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新教材高考生物一轮复习第10单元发酵工程第1讲传统发酵技术的应用、发酵工程及其应用课件
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这是一份新教材高考生物一轮复习第10单元发酵工程第1讲传统发酵技术的应用、发酵工程及其应用课件，共51页。PPT课件主要包含了课标要求，备考指导，内容索引，方法步骤等内容，欢迎下载使用。
1.举例说明日常生活中的某些食品是运用传统发酵技术生产的。2.阐明发酵工程利用现代工程技术及微生物的特定功能,工业化生产人类所需产品。3.举例说明发酵工程在医药、食品及其他工农业生产上有重要的应用价值。
1.运用图解分析法理解果酒、果醋、泡菜的制作过程。2.运用比较法掌握果酒、果醋、泡菜的制作条件和注意事项。
第一环节 必备知识落实
第二环节 关键能力形成
第三环节 核心素养提升
知识筛查1.菌种来源植物体表面天然的乳酸菌。2.制作原理在无氧的情况下,乳酸菌能将葡萄糖分解成乳酸。反应式:C6H12O6 2C3H6O3(乳酸)+能量。
知识落实1.利用卷心菜发酵制作泡菜的过程中,乳酸菌、酵母菌细胞数量和pH的变化如下图所示。下列叙述错误的是( )A.酵母菌和乳酸菌均有以核膜为界限的细胞核B.发酵初期乳酸菌具有明显的优势C.前6天pH下降主要是由乳酸菌代谢引起的D.发酵中期酵母菌通过无氧呼吸进行增殖
乳酸菌是原核生物,细胞内没有以核膜为界限的细胞核,A项错误。由题图中乳酸菌和酵母菌的数量变化可知,发酵初期乳酸菌的数量远多于酵母菌,所以乳酸菌成为明显的优势菌种,B项正确。前6天,乳酸菌的数量远多于酵母菌,其产生的乳酸会降低培养液的pH,C项正确。由于整个发酵过程都是在无氧环境条件下进行的,在发酵中期(第22~26天),酵母菌数量明显增多,说明酵母菌通过无氧呼吸进行增殖,D项正确。
2.回答下列有关泡菜制作的问题。(1)制作泡菜时,将所用食盐水煮沸,目的是 。为了缩短制作时间,有人还会在冷却后的食盐水中加入少量陈泡菜液,加入陈泡菜液的目的是 。 (2)泡菜制作过程中,乳酸发酵过程即为乳酸菌进行 的过程,该过程发生在乳酸菌的 中。 (3)从开始制作到泡菜质量最佳这段时间,泡菜液逐渐变酸,泡菜坛中乳酸菌和其他杂菌的消长规律是 ,原因是 。
答案:(1)消毒 增加乳酸菌的数量(2)无氧呼吸 细胞质(3)乳酸菌数量增多,杂菌数量减少 乳酸菌比杂菌更耐酸解析:(1)食盐水中可能存在微生物,因此需要消毒;制作泡菜时,加入陈泡菜液,可增加乳酸菌的数量。(2)乳酸菌进行无氧呼吸,该过程在细胞质中进行。(3)开始时,乳酸菌和其他杂菌都繁殖,随着时间的延长,乳酸菌产生的乳酸逐渐增加,抑制了杂菌繁殖,因此泡菜坛中乳酸菌的数量逐渐增多,其他杂菌的数量逐渐减少。
知识筛查1.制作果酒、果醋相关菌种的比较
2.制作果酒和果醋的比较
知识落实1.果酒是以新鲜水果或果汁为原料,经全部或部分发酵配制而成的,在果酒的基础上继续发酵可得到果醋。下列有关果酒和果醋制作的叙述,正确的是( )A.果酒和果醋的制作都是由酵母菌完成的B.在果酒制作过程中,要定期拧松瓶盖排放CO2C.传统的葡萄酒制作一定需要人工接种菌种D.葡萄汁装入发酵瓶时,要将瓶装满
果酒的制作离不开酵母菌,果醋的制作利用的是醋酸菌,A项错误。在果酒制作过程中,要定期拧松瓶盖排放CO2,避免容器内压力过大,B项正确。传统的葡萄酒制作中起主要作用的是附着在葡萄皮上的野生酵母菌,C项错误。葡萄汁装入发酵瓶时,要留有大约1/3的空间,D项错误。
2.葡萄经发酵可产生果酒和果醋。请回答下列问题。(1)制作果酒的原理是 。为提高果酒的品质,可以在果汁中加入人工培养的酵母菌,分离酵母菌的培养基属于 (从功能上分)培养基。 (2)甲、乙、丙三个制作果酒的发酵瓶中装好发酵液后,在适宜的条件下进行发酵,如下图所示。发酵过程中,三个装置每隔一段时间均排气一次。注各发酵瓶的左侧管为充气管,右侧管为排气管。①发酵瓶甲的错误是 ,导致发酵中出现的主要异常现象是 。 ②发酵瓶丙的错误是 ,导致发酵中出现的主要异常现象是 。
