié),一旦有雜菌污染,可能導(dǎo)致產(chǎn)量大大下降,產(chǎn)品質(zhì)量降低。(2)微生物菌種資源豐富,選擇發(fā)酵工程用的菌種時(shí)需要考慮哪些因素?提示:若生產(chǎn)的是微生物直接合成的產(chǎn)物,則可以從自然界中先分離出相應(yīng)菌種,再用物理或化學(xué)方法誘變育種,從突變個(gè)體中篩選出符合生產(chǎn)要求的優(yōu)良菌種。若生產(chǎn)的是微生物不能合成的產(chǎn)品,則可用基因工程、細(xì)胞工程等對菌種的遺傳特性進(jìn)行定向改造,以構(gòu)建工程菌,從而達(dá)到生產(chǎn)相應(yīng)產(chǎn)品的目的,同時(shí)還應(yīng)注意溫度、pH、溶解氧等對菌種的影響。【對點(diǎn)訓(xùn)練】1.(多選)蘋果可用于制作蘋果酒、蘋果醋和提取具有抗過敏、抗癌細(xì)胞增生、調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝等多種生理功能的蘋果多酚。圖示為通過發(fā)酵工程工業(yè)化制作蘋果酒和蘋果醋的裝置。以下說法正確的是(

)A.發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)是擴(kuò)大培養(yǎng)B.甲罐中預(yù)留近1/3的空間,目的是有利于酵母菌的早期繁殖C.甲罐連接的雙U形管中一側(cè)注滿水的作用是密閉裝置,利于自動化排氣,防止發(fā)酵液從排氣管溢出D.若圖中A代表無菌空氣,則乙罐排出的氣體中氧氣的含量降低【解析】選B、C、D。發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)是發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵,A錯(cuò)誤;甲罐中預(yù)留近1/3的空間,目的是有利于酵母菌的早期繁殖,B正確;甲罐連接的雙U形管中一側(cè)注滿水,一方面可以密閉裝置,利于自動化排氣;另一方面可以防止發(fā)酵液從排氣管溢出,C正確;若圖中A通入無菌空氣,則乙罐中的醋酸菌為好氧菌,消耗氧氣,排出的氣體中氧氣的含量降低,D正確。2.(2022·宿遷模擬)由于發(fā)酵工程生產(chǎn)條件溫和、原料來源豐富、價(jià)格低廉等,在食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、農(nóng)牧業(yè)等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,下列有關(guān)發(fā)酵工程在食品工業(yè)上應(yīng)用的描述,正確的是(

)A.日常生活中食用醬油的制作以大麥為主要原料,利用產(chǎn)蛋白酶的霉菌的作用,將原料中的蛋白質(zhì)分解成小分子的肽和氨基酸B.啤酒發(fā)酵的過程分為主發(fā)酵和后發(fā)酵兩個(gè)階段,其中,酵母菌的繁殖在主發(fā)酵階段完成,大部分糖的分解和代謝物的生成在后發(fā)酵階段完成C.味精是由谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵得到的谷氨酸經(jīng)過一系列處理而獲得的D.精釀啤酒發(fā)酵時(shí)間長、產(chǎn)量低、價(jià)格高,所以飲用更健康、保質(zhì)期更長【解析】選C。制作醬油的主要原料是大豆,A錯(cuò)誤;啤酒發(fā)酵的過程分為主發(fā)酵和后發(fā)酵兩個(gè)階段,但酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代謝物的生成都在主發(fā)酵階段完成,主發(fā)酵結(jié)束后在低溫、密閉環(huán)境下儲存一段時(shí)間屬于后發(fā)酵,B錯(cuò)誤;味精的生產(chǎn)是谷氨酸棒狀桿菌在有氧條件下發(fā)酵產(chǎn)生谷氨酸,谷氨酸經(jīng)過一系列處理而獲得的,C正確;精釀啤酒發(fā)酵時(shí)間長(一般發(fā)酵時(shí)間能達(dá)2個(gè)月)、產(chǎn)量低、價(jià)格高,但保質(zhì)期更短(在發(fā)酵工藝上,精釀啤酒發(fā)酵完成后,不會過濾和消毒,保質(zhì)期只有幾十天,存放時(shí)間過長易變質(zhì),而工業(yè)啤酒經(jīng)過殺菌后,可以保存1~2年,甚至更久),D錯(cuò)誤。【加固訓(xùn)練·拔高】1.高酒精度啤酒(酒精濃度≥7.5%vol)由于其高酒精度、高發(fā)酵度、低殘?zhí)堑忍攸c(diǎn),受到越來越多消費(fèi)者的青睞,其釀造工藝如圖所示。下列敘述錯(cuò)誤的是(

