第38講傳統(tǒng)發(fā)酵技術和發(fā)酵工程的應用

1.概述發(fā)酵工程及其基本環(huán)節(jié)；舉例說明發(fā)酵工程在生產上有重要的應用價值。

2.理解發(fā)酵工程的過程并能夠與實際相結合，發(fā)展學生的工程思維，提高系統(tǒng)分析能力。

3.學習發(fā)酵工程的環(huán)節(jié)與實例，感嘆生物的神奇，科技的進步

考點要求考題統(tǒng)計考情分析

傳統(tǒng)發(fā)酵技術的應用2023,山東（2道）、浙江、江蘇，選擇本專題知識難度較高、基礎性強。

2022,湖北、湖南，選擇考查學生對發(fā)酵的整體性的認識，

或結合一些情景信息或表格信息設

發(fā)酵工程及其應用2023,遼寧，選擇

置題目，考查學生的應變能力、獲

2022,遼寧、湖北、山東（2道），選擇

取信息和綜合分析能力。

2022,河北、北京、廣東、全國1,2,填

空

從自然界分離的苗種

透變育種基因工程細胞工程

生產用菌種原產

II

擴左干培養(yǎng)/苗培養(yǎng)基配制

發(fā)爵耀

發(fā)醉條件控制

分離提她

ri

微生物菌體代謝產物

X-----7-----'

產品

考點一傳統(tǒng)發(fā)酵技術的應用

?夯基?必備基礎知識梳理

1.發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術

(1)發(fā)酵的概念

發(fā)酵是人們利用微生物，在適宜的條件下，將原料通過微生物代謝轉化為人類所需要的產物的過程。

(2)傳統(tǒng)發(fā)酵技術

r——]蜥料中天然存在的或前一次發(fā)辭

保存下來的面團.鹵汁等發(fā)肝物

國列中的微生物

傳

流卜依互)一_____發(fā)解和___________發(fā)解

發(fā)