(3)对比果酒和果醋的制作过程,从发酵条件来看,两者的不同点主要有① ;② 。
答案:(1)酵母菌在无氧条件下分解葡萄糖生成酒精 选择(2)①未夹住发酵瓶的充气管 不能产生酒精(或发酵液变酸) ②瓶中发酵液过多,淹没了排气管在瓶内的管口排气时发酵液从排气管流出(3)①果酒在18~30 ℃的环境中发酵,果醋在30~35 ℃的环境中发酵 ②果酒在无氧条件下发酵,果醋在有充足氧气的条件下发酵
解析:(1)制作果酒利用的是酵母菌在无氧条件下分解葡萄糖生成酒精的原理。为提高果酒的品质,可以在果汁中加入人工培养的酵母菌,分离酵母菌的培养基属于选择培养基。(2)①果酒制作利用了酵母菌的无氧呼吸,因此需要制造无氧环境,但发酵瓶甲未夹住发酵瓶的充气管,这会导致不能产生酒精(或发酵液变酸)。②无氧呼吸过程能够产生二氧化碳,发酵瓶丙中发酵液过多,淹没了排气管在瓶内的管口,导致排气时发酵液从排气管流出。(3)对比果酒和果醋的制作过程,从发酵条件来看,两者的不同点主要有两处:①果酒在18~30 ℃的环境中发酵,果醋在30~35 ℃的环境中发酵;②果酒在无氧条件下发酵,果醋在有充足氧气的条件下发酵。
知识筛查1.发酵工程的基本环节(1)发酵工程一般包括菌种的选育,扩大培养,培养基的配制、灭菌,接种,发酵,产物的分离、提纯等方面。(2)发酵罐示意图
2.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生产各种各样的食品添加剂。③生产酶制剂。(2)在医药工业上的应用①采用基因工程的方法,获得具有某种药物生产能力的微生物;或者直接对菌种进行改造,再通过发酵技术大量生产所需要的产品。②利用基因工程,将病原体的某个或某几个抗原基因转入适当的微生物细胞,获得的表达产物就可以作为疫苗使用。
(3)在农牧业上的应用①生产微生物肥料。②生产微生物农药。③生产微生物饲料。(4)在其他方面的应用①利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质。②通过电催化结合发酵的方式,用CO2合成葡萄糖和脂肪酸。③嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产洗涤剂,嗜低温菌有助于提高热敏性产品的产量。
知识落实(2022山东卷)青霉菌处在葡萄糖浓度不足的环境中时,会通过分泌青霉素杀死细菌,以保证自身生存所需的能量供应。目前已实现青霉素的工业化生产,关于该生产过程,下列说法错误的是( )A.发酵液中的碳源不宜使用葡萄糖B.可用深层通气液体发酵技术提高产量C.选育出的高产菌株经扩大培养后才可接种到发酵罐中D.青霉素具有杀菌作用,因此发酵罐不需严格灭菌
青霉菌处于葡萄糖浓度不足的环境中会通过分泌青霉素杀死细菌;提供相同含量的碳源,单位体积葡萄糖溶液中溶质微粒较多,会导致细胞失水,故发酵液中的碳源不宜使用葡萄糖,乳糖是二糖,可被水解为半乳糖和葡萄糖,是青霉菌生长的最佳碳源,可以被青霉菌缓慢利用而维持青霉素分泌的有利条件,A项正确。青霉菌的代谢类型为异养需氧型,可用深层通气液体发酵技术提高产量,B项正确。选育出的高产青霉素菌株经扩大培养纯化后,才可接种到发酵罐中进行工业化生产,C项正确。为了防止细菌、其他真菌等微生物的污染,获得纯净的青霉素,发酵罐仍需严格灭菌,D项错误。
典型例题在泡菜的制作过程中,下列叙述错误的是( )A.用清水和食盐配制质量分数为5%~20%的食盐水 B.将新鲜蔬菜切成条状或块状,晾干后装满泡菜坛C.食盐水入坛前要煮沸冷却,以防污染D.向坛盖边沿的水槽中注满水,以保证坛内的无氧环境
将新鲜蔬菜切成块状或条状,混合均匀,晾干后装入泡菜坛内;装至半坛时,放入香辛料,继续装至八成满。
整合构建1.泡菜制作的注意事项(1)材料的选择及用量①蔬菜应新鲜,若放置时间过长,蔬菜中的硝酸盐易被还原成亚硝酸盐。②用清水和食盐配制的食盐水的质量分数为5%~20%,食盐水要煮沸后冷却。煮沸有两大作用:一是除去水中的氧气;二是杀灭盐水中的微生物。(2)防止杂菌污染:每次取样时用具要洗净,要迅速封口。
