資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
新高考生物一輪考點梳理&分層訓練
第32講　傳統發酵技術的應用與發酵工程
內容比較——知考向 核心素養——提考能
內容要求 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 2.闡明利用微生物進行發酵來生產特定的產物 3.舉例說明發酵工程在醫藥、食品及其他工農業生產上的應用 4.活動：利用乳酸菌發酵制作酸奶或泡菜 5.活動：利用酵母菌、醋酸菌分別制作果酒和果醋 生命觀念 發酵菌種的結構與功能的關系；舉例說出發酵工程相關技術的基本原理
科學思維 比較果酒、果醋和泡菜的制作原理和過程
科學探究 設計實驗探究發酵的條件
社會責任 關注食品安全，倡導健康的生活方式
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)發酵的概念：是指人們利用微生物，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)傳統發酵技術
(3)腐乳制作
①原理：
蛋白質小分子的肽和氨基酸。
脂肪甘油和脂肪酸。
②腐乳制作過程中參與的微生物
毛霉是一種絲狀真菌，其繁殖方式為孢子生殖，代謝類型是異養需氧型。
2．嘗試制作傳統發酵食品——泡菜
(1)菌種來源：附著在蔬菜上的乳酸菌。
(2)制作原理：在無氧條件下，乳酸菌將葡萄糖分解成乳酸。
反應式：C6H12O62C3H6O3＋能量。
(3)泡菜制作的實驗設計及操作
(4)泡菜制作過程中乳酸菌、乳酸和亞硝酸鹽含量的變化情況分析
發酵時期 乳酸菌 乳酸 亞硝酸鹽
發酵初期 少(有氧氣，乳酸菌的活動受到抑制) 少 增加(硝酸鹽還原菌的作用)
發酵中期 最多(乳酸抑制其他菌活動) 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)
曲線模型
提醒　營造“無氧環境”的3項措施
①選擇的泡菜壇要密封性好。
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清水。
3．嘗試制作傳統發酵食品——果酒和果醋
(1)果酒制作與果醋制作的比較
項目 果酒制作 果醋制作
發酵菌種 酵母菌 醋酸菌
菌種來源 新鮮水果果皮表面附著的大量不同種類的酵母菌 空氣中的野生型醋酸菌或購買醋酸菌的菌種或從食醋中分離醋酸菌
發酵原理 ①在有氧條件下： C6H12O6＋6O2 6CO2＋6H2O＋能量 ②在無氧條件下： C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2＋能量 ①氧氣、糖源都充足時： C6H12O6＋2O2 2CH3COOH＋2CO2＋2H2O＋能量 ②缺少糖源時： C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O＋能量
發酵條件 溫度 一般控制在18～30 ℃ 30～35 ℃
時間 10～12 d 7～8 d
氧氣 初期需氧，后期不需氧 始終需要氧
pH 最適pH為4.5～5.0 最適pH為5.4～6.0
(2)果酒和果醋制作的流程分析
裝置(下圖)
每隔12 h擰松瓶蓋一次，果酒發酵結束，打開瓶蓋，蓋上一層紗布，進行果醋發酵。
(3)流程分析
(4)果酒和果醋發酵改進裝置及其分析
提醒　(1)果酒、果醋制作時防止雜菌污染的措施
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。
(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，再通過檢測和比較醋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。
(1)醋酸菌在無氧條件下利用乙醇產生醋酸(　　)
(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)在果酒發酵后期擰開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)泡菜壇的選擇、發酵過程中壇沿要注滿水都有利于泡菜的無氧發酵(　　)
提示　(1)×　(2)×　(3)√　(4)√　(5)×　(6)×　(7)√
1.為什么泡菜壇只能裝八成滿？
選擇性必修3 P6“探究·實踐”
