資源簡介

中小學教育資源及組卷應(yīng)用平臺
新人教生物一輪復(fù)習課堂互動探究案
12-1　傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)及發(fā)酵工程的應(yīng)用
考點一　泡菜、果酒和果醋的制作
任務(wù)驅(qū)動·探究突破
任務(wù)1　完善泡菜制作過程的分析
(1)泡菜制作過程中乳酸菌數(shù)量和乳酸含量的變化
乳酸菌 乳酸
發(fā)酵初期 少(有O2，乳酸菌活動受________) 少
發(fā)酵中期 最多(乳酸積累，________雜菌活動) 增多
發(fā)酵后期 減少(乳酸繼續(xù)積累，pH繼續(xù)________，抑制乳酸菌活動) 繼續(xù)增多直至穩(wěn)定
變化曲線
(2)泡菜腌制過程中，乳酸菌、乳酸和亞硝酸鹽相對含量(或數(shù)量)的變化
[名師提醒]　泡菜制作的注意事項
(1)材料的選擇及用量
①蔬菜應(yīng)新鮮，若放置時間過長，蔬菜中的硝酸鹽易被還原成亞硝酸鹽。
②清水和鹽的質(zhì)量比為4∶1，鹽水要煮沸后冷卻。煮沸有兩大作用，一是除去水中的氧氣，二是殺滅鹽水中的細菌。
(2)防止雜菌污染：每次取樣用具要洗凈，要迅速封口。
(3)氧氣需求
①泡菜壇要選擇透氣性差的容器，以創(chuàng)造無氧環(huán)境，有利于乳酸菌發(fā)酵，防止蔬菜腐爛。
②泡菜壇壇蓋邊沿的水槽內(nèi)注滿水，以保證壇內(nèi)乳酸菌發(fā)酵所需的無氧環(huán)境，并注意在發(fā)酵過程中經(jīng)常補水。
(4)控制適宜的溫度：溫度過高導(dǎo)致雜菌滋生，溫度過低不利于乳酸發(fā)酵。
任務(wù)2　完善果酒和果醋的制作分析
(1)酵母菌和醋酸菌的比較
酵母菌 醋酸菌
生物學分類 單細胞，________生物 單細胞，________生物
代謝方式 異養(yǎng)兼性厭氧型 __________型
生長繁殖的最適生長溫度 ________ 30～35 ℃
主要繁殖方式 出芽生殖 ________
生產(chǎn)、生活應(yīng)用 釀酒、發(fā)面等 制醋
(2)果酒和果醋制作成功的關(guān)鍵點
項目 說明
材料的選擇與處理 選擇新鮮的水果，榨汁前先將水果進行________，再除去________，以防果汁流失及污染。沖洗以洗去________為目的，以防洗去野生型________
防止發(fā)酵液被污染 ①榨汁機和發(fā)酵瓶等都需清洗干凈，且發(fā)酵瓶要進行________ ②清洗水果時要先________后________ ③發(fā)酵瓶排氣管用________而不用直管
　果酒、果醋制作的注意事項
(1)材料的選擇與處理：選擇新鮮的葡萄，榨汁前先將葡萄沖洗，再除去枝梗和腐爛的籽粒，以防葡萄汁流失及污染。沖洗的目的是洗去葡萄表面的灰塵，且不要太干凈，以防洗去葡萄表面的野生型酵母菌。
(2)防止發(fā)酵液被污染的方法
①榨汁機要清洗干凈并晾干。
②發(fā)酵瓶要洗凈并用體積分數(shù)為70%的酒精消毒，或用洗潔精洗滌。
③裝入葡萄汁后要封閉充氣口。
(3)果酒、果醋發(fā)酵條件的控制
①葡萄汁裝入發(fā)酵瓶時，要留約1/3空間，目的是先讓酵母菌進行有氧呼吸快速繁殖，耗盡O2后再進行酒精發(fā)酵，防止發(fā)酵過程中產(chǎn)生的CO2造成發(fā)酵液溢出。
②嚴格控制溫度：18～30 ℃利于酵母菌的繁殖和酒精發(fā)酵，30～35 ℃利于醋酸菌的繁殖和醋酸發(fā)酵。
③充氣：酒精發(fā)酵為無氧發(fā)酵，需封閉充氣口；醋酸發(fā)酵為有氧發(fā)酵，需適時通過充氣口充氣。
任務(wù)3　制作過程的比較
果酒和果醋的制作 泡菜的制作
主要菌種 果酒：________ 果醋：________ ________
原理 (1)果酒：________無氧呼吸C6H12O62C2H5OH＋2CO2 (2)果醋：________有氧呼吸 ①當氧氣、糖源都充足時，糖→________； ②當缺少糖源時，乙醇→________→醋酸 乳酸菌________產(chǎn)生乳酸
實驗流程 挑選葡萄 ↓ ________ ↓ ________ ↓ 酒精發(fā)酵→________ ↓ 醋酸發(fā)酵→果醋
發(fā)酵條件 果酒：前期通氧，后期密閉，溫度：18～30 ℃果醋：一直通氧，溫度：30～35 ℃ 密閉，保證無氧環(huán)境，溫度不能過高
考向分類·對點落實
考向一 泡菜制作過程的考查
1.[2022·九江模擬]下列操作，不會引起泡菜腐敗的是(　　)
A．壇蓋邊沿的水槽注滿水，并且時常補充水槽中的水
B．腌制時溫度過高，食鹽量不足10%
C．腌制的時間過短
D．鹽水入壇前不煮沸，直接入壇
2．[2022·天津模擬]泡菜發(fā)酵的微生物主要是乳酸菌，而在發(fā)酵初期，水槽內(nèi)經(jīng)常有氣泡產(chǎn)生，這些氣泡產(chǎn)生的原因及成分分別是(　　)
A．乳酸菌是兼性厭氧型微生物，初期進行有氧呼吸產(chǎn)生氣體；CO2
B．因腌制過程中的鹽進入蔬菜使蔬菜體積縮小，氣體被排出；空氣
C．發(fā)酵初期活動強烈的是酵母菌，其利用氧氣進行呼吸作用產(chǎn)生氣體；CO2