(3)氧气需求①泡菜坛要选择不透气的容器,以创造无氧环境,有利于乳酸菌发酵,防止蔬菜腐烂。②向泡菜坛坛盖边沿的水槽中注满水,以保证坛内乳酸菌发酵所需的无氧环境,并在发酵过程中注意经常向水槽中补充水。(4)温度:发酵过程中温度控制在室温即可,温度过高易滋生杂菌,温度过低则会使发酵时间延长。
2.泡菜腌制过程中乳酸菌、乳酸的变化
训练突破下图为制作泡菜的实验流程示意图。请据图回答下列问题。(1)制备泡菜的食盐水的质量分数为 ,为什么食盐水需煮沸并冷却后才可使用? 。 (2)为确保发酵过程所需的无氧环境,应注意 。 (3)泡菜的制作方法不当,很容易造成泡菜变质,甚至发霉变味,试分析可能的原因。 。
答案:(1)5%~20% 加热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(2)经常补充坛盖边沿水槽中的水(3)泡菜坛密封不严、取食工具不卫生或食盐的比例过小,都会引起杂菌滋生、泡菜变质解析:(1)注意从煮沸和冷却两个方面说明操作的意图。(2)成功制作泡菜的关键是营造无氧环境,常用的方法是将坛口用水封好,防止外界空气进入。因此要经常补充坛盖边沿水槽中的水。(3)腌制过程中,要严格控制腌制条件,注意创设无氧环境,密封不严,易滋生杂菌;要控制腌制的时间、温度和食盐的用量,温度过高、食盐用量不足、腌制时间过短,都容易造成杂菌大量繁殖。
典型例题某同学利用图1所示装置制作苹果酒和苹果醋。请分析回答有关问题。
(1)可分别利用酵母菌和 制作果酒和果醋,这两种微生物的主要区别是后者为 (填“厌氧”“好氧”或“兼性厌氧”)微生物。 (2)加入苹果汁时,瓶内要留有大约1/3的空间,目的是 。 (3)酵母菌利用苹果汁进行酒精发酵的反应式为 ,密封充气口后可用 溶液检测是否有酒精生成。 (4)要利用苹果酒继续发酵生产苹果醋,接种发酵所用菌种后,需要将发酵温度改为 ,并 。 (5)图2中能表示装置内液体发酵过程中pH变化的曲线是 。
解析:(1)制作果醋所用的微生物主要是醋酸菌。酵母菌是兼性厌氧微生物,而醋酸菌是好氧微生物。(2)加入苹果汁时,瓶内要留有大约1/3的空间,是为了让酵母菌进行充分繁殖,同时防止发酵旺盛时发酵液溢出。(3)在酸性条件下,重铬酸钾溶液可与酒精反应呈现灰绿色。(4)制作果酒时所需的条件是厌氧、18~30 ℃;而制作果醋时所需的条件是有氧、30~35 ℃。(5)初期酵母菌进行酒精发酵时,产生的CO2使溶液pH略微下降;进行果醋发酵时,产生了大量的乙酸,使溶液pH快速下降,所以图2中符合条件的曲线是②。
整合构建1.果酒和果醋发酵装置的设计思路(1)因酵母菌的大量繁殖需要空气,醋酸菌是好氧细菌,所以在果酒制作的前期和果醋制作的整个过程中都需要氧气;因酵母菌是在无氧条件下产生酒精的,所以果酒制作的后期应防止氧气进入发酵瓶,故应设置可开闭的充气口。(2)在果酒和果醋的发酵过程中都有CO2产生,因此还需设排气口;为防止空气中微生物的污染,排气口应连接一个长而弯曲的胶管。(3)因要对发酵的情况进行及时监测,应设置出料口以便于取料。
2.果酒和果醋制作的注意事项(1)材料的选择与处理选择新鲜的水果(如葡萄),榨汁前先将葡萄用清水冲洗1~2次,后去除枝梗和腐烂的籽粒,以避免葡萄汁流失或因葡萄破损而增加被杂菌污染的机会。冲洗以洗去灰尘为目的,不要过度清洗,以防洗去野生酵母菌。(2)防止发酵液被污染的方法①榨汁机、发酵瓶要用洗洁精洗净并用体积分数为70%的酒精消毒,晾干备用。②装入葡萄汁后要封闭充气口。
训练突破1.(2021河北卷)葡萄酒生产过程中会产生大量的酿酒残渣(皮渣)。目前这些皮渣主要用作饲料或肥料,同时研究者也采取多种措施拓展其利用价值。回答下列问题。(1)皮渣中含有较多的天然食用色素花色苷,可用萃取法提取。萃取前将原料干燥、粉碎的目的分别是 ,萃取效率主要取决于萃取剂的 。萃取过程需要在适宜温度下进行,温度过高会导致花色苷 。研究发现,萃取时辅以纤维素酶、果胶酶处理可提高花色苷的提取率,原因是 。
