2025版高考生物一轮总复习选择性必修3第10单元生物技术与工程第1讲传统发酵技术的应用发酵工程及其应用课件

这是一份2025版高考生物一轮总复习选择性必修3第10单元生物技术与工程第1讲传统发酵技术的应用发酵工程及其应用课件，共60页。PPT课件主要包含了考情研读·备考定位，微生物，微生物的代谢，传统发酵技术，小分子的肽和氨基酸，甘油和脂肪酸，孢子生殖，异养需氧型，C6H12O6＋，C2H5OH等内容，欢迎下载使用。
考点一 传统发酵技术的应用
必备知识 · 夯实基础
知|识|巩|固一、发酵与传统发酵技术1．发酵的概念发酵是人们利用_________，在适宜的条件下，将原料通过________________为人类所需要的产物的过程。
二、传统发酵食品的制作1．腐乳制作(2)腐乳制作过程中参与的微生物：毛霉是一种丝状______，其繁殖方式为____________，代谢类型是_______________。
2．泡菜的制作(1)乳酸菌发酵制作泡菜的原理：______________________________ (用方程式表示)。
(2)制作泡菜的方法步骤
(3)泡菜腌制中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐含量的变化
最多(乳酸抑制其他菌活动)
继续增多，pH继续下降
3.果酒和果醋的制作(1)原理和条件
C6H12O6＋6H2O＋6O2
(酒精)＋2CO2＋能量
＋2CO2＋2H2O＋能量
思|维|辨|析易错整合，判断正误。(1)传统发酵以混合菌种的固体发酵及半固体发酵为主，通常是家庭式或作坊式的。( 　　)(2)乳酸菌是在有氧条件下能将葡萄糖分解成乳酸的一类细菌的总称。( 　　)(3)酵母菌是厌氧微生物，在无氧条件下能进行酒精发酵。( 　　)(4)膳食中的亚硝酸盐一般不会危害人体健康，但如果人体摄入过量，会发生中毒，甚至死亡。( 　　)(5)工业上大规模生产时，通常会先通过微生物培养技术获得单一菌种，再将它们接种到物料中进行发酵。( 　　)
延|伸|探|究1．在泡菜制作过程中营造“无氧环境”的3项措施是什么？提示：a.选择的泡菜坛要密封性好。b.加入蔬菜后要注入煮沸冷却的盐水，使盐水没过全部菜料。c.盖上坛盖后要在坛盖边沿的水槽中注满清水。2．盐水要煮沸后冷却使用的目的是什么？提示：煮沸的目的是除去水中的氧气，杀灭盐水中的其他杂菌。冷却的目的是保证乳酸菌等微生物的生命活动不受影响。
3．制作葡萄酒时，为什么要将温度控制在18～30 ℃？制作葡萄醋时，为什么要将温度控制在30～35 ℃？提示：温度是影响酵母菌和醋酸菌生长和发酵的重要因素。酿酒酵母的最适生长温度约为28 ℃，因此需要将温度控制在其最适温度范围内；而醋酸菌是嗜温菌，最适生长温度为30～35 ℃，因此要将温度控制在30～35 ℃。
剖析难点 · 考点突破
重|难|精|讲　果酒和果醋改进装置及其分析
老坛酸菜古称菹，《周礼》中就有其名。北魏的《齐民要术》中更是详细介绍了祖先用白菜(古称菘)等原料腌制酸菜的多种方法。2022年3·15消费者权益日曝光的“土坑酸菜”由于制作过程中操作不规范导致其中含有的杂质较多，给食品安全留下隐患。下列说法正确的是( 　　)A．腌制酸菜主要是利用植物体表面天然的酵母菌在无氧环境中进行发酵B．“土坑酸菜”发酵过程中可以添加一定量的抗生素抑制杂菌生长，防止其腐败变质C．腌制的酸菜“咸而不酸”的原因很可能是加入食盐过多，抑制了菌种发酵
考向一　围绕泡菜的制作，考查科学探究能力
解析： 制作酸菜所用微生物是乳酸菌，其代谢类型是异养厌氧型，在无氧条件下，分解葡萄糖产生乳酸，A错误；乳酸菌属于细菌，抗生素能够杀死乳酸菌或抑制其生长，B错误；“咸而不酸”的原因可能是加盐过多，使乳酸菌生长的环境溶液浓度过高，乳酸菌失水，抑制了乳酸菌的发酵，C正确；发酵初期由于硝酸盐还原菌的作用使亚硝酸盐增加，发酵中期硝酸盐还原菌受抑制，部分亚硝酸盐被分解含量下降，发酵后期，亚硝酸盐含量下降至相对稳定，通常在腌制泡菜的第10天食用，亚硝酸盐含量较少，D错误。