D．乳酸菌在發(fā)酵過程中產(chǎn)生了熱量，使壇內(nèi)溫度升高，氣體受熱膨脹排出；空氣
3．家庭泡菜的制作方法是：新鮮的蔬菜經(jīng)過整理、清潔后，放入徹底清潔并用白酒擦拭過的泡菜壇中，然后向壇中加入鹽水、香辛料及一些“陳泡菜水”。密封后置于溫度適宜陰涼處，下列與此過程相關(guān)的敘述，錯誤的是(　　)
A．用白酒擦拭泡菜壇的目的是消毒
B．加入“陳泡菜水”的作用是提供乳酸菌菌種
C．若制作的泡菜“咸而不酸”，最可能的原因是大量的食鹽抑制了乳酸菌的生長
D．制作泡菜過程中，有機物的干重和種類都減少
4．[2022·棗莊模擬]泡菜(乳酸發(fā)酵過的蔬菜)是許多亞洲國家的傳統(tǒng)食品，在發(fā)酵液中通常發(fā)現(xiàn)的微生物包括乳酸菌、酵母菌和絲狀真菌。如圖表示這3種不同微生物群中活細胞數(shù)和卷心菜乳酸發(fā)酵過程中pH的變化。發(fā)酵液中的溶解氧隨時間下降，在第22天被完全耗盡。下列說法錯誤的是(　　)
A.pH從第1天到第3天的下降主要由乳酸菌產(chǎn)生的乳酸引起
B．酵母菌從第10天到第22天的生長與發(fā)酵液中的氧氣有關(guān)
C．酵母菌在第26天后開始產(chǎn)生酒精
D．一些絲狀真菌在低pH下表現(xiàn)出較高的耐受性
5．我國最早的詩集《詩經(jīng)》中有“中田有廬，疆埸有瓜，是剝是菹，獻之皇祖”的詩句，其中“廬”(蘆)和“瓜”是蔬菜，“剝”和“菹”是腌制加工的意思。泡菜是一種歷史悠久、深受群眾喜愛的傳統(tǒng)美食。回答下列有關(guān)泡菜制作的問題：
(1)制作泡菜時，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_______________________________________。
(2)泡菜制作過程中，乳酸發(fā)酵的過程即為乳酸菌進行______________的過程。該過程發(fā)生在乳酸菌細胞的____________中。
(3)泡菜制作過程中影響亞硝酸鹽含量的因素有________、____________和____________等。
(4)從開始制作到泡菜品質(zhì)最佳這段時間內(nèi)，泡菜液逐漸變酸。這段時間內(nèi)泡菜壇中乳酸菌和其他雜菌的消長規(guī)律是____________________，原因是__________________________。
考向二 對果酒、果醋制作的考查
6.[經(jīng)典模擬]如圖表示果酒和果醋制作過程中的物質(zhì)變化過程，下列敘述正確的是(　　)
A．過程①和②都只能發(fā)生在缺氧條件下
B．過程①和③都發(fā)生在酵母菌細胞的線粒體中
C．過程③和④都需要氧氣的參與
D．過程①～④所需的最適溫度基本相同
7．[經(jīng)典模擬]下面是果酒和果醋制作的實驗流程和某同學設(shè)計的果酒和果醋的發(fā)酵裝置。
下列相關(guān)敘述中，錯誤的是(　　)
A．根據(jù)圖1可知，利用葡萄制作果醋時，必須先進行酒精發(fā)酵然后再進行果醋發(fā)酵
B．沖洗葡萄時不能次數(shù)過多，否則果酒的制作會失敗
C．圖2裝置中排氣口彎曲可防止被空氣中的雜菌污染
D．制作果酒要關(guān)閉充氣口、打開排氣口，制作果醋時充氣口和排氣口都要打開
[題后反思]　裝置圖解讀
(1)各部位的作用
①充氣口：在醋酸發(fā)酵時連接充氣泵進行充氣。
②排氣口：排出酒精發(fā)酵時產(chǎn)生的CO2。
③與排氣管相連的長而彎曲的膠管：防止空氣中微生物的污染。
④出料口：用來取樣。
(2)該裝置的使用方法
使用該裝置制酒時，應(yīng)該關(guān)閉充氣口；制醋時，應(yīng)將充氣口連接氣泵，輸入氧氣。
8．[江蘇卷]某高校采用如圖所示的發(fā)酵罐進行葡萄酒主發(fā)酵過程的研究，下列敘述錯誤的是(　　)
A．夏季生產(chǎn)果酒時，常需對罐體進行降溫處理
B．乙醇為揮發(fā)性物質(zhì)，故發(fā)酵過程中空氣的進氣量不宜太大
C．正常發(fā)酵過程中罐內(nèi)的壓力不會低于大氣壓
D．可以通過監(jiān)測發(fā)酵過程中殘余糖的濃度來決定何時終止發(fā)酵
9．[江蘇卷](不定項選擇)右圖是探究果酒與果醋發(fā)酵的裝置示意圖。下列相關(guān)敘述正確的是(　　)
A．改變通入氣體種類，可以研究呼吸作用類型對發(fā)酵的影響
B．果酒發(fā)酵中期通入氮氣，酵母菌將從有氧呼吸轉(zhuǎn)變?yōu)闊o氧呼吸
C．果醋的發(fā)酵周期與實驗設(shè)定的溫度密切相關(guān)
D．氣體入口與氣體出口可以交換使用
10．[天津卷]天津獨流老醋歷史悠久、獨具風味，其生產(chǎn)工藝流程如下圖。
(1)在糖化階段添加酶制劑需要控制反應(yīng)溫度，這是因為酶________________________________________________________________________。
(2)在酒精發(fā)酵階段，需添加酵母菌。在操作過程中，發(fā)酵罐先通氣，后密閉。通氣能提高__________的數(shù)量，有利于密閉時獲得更多的酒精產(chǎn)物。
(3)在醋酸發(fā)酵階段，獨流老醋采用獨特的分層固體發(fā)酵法，發(fā)酵30天。工藝如下：
