2023版高考生物一轮总复习第1章第1、3节传统发酵技术的应用发酵工程及其应用课件

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传统发酵技术的应用、发酵工程及其应用
考点一 传统发酵技术的应用1.发酵(1)概念：人们利用____________，在________的条件下，将原料通过______________转化为人类所需要的产物
(2)应用：不同的微生物具有产生___________的能力，利用它们就可生产出人们所需要的多种产物。
(1)菌种来源：直接利用原材料中天然存在的_______，或利用前一次发酵保存下来的_________中的微生物进行发酵、制作食品的技术。(2)类型：以______菌种的________发酵及_______发酵为主，通常是家庭式或作坊式的。(3)实质：有氧或无氧条件下的物质氧化分解。
3.腐乳的制作(1)原理。
小分子的肽和氨基酸甘油和脂肪酸
(2)腐乳制作过程中参与的微生物。毛霉是一种丝状真菌，其繁殖方式为孢子生殖，代谢
类型是____________。
4.尝试制作传统发酵食品——泡菜(1)菌种来源：附着在蔬菜上的乳酸菌。(2)制作原理：在无氧条件下，乳酸菌将葡萄糖分解成乳酸。反应式：___________________________。
(3)泡菜制作的实验设计及操作。
(4)泡菜制作过程中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐含量的变
营造“无氧环境”的三项措施(1)选择的泡菜坛要密封性好。(2)加入蔬菜后要注入煮沸冷却的盐水，使盐水没过全部菜料。(3)盖上坛盖后要在坛盖边沿的水槽中注满清水。
5.尝试制作传统发酵食品——果酒和果醋
　附着在新鲜水 果果皮
(2)果酒制作与果醋制作的比较。
C6H12O6　　　 2C2H5OH＋2CO2＋能量
C6H12O6＋6O2 　　　　　 6CO2＋6H2O＋能量
＋O2 CH3COOH＋H2O＋能量
果酒、果醋制作时防止杂菌污染的措施(1)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。(2)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。(3)装入葡萄汁后要封闭发酵装置的充气口。(4)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
6.传统发酵技术的比较
考点二 发酵工程及其应用1.发酵工程概念：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。
2.发酵工程基本环节分析发酵工程一般包括菌种的选育，扩大培养，培养基的配制、灭菌，接种，发酵，产品的分离、提纯等方面。
①条件：环境条件稳定、温和，利于菌种生长繁殖。②来源：从自然界中筛选、诱变育种或_____________获得。③目的：可以加速发酵过程，缩短生产周期。(2)扩大培养(在发酵前需对菌种进行扩大培养)。①目的：增加菌种数量。②所用培养基：液体培养基或固体培养基。
(3)培养基的配制①配制原则：目的明确、营养协调、pH 适宜。②营养构成：水、无机盐、碳源、氮源等。③培养基使用前要经过反复试验才能用于大规模生产。(4)灭菌。
①目的：防治杂菌污染。
②要求：培养基和__________都必须经过严格的灭菌。
(5)接种条件：无菌条件。
(6)发酵——发酵工程的中心环节。①发酵时要求：要随时检测培养液中的______________________等，以了解发酵进程，还要及时添加营养组分，严格控制发酵条件。②及时添加必备营养组分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多发酵产物。