提示　菜料裝至八成滿時，要注入鹽水，使鹽水沒過菜料，防止菜料變質腐爛；如果菜料裝的太滿，鹽水就會太少，鹽水濃度不夠，不利于發酵催熟，還容易起白花等。
2.制作葡萄酒時，為什么要將溫度控制在18～30 ℃？制作葡萄醋時，為什么要將溫度控制在30～35 ℃？
選擇性必修3 P7“探究·實踐”
提示　溫度是影響酵母菌生長和發酵的重要因素。釀酒酵母的最適生長溫度為28 ℃。因此需要將溫度控制在其最適溫度范圍內。而醋酸菌是嗜溫菌，最適生長溫度為30～35 ℃，因此要將溫度控制在30～35 ℃。
3.在制作果酒的過程中，除了酵母菌，是否還有其他微生物生長？它們會對果酒發酵產生影響嗎？如果有，如何避免這種影響？
選擇性必修3 P7“探究·實踐”
提示　制作果酒的過程中，除酵母菌之外，還會有其他雜菌生長，它們會在酒精發酵中污染發酵液，而避免發酵液污染需要從發酵制作的過程全面考慮。例如，榨汁機、發酵瓶要清洗干凈，裝入葡萄汁后，封閉充氣口；每次排氣時只需擰松瓶蓋，不要完全揭開瓶蓋等。
4.乳酸菌是厭氧菌，發酵時需控制嚴格的無氧環境。嘗試說出泡菜制作過程中制造無氧環境的措施。
選擇性必修3 P6“探究·實踐”
提示　①選擇氣密性好的泡菜壇。②鹽水煮沸后冷卻待用。③裝壇時壓實，鹽水沒過全部菜料。④蓋上壇蓋后要在壇蓋邊沿的水槽中注滿清水；發酵期間不宜開蓋，并注意在發酵過程中經常向水槽中補水。
考向　傳統發酵技術的應用
1.(2020·北京等級模考，15)發酵食品是中國傳統食品中一個重要的類別，承載了中華民族悠久的歷史和豐富的文化內涵。請結合所學發酵知識和生活經驗，指出下列未經發酵的商品是(　　)
A.泡菜 B.食醋
C.豆腐 D.酸奶
答案　C
解析　泡菜的制作需要經過乳酸菌發酵，A不符合題意；食醋的制作需要經過醋酸發酵，B不符合題意；豆腐的制作不需要經過發酵，C符合題意；酸奶是通過乳酸菌發酵制成的，D不符合題意。
2.(2020·江蘇卷，18)某同學在線提交了在家用帶蓋玻璃瓶制作果酒和果醋的實驗報告，他的做法錯誤的是(　　)
A.選擇新鮮的葡萄略加沖洗，除去枝梗后榨汁
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.酒精發酵后去除瓶蓋，蓋一層紗布，再進行醋酸發酵
答案　B
解析　制作葡萄酒時，選擇新鮮的葡萄，榨汁前先將葡萄略加沖洗，并除去枝梗，A正確；發酵瓶要清洗干凈，用體積分數為70%的酒精消毒，或用洗潔精洗滌，葡萄汁裝入發酵瓶時，要留有大約1/3的空間，不能裝滿，這樣既可以為酵母菌大量繁殖提供適量的氧氣，又可以防止發酵旺盛時發酵液溢出，B錯誤；酒精發酵過程中會產生二氧化碳，為了釋放出二氧化碳，要根據發酵進程適時擰松瓶蓋放氣，C正確；由于醋酸發酵使用的菌種為醋酸菌，醋酸菌為好氧細菌，為了給醋酸發酵提供充足的氧氣，并防止空氣中的雜菌污染，酒精發酵后去除瓶蓋，蓋一層紗布，再進行醋酸發酵，D正確。
3.(2021·重慶調研抽測)將水果制成果酒和果醋是為果農打開銷路的重要措施，圖1是果酒和果醋的制作流程，圖2是其發酵裝置。
(1)在制作果酒和果醋時，為防止發酵液被污染，需將榨汁機和發酵瓶清洗干凈，發酵瓶還需　　　　處理，或者用洗潔精洗滌。
(2)在制作果醋的過程中，要將溫度嚴格控制在　　　　℃，并注意適時通過充氣口充氣，充氣的目的是　　　　　　　　　　　　。圖2裝置中長而彎曲的膠管除能防止外界雜菌的進入外，還有　　　　　　　　　　　　　的作用。
(3)某生物興趣小組欲篩選高效生產果醋的醋酸菌，思路如下：
實驗目的：篩選出高酒精耐受度、高酸性耐受度、高產量的醋酸菌。
實驗原理：通過在培養基中加入不同物質，篩選出能滿足生產或實驗所需的工程菌。
實驗步驟：
①配制不同酒精濃度梯度和不同醋酸濃度梯度的培養基。滅菌后的培養基須冷卻到一定溫度再加入酒精，以免溫度過高引起_______________________________________________。
②接種，可采用　　　　　　　　　　　　法進行接種，接種后置于適宜的條件下培養。
③一段時間后，觀察菌落的生長情況，初步選取生長良好、產生較大菌落的細菌接種到果酒里進行實驗，培養一段時間，定期檢測　　　　　　　　，記錄相應的結果。
④根據實驗的實際結果，篩選出可耐受高酒精度、高酸度，且醋酸產量高的醋酸菌。
答案　(1)(用體積分數為70%的酒精)消毒　(2)30～35　為醋酸菌發酵提供氧氣　排出發酵過程中產生的氣體　(3)①酒精燃燒　②平板劃線法或稀釋涂布平板　③果醋中醋酸的含量
