高中生物高考第32讲　传统发酵技术的应用与发酵工程

这是一份高中生物高考第32讲　传统发酵技术的应用与发酵工程，共26页。
第32讲　传统发酵技术的应用与发酵工程
内容比较——知考向
核心素养——提考能
内容要求
1.举例说明日常生活中的某些食品是运用传统发酵技术生产的
2.阐明利用微生物进行发酵来生产特定的产物
3.举例说明发酵工程在医药、食品及其他工农业生产上的应用
4.活动：利用乳酸菌发酵制作酸奶或泡菜
5.活动：利用酵母菌、醋酸菌分别制作果酒和果醋
生命观念
发酵菌种的结构与功能的关系；举例说出发酵工程相关技术的基本原理
科学思维
比较果酒、果醋和泡菜的制作原理和过程
科学探究
设计实验探究发酵的条件
社会责任
关注食品安全，倡导健康的生活方式
与旧教
材对比
增：①科技探索之路；②发酵工程的发展历程；③发酵工程及其应用。
改：①腐乳制作内容精减；②亚硝酸盐含量的鉴定放入课后习题。
考点一　传统发酵技术的应用

1.发酵与传统发酵技术
(1)发酵的概念：是指人们利用微生物，在适宜的条件下，将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物的过程。
(2)传统发酵技术

(3)腐乳制作
①原理：
蛋白质小分子的肽和氨基酸。
脂肪甘油和脂肪酸。
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，代谢类型是异养需氧型。
2．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：C6H12O62C3H6O3＋能量。
(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化情况分析
发酵时期
乳酸菌
乳酸
亚硝酸盐
发酵初期
少(有氧气，乳酸菌的活动受到抑制)
少
增加(硝酸盐还原菌的作用)
发酵中期
最多(乳酸抑制其他菌活动)
积累增多，pH下降
下降(硝酸盐还原菌受抑制，部分亚硝酸盐被分解)
发酵后期
减少(乳酸积累，pH下降，抑制其活动)
继续增多，pH继续下降
下降至相对稳定(硝酸盐还原菌被完全抑制)
曲线模型



提醒　营造“无氧环境”的3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。
3．尝试制作传统发酵食品——果酒和果醋
(1)果酒制作与果醋制作的比较
项目
果酒制作
果醋制作
发酵菌种
酵母菌
醋酸菌
菌种来源
新鲜水果果皮表面附着的大量不同种类的酵母菌
空气中的野生型醋酸菌或购买醋酸菌的菌种或从食醋中分离醋酸菌
发酵原理
①在有氧条件下：
C6H12O6＋6O2
6CO2＋6H2O＋能量
②在无氧条件下：
C6H12O6
2C2H5OH＋2CO2＋能量
①氧气、糖源都充足时：
C6H12O6＋2O2
2CH3COOH＋2CO2＋2H2O＋能量
②缺少糖源时：
C2H5OH＋O2
CH3COOH＋H2O＋能量
发酵条件
温度
一般控制在18～30 ℃
30～35 ℃
时间
10～12 d
7～8 d
氧气
初期需氧，后期不需氧
始终需要氧
pH
最适pH为4.5～5.0
最适pH为5.4～6.0
(2)果酒和果醋制作的流程分析
装置(下图)

每隔12 h拧松瓶盖一次，果酒发酵结束，打开瓶盖，盖上一层纱布，进行果醋发酵。
(3)流程分析

(4)果酒和果醋发酵改进装置及其分析

提醒　(1)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，不要完全揭开瓶盖。
(2)果酒、果醋制作结果的评价标准
①果酒制作的结果评价
发酵后取样，可通过嗅味和品尝进行初步鉴定。此外，还可用显微镜观察酵母菌，也可用酸性重铬酸钾与酒精反应呈现灰绿色来检验酒精的存在。制作成功的葡萄酒应色泽鲜艳、爽口、柔和、有浓郁的果香。
②果醋制作的结果评价
可通过观察菌膜的形成、嗅味和品尝进行初步鉴定，再通过检测和比较醋酸发酵前后发酵液的pH(可用pH试纸)进一步鉴定。此外，还可通过在显微镜下观察发酵液中是否有醋酸菌，并统计其数量进一步鉴定。制作成功的果醋具有特殊的果香，酸味柔和，稍有甜味，不涩。