)A.生產(chǎn)啤酒用的發(fā)酵罐和大麥汁等原料都需要經(jīng)過滅菌消毒B.多次分批補(bǔ)加葡萄糖可以減少發(fā)酵初期的高滲透壓對酵母細(xì)胞代謝的影響C.主發(fā)酵過程中還原糖主要用于有氧呼吸,其產(chǎn)生的CO2會使pH下降D.發(fā)酵過程中要適時(shí)往外排氣,后發(fā)酵時(shí)期可以延長排氣時(shí)間間隔【解析】選C。生產(chǎn)啤酒用的發(fā)酵罐和大麥汁等原料都需要經(jīng)過滅菌消毒,防止原料自帶的雜菌污染發(fā)酵液,A正確;多次分批補(bǔ)加葡萄糖可以減少發(fā)酵初期的高滲透壓對酵母細(xì)胞代謝的影響,B正確;主發(fā)酵過程中還原糖主要用于無氧呼吸產(chǎn)生酒精,同時(shí)無氧呼吸產(chǎn)生的CO2會使pH下降,C錯(cuò)誤;發(fā)酵過程中要適時(shí)往外排氣,后發(fā)酵時(shí)期由于糖類物質(zhì)不充足,產(chǎn)生的氣體變少,可以延長排氣時(shí)間間隔,D正確。2.下圖是制作泡菜及測定泡菜中亞硝酸鹽含量的實(shí)驗(yàn)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)配制泡菜鹽水時(shí),鹽水的質(zhì)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(fēng)味形成的關(guān)鍵在于________________的加入。

(4)泡菜發(fā)酵過程中應(yīng)定期測定亞硝酸鹽的含量,原因是___________。

(5)泡菜的制作方法不當(dāng),很容易造成泡菜變質(zhì),試分析可能的原因:________________________________。【解析】根據(jù)下面的基礎(chǔ)知識解答本題。答案:(1)新鮮的蔬菜中亞硝酸鹽的含量低,營養(yǎng)物質(zhì)豐富(2)5%~20%加熱煮沸殺滅雜菌,并除去水中的氧氣,冷卻之后使用保證乳酸菌等微生物的生命活動不受影響有殺菌、析出蔬菜中過多的水以及調(diào)味的作用(3)調(diào)味料(4)發(fā)酵不同時(shí)期亞硝酸鹽的含量會發(fā)生變化,及時(shí)檢測以便把握食用泡菜的最佳時(shí)機(jī)(5)泡菜壇密封不嚴(yán)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(zhì)高考集訓(xùn)·命題前瞻【考題體驗(yàn)·悟透】角度一從科學(xué)思維角度,考查制作果酒1.(2020·山東等級考)我國的釀酒技術(shù)歷史悠久,古人在實(shí)際生產(chǎn)中積累了很多經(jīng)驗(yàn)。《齊民要術(shù)》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(cuò)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(chǎn)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(dǎo)致酒曲中的微生物死亡突破口:釀酒是利用酵母菌進(jìn)行無氧呼吸,產(chǎn)生酒精的同時(shí)釋放二氧化碳即為“魚眼湯”,同時(shí),微生物無氧呼吸產(chǎn)生的酒精會抑制其他微生物的生長。【解析】選C。本題主要考查酒精發(fā)酵。由題干信息可知,“浸曲發(fā)”是將酒曲浸到活化,在酵母菌活化的過程中酵母菌細(xì)胞吸水代謝加快,A項(xiàng)正確;“魚眼湯”是冒出魚眼大小的氣泡,氣泡是酵母菌進(jìn)行呼吸作用產(chǎn)生的CO2釋放形成的,B項(xiàng)正確;釀酒過程中酵母菌進(jìn)行無氧呼吸產(chǎn)生的酒精會抑制其他微生物的生長,“凈淘米”是防止一些雜質(zhì)影響酒的品質(zhì),C項(xiàng)錯(cuò)誤;“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致使酒曲中的微生物死亡,D項(xiàng)正確。【知識縱橫】發(fā)酵液的抑菌作用(1)在缺氧、呈酸性的發(fā)酵液中,酵母菌可以生長繁殖,而絕大多數(shù)其他微生物都因無法適應(yīng)這一環(huán)境而受到抑制。(2)在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的酒精也能抑制雜菌的生長。角度二從生命觀念角度,考查傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的綜合應(yīng)用2.(2021·全國乙卷)工業(yè)上所說的發(fā)酵是指微生物在有氧或無氧條件下通過分解與合成代謝將某些原料物質(zhì)轉(zhuǎn)化為特定產(chǎn)品的過程。利用微生物發(fā)酵制作醬油在我國具有悠久的歷史。某企業(yè)通過發(fā)酵制作醬油的流程示意圖如下。回答下列問題:(1)米曲霉發(fā)酵過程中,加入大豆、小麥和麥麩可以為米曲霉的生長提供營養(yǎng)物質(zhì),大豆中的______________可為米曲霉的生長提供氮源,小麥中的淀粉可為米曲霉的生長提供________。

