2020版新一线高考生物（人教版）一轮复习教学案：生物技术与工程第1讲传统发酵技术的应用

  第1讲　传统发酵技术的应用

[考纲展示]　1.运用发酵加工食品的基本方法　2.利用微生物进行发酵来生产特定的产物

考点一| 果酒和果醋的制作

1．菌种的比较

2．原理及发酵条件

3．实验流程

(1)实验用具消毒

(2)挑选、冲洗葡萄

(3)榨汁→用榨汁机榨取葡萄汁，装入发酵瓶中

(4)果酒发酵

(5)取样检测

(6)果醋发酵

4．实验结果分析

(1)若酵母菌数量少，产生的酒精少：原因是发酵前期，酵母菌有氧呼吸不足。

(2)若酵母菌数量充足，但是产生的酒精较少或不能产生酒精：原因是发酵后期密封不严。

1．果酒制作时，应该从哪些方面防止发酵液被污染？(至少答两点)

提示：需要从发酵制作的过程进行全面的考虑，因为操作的每一步都可能混入杂菌。例如：榨汁机、发酵装置要清洗干净；每次排气时只需拧松瓶盖、不要完全揭开瓶盖等。

2．如图为果酒果醋制作实验装置图。请据图回答问题。

(1)图中发酵瓶中葡萄汁的量是否恰当？为什么？

提示：不恰当，因为葡萄汁的量不能超过发酵瓶体积的2/3，而且不能将排气口淹没。

(2)果酒发酵时为什么要适时排气？

提示：防止发酵装置爆裂。

(3)醋酸菌醋酸发酵时，无论是利用糖源还是酒精，甲都需要打开，请说明其原因。

提示：醋酸菌是一种好氧细菌，在发酵过程中始终需要氧气，如果氧气中断则会引起醋酸菌的死亡。

考法1　考查果酒、果醋的制作原理、流程等

1．(2016·全国卷Ⅱ)苹果醋是以苹果汁为原料经发酵而成的。回答下列问题：

(1)酵母菌的呼吸代谢途径如图所示。图中过程①和②是苹果醋生产的第一阶段，在酵母菌细胞的____________中进行，其产物乙醇与________试剂反应呈现灰绿色，这一反应可用于乙醇的检验；过程③在酵母菌细胞的________中进行。与无氧条件相比，在有氧条件下，酵母菌的增殖速度________。

(2)第二阶段是在醋酸杆菌的作用下将第一阶段产生的乙醇转变为醋酸的过程，根据醋酸杆菌的呼吸作用类型，该过程需要在________条件下才能完成。

(3)在生产过程中，第一阶段和第二阶段的发酵温度不同，第一阶段的温度________(填“低于”或“高于”)第二阶段的。

(4)醋酸杆菌属于________核生物，其细胞结构中____________(填“含有”或“不含有”)线粒体。

解析：(1)图中过程①和②是酵母菌无氧呼吸产生乙醇的过程，无氧呼吸的场所是细胞质基质。乙醇可用酸性重铬酸钾试剂检测，颜色由橙色变为灰绿色。过程③为有氧呼吸的第二和第三阶段，场所为线粒体。在有氧条件下酵母菌进行有氧呼吸，产生更多的能量供酵母菌繁殖利用，故有氧条件下酵母菌的繁殖速度更快。(2)醋酸杆菌是好氧型细菌，因此，在醋酸杆菌作用下，将乙醇转变为醋酸的过程需要在有氧条件下才能完成。(3)在生产过程中，第一阶段酵母菌产生乙醇的适宜温度为18～25 ℃，第二阶段醋酸杆菌产生醋酸的适宜温度为30～35 ℃，第一阶段的温度低于第二阶段的。(4)醋酸杆菌属于原核生物，原核细胞中的细胞器只有核糖体一种，不含线粒体。

