資源簡介

新人教生物一輪復習學案
第35講 傳統發酵技術的應用和發酵工程及其應用
【素養目標】　1.通過泡菜、果酒和果醋的制作，認識不同微生物的應用，理解相關微生物的代謝類型。(生命觀念　科學思維)2.按照實驗操作步驟，使用簡單的實驗器具進行泡菜、果酒和果醋的制作實驗，如實記錄實驗數據，并分析得出結論，寫出實驗報告并與他人進行必要的交流。(科學思維　科學探究)
考點一　發酵與傳統發酵技術的概念及泡菜的制作
1．發酵與傳統發酵技術
(1)發酵：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
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實例——腐乳的制作
a．經過微生物的發酵，豆腐中的蛋白質被分解成小分子的肽和氨基酸。
b．參與的微生物有酵母、曲霉和毛霉等，其中起主要作用的是毛霉。
③特點：傳統發酵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。
2．泡菜的制作
(1)菌種來源：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。反應式：C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋能量。
(3)制作流程
(1)泡菜腌制利用了乳酸菌的乳酸發酵(　　)
(2)泡菜的制作前期需要通入氧氣，后期應嚴格保持無氧條件(　　)
(3)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(　　)
(4)泡菜制作過程可以隨時取出食用不同酸味的泡菜(　　)
(5)制作泡菜過程中，有機物的干重和種類將減少(　　)
答案　(1)√　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×
1．泡菜制作中的注意事項
2．泡菜發酵過程中乳酸菌、乳酸及亞硝酸鹽含量的變化
項目 乳酸菌 乳酸 亞硝酸鹽
發酵初期 少(有O2、乳酸菌活動受抑制) 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(乳酸繼續積累，pH繼續下降，抑制其活動) 繼續增多，pH繼續下降，直至穩定 下降至相對穩定(硝酸鹽還原菌被完全抑制)
含量變 化曲線
注意 亞硝酸鹽是硝酸鹽還原菌促進硝酸鹽還原形成的，而不是硝化細菌氧化氨形成的
[典例剖析]
(2020·山東卷，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”現象是微生物細胞呼吸產生的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
C　[“浸曲發”是將酵母菌活化，可以使微生物代謝加快，A正確；“魚眼湯”是指酵母菌在呼吸過程中產生CO2，使溶液中出現氣泡，B正確；在做酒過程中，為消除雜菌的影響主要靠“炊作飯”，即蒸熟，C錯誤；“舒令極冷”是將米飯攤開冷透，防止溫度過高導致微生物(酵母菌死亡)，D正確。]
【名師點撥】　掌握信息轉化能力
信息提取 信息1：浸曲發，如魚眼湯，凈淘米八斗，炊作飯，舒令極冷；冒出魚眼大小的氣泡，來自酵母菌細胞呼吸
信息2：舒令極冷
信息轉化 1.酒曲浸泡活化，酵母菌代謝加快，
2.將蒸熟的米攤開冷透，防止蒸熟的米溫度過高使酒曲中的微生物死亡
素養考查 科學思維：邏輯思維能力 社會責任：發揚優秀傳統文化
【角度轉換】　提升語言表達能力
造即墨老酒的“訣竅”主要是守六法“黍米必齊、曲孽必時、水泉必香、陶器必良、湛熾必潔、火劑必得”，把五關“煙糜、糖化、發酵、壓榨、陳儲”。 其中“陶器必良、湛熾必潔中的“必良”是指釀造、陳儲老酒的器具必須密封，不滲漏，“必潔”是指所用器具必須殺菌消毒，__防止雜菌污染。
