2021版新高考生物培优大一轮复习讲义：原选修1、选修3部分内容第1讲传统发酵技术的应用

  第1讲　传统发酵技术的应用

果酒和果醋的制作

1．制作原理与发酵条件

2．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

3．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、果醋及泡菜的菌种、呼吸类型、原理与发酵温度如何？请加以比较。

2．甲、乙、丙三个制作果酒的发酵瓶中，在温度等适宜的条件下进行发酵，如图所示。发酵过程中，每隔一段时间均需排气一次。据图分析：

　　　　              甲　　　　 　乙　　　　 　丙

注：各发酵瓶的左侧管为充气管，右侧管为排气管

(1)指出图中发酵瓶甲、丙的错误分别是什么？分别会导致发酵中出现的主要异常现象是什么？

(2)在上述制作葡萄酒的过程中，假设乙同学的某一步骤操作错误导致发酵瓶塞被冲开，该操作错误是什么？

[提示]　(1)甲同学未夹住发酵瓶的充气管，酵母菌呼吸产生的乙醇被氧化成醋酸，所以发酵液从充气管流出，发酵液变酸；丙同学错在瓶中发酵液过多，淹没了排气管在瓶内的管口，这样发酵液会从排气管流出。

(2)未及时排气。

果酒、果醋制作原理、流程等

1．如图是利用山楂制作果酒、果醋的流程：

→→→→

　　　　　　　　　　　　←

回答下列问题：

(1)酒精发酵主要利用的是酵母菌的________呼吸，其细胞内将葡萄糖分解为酒精的酶存在于________。酵母菌与醋酸菌在结构上的主要区别是_______

_____________________。

(2)酒精发酵前加入的白砂糖主要是为酵母菌提供________。如图表示白砂糖的添加量对酒精生成量的影响，白砂糖的添加量为________左右最为合理。

(3)醋酸发酵前，需要加入纯净水对山楂果酒进行稀释，原因是___________

______________________________。

(4)将发酵好的山楂果醋在80 ℃左右的温度下热处理8～10 min，目的是__________，以及防止杂菌污染。

(5)为研究发酵罐中酿酒酵母菌的生长情况，常要取样统计分析，并测定pH值。若某研究人员将样品的次序弄乱了，那么判断取样顺序的主要依据是________(填“酵母菌的数量”或“发酵液的pH”)，理由是________________

________________________________________________。

[解析]　(1)酒精发酵主要利用的是酵母菌的无氧呼吸，其将葡萄糖分解为酒精的酶存在于细胞质基质。酵母菌属于真核生物，醋酸菌属于原核生物，两者在结构上的主要区别是酵母菌有以核膜为界限的细胞核。

(2)酒精发酵前加入的白砂糖主要是为酵母菌提供碳源，有利于提高酒精的生成量。据曲线图可知，当白砂糖的含量为15%时，酵母菌通过酒精发酵产生的酒精的量最多，故白砂糖的添加量为15% 左右最为合理。

(3)由于醋酸发酵前，酵母菌通过酒精发酵产生大量的酒精，酒精浓度过高会抑制醋酸菌的发酵，因此醋酸发酵前，需要加入纯净水对山楂果酒进行稀释。

(4)醋酸发酵完成，即生成山楂果醋后，山楂果醋内存在活的醋酸菌，为了防止醋酸菌继续发酵，将发酵好的山楂果醋在80 ℃左右的温度下热处理8～10 min，这样做还可以防止杂菌污染。

(5)为研究发酵罐中酿酒酵母菌的生长情况，常要取样统计分析并测定pH值。若某研究人员将样品的次序弄乱了，那么判断取样顺序的主要依据是发酵液的pH，原因是酵母菌发酵过程中产生CO2，可形成碳酸，此外还会产生一些其他酸性代谢产物，可造成发酵液pH降低，故可以依据不同样本的pH确定取样的先后顺序。