答案：(1)细胞质基质　酸性重铬酸钾　线粒体　快　(2)有氧　(3)低于　(4)原　不含有

考法2　考查发酵条件的控制等

2．天津独流老醋历史悠久、独具风味，其生产工艺流程如图所示。

(1)在糖化阶段添加酶制剂需要控制反应温度，这是因为酶_______。

(2)在酒精发酵阶段，需添加酵母菌。在操作过程中，发酵罐先通气，后密闭。通气能提高_______的数量，有利于密闭时获得更多的酒精产物。

(3)在醋酸发酵阶段，独流老醋采用独特的分层固体发酵法，发酵30天。工艺如下。

①发酵过程中，定期取样测定醋酸杆菌密度变化，趋势如图。据图分析，与颠倒前相比，B层醋酸杆菌在颠倒后密度变化的特点是____________________，由此推测，影响醋酸杆菌密度变化的主要环境因素是________________。

②乳酸含量高是独流老醋风味独特的重要成因。发酵过程中，发酵缸中________________________层的醋醅有利于乳酸菌繁殖，积累乳酸。

③成熟醋醅中乳酸菌的种类明显减少，主要原因是发酵后期营养物质消耗等环境因素的改变，加剧了不同种类乳酸菌的________，淘汰了部分乳酸菌种类。

解析：(1)因酶在最适温度下的催化能力最强，故发酵过程中需控制好反应温度。(2)酵母菌是兼性厌氧型微生物，在有氧条件下分解有机物释放能量多，繁殖快。(3)曲线图显示，与翻动前相比，B层在翻动后醋酸杆菌密度先快速增加而后趋于稳定，对比翻动前后B层醋酸杆菌所处环境条件知，影响醋酸杆菌密度变化的主要环境因素有氧气浓度、pH及营养物质含量等。乳酸菌是厌氧型微生物，处于发酵缸下层的醋醅有利于乳酸菌发酵产生乳酸。随着发酵时间的推移，环境中营养物质减少，代谢废物增多，微生物生存条件恶劣，不同种乳酸菌间的竞争加剧，部分菌种因不适应环境而被淘汰。

答案：(1)在最适温度条件下催化能力最强　(2)酵母菌　(3)①先快速增长后趋于稳定　氧气、营养物质、pH　②颠倒前的B层和颠倒后的A(或不翻动，或下)　③种间竞争(或竞争)

考点二| 腐乳的制作

1．发酵菌种

(1)主要菌种

①名称：毛霉。

②菌体特点：白色丝状真菌。

③代谢类型：异养需氧型。

(2)其他菌种：根霉、酵母菌、曲霉等。

2．制作原理

3．腐乳制作流程

1．市售的腐乳有时口感不好，腐乳较硬，试分析这是什么原因造成的？(至少答出四点)

提示：豆腐块的含水量不当，含水量少，腐乳较硬。发酵时间短，蛋白质未完全水解，菌种不纯、菌种变异、菌种老化都会影响腐乳的口感；各种调味品的配比不当等也影响腐乳的口感。