考向一　發酵及傳統發酵技術的概念
1．(2023·重慶高三檢測)《書經》中的“若作酒醴，爾惟曲蘗”提到釀酒必須要用酒曲。酒曲是以谷物為原料，破碎加水壓制而成的。酒曲富含酵母菌和霉菌等多種微生物，經水浸泡活化后投入蒸熟的米即可用于釀酒。下列相關說法錯誤的是(　　)
A．谷物為酒曲中的微生物提供了多種營養物質
B．釀酒過程中，米蒸熟后要冷卻后才能加入酒曲
C．釀酒過程中，發酵液中的pH保持穩定不變
D．酒曲中的酵母菌通過無氧呼吸將原料中的糖轉化為酒精
C　[谷物為酒曲中的微生物提供了糖類等多種營養物質，A正確；釀酒過程中，米蒸熟后要冷卻后才能加入酒曲，避免因溫度過高使酵母菌死亡，B正確；由于呼吸作用產生的二氧化碳溶于發酵液，釀酒過程中，發酵液中的pH逐漸減小，C錯誤；酒曲中的酵母菌通過無氧呼吸將原料中的糖轉化為丙酮酸，再將丙酮酸轉化為酒精和二氧化碳，D正確。]
2．(2022·煙臺高三模擬)腐乳制作的過程可分為兩個階段，第一階段中微生物在豆腐上生長繁殖，第二階段中微生物產生的酶將豆腐中的大分子分解為小分子。下列說法正確的是(　　)
A．腐乳發酵過程中起作用的微生物有毛霉、曲霉、酵母等
B．家庭制作腐乳時，應在絕對無菌的條件下進行
C．第一階段應與制作泡菜和果醋相同，全程通入無菌空氣
D．第二階段中主要發生了淀粉酶分解淀粉的反應
A　[腐乳發酵過程中起作用的微生物有毛霉、曲霉、酵母等多種微生物，其中最主要的是毛霉，A正確；家庭制作做不到無菌，提供目標菌株占優勢的條件即可，B錯誤；乳酸菌屬于厭氧菌，制泡菜不能通空氣，C錯誤；第二階段中主要是蛋白酶和脂肪酶的作用，D錯誤。]
考向二　泡菜的制作
3．(2023·唐山高三期中)泡菜腌制過程需對亞硝酸鹽含量進行定期測量。研究發現，亞硝酸鹽可使DNA的某些堿基脫去氨基，如C轉變為U，A轉變為I(次黃嘌呤)。下列相關敘述錯誤的是(　　)
A．亞硝酸鹽通過使DNA分子發生堿基對替換而促使基因突變
B．制作泡菜時，將所用鹽水煮沸的主要目的是消滅鹽水中的雜菌
C．發酵初期，從壇沿水槽內放出的CO2是乳酸菌細胞呼吸產生的
D．隨著發酵的進行，泡菜中的亞硝酸鹽含量先增加后降低
C　[由題意可知，亞硝酸鹽使DNA分子發生堿基C轉變為U，A轉變為I，說明該過程發生堿基對替換而促使基因突變，A正確；制作泡菜時，將所用鹽水煮沸的主要目的是消滅鹽水中的雜菌和除去氧氣，B正確；乳酸菌呼吸作用的產物為乳酸，無二氧化碳的產生，C錯誤；隨著發酵的進行，泡菜中的亞硝酸鹽含量先增加后降低，D正確。]
4．(2023·蘇州高三期中)在《詩經·邶風·谷風》中有“我有旨蓄，亦以御冬”的記載“旨蓄”就是儲藏的美味食品，也就是今天腌制的酸菜、泡菜。下列敘述正確的是(　　)
A．制作泡菜時腌制時間過長會引起細菌大量繁殖
B．條件適宜時蔬菜中的糖轉化成醋酸降低溶液pH
C．發酵壇表面可能出現一層由乳酸菌繁殖形成的白膜
D．通過向泡菜壇沿邊水槽注水可保持發酵所需的環境
D　[溫度過高、食鹽用量過低、腌制時間過短，容易造成細菌大量繁殖，亞硝酸鹽含量增加，A錯誤；條件適宜時乳酸菌可將葡萄汁中的糖分解成乳酸，B錯誤；乳酸菌是厭氧型生物，發酵壇表面含有氧氣，乳酸菌不能繁殖，出現的白膜一般是產膜酵母菌繁殖所致，C錯誤；乳酸菌需要在無氧環境下將葡萄糖分解為乳酸，故腌制泡菜時可通過向泡菜壇沿邊水槽注水保持發酵所需環境，D正確。]
考點二　果酒和果醋的制作
1．制作原理與發酵條件
項目 制作果酒 制作果醋
發酵菌種 酵母菌 醋酸菌
代謝類型 異養兼性厭氧型 異養需氧型
發酵過程 有氧條件下，酵母菌通過有氧呼吸大量繁殖：C6H12O6＋6H2O＋6O26CO2＋12H2O＋能量； 無氧條件下，酵母菌通過無氧呼吸產生酒精：C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋能量 O2、糖源充足時：C6H12O6＋2O22CH3COOH＋2CO2＋2H2O＋能量； O2充足、缺少糖源時：C2H5OH＋O2CH3COOH＋H2O＋能量