[答案]　(1)无氧　细胞质基质　有无以核膜为界限的细胞核(或酵母菌具有核膜)　(2)碳源　15%　(3)酒精浓度过高会抑制醋酸菌的发酵　(4)防止醋酸菌继续发酵(或杀死醋酸菌)　(5)发酵液的pH　酵母菌发酵过程中产生CO2，可形成碳酸，此外还会产生一些其他酸性代谢产物，可造成发酵液pH降低，故可以依据不同样本的pH确定取样的先后顺序

2．(2019·四川省自贡市高三模拟)椪柑是自贡地区主产水果之一，某生物兴趣小组尝试用椪柑作原料制作果酒、果醋，探索农产品转化的可行性。请分析并回答下列问题：

(1)在实验选用的两种微生物中，醋酸菌与酵母菌在细胞结构上最大的区别是__________________________，整个发酵过程需要有氧气参与的微生物是________。

(2)果酒发酵过程是否产生了酒精，可通过____________溶液来检测，若发酵液出现________色，说明发酵基本成功。

(3)纯化酵母菌菌种常用的方法有平板划线法和稀释涂布平板法，而统计发酵液中活菌的数目时不能用平板划线法，原因是___________________________

______________________________________________________(答出2点即可)。

[解析]　(1)醋酸菌属于原核生物，酵母菌属于真核生物，原核生物和真核生物在细胞结构上最大的区别是醋酸菌没有核膜包围的细胞核；果酒发酵过程应该是先通气后密封，参与果醋制作的醋酸菌是好氧菌，因此醋酸发酵的整个过程都需要有氧气参与。

(2)酒精可用酸性重铬酸钾溶液来检测，颜色由橙色变成灰绿色。

(3)统计发酵液中活菌的数目时不能用平板划线法，原因是平板划线法不能确定取样的多少、最初画线处生长出来的菌落聚集在一起无法计数、灼烧接种环时死亡的菌体数无法估算等。

[答案]　(1)醋酸菌没有核膜包围的细胞核　醋酸菌　(2)酸性重铬酸钾　灰绿　(3)平板划线法不能确定取样的多少、最初画线处生长出来的菌落聚集在一起无法计数、灼烧接种环时死亡的菌体数无法估算(答出2点即可)

发酵条件的控制

3．(多选)网传“酵素能够减肥、美颜”，某同学搜索“水果酵素”相关知识得到下面的信息。有关叙述正确的是(　　)

[酵素概念]①酵素本义是酶的别称；②《酵素产品分类导则》中将酵素定义为以动物、植物、菌类等为原料，经微生物发酵制得的含有特定生物活性的产品。

[水果酵素制作]①把水果小块和水按比例放入容器，密封，注意容器内留下20%空间；②置于阴凉处6个月后，过滤得到的滤液即为“酵素”。

A．在酵素制作时容器内留下20%空间有防止发酵液溢出造成杂菌污染的作用

B．发酵装置在阴凉处放置时，需要间隔一定时间放气，后期间隔时间可适当延长

C．由于水果酵素富含蛋白酶、脂肪酶，因此酵素被人体吸收后具有减肥功能

D．“酵素”中多种有益微生物、氨基酸、维生素等，是发挥功能的有效成分

AB　[在酵素制作时容器内留下20%空间，是为了防止由于微生物呼吸产生热量导致发酵液热胀冷缩进而导致溢出造成杂菌污染，A选项正确；发酵装置放置在阴凉处，需要间隔一定时间放气，后期间隔可适当延长是因为发酵前期微生物有氧呼吸产生较多CO2，到发酵后期会以无氧呼吸为主，CO2释放量降低，故放气间隔可延长，避免杂菌污染，B选项正确；根据《酵素产品分类导则》中对酵素的定义说明酵素不是酶，因此C选项错误；酵素中不含有益微生物，D选项错误。]

腐乳和泡菜的制作

1．腐乳的制作

(1)发酵菌种

①主要菌种

a．名称：毛霉。

b．菌体特点：白色丝状真菌。

c．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

2．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。

(4)检测亚硝酸盐含量

①原理

a．亚硝酸盐＋对氨基苯磺酸→反应产物；

反应产物＋N­1­萘基乙二胺盐酸盐→玫瑰红色染料。

b．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：

a．图中乳酸菌含量的变化规律如曲线Ⅱ(填序号)所示。

b．图中乳酸含量的变化规律如曲线Ⅰ(填序号)所示。

c．图中亚硝酸盐含量的变化规律如曲线Ⅲ(填序号)所示。

d．由图可知，泡菜的最佳取食时间为发酵后期。

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，蛋白质的水解加快，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。