〔变式训练1〕　泡菜是我国的传统食品之一，其制作过程中产生的亚硝酸盐对人体健康有潜在危害。某兴趣小组查阅资料得到如图曲线。下列有相关叙述错误的是( 　　)A．乳酸菌发酵的产物是乳酸和亚硝酸盐B．用水密封泡菜坛的目的是为了创造无氧环境C．与第3天相比，第8天后的泡菜更适于食用D．pH呈下降趋势的原因是乳酸菌发酵产物的积累
解析：乳酸菌发酵的产物是乳酸，亚硝酸盐不是乳酸菌发酵的产物，A错误；乳酸菌是严格厌氧微生物，制作泡菜时用水密封泡菜坛，其目的是创造无氧的环境，B正确；从图中曲线可看出第8天后亚硝酸盐含量与之前相比含量降低，因此与第3天相比，第8天后的泡菜更适于食用，C正确；在此过程中乳酸菌进行了乳酸发酵，产生了乳酸，导致泡菜坛内pH下降，D正确。
考向二　结合果酒和果醋的制作过程，考查科学探究能力 (2021·湖南卷)中国的许多传统美食制作过程蕴含了生物发酵技术。下列叙述正确的是( 　　)A．泡菜制作过程中，酵母菌将葡萄糖分解成乳酸B．馒头制作过程中，酵母菌进行呼吸作用产生CO2C．米酒制作过程中，将容器密封可以促进酵母菌生长D．酸奶制作过程中，后期低温处理可产生大量乳酸杆菌
解析：在泡菜制作过程中，乳酸菌将葡萄糖分解成乳酸，A错误；在馒头制作过程中，酵母菌进行细胞呼吸产生CO2，从而使馒头变得松软，B正确；在米酒制作过程中，将容器密封的目的是让酵母菌进行无氧呼吸产生酒精，将容器密封不利于酵母菌生长，C错误；在酸奶制作过程中，后期低温处理的目的是抑制微生物的生长，延长保质期，D错误。
〔变式训练2〕　(2023·海南八校联考)杨梅果实风味独特、酸甜适中，具有很高的营养和保健价值。如图是制作杨梅酒和杨梅醋的流程图。请回答下列问题：(1)传统发酵中，发酵液虽然未经过严格的灭菌处理，但杂菌却不能正常生长繁殖，这是由于果酒发酵的_______________条件抑制了杂菌的生长。常用来检测酒精的化学试剂是__________________。
(2)果酒制作过程中，酵母菌无氧呼吸产生酒精的场所是_______________，该阶段应该将温度控制为______________；温度适宜时果酒发酵时间较短，原因是_________________________________________________。(3)杨梅醋的发酵过程中，除必需的营养物质外，还需要往发酵液中持续地通入______________________。
该温度下与果酒发酵相关的酶活性高，发酵速
无菌氧气(或无菌空气)
(4)如图表示果酒发酵过程中，发酵液的糖度(葡萄糖的浓度)和酒精度(酒精浓度)随时间变化的曲线。发酵前24 h，糖度变化很小，酒精度上升很慢，其原因是_________________________________________。96 h后酒精度和糖度的变化都趋于平缓，其原因是____________________________________________________________。
此阶段酵母菌主要进行有氧呼吸，大量增殖
浓度的酒精会抑制酵母菌的代谢而影响发酵
解析：(1)传统发酵中，发酵液虽然未经过严格的灭菌处理，但杂菌却不能正常生长繁殖，这是由于果酒发酵的缺氧、呈酸性条件抑制了杂菌的生长。酒精可用酸性重铬酸钾检测。(2)酵母菌无氧呼吸的场所是细胞质基质，果酒发酵的适宜温度是18～30 ℃；温度适宜时果酒发酵时间较短，原因是该温度下与果酒发酵相关的酶活性最高，发酵速度快。(3)参与果醋制作的醋酸菌是好氧细菌，因此杨梅醋的发酵过程中，除必需的营养物质外，还需要往发酵液中持续地通入无菌氧气(或无菌空气)。
(4)发酵前24 h，糖度变化很小，酒精度上升很慢，其原因是此阶段酵母菌主要进行有氧呼吸，大量增殖。96 h后酒精度和糖度的变化都趋于平缓，其原因是营养物质的消耗、高浓度的酒精会抑制酵母菌的代谢而影响发酵。
考点二 发酵工程及其应用
知|识|巩|固1．发酵工程基本环节____________→____________→_______________→______→_____→__________________→_____________________→____________。