發酵溫度 18～30 ℃ 30～35 ℃
發酵時間 10～12天 7～8天
對氧的需求 前期需氧，后期不需氧 一直需氧
產物檢測 聞氣味、品嘗、酸性條件下的重鉻酸鉀(橙色→灰綠色) 酸堿指示劑(pH試紙)、聞氣味、品嘗
2.發酵過程及注意事項
(1)實驗用具消毒
↓
(2)挑選沖洗葡萄
↓
(3)榨汁
↓
(4)果酒發酵
↓
(5)取樣檢測
↓
(6)果醋發酵
【拾遺補缺】　源于選擇性必修3 P8“練習與應用·拓展應用3”：
圖中①為充氣口，用來充入氧氣(無菌空氣)。②為排氣口，在酒精發酵時排出的是酒精發酵產生的CO2，在醋酸發酵時排出的是剩余的空氣和醋酸菌代謝產生的CO2；長而彎曲的膠管的作用是防止空氣中微生物的進入。③為出料口，便于取樣檢測，及時監測發酵進行的情況。
(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)在制作葡萄酒的過程中，應先去除葡萄的枝梗，再進行反復沖洗，這樣才可以洗得徹底(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)√　(5)×
[典例剖析]
(2021·山東卷，12)葡萄酒的制作離不開酵母菌。下列說法錯誤的是(　　)
A．無氧條件下酵母菌能存活但不能大量繁殖
B．自然發酵制作葡萄酒時起主要作用的菌是野生型酵母菌
C．葡萄酒的顏色是葡萄皮中的色素進入發酵液形成的
D．制作過程中隨著發酵的進行發酵液中糖含量增加
D　[酵母菌進行有氧呼吸獲得能量大量繁殖，在無氧條件下發酵產生酒精，無氧條件下酵母菌能進行無氧呼吸存活，但不能大量繁殖，A正確；自然發酵制作葡萄酒時起主要作用的菌是葡萄皮上的野生型酵母菌，B正確；葡萄皮中的色素進入發酵液使葡萄酒呈現顏色，C正確；制作過程中隨著發酵的進行發酵液中糖含量減少，D錯誤。]
【名師點撥】　掌握信息轉化能力
信息提取 信息1：自然發酵
信息2：葡萄酒的顏色
信息轉化 1.自然發酵的菌種來自附著在葡萄皮上的野生型酵母菌
2.葡萄酒的顏色為紅色是因為紅葡萄皮的色素進入發酵液
素養考查 科學思維：分析與綜合能力 科學探究：設計并實施方案的能力
【角度轉換】　提升語言表達能力
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？
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。
考向一　果酒和果醋制作的過程
5．(2023·秦皇島高三檢測)“踏漿發酵釀酒法”是唐朝的一種主流紅酒釀造工藝。踏漿發酵即是碾碎葡萄，用葡萄汁單純發酵。“十年味不敗”說明唐朝紅酒技術的優良之處。下列相關說法錯誤的是(　　)
A．在葡萄酒釀制的整個過程中需要先通氣后密封
B．酒精生成過程合成ATP所需能量來自于葡萄糖中的化學能
C．“踏漿”有利于葡萄皮表面的酵母菌與葡萄汁液充分混合
D．“十年味不敗”主要與酵母菌發酵生成的酒精的消毒作用有關
D　[在利用酵母菌發酵時最好是先通入足夠的無菌空氣，在有氧環境下使其繁殖，再隔絕氧氣進行發酵，A正確；酒精生成過程只在第一階段能合成ATP，故合成ATP所需能量來自葡萄糖中的化學能，B正確；踏漿發酵即碾碎葡萄，有利于酵母菌與葡萄汁液充分混合，充分發酵，C正確；發酵過程中產生的酒精對其他微生物的生長有一定抑制作用，但主要在于葡萄酒制成后，在缺氧、呈酸性的發酵液中，絕大多數微生物無法適應這一環境而受到抑制，故“十年味不敗”，D錯誤。]
6．(2022·濟寧高三檢測)刺梨是云貴川特有的水果，富含超氧化物歧化酶和大量的維生素C、花青素，是制作果酒和果醋的優質原料。刺梨酒和刺梨醋的主要生產流程如圖所示。下列敘述錯誤的是(　　)