(2)为了解皮渣中微生物的数量,取10 g皮渣加入90 mL无菌水,混匀、静置后取上清液,用稀释涂布平板法将0.1 mL稀释液接种于培养基上。104倍稀释对应的三个平板中菌落数量分别为78、91和95,则每克皮渣中微生物数量为 个。 (3)皮渣堆积会积累醋酸菌,可从中筛选优良菌株。制备醋酸菌初筛平板时,需要将培养基的pH调至 性,灭菌后须在未凝固的培养基中加入无菌碳酸钙粉末、充分混匀后倒平板,加入碳酸钙的目的是 。培养筛选得到的醋酸菌时,在缺少糖源的液体培养基中可加入乙醇作为 。 (4)皮渣堆积过程中也会积累某些兼性厌氧型乳酸菌。初筛醋酸菌时,乳酸菌有可能混入其中,且两者菌落形态相似。请设计一个简单实验,区分筛选平板上的醋酸菌和乳酸菌。(简要写出实验步骤和预期结果)
答案:(1)使原料和萃取剂充分接触,提高萃取效率 性质和使用量 分解 纤维素酶和果胶酶可去除植物细胞的细胞壁,便于萃取(2)8.8×106(3)中 作为缓冲物质 碳源(4)利用影印法将筛选平板上的菌落接种到新平板上,将其培养在无氧的恒温箱内,得到的菌落是乳酸菌菌落。
解析:(1)萃取前将原料干燥、粉碎的目的是使原料和萃取剂充分接触,提高萃取效率。萃取效率主要取决于萃取剂的性质和使用量。温度过高会导致花色苷分解。纤维素酶和果胶酶可以去除植物细胞的细胞壁,从而提高花色苷的提取率。(2)三个平板中菌落的平均数量为88,所以每克皮渣中微生物数量为88÷0.1×104=8.8×106(个)。(3)制备醋酸菌初筛平板时,需要将培养基的pH调至中性,加入CaCO3的目的是作为缓冲物质。乙醇可以被醋酸菌利用产生乙酸,可作为醋酸菌的碳源。(4)醋酸菌是好氧菌,乳酸菌中存在兼性厌氧菌,利用这一特性来设计实验。
2.下图为鸭梨醋饮的制作流程图。请据图回答下列问题。
(1)果酒的制作原理是先使酵母菌进行 ,以增加酵母菌的数量,然后再通过 获得果酒。 (2)在果酒的自然发酵过程中,起主要作用的是附着在 上的野生酵母菌。 (3)酒精发酵时一般将温度控制在18~30 ℃,温度过高时,酵母菌代谢减慢甚至死亡,原因是 。 (4)果醋发酵过程中,适宜的温度为 ,较高浓度的酒精通常不适宜进行乙酸发酵,原因是 。 (5)酒精发酵后转入乙酸发酵前,除改变温度外,还需调整的发酵条件是 。
答案:(1)有氧呼吸 无氧呼吸(2)鸭梨皮(3)温度过高,酶的活性降低或失活(4)30~35 ℃ 较高浓度的酒精会抑制醋酸菌的生长和代谢,使产酸量下降(5)通入无菌空气解析:(1)果酒的制作离不开酵母菌,酵母菌在氧气充足时进行有氧呼吸,大量繁殖;在无氧条件下,进行无氧呼吸产生酒精。(2)在果酒的自然发酵过程中,起主要作用的是附着在鸭梨皮上的野生酵母菌。(3)温度主要影响酶的活性。(4)多数醋酸菌的最适生长温度为30~35 ℃。酒精浓度过高会抑制醋酸菌的生长和代谢,影响产酸量。(5)醋酸菌是好氧细菌,发酵时需要通入无菌空气。
高考真题剖析【例题】 (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
核心素养考查点剖析:本题以“泡菜”的制作为载体,考查传统发酵技术,较好地考查了“生命观念”这一学科素养。答案:C解析:泡菜发酵过程利用的微生物主要是乳酸菌,故①主要是防止菜料表面的乳酸菌被杀死,A项错误。②的主要目的是营造无氧环境,B项错误。乳酸发酵为无氧发酵,向坛盖边沿的水槽中注满水的目的是防止外界空气进入泡菜坛,C项正确。泡菜制作过程中亚硝酸盐含量先升高后降低,D项错误。
典题训练1.(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
无氧条件下酵母菌能存活,但不能大量繁殖,有氧条件下,其他条件也适宜时,酵母菌能大量繁殖,A项正确。葡萄酒的自然发酵过程中,起主要作用的是附着在葡萄皮上的野生型酵母菌,B项正确。葡萄酒的颜色是葡萄皮中的色素进入发酵液形成的,C项正确。制作葡萄酒的过程中,随着发酵的进行发酵液中糖含量逐渐减少,D项错误。