(1)醋酸菌在无氧条件下利用乙醇产生醋酸(　　)
(2)酵母菌是嗜温菌，所以果酒发酵所需的最适温度高于果醋发酵温度(　　)
(3)在果酒发酵后期拧开瓶盖的间隔时间可延长(　　)
(4)在家庭中用新鲜葡萄制作果酒时，需给发酵装置适时排气(　　)
(5)泡菜制作的菌种主要是醋酸菌(　　)
(6)制作泡菜时，盐水煮沸后可以立即使用(　　)
(7)泡菜坛的选择、发酵过程中坛沿要注满水都有利于泡菜的无氧发酵(　　)
提示　(1)×　(2)×　(3)√　(4)√　(5)×　(6)×　(7)√

1.为什么泡菜坛只能装八成满？
选择性必修3 P6“探究·实践”
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；如果菜料装的太满，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。
2.制作葡萄酒时，为什么要将温度控制在18～30 ℃？制作葡萄醋时，为什么要将温度控制在30～35 ℃？
选择性必修3 P7“探究·实践”
提示　温度是影响酵母菌生长和发酵的重要因素。酿酒酵母的最适生长温度为28 ℃。因此需要将温度控制在其最适温度范围内。而醋酸菌是嗜温菌，最适生长温度为30～35 ℃，因此要将温度控制在30～35 ℃。
3.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？
选择性必修3 P7“探究·实践”
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，封闭充气口；每次排气时只需拧松瓶盖，不要完全揭开瓶盖等。
4.乳酸菌是厌氧菌，发酵时需控制严格的无氧环境。尝试说出泡菜制作过程中制造无氧环境的措施。
选择性必修3 P6“探究·实践”
提示　①选择气密性好的泡菜坛。②盐水煮沸后冷却待用。③装坛时压实，盐水没过全部菜料。④盖上坛盖后要在坛盖边沿的水槽中注满清水；发酵期间不宜开盖，并注意在发酵过程中经常向水槽中补水。

考向　传统发酵技术的应用
1.(2020·北京等级模考，15)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商品是(　　)
A.泡菜 B.食醋
C.豆腐 D.酸奶
答案　C
解析　泡菜的制作需要经过乳酸菌发酵，A不符合题意；食醋的制作需要经过醋酸发酵，B不符合题意；豆腐的制作不需要经过发酵，C符合题意；酸奶是通过乳酸菌发酵制成的，D不符合题意。
2.(2020·江苏卷，18)某同学在线提交了在家用带盖玻璃瓶制作果酒和果醋的实验报告，他的做法错误的是(　　)
A.选择新鲜的葡萄略加冲洗，除去枝梗后榨汁
B.将玻璃瓶用酒精消毒后，装满葡萄汁
C.酒精发酵期间，根据发酵进程适时拧松瓶盖放气
D.酒精发酵后去除瓶盖，盖一层纱布，再进行醋酸发酵
答案　B
解析　制作葡萄酒时，选择新鲜的葡萄，榨汁前先将葡萄略加冲洗，并除去枝梗，A正确；发酵瓶要清洗干净，用体积分数为70%的酒精消毒，或用洗洁精洗涤，葡萄汁装入发酵瓶时，要留有大约1/3的空间，不能装满，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发酵液溢出，B错误；酒精发酵过程中会产生二氧化碳，为了释放出二氧化碳，要根据发酵进程适时拧松瓶盖放气，C正确；由于醋酸发酵使用的菌种为醋酸菌，醋酸菌为好氧细菌，为了给醋酸发酵提供充足的氧气，并防止空气中的杂菌污染，酒精发酵后去除瓶盖，盖一层纱布，再进行醋酸发酵，D正确。
3.(2021·重庆调研抽测)将水果制成果酒和果醋是为果农打开销路的重要措施，图1是果酒和果醋的制作流程，图2是其发酵装置。

