备战2025届新高考生物一轮总复习第10单元生物技术与工程课时规范练47传统发酵技术的应用与发酵工程（附解析）

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考点一 传统发酵技术的应用
1.泡菜在我国“食材谱系”中已有数千年历史,其中广东泡菜以爽脆出名,而且口味酸甜。各种应季的蔬菜,如白萝卜、红萝卜、小黄瓜、高丽菜等均可作为泡菜的原料,经发酵后,在口感上比新鲜蔬菜更爽脆,既好吃,又能助消化。下列关于泡菜制作的叙述,错误的是( )
A.用热水短时间处理原料可抑制果胶酶活性,使成品泡菜口感较脆
B.腌制方法、时间长短和温度高低均会影响泡菜中亚硝酸盐含量
C.利用水密封泡菜坛的目的是给泡菜坛内创造无氧环境
D.坛盖边沿的水槽“泡”中的气体是乳酸菌经细胞呼吸产生的
2.(2023·湖北咸宁联考)下列关于传统发酵技术应用的叙述,正确的是( )
A.果酒、果醋的酿制过程也是微生物生长繁殖的过程
B.家庭制作果醋和泡菜时,表面产生的菌膜分别由酵母菌和乳酸菌形成
C.果醋制作过程中发酵液pH逐渐降低,果酒制作过程中情况相反
D.腌制泡菜若时间过短,泡菜中杂菌少但酸性弱、亚硝酸盐含量高
3.(2023·天津联考)红薯酿制的黄酒,酒精度约为9%,制作过程如下图所示。下列叙述错误的是( )
鲜红薯加蔗糖后蒸熟、挤碎浸出液过滤、保存加入酵母放置24 h发酵10 d后过滤杀菌封装入酒罐,低温保存
A.拌入蔗糖和麦芽均利于酵母菌获得更多发酵底物
B.浸出液过滤后应保存于密闭容器中,并将容器装满
C.20 ℃保持24 h有利于提高发酵液中酵母菌数量
D.在一定时间内,30 ℃下发酵时间越长,红薯黄酒的酒精度越高
4.苹果醋是餐桌上的常见饮品,如图是制作苹果醋的流程图。下列叙述正确的是( )
A.苹果醋可利用酸性重铬酸钾进行检测
B.果酒发酵的温度与果醋发酵的温度相同
C.在①过程中,醋酸菌将果汁中的糖发酵成乙酸
D.在②过程中,醋酸菌先将乙醇变为乙醛,再将乙醛变为乙酸
5.(2024·河南安阳模拟)“踏浆发酵酿酒法”是唐朝的一种主流红酒酿造工艺。踏浆发酵即是碾碎葡萄,用葡萄汁单纯发酵。“十年味不败”说明了唐朝红酒技术的优良之处。下列相关说法错误的是( )
A.在葡萄酒酿制的整个过程中需要先通气后密封
B.酒精生成过程合成ATP所需能量来自葡萄糖中的化学能
C.“踏浆”有利于葡萄皮表面的酵母菌与葡萄汁液充分混合
D.“十年味不败”主要与酵母菌发酵生成的酒精的消毒作用有关
考点二 发酵工程及其应用
6.(2023·安徽阜阳模拟)下列有关发酵工程基本环节的叙述,错误的是( )
A.现代发酵工程使用的大型发酵罐均具有计算机控制系统,其能使发酵全过程处于最佳状态
B.在发酵过程中,环境条件的变化不仅会影响微生物的生长繁殖,也会影响微生物的代谢物形成
C.发酵罐中微生物的生长繁殖、代谢物的形成都与搅拌速度无关
D.确定菌种之后,才能选择原料配制培养基
7.下列有关发酵工程的叙述,正确的是( )
A.发酵工程生产所用的菌种是对自然界分离的菌种进行定向改造后获得的
B.发酵工程生产的单细胞蛋白是从微生物菌体细胞中提取出来的
C.发酵工程以其生产条件温和、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特点,在很多领域得到广泛的应用
D.发酵工程的产品如果是微生物细胞本身,可以采用过滤、沉淀、蒸馏、萃取、离子交换等方法提取
8.通过发酵罐发酵可大规模生产谷氨酸,生产中常用的菌种是好氧的谷氨酸棒状杆菌。下面有关谷氨酸发酵过程的叙述,不正确的是( )
A.配制高浓度营养物质的培养基,会使谷氨酸棒状杆菌大量繁殖
B.常用的谷氨酸棒状杆菌为好氧细菌,因此培养基中需严格控制溶解氧、通气量等发酵条件
C.排出发酵罐中的谷氨酸,有利于谷氨酸的合成和产量的提高
D.发酵液pH呈酸性时,谷氨酸棒状杆菌易产生谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺
9.奶啤被称为“奶香槟”,是一种新型的含酒精的乳饮料。它具有馥郁的麦芽清香,略带碳酸气,又具有乳饮料酸甜适口的特征,广受人们喜爱。奶啤是通过细菌发酵将麦汁中的麦芽糖和其他糖类转化为乙酸和乳酸,配以一定比例的原料乳,再结合酒精发酵制作而成,工艺流程如图所示。回答下列问题。