→→→→→→→
A．發酵過程Ⅱ需要氧并產生大量CO2
B．圖示發酵過程中發酵液pH均降低
C．發酵過程Ⅰ的溫度比發酵過程Ⅱ低
D．發酵Ⅰ、Ⅱ是此生產過程的中心環節
A　[發酵過程Ⅱ是醋酸菌利用酒精生產醋酸的過程，醋酸菌為需氧菌，可將酒精分解為乙醛，乙醛再變為醋酸，該過程需要氧但不產生CO2，A錯誤；酒精生產過程中酵母菌無氧呼吸會產生CO2，使發酵液pH降低，醋酸發酵過程中產生的醋酸會使發酵液的pH降低，B正確；酒精發酵的適宜溫度為28 ℃左右，醋酸發酵的適宜溫度為30～35 ℃，因此發酵過程Ⅰ(酒精發酵)的溫度比發酵過程Ⅱ(醋酸發酵)低，C正確；酒精發酵是酵母菌在無氧條件下產生酒精，上述醋酸發酵是醋酸菌利用酒精生產醋酸，因此發酵Ⅰ、Ⅱ是此生產過程的中心環節，D正確。]
考向二　發酵過程的注意事項
7．(2022·威海高三檢測)《本草綱目》中對酸奶的制作有詳細記載：“用乳半杓，鍋內炒過，入馀乳熬數十沸，常以杓縱橫攪之，乃傾出，罐盛待冷，掠取浮皮，以為酥，入舊酪少許，紙封放之，即成矣”。下列說法錯誤的是(　　)
A．“鍋內炒過，入馀乳熬數十沸”的目的是高溫殺菌和反復脫水
B．“常以杓縱橫攪之”的目的是提供足夠的氧氣以促進菌種的增殖
C．“入舊酪少許”相當于接種
D．“紙封放之”的目的是提供無氧環境將葡萄糖分解成乳酸
B　[“鍋內炒過，入馀乳熬數十沸”經過高溫，其目的是高溫殺菌和反復脫水，A正確；酸奶制作的菌種是乳酸菌，為厭氧性細菌，足夠的氧氣會抑制其正常生命活動，“常以杓縱橫攪之”攪拌的目的應該使菌種和營養液充分接觸，B錯誤；“入舊酪少許”將陳發酵液倒入新發酵液中，相當于接種，C正確；“紙封放之”避免發酵液與外界接觸，其目的是提供無氧環境將葡萄糖分解成乳酸，D正確。]
8．(2022·泰安高三模擬)葡萄酒的釀造技術歷史悠久，唐代蘇敬的《新修本草》云∶“凡作酒醴須曲，而蒲桃(即葡萄)、蜜等酒獨不用曲”。啤酒發酵也依賴于發酵工程，產品質檢可應用“電子舌”，電子舌可根據不同滋味信號傳感器呈現的響應值對啤酒風味進行評價，結果如圖。下列敘述錯誤的是(　　)
A．“蒲桃、蜜等酒獨不用曲”說明葡萄酒的釀制不需要微生物
B．裝置密閉發酵過程中，酒精度的變化是先增加后趨于穩定
C．發酵的溫度和時間隨啤酒品種和口味要求的不同而有所差異
D．發酵液L1和L2口味相似，而L3澀味較強
A　[葡萄酒的制作需要用到酵母菌，“蒲桃、蜜等酒獨不用曲”說明葡萄酒的釀制不需要額外加入菌種，但需要葡萄皮上的酵母菌，A錯誤；裝置密閉發酵過程中，隨著發酵的進行酒精度逐漸增大，但由于營養物質不斷減少，發酵液的pH逐漸變小，酒精的濃度逐漸增加，這些都不利于酵母菌繼續發酵，因此在發酵后期酒精度趨于穩定，B正確；酵母菌的發酵產物會對啤酒的品種和口感產生不同的影響，不同的釀酒酵母對發酵溫度、時間有不同的要求，故發酵溫度和發酵的時間隨啤酒品種和口味要求的不同而有所差異，C正確；由題圖可知，發酵液L1和L2口味相似，而L3澀味較強，D正確。]
【歸納總結】　傳統發酵技術中三種常用菌種的比較
項目 酵母菌 醋酸菌 乳酸菌
生物學分類 真核生物 原核生物 原核生物
代謝類型 異養兼性厭氧型 異養需氧型 異養厭氧型
發酵條件 前期需氧，后期不需氧 一直需氧 無氧
發酵適宜溫度 18～30 ℃ 30～35 ℃ 室溫
生產應用 釀酒、發面 釀醋 制作酸奶、泡菜
考點三　發酵工程及其應用
1．發酵工程的基本環節
【拾遺補缺】　源于選擇性必修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：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。
2．發酵工程的應用
(1)在食品工業上的應用：①生產傳統的發酵產品；②生產各種各樣的食品添加劑；③生產酶制劑。
