資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
第34講　傳統發酵技術的應用與發酵工程
[課程導學]
內容要求 3.2.1.舉例說明日常生活中的某些食品是運用傳統發酵技術生產的。3．2.2.闡明發酵工程利用現代工程技術及微生物的特定功能，工業化生產人類所需產品。
與舊教材對比 增：①科技探索之路；②發酵工程的發展歷程；③發酵工程及其應用。改：①腐乳制作內容精減；②亞硝酸鹽含量的鑒定放入課后習題。
考點一　傳統發酵技術的應用
1．發酵與傳統發酵技術
(1)發酵：人們利用微生物，在適宜的條件下，將原料通過微生物的代謝轉化為人類所需要的產物的過程。
(2)實例：腐乳制作
①參與的微生物：毛霉、酵母、曲霉等。
②原理：豆腐中的蛋白質被分解成小分子的肽和氨基酸，味道鮮美，易于消化吸收。
(3)傳統發酵技術
①概念：直接利用原材料中天然存在的微生物，或利用前一次發酵保存下來的面團、鹵汁等發酵物中的微生物進行發酵、制作食品的技術。
②形式：以混合菌種的固體發酵及半固體發酵為主，通常是家庭式或作坊式的。
③產物：酒、腐乳、醬油、醋、泡菜、豆豉等。
2．制作泡菜
(1)作用菌類：植物體表面天然的乳酸菌。
(2)原理：在無氧條件下，乳酸菌將葡萄糖分解成乳酸[C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋能量]。
(3)方法步驟
　營造“無氧環境”的3項措施
①選擇的泡菜壇密封性要好。
②加入蔬菜后要注入煮沸冷卻的鹽水，使鹽水沒過全部菜料。
③蓋上壇蓋后要在壇蓋邊沿的水槽中注滿水。
3．果酒、果醋制作
(1)原理
(2)方法步驟
　果酒、果醋制作時防止雜菌污染的4項措施
①榨汁機要洗凈并晾干，發酵瓶要清洗干凈，并用體積分數為70%的酒精消毒。
②清洗葡萄時要先沖洗后再除去枝梗，以避免除去枝梗時引起葡萄破損，增加被雜菌污染的機會。
③裝入葡萄汁后要封閉發酵裝置的充氣口。
④發酵瓶的排氣管用曲頸管而不用直管。若用簡易的發酵裝置，每隔一定時間排氣時只需擰松瓶蓋，不要完全揭開瓶蓋。
(1)醋酸菌在無氧條件下利用乙醇產生乙酸。(　　)
(2)酵母菌是嗜溫菌，所以果酒發酵所需的最適溫度高于果醋發酵溫度。(　　)
(3)在果酒發酵后期擰松瓶蓋的間隔時間可延長。(　　)
(4)在家庭中用新鮮葡萄制作果酒時，需給發酵裝置適時排氣。(　　)
(5)泡菜制作的菌種主要是醋酸菌。(　　)
(6)制作泡菜時，鹽水煮沸后可以立即使用。(　　)
(7)泡菜發酵過程中泡菜壇沿要注滿水有利于泡菜的無氧發酵。(　　)
答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)√　(5)×　(6)×
(7)√
1．(選擇性必修3 P6～7文字改編)制葡萄酒時，為什么要將溫度控制在18～30 ℃？制葡萄醋時，為什么要將溫度控制在30～35 ℃？________________________________________________________________________。
提示：溫度是酵母菌、醋酸菌生長和發酵的重要條件。釀酒酵母的最適生長溫度約為28 ℃，因此果酒發酵時需將溫度控制在其最適溫度范圍內；多數醋酸菌的最適生長溫度為30～35 ℃，因此制作果醋時要將溫度控制在30～35 ℃
2．(選擇性必修3 P8拓展應用T2改編)隨泡菜的發酵時間的延長，亞硝酸鹽的含量就會降低。是不是泡菜的發酵時間越長，越適合食用？________________________________________________________________________。
提示：不是，發酵時間過長會產生其他有害物質，同時乳酸含量過多，口味不佳
1．易錯易混的四種傳統發酵產品的菌種與原理
食品 菌種 呼吸類型 原理 溫度
果酒 酵母菌 兼性厭氧 無氧呼吸產生酒精 18～30℃
果醋 醋酸菌 需氧 糖(乙醇)→乙酸 30～35℃
腐乳 毛霉等 需氧 蛋白酶、脂肪酶分別水解蛋白質、脂肪 —
泡菜 乳酸菌 厭氧 無氧呼吸產生乳酸 室溫
2.泡菜制作過程中乳酸菌、乳酸和亞硝酸鹽的變化情況分析
項目時期　 乳酸菌 乳酸 亞硝酸鹽