①發(fā)酵過程中，定期取樣測定醋酸桿菌密度變化，趨勢如圖。據(jù)圖分析，與顛倒前相比，B層醋酸桿菌在顛倒后密度變化的特點是____________________________，由此推測，影響醋酸桿菌密度變化的主要環(huán)境因素是_____________________________________。
②乳酸含量高是獨流老醋風味獨特的重要成因。發(fā)酵過程中，發(fā)酵缸中____________________________________層的醋醅有利于乳酸菌繁殖，積累乳酸。
③成熟醋醅中乳酸菌的種類明顯減少，主要原因是發(fā)酵后期營養(yǎng)物質(zhì)消耗等環(huán)境因素的變化，加劇了不同種類乳酸菌的________，淘汰了部分乳酸菌種類。
考點二　發(fā)酵工程及其應(yīng)用
任務(wù)驅(qū)動·探究突破
任務(wù)1　發(fā)酵裝置——大型發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)示意圖分析
(1)攪拌葉輪在發(fā)酵過程中的作用。
①通過葉輪的攪拌作用，使培養(yǎng)基在發(fā)酵罐內(nèi)得到充分的混合，盡可能使微生物在發(fā)酵罐里的每一處均能得到充足的氧氣和培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質(zhì)；
②良好的攪拌有利于微生物發(fā)酵過程中產(chǎn)生的熱量傳遞給冷卻介質(zhì)；
③攪拌能使發(fā)酵液充分混合，發(fā)酵罐的發(fā)酵液中的固型物質(zhì)保持懸浮狀態(tài)。
(2)發(fā)酵罐中發(fā)酵條件的控制。
①溫度的控制：發(fā)酵過程中可以通過溫度傳感器和控制裝置進行檢測和由冷卻水進、出口水流來調(diào)整；
②溶解氧的控制：通過通氣量和攪拌速度加以調(diào)節(jié)；
③pH的控制：可以通過pH計檢測，并由加料裝置添加酸和堿進行調(diào)節(jié)，也可以在培養(yǎng)基中添加pH緩沖液等。
計算機應(yīng)用的發(fā)酵工程中實現(xiàn)了對溫度、酸堿度、通氣量、轉(zhuǎn)速的自動記錄和自動控制。
(3)與傳統(tǒng)的容器相比，發(fā)酵罐最明顯的優(yōu)勢。
發(fā)酵罐能實現(xiàn)大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)，最大限度地利用原料和設(shè)備，獲得高產(chǎn)量和高效率。
①進行嚴格滅菌，能使空氣按需要流通，從而提供良好的發(fā)酵環(huán)境；
②實施攪拌、振蕩以促進微生物生長；
③對溫度、壓力、空氣流量實行自動控制；
④通過各種生物傳感器測定發(fā)酵罐內(nèi)菌體濃度、營養(yǎng)成分、產(chǎn)品濃度等，并用電腦隨時調(diào)節(jié)發(fā)酵進程。
任務(wù)2　發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)分析
(1)選擇發(fā)酵工程所用菌種需要考慮的因素：在低成本的培養(yǎng)基上能迅速生長繁殖；生產(chǎn)所需代謝物的產(chǎn)量高；發(fā)酵條件容易控制；菌種不易變異、退化等。
(2)發(fā)酵過程中對發(fā)酵條件的控制：要對溫度、pH、溶解氧等發(fā)酵條件進行嚴格控制，使其最適合微生物的生長繁殖，同時及時添加必要的營養(yǎng)組分。
(3)對發(fā)酵工程中產(chǎn)物的分離：在發(fā)酵工程中使用的分離和提純產(chǎn)物的方法較多。在產(chǎn)物的初分離階段，常采用沉淀、萃取、膜分離、吸附和離子交換等方法；在進一步純化階段，會采用液相層析法、結(jié)晶法等方法。發(fā)酵工程產(chǎn)物無論是代謝物還是菌體本身，都需要進行質(zhì)量檢查，合格后才能成為正式產(chǎn)品。
(4)對發(fā)酵生產(chǎn)時微生物及其代謝物的處理：為了減少或避免污染物的產(chǎn)生和排放，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)，應(yīng)該對排出的氣體和廢棄培養(yǎng)液進行二次清潔或滅菌處理。
考向分類·對點落實
考向一 發(fā)酵工程及其應(yīng)用
1.高酒精度啤酒(酒精濃度≥7.5% vol)由于其高酒精度、高發(fā)酵度、低殘?zhí)堑忍攸c，受到越來越多消費者的青睞，其釀造工藝如圖所示。下列敘述錯誤的是(　　)
A．生產(chǎn)啤酒用的發(fā)酵罐和大麥汁等原料都需要經(jīng)過滅菌消毒
B．多次分批補加葡萄糖可以減少發(fā)酵初期的高滲透壓對酵母細胞代謝的影響
C．主發(fā)酵過程中還原糖主要用于有氧呼吸，其產(chǎn)生的CO2會使pH下降
D．發(fā)酵過程中要適時往外排氣，后發(fā)酵時期可以延長排氣時間間隔
2．如圖所示為面包霉體內(nèi)合成氨基酸的途徑，若在發(fā)酵工程中利用面包霉來大量合成氨基酸a，應(yīng)采取的最佳措施是(　　)
A．改變面包霉的細胞膜通透性
B．進行高溫高壓的發(fā)酵
C．對面包霉進行誘變處理，選育出不能合成酶③的新菌種