解析　(1)對制作果酒和果醋的發酵瓶需要進行消毒處理。(2)制作果醋所利用的醋酸菌的最適生長溫度為30～35 ℃。醋酸菌是好氧菌，制作果醋時充氣的目的是為其提供充足的氧氣，圖2裝置中長而彎曲的膠管除了能夠防止雜菌進入發酵瓶外，還能排出發酵過程中產生的氣體。(3)①酒精是易燃物質，溫度太高可能會引起酒精燃燒。②微生物接種常用的方法有平板劃線法和稀釋涂布平板法。③醋酸菌能將酒精(乙醇)轉化為醋酸，在其培養過程中，應定期檢測醋酸的含量。
4.(2021·山東煙臺調研)泡菜的制作容易受環境條件的影響，溫度過高、食鹽用量過低、腌制時間過短等，均會造成細菌大量繁殖，亞硝酸鹽含量增加。某研究小組以“測定泡菜腌制過程中亞硝酸鹽含量的變化”為課題開展了如下研究。請分析回答：
①取3個泡菜壇，分別編號為A、B、C。
②向3個泡菜壇內分別加入調味料和0.6 kg洗凈的新鮮大白菜。
③向3個泡菜壇內分別加入2 L濃度依次為3%、5%、7%的食鹽水。
④密封后置于相同的環境中發酵。
⑤測定亞硝酸鹽的含量。在封壇前進行第一次測定，以后定期測定，并將測定的數據繪制成曲線圖如下圖所示。
(1)制作泡菜的主要菌種是　　　　，其代謝類型是　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)該實驗的自變量是　　　　。實驗中食鹽水需煮沸并冷卻后才可使用，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)圖中濃度為3%的食鹽水的測定結果，說明___________________________________
________________________________________________________________________。
(4)為了使實驗結果更準確，測定亞硝酸鹽含量時應________________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)乳酸菌　異養厭氧型　(2)食鹽水的濃度　煮沸是為了殺滅雜菌，冷卻之后使用是為了避免高溫殺死乳酸菌等發酵菌種　(3)食鹽水濃度過低會導致亞硝酸鹽含量過高　(4)多次測定后取平均值
解析　(1)制作泡菜時使用的主要菌種是乳酸菌，其代謝類型是異養厭氧型；在無氧條件下，乳酸菌能夠將蔬菜中的葡萄糖氧化為乳酸。(2)根據實驗過程可知，該實驗的自變量是食鹽水的濃度。實驗過程中，煮沸食鹽水是為了殺滅雜菌，冷卻之后使用是為了避免高溫殺死乳酸菌等發酵菌種。(3)圖中濃度為3%的食鹽水的測定結果說明食鹽水濃度過低會導致亞硝酸鹽含量過高。(4)為了使實驗結果更準確，測定亞硝酸鹽含量時應多次測定后取平均值。
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
提醒　發酵工程操作中的幾個注意事項
(1)發酵工程所用菌種分為已有的常規菌種和改造菌種。一般都是由保存于冷凍管或冰箱中的斜面菌種開始，正式使用前先轉接到新鮮斜面培養基上活化后，再用于擴大培養。
(2)發酵過程監控和發酵條件控制直接會影響產品的質量和產量。一方面要隨時檢測培養液中微生物數量、產物濃度以了解發酵進程；另一方面要及時添加必備的營養成分來延長菌體生長穩定期的時間，以便得到更多的發酵產物；同時要嚴格控制溫度、pH、溶解氧等發酵條件，來保證產品的產量和質量。
(3)發酵產品的分離、提純要根據產品類型選擇不同方法，若發酵產品是菌體本身，可采用過濾、沉淀等方法；若發酵產品是代謝物，需要根據代謝物的性質采用蒸餾、萃取、離子交換等方法。
3.啤酒的工業化生產流程及發酵過程
(1)啤酒發酵的工業化生產流程及操作目的
(2)啤酒發酵的過程及內容
(3)“精釀”啤酒與“工業”啤酒的區別
1.微生物菌種資源豐富，選擇發酵工程用的菌種時需要考慮哪些因素？
提示　若生產的是微生物直接合成的產物，則可以從自然界中先分離出相應菌種，再用物理或化學方法誘變育種，從突變個體中篩選出符合生產要求的優良菌種。若生產的是微生物不能合成的產品，則可用基因工程、細胞工程的方法對菌種的遺傳特性進行定向改造，以構建工程菌，從而達到生產相應產品的目的，同時還應注意溫度、pH、溶解氧等對菌種的影響。
2.怎樣對發酵條件進行調控以滿足微生物的生長需要？
提示　發酵條件直接會影響微生物的生長和發酵產品的質量，發酵條件包括溫度、pH、溶解氧、通氣量等。溫度條件的調控可通過向冷卻夾層通入冷水來調控；pH條件的調控可在培養基中加入緩沖液，在發酵過程中加酸或堿；溶解氧的調控需根據微生物的代謝類型，若微生物是需氧型的，可通過空氣入口通入空氣，并調整攪拌葉輪轉速增加溶解氧。若微生物是厭氧型的，需封閉空氣入口，建立厭氧環境等。
