2024版新教材高考生物全程一輪總復(fù)習(xí)第十二單元生物技術(shù)與工程課堂互動(dòng)探究案1傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)及發(fā)酵工程的應(yīng)用課件-課件下載-教習(xí)網(wǎng)

基礎(chǔ)梳理——系統(tǒng)化知識(shí)點(diǎn)一　發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)一、概念1．發(fā)酵的概念和種類(lèi)：（1）概念：人們利用　　　　，在適宜的條件下，將原料通過(guò)　　　　轉(zhuǎn)化為人類(lèi)所需要的產(chǎn)物的過(guò)程。（2）種類(lèi)：有氧發(fā)酵（如醋酸發(fā)酵、谷氨酸發(fā)酵）和　　　?。ㄈ缇凭l(fā)酵）。2．傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的概念：直接利用原材料中天然存在的　　　　，或利用前一次發(fā)酵保存下來(lái)的面團(tuán)、鹵汁等發(fā)酵物中的　　　　進(jìn)行發(fā)酵、制作食品的技術(shù)。
二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品1．泡菜的制作（1）制作原理①發(fā)酵實(shí)質(zhì)：在　　　條件下，　　　　將葡萄糖分解成乳酸。 ②反應(yīng)式：_______________________________。
（2）制作流程?（3）關(guān)鍵操作①泡菜壇的選擇：火候好、無(wú)　　、無(wú)砂眼、壇沿深、蓋子吻合好的泡菜壇。 ②腌制的條件：控制腌制的時(shí)間、　　　和食鹽的用量。防止　　　　，嚴(yán)格密封。
2．果酒和果醋的制作（1）制作原理
知識(shí)點(diǎn)二　發(fā)酵工程及其應(yīng)用1．發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)
發(fā)酵設(shè)備
2．發(fā)酵工程的應(yīng)用（1）在食品工業(yè)上的應(yīng)用①生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品。②生產(chǎn)各種各樣的　　　　。③生產(chǎn)　　　　。（2）在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用①獲得具有　　　　生產(chǎn)能力的微生物。②直接對(duì)　　進(jìn)行改造，再通過(guò)發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)所需要的產(chǎn)品。③利用基因工程，將病原體的　　　　　　基因轉(zhuǎn)入適當(dāng)?shù)奈⑸锛?xì)胞，獲得表達(dá)產(chǎn)物可以作為疫苗使用。
（3）在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用：生產(chǎn)微生物　　　　　。（4）在其他方面的應(yīng)用①利用纖維廢料發(fā)酵生產(chǎn)　　　　等能源物質(zhì)。②極端微生物的應(yīng)用：嗜熱菌、嗜鹽菌可以用來(lái)生產(chǎn)　　　　，嗜低溫菌有助于提高　　　　的產(chǎn)量。
基能過(guò)關(guān)——問(wèn)題化一、判一判（判斷正誤并找到課本原話）（一）發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)1．發(fā)酵是指人們利用微生物，在適宜的條件下，將原料通過(guò)微生物的代謝轉(zhuǎn)化為人類(lèi)所需要的產(chǎn)物的過(guò)程。（選擇性必修3 P5正文）（　?。?．多種微生物參與了豆腐的發(fā)酵，其中起主要作用的是曲霉。（選擇性必修3 P5正文）（　?。?．酵母菌是厭氧微生物，在無(wú)氧條件下能進(jìn)行酒精發(fā)酵。（選擇性必修3 P6正文）（　?。?．果酒發(fā)酵溫度一般控制在30～35 ℃，時(shí)間為10～12 d。（選擇性必修3 P6探究·實(shí)踐）（　?。?．工業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，通常會(huì)先通過(guò)微生物培養(yǎng)技術(shù)獲得單一菌種，再將它們接種到物料中進(jìn)行發(fā)酵。（選擇性必修3 P8正文）（　　）