③严格控制发酵条件(温度、pH、溶解氧等)的原因：环境条件不仅会影响微生物的_____________，而且会影响微生物___________的形成。严格控制发酵条件可以保证产品质量和产量。例如，谷氨酸的发酵生产：在中性和弱碱性条件下会积累_______________；在酸性条件下则容易形成__________和 N-乙酰谷氨酰胺。
(7)分离、提纯产物。①产品是微生物细胞本身：采用____________等方法将菌体分离和干燥获得产品。②产品是代谢物：根据产物的性质采取适当的___________________措施来获得产品。
(1)特点：发酵工程生产条件温和、原料来源丰富且价格低廉、产物专一、废弃物对环境的污染小和容易处理等。
(2)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。
(3)在医药工业上的应用。
青霉素的发现和产业化生产推动了发酵工程在医药领域的应用和发展。发酵工程已扩展到其他抗生素、多种氨基酸、激素和免疫调节剂等的生产领域。
(4)在农牧业上的应用。①生产微生物肥料。②生产微生物农药。③生产微生物饲料。
(5)在其他方面的应用。
发酵工程正渗透到几乎所有的工农业领域，在助力解决粮食、环境、健康和能源等方面的重大问题上，作出了越来越大的贡献。
【基础测评】1.易错诊断(1)泡菜制作时，发酵期间，乳酸会不断积累，当它的
质量分数为 4%～8%时，泡菜的口味、品质最佳。(
(2)制作果酒、果醋时，取新鲜葡萄，应先去除枝梗，
再用清水冲洗 1～2 次。(
(3)果酒发酵过程中，每隔 12 h 左右将瓶盖打开一次进
(4)在培养霉菌时，要将培养基调至中性或弱碱性。
)(5)发酵工程中培养基和发酵设备都必须经过严格的
答案：(1)×　 (2)×　 (3)×　 (4)×　 (5)√
2.果酒变酸、酸奶的制作、腐乳外部致密的一层
“皮”，与其相关的微生物分别是(A.醋酸菌、乳酸菌、毛霉B.乳酸菌、毛霉、醋酸菌C.醋酸菌、酵母菌、毛霉D.酵母菌、醋酸菌、乳酸菌答案：A
3.在果醋制作过程中，下列操作会引起发酵液受污染
A.榨汁机用沸水进行清洗并晾干B.发酵瓶用温水清洗，再用 70%的酒精擦拭并晾干C.葡萄先去除枝梗，再冲洗多次D.每次排气时，只拧松瓶盖，而不将盖完全揭开答案：C
4.下列有关果酒、果醋的制作和腐乳制作的说法，正
A.腐乳制作有多种微生物参与，其中起主要作用的是根霉B.含水量为 50%左右的豆腐适于制作腐乳C.在酒精发酵旺盛时，醋酸杆菌能将果汁中的糖发酵为醋酸D.果汁发酵后是否有酒精产生，可以用嗅气味的办法来检验答案：D
5.发酵食品是中国传统食品中一个重要的类别，承载了中华民族悠久的历史和丰富的文化内涵。请结合所学发
酵知识和生活经验，指出下列未经发酵的食品是(
A.泡菜C.豆腐答案：C
考向 1 传统发酵技术的应用
[典例 1](2021 年全国卷Ⅰ)工业上所说的发酵是指微生物在有氧或无氧条件下通过分解与合成代谢将某些原料物质转化为特定产品的过程。利用微生物发酵制作酱油在我国具有悠久的历史。某企业通过发酵制作酱油的流程示意图如下。
(1)米曲霉发酵过程中，加入大豆、小麦和麦麸可以为米曲霉的生长提供营养物质，大豆中的______________可为米曲霉的生长提供氮源，小麦中的淀粉可为米曲霉的生长提供______________。
(2)米曲霉发酵过程的主要目的是使米曲霉充分生长繁殖，大量分泌制作酱油过程所需的酶类，这些酶中的________、________能分别将发酵池中的蛋白质和脂肪分解成易于吸收、风味独特的成分，如将蛋白质分解为小分子的肽和__________。米曲霉发酵过程需要提供营养物质、通入空气并搅拌，由此可以判断米曲霉属于__________(填“自养厌氧”“异养厌氧”或“异养好氧”)微生物。