考向　結合發酵工程及其應用，考查社會責任
1.某高校采用如圖所示的發酵罐進行葡萄酒主發酵過程的研究，下列敘述錯誤的是(　　)
A.夏季生產果酒時，常需對罐體進行降溫處理
B.乙醇為揮發性物質，故發酵過程中空氣的進氣量不宜太大
C.正常發酵過程中罐內的壓力不會低于大氣壓
D.可以通過監測發酵過程中殘余糖的濃度來決定何時終止發酵
答案　B
解析　果酒發酵的適宜溫度為18～25 ℃，因此夏季生產果酒時，常需對罐體進行降溫處理，A正確；乙醇是酵母菌無氧呼吸的產物，因此分解過程中不需要通入空氣，B錯誤；無氧呼吸產生了二氧化碳，但是沒有消耗氧氣，因此發酵罐中的氣壓不會低于大氣壓，C正確；葡萄酒發酵的原料是糖類，因此可以通過監測發酵過程中殘余糖的濃度來決定何時終止發酵，D正確。
2.(2021·湖北宜昌一中期末)下列關于發酵工程的說法，錯誤的是(　　)
A.發酵工程產品主要是指微生物的代謝物、酶和菌體本身
B.可以通過人工誘變選育新菌株
C.培養基、發酵設備和菌種必須經過嚴格的滅菌
D.環境條件的變化既影響菌種的生長繁殖又影響菌體代謝物的形成
答案　C
解析　發酵工程產品可以是微生物本身，也可以是其代謝物，A正確；可以從自然界中篩選優良菌種，也可以通過人工誘變或基因工程選育新菌株，B正確；培養基、發酵設備必須經過嚴格的滅菌，但菌種不能滅菌，C錯誤；環境條件的變化既影響菌種的生長繁殖又影響菌體代謝物的形成，D正確。
3.(2021·福建廈門外國語學校期中)下圖所示為發酵工程生產產品的流程圖，據圖回答：
(1)若能生產人生長激素的工程菌是通過①培育的，①應該是　　　　；若高產青霉素菌種是通過②培育的，②應該是　　　　。
(2)根據培養基的用途，可以將它們分為　　　　培養基和　　　　培養基。各種培養基的具體配方不同，但一般都含有　　　　　　　　　　　　等營養成分。培養基在使用之前要用　　　　進行滅菌。
(3)整個過程的中心環節是　　　　，在該時期要隨時取樣檢測培養基中的　　　　等。同時，要嚴格控制　　　　等發酵條件，因為環境條件不僅會影響微生物的生長繁殖，而且會影響微生物　　　　的形成。
(4)在發酵過程中要不斷攪拌的目的是① 　　　　　　　　　　　　；②　　　　　　　　　　　　。
(5)發酵產品分離、提純時要根據產品的類型不同選擇合適的方法。如果發酵產品是菌體本身，常常采用　　　　等方法分離、提純；如果發酵產品是微生物的代謝物，還要根據　　　　采取適當的方法分離、提純。
答案　(1)基因工程　誘變育種　(2)選擇　鑒別　碳源、氮源、水、無機鹽　高壓蒸汽滅菌法　(3)發酵過程　微生物數量、產物濃度　溶氧量、pH和溫度　代謝物　(4)增加溶氧量　使菌種與培養液充分接觸，提高原料的利用率
(5)過濾、沉淀　產物的性質
4.(2021·浙江名校聯考)谷氨酸是生物體內一種重要的有機小分子，谷氨酸鈉是它的鈉鹽，是味精等調味品的主要成分。目前利用微生物發酵生產的氨基酸中，谷氨酸是產量最大的種類之一。
(1)谷氨酸的R基為—CH2—CH2—COOH，其結構簡式為　　　　　　　　；如果在蛋白質合成過程中，攜帶谷氨酸的轉運RNA如圖1所示，可知谷氨酸的密碼子為　　　　。
(2)(多選)我國微生物發酵工程生產谷氨酸常用的菌種有谷氨酸棒狀桿菌和黃色短桿菌，下列生物中與這些菌種在結構上存在明顯區別的是(　　)
A.噬菌體 B.人類免疫缺陷病毒(HIV)
C.衣原體 D.肺炎鏈球菌
E.酵母菌 F.硝化細菌
(3)谷氨酸發酵的培養基成分，主要有葡萄糖、氨水、磷酸鹽、生物素等，發酵裝置如圖2所示。可以判斷谷氨酸棒狀桿菌的新陳代謝類型是　　　　。某廠用谷氨酸棒狀桿菌發酵生產谷氨酸，結果代謝物中出現了大量的乳酸，從發酵條件看，其原因很可能是　　　　　　　　　　　　。
(4)谷氨酸發酵生產過程中，需要添加氨水，它不僅是細菌生長所需的　　　　，而且還有調節培養液　　　　的作用，所以應該分次加入。
答案　(1) 　GAG　(2)ABE　(3)異養需氧型　通氣量不足　(4)氮源　pH
解析　(1)將氨基酸的結構通式中的R基換成—CH2—CH2—COOH，可以寫出谷氨酸的結構簡式。如果在蛋白質合成過程中，攜帶谷氨酸的轉運RNA如題中圖1所示，即CUC是反密碼子，則信使RNA中的密碼子為GAG。(2)生產谷氨酸所用的谷氨酸棒狀桿菌和黃色短桿菌都是原核生物；題中所述生物中，噬菌體和人類免疫缺陷病毒(HIV)都是病毒，沒有細胞結構；酵母菌是真核細胞；衣原體、肺炎鏈球菌、硝化細菌都是原核生物。(3)培養基成分中含有葡萄糖，發酵裝置中需連續通入無菌空氣，所以谷氨酸棒狀桿菌的新陳代謝類型是異養需氧型；生產谷氨酸時，代謝物中出現了大量乳酸，應該是通氣量不足，導致微生物通過無氧呼吸產生了乳酸。(4)培養基中添加氨水既能為細菌生長提供所需氮源，又可以調節培養液的pH。