2．选修1P8“旁栏小资料”：影响腐乳种类的因素有哪些？举例说明加入的辅料与腐乳种类的关系？

提示：豆腐的含水量不同、发酵条件的不同以及加入的辅料不同。红方加入了红曲，糟方加入了酒糟，青方不加辅料。

1．影响腐乳品质的“五大”因素

(1)豆腐含水量的控制：豆腐含水量以70%为宜。

①若含水量过高，豆腐块不易成形。

②若含水量过低，则不利于毛霉的生长。

(2)盐的用量：制作时，应逐层加盐，近瓶口处盐铺厚一些，以防止杂菌从瓶口进入。

①盐的浓度过高，会影响口味。

②盐的浓度过低，不足以抑制微生物生长，腐乳易腐败变质。

(3)酒的用量：卤汤中酒的含量控制在12%左右为宜。酒精含量的高低与腐乳后期发酵时间的长短有很大关系。

①酒精含量越高，对蛋白酶的抑制作用也越大，会使腐乳成熟时间延长。

②酒精含量过低，蛋白酶的活性高，加快蛋白质的水解，但杂菌繁殖快，豆腐易腐败变质。

(4)发酵的温度：前期发酵温度应保持在15～18 ℃，利于毛霉生长。

(5)香辛料：具有防腐杀菌的作用，也会影响腐乳的风味和质量。

2．腐乳制作中抑制杂菌的措施

(1)前期发酵条件的控制：提供利于毛霉生长的温度、水分，形成毛霉的生长优势，抑制杂菌的生长。

(2)后期发酵条件的控制

①加盐腌制：利用食盐抑制杂菌生长。

②加卤汤装瓶：利用卤汤中的酒和香辛料抑制杂菌的生长。

③密封腌制：控制无氧环境，抑制好氧菌的生长。

考法1　考查腐乳的制作原理、过程及发酵条件等

(2019·四川遂宁市高三诊断)腐乳是中国流传数千年的传统民间美食，通常分为青方、红方、糟方三大类。请结合相关知识回答问题：

(1)在制作果酒、果醋、泡菜、腐乳的过程中全程需要氧气的是________。毛霉能在豆腐块上生长，是因为豆腐块能为其提供无机盐、________________等四大类基本营养物质。

(2)腐乳的发酵过程中能起到防腐作用的物质有_____________三类。青方、红方和糟方三类腐乳中，________类没有加入辅料。现代工业生产腐乳，必须严格控制无菌条件，对豆腐灭菌宜采用的方法是________。

(3)科学家研究了食盐用量对豆腐乳品质及发酵周期的影响，结果如图：

由图可知，随食盐用量的增加，豆腐乳品质的综合评分总体上呈现______________趋势，选择食盐用量为______________较为适宜。发酵周期与食盐的用量成________相关，原因可能是____________________

_____________________________________________________________。

解析：(1)制作果酒的原理是利用酵母菌的厌氧呼吸产生酒精；制作果醋所利用的醋酸杆菌是好氧菌，在氧气充足的条件下才能进行旺盛的生命活动；制作泡菜的原理是乳酸菌在无氧条件下，将糖分解为乳酸；制作腐乳的实验流程为：①豆腐上长出毛霉→②加盐腌制→③加卤汤装瓶→④密封腌制。可见，在制作果酒、果醋、泡菜、腐乳的过程中全程需要氧气的是果醋。霉能在豆腐块上生长，是因为豆腐块能为其提供无机盐、碳源、氮源、水等基本营养物质。(2)卤汤是由酒及各种香辛料配制而成的。在腐乳的发酵过程中，加入的酒、香辛料、盐都能起到防腐作用。在青方、红方和糟方三类腐乳中，没有加入辅料的是青方。对豆

腐灭菌宜采用高压蒸汽灭菌法。(3)曲线图显示：随食盐用量的增加，豆腐乳品质的综合评分总体上呈现先上升后下降的趋势；当食盐用量为10%时，豆腐乳品质的综合评分最高，说明此浓度是选择食盐用量较为适宜的浓度。发酵周期与食盐的用量成正相关，原因可能是：随食盐浓度的增加，对发酵微生物的抑制作用增强(或随食盐浓度的增加，对脂肪酶和蛋白酶活性的抑制作用增强)。

答案：(1)果醋　碳源、氮源、水　(2)酒、香辛料、盐　青方　高压蒸汽灭菌　(3)先上升后下降　10%　正　随食盐浓度的增加，对发酵微生物的抑制作用增强(或随食盐浓度的增加，对脂肪酶和蛋白酶活性的抑制作用增强)