（二）發(fā)酵工程及其應(yīng)用1．青霉素是世界上第一個(gè)應(yīng)用于臨床的抗生素。（選擇性必修3 P22從社會(huì)中來(lái)）（　?。?．性狀優(yōu)良的菌種可以從自然界中篩選出來(lái)，也可以通過(guò)雜交育種或基因工程育種獲得。（選擇性必修3 P22圖1－9）（　　）3．分離、提純產(chǎn)物是發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)。（選擇性必修3 P23圖1－9）（　　）4．發(fā)酵工程中一旦有雜菌污染，可能導(dǎo)致產(chǎn)量大大下降。因此培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備都必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的消毒。（選擇性必修3 P23圖1－9）（　　）5．啤酒的發(fā)酵過(guò)程分為主發(fā)酵和后發(fā)酵兩個(gè)階段。酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代謝物的生成都在后發(fā)酵階段完成。（選擇性必修3 P24思考·討論）（　?。?br/>二、議一議【教材易漏拾遺】1．[選擇性必修3 P2～3]通過(guò)閱讀“從傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)到發(fā)酵工程”的科技探索之路你能得到哪些啟示？
提示：發(fā)酵技術(shù)是從生活、生產(chǎn)實(shí)踐中產(chǎn)生的，人們?cè)谏a(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)品時(shí)需要科學(xué)研究的指導(dǎo)和技術(shù)的改進(jìn)；科學(xué)理論和技術(shù)發(fā)展到一定程度，就可以進(jìn)入工程應(yīng)用階段等。
2．[選擇性必修3 P6探究·實(shí)踐拓展]分析“制作泡菜”，回答問(wèn)題：（1）制作泡菜時(shí)，鹽水為什么煮沸后冷卻？??（2）為什么泡菜壇內(nèi)有時(shí)會(huì)長(zhǎng)一層白膜？你認(rèn)為這層白膜是怎么形成的？
提示：(1)煮沸有兩大作用，一是除去水中氧氣，二是殺滅鹽水中的微生物。冷卻是為了防止殺死壇內(nèi)的發(fā)酵微生物。
提示： (2)白膜是由產(chǎn)膜酵母的繁殖形成的。酵母菌是兼性厭氧微生物，泡菜發(fā)酵液營(yíng)養(yǎng)豐富，其表面氧氣含量也很豐富，適合酵母菌繁殖。
3．[選擇性必修3 P6]“膳食中的亞硝酸鹽一般不會(huì)危害人體健康，但如果人體攝入過(guò)量，會(huì)發(fā)生中毒，甚至死亡?！?思考：日常生活中不能吃存放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、變質(zhì)的蔬菜的原因是什么？
提示：存放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、變質(zhì)的蔬菜中含有大量的亞硝酸鹽，亞硝酸鹽在特定的條件下會(huì)轉(zhuǎn)變成亞硝胺，亞硝胺具有致癌作用。
4．[選擇性必修3 P7探究·實(shí)踐拓展]思考：（1）在果酒制作中應(yīng)該先沖洗葡萄還是先除去枝梗？為什么？???（2）果酒制作時(shí)，發(fā)酵瓶裝入葡萄汁后留有1/3空間的目的是什么？
提示：(1)應(yīng)該先沖洗，然后再除去枝梗，以避免除去枝梗時(shí)引起葡萄破損，增加被雜菌污染的機(jī)會(huì)。
