2024届高考生物一轮复习第十二单元发酵工程第1讲传统发酵技术的应用课件

这是一份2024届高考生物一轮复习第十二单元发酵工程第1讲传统发酵技术的应用课件，共60页。PPT课件主要包含了自主学习·巩固基础，实验设计与操作，酒精发酵，乳酸菌，配制泡菜盐水，调味料，微生物，选育和培养，反复试验，自然界等内容，欢迎下载使用。

知识点一　果酒和果醋的制作[自主学习]1.制作原理
6CO2+12H2O+能量
[自主检测]1.思考判断(1)醋酸菌在无氧条件下利用乙醇产生乙酸。(　　)(2)酵母菌是嗜温菌，所以果酒发酵所需的最适温度高于果醋发酵所需的最适温度。(　　)(3)在果酒发酵后期拧开瓶盖的间隔时间可延长。(　　)(4)在家庭中用新鲜葡萄制作果酒时，需给发酵装置适时排气。(　　)(5)在制作果酒、果醋时，适当加大接种量可以提高发酵速率、抑制杂菌生长繁殖。(　　)
2.深挖教材(1)你认为应该先冲洗葡萄还是先除去枝梗?为什么?___________________________________________________________________________________________________________________________。  (2)你认为应该从哪些方面防止发酵液被污染?___________________________________________________________________________________________________________________________。 
提示：应该先冲洗葡萄，然后再除去枝梗，以避免除去枝梗时引起葡萄破损，增加被杂菌污染的机会
提示：要先冲洗葡萄，再除去枝梗；榨汁机、发酵装置要清洗干净，并进行酒精消毒；每次排气时只需拧松瓶盖，不要完全揭开瓶盖等
(3)制葡萄酒时，为什么要将温度控制在18~30 ℃?制葡萄醋时，为什么要将温度控制在30~35 ℃?__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 
提示：温度是酵母菌、醋酸菌生长和发酵的重要条件。18~30 ℃最适合酵母菌的繁殖，因此果酒发酵时需将温度控制在18~30 ℃；醋酸菌的最适生长温度为30~35 ℃，因此制作果醋时要将温度控制在30~35 ℃
知识点二　泡菜的制作[自主学习]
[自主检测]1.思考判断(1)泡菜制作的菌种主要是醋酸菌。(　　)(2)制作泡菜时，盐水煮沸后可以立即使用。(　　)(3)泡菜坛的选择、发酵过程中坛沿注满水都有利于泡菜的无氧发酵。(　　)(4)泡菜的制作前期需要通入氧气，后期应严格保持无氧条件。(　　)(5)与人工接种的发酵相比，自然发酵获得的产品品质更好。(　　)
2.深挖教材(1)为什么日常生活中要多吃新鲜蔬菜，不宜多吃腌制蔬菜?___________________________________________________________________________________________________________________________。 (2)为什么泡菜坛内有时会长一层白膜?你认为这层白膜是怎么形成的?__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 
提示：在腌制过程中，蔬菜中的硝酸盐会被微生物还原成亚硝酸盐，亚硝酸盐摄入过量或在特定条件下，会危害人体健康
提示：泡菜坛内形成白膜是由于产膜酵母的繁殖。酵母菌是兼性厌氧微生物，泡菜发酵液营养丰富，其表面氧气含量也较丰富，适合酵母菌繁殖
知识点三　发酵工程及其应用[自主学习]1.发酵工程利用________的特定功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品，它涉及菌种的__________、产物的分离和提纯等方面。 
2.发酵工程的基本环节
诱变育种或基因工程育种
3.啤酒的工业化生产流程
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，如____________。 ②生产食品添加剂，如通过________发酵制得的柠檬酸，由______________发酵生产味精。 ③生产酶制剂，如α－淀粉酶、β－淀粉酶、脂肪酶等。(2)在医药工业上的应用：__________工程、________工程等的广泛应用给发酵工程制药领域的发展注入了强劲动力。 