2.(2021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)。
答案:(1)蛋白质 碳源(2)蛋白酶 脂肪酶 氨基酸 异养好氧(3)原核生物 CO2和酒精 乳酸(或酒精、食盐)
1.举例说明日常生活中的某些食品是运用传统发酵技术生产的。2.阐明发酵工程利用现代工程技术及微生物的特定功能,工业化生产人类所需产品。3.举例说明发酵工程在医药、食品及其他工农业生产上有重要的应用价值。
1.运用图解分析法理解果酒、果醋、泡菜的制作过程。2.运用比较法掌握果酒、果醋、泡菜的制作条件和注意事项。
第一环节 必备知识落实
第二环节 关键能力形成
第三环节 核心素养提升
知识筛查1.菌种来源植物体表面天然的乳酸菌。2.制作原理在无氧的情况下,乳酸菌能将葡萄糖分解成乳酸。反应式:C6H12O6 2C3H6O3(乳酸)+能量。
知识落实1.利用卷心菜发酵制作泡菜的过程中,乳酸菌、酵母菌细胞数量和pH的变化如下图所示。下列叙述错误的是( )A.酵母菌和乳酸菌均有以核膜为界限的细胞核B.发酵初期乳酸菌具有明显的优势C.前6天pH下降主要是由乳酸菌代谢引起的D.发酵中期酵母菌通过无氧呼吸进行增殖
乳酸菌是原核生物,细胞内没有以核膜为界限的细胞核,A项错误。由题图中乳酸菌和酵母菌的数量变化可知,发酵初期乳酸菌的数量远多于酵母菌,所以乳酸菌成为明显的优势菌种,B项正确。前6天,乳酸菌的数量远多于酵母菌,其产生的乳酸会降低培养液的pH,C项正确。由于整个发酵过程都是在无氧环境条件下进行的,在发酵中期(第22~26天),酵母菌数量明显增多,说明酵母菌通过无氧呼吸进行增殖,D项正确。
2.回答下列有关泡菜制作的问题。(1)制作泡菜时,将所用食盐水煮沸,目的是 。为了缩短制作时间,有人还会在冷却后的食盐水中加入少量陈泡菜液,加入陈泡菜液的目的是 。 (2)泡菜制作过程中,乳酸发酵过程即为乳酸菌进行 的过程,该过程发生在乳酸菌的 中。 (3)从开始制作到泡菜质量最佳这段时间,泡菜液逐渐变酸,泡菜坛中乳酸菌和其他杂菌的消长规律是 ,原因是 。
答案:(1)消毒 增加乳酸菌的数量(2)无氧呼吸 细胞质(3)乳酸菌数量增多,杂菌数量减少 乳酸菌比杂菌更耐酸解析:(1)食盐水中可能存在微生物,因此需要消毒;制作泡菜时,加入陈泡菜液,可增加乳酸菌的数量。(2)乳酸菌进行无氧呼吸,该过程在细胞质中进行。(3)开始时,乳酸菌和其他杂菌都繁殖,随着时间的延长,乳酸菌产生的乳酸逐渐增加,抑制了杂菌繁殖,因此泡菜坛中乳酸菌的数量逐渐增多,其他杂菌的数量逐渐减少。
知识筛查1.制作果酒、果醋相关菌种的比较
2.制作果酒和果醋的比较
知识落实1.果酒是以新鲜水果或果汁为原料,经全部或部分发酵配制而成的,在果酒的基础上继续发酵可得到果醋。下列有关果酒和果醋制作的叙述,正确的是( )A.果酒和果醋的制作都是由酵母菌完成的B.在果酒制作过程中,要定期拧松瓶盖排放CO2C.传统的葡萄酒制作一定需要人工接种菌种D.葡萄汁装入发酵瓶时,要将瓶装满
果酒的制作离不开酵母菌,果醋的制作利用的是醋酸菌,A项错误。在果酒制作过程中,要定期拧松瓶盖排放CO2,避免容器内压力过大,B项正确。传统的葡萄酒制作中起主要作用的是附着在葡萄皮上的野生酵母菌,C项错误。葡萄汁装入发酵瓶时,要留有大约1/3的空间,D项错误。
2.葡萄经发酵可产生果酒和果醋。请回答下列问题。(1)制作果酒的原理是 。为提高果酒的品质,可以在果汁中加入人工培养的酵母菌,分离酵母菌的培养基属于 (从功能上分)培养基。 (2)甲、乙、丙三个制作果酒的发酵瓶中装好发酵液后,在适宜的条件下进行发酵,如下图所示。发酵过程中,三个装置每隔一段时间均排气一次。注各发酵瓶的左侧管为充气管,右侧管为排气管。①发酵瓶甲的错误是 ,导致发酵中出现的主要异常现象是 。 ②发酵瓶丙的错误是 ,导致发酵中出现的主要异常现象是 。
(3)对比果酒和果醋的制作过程,从发酵条件来看,两者的不同点主要有① ;② 。