(2)在醫藥工業上的應用：①生產抗生素、多種氨基酸；②生產激素和免疫抑制劑等。
(3)在農牧業上的應用：①生產微生物肥料；②生產微生物農藥；③生產微生物飼料。
(4)其他方面的應用：如利用嗜熱菌、嗜鹽菌生產洗滌劑等。
【拾遺補缺】　源于選擇性必修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菌體。其不僅含有豐富的蛋白質，還含有糖類、脂質和維生素等物質。
(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)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(　　)
(5)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)×
[典例剖析]
(多選)發酵工程在現代生物工程中地位越來越重要。下列有關發酵工程敘述正確的是(　　)
A．發酵設備和培養基不需要嚴格滅菌
B．要隨時取樣，檢測培養液的細菌數目、產物濃度等，以了解發酵進程
C．發酵工程產品主要是指微生物的代謝物、酶和菌體本身
D．要嚴格控制溫度、pH、溶解氧等環境因素
BCD　[首先要對發酵設備和培養基嚴格滅菌，A錯誤；要隨時取樣，檢測培養液的細菌數目、產物濃度等，以了解發酵進程，B正確；發酵工程產品主要是指微生物的代謝物、酶和菌體本身，C正確；要嚴格控制溫度、pH、溶解氧等環境因素，D正確。]
【名師點撥】　掌握信息轉化能力
信息提取 信息1：發酵工程
信息2：發酵進程
信息3：要嚴格控制溫度、pH、溶解氧等環境因素
信息轉化 1.發酵工程的原料、設備都要嚴格滅菌，傳統發酵技術則不需要。發酵工程的菌種一般為純種，傳統發酵技術所用的菌種來自自然界，一般不是純種
2.在發酵罐內發酵是發酵工程的中心環節，需要隨時掌控發酵情況
3.要對溫度、pH、溶解氧等發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組分
素養考查 科學思維：批判性思維能力 科學探究：實施方案能力
【角度轉換】　提升語言表達能力
發酵工程中滅菌不徹底危害是若有雜菌污染，可能導致產量大大下降，產品質量降低。
考向一　發酵工程的基本環節
9．(2022·湖北卷，14)廢水、廢料經加工可變廢為寶。某工廠利用果糖生產廢水和沼氣池廢料生產蛋白質的技術路線如圖所示。下列敘述正確的是(　　)
A．該生產過程中，一定有氣體生成
B．微生物生長所需碳源主要來源于沼氣池廢料
C．該生產工藝利用微生物厭氧發酵技術生產蛋白質
D．沼氣池廢料和果糖生產廢水在加入反應器之前需要滅菌處理
A　[該生產過程中涉及釀酒酵母，釀酒酵母為兼性厭氧微生物，其有氧呼吸生成CO2和H2O，無氧呼吸生成酒精和CO2，因此該生產過程一定有氣體生成，A正確；通過題圖可知，微生物生長所需碳源主要來源于果糖生產廢水和沼氣池廢料中的含碳有機物，B錯誤；使用連續攪拌反應器的目的是提高溶解氧含量，因此該生產工藝利用的是微生物需氧發酵技術生產蛋白質，C錯誤；沼氣池廢料和果糖生產廢水在加入反應器之前不需要滅菌處理，D錯誤。]
10．(2023·重慶高三檢測)發酵工程在醫藥上的應用非常廣泛，其中青霉素的發現和產業化生產進一步推動了發酵工程在醫藥領域的應用和發展。產黃青霉菌是一種廣泛存在于自然界中的霉菌，是生產青霉素的重要工業菌種。工業上生產青霉素的發酵工程流程如圖所示。回答相關問題：
(1)對產黃青霉菌進行分離純化并計數采用了________法，其可以用來計數的原理為____________________________________________。在制備該培養基時，除了添加必要的營養成分外，還需要將pH調至________性。