(3)在农牧业上的应用。①生产微生物肥料：根瘤菌肥、________肥等。 ②生产微生物农药：苏云金杆菌防治农林虫害，________防治玉米螟、松毛虫等。 ③生产微生物饲料：单细胞蛋白。(4)在其他方面的应用：发酵工程正渗透到几乎所有的工农业领域，在助力解决_________、_________、_________和__________等方面的重大问题上，做出了越来越大的贡献。 
[自主检测]1.思考判断(1)发酵工程利用的菌种都是从自然界中筛选出来的。(　　)(2)发酵工程的中心环节是选育菌种。(　　)(3)发酵工程中要对培养基进行灭菌，发酵设备不用灭菌。(　　)(4)利用微生物农药防治农林虫害属于化学防治。(　　)(5)微生物饲料主要是利用发酵工程生产的微生物的菌体。(　　)(6)以大豆为主要原料，利用产生蛋白酶的细菌，将原料中的蛋白质水解成小分子的肽和氨基酸，然后经淋洗、调制可以制成酱油产品。(　　)
2.深挖教材(1)某镇与外界的空气对流循环较缓慢，具有独特的微生物种群，这对你理解发酵工程中菌种选育的重要性有什么启示?___________________________________________________________________________________________________________________________。 
提示：菌种选育时需要相对稳定且独特的环境条件，有利于微生物生长繁殖，形成稳定的、具有特殊能力的高产菌种
(2)怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要?________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 
提示：对温度条件的调控可通过向冷却夹层通入冷水来调控；pH条件的调控可在培养基中加入缓冲液，在发酵过程中加酸或碱；溶解氧的调控需根据微生物的代谢类型，若微生物是需氧型的，可通过空气入口通入空气，并调整搅拌叶轮转速增加溶解氧，若微生物是厌氧型的，需封闭空气入口，建立厌氧环境等
重点一 果酒和果醋的制作[深度讲解]1.果酒和果醋制作过程的比较
2.果酒和果醋制作成功的关键点
[考向预测](一)考查果酒和果醋的制作过程及注意事项(素养目标：科学探究)1.下面是利用微生物制作葡萄酒的流程示意图，请回答下列有关问题：
(1)葡萄酒制作的原理是利用________菌分解葡萄糖生成____________，该物质在无氧条件下，转变成酒精。葡萄为酵母菌提供水、________、__________、__________等生长繁殖必需的物质。 (2)葡萄除梗应在冲洗后完成，原因是___________________________________________。 (3)葡萄酒制作过程中，在有氧条件下，通过控制________和________措施，使酵母菌大量繁殖而成为优势菌种。由于酵母菌能在缺氧、________的发酵液中生长繁殖，而大多数微生物不能，所以果酒制作过程不需严格灭菌。 
避免除梗时引起葡萄破损，增加被杂菌污染的机会　
(4)在葡萄酒制作过程中出现葡萄酒变酸现象，其原因可能是发酵液中混有的乳酸菌发酵产生乳酸；也可能是____________________，导致醋酸菌生长繁殖，产生乙酸。 
(二)考查果酒和果醋发酵装置的分析(素养目标：科学思维)2.在传统发酵技术中，果醋的制作往往在果酒的制作基础上进行。下图甲是乙酸发酵装置，乙是培养液pH变化曲线图。下列叙述正确的是(　　)A.发酵初期不通气，溶液中没有气泡产生B.中期可以闻到酒香，说明进行了酒精发酵C.后期接种醋酸菌，适当通气并保持原有温度D.图乙中能正确表示pH变化的曲线是③【答案】B　
【解析】发酵初期不通气，酵母菌先利用发酵装置中的氧气进行有氧呼吸产生CO2和水，然后再进行酒精发酵产生酒精和CO2，因此溶液中有气泡产生，A错误；酒精是酵母菌无氧呼吸产生的，若中期可以闻到酒香，说明进行了酒精发酵，B正确；果酒制作需要无氧条件，且发酵温度一般为18~30 ℃，而果醋制作需要氧气，且发酵温度一般为30~35 ℃，所以后期接种醋酸菌，应适当通气并提高发酵温度，C错误；果酒制作过程中，酵母菌进行无氧呼吸产生酒精和CO2，pH会稍有下降，接种醋酸菌后产生醋酸，pH会下降得更快，因而图乙中能正确表示pH变化的曲线是②，D错误。
重点二 泡菜的制作[深度讲解]泡菜的制作(1)制作流程。
(2)泡菜制作中的注意事项。
(3)泡菜腌制过程中，乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的变化。