(1)在制作果酒和果醋时，为防止发酵液被污染，需将榨汁机和发酵瓶清洗干净，发酵瓶还需　　　　处理，或者用洗洁精洗涤。
(2)在制作果醋的过程中，要将温度严格控制在　　　　℃，并注意适时通过充气口充气，充气的目的是　　　　　　　　　　　　。图2装置中长而弯曲的胶管除能防止外界杂菌的进入外，还有　　　　　　　　　　　　　的作用。
(3)某生物兴趣小组欲筛选高效生产果醋的醋酸菌，思路如下：
实验目的：筛选出高酒精耐受度、高酸性耐受度、高产量的醋酸菌。
实验原理：通过在培养基中加入不同物质，筛选出能满足生产或实验所需的工程菌。
实验步骤：
①配制不同酒精浓度梯度和不同醋酸浓度梯度的培养基。灭菌后的培养基须冷却到一定温度再加入酒精，以免温度过高引起_______________________________________________。
②接种，可采用　　　　　　　　　　　　法进行接种，接种后置于适宜的条件下培养。
③一段时间后，观察菌落的生长情况，初步选取生长良好、产生较大菌落的细菌接种到果酒里进行实验，培养一段时间，定期检测　　　　　　　　，记录相应的结果。
④根据实验的实际结果，筛选出可耐受高酒精度、高酸度，且醋酸产量高的醋酸菌。
答案　(1)(用体积分数为70%的酒精)消毒　(2)30～35　为醋酸菌发酵提供氧气　排出发酵过程中产生的气体　(3)①酒精燃烧　②平板划线法或稀释涂布平板　③果醋中醋酸的含量
解析　(1)对制作果酒和果醋的发酵瓶需要进行消毒处理。(2)制作果醋所利用的醋酸菌的最适生长温度为30～35 ℃。醋酸菌是好氧菌，制作果醋时充气的目的是为其提供充足的氧气，图2装置中长而弯曲的胶管除了能够防止杂菌进入发酵瓶外，还能排出发酵过程中产生的气体。(3)①酒精是易燃物质，温度太高可能会引起酒精燃烧。②微生物接种常用的方法有平板划线法和稀释涂布平板法。③醋酸菌能将酒精(乙醇)转化为醋酸，在其培养过程中，应定期检测醋酸的含量。
4.(2021·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洗净的新鲜大白菜。
③向3个泡菜坛内分别加入2 L浓度依次为3%、5%、7%的食盐水。
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________________________________
________________________________________________________________________。
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酸菌等发酵菌种　(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
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氧化为乳酸。(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。
考点二　发酵工程及其应用

1.发酵工程
(1)概念：利用微生物的特定功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品。
(2)对发酵工程概念的理解
①微生物：包括来自自然界的微生物(即“常规菌”)和基因重组的微生物(即“工程菌”)。
②产品：通过微生物的大量繁殖获得所需产品。包括利用酵母菌发酵制造的啤酒、果酒，利用乳酸菌发酵制造的酸奶，及利用工程菌生产的人胰岛素。
③实质：利用微生物进行产品生产(如次生代谢物和菌体本身)。
2.发酵工程基本环节分析

提醒　发酵工程操作中的几个注意事项
(1)发酵工程所用菌种分为已有的常规菌种和改造菌种。一般都是由保存于冷冻管或冰箱中的斜面菌种开始，正式使用前先转接到新鲜斜面培养基上活化后，再用于扩大培养。
(2)发酵过程监控和发酵条件控制直接会影响产品的质量和产量。一方面要随时检测培养液中微生物数量、产物浓度以了解发酵进程；另一方面要及时添加必备的营养成分来延长菌体生长稳定期的时间，以便得到更多的发酵产物；同时要严格控制温度、pH、溶解氧等发酵条件，来保证产品的产量和质量。
(3)发酵产品的分离、提纯要根据产品类型选择不同方法，若发酵产品是菌体本身，可采用过滤、沉淀等方法；若发酵产品是代谢物，需要根据代谢物的性质采用蒸馏、萃取、离子交换等方法。
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

(3)“精酿”啤酒与“工业”啤酒的区别


1.微生物菌种资源丰富，选择发酵工程用的菌种时需要考虑哪些因素？

提示　若生产的是微生物直接合成的产物，则可以从自然界中先分离出相应菌种，再用物理或化学方法诱变育种，从突变个体中筛选出符合生产要求的优良菌种。若生产的是微生物不能合成的产品，则可用基因工程、细胞工程的方法对菌种的遗传特性进行定向改造，以构建工程菌，从而达到生产相应产品的目的，同时还应注意温度、pH、溶解氧等对菌种的影响。
2.怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？

提示　发酵条件直接会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，在发酵过程中加酸或碱；溶解氧的调控需根据微生物的代谢类型，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，建立厌氧环境等。

考向　结合发酵工程及其应用，考查社会责任
1.某高校采用如图所示的发酵罐进行葡萄酒主发酵过程的研究，下列叙述错误的是(　　)