3．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。

1．市售的腐乳有时口感不好，腐乳较硬，试分析其原因。(至少答出四点)

[提示]　豆腐块的含水量少，会使腐乳较硬；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会影响腐乳的口感。

2．请尝试绘制出泡菜制作过程中乳酸菌、亚硝酸盐及乳酸随发酵时间的变化曲线。

[提示]　如图

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。

腐乳的制作原理及过程分析等

1．(2019·湖南省岳阳一中高三月考)γ－氨基丁酸(GABA)是具有降血压、抗焦虑等功能的水溶性氨基酸。科研人员通过实验研究了白方腐乳在前发酵、盐腌和后发酵过程中GABA的含量变化，为寻找生产富含GABA腐乳的工艺奠定基础。实验步骤如下：

①豆腐白坯表面接种毛霉孢子后，在适宜的温度和湿度下培养48 h，获得毛坯。

②将毛坯分层整齐地摆放在瓶中，盐腌5 d。

③腌制后加入卤汤，置于28 ℃恒温箱中后发酵90 d。

④分别采集各时段的腐乳坯样品，测定GABA含量，结果如下。

请分析并回答下列问题：

(1)影响腐乳风味和质量的主要因素有________________________。

(2)步骤②中，加盐腌制的正确方法是______________________________。此过程腐乳干重中的GABA含量下降，一方面，与食盐抑制毛霉生长，酶活性降低有关；另一方面，部分GABA会________________________而导致测定值减小。

(3)后发酵过程中，GABA含量再次增加的主要原因是___________________

_____，后发酵________d后的白方腐乳比较适宜出厂销售。

[解析]　(1)影响腐乳风味和质量的主要因素有盐的用量、发酵时间、发酵温度等。

(2)步骤②为加盐腌制，其正确方法是逐层加盐，随层数的加高增加盐量，接近瓶口处的盐要铺厚一些。已知γ－氨基丁酸(GABA)是具有降血压、抗焦虑等功能的水溶性氨基酸。加盐腌制过程，胚体会适当脱水，腐乳干重中的GABA含量下降，一方面，与食盐抑制毛霉生长，酶活性降低有关；另一方面，部分GABA会溶解于水中(或不存在于腐乳中)而导致测定值减小。

(3)后发酵过程中，GABA含量再次增加的主要原因是毛霉产生的蛋白酶可以继续发挥作用。后发酵过程中，GABA的含量变化曲线图显示，在60 d后，GABA的含量达到最大值且保持相对稳定，所以此时的白方腐乳比较适宜出厂销售。

[答案]　(1)盐的用量、发酵时间、发酵温度等　(2)逐层加盐，随层数的加高增加盐量，接近瓶口处的盐要铺厚一些　溶解于水中(或不存在于腐乳中)　(3)毛霉产生的蛋白酶可以继续发挥作用　60

泡菜的制作原理及过程分析等

2．利用卷心菜、黄瓜发酵制作泡菜过程中，乳酸菌、酵母菌细胞数量和pH的变化如图所示。回答下列问题：

(1)自然界中，常见的乳酸菌有________________。在细胞结构上，乳酸菌不同于酵母菌的显著区别是____________，在代谢过程中，酵母菌区别于乳酸菌的代谢类型是____________。

(2)发酵初期，pH迅速下降的主要原因是______________________。发酵中期，酵母菌通过____________(填“有氧呼吸”或“无氧呼吸”)进行增殖。在发酵过程中，酵母菌与乳酸菌间存在竞争关系，其强度的变化是______________。