發酵初期 少(有氧氣，乳酸菌活動受到抑制) 少 增加(硝酸鹽還原菌作用)
發酵中期 最多(乳酸增多，抑制其他菌活動) 積累增多，pH下降 下降(硝酸鹽還原菌受抑制，部分亞硝酸鹽被分解)
發酵后期 減少(乳酸積累，pH下降，抑制其活動) 繼續增多，pH繼續下降　 下降至相對穩定(硝酸鹽還原菌被完全抑制)
曲線
3.果酒和果醋制作
(1)發酵裝置及各部件的作用
(2)果酒、果醋制作結果的評價標準
①果酒制作的結果評價
發酵后取樣，可通過嗅味和品嘗進行初步鑒定。此外，還可用顯微鏡觀察酵母菌，也可用酸性重鉻酸鉀與酒精反應呈現灰綠色來檢驗酒精的存在。制作成功的葡萄酒應色澤鮮艷、爽口、柔和、有濃郁的果香。
②果醋制作的結果評價
可通過觀察菌膜的形成、嗅味和品嘗進行初步鑒定，再通過檢測和比較乙酸發酵前后發酵液的pH(可用pH試紙)進一步鑒定。此外，還可通過在顯微鏡下觀察發酵液中是否有醋酸菌，并統計其數量進一步鑒定。制作成功的果醋具有特殊的果香，酸味柔和，稍有甜味，不澀。
突破1 泡菜的制作
核心素養 科學探究
1．(2022·南陽高三模擬)從開始制作到泡菜品質最佳這段時間內，泡菜逐漸變酸，乳酸菌與雜菌數目也發生變化，下列有關分析錯誤的是(　　)
A．泡菜制作初期就有乳酸菌的存在
B．密閉的發酵環境使乳酸菌在種間競爭中占據一定優勢
C．在發酵過程中，乳酸含量逐漸增多，可以抑制其他微生物的生長
D．在發酵過程中，雜菌數目的減少使乳酸菌與雜菌的種間競爭減弱，因此乳酸菌數目一直增多
解析：選D。泡菜制作初期多種微生物并存，也存在乳酸菌，A正確；乳酸菌是厭氧型微生物，密閉的發酵環境使其在種間競爭中占據一定優勢，B正確；發酵過程中，乳酸含量不斷增多，不僅可以抑制其他微生物的生長，也會影響乳酸菌的活性，因此乳酸菌數目不會一直增多，C正確，D錯誤。
2．微生物在人們的生活生產中無處不在，為人們生活增添了諸多樂趣，請回答下列與微生物相關的問題：
某同學嘗試制作酸奶和泡菜，他成功地制得酸奶，卻未得到泡菜成品，他制作泡菜的流程如下：
(1)請指出實驗流程中的一處錯誤：__________________________________
________________________________________________________________________。
(2)根據題中的條件，請你提出簡要的補救方法：_____________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)泡菜風味形成的關鍵在于__________________的加入。
答案：(1)泡菜鹽水未冷卻　(2)向已冷卻的泡菜壇中加入含乳酸菌的酸奶　(3)調味料
突破2 果酒和果醋的制作
核心素養 科學探究
3．(2021·高考山東卷)某科研人員提交了用帶蓋玻璃瓶制作果酒和果醋的實驗報告，他的做法正確的是(　　)
A．選擇新鮮的葡萄除去枝梗后略加沖洗再榨汁
B．將玻璃瓶用酒精消毒后，裝滿葡萄汁
C．酒精發酵期間，根據發酵進程適時擰松瓶蓋放氣
D．酒精發酵后擰緊瓶蓋，蓋一層紗布，再進行醋酸發酵
答案：C
4．圖甲、圖乙為生物學實驗常用的裝置示意圖，其均可作為發酵裝置。下列說法錯誤的是(　　)
A．甲裝置可用于制備果酒，但不適宜用于制備果醋
B．若用甲裝置制備果酒，過一段時間需要將瓶蓋擰松放氣再擰緊
C．若用乙裝置制備果酒并將d管連通裝有澄清石灰水的錐形瓶，石灰水變混濁的同時會有酒精產生
D．利用乙裝置制備果醋時，氣閥1和氣閥2都要打開，并且需將a作為充氣口
解析：選C。由于圖甲沒有通氣裝置，所以不適合用于制備果醋，但可用于制備果酒，A正確。制備果酒主要利用的是酵母菌的無氧呼吸，酵母菌在發酵過程中會產生CO2，所以為了避免瓶內氣壓過大，過一段時間后需要將瓶蓋擰松放氣再擰緊，B正確。酵母菌進行有氧呼吸和無氧呼吸都會產生CO2，都可以使澄清石灰水變混濁，故不能以此判斷是否有酒精產生，C錯誤。因為制備果醋所需的醋酸菌屬于好氧菌，所以用乙裝置制備果醋時，需要將氣閥1和氣閥2打開，并且將a作為充氣口，D正確。
5．楊梅果實風味獨特、酸甜適中，具有很高的營養和保健價值。下圖是制作楊梅酒和楊梅醋的流程圖。請回答下列問題：
―→―→―→