(1)参与前期酸味形成的有醋酸菌和乳酸菌。醋酸菌和乳酸菌在同一容器中进行发酵时,
(填“能”或“不能”)同时产生乙酸和乳酸,原因是 。
(2)工业上酿制奶啤时,大麦发芽过程中细胞内有机物种类 (填“增多”或“减少”)。后期获得酒精时的发酵条件主要为 。酒精发酵一定时间后,当观察到发酵装置内 ,说明发酵完毕。从食品安全的角度考虑,上述工艺流程图中①的操作应该是 。
(3)生产时,为获得高产酒精的酵母菌菌株,研究者将多个待测菌株在适宜条件下培养一段时间后,在培养基中添加检测试剂 ,选择菌落周围 的菌株即为高产啤酒的酵母菌菌株。
关键能力提升练
1.(2023·湖南长郡中学二模)豆豉是一种古老的传统发酵豆制品,古称“幽菽”或“嗜”。早在公元前二世纪,我国就能生产豆豉,西汉初年,其生产、消费已初具规模。下面是利用新鲜黄豆制作豆豉的流程图。下列说法错误的是( )
选料→浸泡蒸煮前期发酵调味装坛(后期发酵)
A.传统方法制作豆豉,以混合菌种的液体发酵为主
B.蒸煮的目的是使黄豆组织软化,蛋白质适度变性,利于酶的分解作用
C.前期发酵主要依靠黄豆表面的霉菌产生多种酶来分解蛋白质等有机物
D.装坛时应用塑料薄膜封口并加盖,在一定温度下进行后期发酵
2.(2023·江苏徐州调研)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
3.(2023·河北邢台质检)发酵工程广泛应用于农业、食品工业、医药工业等工业生产。下列关于发酵工程的叙述,错误的是( )
A.发酵工程的形成离不开微生物纯培养技术的建立及发酵罐等设备的成功设计
B.筛选出高产柠檬酸的黑曲霉菌种后可直接接种到发酵罐中进行发酵生产
C.若培养基或发酵设备灭菌不彻底,则可能造成青霉素发酵的产量降低
D.发酵工程生产的单细胞蛋白含有糖类、脂质等多种化合物,可作为家畜的优质饲料
4.(2023·江苏南通联考)凯里红酸汤是贵州省凯里市特产,其颜色鲜红、气味清香、味道酸爽,早已被正式列入《中国地理标志产品大典》。下图为凯里红酸汤制作流程示意图,相关叙述不正确的有( )
A.红酸汤中的酸味物质主要是乳酸菌产生的乳酸
B.食盐、红辣椒等既可调味又可抑制杂菌生长
C.适当延长发酵时间能加深酸汤的红色,增浓酸味
D.装坛时装满并在盖上坛盖后将坛盖边沿的水槽中注满水,以营造良好的发酵条件
5.(2021·全国乙卷)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。
回答下列问题。
(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)。
6.(2021·广东卷)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。工艺流程如下图所示。
开放式发酵系统
回答下列问题。
(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60 g/L,pH为10,菌株H可正常持续发酵60 d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 。
答案：
必备知识基础练
1.D 解析 果胶酶可以水解果胶,因此利用热水短时间处理原料,可通过抑制果胶酶活性使成品泡菜口感较脆,A项正确;腌制方法、时间长短和温度高低均会影响泡菜中亚硝酸盐含量,B项正确;乳酸菌属于厌氧型微生物,利用水密封泡菜坛的目的是为泡菜坛内创造无氧环境,C项正确;乳酸菌无氧呼吸产生乳酸,没有气体产生,坛盖边沿的水槽“泡”中的气体是发酵初期酵母菌、大肠杆菌等经细胞呼吸产生的,D项错误。
2.A 解析 家庭制作果醋时表面观察到的菌膜是由醋酸菌在液面大量繁殖形成的,而制作泡菜时形成的白膜是由酵母菌繁殖形成的,B项错误;果醋制作过程中,醋酸菌将葡萄汁中的糖分解成乙酸,随着乙酸增加,溶液的pH逐渐降低,果酒制作过程中,酵母菌无氧呼吸产生二氧化碳与酒精,二氧化碳溶于水形成碳酸,随着二氧化碳浓度的增加,溶液的pH逐渐降低,因此果酒、果醋制作过程中溶液的pH都是逐渐降低,C项错误;泡菜腌制时间过短,容易造成细菌大量繁殖,亚硝酸盐含量增加,D项错误。