答案:(1)酵母菌在无氧条件下分解葡萄糖生成酒精 选择(2)①未夹住发酵瓶的充气管 不能产生酒精(或发酵液变酸) ②瓶中发酵液过多,淹没了排气管在瓶内的管口排气时发酵液从排气管流出(3)①果酒在18~30 ℃的环境中发酵,果醋在30~35 ℃的环境中发酵 ②果酒在无氧条件下发酵,果醋在有充足氧气的条件下发酵
解析:(1)制作果酒利用的是酵母菌在无氧条件下分解葡萄糖生成酒精的原理。为提高果酒的品质,可以在果汁中加入人工培养的酵母菌,分离酵母菌的培养基属于选择培养基。(2)①果酒制作利用了酵母菌的无氧呼吸,因此需要制造无氧环境,但发酵瓶甲未夹住发酵瓶的充气管,这会导致不能产生酒精(或发酵液变酸)。②无氧呼吸过程能够产生二氧化碳,发酵瓶丙中发酵液过多,淹没了排气管在瓶内的管口,导致排气时发酵液从排气管流出。(3)对比果酒和果醋的制作过程,从发酵条件来看,两者的不同点主要有两处:①果酒在18~30 ℃的环境中发酵,果醋在30~35 ℃的环境中发酵;②果酒在无氧条件下发酵,果醋在有充足氧气的条件下发酵。
知识筛查1.发酵工程的基本环节(1)发酵工程一般包括菌种的选育,扩大培养,培养基的配制、灭菌,接种,发酵,产物的分离、提纯等方面。(2)发酵罐示意图
2.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生产各种各样的食品添加剂。③生产酶制剂。(2)在医药工业上的应用①采用基因工程的方法,获得具有某种药物生产能力的微生物;或者直接对菌种进行改造,再通过发酵技术大量生产所需要的产品。②利用基因工程,将病原体的某个或某几个抗原基因转入适当的微生物细胞,获得的表达产物就可以作为疫苗使用。
(3)在农牧业上的应用①生产微生物肥料。②生产微生物农药。③生产微生物饲料。(4)在其他方面的应用①利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质。②通过电催化结合发酵的方式,用CO2合成葡萄糖和脂肪酸。③嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产洗涤剂,嗜低温菌有助于提高热敏性产品的产量。
知识落实(2022山东卷)青霉菌处在葡萄糖浓度不足的环境中时,会通过分泌青霉素杀死细菌,以保证自身生存所需的能量供应。目前已实现青霉素的工业化生产,关于该生产过程,下列说法错误的是( )A.发酵液中的碳源不宜使用葡萄糖B.可用深层通气液体发酵技术提高产量C.选育出的高产菌株经扩大培养后才可接种到发酵罐中D.青霉素具有杀菌作用,因此发酵罐不需严格灭菌
青霉菌处于葡萄糖浓度不足的环境中会通过分泌青霉素杀死细菌;提供相同含量的碳源,单位体积葡萄糖溶液中溶质微粒较多,会导致细胞失水,故发酵液中的碳源不宜使用葡萄糖,乳糖是二糖,可被水解为半乳糖和葡萄糖,是青霉菌生长的最佳碳源,可以被青霉菌缓慢利用而维持青霉素分泌的有利条件,A项正确。青霉菌的代谢类型为异养需氧型,可用深层通气液体发酵技术提高产量,B项正确。选育出的高产青霉素菌株经扩大培养纯化后,才可接种到发酵罐中进行工业化生产,C项正确。为了防止细菌、其他真菌等微生物的污染,获得纯净的青霉素,发酵罐仍需严格灭菌,D项错误。
典型例题在泡菜的制作过程中,下列叙述错误的是( )A.用清水和食盐配制质量分数为5%~20%的食盐水 B.将新鲜蔬菜切成条状或块状,晾干后装满泡菜坛C.食盐水入坛前要煮沸冷却,以防污染D.向坛盖边沿的水槽中注满水,以保证坛内的无氧环境
将新鲜蔬菜切成块状或条状,混合均匀,晾干后装入泡菜坛内;装至半坛时,放入香辛料,继续装至八成满。
整合构建1.泡菜制作的注意事项(1)材料的选择及用量①蔬菜应新鲜,若放置时间过长,蔬菜中的硝酸盐易被还原成亚硝酸盐。②用清水和食盐配制的食盐水的质量分数为5%~20%,食盐水要煮沸后冷却。煮沸有两大作用:一是除去水中的氧气;二是杀灭盐水中的微生物。(2)防止杂菌污染:每次取样时用具要洗净,要迅速封口。
(3)氧气需求①泡菜坛要选择不透气的容器,以创造无氧环境,有利于乳酸菌发酵,防止蔬菜腐烂。②向泡菜坛坛盖边沿的水槽中注满水,以保证坛内乳酸菌发酵所需的无氧环境,并在发酵过程中注意经常向水槽中补充水。(4)温度:发酵过程中温度控制在室温即可,温度过高易滋生杂菌,温度过低则会使发酵时间延长。