(2)接種之前的過程①、②都屬于________。整個發酵過程的中心環節是________。
(3)過程③需要嚴格的滅菌，否則由于___________________________，可能會導致青霉素產量下降。過程④可采用____________的方法將菌體分離干燥。
答案　(1)稀釋涂布平板　當樣品的稀釋度足夠高時，培養基表面生長的一個菌落，來源于樣品稀釋液中的一個活菌　酸　(2)擴大培養　發酵　(3)某些雜菌會分泌青霉素酶將青霉素分解掉　過濾、沉淀
解析　(1)對產黃青霉菌進行分離純化采用了稀釋涂布平板法，該方法還可以用來計數，因為該接種方法中當樣品的稀釋度足夠高時，培養基表面生長的一個菌落，來源于樣品稀釋液中的一個活菌，因此可根據菌落數確定菌體的數目。在制備該培養基時，除了添加必要的營養成分外，還需要將pH調至酸性，因為霉菌適宜在酸性條件下生存。
(2)接種之前的過程①、②都屬于擴大培養，以提高微生物產品的產量。其中在發酵罐中發酵是整個發酵過程的中心環節。
(3)過程③需要嚴格的滅菌，因為雜菌污染后，某些雜菌會分泌青霉素酶將青霉素分解掉，可能會導致青霉素產量下降。待完全發酵結束后，可采用過濾、沉淀等方法獲得微生物菌體。
考向二　發酵工程的應用
11．(2023·湛江高三檢測)發酵工程在我國食品工業、醫藥工業及農牧業等許多領域都得到了廣泛的應用。下列相關敘述正確的是(　　)
A．主要利用毛霉水解大豆原料中的蛋白質，經淋洗后可釀制成醬油產品
B．利用酵母菌等發酵生產的單細胞蛋白屬于分泌蛋白，可制成微生物飼料
C．將病原體的抗原基因轉入適當的微生物細胞，可獲得用作疫苗的表達產物
D．利用發酵工程生產的微生物農藥防治病蟲害屬于化學防治
C　[以大豆為主要原料，利用產生蛋白酶的霉菌(如黑曲霉)，將原料中的蛋白質水解成小分子的肽和氨基酸，然后經淋洗、調制可以制成醬油產品，A錯誤；用酵母菌等生產的單細胞蛋白可作為食品添加劑，單細胞蛋白指的是酵母菌菌體，B錯誤；可以將乙肝病毒的抗原基因轉入酵母菌通過發酵工程制備乙肝疫苗，C正確；微生物農藥是利用微生物或其代謝物來防治病蟲害的，微生物農藥是生物防治的重要手段，D錯誤。]
12．(2023·青島高三檢測)發酵工程廣泛應用于農業、食品工業、醫藥工業等工業生產。下列關于發酵工程的敘述錯誤的是(　　)
A．發酵工程的形成離不開微生物純培養技術的建立及發酵罐等設備的成功設計
B．篩選出高產檸檬酸的黑曲霉菌種后可直接接種到發酵罐中進行發酵生產
C．若培養基或發酵設備滅菌不徹底，則可能造成青霉素發酵的產量降低
D．發酵工程生產的單細胞蛋白含有糖類、脂質等多種化合物，可作為家畜的優質飼料
B　[科學技術的應用離不開理論的支持和設備等工具的進步，因此發酵工程的形成離不開微生物純培養技術的建立及發酵罐等設備的成功設計，A正確；篩選出能高產檸檬酸的黑曲霉菌種后還需要進一步擴大化培養才能接種到發酵罐中進行發酵生產，B錯誤；若培養基或發酵設備滅菌不徹底，則可能被雜菌污染，造成青霉素被分解，產量降低，C正確；發酵工程生產的單細胞蛋白是微生物的細胞，含有糖類、脂質等多種化合物，可作為家畜的優質飼料，D正確。]
(三十五)釀酒和制醋需要淀粉糖化的過程及其原因
1．糖化和糖化酶
糖化：淀粉轉化為可發酵性糖類的過程，稱之為淀粉的糖化，其實質是大分子淀粉在酶或酸的作用下水解為小分子的糖類。
糖化酶：又稱葡萄糖淀粉酶，是由曲霉優良菌種經深層發酵提煉而成。
2．制酒和制醋需要糖化的原因
(1)酵母菌制酒糖化
①食醋原料經過蒸煮，其細胞組織中的淀粉發生糊化和溶化，處于溶膠狀態。但是這種糊化或溶化的淀粉，并不能直接被酵母菌利用。因此必須首先把淀粉轉化為酵性糖類，然后才能由酵母菌將糖發酵成為乙醇。
②在真菌中，酵母菌沒有產生分解淀粉的酶的基因，不能產生淀粉酶，所以不能直接利用淀粉為碳源。因此，在用糧食或其他淀粉類原料釀酒或生產酒精時，需要先用淀粉酶把淀粉分解為酵母菌可利用的糖類，酵母菌才能生長繁殖，并把糖類物質轉化為酒精。