WH實質卜-條件下的物質氧化分解

技

術H結果)—生產人們需要的各種發(fā)肝產品

■/'N'V堂”，泡々詼曲中|”邛答案：

2.傳統(tǒng)發(fā)酵食品的制作

(1)腐乳制作

①原理：蛋白質在蛋白酶作用下分解為小分子的肽和氨基酸。脂肪在脂肪酶作用下分解為甘油和脂肪酸。

②腐乳制作過程中參與的微生物：毛霉是一種絲狀真菌，其繁殖方式為抱子生殖，代謝類型是異養(yǎng)需氧型。

(2)泡菜的制作

①乳酸菌發(fā)酵制作泡菜的原理：o

C6H]2。6庫2c3H6。3(乳酸)+能量

②制作泡菜的方法步驟

鹽水配制：用清水和食鹽配制質量分數為包二

20%勺鹽水，煮沸冷卻

菜料加工：將新鮮蔬菜洗凈，切成塊狀或條狀，混

合均勻并晾干

裝壇：將菜料裝入泡菜壇內,半壇時,放入蒜瓣、生

姜及其他香辛料，繼續(xù)裝至△成滿

密封：將通卻好_的鹽水緩緩倒入壇中，使鹽水沒過

全部菜料,蓋好壇蓋

發(fā)酵：向壇蓋邊沿的水槽中注滿水，并在發(fā)酵過程

中注意經常小加K根據室內溫度

控制發(fā)酵時間

③關鍵操作

讖某應能鮮.若坡貴時同過長，競票

把身材料

中的硝酸鹽易被迂原或受硝酸處

選號及用

叁水要素潺后冷卻或流一是除去水

量關驚c

中的女氣.二是殺滅盆水中的絹警

每次取樣用具累*號.取樣后要迅速

余曾污染

I\封口

4關健

I個

關pe裳控制］

鍍1嚴格的無｝

1氮條件要1

點反無左邊用的水懵內注涓水.以

1/

保證場內孔或管發(fā)券所需的

井注雋在發(fā)片過氣中短常補

把握控制

以18?20七為宜.溫度外商有害油活

近宜的溫

動能力強，溫度偏低不利于孔或度障

度關健

④泡菜腌制中乳酸菌、乳酸和亞硝酸鹽的變化

發(fā)酵

乳酸菌乳酸亞硝酸鹽

時期

發(fā)酵少（有。2,乳酸菌活動

少增加（硝酸鹽還原菌的作用）

初期受抑制）

發(fā)酵最多（乳酸抑制其他積累、增多、下降（硝酸鹽還原菌受抑制，

中期菌活防）pH下降部分亞硝酸鹽被分解）

減少俘L酸繼續(xù)積累，

發(fā)酵繼續(xù)增多，P卜下降至相對穩(wěn)定（硝酸鹽還原

pH繼續(xù)下降，抑制其

后期繼續(xù)下降菌被完全抑制）

活動）

乳酸菌乳酸亞硝酸鹽

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

A.在泡菜制作過程中營造“無氧環(huán)境”的3項措施是什么？

答案：

a.選擇的泡菜壇要密封性好。

b.加入蔬菜后要注入煮沸冷卻的鹽水，使鹽水沒過全部菜料。

c.蓋上壇蓋后要在壇蓋邊沿的水槽中注滿清水。

②為什么泡菜壇只能裝八成滿？

答案在泡菜發(fā)酵初期，由蔬菜表面帶入的大腸桿菌、酵母菌等較為活躍，它們可進行發(fā)酵，發(fā)酵產物中

有較多的C02,如果泡菜壇裝得太滿，發(fā)酵液可能會溢出壇外。另外，泡菜壇裝得太滿，會使鹽水不太容

易完全淹沒菜料，從而導致壇內菜料變質腐爛。泡菜壇留有一定的空間，也更方便拿取泡菜。

③鹽水要煮沸后冷卻使用的目的是什么？

答案煮沸的目的是除去水中的氧氣，殺滅鹽水中的其他雜菌。冷卻的目的是保證乳酸菌等微生物的生命

活動不受影響。

④用鹽過多時，制作的泡菜會“咸而不酸”，原因是什么？

答案鹽過多，抑制了乳酸菌發(fā)酵。

(3)果酒與果醋制作

①果酒與果醋制作原理與發(fā)酵條件

;果酒作；;果at制作：

v

解母的T金要菌種卜>M喉常

1

附?在蕾苜電<=>落種來源i變版酒表面的前膜

上的野生型解母劇

外帆條件下：氧氣、嫡源充足時:

“)2+6電。工6€0>.C*HtQ+2Oi_!L^

2CH,COOH+2CO2+

12HQ.lt-；

無氧條件F:CMzd公2HQ+使信；

缺少精源、氧氣充

2CHQH+2C6+能lit足時：GHQH+O：箜

CHCOOH+HQ+能員

②比較果酒與果醋制作的過程

;果酒制作;果酸制作:

VIV

酵母?=>醋酸陽

ri:

18-30rM溫度=>30-35T

i_

u時間卜》

10-12d7-8d

v]

前期需斜，后期不

氧氣條件匕>需氧

]

發(fā)霹旺盛期的8產適時通過充氣口充

排氣或充氣

量非常大，需及時排<==>氣，保證充足的氣

情況

氣，防止發(fā)醇瓶爆裂氣條件

-T-

酒味4=氣味或味道=>酸味

有氣泡和泡沫<=|氣泡和泡沫）=>無氣泡和泡沫

渾濁，液面形成白

淳濁T發(fā)JIF糧1W色卜>

色菌膜

嗔味和品勺、用酸性觀察落膜的形成.