2.泡菜腌制过程中乳酸菌、乳酸的变化
训练突破下图为制作泡菜的实验流程示意图。请据图回答下列问题。(1)制备泡菜的食盐水的质量分数为 ,为什么食盐水需煮沸并冷却后才可使用? 。 (2)为确保发酵过程所需的无氧环境,应注意 。 (3)泡菜的制作方法不当,很容易造成泡菜变质,甚至发霉变味,试分析可能的原因。 。
答案:(1)5%~20% 加热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(2)经常补充坛盖边沿水槽中的水(3)泡菜坛密封不严、取食工具不卫生或食盐的比例过小,都会引起杂菌滋生、泡菜变质解析:(1)注意从煮沸和冷却两个方面说明操作的意图。(2)成功制作泡菜的关键是营造无氧环境,常用的方法是将坛口用水封好,防止外界空气进入。因此要经常补充坛盖边沿水槽中的水。(3)腌制过程中,要严格控制腌制条件,注意创设无氧环境,密封不严,易滋生杂菌;要控制腌制的时间、温度和食盐的用量,温度过高、食盐用量不足、腌制时间过短,都容易造成杂菌大量繁殖。
典型例题某同学利用图1所示装置制作苹果酒和苹果醋。请分析回答有关问题。
(1)可分别利用酵母菌和 制作果酒和果醋,这两种微生物的主要区别是后者为 (填“厌氧”“好氧”或“兼性厌氧”)微生物。 (2)加入苹果汁时,瓶内要留有大约1/3的空间,目的是 。 (3)酵母菌利用苹果汁进行酒精发酵的反应式为 ,密封充气口后可用 溶液检测是否有酒精生成。 (4)要利用苹果酒继续发酵生产苹果醋,接种发酵所用菌种后,需要将发酵温度改为 ,并 。 (5)图2中能表示装置内液体发酵过程中pH变化的曲线是 。
解析:(1)制作果醋所用的微生物主要是醋酸菌。酵母菌是兼性厌氧微生物,而醋酸菌是好氧微生物。(2)加入苹果汁时,瓶内要留有大约1/3的空间,是为了让酵母菌进行充分繁殖,同时防止发酵旺盛时发酵液溢出。(3)在酸性条件下,重铬酸钾溶液可与酒精反应呈现灰绿色。(4)制作果酒时所需的条件是厌氧、18~30 ℃;而制作果醋时所需的条件是有氧、30~35 ℃。(5)初期酵母菌进行酒精发酵时,产生的CO2使溶液pH略微下降;进行果醋发酵时,产生了大量的乙酸,使溶液pH快速下降,所以图2中符合条件的曲线是②。
整合构建1.果酒和果醋发酵装置的设计思路(1)因酵母菌的大量繁殖需要空气,醋酸菌是好氧细菌,所以在果酒制作的前期和果醋制作的整个过程中都需要氧气;因酵母菌是在无氧条件下产生酒精的,所以果酒制作的后期应防止氧气进入发酵瓶,故应设置可开闭的充气口。(2)在果酒和果醋的发酵过程中都有CO2产生,因此还需设排气口;为防止空气中微生物的污染,排气口应连接一个长而弯曲的胶管。(3)因要对发酵的情况进行及时监测,应设置出料口以便于取料。
2.果酒和果醋制作的注意事项(1)材料的选择与处理选择新鲜的水果(如葡萄),榨汁前先将葡萄用清水冲洗1~2次,后去除枝梗和腐烂的籽粒,以避免葡萄汁流失或因葡萄破损而增加被杂菌污染的机会。冲洗以洗去灰尘为目的,不要过度清洗,以防洗去野生酵母菌。(2)防止发酵液被污染的方法①榨汁机、发酵瓶要用洗洁精洗净并用体积分数为70%的酒精消毒,晾干备用。②装入葡萄汁后要封闭充气口。
训练突破1.(2021河北卷)葡萄酒生产过程中会产生大量的酿酒残渣(皮渣)。目前这些皮渣主要用作饲料或肥料,同时研究者也采取多种措施拓展其利用价值。回答下列问题。(1)皮渣中含有较多的天然食用色素花色苷,可用萃取法提取。萃取前将原料干燥、粉碎的目的分别是 ,萃取效率主要取决于萃取剂的 。萃取过程需要在适宜温度下进行,温度过高会导致花色苷 。研究发现,萃取时辅以纤维素酶、果胶酶处理可提高花色苷的提取率,原因是 。