考点三| 制作泡菜并检测亚硝酸盐含量

1．泡菜的制作

(1)制作原理

①发酵实质：在无氧条件下，乳酸菌将葡萄糖分解成乳酸。

②反应式：C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋能量。

(2)制作流程

(3)关键操作

①泡菜坛的选择：火候好、无裂纹、无砂眼、坛沿深、盖子吻合好的泡菜坛。

②腌制的条件：控制腌制的时间、温度和食盐的用量。防止杂菌感染，严格密封。

2．检测亚硝酸盐含量

(1)原理

①亚硝酸盐＋对氨基苯磺酸→反应产物；

反应产物＋N－1－萘基乙二胺盐酸盐→玫瑰红色染料。

②亚硝酸盐溶液的浓度越高，颜色越深；浓度越低，颜色越浅。

(2)流程

―→―→→

(3)判断方法：观察样品颜色变化，并与已知浓度的标准显色液比较，然后估算亚硝酸盐含量。

(4)结果分析

如图表示泡菜制作过程中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐含量变化曲线，据图分析回答：

①图中乳酸菌含量的变化规律为Ⅱ(填序号)。

②图中乳酸含量的变化规律为Ⅰ(填序号)。

③图中亚硝酸盐含量的变化规律为Ⅲ(填序号)。

④由图可知，泡菜的最佳取食时间为发酵中期。

1．泡菜发酵时间是不是越长越好？说明理由。

提示：泡菜发酵时间长，亚硝酸盐含量低，但是发酵时间过长，会产生其他有害物质。

2．泡菜发酵的无氧环境是如何形成的？

提示：密封的泡菜坛可防止外界氧气进入，发酵液中的好氧菌消耗发酵液中的溶解氧。

3．要探究泡菜制作的最佳温度，应考虑的无关变量有哪些？(答出三点即可)。

提示：腌制时间、食盐的用量、蔬菜的种类和用量等。

泡菜制作成功的关键点

(1)材料的选择及用量

①蔬菜应新鲜，若放置时间过长，蔬菜中的硝酸盐易被还原成亚硝酸盐。

②清水和盐的质量比为4∶1，盐水要煮沸后冷却待用。盐水煮沸有两大作用，一是除去水中的氧气，二是杀灭盐水中的其他细菌。

(2)防止杂菌污染：每次取样用具要洗净，取样后要迅速封口。

(3)氧气需求

①泡菜坛要选择透气性差的容器，以创造无氧环境，有利于乳酸菌发酵，防止蔬菜腐烂。

②坛盖边沿的水槽中要注满水，以保证乳酸菌发酵所需要的无氧环境，并注意在发酵过程中要经常补充坛盖边沿水槽中的水。

考法　结合泡菜的制作考查亚硝酸盐含量的测定

回答下列有关泡菜制作的问题：

(1)制作泡菜时，所用盐水需煮沸，其目的是________。为了缩短制作时间，有人还会在冷却后的盐水中加入少量陈泡菜液，加入陈泡菜液的作用是 ___________________________________________________。

(2)泡菜制作过程中，乳酸发酵的过程即为乳酸菌进行____________________的过程。该过程发生在乳酸菌细胞的________中。

(3)泡菜制作过程中影响亚硝酸盐含量的因素有____________、________和________等。

(4)从开始制作到泡菜品质最佳这段时间内，泡菜液逐渐变酸。这段时间内泡菜坛中乳酸菌和其他杂菌的消长规律是_______________，原因是___________________________________________________________

___________________________________________________________。

解析：(1)制作泡菜时需要先形成无菌环境，所用盐水需煮沸，以杀灭盐水中的杂菌。想要缩短制作时间，应该缩短菌株的生长时间，陈泡菜液中含有一定量的乳酸菌，这样菌体数量扩增速度会加快。

(2)乳酸菌为厌氧菌，进行无氧呼吸产生乳酸，该过程只能在细胞质中进行。

(3)温度过高、腌制时间过短、食盐用量不足等，容易造成杂菌大量繁殖，亚硝酸盐含量增加。

(4)从开始制作到泡菜品质最佳这段时间内，氧气浓度逐渐降低，泡菜液逐渐变酸，不适宜杂菌生长，而适宜乳酸菌生长，因此乳酸菌数量增加，其他杂菌数量减少。

答案：(1)杀灭杂菌　增加乳酸菌数量　(2)无氧呼吸　细胞质　(3)温度　腌制时间　食盐用量　(4)乳酸菌数量增多，杂菌数量减少　乳酸菌比杂菌更为耐酸

真题体验| 感悟高考　淬炼考能

1．(2017·江苏高考)下列关于“腐乳的制作”实验，叙述正确的是(　　)

A．控制发酵温度的主要目的是腐乳调味   

B．腐乳制作后期加入香辛料和料酒有防腐作用

C．毛霉的主要作用是分解脂肪和淀粉

D．成品腐乳表面的粘性物质主要由细菌产生

答案：B

2．(多选)(2017·江苏高考)下图是探究果酒与果醋发酵的装置示意图。下列相关叙述正确的是(　　)

A．改变通入气体种类，可以研究呼吸作用类型对发酵的影响

B．果酒发酵中期通入氮气，酵母菌将从有氧呼吸转变为无氧呼吸

C．果醋的发酵周期与实验设定的温度密切相关

D．气体入口与气体出口可以交换使用

答案：ABC

3．(2017·全国卷Ⅱ)豆豉是大豆经过发酵制成的一种食品。为了研究影响豆豉发酵效果的因素，某小组将等量的甲、乙两菌种分别接入等量的A、B两桶煮熟大豆中并混匀，再将两者置于适宜条件下进行发酵，并在32 h内定期取样观测发酵效果。回答下列问题：