3.B 解析 制造果酒利用的是酵母菌的无氧呼吸,因此浸出液过滤后应保存于密闭容器中,但不能将容器装满,要留有约1/3的空间,这样有利于酵母菌大量繁殖,并能防止发酵液溢出,B项错误。
4.D 解析 酸性重铬酸钾能与酒精反应呈灰绿色,不能用来检测苹果醋,A项错误;果酒发酵所用菌种是酵母菌,最适温度是18~30℃,果醋发酵所用的菌种是醋酸菌,最适温度是30~35℃,两者发酵的温度并不相同,B项错误;在①过程中,酵母菌将果汁中的糖发酵成酒精,C项错误;在②果醋发酵过程中,醋酸菌先将乙醇变为乙醛,再将乙醛变为乙酸,D项正确。
5.D 解析 发酵过程中产生的酒精对其他微生物的生长有一定抑制作用,但主要在于葡萄酒制成后,在缺氧、呈酸性的发酵液中,绝大多数微生物无法适应这一环境而受到抑制,故“十年味不败”,D项错误。
6.C 解析 计算机控制系统可以通过负反馈机制,使发酵罐内的发酵全过程处于最佳状态,A项正确;发酵过程需要适宜的温度和pH,所以环境条件的变化会对微生物的生长繁殖和发酵产品产生一定的影响,B项正确;搅拌速度会引起发酵液中的溶氧量不同,从而影响发酵罐中微生物的生长繁殖、代谢物的形成,C项错误;不同微生物对营养要求不一样,所以确定菌种之后,才能选择原料配制培养基,D项正确。
7.C 解析 发酵工程生产用的菌种可以从自然界中筛选出来,也可以通过诱变育种或基因工程育种获得,通过诱变育种获得不属于定向改造,因为变异是不定向的,A项错误;发酵工程生产的单细胞蛋白是含蛋白量高的微生物菌体,不是从微生物菌体细胞中提取出来的,B项错误;如果发酵产品是代谢物,通常可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施(如采用蒸馏、过滤、萃取或离子交换等措施)获得产品,如果发酵产品是微生物细胞本身,通常采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥,从而获得产品,D项错误。
8.A 解析 配制高浓度营养物质的培养基,会使谷氨酸棒状杆菌失水,进而影响其代谢过程,因此不会使谷氨酸棒状杆菌大量繁殖,A项错误;常用的谷氨酸棒状杆菌为好氧细菌,因此培养基中需严格控制溶解氧、通气量等发酵条件,以保证谷氨酸棒状杆菌的代谢活动正常进行,B项正确;谷氨酸发酵过程中,当谷氨酸合成量过多时,就会抑制谷氨酸脱氢酶的活性,从而使谷氨酸的合成过程中断,因此需要及时地排出谷氨酸,才可以解除谷氨酸对谷氨酸脱氢酶的抑制作用,即排出发酵罐中的谷氨酸,有利于谷氨酸的合成和产量的提高,C项正确;发酵液pH呈酸性时,谷氨酸棒状杆菌易产生谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺,D项正确。
9.答案 (1)不能 醋酸菌是好氧细菌,在无氧条件下不能存活,而乳酸菌是厌氧细菌,在有氧条件下不能存活
(2)增多 无氧条件 不再有气泡产生 灭菌处理
(3)酸性重铬酸钾(重铬酸钾) 灰绿色范围大
解析 (1)醋酸菌与乳酸菌在同一容器中发酵时,不能同时产生乙酸和乳酸,原因是醋酸菌是好氧细菌,在无氧条件下不能存活,而乳酸菌是厌氧细菌,在有氧条件下不能存活。(2)大麦发芽过程中,由于有些有机物分解会产生中间代谢物,故细胞内有机物种类增多。获得酒精主要是酵母菌进行酒精发酵,条件主要是无氧条件,温度控制在18~30℃。发酵一定时间后,观察到发酵罐内液面不再有气泡产生(即停止酒精发酵),说明发酵基本完毕。从食品安全的角度考虑,在上市或入库前应进行灭菌处理。(3)筛选高产啤酒的酵母菌菌株时,可通过检测酒精含量的多少来确定。为获得高产啤酒的酵母菌菌株,可将酸性重铬酸钾添加到选择培养基中,然后将多个酵母菌菌株接种到上述培养基中,在适宜条件下培养一段时间后,因橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下会和酒精发生化学反应变成灰绿色,故菌落周围灰绿色范围大的菌株就是高产啤酒的酵母菌菌株。
关键能力提升练