D.對面包霉進行誘變處理，選育出不能合成酶①的新菌種
3．(不定項選擇)下列有關(guān)發(fā)酵工程的敘述中，正確的是(　　)
A．發(fā)酵工程采用連續(xù)培養(yǎng)的方法以最大限度地獲得人類所需的產(chǎn)品
B．發(fā)酵所用的菌種多是通過雜交育種的方式獲得
C．發(fā)酵工程就是利用微生物的無氧呼吸生產(chǎn)人類所需的產(chǎn)品
D．發(fā)酵工程以其生產(chǎn)條件溫和、原料來源豐富、產(chǎn)物專一、廢棄物對環(huán)境污染小和容易處理等特點被廣泛應(yīng)用
考向二 發(fā)酵工程的綜合考查
4．谷氨酸棒狀桿菌可用于微生物發(fā)酵工程生產(chǎn)谷氨酸，從而制取谷氨酸鈉(味精)。如圖為谷氨酸棒狀桿菌合成谷氨酸的途徑，通過發(fā)酵工程可以大量生產(chǎn)谷氨酸。回答下列問題：
(1)與酵母菌相比，谷氨酸棒狀桿菌在結(jié)構(gòu)上的顯著特點是____________________；谷氨酸發(fā)酵的培養(yǎng)基成分有豆餅水解液、玉米漿、尿素、磷酸氫二鉀、硫酸鎂、生物素等，從物理性質(zhì)看，該培養(yǎng)基屬于________培養(yǎng)基。
(2)測定谷氨酸棒狀桿菌數(shù)目可采用的計數(shù)方法有顯微鏡直接計數(shù)法和________，前者計數(shù)的結(jié)果比后者計數(shù)的結(jié)果值偏________(填“大”或“小”)，原因是________________________________________________________________________。
(3)由圖可知，谷氨酸棒狀桿菌體內(nèi)若積累了較多的谷氨酸，則會抑制谷氨酸脫氫酶的活性，微生物這種對自身代謝速率的調(diào)節(jié)方式是________。
(4)谷氨酸棒狀桿菌在發(fā)酵過程中要不斷通入無菌空氣，并通過攪拌使空氣形成細小的氣泡，迅速溶解在培養(yǎng)液中，當培養(yǎng)基中碳氮比為4∶1時，菌體大量繁殖而產(chǎn)生的谷氨酸少；當碳氮比為3∶1時，菌體繁殖受抑制，但谷氨酸的合成量大增。在無氧條件下，谷氨酸棒狀桿菌的代謝產(chǎn)物是乳酸或琥珀酸。由此說明谷氨酸棒狀桿菌的代謝類型是________，由上述探究可知，通過發(fā)酵得到大量谷氨酸的發(fā)酵思路是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
[網(wǎng)絡(luò)建構(gòu)提升]
[長句應(yīng)答必備]
1．果酒制作需要的微生物是酵母菌，它是一種兼性厭氧型微生物，通過有氧呼吸可以大量增殖，通過無氧呼吸可以產(chǎn)生酒精。
2．果醋制作需要的微生物是醋酸菌，它是一種好氧菌，所以果醋制作需要一直通入氧氣。
3．果酒和果醋制作需要的溫度分別是18～30 ℃和30～35 ℃。
4．腐乳的制作需要多種微生物參與，但主要是毛霉。通過脂肪酶、蛋白酶等酶的作用，可將一些大分子物質(zhì)水解成小分子物質(zhì)。
5．泡菜制作需要的微生物是乳酸菌，在泡菜的發(fā)酵過程中，亞硝酸鹽的含量先增加后減少。
[等級選考研考向]
1．[2021·廣東卷]中國科學家運用合成生物學方法構(gòu)建了一株嗜鹽單胞菌H，以糖蜜(甘蔗榨糖后的廢棄液，含較多蔗糖)為原料，在實驗室發(fā)酵生產(chǎn)PHA等新型高附加值可降解材料，期望提高甘蔗的整體利用價值。工藝流程如圖。
回答下列問題：
(1)為提高菌株H對蔗糖的耐受能力和利用效率，可在液體培養(yǎng)基中將蔗糖作為________，并不斷提高其濃度，經(jīng)多次傳代培養(yǎng)(指培養(yǎng)一段時間后，將部分培養(yǎng)物轉(zhuǎn)入新配的培養(yǎng)基中繼續(xù)培養(yǎng))以獲得目標菌株。培養(yǎng)過程中定期取樣并用________________的方法進行菌落計數(shù)，評估菌株增殖狀況。此外，選育優(yōu)良菌株的方法還有________________________等。(答出兩種方法即可)
(2)基于菌株H嗜鹽、酸堿耐受能力強等特性，研究人員設(shè)計了一種不需要滅菌的發(fā)酵系統(tǒng)，其培養(yǎng)基鹽濃度設(shè)為60 g/L，pH為10，菌株H可正常持續(xù)發(fā)酵60 d以上。該系統(tǒng)不需要滅菌的原因是___________________________________________________________
________________________________________________________________________。(答出兩點即可)
(3)研究人員在工廠進行擴大培養(yǎng)，在適宜的營養(yǎng)物濃度、溫度、pH條件下發(fā)酵，結(jié)果發(fā)現(xiàn)發(fā)酵液中菌株H細胞增殖和PHA產(chǎn)量均未達到預(yù)期，并產(chǎn)生了少量乙醇等物質(zhì)，說明發(fā)酵條件中________可能是高密度培養(yǎng)的限制因素。
(4)菌株H還能通過分解餐廚垃圾(主要含蛋白質(zhì)、淀粉、油脂等)來生產(chǎn)PHA，說明其能分泌________________________。