(3)卷心菜发酵制作泡菜过程中，需要注意控制____________，否则容易造成细菌大量繁殖，使____________的含量增加，影响泡菜的品质。

[解析]　(1)自然界中，常见的乳酸菌有乳酸链球菌和乳酸杆菌。乳酸菌为由原核细胞构成的原核生物，酵母菌为由真核细胞构成的真核生物，所以在细胞结构上，乳酸菌不同于酵母菌的显著区别是无核膜包被的细胞核。乳酸菌只能进行无氧呼吸，酵母菌既能进行有氧呼吸也能进行无氧呼吸，因此在代谢过程中，酵母菌区别于乳酸菌的代谢类型是兼性厌氧型。

(2)发酵初期，乳酸菌的数量远多于酵母菌，而且乳酸菌的增长速度也比酵母菌的快，说明发酵过程是在无氧条件下进行的，因此pH迅速下降的主要原因是乳酸菌快速增殖，代谢产生了大量乳酸。因发酵过程是在无氧条件下进行的，所以发酵中期，酵母菌通过无氧呼吸进行增殖。根据在发酵过程中乳酸菌与酵母菌种群数量的变化可推知，酵母菌与乳酸菌间的竞争强度的变化是由小变大，再变小。

(3)在泡菜的腌制过程中，要注意控制腌制的时间、温度和食盐的用量，温度过高、食盐用量过低、腌制时间过短，容易造成细菌大量繁殖，使亚硝酸盐含量增加。

[答案]　(1)乳酸链球菌和乳酸杆菌　无核膜包被的细胞核　兼性厌氧型　(2)乳酸菌快速增殖，代谢产生了大量乳酸　无氧呼吸　由小变大，再变小　(3)腌制时间、温度、食盐的用量　亚硝酸盐

真题体验| 感悟高考　淬炼考能

1．(2020·山东等级考模拟)在实验室中可利用酵母菌发酵的方式制作葡萄酒，下列说法正确的是(　　)

A．葡萄糖在酵母菌细胞的线粒体内被分解

B．制作葡萄酒时酵母菌先在有氧条件下大量增殖

C．制作过程中酵母菌始终处于碱性环境

D．酵母菌的发酵产物不会抑制自身的代谢活动

B　[葡萄糖在细胞质基质中被分解，线粒体不能分解葡萄糖，A错误；有氧条件下，酵母菌可快速繁殖，故酿酒时需先在有氧条件下让酵母菌繁殖，增加酵母菌数量，然后再无氧发酵产生酒精，B正确；发酵后期由于二氧化碳和其他代谢废物溶解于发酵液中，发酵液将处于酸性环境，C错误；发酵产物(如酒精)会抑制酵母菌的生长，D错误。]

2．(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最佳发酵时间　(4)氨基酸和肽　脂肪酸和甘油

3．(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：

　甲　　　　 　 乙　　　 　　丙

(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丙所示。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]　本题结合发酵过程图和实验装置图，考查果酒和果醋的制作，要求考生识记参与果酒和果醋制作的微生物及其代谢类型，掌握果酒和果醋制作的原理和过程，结合图解准确答题。(1)试管中的 X 溶液能够吸收酵母菌酒精发酵产生的CO2，有助于维持甲装置的瓶中气压相对稳定，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小时左右将瓶盖拧松一次，将二氧化碳排出。与乙装置相比，甲装置的优点是不需要开盖放气、避免了因开盖引起的杂菌污染。(2)葡萄汁装入甲装置时，留有约1/3的空间，这样做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)乙 A 装置中保留一定量的氧气，酵母菌先进行有氧呼吸消耗氧气，氧气减少，然后再进行无氧呼吸产生酒精和CO2，酒精含量增加，乙B装置中没有氧气，只进行无氧呼吸，产生酒精和CO2，酒精含量一开始增加，因此在其他条件相同且适宜的情况下，测得一段时间内乙A中氧气含量的变化趋势如曲线①，乙A中酒精含量的变化趋势如曲线③，乙B中的酒精含量的变化趋势如曲线②。(4)酵母菌在有氧和无氧条件下均能生存，需要消耗营养物质，其异化作用类型是兼性厌氧型，其同化类型为异养型。

[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