2．啤酒的工业化生产流程及操作目的
4．发酵工程的应用(1)在食品工业上的应用①生产传统的发酵产品。②生产各种各样的_______________。③生产_________。(2)在医药工业上的应用①获得具有____________生产能力的微生物。
②直接对______进行改造，再通过发酵技术大量生产所需要的产品。③利用基因工程，将病原体的________________________基因转入适当的微生物细胞，获得的表达产物可以作为疫苗使用。(3)在农牧业上的应用：生产微生物________________________。(4)其他方面的应用①利用纤维废料发酵生产_______________等能源物质。②极端微生物的应用：嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产_________，嗜低温菌有助于提高_______________的产量。
思|维|辨|析易错整合，判断正误。(1)性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来，也可以通过杂交育种或基因工程育种获得。( 　　)(2)发酵工程中一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。因此培养基和发酵设备都必须经过严格的消毒。( 　　)(3)分离、提纯产物是发酵工程的中心环节。( 　　)(4)啤酒的发酵过程分为主发酵和后发酵两个阶段。酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成都在后发酵阶段完成。( 　　)
延|伸|探|究1．青霉素发酵是高耗氧过程，如何能够在发酵过程中给微生物持续高效地供氧呢？(提示：血红蛋白具有携带O2的能力。)提示：可以用基因工程的方法，将血红蛋白基因转入青霉素生产菌来提高菌体对氧的吸收和利用率。
2．在青霉素发酵过程中，总有头孢霉素产生。人们通过对青霉素生产菌代谢途径的研究发现，在青霉素与头孢霉素的合成过程中，它们有一个共同的前体，这个前体经过两种不同酶的作用分别合成两个产物。如何改造青霉素生产菌使其只生产青霉素，或者只生产头孢霉素呢？提示：可以对两种酶的基因进行改造或敲除其中一种酶的基因，从而使青霉素生产菌只生产一种产物。
3．引起全球新冠肺炎大流行的元凶是新冠病毒，利用发酵工程相关知识，如何大量生产新冠病毒疫苗？提示：可将新冠病毒的抗原基因转入某种微生物体内，再通过发酵工程大量生产新冠病毒疫苗。
重|难|精|讲发酵工程基本环节
易错提醒：发酵过程的监控和发酵条件的控制会直接影响产品的质量和产量。在发酵过程中要随时检测培养液中微生物数量、产物浓度以了解发酵进程；还要及时添加必备的营养物质来延长菌体生长稳定期的时间，以便得到更多的发酵产品；同时要严格控制温度、pH、溶解氧等发酵条件，来保证产品的产量和质量。
考向　围绕发酵工程及其应用，考查实验探究能力　 (2022·山东卷改编)啤酒的工业化生产中，大麦经发芽、焙烤、碾磨、糖化、蒸煮、发酵、消毒等工序后，最终过滤、调节、分装。下列说法错误的是( 　　)A．用赤霉素处理大麦，可使大麦种子无须发芽就能产生α－淀粉酶B．焙烤是为了利用高温杀死大麦种子胚并进行灭菌C．糖浆经蒸煮、冷却后需接种酵母菌进行发酵D．通过转基因技术可减少啤酒酵母双乙酰的生成，缩短啤酒的发酵周期
解析：赤霉素能促进种子萌发，故用赤霉素处理大麦，可诱导α－淀粉酶相关基因的表达，促进α－淀粉酶的合成，使大麦种子无须发芽就能产生α－淀粉酶，A正确；焙烤是为了利用高温杀死大麦种子胚并保持酶的活性，不是为了灭菌，B错误；糖浆经蒸煮、冷却后再接种酵母菌进行发酵，防止高温杀死菌种，C正确；转基因技术已被用来减少啤酒酵母双乙酰的生成，缩短啤酒的发酵周期，D正确。