2．[2019·海南卷]某研究小組以紫葡萄為原料制作葡萄酒的基本流程和裝置示意圖如下。
請回答：
(1)制作葡萄漿前，對葡萄進行清洗和用__________色的高錳酸鉀溶液浸泡。制作酵母懸液時，在干酵母中加入少量溫水和極少量蔗糖，待酵母懸液中出現(xiàn)______即可。
(2)裝瓶后開始一段時間，發(fā)酵瓶中溶解氧的含量變化是______________。發(fā)酵過程中，發(fā)酵瓶中酒精的含量變化是______________________________。
(3)下列關(guān)于裝置中有水彎管作用的敘述，錯誤的是________。
A．隔絕氣體出入
B．使發(fā)酵瓶內(nèi)外的壓強基本平衡
C．減少雜菌污染
D．有利于發(fā)酵瓶內(nèi)形成缺氧環(huán)境
(4)實驗中，判斷發(fā)酵完畢的依據(jù)是__________________________________。
A．發(fā)酵瓶中pH開始下降
B．發(fā)酵瓶中停止出現(xiàn)氣泡
C．發(fā)酵瓶中酒精濃度達到30%
D．發(fā)酵瓶中酵母菌數(shù)量急劇減少
(5)欲利用葡萄酒制作果醋，發(fā)酵瓶中應(yīng)加入的菌種是____________，該菌種在________條件下能將乙醇氧化為醋酸。
[國考真題研規(guī)律]
3．[2021·全國乙卷]工業(yè)上所說的發(fā)酵是指微生物在有氧或無氧條件下通過分解與合成代謝將某些原料物質(zhì)轉(zhuǎn)化為特定產(chǎn)品的過程。利用微生物發(fā)酵制作醬油在我國具有悠久的歷史。某企業(yè)通過發(fā)酵制作醬油的流程示意圖如下。
回答下列問題：
(1)米曲霉發(fā)酵過程中，加入大豆、小麥和麥麩可以為米曲霉的生長提供營養(yǎng)物質(zhì)，大豆中的__________可為米曲霉的生長提供氮源，小麥中的淀粉可為米曲霉的生長提供________________________________________________________________________。
(2)米曲霉發(fā)酵過程的主要目的是使米曲霉充分生長繁殖，大量分泌制作醬油過程所需的酶類，這些酶中的________、________能分別將發(fā)酵池中的蛋白質(zhì)和脂肪分解成易于吸收、風味獨特的成分，如將蛋白質(zhì)分解為小分子的肽和________。米曲霉發(fā)酵過程需要提供營養(yǎng)物質(zhì)，通入空氣并攪拌，由此可以判斷米曲霉屬于________(填“自養(yǎng)厭氧”“異養(yǎng)厭氧”或“異養(yǎng)好氧”)微生物。
(3)在發(fā)酵池發(fā)酵階段添加的乳酸菌屬于________(填“真核生物”或“原核生物”)；添加的酵母菌在無氧條件下分解葡萄糖的產(chǎn)物是________。在該階段抑制雜菌污染和繁殖是保證醬油質(zhì)量的重要因素，據(jù)圖分析該階段中可以抑制雜菌生長的物質(zhì)是________(答出1點即可)。
4．[全國卷Ⅲ]回答下列與酵母菌有關(guān)的問題：
(1)分離培養(yǎng)酵母菌通常使用______________(填“牛肉膏蛋白胨”“MS”或“麥芽汁瓊脂”)培養(yǎng)基，該培養(yǎng)基應(yīng)采用____________滅菌法滅菌。若將酵母菌劃線接種在平板上，培養(yǎng)一段時間后可觀察到菌落，菌落的含義是
________________________________________________________________________。
(2)酵母菌液體培養(yǎng)時，若通入氧氣，可促進____________(填“菌體快速增殖”“乙醇產(chǎn)生”或“乳酸產(chǎn)生”)；若進行厭氧培養(yǎng)，可促進________(填“菌體快速增殖”“乙醇產(chǎn)生”或“乳酸產(chǎn)生”)。
(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________________________________________。
5．[全國卷Ⅱ]豆豉是大豆經(jīng)過發(fā)酵制成的一種食品。為了研究影響豆豉發(fā)酵效果的因素，某小組將等量的甲、乙兩菌種分別接入等量的A、B兩桶煮熟大豆中并混勻，再將兩者置于適宜條件下進行發(fā)酵，并在32 h內(nèi)定期取樣觀測發(fā)酵效果。回答下列問題：
(1)該實驗的自變量是________、________。
(2)如果發(fā)現(xiàn)發(fā)酵容器內(nèi)上層大豆的發(fā)酵效果比底層的好，說明該發(fā)酵菌是________。
(3)如果在實驗后，發(fā)現(xiàn)32 h內(nèi)的發(fā)酵效果越來越好，且隨發(fā)酵時間呈直線上升關(guān)系，則無法確定發(fā)酵的最佳時間；若要確定最佳發(fā)酵時間，還需要做的事情是__________________________________________________。