A.夏季生产果酒时，常需对罐体进行降温处理
B.乙醇为挥发性物质，故发酵过程中空气的进气量不宜太大
C.正常发酵过程中罐内的压力不会低于大气压
D.可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度来决定何时终止发酵
答案　B
解析　果酒发酵的适宜温度为18～25 ℃，因此夏季生产果酒时，常需对罐体进行降温处理，A正确；乙醇是酵母菌无氧呼吸的产物，因此分解过程中不需要通入空气，B错误；无氧呼吸产生了二氧化碳，但是没有消耗氧气，因此发酵罐中的气压不会低于大气压，C正确；葡萄酒发酵的原料是糖类，因此可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度来决定何时终止发酵，D正确。
2.(2021·湖北宜昌一中期末)下列关于发酵工程的说法，错误的是(　　)
A.发酵工程产品主要是指微生物的代谢物、酶和菌体本身
B.可以通过人工诱变选育新菌株
C.培养基、发酵设备和菌种必须经过严格的灭菌
D.环境条件的变化既影响菌种的生长繁殖又影响菌体代谢物的形成
答案　C
解析　发酵工程产品可以是微生物本身，也可以是其代谢物，A正确；可以从自然界中筛选优良菌种，也可以通过人工诱变或基因工程选育新菌株，B正确；培养基、发酵设备必须经过严格的灭菌，但菌种不能灭菌，C错误；环境条件的变化既影响菌种的生长繁殖又影响菌体代谢物的形成，D正确。
3.(2021·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：

(1)若能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。
答案　(1)基因工程　诱变育种　(2)选择　鉴别　碳源、氮源、水、无机盐　高压蒸汽灭菌法　(3)发酵过程　微生物数量、产物浓度　溶氧量、pH和温度　代谢物　(4)增加溶氧量　使菌种与培养液充分接触，提高原料的利用率
(5)过滤、沉淀　产物的性质
4.(2021·浙江名校联考)谷氨酸是生物体内一种重要的有机小分子，谷氨酸钠是它的钠盐，是味精等调味品的主要成分。目前利用微生物发酵生产的氨基酸中，谷氨酸是产量最大的种类之一。