(1)傳統發酵中，發酵液雖然未經過嚴格的滅菌處理，但雜菌卻不能正常生長繁殖，這是由于果酒發酵的________條件抑制了雜菌的生長。用來檢驗酒精的化學試劑是____________________。
(2)果酒制作過程中，酵母菌無氧呼吸產生酒精的場所是____________________。溫度適宜時果酒發酵時間較短，原因是_____________________________________________________________________
__________________________。
(3)楊梅醋的發酵過程中，除具備必需的營養物質外，還需要往發酵液中持續地通入________________。
(4)下圖表示果酒發酵過程中，發酵液的糖度(葡萄糖的濃度)和酒精度(酒精濃度)隨時間變化的關系。發酵前24 h，糖度變化很小，酒精度上升很慢，其原因是____________________________________。96 h后酒精度和糖度的變化都趨于平緩，其原因是__________________________________________________________。
解析：(1)果酒發酵是在缺氧、呈酸性的環境中，酵母菌可大量繁殖，而其他絕大多數微生物無法適應這一環境而受到抑制。檢驗酒精是用酸性條件下的重鉻酸鉀，其溶液變成灰綠色即說明有酒精。(2)酵母菌無氧呼吸產生酒精的場所是細胞質基質。由于溫度影響發酵所需酶的活性，所以只有溫度適宜時，與果酒發酵相關酶的活性才最高，發酵速度最快，時間最短。(3)醋酸菌是好氧細菌，必須生活在氧氣充足的環境中，且其最適生長溫度是30～35 ℃，所以在楊梅醋的發酵過程中，需要往發酵液中持續地通入無菌空氣(氧氣)。(4)酵母菌是兼性厭氧微生物，在有氧條件下，酵母菌進行有氧呼吸大量繁殖，在無氧條件下，酵母菌能進行酒精發酵。結合圖示曲線分析可知，前24 h內，糖度變化很小，酒精度上升很慢主要是酵母菌還在進行有氧呼吸大量增殖；但是在96 h后，酒精度和糖度的變化都趨于平緩，主要原因是高濃度的酒精和代謝廢物會抑制酵母菌的代謝而影響發酵。
答案：(1)缺氧、酸性　酸性重鉻酸鉀　(2)細胞質基質　此時，與果酒發酵相關的酶活性最高，發酵速度快　(3)無菌氧氣(或無菌空氣)　(4)此階段酵母菌主要進行有氧呼吸，大量增殖　高濃度的酒精和代謝廢物會抑制酵母菌的代謝而影響發酵
[事實概述性類]
1．[2017·全國Ⅱ，T37(3)]如果在實驗后，發現32 h內的發酵效果越來越好，且隨發酵時間呈直線上升關系，則無法確定發酵的最佳時間；若要確定最佳發酵時間，還需要做的事情是_________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：延長發酵時間，觀測發酵效果，最好的發酵效果所對應的時間即為最佳發酵時間
2．[2013·全國Ⅰ，T39(1)]制作泡菜時，所用鹽水需煮沸，其目的是____________。為了縮短制作時間，有人還會在冷卻后的鹽水中加入少量陳泡菜液，加入陳泡菜液的作用是_______________________________________________。
答案：殺滅雜菌　增加乳酸菌數量
3．[2013·全國Ⅰ，T39(4)]從開始制作到泡菜品質最佳這段時間內，泡菜液逐漸變酸。這段時間內泡菜壇中乳酸菌和其他雜菌的消長規律是_____________________________________________________________________
________________________________________________________________________，
原因是______________________________________________________。
答案：乳酸菌數量增多，雜菌數量減少　乳酸菌比雜菌更耐酸
[原因分析類]
4．[2018·全國Ⅲ，T37(3)]制作面包時，為使面包松軟通常要在面粉中添加一定量的酵母菌，酵母菌引起面包松軟的原因是__________________________
________________________________________________________________________。
答案：酵母菌分解葡萄糖會產生CO2，CO2使面包松軟