注：亚硝酸盐是硝酸盐还原菌促进硝酸盐还原形成的，而不是硝化细菌氧化氨形成的。
[考向预测]考查泡菜的制作过程及注意事项(素养目标：科学探究)利用微生物制作发酵食品在我国有着悠久的历史，泡菜即是其中之一。下图为泡菜制作的方法：
请回答下列问题。(1)制作泡菜利用的微生物主要是__________。发酵初期，泡菜坛水槽内经常有气泡产生，其主要原因是发酵初期____________________等生长旺盛，产生较多的________所致。泡菜坛长时间放置，坛内有时会长出一层白膜，与白膜形成有关的主要微生物是______________。 (2)装坛时往往加入“陈泡菜水”，这是为了增加______________的量。调味料除了蒜瓣、生姜及其他香辛料外，还要加入少量白酒，能使泡菜更加脆爽、清香，同时还能起到________________的作用。 (3)泡菜腌制的质量可以从________________、__________________等方面来评价。
(4)泡菜制作过程中，泡菜表面杂菌产生的硝酸还原酶将硝酸盐还原成亚硝酸盐，在特定条件下能转变成有致癌作用的亚硝胺。下图是三种食盐浓度的泡菜中亚硝酸盐含量与发酵天数的关系。
①与食盐浓度为3%、7%相比较，食盐浓度为5%的泡菜中亚硝酸盐含量变化的特点是________________________________________________。 ②发酵初期食盐浓度为7%的泡菜中亚硝酸盐含量较低的原因主要是________________________________________________________________________________________。 ③泡菜虽然美味却不宜过量食用。根据图中的相关数据，对泡菜腌制和食用的合理建议有____________________________________________________________________________________。 
亚硝酸盐含量变化最快，亚硝酸盐峰值最高，最低值最低
高盐浓度有利于抑制杂菌的生长繁殖，产生的硝酸还原酶少，减缓了硝酸盐的还原　
使用适宜浓度(或5%浓度)的食盐腌制泡菜、泡菜腌制到一定时间后(或9~11天后)才能
【解析】(1)制作泡菜利用的微生物主要是乳酸菌，利用乳酸菌厌氧呼吸产生乳酸。发酵初期，大肠杆菌、酵母菌等生长旺盛，产生较多的CO2，因此泡菜坛水槽内经常有气泡产生。泡菜坛长时间放置，坛内有时会长出一层白膜，与白膜形成有关的主要微生物是酵母菌。(2)“陈泡菜水”中含有乳酸菌，装坛时往往加入“陈泡菜水”是为了增加接种(乳酸菌)的量。调味料除了蒜瓣、生姜及其他香辛料外，还要加入少量白酒，能使泡菜更加脆爽、清香，同时还能起到抑制杂菌生长的作用。(3)泡菜腌制的质量可以从色泽和风味、乳酸菌含量等方面来评价。
(4)①从图中可以看出，与食盐浓度为3%、7%相比较，食盐浓度为5%的泡菜中亚硝酸盐含量变化的特点是亚硝酸盐含量变化最快；亚硝酸盐峰值最高，最低值最低。②高盐浓度有利于抑制杂菌的生长繁殖，产生的硝酸还原酶少，减缓了硝酸盐还原，因此发酵初期食盐浓度为7%的泡菜中亚硝酸盐含量较低。③泡菜虽然美味却不宜过量食用。根据图中的相关数据，对泡菜腌制和食用的合理建议有使用适宜浓度(或5%浓度)的食盐腌制泡菜、泡菜腌制到一定时间后(或9~11天后)才能食用。
重点三 发酵工程及其应用[深度讲解]1.发酵工程的基本环节
2.发酵装置——大型发酵罐的结构示意图
(1)搅拌叶轮在发酵过程中的作用。①通过叶轮的搅拌作用，使培养基在发酵罐内得到充分的混合，尽可能使微生物在发酵罐里的每一处均能得到充足的氧气和培养基中的营养物质。②良好的搅拌有利于微生物发酵过程中产生的热量传递给冷却介质。③搅拌能使发酵液充分混合，使发酵罐的发酵液中的固型物质保持悬浮状态。
(2)发酵罐中发酵条件的控制。①温度的控制：发酵过程中可以通过温度传感器和控制装置进行检测和由冷却水进、出口水流来调整。②溶解氧的控制：通过通气量和搅拌速度进行调节。③pH的控制：可以通过pH计检测，并由加料装置添加酸或碱进行调节，也可以在培养基中添加pH缓冲液等。计算机应用的发酵工程中实现了对温度、酸碱度、通气量、转速的自动记录和自动控制。
(3)与传统的容器相比，发酵罐最明显的优势。发酵罐能实现大规模连续生产，最大限度地利用原料和设备，获得高产量和高效率。①进行严格灭菌，能使空气按需要流通，从而提供良好的发酵环境。②实施搅拌、振荡以促进微生物生长。③对温度、压力、空气流量实行自动控制。④通过各种生物传感器测定发酵罐内菌体浓度、营养成分、产品浓度等，并用电脑随时调节发酵进程。