重溫真題　經典再現
1.(2020·山東等級考，12)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
答案　C
解析　由題意可知，“浸曲發”是將酒曲浸泡活化，在活化的過程中微生物代謝加快，A正確；“魚眼湯”是指冒出魚眼大小的氣泡，氣泡是微生物進行呼吸作用產生的CO2釋放形成的，B正確；釀酒過程中酵母菌進行無氧呼吸產生的酒精會抑制其他微生物的生長，而“凈淘米”是防止一些雜質影響酒的品質，C錯誤；由題意可知，“舒令極冷”是將蒸熟的米攤開冷透，其目的是防止蒸熟的米溫度過高使酒曲中的微生物死亡，D正確。
2.(2020·全國卷Ⅲ，37)[生物——選修1：生物技術實踐]
水果可以用來加工制作果汁、果酒和果醋等。回答下列問題：
(1)制作果汁時，可以使用果膠酶、纖維素酶等提高水果的出汁率和澄清度。果膠酶是分解果膠的一類酶的總稱，包括多聚半乳糖醛酸酶、　　　　　　　　　　　(答出2種即可)。纖維素酶可以分解植物　　　　(填“細胞膜”或“細胞壁”)中的纖維素。
(2)用果膠酶處理果泥時，為了提高出汁率，需要控制反應的溫度，原因是________________________________________________________________________。
(3)現有甲乙丙三種不同來源的果膠酶，某同學擬在果泥用量、溫度、pH等所有條件都相同的前提下比較這三種酶的活性。通常，酶活性的高低可用________________________________________________________________________
________________________________________________________________________來表示。
(4)獲得的果汁(如蘋果汁)可以用來制作果酒或者果醋，制作果酒需要　　　　菌，這一過程中也需要O2，O2的作用是　　　　　　　　　　。制作果醋需要醋酸菌，醋酸菌屬于　　　　(填“好氧”或“厭氧”)細菌。
答案　(1)果膠分解酶、果膠酯酶　細胞壁　(2)溫度對果膠酶活性有影響，在最適溫度下酶活性最高，出汁率最高
(3)在一定條件下，單位時間內、單位體積中反應物的消耗量或者產物的增加量　(4)酵母　促進有氧呼吸，使酵母菌大量繁殖　好氧
解析　(1)果膠酶并不特指某一種酶，而是分解果膠的一類酶的總稱，包括多聚半乳糖醛酸酶、果膠分解酶和果膠酯酶等。纖維素是植物細胞壁的主要組成成分之一，纖維素酶可以將其分解。(2)用果膠酶處理果泥時，為了提高出汁率，需要控制反應的溫度，這是因為溫度對果膠酶活性有影響，在最適溫度下酶活性最高，出汁率最高。(3)酶活性的高低可以用在一定條件下，單位時間內、單位體積中反應物的消耗量或者產物的增加量來表示。(4)利用獲得的果汁制作果酒時需要用酵母菌，果酒發酵前期需要O2，O2可促進酵母菌的有氧呼吸，使酵母菌大量繁殖。制作果醋需要醋酸菌，醋酸菌是一種好氧細菌，其對氧氣的含量特別敏感，當進行深層發酵時，即使只是短時間中斷通入氧氣，也會引起醋酸菌死亡。
3.(2016·全國卷Ⅱ，39)蘋果醋是以蘋果汁為原料經發酵而成的，回答下列問題：
(1)酵母菌的呼吸代謝途徑如圖所示。圖中過程①和②是蘋果醋生產的第一階段，在酵母菌細胞的　　　　　　中進行，其產物乙醇與　　　　　　試劑反應呈現灰綠色，這一反應可用于乙醇的檢驗；過程③在酵母菌細胞的　　　　中進行，與無氧條件相比，在有氧條件下，酵母菌的增殖速度　　　　。
(2)第二階段是在醋酸桿菌的作用下將第一階段產生的乙醇轉變為醋酸的過程，根據醋酸桿菌的呼吸作用類型，該過程需要在　　　　條件下才能完成。
(3)在生產過程中，第一階段和第二階段的發酵溫度不同，第一階段的溫度　　　　(填“低于”或“高于”)第二階段的。
(4)醋酸桿菌屬于　　　　核生物，其細胞結構中　　　　(填“含有”或“不含有”)線粒體。
答案　(1)細胞質基質　(酸性)重鉻酸鉀　線粒體　快　(2)有氧　(3)低于　(4)原　不含有
課后·分層訓練
(時間：35分鐘)
1.(2021·北京朝陽區模擬)下列有關傳統發酵技術的敘述，正確的是(　　)
A.制作果酒最快捷的途徑是先制果醋，再制果酒
B.釀制果醋所需的酵母菌和醋酸菌的發酵底物、條件完全相同
C.制作腐乳需利用毛霉產生的酶分解豆腐中的蛋白質等物質