提示： (2)先讓酵母菌進(jìn)行有氧呼吸快速繁殖，耗盡氧氣后再進(jìn)行酒精發(fā)酵；其次，防止發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的CO2造成發(fā)酵液的溢出。
5．[選擇性必修3 P23思考·討論]在進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)時(shí)，排出的氣體和廢棄培養(yǎng)液等能直接排放到外界環(huán)境中嗎？為什么？
提示：發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的氣體和廢棄培養(yǎng)液需經(jīng)過(guò)相應(yīng)的凈化設(shè)備，達(dá)到國(guó)家排放要求后才能排放到外界環(huán)境中。因?yàn)橛行怏w和廢棄培養(yǎng)液對(duì)人和生物有害或?qū)Νh(huán)境造成污染。
考點(diǎn)一　泡菜、果酒和果醋的制作任務(wù)1　完善泡菜制作過(guò)程的分析泡菜制作過(guò)程中乳酸菌數(shù)量和乳酸含量的變化
任務(wù)2　完善果酒和果醋的制作分析(1)酵母菌和醋酸菌的比較
(2)果酒和果醋制作成功的關(guān)鍵點(diǎn)
任務(wù)3　制作過(guò)程的比較
任務(wù)4　裝置圖解讀(1)各部位的作用①充氣口：在醋酸發(fā)酵時(shí)連接充氣泵進(jìn)行充氣。②排氣口：排出酒精發(fā)酵時(shí)產(chǎn)生的CO2。③與排氣管相連的長(zhǎng)而彎曲的膠管：防止空氣中微生物的污染。④出料口：用來(lái)取樣。(2)該裝置的使用方法使用該裝置制酒時(shí)，應(yīng)該關(guān)閉充氣口；制醋時(shí)，應(yīng)將充氣口連接氣泵，輸入氧氣。
1.泡菜制作的注意事項(xiàng)(1)材料的選擇及用量①蔬菜應(yīng)新鮮，若放置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，蔬菜中的硝酸鹽易被還原成亞硝酸鹽。②用清水和食鹽配制質(zhì)量百分比為5%～20%的鹽水，鹽水要煮沸后冷卻。煮沸有兩大作用，一是除去水中的氧氣，二是殺滅鹽水中的細(xì)菌。(2)防止雜菌污染：每次取樣用具要洗凈，要迅速封口。(3)氧氣需求①泡菜壇要選擇透氣性差的容器，以創(chuàng)造無(wú)氧環(huán)境，有利于乳酸菌發(fā)酵，防止蔬菜腐爛。②泡菜壇壇蓋邊沿的水槽內(nèi)注滿(mǎn)水，以保證壇內(nèi)乳酸菌發(fā)酵所需的無(wú)氧環(huán)境，并注意在發(fā)酵過(guò)程中經(jīng)常補(bǔ)水。(4)控制適宜的溫度：溫度高導(dǎo)致雜菌滋生，溫度低不利于乳酸發(fā)酵。
2．果酒、果醋制作的注意事項(xiàng)(1)材料的選擇與處理：選擇新鮮的葡萄，榨汁前先將葡萄沖洗，再除去枝梗和腐爛的籽粒，以防葡萄汁流失及污染。沖洗的目的是洗去葡萄表面的灰塵，且不要太干凈，以防洗去葡萄表面的野生型酵母菌。(2)防止發(fā)酵液被污染的方法①榨汁機(jī)要清洗干凈并晾干。②發(fā)酵瓶要洗凈并用體積分?jǐn)?shù)為70%的酒精消毒，或用洗潔精洗滌。③裝入葡萄汁后要封閉充氣口。
(3)果酒、果醋發(fā)酵條件的控制①葡萄汁裝入發(fā)酵瓶時(shí)，要留約1/3空間，目的是先讓酵母菌進(jìn)行有氧呼吸快速繁殖，耗盡O2后再進(jìn)行酒精發(fā)酵，防止發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的CO2造成發(fā)酵液溢出。②嚴(yán)格控制溫度：18～30 ℃利于酵母菌的繁殖和酒精發(fā)酵，30～35 ℃利于醋酸菌的繁殖和醋酸發(fā)酵。③充氣：酒精發(fā)酵為無(wú)氧發(fā)酵，需封閉充氣口；醋酸發(fā)酵為有氧發(fā)酵，需適時(shí)通過(guò)充氣口充氣。