[考向预测](一)考查发酵工程的基本环节(素养目标：科学探究)1.发酵工程的过程依次是(　　)①提取目的基因　②发酵过程　③动物细胞融合　④菌种的选育　⑤固定化　⑥灭菌　⑦扩大培养　⑧植物组织培养　⑨培养基配制　⑩分离提纯A.①⑦⑥⑤⑩B.①④⑥⑦⑤⑩C.④⑥⑦⑤⑩D.④⑨⑥⑦②⑩ 【答案】D　【解析】发酵工程的过程依次是菌种的选育、培养基配制、灭菌、扩大培养、发酵过程、分离提纯。
(二)发酵工程的应用(素养目标：科学探究)2.如图所示为发酵工程生产产品的流程图：
(1)能生产人生长激素的工程菌是通过①培养的，①是________________；高产青霉素菌种是通过②培育的，②是____________。 (2)整个过程的中心阶段是________，要随时取样检测培养基中的细菌数目、产物浓度等。同时，要严格控制__________________和通气量、转速等发酵条件。 (3)若⑤是单细胞蛋白，则⑤的本质是____________，可采用____________等方法将菌体从培养液中分离出来；若⑥是氨基酸、维生素、抗生素等代谢物，可采用______________________等方法进行提取。(4)在发酵过程中要不断搅拌的目的有：①________________；②__________________________________________。 
溶氧量、 温度、pH　
蒸馏、萃取、离子交换　
使菌种与培养液充分接触，提高原料的利用率
【解析】(1)在发酵生产中，菌种的优劣对产品产量的高低、质量的好坏起着重要的作用，在具体的生产过程中，首先要挑选符合生产要求的优良菌种。微生物育种常采用基因工程把目的基因导入工程菌进行菌种的改造，采用物理或化学诱变的方法筛选优良高产的突变菌种，还可以通过原生质体融合(细胞工程)构建工程菌。(2)在发酵生产中，需要根据发酵的目的和要求控制好发酵的条件，如温度、pH、溶氧量等，为微生物提供适宜的生长条件。
(3)发酵生产的最后环节是经分离和提纯获得产品，产物有两种，一种是微生物的代谢产物，如氨基酸、维生素；另一种是微生物菌体本身，如单细胞蛋白。可采用过滤、沉淀等方法将菌体从培养液中分离出来；代谢产物可采用蒸馏、萃取、离子交换等方法进行提取。(4)在发酵过程中要不断搅拌的目的是增加溶氧量，使菌种与培养液充分接触，提高原料的利用率。
1.(2022年山东卷)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【答案】B　
【解析】赤霉素能促进种子的萌发，据此可推测若用赤霉素处理大麦，可诱导α－淀粉酶相关基因的表达，促进α－淀粉酶的合成，进而使大麦种子无须发芽就能产生α－淀粉酶，A正确；焙烤可以杀死大麦种子的胚，但不使淀粉酶失活，没有进行灭菌，B错误；糖浆经蒸煮(产生风味组分、终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌)、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，属于转基因技术在微生物领域的应用，D正确。
2.(2021年湖北卷)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菌【答案】B　
【解析】泡菜制作过程中，主要是乳酸菌将葡萄糖分解形成乳酸，A错误；做馒头或面包时，经常用到酵母菌，酵母菌可以分解面粉中的葡萄糖，产生二氧化碳和酒精，二氧化碳是气体，遇热膨胀而形成小孔，使得馒头或面包松软多孔，B正确；酵母菌在有氧条件下可以大量繁殖，在密封也就是无氧条件下产生酒精，C错误；酸奶制作过程中，后期低温处理时大部分乳酸菌已死亡，不会大量繁殖，D错误。
3.(2021年全国乙卷)工业上所说的发酵是指微生物在有氧或无氧条件下通过分解与合成代谢将某些原料物质转化为特定产品的过程。利用微生物发酵制作酱油在我国具有悠久的历史。某企业通过发酵制作酱油的流程示意图如下。
回答下列问题：(1)米曲霉发酵过程中，加入大豆、小麦和麦麸可以为米曲霉的生长提供营养物质，大豆中的________可为米曲霉的生长提供氮源，小麦中的淀粉可为米曲霉的生长提供________。 (2)米曲霉发酵过程的主要目的是使米曲霉充分生长繁殖，大量分泌制作酱油过程所需的酶类，这些酶中的________、________能分别将发酵池中的蛋白质和脂肪分解成易于吸收、风味独特的成分，如将蛋白质分解为小分子的肽和__________________________。 米曲霉发酵过程需要提供营养物质、通入空气并搅拌，由此可以判断米曲霉属于________(填“自养厌氧”“异养厌氧”或“异养好氧”)微生物。 