(4)從大豆到豆豉，大豆中的成分會發(fā)生一定的變化，其中，蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)開___________，脂肪轉(zhuǎn)變?yōu)開_________。
課堂互動探究案1
考點一
【任務(wù)驅(qū)動·探究突破】
任務(wù)1　(1)抑制　抑制　下降
任務(wù)2　(1)真核　原核　異養(yǎng)需氧　約為28 ℃　二分裂　(2)沖洗　枝梗　灰塵　酵母菌　消毒　清洗　除枝梗　曲頸管
任務(wù)3　酵母菌　醋酸菌　乳酸菌　酵母菌　醋酸菌　醋酸　乙醛　發(fā)酵　沖洗　榨汁　果酒　鹽水冷卻　加入調(diào)味料，裝壇
【考向分類·對點落實】
1．解析：參與泡菜制作的微生物是乳酸菌，其新陳代謝類型為異養(yǎng)厭氧型，因此壇蓋邊沿的水槽注滿水有利于乳酸菌的發(fā)酵，不會引起泡菜腐敗，A正確；腌制時食鹽量過低可能會導(dǎo)致雜菌污染，會引起泡菜腐敗，B錯誤；腌制的時間過短可能會引起泡菜中雜菌污染，會引起泡菜腐敗，C錯誤；鹽水入壇前不煮沸，直接入壇，可能會導(dǎo)致雜菌污染，D錯誤。
答案：A
2．解析：乳酸菌是厭氧型微生物，進行無氧呼吸產(chǎn)生乳酸，A錯誤；泡菜發(fā)酵初期有氣泡產(chǎn)生，主要是需氧菌如酵母菌進行有氧呼吸產(chǎn)生了CO2，C正確；B、D錯誤。
答案：C
3．解析：制作泡菜時，所用的泡菜壇要用白酒擦拭消毒，防止雜菌污染，A正確；加入“陳泡菜水”的作用是提供乳酸菌菌種，B正確；若泡菜鹽水濃度過高，乳酸菌會通過滲透作用失水，抑制乳酸菌生長，制作的泡菜會“咸而不酸”，C正確；制作泡菜的過程中，乳酸菌無氧呼吸作用消耗有機物，有機物的干重減少，種類增多，D錯誤。
答案：D
4．解析：從題圖可知，第1天到第3天pH下降主要由乳酸菌代謝產(chǎn)生乳酸引起，A正確；酵母細胞在有氧條件下大量繁殖，從第10天到第22天，酵母菌大量繁殖，與發(fā)酵液中的氧氣有關(guān)，B正確；第22天發(fā)酵液中的溶解氧耗盡，因此酵母細胞在第26天之前就已經(jīng)開始無氧呼吸產(chǎn)生酒精，C錯誤；由題圖分析可知，低pH下，絲狀真菌活細胞數(shù)能保持相對穩(wěn)定，表現(xiàn)出較高的耐受性，D正確。
答案：C
5．解析：(1)陳泡菜液中含有一定量的乳酸菌，因此加入陳泡菜液，菌體數(shù)量擴增速度會加快，發(fā)酵時間可縮短。(2)乳酸菌為厭氧菌，進行無氧呼吸產(chǎn)生乳酸，該過程只能在細胞質(zhì)中進行。(3)溫度過高、腌制時間過短、食鹽用量不足等，容易造成雜菌大量繁殖，亞硝酸鹽含量增加。(4)從開始制作到泡菜品質(zhì)最佳這段時間內(nèi)，氧氣濃度逐漸降低，泡菜液逐漸變酸，不適宜雜菌生長，而適宜乳酸菌生長，因此乳酸菌數(shù)量增加，其他雜菌數(shù)量減少。
答案：(1)增加乳酸菌數(shù)量　(2)無氧呼吸　細胞質(zhì)　(3)溫度　腌制時間　食鹽用量　(4)乳酸菌數(shù)量增多，雜菌數(shù)量減少　乳酸菌比雜菌更為耐酸
6．解析：有氧呼吸和無氧呼吸的第一階段相同，均發(fā)生在細胞質(zhì)基質(zhì)中，產(chǎn)物是丙酮酸，而丙酮酸產(chǎn)生乙醇只能發(fā)生在無氧呼吸過程中，A、B均錯；③過程屬于有氧呼吸第二、三階段，第三階段需要氧氣參與，④過程是制作果醋的過程，需醋酸菌參與，醋酸菌是一種好氧細菌，因此④過程也需要氧氣參與，C正確；制作果酒時，最適溫度為18～30 ℃，而制作果醋時最適溫度為30～35 ℃，D錯誤。
答案：C
7．解析：圖1中的流程是通過酵母菌發(fā)酵產(chǎn)生果酒，以及通過醋酸菌利用果酒發(fā)酵產(chǎn)生果醋的過程，但醋酸菌也可以在糖源和氧氣充足的條件下直接利用糖類進行果醋發(fā)酵，A錯誤；用簡易裝置制作果酒時，所利用的酵母菌來自葡萄皮的表面，所以不能將葡萄沖洗次數(shù)過多，否則會沖洗掉野生型酵母菌，B正確；圖2中的排氣口彎曲可避免被空氣中的雜菌污染，C正確；由于酵母菌在有氧呼吸階段利用的氧氣來自裝置中的空氣，且無氧呼吸階段需要保持無氧狀態(tài)，所以無需打開充氣口，而發(fā)酵過程中都會有二氧化碳產(chǎn)生，所以要打開排氣口；醋酸菌屬于需氧菌，所以要始終將充氣口打開，D正確。
答案：A
8．解析：果酒發(fā)酵過程中產(chǎn)生大量的熱量，使發(fā)酵罐內(nèi)溫度升高，因此夏季生產(chǎn)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(chǎn)物，因此分解過程中不需要通入空氣，B錯誤；無氧呼吸產(chǎn)生了二氧化碳，但是沒有消耗氧氣，因此發(fā)酵罐中的氣壓不會低于大氣壓，C正確；葡萄酒發(fā)酵的原料是糖類，因此可以通過監(jiān)測發(fā)酵過程中殘余糖的濃度來決定何時終止發(fā)酵，D正確。
答案：B
9．解析：酵母菌是兼性厭氧菌，可進行有氧呼吸和無氧呼吸，通入氧氣后，酵母菌可進行有氧呼吸，而通入其他氣體，酵母菌則進行無氧呼吸，故改變通入氣體種類，可以研究呼吸作用類型對發(fā)酵的影響，A正確；果酒發(fā)酵中期通入氮氣，裝置中氧氣減少，使酵母菌從有氧呼吸轉(zhuǎn)變?yōu)闊o氧呼吸，B正確；溫度影響酶的活性，因此果醋的發(fā)酵周期與實驗設(shè)定的溫度有密切關(guān)系，C正確；氣體入口管通入液面以下，氣體出口管在液面以上，故兩者不能交換使用，D錯誤。