(2)米曲霉發(fā)酵過程的主要目的是使米曲霉充分生長繁殖,大量分泌制作醬油過程所需的酶類,這些酶中的____________、__________能分別將發(fā)酵池中的蛋白質(zhì)和脂肪分解成易于吸收、風(fēng)味獨(dú)特的成分,如將蛋白質(zhì)分解為小分子的肽和_______。米曲霉發(fā)酵過程需要提供營養(yǎng)物質(zhì)、通入空氣并攪拌,由此可以判斷米曲霉屬于__________(填“自養(yǎng)厭氧”“異養(yǎng)厭氧”或“異養(yǎng)好氧”)微生物。

(3)在發(fā)酵池發(fā)酵階段添加的乳酸菌屬于____________(填“真核生物”或“原核生物”);添加的酵母菌在無氧條件下分解葡萄糖的產(chǎn)物是___________________;在該階段抑制雜菌污染和繁殖是保證醬油質(zhì)量的重要因素,據(jù)圖分析該階段中可以抑制雜菌生長的物質(zhì)是______________。(答出1點(diǎn)即可)

突破口:大豆含有豐富的蛋白質(zhì),含有氮元素,蛋白質(zhì)、脂肪的分解需要蛋白酶、脂肪酶,乳酸菌是原核生物。【解題指南】解答本題的關(guān)鍵是結(jié)合腐乳制作的原理理解米曲霉發(fā)酵制作醬油的原理,同時(shí)結(jié)合乳酸菌、酵母菌的代謝特點(diǎn),理解發(fā)酵過程中抑制雜菌污染的原理。【解析】本題主要考查傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)及其應(yīng)用。(1)米曲霉發(fā)酵過程中,大豆中的蛋白質(zhì)含有氮元素,可為米曲霉的生長提供氮源,小麥中的淀粉是糖類,可為米曲霉的生長提供碳源。(2)米曲霉發(fā)酵過程中,蛋白酶和脂肪酶能分別將發(fā)酵池中的蛋白質(zhì)和脂肪分解成易于吸收、風(fēng)味獨(dú)特的成分,比如蛋白酶將蛋白質(zhì)分解為小分子的肽和氨基酸。因?yàn)榘l(fā)酵過程需要為米曲霉提供營養(yǎng)物質(zhì),所以米曲霉屬于異養(yǎng)微生物;需要通入空氣,所以米曲霉屬于好氧微生物。(3)乳酸菌屬于原核生物;酵母菌在無氧條件下將葡萄糖分解為酒精和二氧化碳;發(fā)酵過程中抑制雜菌生長的物質(zhì)可以是酵母菌發(fā)酵產(chǎn)生的酒精、乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)生的乳酸或加入的食鹽。答案:(1)蛋白質(zhì)碳源(2)蛋白酶脂肪酶氨基酸異養(yǎng)好氧(3)原核生物酒精和二氧化碳酒精(或乳酸或食鹽)角度三從科學(xué)探究角度,考查傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用3.(2021·湖北選擇考)很久以前,勤勞的中國人就發(fā)明了制飴(麥芽糖)技術(shù),這種技術(shù)在民間沿用至今。麥芽糖制作的大致過程如圖所示。下列敘述正確的是(