(1)谷氨酸的R基为—CH2—CH2—COOH，其结构简式为　　　　　　　　；如果在蛋白质合成过程中，携带谷氨酸的转运RNA如图1所示，可知谷氨酸的密码子为　　　　。
(2)(多选)我国微生物发酵工程生产谷氨酸常用的菌种有谷氨酸棒状杆菌和黄色短杆菌，下列生物中与这些菌种在结构上存在明显区别的是(　　)
A.噬菌体 B.人类免疫缺陷病毒(HIV)
C.衣原体 D.肺炎链球菌
E.酵母菌 F.硝化细菌
(3)谷氨酸发酵的培养基成分，主要有葡萄糖、氨水、磷酸盐、生物素等，发酵装置如图2所示。可以判断谷氨酸棒状杆菌的新陈代谢类型是　　　　。某厂用谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸，结果代谢物中出现了大量的乳酸，从发酵条件看，其原因很可能是　　　　　　　　　　　　。
(4)谷氨酸发酵生产过程中，需要添加氨水，它不仅是细菌生长所需的　　　　，而且还有调节培养液　　　　的作用，所以应该分次加入。
答案　(1) 　GAG　(2)ABE　(3)异养需氧型　通气量不足　(4)氮源　pH
解析　(1)将氨基酸的结构通式中的R基换成—CH2—CH2—COOH，可以写出谷氨酸的结构简式。如果在蛋白质合成过程中，携带谷氨酸的转运RNA如题中图1所示，即CUC是反密码子，则信使RNA中的密码子为GAG。(2)生产谷氨酸所用的谷氨酸棒状杆菌和黄色短杆菌都是原核生物；题中所述生物中，噬菌体和人类免疫缺陷病毒(HIV)都是病毒，没有细胞结构；酵母菌是真核细胞；衣原体、肺炎链球菌、硝化细菌都是原核生物。(3)培养基成分中含有葡萄糖，发酵装置中需连续通入无菌空气，所以谷氨酸棒状杆菌的新陈代谢类型是异养需氧型；生产谷氨酸时，代谢物中出现了大量乳酸，应该是通气量不足，导致微生物通过无氧呼吸产生了乳酸。(4)培养基中添加氨水既能为细菌生长提供所需氮源，又可以调节培养液的pH。
重温真题　经典再现
1.(2020·山东等级考，12)我国的酿酒技术历史悠久，古人在实际生产中积累了很多经验。《齐民要术》记载：将蒸熟的米和酒曲混合前需“浸曲发，如鱼眼汤，净淘米八斗，炊作饭，舒令极冷”。意思是将酒曲浸到活化，冒出鱼眼大小的气泡，把八斗米淘净，蒸熟，摊开冷透。下列说法错误的是(　　)
A.“浸曲发”过程中酒曲中的微生物代谢加快
B.“鱼眼汤”现象是微生物呼吸作用产生的CO2释放形成的
C.“净淘米”是为消除杂菌对酿酒过程的影响而采取的主要措施
D.“舒令极冷”的目的是防止蒸熟的米温度过高导致酒曲中的微生物死亡
答案　C
解析　由题意可知，“浸曲发”是将酒曲浸泡活化，在活化的过程中微生物代谢加快，A正确；“鱼眼汤”是指冒出鱼眼大小的气泡，气泡是微生物进行呼吸作用产生的CO2释放形成的，B正确；酿酒过程中酵母菌进行无氧呼吸产生的酒精会抑制其他微生物的生长，而“净淘米”是防止一些杂质影响酒的品质，C错误；由题意可知，“舒令极冷”是将蒸熟的米摊开冷透，其目的是防止蒸熟的米温度过高使酒曲中的微生物死亡，D正确。
2.(2020·全国卷Ⅲ，37)[生物——选修1：生物技术实践]
水果可以用来加工制作果汁、果酒和果醋等。回答下列问题：
(1)制作果汁时，可以使用果胶酶、纤维素酶等提高水果的出汁率和澄清度。果胶酶是分解果胶的一类酶的总称，包括多聚半乳糖醛酸酶、　　　　　　　　　　　(答出2种即可)。纤维素酶可以分解植物　　　　(填“细胞膜”或“细胞壁”)中的纤维素。
(2)用果胶酶处理果泥时，为了提高出汁率，需要控制反应的温度，原因是________________________________________________________________________。
(3)现有甲乙丙三种不同来源的果胶酶，某同学拟在果泥用量、温度、pH等所有条件都相同的前提下比较这三种酶的活性。通常，酶活性的高低可用________________________________________________________________________
________________________________________________________________________来表示。
(4)获得的果汁(如苹果汁)可以用来制作果酒或者果醋，制作果酒需要　　　　菌，这一过程中也需要O2，O2的作用是　　　　　　　　　　。制作果醋需要醋酸菌，醋酸菌属于　　　　(填“好氧”或“厌氧”)细菌。
答案　(1)果胶分解酶、果胶酯酶　细胞壁　(2)温度对果胶酶活性有影响，在最适温度下酶活性最高，出汁率最高
(3)在一定条件下，单位时间内、单位体积中反应物的消耗量或者产物的增加量　(4)酵母　促进有氧呼吸，使酵母菌大量繁殖　好氧
解析　(1)果胶酶并不特指某一种酶，而是分解果胶的一类酶的总称，包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等。纤维素是植物细胞壁的主要组成成分之一，纤维素酶可以将其分解。(2)用果胶酶处理果泥时，为了提高出汁率，需要控制反应的温度，这是因为温度对果胶酶活性有影响，在最适温度下酶活性最高，出汁率最高。(3)酶活性的高低可以用在一定条件下，单位时间内、单位体积中反应物的消耗量或者产物的增加量来表示。(4)利用获得的果汁制作果酒时需要用酵母菌，果酒发酵前期需要O2，O2可促进酵母菌的有氧呼吸，使酵母菌大量繁殖。制作果醋需要醋酸菌，醋酸菌是一种好氧细菌，其对氧气的含量特别敏感，当进行深层发酵时，即使只是短时间中断通入氧气，也会引起醋酸菌死亡。
3.(2016·全国卷Ⅱ，39)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。
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
课后·分层训练
(时间：35分钟)

1.(2021·北京朝阳区模拟)下列有关传统发酵技术的叙述，正确的是(　　)
A.制作果酒最快捷的途径是先制果醋，再制果酒
B.酿制果醋所需的酵母菌和醋酸菌的发酵底物、条件完全相同
C.制作腐乳需利用毛霉产生的酶分解豆腐中的蛋白质等物质
D.制作果酒、果醋和腐乳过程都应防止微生物的生长、繁殖
答案　C
解析　制作果酒最快捷的途径是利用酵母菌发酵，A错误；酵母菌的发酵底物一般是葡萄糖，醋酸菌的发酵底物是葡萄糖或乙醇，B错误；毛霉等多种微生物分泌的蛋白酶，能将蛋白质分解成小分子的肽和氨基酸，C正确；制作果酒、果醋和腐乳过程都需要微生物的生长、繁殖，果酒制作利用的菌种是酵母菌，果醋制作利用的菌种是醋酸菌，腐乳制作利用的菌种是毛霉，D错误。
2.(2021·河北承德期末)下列关于乳酸菌的叙述，错误的是(　　)
A.乳酸菌的种类很多，常见的有乳酸链球菌和乳酸杆菌
B.在自然界中分布广泛，空气、土壤、植物体表、人和动物的肠道都有
C.乳酸菌是厌氧型微生物
D.一个泡菜坛里的所有乳酸菌构成一个种群
答案　D
解析　乳酸菌的种类很多，常见的有乳酸链球菌和乳酸杆菌，A正确；在自然界中，乳酸菌分布广泛，空气、土壤、植物体表、人和动物的肠道都有分布，B正确；乳酸菌的代谢类型是异养厌氧型，C正确；乳酸菌的种类很多，一个泡菜坛中的乳酸菌不止一种，因此不能构成一个种群，D错误。
3.(2021·湖北荆州期末)下图表示利用葡萄汁进行发酵时可能发生的物质变化。下列有关叙述错误的是(　　)