(3)在发酵池发酵阶段添加的乳酸菌属于___________(填“真核生物”或“原核生物”)；添加的酵母菌在无氧条件下分解葡萄糖的产物是___________。在该阶段抑制杂菌污染和繁殖是保证酱油质量的重要因素，据图分析该阶段中可以抑制杂菌生长的物质是____________(答出 1 点即可)。
解析：(1)大豆中含有丰富的蛋白质，可为微生物的生长繁殖提供氮源。小麦中的淀粉可以为微生物的生长繁殖提供碳源。(2)米曲霉在发酵过程中产生的蛋白酶能将蛋白质分解为小分子的肽和氨基酸，产生的脂肪酶能将脂肪分解为甘油和脂肪酸，使发酵的产物具有独特的风味。米曲霉发酵时需要利用现有的有机物和需要氧气，说明其代谢类型是异养好氧型。(3)乳酸菌没有核膜包被的细胞核，属于原核生物。酵母菌属于兼性厌氧型微生物，既可以进行
有氧呼吸，也可以进行无氧呼吸，无氧呼吸的产物是酒精和二氧化碳。在发酵池中酵母菌产生的酒精能抑制杂菌的生长，乳酸菌产生的乳酸使发酵液呈酸性也能抑制杂菌的生长，同时往发酵池中添加的食盐也能抑制杂菌的生长。
答案：(1)蛋白质 　碳源
(2)蛋白酶 　脂肪酶 　氨基酸　 异养好氧
(3)原核生物　酒精和二氧化碳　酒精、乳酸、食盐(答
1.(2021 年山东烟台调研)泡菜的制作容易受环境条件的影响，温度过高、食盐用量过低、腌制时间过短等，均会造成细菌大量繁殖，亚硝酸盐含量增加。某研究小组以“测定泡菜腌制过程中亚硝酸盐含量的变化”为课题开展了如下研究。请分析回答：
①取 3 个泡菜坛，分别编号为 A、B、C。
②向 3 个泡菜坛内分别加入调味料和 0.6 kg 洗净的新
③向 3 个泡菜坛内分别加入 2 L 浓度依次为 3%、5%、
④密封后置于相同的环境中发酵。
⑤测定亚硝酸盐的含量。在封坛前进行第一次测定，以后定期测定，并将测定的数据绘制成曲线图，如下图所示。
(1)制作泡菜的主要菌种是___________，其代谢类型
是__________________。
(2)该实验的自变量是________。实验中食盐水需煮沸并冷却后才可使用，原因是___________________________________________________________________________。
(3)图中浓度为 3%的食盐水的测定结果，说明_______
_______________________。
(4)为了使实验结果更准确，测定亚硝酸盐含量时应
________________________。
解析：(1)制作泡菜时使用的主要菌种是乳酸菌，其代谢类型是异养厌氧型；在无氧条件下，乳酸菌能够将蔬菜中的葡萄糖分解为乳酸。(2)根据实验过程可知，该实验的自变量是食盐水的浓度。实验过程中，煮沸食盐水是为了
杀灭杂菌，冷却之后使用是为了避免高温杀死乳酸菌等发酵菌种。(3)图中浓度为 3%的食盐水的测定结果说明食盐水浓度过低会导致亚硝酸盐含量过高。(4)为了使实验结果更准确，测定亚硝酸盐含量时应多次测定后取平均值。答案：(1)乳酸菌　异养厌氧型　(2)食盐水的浓度　煮沸是为了杀灭杂菌，冷却之后使用是为了避免高温杀死乳
(3)食盐水浓度过低会导致亚硝酸盐含
量过高　 (4)多次测定后取平均值
考向 2 发酵工程及其应用
[典例 2](2021 年广东高考)中国科学家运用合成生物学方法构建了一株嗜盐单胞菌 H，以糖蜜(甘蔗榨糖后的废弃液，含较多蔗糖)为原料，在实验室发酵生产 PHA 等新型高附加值可降解材料，期望提高甘蔗的整体利用价值。工艺流程如图。
(1)为提高菌株 H 对蔗糖的耐受能力和利用效率，可在液体培养基中将蔗糖作为__________，并不断提高其浓度，
经多次传代培养(指培养一段时间后，将部分培养物转入新配的培养基中继续培养)以获得目标菌株。培养过程中定期取样并用________的方法进行菌落计数，评估菌株增殖状况。此外，选育优良菌株的方法还有__________等。(答出两种方法即可)