(1)该实验的自变量是________、________。

(2)如果发现发酵容器内上层大豆的发酵效果比底层的好，说明该发酵菌是________。

(3)如果在实验后，发现32 h内的发酵效果越来越好，且随发酵时间呈直线上升关系，则无法确定发酵的最佳时间；若要确定最佳发酵时间，还需要做的事情是____________________________________。

(4)从大豆到豆豉，大豆中的成分会发生一定的变化，其中，蛋白质转变为____________，脂肪转变为____________。

解析：(1)由“甲、乙两菌种”和“32 h内定期取样观测”可知，该实验的自变量是菌种和发酵时间。

(2)由“发酵容器内上层大豆的发酵效果比底层的好”可知，该发酵菌是好氧菌。

(3)因“32 h内的发酵效果越来越好，且随发酵时间呈直线上升关系”，说明发酵的最佳时间可能超过32 h，故可继续延长发酵时间，定期取样观测发酵效果，以确定最好的发酵效果所对应的时间，此时间即为最佳发酵时间。

(4)发酵菌种能产生蛋白酶和脂肪酶，蛋白酶能催化蛋白质分解为小分子的肽和氨基酸，脂肪酶能催化脂肪分解为甘油和脂肪酸。

答案：(1)菌种　发酵时间　(2)好氧菌　(3)延长发酵时间，观测发酵效果，最好的发酵效果所对应的时间即为最佳发酵时间　(4)氨基酸和肽　脂肪酸和甘油

4．(2018·海南高考)葡萄酒是葡萄汁经酵母菌发酵而成的，酿制葡萄酒的两个简易装置如图所示。

回答下列问题：

(1)试管中的X溶液有助于维持甲装置的瓶中气压相对稳定，与乙装置相比，用甲装置酿制葡萄酒的优点是____________________________

________________________________________________(答出两点即可)。

(2)葡萄汁装入甲装置时，要留有约1/3的空间，这种做法的目的是_____________________________________________________________

_______________________________________________(答出两点即可)。

(3)某同学若用乙装置进行发酵，并设置两个不同处理组(乙A和乙B)，乙A装置中保留一定量的氧气，乙B装置中没有氧气。在其他条件相同且适宜的情况下，测得一段时间内乙A和乙B中酒精含量的变化趋势及乙A中氧气含量的变化趋势如曲线图所示。  图中曲线①、②、③依次表示________________、________________、________________含量的变化趋势。

(4)从细胞呼吸类型看，酵母菌属于___________生物；从同化作用的类型看，酵母菌属于___________(填  “自养”  或  “异养”)  生物。

解析：(1)果酒制作过程中除了能产生酒精，也会释放二氧化碳，因此要每隔12小时左右(一定的时间)将瓶盖拧松一次，将二氧化碳排出，而在拧开瓶盖的过程中会有杂菌感染，与乙装置相比，甲装置就避免了感染杂菌的机会。

(2)葡萄汁装入发酵瓶时，发酵瓶要留有大约1/3的空间，这样既可以为酵母菌大量繁殖提供适量的氧气，又可以防止发酵旺盛时汁液溢出。

(3)(4)酵母菌为兼性厌氧生物，自身不能将二氧化碳等无机物合成有机物，为异养生物。乙A中的氧气不断被消耗，由此判断曲线①表示乙A中氧气含量的变化趋势。乙B装置中无氧气，酵母菌只进行无氧呼吸，乙A装置中含有一定量的氧气，在起始的一段时间内，酵母菌只进行有氧呼吸，不产生酒精，由此判断②、③依次表示乙B中的酒精，乙A中的酒精。

答案：(1)不需要开盖放气；避免了因开盖引起的杂菌污染　(2)为酵母菌大量繁殖提供适量的氧气；防止发酵旺盛时汁液溢出　(3)乙A中的氧气　乙B中的酒精　乙A中的酒精　(4)兼性厌氧　异养