重錦酸鋅檢測酒精含噢味和品含、測定

量、律定pH、進行醇pH、進行醋酸菌的

毋前的偷檢等工作鏡檢等工作

果酒發(fā)醇為果需發(fā)醒提供酒精

【易混點】

果酒發(fā)酵制作的3個易錯點

謾認為譽的柿汁前先除去枝梗再沖洗。德哲槨汁前

先沖洗后除去枝慢,避免破損*荷.增加被雜葡污

/3'\染的機會

個]誤認為放氣時W將班苴完全打開0用倚易的發(fā)解裝

易|一置，每隔一定時同排氣時只需獰松版差，不要完全

K揭開麴疊

n謖認為果酒發(fā)筋結束后會自行進行果錯發(fā)酵，果酒

和果貓的菌種、氣體條件和溫度皆不相同.杲酒發(fā)

障結束后一般不會自行進行果與發(fā)障

【教材拾遺】

教材隱性知識：

源于選擇性必修3P8“練習與應用?拓展應用3”：果酒和果醋改進裝置及其分析

裝置的使用：使用該裝置制作果酒時，應該關閉充氣口；制作果醋時，應將充氣口連接充氣泵，輸入空氣。

T排氣口卜—

發(fā)酵前期充氣口打開，輸入無排出酒精發(fā)酵

菌空氣，讓酵母菌增殖，后期時產生的《。3

關閉充氣口,進

行酒精發(fā)酵；在

醋酸發(fā)酵時連接

充氣泵進行充氣排氣口通過一個

長而彎曲的膠管

與瓶身連接，其

用來取樣，及時監(jiān)為魂式最

測發(fā)酵11亍的情況??生物礁染

教材隱性知識：

源于選擇性必修3P8“練習與應用?拓展應用3”：果酒和果醋改進裝置及其分析

①制作葡萄酒時，為什么要將溫度控制在18?30℃?制作葡萄醋時，為什么要將溫度控制在30?35℃?

答案溫度是影響酵母菌和醋酸菌生長和發(fā)酵的重要因素。釀酒酵母的最適生長溫度約為28°C。因此需

要將溫度控制在其最適溫度范圍內。而醋酸菌是嗜溫菌，最適生長溫度為30?35℃,因此要將溫度控制

在30?35℃o

②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(fā)酵產生影響嗎？如果有,

如何避免這種影響？

答案制作果酒的過程中，除酵母菌之外，還會有其他雜菌生長，它們會在酒精發(fā)酵中污染發(fā)酵液，而避

免發(fā)酵液污染需要從發(fā)酵制作的過程全面考慮。例如，榨汁機、發(fā)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。

③在家庭制作葡萄酒的過程中，不需要嚴格的消毒過程也能完成發(fā)酵，原因是什么？

答案在缺氧、呈酸性的發(fā)酵液中，酵母菌可以生長繁殖，而絕大多數其他微生物都因無法適應這一環(huán)境

而受到抑制。

④醋酸菌醋酸發(fā)酵時，無論是利用糖源還是酒精，都需要打開通氣閥，請說明其原因。

答案醋酸菌是一種好氧細菌，在發(fā)酵過程中始終需要氧氣，如果氧氣中斷則會引起醋酸菌的死亡。

提升?必考考向歸納

（2023屆汕頭月考）如圖甲是先進行酒精發(fā)酵再進行醋酸發(fā)酵的實驗裝置,在消毒后的錐形瓶中裝入新鮮的

葡萄汁后封閉通氣口，進行自然發(fā)酵。圖乙是發(fā)酵過程中發(fā)酵液pH變化曲線圖，下列有關敘述不正確的是

A.與初期的酒精發(fā)酵相比,后期的醋酸發(fā)酵時溶液中的氣泡會明顯增多

B.發(fā)酵中期的發(fā)酵液,能使重鋁酸鉀在酸性條件下變?yōu)榛揖G色,說明有酒精產生

C.發(fā)酵后期接種醋酸桿菌后,發(fā)酵溫度需要適當升高并適當通氣

D.圖乙中能正確表示發(fā)酵過程中發(fā)酵液pH變化的曲線是②

考點二發(fā)酵工程及其應用

1.發(fā)酵工程

⑴概念:利用微生物的特定功能，通過現(xiàn)代工程技術，規(guī)?；a對人類有用的產品。

⑵對發(fā)酵工程概念的理解

包括來。白然界的微生物（即“管規(guī)）

尸和基因血峭的微生物（RP“工程■”）

Q5星）通過微生物的大量繁殖茯得所需產品

利用撅生電進行產品生產（如次生代置物和

2.發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)分析

EOM：目的明?.W1HHI.pM/

:黑^水、珈it、JMLMWf

VLTAftl：用養(yǎng)基使用債要觸過反EMIR用于大

.；目的：防止??杵■

培鼻若和初修

舊記―備將■富.■危，?