5．[2016·全國Ⅲ，T39(1)]分離純化乳酸菌時，首先需要用______________對泡菜濾液進行梯度稀釋，進行梯度稀釋的理由是____________________
__________________________________________________________。
答案：無菌水　泡菜濾液中菌的濃度高，直接培養很難分離得到單菌落
6．制作泡菜時，泡菜壇一般用水密封，目的是創造________(填“無氧”或“有氧”)環境。蔬菜在腌制過程中，會產生亞硝酸鹽。將顯色反應后的樣品與已知濃度的標準顯色液進行目測比較，估算出的亞硝酸鹽含量如下圖曲線所示，據圖可以得出的結論是_________________________________________
________________________________________________________________________________________________________。
答案：無氧　泡菜封壇后亞硝酸鹽含量不斷增加，至第4天含量最高，以后逐漸減少，最終趨于穩定(合理即可)
考點二　發酵工程及其應用
1．發酵工程
(1)概念：利用微生物的特定功能，通過現代工程技術，規模化生產對人類有用的產品。
(2)對發酵工程概念的理解
①微生物：包括來自自然界的微生物(即“常規菌”)和基因重組的微生物(即“工程菌”)。
②產品：通過微生物的大量繁殖獲得所需產品。包括利用酵母菌發酵制造的啤酒、果酒，利用乳酸菌發酵制造的酸奶，及利用工程菌生產的人胰島素。
③實質：利用微生物進行產品生產(如次生代謝物和菌體本身)。
2．發酵工程基本環節分析
3．發酵工程的應用
(1)食品工業
①生產傳統的發酵產品，如啤酒等。
②生產各種各樣的食品添加劑，如味精等。
③生產酶制劑，如α 淀粉酶、果膠酶等。
(2)醫藥工業：如生產抗生素、激素、免疫調節劑等。
(3)農牧業
①生產微生物肥料：利用了微生物在代謝過程中產生的有機酸、生物活性物質等來增進土壤肥力，改良土壤結構，促進植株生長。
②生物微生物農藥：利用微生物或其代謝物來防治病蟲害。
③生產微生物飼料：通過發酵獲得大量的微生物菌體，即單細胞蛋白，可以作為食品添加劑，也可用于制成微生物飼料。
(4)其他方面
①利用纖維廢料發酵生產酒精、乙烯等能源物質，對解決資源短缺與環境污染問題具有重要意義。
②嗜熱菌、嗜鹽菌可以用來生產洗滌劑，嗜低溫菌有助于提高熱敏性產品的產量。
(1)在發酵工程中，可通過誘變育種、基因工程育種獲得菌種。(　　)
(2)分離、提純酵母菌發酵生產的單細胞蛋白，可采用過濾、沉淀等方法。(　　)
(3)在連續培養過程中補充的同種培養液和空氣須先滅菌。(　　)
(4)乳酸菌可以代替酵母菌用于乙醇的生產。(　　)
(5)發酵罐中微生物的生長繁殖、代謝物的形成速度都與攪拌速度有關。(　　)
(6)單細胞蛋白是從微生物細胞中提取出來的。(　　)
答案：(1)√　(2)√　(3)√　(4)×　(5)√　(6)×
1．(選擇性必修3 P22～23圖1－9)某生產谷氨酸的發酵裝置，在中性和弱堿性條件下會積累谷氨酸，但在酸性條件下則容易形成谷氨酰胺和N 乙酰谷氨酰胺，由此可知____________________________________________________________________________________________________________________________________。
提示：環境條件不僅影響微生物的生長繁殖，而且也會影響微生物的代謝物的形成
2．(選擇性必修3 P23思考·討論)選擇發酵工程用的菌種時，需要考慮的因素有________________________________________________________________。
提示：在低成本的培養基上能迅速生長繁殖；產量高；發酵條件易控制；菌種不易變異、退化等
3．(選擇性必修3 P27異想天開)單細胞蛋白是以淀粉或纖維素的水解液、制糖工業的廢液等為原料，通過發酵獲得的大量的微生物________。其不僅含有豐富的________，還含有糖類、________和維生素等物質。