D.制作果酒、果醋和腐乳過程都應防止微生物的生長、繁殖
答案　C
解析　制作果酒最快捷的途徑是利用酵母菌發酵，A錯誤；酵母菌的發酵底物一般是葡萄糖，醋酸菌的發酵底物是葡萄糖或乙醇，B錯誤；毛霉等多種微生物分泌的蛋白酶，能將蛋白質分解成小分子的肽和氨基酸，C正確；制作果酒、果醋和腐乳過程都需要微生物的生長、繁殖，果酒制作利用的菌種是酵母菌，果醋制作利用的菌種是醋酸菌，腐乳制作利用的菌種是毛霉，D錯誤。
2.(2021·河北承德期末)下列關于乳酸菌的敘述，錯誤的是(　　)
A.乳酸菌的種類很多，常見的有乳酸鏈球菌和乳酸桿菌
B.在自然界中分布廣泛，空氣、土壤、植物體表、人和動物的腸道都有
C.乳酸菌是厭氧型微生物
D.一個泡菜壇里的所有乳酸菌構成一個種群
答案　D
解析　乳酸菌的種類很多，常見的有乳酸鏈球菌和乳酸桿菌，A正確；在自然界中，乳酸菌分布廣泛，空氣、土壤、植物體表、人和動物的腸道都有分布，B正確；乳酸菌的代謝類型是異養厭氧型，C正確；乳酸菌的種類很多，一個泡菜壇中的乳酸菌不止一種，因此不能構成一個種群，D錯誤。
3.(2021·湖北荊州期末)下圖表示利用葡萄汁進行發酵時可能發生的物質變化。下列有關敘述錯誤的是(　　)
A.過程③④⑤都需要O2參與
B.當氧氣、糖源都充足時，醋酸菌可以直接發生過程⑤
C.過程②④所需要的最適溫度相同
D.酵母菌發生過程①②的場所相同
答案　C
解析　過程③表示有氧呼吸的第二、三兩個階段，有氧呼吸的第三階段需要O2參與；醋酸菌是好氧細菌，只能進行有氧呼吸，當氧氣、糖源都充足時，醋酸菌可以直接發生過程⑤，當缺少糖源時，醋酸菌可以發生過程④，A、B正確；過程②所需要的最適溫度為18～30 ℃，過程④所需要的最適溫度為30～35 ℃，C錯誤；酵母菌發生過程①②的場所均為細胞質基質，D正確。
4.(2021·山東濰坊統考)下列有關泡菜發酵過程的敘述，正確的是(　　)
A.在制作泡菜的過程中，亞硝酸鹽的含量變化情況是逐漸增加的
B.在發酵過程中，只有乳酸菌具有發酵作用，香辛料具有增香、除異味的功效
C.在發酵過程中，乳酸菌可分解蛋白質和果膠，使泡菜變軟
D.在發酵過程中，要經常補充水槽中的水，鹽水入壇前要煮沸再冷卻，以防污染
答案　D
解析　泡菜制作的過程中，隨著泡菜發酵中產生的乳酸增加，亞硝酸鹽的含量會先增加，后逐漸下降，A錯誤；發酵過程主要是乳酸菌起作用，乳酸菌不能分解蛋白質和果膠，因此可保持蔬菜脆嫩而不軟化腐敗，B、C錯誤；發酵過程中要經常補充壇蓋邊沿水槽中的水，以保持壇內處于無氧狀態，D正確。
5.(2021·海南海口模擬)將少量的酵母菌提取液加入足量的葡萄汁中進行果酒制作，15 ℃條件下密封保溫一段時間后，檢測到反應體系中含有少量的酒精。如對上述實驗的某個因子進行改動，實驗的結果也會發生相應的變化。以下分析正確的是(　　)
A.增加酵母提取液的量，則產生相同酒精所需的時間延長
B.增加葡萄汁量，則相同時間內酒精濃度升高
C.保溫溫度提高到23 ℃，則相同時間內酒精濃度升高
D.連續通入無菌空氣，則相同時間內酒精濃度升高
答案　C
解析　葡萄汁足量，增加酵母提取液的量，則產生相同酒精所需的時間縮短，A錯誤；由于葡萄汁已經足量，而酵母提取液的量一定，所以增加葡萄汁的量，酒精濃度不會增加，B錯誤；制作葡萄酒時，酒精發酵控制的溫度為18～30 ℃，由15 ℃升高溫度到23 ℃，相同時間內酒精濃度升高，C正確；酵母菌的無氧呼吸才產生酒精，連續通入無菌空氣不會產生酒精，D錯誤。
6.(2021·山師大附中檢測)某同學設計了如右圖所示的發酵裝置，下列有關敘述錯誤的是(　　)
A.該裝置可阻止空氣進入，用于果酒發酵
B.該裝置在發酵前要經消毒處理
C.去除彎管中的水，該裝置可滿足果醋發酵時底層發酵液中大量醋酸菌的呼吸需求
D.去除彎管中的水后，該裝置與巴斯德的鵝頸瓶作用相似
答案　C
解析　該裝置中注水的彎曲部分可阻止空氣進入，能用于果酒發酵，A正確；發酵裝置要經消毒處理以防止雜菌的污染，B正確；醋酸菌是好氧細菌，因沒有通入無菌空氣，去除彎管中的水后該裝置也不能滿足底層發酵液中醋酸菌的呼吸需求，C錯誤；去除彎管中的水后，該裝置也能防止空氣中的微生物進入，與巴斯德的鵝頸瓶作用相似，D正確。
7.(2021·江蘇海安調研)下列有關泡菜發酵過程的敘述，錯誤的是(　　)
A.腌制時溫度過高，食鹽量過低可導致泡菜亞硝酸鹽含量增高
B.腌制初期泡菜壇內會長出一層白膜，這是乳酸菌大量繁殖的結果
C.鹽水入壇前應煮沸冷卻，壇蓋邊沿的水槽中需注滿水
D.泡菜發酵過程中產生的亞硝酸鹽在特定的條件下可轉化成致癌物質