考向一泡菜制作過(guò)程的考查1.[2023·棗莊模擬]泡菜(乳酸發(fā)酵過(guò)的蔬菜)是許多亞洲國(guó)家的傳統(tǒng)食品，在發(fā)酵液中通常發(fā)現(xiàn)的微生物包括乳酸菌、酵母菌和絲狀真菌。如圖表示這3種不同微生物群中活細(xì)胞數(shù)和卷心菜乳酸發(fā)酵過(guò)程中pH的變化。發(fā)酵液中的溶解氧隨時(shí)間下降，在第22天被完全耗盡。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　)
A.pH從第1天到第3天的下降主要由乳酸菌產(chǎn)生的乳酸引起B(yǎng)．酵母菌從第10天到第22天的生長(zhǎng)與發(fā)酵液中的氧氣有關(guān)C．酵母菌在第26天后開(kāi)始產(chǎn)生酒精D．一些絲狀真菌在低pH下表現(xiàn)出較高的耐受性
解析：由題圖可知，第1天到第3天pH下降主要由乳酸菌代謝產(chǎn)生乳酸引起，A正確；酵母細(xì)胞在有氧條件下大量繁殖，從第10天到第22天，酵母菌大量繁殖，與發(fā)酵液中的氧氣有關(guān)，B正確；第22天發(fā)酵液中的溶解氧耗盡，因此酵母細(xì)胞在第26天之前就已經(jīng)開(kāi)始無(wú)氧呼吸產(chǎn)生酒精，C錯(cuò)誤；由題圖分析可知，低pH下，絲狀真菌活細(xì)胞數(shù)能保持相對(duì)穩(wěn)定，表現(xiàn)出較高的耐受性，D正確。
2．我國(guó)最早的詩(shī)集《詩(shī)經(jīng)》中有“中田有廬，疆埸有瓜，是剝是菹，獻(xiàn)之皇祖”的詩(shī)句，其中“廬”(蘆)和“瓜”是蔬菜，“剝”和“菹”是腌制加工的意思。泡菜是一種歷史悠久、深受群眾喜愛(ài)的傳統(tǒng)美食?；卮鹣铝杏嘘P(guān)泡菜制作的問(wèn)題： (1)制作泡菜時(shí)，為了縮短制作時(shí)間，有人還會(huì)在冷卻后的鹽水中加入少量陳泡菜液，加入陳泡菜液的作用是____________________。(2)泡菜制作過(guò)程中，乳酸發(fā)酵的過(guò)程即為乳酸菌進(jìn)行__________的過(guò)程。該過(guò)程發(fā)生在乳酸菌細(xì)胞的_______中。(3)泡菜制作過(guò)程中影響亞硝酸鹽含量的因素有_____、______和_______等。(4)從開(kāi)始制作到泡菜品質(zhì)最佳這段時(shí)間內(nèi)，泡菜液逐漸變酸。這段時(shí)間內(nèi)泡菜壇中乳酸菌和其他雜菌的消長(zhǎng)規(guī)律是____________________，原因是__________________________。
乳酸菌數(shù)量增多，雜菌數(shù)量減少　
解析：(1)陳泡菜液中含有一定量的乳酸菌，因此加入陳泡菜液，菌體數(shù)量擴(kuò)增速度會(huì)加快，發(fā)酵時(shí)間可縮短。(2)乳酸菌為厭氧菌，進(jìn)行無(wú)氧呼吸產(chǎn)生乳酸，該過(guò)程只能在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行。(3)溫度過(guò)高、腌制時(shí)間過(guò)短、食鹽用量不足等，容易造成雜菌大量繁殖，亞硝酸鹽含量增加。(4)從開(kāi)始制作到泡菜品質(zhì)最佳這段時(shí)間內(nèi)，氧氣濃度逐漸降低，泡菜液逐漸變酸，不適宜雜菌生長(zhǎng)，而適宜乳酸菌生長(zhǎng)，因此乳酸菌數(shù)量增加，其他雜菌數(shù)量減少。
考向二對(duì)果酒、果醋制作的考查3.[經(jīng)典模擬]如圖表示果酒和果醋制作過(guò)程中的物質(zhì)變化過(guò)程，下列敘述正確的是(　　)A．過(guò)程①和②都只能發(fā)生在缺氧條件下B．過(guò)程①和③都發(fā)生在酵母菌細(xì)胞的線粒體中C．過(guò)程③和④都需要氧氣的參與D．過(guò)程①～④所需的最適溫度基本相同
解析：有氧呼吸和無(wú)氧呼吸的第一階段相同，均發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中，產(chǎn)物是丙酮酸，而丙酮酸產(chǎn)生乙醇只能發(fā)生在無(wú)氧呼吸過(guò)程中，A、B錯(cuò)誤；③過(guò)程屬于有氧呼吸第二、三階段，第三階段需要氧氣參與，④過(guò)程是制作果醋的過(guò)程，需醋酸菌參與，醋酸菌是一種好氧細(xì)菌，因此④過(guò)程也需要氧氣參與，C正確；制作果酒時(shí)，最適溫度為18～30 ℃，而制作果醋時(shí)最適溫度為30～35 ℃，D錯(cuò)誤。