產H廠于普片生長工捶

I.~.「從自然鼻中的選的唐胡?片

nMrL通過IOT械”工■

爨樣的■片

電⑥卜地枇IWMHt

Lj所用電養(yǎng)基卜，體培養(yǎng)甚或期體增養(yǎng)將

無?研

fit時檢離焙瓶機性械■、產勁彼

哥■內I、度等以了好發(fā)?遺靠

，蕊）及時點加必備官養(yǎng)組分泵年長■他生長

■定期的時間，以用畀更零常餐產，

\nMSlMO.pH.樣籌K等發(fā)H條件,

以保證產品及*物產量

若產&為你本身,可果用選L況定，

（方法分X集”

、著產品為代”,可根SHUm質采用

糠等方法分M、

3.啤酒的工業(yè)化生產流程

⑴啤酒發(fā)酵的工業(yè)化生產流程及操作目的

「麗：內容

"V'

上發(fā)解＞解母曲的繁殖、箱的分解、代謝物的生成

|后發(fā)解|A幅&、宙團環(huán)境F福存

i生產流程］:操作目的j

、.、、▼

磕］A大麥種子發(fā)芽，釋放淀粉酶

加熱殺死種子胚但不使淀粉酶失活

■）A將干燥的麥芽碾磨成麥芽粉

磁A淀粉分解，形成糖漿___________

遢］A產生風味組分，終止酶的進一步作用，滅菌

商〉酵母菌將廨?；癁榫凭投﨧化碳

鬲毒）A殺死大多數微生物,延長保存期

（■止小過濾、調節(jié)、分裝啤酒進行銷售

（2）“精釀”啤酒與“工業(yè)”啤酒的區(qū)別

（類型）（普通啤酒）

不添加＜、是否添加日品添加劑）》添加

:發(fā)酵"模）》大規(guī)模

小規(guī)模＜

:發(fā)酵，寸間）?發(fā)酵時間短

發(fā)酵時間氐《1

產量低《1:產產）?產量氤

價格高《1價格價格低

4.發(fā)酵工程的特點

條件:「生產條件溫和

原料，一原料來源豐富且價格低廉

（［產物一產物專一

廢棄物—廢棄物對環(huán)境的污染小和容易處理

5.發(fā)酵工程的應用

生產傳統(tǒng)發(fā)薜產品（酒類、售他等）

食品I生產食用柔加劑（檸穗酸、味精等）

（工業(yè)J-----------

X生產??劑（淀粉Mh果膠謂「）

醫(yī)精

:工業(yè)）生產各料藥物、及苗

/生產微生物史料（根般曲肥,固氯曲肥等）

農

牧j生產鼠生物農歷（門值修、月岡希求等）

T生產做生物飼料（單細胞般n等）

利用桿堆廢料發(fā)酵生產酒精.乙烯等能源

ZX

其他i物質發(fā)■/（?.旭史摘.修

做通微生物的應用

【教材拾遺】

源于選擇性必修3P27“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(yè)的廢液等為原料，

通過發(fā)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青霉素發(fā)酵是高耗氧過程，如何能夠在發(fā)酵過程中給微生物持續(xù)高效地供氧呢？（提示：血紅蛋白具有