)A.麥芽含有淀粉酶,不含麥芽糖B.麥芽糖由葡萄糖和果糖結(jié)合而成C.55~60℃保溫可抑制該過程中細(xì)菌的生長D.麥芽中的淀粉酶比人的唾液淀粉酶的最適溫度低突破口:麥芽糖酶和淀粉酶的作用及影響因素。【解析】選C。麥芽糖屬于植物細(xì)胞特有的二糖,在麥芽中存在麥芽糖,A錯(cuò)誤;麥芽糖是由2分子葡萄糖脫水縮合而成的,B錯(cuò)誤;細(xì)菌的生長需要適宜溫度,據(jù)圖可知,該過程中需要在55~60℃條件下保溫6小時(shí)左右,目的是抑制細(xì)菌的生長,避免雜菌污染,C正確;一般而言,植物體內(nèi)酶的最適溫度高于動物,故麥芽中的淀粉酶比人的唾液淀粉酶的最適溫度高,D錯(cuò)誤。角度四從科學(xué)思維角度,考查各種傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的原理及過程4.(2021·湖北選擇考)中國的許多傳統(tǒng)美食制作過程蘊(yùn)含了生物發(fā)酵技術(shù)。下列敘述正確的是(

)A.泡菜制作過程中,酵母菌將葡萄糖分解成乳酸B.饅頭制作過程中,酵母菌進(jìn)行呼吸作用產(chǎn)生CO2C.米酒制作過程中,將容器密封可以促進(jìn)酵母菌生長D.酸奶制作過程中,后期低溫處理可產(chǎn)生大量乳酸桿菌突破口:酵母菌和乳酸菌的作用。【解析】選B。泡菜制作過程中,主要是乳酸菌將葡萄糖分解形成乳酸,A錯(cuò)誤;做饅頭或面包時(shí),經(jīng)常要用到酵母菌,酵母菌可以分解面粉中的葡萄糖,產(chǎn)生CO2,CO2是氣體,遇熱膨脹而形成小孔,使得饅頭或面包暄軟多孔,B正確;酵母菌在有氧條件下可以大量繁殖,在密封也就是無氧條件下產(chǎn)生酒精,C錯(cuò)誤;酸奶制作過程中,后期低溫處理不利于乳酸桿菌生存,乳酸桿菌不會大量繁殖,D錯(cuò)誤。【金榜原創(chuàng)·預(yù)測】【命題·新情境】大腸桿菌的培養(yǎng)大腸桿菌大都有PUC118質(zhì)粒,該質(zhì)粒的某限制酶唯一酶切序列位于該質(zhì)粒的lacZt基因中,lacZt基因中如果沒有插入外源基因,便可表達(dá)出β-半乳糖苷酶。當(dāng)培養(yǎng)基中含有X-gal和IPTG物質(zhì)時(shí),會被β-半乳糖苷酶水解成藍(lán)色沉淀物質(zhì),使大腸桿菌形成藍(lán)色菌落;否則,形成白色菌落。PUC118質(zhì)粒還攜帶了氨芐青霉素抗性基因。【預(yù)測·新視角】1.大腸桿菌在基因工程中具有重要的作用,既可作供體細(xì)胞,提供_______,又可作受體細(xì)胞,優(yōu)點(diǎn)是______________。

【解析】大腸桿菌在基因工程中具有重要的作用,既可作供體細(xì)胞,提供質(zhì)粒作運(yùn)載體、DNA連接酶和限制性內(nèi)切核酸酶作基因工程的工具酶,又可作受體細(xì)胞,優(yōu)點(diǎn)是細(xì)胞體積小,代謝旺盛,基因工程產(chǎn)物表達(dá)快。答案:運(yùn)載體和工具酶細(xì)胞體積小,代謝旺盛,基因工程產(chǎn)物表達(dá)快2.若選用PUC118質(zhì)粒作運(yùn)載體要篩選能產(chǎn)生人胰島素的大腸桿菌,培養(yǎng)基中除含有大腸桿菌必需的葡萄糖、氮源、無機(jī)鹽、水、生長因子等營養(yǎng)物質(zhì)外,還應(yīng)加入_______________、_______________和氨芐青霉素等物質(zhì),從功能上看此培養(yǎng)基屬于______________(填“選擇培養(yǎng)基”“鑒別培養(yǎng)基”或“選擇和鑒別培養(yǎng)基”)。

【解析】若選用PUC118質(zhì)粒作運(yùn)載體要篩選能產(chǎn)生人胰島素的大腸桿菌,培養(yǎng)基中除含有大腸桿菌必需的葡萄糖、氮源、無機(jī)鹽、水、生長因子等營養(yǎng)物質(zhì)外,還應(yīng)加入