答案　B
解析　在泡菜的腌制過程中，溫度過高，食鹽用量過低、腌制時間過短，都可導致泡菜中亞硝酸鹽含量增高，A正確；在泡菜制作過程中，泡菜發酵液的營養豐富，其表面往往含有適量的氧氣，適合酵母菌生長繁殖，產膜酵母菌的生長繁殖會在泡菜壇的液面形成一層白膜，B錯誤；鹽水入壇前應煮沸冷卻，以防雜菌污染，壇蓋邊沿的水槽中需注滿水，以保證壇內乳酸菌發酵所需的無氧環境，C正確；泡菜發酵過程中產生的亞硝酸鹽在特定的條件下(適宜的pH、溫度和一定的微生物作用)可轉化成致癌物質——亞硝胺，對人和動物具有致畸和致突變作用，D正確。
8.(2021·北京順義區模擬)下列關于發酵工程的說法中，不正確的是(　　)
A.在菌種選育過程中，可以利用人工誘變、基因工程等手段
B.雖然青霉素是抗生素，但在青霉素生產過程中仍然需要嚴格滅菌
C.在谷氨酸發酵過程中，pH呈酸性時產生乳酸或琥珀酸，pH呈堿性時產生谷氨酸
D.發酵工程的產品可以采用過濾、沉淀、蒸餾、萃取、離子交換等方法提取
答案　C
解析　在菌種選育過程中，可以利用人工誘變、基因工程等手段進行培育，A正確；青霉素是抗生素，但其并不能殺滅所有微生物，所以其生產過程也要滅菌，B正確；在谷氨酸發酵過程中，pH呈酸性時產生谷氨酰胺和N 乙酰谷氨酰胺，C錯誤；若發酵工程的產品是菌體本身，可以采用過濾、沉淀等方法提取，若發酵工程的產品是代謝物，可以根據產物性質采用蒸餾、萃取、離子交換等方法提取，D正確。
9.(2021·廣東惠州調研)下列關于發酵工程應用的說法，正確的是(　　)
A.食品添加劑由于可以增加食品營養，改善食品的色、香、味，還可以延長保存期，使用時應盡量多添加
B.加酶洗衣粉使用時用沸水洗滌效果最好
C.在青貯飼料中添加乳酸菌，可以提高飼料的品質，使飼料保鮮，同時提高動物免疫力
D.與使用化學農藥相比，使用微生物農藥具有成本高、見效快、無污染的特點
答案　C
解析　食品添加劑過量使用會對人體健康造成影響，甚至危及生命，不能過量使用，A錯誤；加酶洗衣粉中酶制劑在最適溫度下活性最高，沸水條件使酶失活，洗滌效果較差，B錯誤；在青貯飼料中添加乳酸菌，通過乳酸菌的發酵，可以提高飼料品質，使飼料保鮮，同時提高動物免疫力，C正確；與使用化學農藥相比，使用微生物農藥具有成本低、無污染、見效慢的特點，D錯誤。
10.(2021·山東德州期末)下圖是制作泡菜及測定泡菜中亞硝酸鹽含量的實驗流程示意圖，請據圖回答問題。
(1)制作泡菜宜選用新鮮的蔬菜，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)制作泡菜的鹽水時，鹽水的質量百分比為　　　　，鹽水需煮沸并冷卻后才可使用，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
試說明鹽在泡菜制作過程中的作用____________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)泡菜風味形成的關鍵在于　　　　的加入。
(4)泡菜發酵過程中應定期測定亞硝酸鹽的含量，原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)泡菜的制作方法不當，很容易造成泡菜變質，試分析可能的原因：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)新鮮的蔬菜中亞硝酸鹽的含量低，營養物質豐富　(2)5%～20%　加熱煮沸是為了殺滅雜菌，并除去水中的氧氣，冷卻之后使用是為了保證乳酸菌等微生物的生命活動不受影響　鹽有殺菌、析出蔬菜中過多的水以及調味的作用　(3)調味料　(4)發酵不同時期亞硝酸鹽的含量會發生變化，及時檢測是為了把握食用泡菜的最佳時機　(5)泡菜壇密封不嚴或取菜工具不衛生或鹽的比例過小等，都會引起雜菌滋生、泡菜變質
解析　根據下面的基礎知識解答本題。
11.(2021·西安高新一中調研)下圖是果酒和果醋制作的實驗流程以及某同學設計的果酒和果醋的發酵裝置。根據圖示回答下列問題：
(1)圖A中方框內的實驗流程是　　　　。
(2)沖洗的主要目的是　　　　，沖洗應特別注意不能　　　　　　　　　　　　，以防止菌種流失。
(3)圖B裝置中的充氣口在　　　　時關閉，在　　　　時連接充氣泵，并連續不斷地向內　　　　。
(4)排氣口在酒精發酵時排出的氣體是由　　　　產生的　　　　，在醋酸發酵時排出的是　　　　　　　　。
(5)寫出與(4)題有關的反應式：