A.过程③④⑤都需要O2参与
B.当氧气、糖源都充足时，醋酸菌可以直接发生过程⑤
C.过程②④所需要的最适温度相同
D.酵母菌发生过程①②的场所相同
答案　C
解析　过程③表示有氧呼吸的第二、三两个阶段，有氧呼吸的第三阶段需要O2参与；醋酸菌是好氧细菌，只能进行有氧呼吸，当氧气、糖源都充足时，醋酸菌可以直接发生过程⑤，当缺少糖源时，醋酸菌可以发生过程④，A、B正确；过程②所需要的最适温度为18～30 ℃，过程④所需要的最适温度为30～35 ℃，C错误；酵母菌发生过程①②的场所均为细胞质基质，D正确。
4.(2021·山东潍坊统考)下列有关泡菜发酵过程的叙述，正确的是(　　)
A.在制作泡菜的过程中，亚硝酸盐的含量变化情况是逐渐增加的
B.在发酵过程中，只有乳酸菌具有发酵作用，香辛料具有增香、除异味的功效
C.在发酵过程中，乳酸菌可分解蛋白质和果胶，使泡菜变软
D.在发酵过程中，要经常补充水槽中的水，盐水入坛前要煮沸再冷却，以防污染
答案　D
解析　泡菜制作的过程中，随着泡菜发酵中产生的乳酸增加，亚硝酸盐的含量会先增加，后逐渐下降，A错误；发酵过程主要是乳酸菌起作用，乳酸菌不能分解蛋白质和果胶，因此可保持蔬菜脆嫩而不软化腐败，B、C错误；发酵过程中要经常补充坛盖边沿水槽中的水，以保持坛内处于无氧状态，D正确。
5.(2021·海南海口模拟)将少量的酵母菌提取液加入足量的葡萄汁中进行果酒制作，15 ℃条件下密封保温一段时间后，检测到反应体系中含有少量的酒精。如对上述实验的某个因子进行改动，实验的结果也会发生相应的变化。以下分析正确的是(　　)
A.增加酵母提取液的量，则产生相同酒精所需的时间延长
B.增加葡萄汁量，则相同时间内酒精浓度升高
C.保温温度提高到23 ℃，则相同时间内酒精浓度升高
D.连续通入无菌空气，则相同时间内酒精浓度升高
答案　C
解析　葡萄汁足量，增加酵母提取液的量，则产生相同酒精所需的时间缩短，A错误；由于葡萄汁已经足量，而酵母提取液的量一定，所以增加葡萄汁的量，酒精浓度不会增加，B错误；制作葡萄酒时，酒精发酵控制的温度为18～30 ℃，由15 ℃升高温度到23 ℃，相同时间内酒精浓度升高，C正确；酵母菌的无氧呼吸才产生酒精，连续通入无菌空气不会产生酒精，D错误。
6.(2021·山师大附中检测)某同学设计了如右图所示的发酵装置，下列有关叙述错误的是(　　)