答案：ABC
10．解析：(1)酶的活性受溫度影響，最適溫度下，酶的活性最高。(2)通氣會促進酵母菌有氧呼吸，促進酵母菌群的繁殖，有利于獲得更多的酒精產(chǎn)物。(3)①據(jù)圖可知，B層醋酸桿菌為“S”形增長，其變化趨勢為先快速增長、后保持穩(wěn)定。影響B(tài)層的主要環(huán)境因素為氧氣、pH和營養(yǎng)條件。②乳酸菌為厭氧菌，應(yīng)該是下層醋醅有利于其繁殖，如前兩個發(fā)酵缸的B層，后兩個發(fā)酵缸中的A層。③不同種類的乳酸菌之間為種間競爭關(guān)系。
答案：(1)在最適溫度條件下催化能力最強　(2)酵母菌
(3)①先快速增長后趨于穩(wěn)定　氧氣、營養(yǎng)物質(zhì)、pH　②顛倒前的B層和顛倒后的A(或不翻動，或下)　③種間競爭(或競爭)
考點二
【考向分類·對點落實】
1．解析：生產(chǎn)啤酒用的發(fā)酵罐和大麥汁等原料都需要經(jīng)過滅菌消毒，防止原料自帶的雜菌污染發(fā)酵，A正確；多次分批補加葡萄糖可以減少發(fā)酵初期的高滲透壓對酵母細胞代謝的影響，B正確；主發(fā)酵過程中還原糖主要用于無氧呼吸產(chǎn)生酒精，同時無氧呼吸產(chǎn)生的CO2會使pH下降，C錯誤；發(fā)酵過程中要適時往外排氣，后發(fā)酵時期由于糖類物質(zhì)不充足，產(chǎn)生的氣體變少，可以延長排氣時間間隔，D正確。
答案：C
2．解析：改變面包霉的細胞膜通透性，可以使氨基酸a和b都能及時排出，進而解除對中間產(chǎn)物的抑制作用，提高氨基酸a和b的產(chǎn)生量；高溫高壓不利于面包霉的代謝活動；面包霉被誘變成不能合成酶③的新菌種，中間產(chǎn)物只能通過酶②催化為氨基酸a，可以大量生產(chǎn)氨基酸a；面包霉被誘變成不能合成酶①的新菌種，底物不能生成中間產(chǎn)物，進而不能生成氨基酸a和b，所以B、D不能實現(xiàn)氨基酸a的增加，A、C都可以，但是C最有效。
答案：C
3．解析：發(fā)酵工程通常可以采用連續(xù)培養(yǎng)的方法以最大限度地獲得人類所需的產(chǎn)品，A正確；很多微生物是原核生物，不能通過雜交育種獲得菌種，發(fā)酵所用的菌種多是通過人工誘變的方式獲得，B錯誤；發(fā)酵工程就是利用微生物的有氧呼吸或無氧呼吸生產(chǎn)人類所需的產(chǎn)品，C錯誤；發(fā)酵工程具有生產(chǎn)條件溫和、原料來源豐富、產(chǎn)物專一、廢棄物對環(huán)境污染小和容易處理等特點，D正確。
答案：AD
4．解析：(1)與酵母菌相比，谷氨酸棒狀桿菌屬于原核生物，在結(jié)構(gòu)上的顯著特點是無以核膜為界限的細胞核；谷氨酸發(fā)酵的培養(yǎng)基成分有豆餅水解液、玉米漿、尿素、磷酸氫二鉀、硫酸鎂、生物素等，從物理性質(zhì)看，該培養(yǎng)基屬于液體培養(yǎng)基。(2)測定谷氨酸棒狀桿菌數(shù)目可采用的計數(shù)方法有顯微鏡直接計數(shù)法和稀釋涂布平板法，由于前者死活菌體一起計數(shù)，后者只計數(shù)活菌數(shù)，且可能有多個菌體形成同一個菌落，所以前者計數(shù)的結(jié)果比后者計數(shù)的結(jié)果值偏大。(3)由圖可知，谷氨酸棒狀桿菌體內(nèi)若積累了較多的谷氨酸，則會抑制谷氨酸脫氫酶的活性，微生物這種對自身代謝速率的調(diào)節(jié)方式是負反饋調(diào)節(jié)。(4)由于谷氨酸棒狀桿菌可以在有氧和無氧條件下生存，所以其代謝類型是異養(yǎng)兼性厭氧型；要想通過發(fā)酵得到大量谷氨酸，根據(jù)題意信息，可不斷向發(fā)酵液中通入無菌空氣，發(fā)酵液中碳氮比為4∶1培養(yǎng)一段時間使菌種大量繁殖，后將培養(yǎng)液的碳氮比改為3∶1。
答案：(1)無以核膜為界限的細胞核　液體　(2)稀釋涂布平板法　大　前者死活菌體一起計數(shù)，后者只計數(shù)活菌數(shù)，且可能有多個菌體形成同一個菌落　(3)負反饋調(diào)節(jié)　(4)異養(yǎng)兼性厭氧型　不斷向發(fā)酵液中通入無菌空氣，發(fā)酵液中碳氮比為4∶1培養(yǎng)一段時間使菌種大量繁殖，后將培養(yǎng)液的碳氮比改為3∶1
課堂總結(jié)　網(wǎng)絡(luò)聚焦大概念
網(wǎng)絡(luò)建構(gòu)提升
發(fā)酵條件
歷屆真題　分類集訓(xùn)培素養(yǎng)