攜帶02的能力。）

答案可以用基因工程的方法，將血紅蛋白基因轉入青霉素生產菌來提高菌體對氧的吸收和利用率。

②在青霉素發(fā)酵過程中，總有頭抱霉素產生。人們通過對青霉素生產菌代謝途徑的研究發(fā)現(xiàn)，在青霉素與

頭抱霉素的合成過程中，它們有一個共同的前體，這個前體經過兩種不同酶的作用分別合成兩個產物。如

何改造青霉素生產菌使其只生產青霉素，或者只生產頭抱霉素呢？

答案可以對兩種酶的基因進行改造或敲除其中一種酶的基因，從而使青霉素生產菌只生產一種產物。

③引起全球新冠肺炎大流行的元兇是新冠病毒，利用發(fā)酵工程相關知識，如何大量生產新冠病毒疫苗？

答案可將新冠病毒的抗原基因轉入某種微生物體內，再通過發(fā)酵工程大量生產新冠病毒疫苗。

【歸納總結】

有關發(fā)酵工程的5點注意

性狀優(yōu)良的彳料可以從自然界中舞選出來,也可以

透過謗發(fā)育種或基因工程育種獻得

發(fā)修工程所用的前即大多是單一茵腫

5\發(fā)祥工程的中心環(huán)節(jié)是發(fā)髀“內發(fā)IF

加果發(fā)停產品是盤生物的體.可錄用過濃、沉淀等

ft方法杵鑿體分離和干蟆得利產品；如果發(fā)傅產品是

e做生物的代設物.可根據產物的性質采取適當的梃

取、分離和葩化指施來茯得產品

發(fā)弊工程的產品主要包括微生物的代漱產利、廊及

做生物的曲體

?提升?必考考向歸納

2.我國是世界啤酒生產和消費大國。啤酒是以大麥為主要原料經酵母菌發(fā)酵制成的，下圖是“精釀”啤酒

生產流程示意圖。下列說法錯誤的是（）

［暫等、?酒花］

A.大麥發(fā)芽釋放的淀粉酶可參與糖化過程

B.碾磨有利于淀粉酶與淀粉充分接觸,提升反應速率

C.蒸煮過程可以終止淀粉酶的進一步作用，并對糖漿滅菌

D.當發(fā)酵液中的糖分消耗完全后,酵母菌的發(fā)酵才會終止

真題實戰(zhàn)演練

1.（2022?山東?高考真題）青霉菌處在葡萄糖濃度不足的環(huán)境中時，會通過分泌青霉素殺死細菌，以

保證自身生存所需的能量供應。目前已實現(xiàn)青霉素的工業(yè)化生產，關于該生產過程，下列說法錯誤的是

（）

A.發(fā)酵液中的碳源不宜使用葡萄糖

B.可用深層通氣液體發(fā)酵技術提高產量

C.選育出的高產菌株經擴大培養(yǎng)后才可接種到發(fā)酵罐中

D.青霉素具有殺菌作用，因此發(fā)酵罐不需嚴格滅菌

2.（2022?湖北?統(tǒng)考高考真題）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(fā)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(fā)酵過程中起主要作用的都是酵母菌

3.（2022?湖南?圖考真題）“清明時節(jié)雨紛紛，路上行人欲斷魂。借問酒家何處有，牧童遙指杏花村?！?/p>

徜徉古詩意境，思考科學問題。下列觀點錯誤的是（）

A.紛紛細雨能為杏樹開花提供必需的水分

B.杏樹開花體現(xiàn)了植物生長發(fā)育的季節(jié)周期性

C.花開花落與細胞生長和細胞凋亡相關聯(lián)

D.“杏花村酒”的釀制，酵母菌只進行無氧呼吸

4.（2023?山東?高考真題）以下是以泡菜壇為容器制作泡菜時的4個處理：①沸鹽水冷卻后再倒入壇

中；②鹽水需要浸沒全部菜料；③蓋好壇蓋后，向壇蓋邊沿的水槽中注滿水；④檢測泡菜中亞硝酸鹽的含

量。下列說法正確的是（）

A.①主要是為了防止菜料表面的醋酸桿菌被殺死

B.②的主要目的是用鹽水殺死菜料表面的雜菌

C.③是為了使氣體只能從泡菜壇排出而不能進入

D.④可檢測到完整發(fā)酵過程中亞硝酸鹽含量逐漸降低

5.（2023?遼寧?統(tǒng)考高考真題）利用某種微生物發(fā)酵生產DHA油脂，可獲取DHA（一種不飽和脂肪酸）。

下圖為發(fā)酵過程中物質含量變化曲線。下列敘述