1.A 解析 传统方法制作豆豉,以混合菌种的固体发酵和半固体发酵为主,A项错误;蒸煮可使大豆蛋白质适度变性,淀粉蒸熟糊化,并杀灭附着在原料上的微生物,利于酶的分解作用,B项正确;前期发酵主要依靠黄豆表面的霉菌产生蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶来分解蛋白质、脂肪、淀粉等有机物,C项正确;在装坛时,应用塑料薄膜封口并加盖,并在一定温度下进行无氧发酵,通过一系列复杂的酶促反应,形成豆豉特有的风味,D项正确。
2.B 解析 果酒发酵的适宜温度为18~30℃,因此夏季生产果酒时,常需对罐体进行降温处理,A项正确;乙醇是酵母菌无氧呼吸的产物,因此发酵过程中不需要通入空气,B项错误;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项正确;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项正确。
3.B 解析 发酵工程是指采用现代工程技术手段,利用微生物的某些特定功能,为人类生产有用的产品,或直接把微生物应用于工业生产过程的一种技术,因此发酵工程的形成离不开微生物纯培养技术的建立及相应设备的成功设计,A项正确;筛选出能高产柠檬酸的黑曲霉菌种后不能直接接种到发酵罐中进行发酵生产,还需要进一步扩大化培养才能接种到发酵罐中进行发酵生产,以提高发酵产品的产量,B项错误;若培养基或发酵设备灭菌不彻底,可能被杂菌污染或造成青霉素被分解,使青霉素发酵的产量降低,C项正确;发酵工程生产的单细胞蛋白是微生物的细胞,另外还含有糖类、脂质等多种化合物,因此可作为家畜的优质饲料,D项正确。
4.D 解析 红酸汤中的酸味物质主要是由乳酸菌产生的乳酸,A项正确;食盐、红辣椒等既可调味又可抑制杂菌生长,故制作红酸汤时可适当加入上述物质,可以起到抑菌和改善风味的效果,B项正确;适当延长发酵时间能使发酵更为充分,能加深酸汤的红色,增浓酸味,C项正确;装坛时坛口要留有一点空间,而不能装满,目的是防止西红柿发酵后液体膨胀外溢,D项错误。
5.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 CO2和酒精 乳酸(或酒精、食盐)
解析 (1)大豆富含蛋白质,可以为米曲霉的生长提供氮源;小麦富含淀粉,可以为米曲霉的生长提供碳源。
(2)由酶的专一性可知,蛋白酶可以分解蛋白质,脂肪酶可以分解脂肪。蛋白酶能将蛋白质分解为小分子的肽和氨基酸,脂肪酶可将脂肪水解为甘油和脂肪酸。由题意可知,米曲霉发酵过程需要提供营养物质,说明米曲霉属于异养微生物;米曲霉发酵过程需要通入空气并搅拌,说明米曲霉属于好氧微生物。综上可知,米曲霉为异养好氧微生物。
(3)乳酸菌没有以核膜为界限的细胞核,为原核生物。酵母菌在无氧条件下分解葡萄糖,可以产生CO2和酒精。由题图可知,乳酸菌的代谢产物——乳酸、酵母菌的代谢产物——酒精以及添加的食盐都有抑制杂菌生长的作用。
6.答案 (1)(唯一)碳源 稀释涂布平板 基因工程育种、诱变育种
(2)高盐浓度可导致杂菌失水过多而死亡,高pH会影响杂菌的代谢,抑制杂菌的生长繁殖
(3)氧气浓度
(4)蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等
解析 (1)由题干信息可知,菌株H可在高盐条件下利用蔗糖产生PHA,说明蔗糖是微生物生长发育的碳源。为选择对蔗糖耐受能力和利用效率高的菌株H,采用不断提高液体培养基中蔗糖浓度的方法,经多次传代培养,取样后用稀释涂布平板的方法进行菌落计数,从而评估菌株H的增殖情况。菌种的选育除题目所述方法外,还可采用基因工程育种、诱变育种等。(2)根据菌株H设计的发酵系统中,培养基是高盐浓度和高pH,高盐浓度可导致杂菌失水过多而死亡,高pH通过影响杂菌的代谢而抑制其生长繁殖。(3)由题干信息可知,产生了少量乙醇说明发酵液中进行了部分无氧呼吸,且菌株H细胞增殖和PHA产量均未达到预期,说明菌株H和PHA的产生均需要充足的氧气供应,故在其他条件适宜的情况下,氧气浓度可能是菌株H高密度培养的限制因素。(4)根据酶的专一性可知,菌株H能够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。