1．解析：(1)根據(jù)題意分析，該實驗的目的是提高菌株H對蔗糖的耐受能力和利用效率，結(jié)合微生物的代謝需求，其液體培養(yǎng)基應(yīng)該以蔗糖作為唯一碳源。并不斷提高其濃度，經(jīng)多次傳代培養(yǎng)(指培養(yǎng)一段時間后，將部分培養(yǎng)物轉(zhuǎn)入新配的培養(yǎng)基中繼續(xù)培養(yǎng))以獲得目標菌株。培養(yǎng)過程中定期取樣并用血細胞計數(shù)板計數(shù)的方法進行菌落計數(shù)，評估菌株增殖狀況。此外，選育優(yōu)良菌株的方法還有誘變育種、基因工程育種等。(2)已知，菌株H具有嗜鹽、酸堿耐受能力強等特性，因此當培養(yǎng)基鹽濃度為60 g/L，pH為10時，菌株H可正常持續(xù)發(fā)酵60 d以上，而鹽濃度為60 g/L的條件下，其他雜菌因失水過多而死亡；pH為10的條件下，其他雜菌的酶變性失活，生長繁殖受抑制，故該系統(tǒng)不需要滅菌。(3)分析題意，擴大培養(yǎng)時，營養(yǎng)物濃度、溫度、pH等條件下適宜，而發(fā)酵液中菌株H細胞增殖和PHA產(chǎn)量均未達到預(yù)期，并產(chǎn)生了少量乙醇等物質(zhì)，說明發(fā)酵條件中氧氣不足，使菌種進行無氧呼吸產(chǎn)生乙醇，即氧氣(O2或溶解氧)是限制高密度培養(yǎng)的重要因素。(4)根據(jù)酶的專一性可知，菌株H之所以能通過分解主要含蛋白質(zhì)、淀粉、油脂等的餐廚垃圾來生產(chǎn)PHA，說明其能分泌蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等。
答案：(1)唯一碳源　血細胞計數(shù)板計數(shù)　誘變育種、基因工程育種　(2)鹽濃度為60 g/L的條件下，其他雜菌因失水過多而死亡；pH為10的條件下，其他雜菌的酶變性失活，生長繁殖受抑制　(3)氧氣(O2或溶解氧)　(4)蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等
2．解析：(1)制作葡萄漿前，應(yīng)將成熟的葡萄用水清洗干凈，再用紅(紫)色的高錳酸鉀溶液浸泡約5 min。為了使酵母迅速發(fā)生作用，制作酵母懸液時，在干酵母中加入少量溫水和極少量蔗糖，待酵母懸液中出現(xiàn)氣泡即可。(2)裝瓶后開始一段時間，酵母菌進行需氧呼吸并快速繁殖，消耗發(fā)酵瓶內(nèi)的氧氣，瓶內(nèi)溶解氧的含量減少。氧氣耗盡，酵母菌進行厭氧呼吸，生成酒精和二氧化碳，酒精含量逐漸增多。(3)裝置中有水彎管可使發(fā)酵瓶內(nèi)外的壓強基本平衡，減少雜菌污染，有利于發(fā)酵瓶內(nèi)形成缺氧環(huán)境。(4)當發(fā)酵瓶中停止出現(xiàn)氣泡時，即表示發(fā)酵完畢。(5)制作果醋用醋酸桿菌作為菌種，該菌種在有氧條件下能將乙醇氧化為醋酸。
答案：(1)紅(紫)　氣泡　(2)減少　增加　(3)A　(4)B
(5)醋酸桿菌　有氧
3．解析：(1)大豆的主要成分為蛋白質(zhì)，可為米曲霉的生長提供氮源；淀粉屬于多糖，小麥中的淀粉可為米曲霉的生長提供碳源。(2)蛋白酶可以將蛋白質(zhì)分解成小分子的肽和氨基酸；脂肪酶可以將脂肪水解為甘油和脂肪酸。由題干信息可知，米曲霉發(fā)酵過程需要提供營養(yǎng)物質(zhì)、通入空氣并攪拌，可推斷出米曲霉屬于異養(yǎng)好氧微生物。(3)乳酸菌為原核生物。酵母菌在無氧條件下通過無氧呼吸將葡萄糖分解成CO2和酒精。在發(fā)酵池發(fā)酵階段添加的酵母菌和乳酸菌通過無氧呼吸產(chǎn)生的酒精、乳酸可以抑制雜菌的生長，加入的食鹽也可抑制雜菌生長。
答案：(1)蛋白質(zhì)　碳源　(2)蛋白酶　脂肪酶　氨基酸　異養(yǎng)好氧　(3)原核生物　CO2和酒精　酒精(乳酸、食鹽)
4．解析：(1)麥芽汁瓊脂培養(yǎng)基的含糖量高，更適合酵母菌繁殖；該培養(yǎng)基應(yīng)采用高壓蒸汽滅菌法滅菌；若將酵母菌劃線接種在平板上，培養(yǎng)一段時間后可觀察到由一個細胞繁殖而來的肉眼可見的子細胞群體，這就是菌落。(2)對酵母菌進行液體培養(yǎng)時，若通入氧氣，則酵母菌進行有氧呼吸可促進菌體快速增殖；若進行無氧培養(yǎng)，細胞進行無氧呼吸，產(chǎn)生酒精和CO2。(3)制作面包時，需在面粉中添加一定量的酵母菌，這是因為酵母菌可以分解面粉中的葡萄糖產(chǎn)生二氧化碳，使面包變得松軟、多孔。
答案：(1)麥芽汁瓊脂　高壓蒸汽　由一個細胞繁殖而來的肉眼可見的子細胞群體　(2)菌體快速增殖　乙醇產(chǎn)生　(3)酵母菌分解葡萄糖會產(chǎn)生CO2，CO2使面包松軟
5．解析：(1)該實驗的自變量是菌種、發(fā)酵時間。(2)如果發(fā)現(xiàn)發(fā)酵容器內(nèi)上層大豆的發(fā)酵效果比底層的好，說明該發(fā)酵菌是好氧菌。(3)如果在實驗后，發(fā)現(xiàn)32 h內(nèi)的發(fā)酵效果越來越好，且隨發(fā)酵時間呈直線上升關(guān)系，則無法確定發(fā)酵的最佳時間；若要確定最佳發(fā)酵時間，還需要做的事情是延長發(fā)酵時間，觀測發(fā)酵效果，最好的發(fā)酵效果所對應(yīng)的時間即為最佳發(fā)酵時間。(4)從大豆到豆豉，大豆中的成分會發(fā)生一定的變化，其中，蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿拥碾暮桶被幔巨D(zhuǎn)變?yōu)橹舅岷透视汀?br/>答案：(1)菌種　發(fā)酵時間　(2)好氧菌　(3)延長發(fā)酵時間，觀測發(fā)酵效果，最好的發(fā)酵效果所對應(yīng)的時間即為最佳發(fā)酵時間　(4)小分子的肽和氨基酸　脂肪酸和甘油

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