〔变式训练1〕　(2024·辽宁六校联考)下列对发酵工程及其应用的叙述，正确的有( 　　)①用诱变育种或基因工程等方法选育出性状优良的菌种并进行扩大培养②用单细胞蛋白制成的微生物饲料，可通过发酵工程从微生物细胞中提取③发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身④啤酒的工业化生产过程中，酒精的产生积累主要在后发酵阶段完成
⑤生产柠檬酸需要筛选产酸量高的黑曲霉⑥生产谷氨酸需将pH调至中性或弱碱性⑦利用发酵工程生产的根瘤菌肥作为微生物农药可以促进植物生长A．2项 B.3项 C.4项 D.5项
解析： 诱变育种和基因工程等方法都能够改变微生物的遗传性状，进而可以从中选育出性状优良的菌种，并进行扩大培养，①正确；单细胞蛋白即微生物菌体，不需要从微生物细胞中提取，②错误；发酵工程的产品可以是微生物的代谢物、酶以及菌体本身，③正确；啤酒发酵的过程分为主发酵和后发酵两个阶段，但酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成都在主发酵阶段完成，主发酵结束后在低温、密闭环境下储存一段时间属于后发酵，因此酒精的产生积累主要在主发酵阶段，④错误；利用高产黑曲霉生产柠檬酸，⑤正确；谷氨酸是由谷氨酸棒状杆菌生产的，谷氨酸棒状杆菌在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸，⑥正确；根瘤菌肥作为微生物肥料，可以通过根瘤菌的固氮作用，增加土壤中的氮肥量，促进植物生长，⑦错误，综上，C正确。
〔变式训练2〕　啤酒是以麦芽汁为原料，经酿酒酵母发酵制得。传统啤酒酿造过程中，发酵在敞开式发酵池中进行，麦芽汁中接入酵母后通入大量无菌空气，之后会产生大量气体翻腾逸出，在麦芽汁表面形成25～30 cm厚的气泡层(泡盖)，然后停止通气，进入静止发酵阶段。一段时间后可得啤酒。下列说法错误的是( 　　)A．用赤霉素溶液浸泡大麦种子可以有效促进α－淀粉酶合成，增加麦芽汁中可发酵糖的含量B．静止发酵阶段酵母菌主要进行无氧呼吸C．泡盖的形成是由于酵母菌有氧呼吸产生CO2，能将麦芽汁与空气隔绝D．麦芽汁仅能为酿酒酵母的发酵过程提供碳源和水
解析：赤霉素能促进种子萌发，制作麦芽汁之前用含有赤霉素的溶液浸泡大麦种子，可以有效促进α－淀粉酶合成，将淀粉水解为麦芽糖，进而增加麦芽汁中可发酵糖的含量，A项正确；麦芽汁不仅能为酿酒酵母的发酵过程提供碳源和水，还能提供氮源、无机盐，D项错误。
素养提升 · 强化思维
真|题|再|现1．(2023·山东卷)以下是以泡菜坛为容器制作泡菜时的4个处理：①沸盐水冷却后再倒入坛中；②盐水需要浸没全部菜料；③盖好坛盖后，向坛盖边沿的水槽中注满水；④检测泡菜中亚硝酸盐的含量。下列说法正确的是( 　　)A．①主要是为了防止菜料表面的醋酸杆菌被杀死B．②的主要目的是用盐水杀死菜料表面的杂菌C．③是为了使气体只能从泡菜坛排出而不能进入D．④可检测到完整发酵过程中亚硝酸盐含量逐渐降低
解析： 盐水煮沸是为了杀灭杂菌，冷却之后使用是为了保证乳酸菌等微生物的生命活动不受影响，A错误；②盐水需要浸没全部菜料，造成无氧环境，有利于乳酸菌无氧呼吸，B错误；③盖好坛盖后，向坛盖边沿的水槽中注满水，是排气减压、隔绝空气、防止杂菌污染等，C正确；④检测泡菜中亚硝酸盐的含量，腌制泡菜过程中亚硝酸盐的含量先增多后减少，D错误。故选C。
2．(2023·北京卷)高中生物学实验中，下列实验操作能达成所述目标的是( 　　)A．用高浓度蔗糖溶液处理成熟植物细胞观察质壁分离B．向泡菜坛盖边沿的水槽中注满水形成内部无菌环境C．在目标个体集中分布的区域划定样方调查种群密度D．对外植体进行消毒以杜绝接种过程中的微生物污染
解析：成熟的植物细胞有中央大液泡，用高浓度蔗糖溶液处理，细胞会失水，成熟植物细胞能发生质壁分离，A正确；向泡菜坛盖边沿的水槽中注满水形成内部无氧环境，不能创造无菌环境，B错误；在用样方法调查种群密度时，应该做到随机取样，而不是在目标个体集中分布的区域划定样方调查种群密度，C错误；对外植体进行消毒可以减少外植体携带的微生物，但不能杜绝接种过程中的微生物污染，D错误。故选A。