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________。
(6)若果汁中含有醋酸菌，在酒精發酵旺盛時，醋酸菌能否將果汁中的葡萄糖發酵為醋酸？________________________________________________________________________；說明原因。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)醋酸發酵　(2)除去污物　反復沖洗　(3)酒精發酵　醋酸發酵　泵入空(氧)氣　(4)酵母菌　CO2　(含氧量少的)空氣、CO2　(5)①C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋能量　②C6H12O6＋2O22CH3COOH＋2H2O＋2CO2＋能量，C2H5OH＋O2CH3COOH＋H2O＋能量　（6）不能　因為酒精發酵時的缺氧環境能抑制醋酸菌生長，且醋酸菌的發酵需要充足的氧氣
解析　酵母菌是兼性厭氧微生物，有氧時進行有氧呼吸，將葡萄糖徹底氧化分解，無氧時進行酒精發酵，反應式分別為C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O＋能量，C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋能量。因此在制作果酒時，應在缺氧的環境中進行。醋酸菌是好氧細菌，能夠利用糖在有氧時生成醋酸；在糖源不足時，將乙醇變為醋酸，反應式為C6H12O6＋2O22CH3COOH＋2H2O＋2CO2＋能量，C2H5OH＋O2CH3COOH＋H2O＋能量。在果酒制作過程中，排氣口排出的是CO2，而在果醋制作過程，因醋酸菌是好氧細菌，需要連續充氣，因此排氣口排出的既有CO2，又有含氧量較低的空氣。
12．（2021·河北百校聯盟）谷氨酸鈉是味精的主要成分，工業生產中常用谷氨酸棒狀桿菌發酵生產谷氨酸。下表是生物興趣小組探究發酵條件對微生物數量和產物生產的影響。
組別 發酵條件 谷氨酸棒狀桿菌繁殖速率 單個菌體產谷氨酸量
第一組 通入無菌空氣 C/N＝3∶1 較慢 較多
第二組 通入無菌空氣 C/N＝4∶1 較快 較少
請分析回答下列問題：
(1)谷氨酸棒狀桿菌發酵的培養基中主要營養物質有_____________________________
________________________________________________________________________，
該培養基是一種　　　　培養基。
(2)為得到谷氨酸棒狀桿菌的數量可采用的計數方法是　　　　，用該方法計數過程：取第二組的100倍的稀釋液0.1 mL滴加到計數板(由25×16＝400個小室組成，容納液體總體積為0.1 mm3)上，共有菌體48個，則1 mL的第二組發酵液中有菌體　　　　個。用該方法測定的微生物數量大于實際的活菌數，原因是_______________________________________
________________________________________________________________________。
(3)由上述探究可知，要通過發酵得到大量谷氨酸需首先不斷向發酵液中通入　　　　，將碳氮比設為　　　　培養一段時間，然后將發酵液中碳氮比改為　　　　繼續培養。
答案　(1)碳源、氮源、水和無機鹽　液體　(2)顯微鏡直接計數法　4.8×107　計數到的菌體數量包括了死亡的菌體　(3)無菌空氣　4∶1　3∶1
解析　(1)由表格可知，谷氨酸棒狀桿菌發酵的培養基中含有碳源、氮源、水和無機鹽，工業生產中利用谷氨酸棒狀桿菌發酵生產谷氨酸，使用的培養基為液體培養基。(2)微生物計數可以使用顯微鏡直接計數法。根據題意可知，計數板上共有谷氨酸棒狀桿菌48個，并且谷氨酸棒狀桿菌樣品稀釋了100倍，所以題述1 mL谷氨酸棒狀桿菌樣品中約有菌體＝48÷(0.1×10－3)×100＝4.8×107個。由于該方法不能分辨死亡的菌體，計數時，計數到的菌體數量包括了死亡的菌體，所以用該方法測定的微生物數量大于實際的活菌數。(3)由表格可知，要發酵得到大量谷氨酸，首先需不斷向發酵液中通入無菌空氣，將碳氮比設為4∶1培養一段時間，使得谷氨酸棒狀桿菌大量繁殖，然后再將發酵液中碳氮比改為3∶1繼續培養，該比例有利于谷氨酸棒狀桿菌產生谷氨酸。

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