(2)基于菌株 H 嗜盐、酸碱耐受能力强等特性，研究人员设计了一种不需要灭菌的发酵系统，其培养基盐浓度设为 60g/L，pH 为 10，菌株 H 可正常持续发酵 60d 以上。该系统不需要灭菌的原因是_________________________。(答出两点即可)
(3)研究人员在工厂进行扩大培养，在适宜的营养物浓度、温度、pH 条件下发酵，结果发现发酵液中菌株 H 细胞增殖和 PHA 产量均未达到预期，并产生了少量乙醇等物质，说明发酵条件中__________可能是高密度培养的限制因素。
(4)菌株 H 还能通过分解餐厨垃圾(主要含蛋白质、淀粉、油脂等)来生产 PHA，说明其能分泌__________。
解析：(1)根据题意分析，该实验的目的是提高菌株 H对蔗糖的耐受能力和利用效率，结合微生物的代谢需求，其液体培养基应该以蔗糖作为唯一碳源 。并不断提高其浓度，经多次传代培养(指培养一段时间后，将部分培养物转入新配的培养基中继续培养)以获得目标菌株。培养过程中定期取样并用血细胞计数板计数的方法进行菌落计数，评估菌株增殖状况。 此外，选育优良菌株的方法还有诱变育种、基因工程育种等。(2)已知，菌株 H 具有嗜盐、酸碱耐受能力强等特性，因此当培养基盐浓度为 60 g/L，pH 为10 时，菌株H可正常持续发酵60 d 以上，而盐浓度为60 g/L
的条件下，其他杂菌因失水过多而死亡；pH 为 10 的条件下，其他杂菌的酶变性失活，生长繁殖受抑制，故该系统不需要灭菌。(3)分析题意，扩大培养时，营养物浓度、温度、pH 等条件下适宜，而发酵液中菌株H 细胞增殖和PHA产量均未达到预期，并产生了少量乙醇等物质，说明发酵条件中氧气不足，使菌种进行无氧呼吸产生乙醇，即氧气(O2 或溶解氧)是限制高密度培养的重要因素。(4)根据酶的专一性可知，菌株 H 之所以能通过分解主要含蛋白质、淀粉、油脂等的餐厨垃圾来生产 PHA，说明其能分泌蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等。
答案：(1)唯一碳源　血细胞计数板计数　诱变育种、
(2)盐浓度为 60 g/L 的条件下，其他杂菌因失水过多而死亡；pH 为 10 的条件下，其他杂菌的酶变性失活，生长繁殖受到抑制
(3)氧气(O2 或溶解氧)
(4)蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等
2.(2021 年福建厦门外国语学校期中)下图所示为发酵
工程生产产品的流程图，据图回答下列问题。
(1)若生产人生长激素的工程菌是通过①培育的，①应该是________；若高产青霉素菌种是通过②培育的，②应该是________。
(2)根据培养基的用途，可以将它们分为________培养基和________培养基。各种培养基的具体配方不同，但一般都含有________________________等营养成分。培养基在使用之前要用________进行灭菌。
(3)整个过程的中心环节是________，在该时期要随时取样检测培养基中的________________等。同时，要严格控制_____________等发酵条件，因为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_________的形成。
(4)在发酵过程中要不断搅拌的目的是①___________
__________________；②____________________________。
(5)发酵产品分离、提纯时要根据产品的类型不同选择合适的方法。如果发酵产品是菌体本身，常常采用_______等方法分离、提纯；如果发酵产品是微生物的代谢物，还要根据________采取适当的方法分离、提纯。