(3)在发酵池发酵阶段添加的乳酸菌属于___________________(填“真核生物”或“原核生物”)；添加的酵母菌在无氧条件下分解葡萄糖的产物是________________。在该阶段抑制杂菌污染和繁殖是保证酱油质量的重要因素，据图分析该阶段中可以抑制杂菌生长的物质是_____________________(答出1点即可)。 
【解析】(1)大豆中含有丰富蛋白质，可为微生物的生长繁殖提供氮源。小麦中的淀粉可以为微生物的生长繁殖提供碳源。(2)米曲霉在发酵过程中产生的蛋白酶能将蛋白质分解为小分子的肽和氨基酸，产生的脂肪酶能将脂肪分解为甘油和脂肪酸，使发酵的产物具有独特的风味。米曲霉发酵时需要利用现有的有机物，且需要氧气，说明其代谢类型是异养好氧型。(3)乳酸菌没有核膜包被的细胞核，属于原核生物。酵母菌属于兼性厌氧型微生物，既可以进行有氧呼吸，也可以进行无氧呼吸，无氧呼吸的产物是酒精和二氧化碳。在发酵池中酵母菌产生的酒精能抑制杂菌的生长，乳酸菌产生的乳酸使发酵液呈酸性也能抑制杂菌的生长，同时往发酵池中添加的食盐也能抑制杂菌的生长。
易错探因几种常用的发酵工程菌种的生活方式容易混淆，制作果酒的酵母菌属于异养兼性厌氧型，制作果醋的醋酸菌属于异养好氧型，制作泡菜的乳酸菌属于异养厌氧型。
4.(2022年湖南卷)黄酒源于中国，与啤酒、葡萄酒并称世界三大发酵酒。发酵酒的酿造过程中除了产生乙醇外，也产生不利于人体健康的氨基甲酸乙酯(EC)。EC主要由尿素与乙醇反应形成，各国对酒中的EC含量有严格的限量标准。回答下列问题：(1)某黄酒酿制工艺流程如图所示，图中加入的菌种a是______，工艺b是______(填“消毒”或“灭菌”)，采用工艺b的目的是_________________________________________________________________。 
杀死黄酒中全部的微生物及芽孢、孢子，防止成品酒变酸或腐败变质
(2)以尿素为唯一氮源的培养基中加入________指示剂，根据颜色变化，可以初步鉴定分解尿素的细菌。尿素分解菌产生的脲酶可用于降解黄酒中的尿素，脲酶固定化后稳定性和利用效率提高，固定化方法有______________________________________(答出两种即可)。 
化学结合法、包埋法、物理吸附法
(3)研究人员利用脲酶基因构建基因工程菌L，在不同条件下分批发酵生产脲酶，结果如图所示。推测________是决定工程菌L高脲酶活力的关键因素，理由是______________________________________________ ____________________________________________________________。 
两图中脲酶活力随时间变化的曲线基本一致，而维持pH在6.5不变与pH从6.5降为4.5相比较而言，酶活力值始终要高
(4)某公司开发了一种新的黄酒产品，发现EC含量超标。简要写出利用微生物降低该黄酒中EC含量的思路：_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
方案一：配制一种选择培养基，筛选出产生EC降解酶的细菌，从细菌中分离得到EC降解酶，纯化的EC降解酶进行固定化操作后，加入该黄酒中方案二：配制一种选择培养基，筛选出产生脲酶的细菌，从细菌中分离得到脲酶，纯化的脲酶进行固定化操作后，在黄酒工艺流程的发酵环节中加入
【解析】(1)制造果酒利用的是酵母菌的无氧呼吸，加入的菌种a是酵母菌。过滤能除去啤酒中部分微生物，工艺b是灭菌，灭菌能杀死啤酒中全部微生物，包括芽孢和孢子，防止杂菌污染，延长其保存期。黄酒酿造好后需经煎酒(灭菌)后灌坛贮存，贮存一定时间后，经过滤，灌瓶压盖、灭菌、包装。(2)由于细菌分解尿素的过程中合成脲酶，脲酶将尿素分解成氨，会使培养基碱性增强，pH升高，所以可以用检测pH变化的方法来判断尿素是否被分解，故在以尿素为唯一氮源的培养基中加入酚红指示剂可以鉴别尿素分解菌。固定化酶实质上是将相应酶固定在不溶于水的载体上，实现酶的反复利用，并提高酶稳定性，酶的各项特性(如高效性、专一性和作用条件的温和性)依然保持。固定化酶的方法包括化学结合法、包埋法、物理吸附法等。