(2)为了解皮渣中微生物的数量,取10 g皮渣加入90 mL无菌水,混匀、静置后取上清液,用稀释涂布平板法将0.1 mL稀释液接种于培养基上。104倍稀释对应的三个平板中菌落数量分别为78、91和95,则每克皮渣中微生物数量为 个。 (3)皮渣堆积会积累醋酸菌,可从中筛选优良菌株。制备醋酸菌初筛平板时,需要将培养基的pH调至 性,灭菌后须在未凝固的培养基中加入无菌碳酸钙粉末、充分混匀后倒平板,加入碳酸钙的目的是 。培养筛选得到的醋酸菌时,在缺少糖源的液体培养基中可加入乙醇作为 。 (4)皮渣堆积过程中也会积累某些兼性厌氧型乳酸菌。初筛醋酸菌时,乳酸菌有可能混入其中,且两者菌落形态相似。请设计一个简单实验,区分筛选平板上的醋酸菌和乳酸菌。(简要写出实验步骤和预期结果)
答案:(1)使原料和萃取剂充分接触,提高萃取效率 性质和使用量 分解 纤维素酶和果胶酶可去除植物细胞的细胞壁,便于萃取(2)8.8×106(3)中 作为缓冲物质 碳源(4)利用影印法将筛选平板上的菌落接种到新平板上,将其培养在无氧的恒温箱内,得到的菌落是乳酸菌菌落。
解析:(1)萃取前将原料干燥、粉碎的目的是使原料和萃取剂充分接触,提高萃取效率。萃取效率主要取决于萃取剂的性质和使用量。温度过高会导致花色苷分解。纤维素酶和果胶酶可以去除植物细胞的细胞壁,从而提高花色苷的提取率。(2)三个平板中菌落的平均数量为88,所以每克皮渣中微生物数量为88÷0.1×104=8.8×106(个)。(3)制备醋酸菌初筛平板时,需要将培养基的pH调至中性,加入CaCO3的目的是作为缓冲物质。乙醇可以被醋酸菌利用产生乙酸,可作为醋酸菌的碳源。(4)醋酸菌是好氧菌,乳酸菌中存在兼性厌氧菌,利用这一特性来设计实验。
2.下图为鸭梨醋饮的制作流程图。请据图回答下列问题。
(1)果酒的制作原理是先使酵母菌进行 ,以增加酵母菌的数量,然后再通过 获得果酒。 (2)在果酒的自然发酵过程中,起主要作用的是附着在 上的野生酵母菌。 (3)酒精发酵时一般将温度控制在18~30 ℃,温度过高时,酵母菌代谢减慢甚至死亡,原因是 。 (4)果醋发酵过程中,适宜的温度为 ,较高浓度的酒精通常不适宜进行乙酸发酵,原因是 。 (5)酒精发酵后转入乙酸发酵前,除改变温度外,还需调整的发酵条件是 。
答案:(1)有氧呼吸 无氧呼吸(2)鸭梨皮(3)温度过高,酶的活性降低或失活(4)30~35 ℃ 较高浓度的酒精会抑制醋酸菌的生长和代谢,使产酸量下降(5)通入无菌空气解析:(1)果酒的制作离不开酵母菌,酵母菌在氧气充足时进行有氧呼吸,大量繁殖;在无氧条件下,进行无氧呼吸产生酒精。(2)在果酒的自然发酵过程中,起主要作用的是附着在鸭梨皮上的野生酵母菌。(3)温度主要影响酶的活性。(4)多数醋酸菌的最适生长温度为30~35 ℃。酒精浓度过高会抑制醋酸菌的生长和代谢,影响产酸量。(5)醋酸菌是好氧细菌,发酵时需要通入无菌空气。
高考真题剖析【例题】 (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
核心素养考查点剖析:本题以“泡菜”的制作为载体,考查传统发酵技术,较好地考查了“生命观念”这一学科素养。答案:C解析:泡菜发酵过程利用的微生物主要是乳酸菌,故①主要是防止菜料表面的乳酸菌被杀死,A项错误。②的主要目的是营造无氧环境,B项错误。乳酸发酵为无氧发酵,向坛盖边沿的水槽中注满水的目的是防止外界空气进入泡菜坛,C项正确。泡菜制作过程中亚硝酸盐含量先升高后降低,D项错误。
典题训练1.(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
无氧条件下酵母菌能存活,但不能大量繁殖,有氧条件下,其他条件也适宜时,酵母菌能大量繁殖,A项正确。葡萄酒的自然发酵过程中,起主要作用的是附着在葡萄皮上的野生型酵母菌,B项正确。葡萄酒的颜色是葡萄皮中的色素进入发酵液形成的,C项正确。制作葡萄酒的过程中,随着发酵的进行发酵液中糖含量逐渐减少,D项错误。
2.(2021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)。
答案:(1)蛋白质 碳源(2)蛋白酶 脂肪酶 氨基酸 异养好氧(3)原核生物 CO2和酒精 乳酸(或酒精、食盐)
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