3．(2023·山东卷改编)果酒的家庭制作与啤酒的工业化生产相比，共同点是( 　　)A．都利用了酵母菌有氧呼吸产生酒精的原理B．都需要一定的有氧环境供发酵菌种繁殖C．发酵前都需要对原料进行灭菌D．发酵结束后都必须进行消毒以延长保存期解析：二者均利用了酵母菌进行无氧呼吸产生酒精的原理，A错误；发酵前期，均需要一定的有氧环境，使酵母菌大量繁殖，B正确；果酒的家庭制作不需对原料进行灭菌，C错误；果酒的家庭制作不需要进行消毒，D错误。故选B。
4．(2023·广东卷)研究者拟从堆肥中取样并筛选能高效降解羽毛、蹄角等废弃物中角蛋白的嗜热菌。根据堆肥温度变化曲线(如图)和选择培养基筛选原理来判断，下列最可能筛选到目标菌的条件组合是( 　　)A．a点时取样、尿素氮源培养基B．b点时取样、角蛋白氮源培养基C．b点时取样、蛋白胨氮源培养基D．c点时取样、角蛋白氮源培养基
解析：研究目的是筛选能高效降解羽毛、蹄角等废弃物中角蛋白的嗜热菌，因此既要耐高温，又要能够高效降解角蛋白，所以在c点取样，并且用角蛋白氮源培养基进行选择培养，所以D正确，A、B、C错误。故选D。
5．(2021·山东卷)葡萄酒的制作离不开酵母菌。下列说法错误的是( 　　)A．无氧条件下酵母菌能存活但不能大量繁殖B．自然发酵制作葡萄酒时起主要作用的菌是野生型酵母菌C．葡萄酒的颜色是葡萄皮中的色素进入发酵液形成的D．制作过程中随着发酵的进行发酵液中糖含量增加
解析：酵母菌在无氧条件下发酵产生酒精，故无氧条件下酵母菌能进行无氧呼吸，可以存活，但不能大量繁殖，A正确；自然发酵制作葡萄酒时起主要作用的菌是葡萄皮上的野生型酵母菌，B正确；葡萄皮中的色素进入发酵液使葡萄酒呈现颜色，C正确；制作过程中随着发酵的进行发酵液中糖含量减少，D错误。
6．(2021·辽宁卷)利用菠萝蜜制作果醋的大致流程为：先在灭菌的果肉匀浆中接种酵母菌，发酵6天后，再接入活化的醋酸杆菌，发酵5天。下列有关叙述错误的是( 　　)A．乙醇既是醋酸发酵的底物，又可以抑制杂菌繁殖B．酵母菌和醋酸杆菌均以有丝分裂的方式进行增殖C．酵母菌和醋酸杆菌发酵过程中控制通气的情况不同D．接入醋酸杆菌后，应适当升高发酵温度
解析：当缺少糖源时，醋酸杆菌将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为乙酸，同时乙醇还可以抑制杂菌繁殖，A正确；酵母菌一般以出芽的方式繁殖，醋酸杆菌以二分裂的方式进行增殖，B错误；酵母菌发酵过程中先通气使其大量繁殖，再密闭发酵产乙醇；醋酸杆菌为好氧菌，需持续通入无菌氧气，C正确；酵母菌适宜温度是18～30 ℃，醋酸杆菌最适温度为30～35 ℃，D正确。
7．(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。工艺流程如图。
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)
的条件下，其他杂菌因失水过多而死亡；pH为10的条件下，其他杂菌的酶变性失活，生长繁殖受抑制
(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____________________________。
蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等
解析：(1)根据题意分析，该实验的目的是提高菌株H对蔗糖的耐受能力和利用效率，结合微生物的代谢需求，其液体培养基应该以蔗糖作为唯一碳源，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稀释涂布平板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诱变育种、基因工程育种等。(2)已知，菌株H具有嗜盐、酸碱耐受能力强等特性，因此当培养基盐浓度为60 g/L，pH为10时，菌株H可正常持续发酵60 d以上。因为盐浓度为60 g/L的条件下，其他杂菌因失水过多而死亡；pH为10的条件下，其他杂菌的酶变性失活，生长繁殖受抑制，故该系统不需要灭菌。