A.该装置可阻止空气进入，用于果酒发酵
B.该装置在发酵前要经消毒处理
C.去除弯管中的水，该装置可满足果醋发酵时底层发酵液中大量醋酸菌的呼吸需求
D.去除弯管中的水后，该装置与巴斯德的鹅颈瓶作用相似
答案　C
解析　该装置中注水的弯曲部分可阻止空气进入，能用于果酒发酵，A正确；发酵装置要经消毒处理以防止杂菌的污染，B正确；醋酸菌是好氧细菌，因没有通入无菌空气，去除弯管中的水后该装置也不能满足底层发酵液中醋酸菌的呼吸需求，C错误；去除弯管中的水后，该装置也能防止空气中的微生物进入，与巴斯德的鹅颈瓶作用相似，D正确。
7.(2021·江苏海安调研)下列有关泡菜发酵过程的叙述，错误的是(　　)
A.腌制时温度过高，食盐量过低可导致泡菜亚硝酸盐含量增高
B.腌制初期泡菜坛内会长出一层白膜，这是乳酸菌大量繁殖的结果
C.盐水入坛前应煮沸冷却，坛盖边沿的水槽中需注满水
D.泡菜发酵过程中产生的亚硝酸盐在特定的条件下可转化成致癌物质
答案　B
解析　在泡菜的腌制过程中，温度过高，食盐用量过低、腌制时间过短，都可导致泡菜中亚硝酸盐含量增高，A正确；在泡菜制作过程中，泡菜发酵液的营养丰富，其表面往往含有适量的氧气，适合酵母菌生长繁殖，产膜酵母菌的生长繁殖会在泡菜坛的液面形成一层白膜，B错误；盐水入坛前应煮沸冷却，以防杂菌污染，坛盖边沿的水槽中需注满水，以保证坛内乳酸菌发酵所需的无氧环境，C正确；泡菜发酵过程中产生的亚硝酸盐在特定的条件下(适宜的pH、温度和一定的微生物作用)可转化成致癌物质——亚硝胺，对人和动物具有致畸和致突变作用，D正确。

8.(2021·北京顺义区模拟)下列关于发酵工程的说法中，不正确的是(　　)
A.在菌种选育过程中，可以利用人工诱变、基因工程等手段
B.虽然青霉素是抗生素，但在青霉素生产过程中仍然需要严格灭菌
C.在谷氨酸发酵过程中，pH呈酸性时产生乳酸或琥珀酸，pH呈碱性时产生谷氨酸
D.发酵工程的产品可以采用过滤、沉淀、蒸馏、萃取、离子交换等方法提取
答案　C
解析　在菌种选育过程中，可以利用人工诱变、基因工程等手段进行培育，A正确；青霉素是抗生素，但其并不能杀灭所有微生物，所以其生产过程也要灭菌，B正确；在谷氨酸发酵过程中，pH呈酸性时产生谷氨酰胺和N­乙酰谷氨酰胺，C错误；若发酵工程的产品是菌体本身，可以采用过滤、沉淀等方法提取，若发酵工程的产品是代谢物，可以根据产物性质采用蒸馏、萃取、离子交换等方法提取，D正确。
9.(2021·广东惠州调研)下列关于发酵工程应用的说法，正确的是(　　)
A.食品添加剂由于可以增加食品营养，改善食品的色、香、味，还可以延长保存期，使用时应尽量多添加
B.加酶洗衣粉使用时用沸水洗涤效果最好
C.在青贮饲料中添加乳酸菌，可以提高饲料的品质，使饲料保鲜，同时提高动物免疫力
D.与使用化学农药相比，使用微生物农药具有成本高、见效快、无污染的特点
答案　C
解析　食品添加剂过量使用会对人体健康造成影响，甚至危及生命，不能过量使用，A错误；加酶洗衣粉中酶制剂在最适温度下活性最高，沸水条件使酶失活，洗涤效果较差，B错误；在青贮饲料中添加乳酸菌，通过乳酸菌的发酵，可以提高饲料品质，使饲料保鲜，同时提高动物免疫力，C正确；与使用化学农药相比，使用微生物农药具有成本低、无污染、见效慢的特点，D错误。
10.(2021·山东德州期末)下图是制作泡菜及测定泡菜中亚硝酸盐含量的实验流程示意图，请据图回答问题。

(1)制作泡菜宜选用新鲜的蔬菜，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)制作泡菜的盐水时，盐水的质量百分比为　　　　，盐水需煮沸并冷却后才可使用，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
试说明盐在泡菜制作过程中的作用____________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)泡菜风味形成的关键在于　　　　的加入。
(4)泡菜发酵过程中应定期测定亚硝酸盐的含量，原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)泡菜的制作方法不当，很容易造成泡菜变质，试分析可能的原因：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)新鲜的蔬菜中亚硝酸盐的含量低，营养物质丰富　(2)5%～20%　加热煮沸是为了杀灭杂菌，并除去水中的氧气，冷却之后使用是为了保证乳酸菌等微生物的生命活动不受影响　盐有杀菌、析出蔬菜中过多的水以及调味的作用　(3)调味料　(4)发酵不同时期亚硝酸盐的含量会发生变化，及时检测是为了把握食用泡菜的最佳时机　(5)泡菜坛密封不严或取菜工具不卫生或盐的比例过小等，都会引起杂菌滋生、泡菜变质
解析　根据下面的基础知识解答本题。