③霉菌、大部分細菌等都有產生淀粉酶的基因，都能產生淀粉酶，所以能夠直接利用淀粉為碳源。
(2)醋化醋桿菌制醋糖化
①對醋化醋桿菌最適宜的碳源是葡萄糖、果糖等六碳糖，其次是蔗糖和麥芽糖等。醋化醋桿菌不能直接利用淀粉等多糖類，所以，淀粉需要糖化過程才能用來制醋，即讓淀粉水解為甜味的糖。
②酒精也是很適宜的碳源，有些醋酸菌還能以甘油、甘露醇等多元醇為碳源。
[對點訓練]
1．(2023·駐馬店高三檢測)藍莓果實中含有豐富的營養成分，尤其富含花青素，具有較高的保健價值，是世界糧食及農業組織推薦的五大健康水果之一。下圖是以新鮮藍莓為原料天然發酵制作藍莓酒和藍莓醋的過程簡圖。下列敘述錯誤的是(　　)
A．去除藍莓枝梗應在沖洗之后，目的是防止雜菌污染
B．在過程③時，榨出的藍莓汁無需滅菌可直接密閉發酵
C．過程④在氧氣、糖源充足條件下發生C2H5OH＋O2CH3COOH＋H2O＋能量
D．過程⑤中酒精可作為醋酸菌的碳源和能源
C　[榨汁前需將新鮮的藍莓進行沖洗，然后除去枝梗，以避免除去枝梗時引起藍莓破損，防止增加被雜菌污染的機會，A正確；過程③果酒制作的菌種來源于藍莓皮上野生的酵母菌，所以藍莓汁不需經過滅菌，B正確；過程④是果醋發酵，所用的微生物是醋酸菌，醋酸菌在氧氣、糖源充足條件下可直接將糖分解成醋酸，C錯誤；在沒有糖源的情況
下，醋酸菌可以把酒精轉化為醋酸，即酒精可作為醋酸菌的碳源和能源，D正確。]
2．(2023·臨沂高三檢測)《詩經》中“八月剝棗，十月獲稻。為此春酒，以介眉壽。”記錄了古人用新鮮稻米釀酒，以求延年益壽的習俗。米酒釀造主要包括蒸米，拌酒曲、發酵三步，酒曲中的微生物主要是霉菌和酵母菌，霉菌主要把米中的淀粉轉化成葡萄糖(稱糖化作用)。下列說法錯誤的是(　　)
A．米酒發酵過程中，酵母菌細胞呼吸的方式有有氧呼吸和無氧呼吸
B．蒸米既可以將米粒上的微生物殺死，又有利于淀粉的快速糖化
C．蒸米后需要進行冷卻，目的是防止溫度過高殺死酒曲中的微生物
D．發酵時應將拌有酒曲的涼飯裝滿密閉的容器，發酵過程中適時排氣
D　[參與果酒制作的微生物主要是酵母菌，其新陳代謝類型為異養兼性厭氧型，米酒發酵過程中，酵母菌首先進行有氧呼吸滿足大量繁殖所需要的能量，隨后密封讓其進行無氧呼吸產生酒精，因此，在該過程中酵母菌進行細胞呼吸的類型是有氧呼吸和無氧呼吸，A正確；蒸米過程中高溫條件下可以將米粒上的微生物殺死，同時淀粉吸收水分更容易分解，淀粉經過高溫處理后易被糖化，B正確；蒸米后，溫度較高，通常需要進行冷卻，再加入酒曲，其目的是防止溫度過高殺死酒曲中的微生物，C正確；發酵時應將拌有酒曲的涼飯裝入密閉的容器中，但不能裝滿，應留有1/3的空間，這樣操作能夠為發酵初期的酵母菌提供氧氣的同時防止發酵液溢出，發酵的過程中酵母菌會產生二氧化碳，故需要適時排氣，D錯誤。]
1．(2022·湖北卷，11)關于白酒、啤酒和果酒的生產，下列敘述錯誤的是(　　)
A．在白酒、啤酒和果酒的發酵初期需要提供一定的氧氣
B．白酒、啤酒和果酒釀制的過程也是微生物生長繁殖的過程
C．葡萄糖轉化為乙醇所需的酶既存在于細胞質基質，也存在于線粒體
D．生產白酒、啤酒和果酒的原材料不同，但發酵過程中起主要作用的都是酵母菌
C　[白酒、啤酒和果酒的原材料不同，但發酵的主要菌種都是酵母菌，在發酵初期，為了增加酵母菌的數量，需要提供一定量的氧氣，A、D正確；在酒的釀制過程中，酵母菌可利用葡萄糖作為碳源以及能源物質進行自身的生長和繁殖，B正確；葡萄糖轉化為乙醇是無氧呼吸的過程，發生在細胞質基質中，線粒體是進行有氧呼吸第二、三階段的場所，C錯誤。]
2．(多選)(2022·山東卷，20)啤酒的工業化生產中，大麥經發芽、焙烤、碾磨、糖化、蒸煮、發酵、消毒等工序后，最終過濾、調節、分裝。下列說法正確的是(　　)