提示：菌體　蛋白質　脂質
1．疫苗大規模生產的一種方法是首先在生物反應器中使細胞大量增殖，然后用含有所需抗原的轉基因病毒感染生物反應器中的細胞，并使該病毒增殖，最后離心、過濾、純化病毒，獲得所需疫苗，下列說法錯誤的是(　　)
A．發酵工程包括菌種的選育、擴大培養、培養基的配制、滅菌、接種、發酵和產品的分離提純等方面
B．獲得純凈的微生物培養物的關鍵是分離、純化技術
C．振蕩培養不僅可以提高培養液的溶氧量，還可以使細胞與培養液充分接觸
D．雞胚通常也是疫苗制備的主要“工廠”
解析：選B。獲得純凈的微生物培養物的關鍵是防止雜菌污染，B錯誤。
2．發酵工程是指采用現代工程技術手段，利用微生物的某些特定功能，為人類生產有用的產品。常用好氧菌谷氨酸棒狀桿菌利用圖1的發酵罐來大量生產味精，發酵流程如圖2所示。下列敘述正確的是(　　)
A．發酵中所使用的谷氨酸棒狀桿菌菌種可從自然界篩選也可通過誘變育種、雜交育種或者基因工程育種獲得
B．為了保證發酵產品的產量和品質，圖中發酵配料及發酵罐需經過嚴格的滅菌
C．在發酵過程中，通過加料口取樣，隨時監測產物濃度和微生物數量
D．圖中發酵過程需通入無菌空氣，并通過攪拌使培養液與菌種充分接觸后關閉通氣口
答案：B
[體驗等級考]
1．(2021·高考湖北卷)中國的許多傳統美食制作過程蘊含了生物發酵技術。下列敘述正確的是(　　)
A．泡菜制作過程中，酵母菌將葡萄糖分解成乳酸
B．饅頭制作過程中，酵母菌進行呼吸作用產生CO2
C．米酒制作過程中，將容器密封可以促進酵母菌生長
D．酸奶制作過程中，后期低溫處理可產生大量乳酸桿菌
解析：選B。泡菜制作過程中，主要是乳酸菌將葡萄糖分解形成乳酸，A錯誤；做饅頭或面包時，經常要用到酵母菌，酵母菌可以分解面粉中的葡萄糖，產生CO2和酒精，CO2是氣體，遇熱膨脹而形成小孔，使饅頭或面包暄軟多孔，B正確；酵母菌在有氧條件下可以大量繁殖，在密封也就是無氧條件下產生酒精，C錯誤；酸奶制作過程中，后期低溫處理時大部分乳酸桿菌已死亡，不會大量繁殖，D錯誤。
2．(2021·高考遼寧卷改編)利用菠蘿蜜制作果醋的大致流程為：先在滅菌的果肉勻漿中接種酵母菌，發酵6天后，再接入活化的醋酸菌，發酵5天。下列有關敘述錯誤的是(　　)
A．乙醇既是乙酸發酵的底物，又可以抑制雜菌繁殖
B．酵母菌和醋酸菌均以有絲分裂的方式進行增殖
C．酵母菌和醋酸菌發酵過程中控制通氣的情況不同
D．接入醋酸菌后，應適當升高發酵溫度
解析：選B。當缺少糖源時，醋酸菌直接將乙醇變為乙醛，再將乙醛變為乙酸，同時乙醇還可以抑制雜菌繁殖，A正確。酵母菌一般以出芽的方式繁殖，醋酸菌以二分裂的方式進行增殖，B錯誤。酵母菌發酵過程中先通氣使其大量繁殖，再密閉發酵產乙醇；醋酸菌為好氧細菌，需持續通入無菌氧氣，C正確。酵母菌進行果酒發酵的適宜溫度是18～30 ℃，醋酸菌最適發酵溫度為30～35 ℃，D正確。
3．(2021·福建省適應性模考)下列關于我國傳統黃酒發酵的敘述，錯誤的是(　　)
A．黃酒中的酒精是糖類經酵母菌無氧呼吸產生的代謝產物
B．在黃酒的釀造過程中酵母菌的有氧和無氧呼吸都會發生
C．酵母菌發酵生成的酒精會抑制發酵容器中微生物的生長
D．酒精生成過程合成ATP的能量來自丙酮酸中的化學能
答案：D
4．(2020·高考山東卷)我國的釀酒技術歷史悠久，古人在實際生產中積累了很多經驗。《齊民要術》記載：將蒸熟的米和酒曲混合前需“浸曲發，如魚眼湯，凈淘米八斗，炊作飯，舒令極冷”。意思是將酒曲浸到活化，冒出魚眼大小的氣泡，把八斗米淘凈，蒸熟，攤開冷透。下列說法錯誤的是(　　)
A．“浸曲發”過程中酒曲中的微生物代謝加快
B．“魚眼湯”現象是微生物呼吸作用產生的CO2釋放形成的
C．“凈淘米”是為消除雜菌對釀酒過程的影響而采取的主要措施
D．“舒令極冷”的目的是防止蒸熟的米溫度過高導致酒曲中的微生物死亡
解析：選C。“凈淘米”是為了去除雜質，而“炊作飯”是為了消除雜菌對釀酒過程的影響，C錯誤。
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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