11.(2021·西安高新一中调研)下图是果酒和果醋制作的实验流程以及某同学设计的果酒和果醋的发酵装置。根据图示回答下列问题：

(1)图A中方框内的实验流程是　　　　。
(2)冲洗的主要目的是　　　　，冲洗应特别注意不能　　　　　　　　　　　　，以防止菌种流失。
(3)图B装置中的充气口在　　　　时关闭，在　　　　时连接充气泵，并连续不断地向内　　　　。
(4)排气口在酒精发酵时排出的气体是由　　　　产生的　　　　，在醋酸发酵时排出的是　　　　　　　　。
(5)写出与(4)题有关的反应式：
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________。
(6)若果汁中含有醋酸菌，在酒精发酵旺盛时，醋酸菌能否将果汁中的葡萄糖发酵为醋酸？________________________________________________________________________；说明原因。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)醋酸发酵　(2)除去污物　反复冲洗　(3)酒精发酵　醋酸发酵　泵入空(氧)气　(4)酵母菌　CO2　(含氧量少的)空气、CO2　(5)①C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋能量　②C6H12O6＋2O22CH3COOH＋2H2O＋2CO2＋能量，C2H5OH＋O2CH3COOH＋H2O＋能量　（6）不能　因为酒精发酵时的缺氧环境能抑制醋酸菌生长，且醋酸菌的发酵需要充足的氧气
解析　酵母菌是兼性厌氧微生物，有氧时进行有氧呼吸，将葡萄糖彻底氧化分解，无氧时进行酒精发酵，反应式分别为C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O＋能量，C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋能量。因此在制作果酒时，应在缺氧的环境中进行。醋酸菌是好氧细菌，能够利用糖在有氧时生成醋酸；在糖源不足时，将乙醇变为醋酸，反应式为C6H12O6＋2O22CH3COOH＋2H2O＋2CO2＋能量，C2H5OH＋O2CH3COOH＋H2O＋能量。在果酒制作过程中，排气口排出的是CO2，而在果醋制作过程，因醋酸菌是好氧细菌，需要连续充气，因此排气口排出的既有CO2，又有含氧量较低的空气。
12．（2021·河北百校联盟）谷氨酸钠是味精的主要成分，工业生产中常用谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸。下表是生物兴趣小组探究发酵条件对微生物数量和产物生产的影响。
组别
发酵条件
谷氨酸棒状杆菌繁殖速率
单个菌体产谷氨酸量
第一组
通入无菌空气
C/N＝3∶1
较慢
较多
第二组
通入无菌空气
C/N＝4∶1
较快
较少
请分析回答下列问题：
(1)谷氨酸棒状杆菌发酵的培养基中主要营养物质有_____________________________
________________________________________________________________________，
该培养基是一种　　　　培养基。
(2)为得到谷氨酸棒状杆菌的数量可采用的计数方法是　　　　，用该方法计数过程：取第二组的100倍的稀释液0.1 mL滴加到计数板(由25×16＝400个小室组成，容纳液体总体积为0.1 mm3)上，共有菌体48个，则1 mL的第二组发酵液中有菌体　　　　个。用该方法测定的微生物数量大于实际的活菌数，原因是_______________________________________
________________________________________________________________________。
(3)由上述探究可知，要通过发酵得到大量谷氨酸需首先不断向发酵液中通入　　　　，将碳氮比设为　　　　培养一段时间，然后将发酵液中碳氮比改为　　　　继续培养。
答案　(1)碳源、氮源、水和无机盐　液体　(2)显微镜直接计数法　4.8×107　计数到的菌体数量包括了死亡的菌体　(3)无菌空气　4∶1　3∶1
解析　(1)由表格可知，谷氨酸棒状杆菌发酵的培养基中含有碳源、氮源、水和无机盐，工业生产中利用谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸，使用的培养基为液体培养基。(2)微生物计数可以使用显微镜直接计数法。根据题意可知，计数板上共有谷氨酸棒状杆菌48个，并且谷氨酸棒状杆菌样品稀释了100倍，所以题述1 mL谷氨酸棒状杆菌样品中约有菌体＝48÷(0.1×10－3)×100＝4.8×107个。由于该方法不能分辨死亡的菌体，计数时，计数到的菌体数量包括了死亡的菌体，所以用该方法测定的微生物数量大于实际的活菌数。(3)由表格可知，要发酵得到大量谷氨酸，首先需不断向发酵液中通入无菌空气，将碳氮比设为4∶1培养一段时间，使得谷氨酸棒状杆菌大量繁殖，然后再将发酵液中碳氮比改为3∶1继续培养，该比例有利于谷氨酸棒状杆菌产生谷氨酸。