A．用赤霉素處理大麥，可使大麥種子無須發芽就能產生α 淀粉酶
B．焙烤是為了利用高溫殺死大麥種子胚并進行滅菌
C．糖漿經蒸煮、冷卻后需接種酵母菌進行發酵
D．通過轉基因技術可減少啤酒酵母雙乙酰的生成，縮短啤酒的發酵周期
ACD　[赤霉素能促進種子的萌發，據此可推測若用赤霉素處理大麥，可誘導α 淀粉酶相關基因的表達，促進α 淀粉酶的合成，進而使大麥種子無須發芽就能產生α 淀粉酶，A正確；焙烤可以殺死大麥種子的胚，但并不使淀粉酶失活，沒有進行滅菌，B錯誤；糖漿經蒸煮(產生風味組分、終止酶的進一步作用，并對糖漿滅菌)、冷卻后再接種酵母菌進行發酵，防止高溫殺死菌種，C正確；轉基因技術已被用來減少啤酒酵母雙乙酰的生成，縮短啤酒的發酵周期，屬于轉基因技術在微生物領域的應用，D正確。]
3．(2021·遼寧卷，8)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，再接入活化的醋酸桿菌，發酵5天。下列有關敘述錯誤的是(　　)
A．乙醇既是醋酸發酵的底物，又可以抑制雜菌繁殖
B．酵母菌和醋酸桿菌均以有絲分裂的方式進行增殖
C．酵母菌和醋酸桿菌發酵過程中控制通氣的情況不同
D．接入醋酸桿菌后，應適當升高發酵溫度
B　[當缺少糖源時，醋酸菌將乙醇變為乙醛，再將乙醛變為醋酸，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，醋酸桿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氧氣使其大量繁殖，再密閉發酵產乙醇；醋酸桿菌為好氧菌，需持續通入無菌氧氣，C正確；酵母菌適宜生長繁殖的溫度是18～30 ℃，醋酸桿菌的最適生長溫度為30～35 ℃，故在接入醋酸桿菌后，應適當升高發酵溫度，D正確。]
4．(2022·浙江1月選考，29(一))紅曲霉合成的紅曲色素是可食用的天然色素，具有防腐、降脂等功能。研究者進行了紅曲色素的提取及紅色素的含量測定實驗，流程如下：
→→→→→
(1)取紅曲霉菌種斜面，加適量________洗下菌苔，制成菌懸液并培養，解除休眠獲得________菌種。經液體發酵，收集紅曲霉菌絲體，紅曲霉菌絲體與70%乙醇溶液混合，經浸提、________，獲得的上清液即為紅曲色素提取液。為進一步提高紅曲色素得率，可將紅曲霉細胞進行________處理。
(2)紅曲色素包括紅色素、黃色素和橙黃色素等，紅色素在390 nm、420 nm和505 nm波長處均有較大吸收峰。用光電比色法測定紅曲色素提取液甲的紅色素含量時，通常選用505 nm波長測定的原因是_____________________________。測定時需用_________________作空白對照。
(3)生產上提取紅曲色素后的殘渣，經________處理后作為飼料添加劑或有機肥，這屬于廢棄物的無害化和________處理。
答案　(1)無菌水　活化　離心　破碎　(2)其它色素對該波長光的吸收相對較少，干擾相對較小　70%乙醇溶液　(3)滅菌　資源化
解析　(1)防止污染，洗菌苔可加適量的無菌水，制成菌懸液并培養，解除休眠獲得活化菌種。紅曲霉菌絲體與70%乙醇溶液混合，經浸提、離心，獲得的上清液即為紅曲色素提取液。為進一步提高紅曲色素得率，可將紅曲霉細胞進行破碎處理，使細胞內的紅曲色素釋放出來。
(2)用光電比色法測定紅曲色素提取液甲的紅色素含量時，通常選用505 nm波長測定的原因是其它色素對該波長光的吸收相對較少，干擾相對較小。由于提取紅曲色素是用的70%乙醇溶液，故測定時需用70%乙醇溶液作空白對照。
(3)生產上提取紅曲色素后的殘渣，經滅菌處理殘渣后，作為飼料添加劑或有機肥，這屬于廢棄物的無害化和資源化處理。

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