4．右圖是探究果酒與果醋發(fā)酵的裝置示意圖。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是(　　)A．改變通入氣體種類(lèi)，可以研究呼吸作用類(lèi)型對(duì)發(fā)酵的影響B(tài)．果酒發(fā)酵中期通入氮?dú)?，酵母菌將從有氧呼吸轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)氧呼吸C．果醋的發(fā)酵周期與實(shí)驗(yàn)設(shè)定的溫度密切相關(guān)D．氣體入口與氣體出口可以交換使用
解析：酵母菌是兼性厭氧菌，可進(jìn)行有氧呼吸和無(wú)氧呼吸，通入氧氣后，酵母菌可進(jìn)行有氧呼吸，而通入其他氣體，酵母菌則進(jìn)行無(wú)氧呼吸，故改變通入氣體種類(lèi)，可以研究呼吸作用類(lèi)型對(duì)發(fā)酵的影響，A正確；果酒發(fā)酵中期通入氮?dú)?，裝置中氧氣減少，使酵母菌從有氧呼吸轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)氧呼吸，B正確；溫度影響酶的活性，因此果醋的發(fā)酵周期與實(shí)驗(yàn)設(shè)定的溫度有密切關(guān)系，C正確；氣體入口管通入液面以下，氣體出口管在液面以上，故兩者不能交換使用，D錯(cuò)誤。
5．[天津卷]天津獨(dú)流老醋歷史悠久、獨(dú)具風(fēng)味，其生產(chǎn)工藝流程如下圖。(1)在糖化階段添加酶制劑需要控制反應(yīng)溫度，這是因?yàn)槊竉_________________________。(2)在酒精發(fā)酵階段，需添加酵母菌。在操作過(guò)程中，發(fā)酵罐先通氣，后密閉。通氣能提高_(dá)_________的數(shù)量，有利于密閉時(shí)獲得更多的酒精產(chǎn)物。
在最適溫度條件下催化能力最強(qiáng)　
(3)在醋酸發(fā)酵階段，獨(dú)流老醋采用獨(dú)特的分層固體發(fā)酵法，發(fā)酵30天。工藝如下：①發(fā)酵過(guò)程中，定期取樣測(cè)定醋酸桿菌密度變化，趨勢(shì)如圖。據(jù)圖分析，與顛倒前相比，B層醋酸桿菌在顛倒后密度變化的特點(diǎn)是__________________，由此推測(cè)，影響醋酸桿菌密度變化的主要環(huán)境因素是______________________。
②乳酸含量高是獨(dú)流老醋風(fēng)味獨(dú)特的重要成因。發(fā)酵過(guò)程中，發(fā)酵缸中____________________________________層的醋醅有利于乳酸菌繁殖，積累乳酸。③成熟醋醅中乳酸菌的種類(lèi)明顯減少，主要原因是發(fā)酵后期營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗等環(huán)境因素的變化，加劇了不同種類(lèi)乳酸菌的____________，淘汰了部分乳酸菌種類(lèi)。
顛倒前的B層和顛倒后的A(或不翻動(dòng)，或下)
解析：(1)酶的活性受溫度影響，最適溫度下，酶的活性最高。(2)通氣會(huì)促進(jìn)酵母菌有氧呼吸，促進(jìn)酵母菌群的繁殖，有利于獲得更多的酒精產(chǎn)物。(3)①據(jù)圖可知，B層醋酸桿菌為“S”形增長(zhǎng)，其變化趨勢(shì)為先快速增長(zhǎng)、后保持穩(wěn)定。影響B(tài)層的主要環(huán)境因素為氧氣、pH和營(yíng)養(yǎng)條件。②乳酸菌為厭氧菌，應(yīng)該是下層醋醅有利于其繁殖，如前兩個(gè)發(fā)酵缸的B層，后兩個(gè)發(fā)酵缸中的A層。③不同種類(lèi)的乳酸菌之間為種間競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。
考點(diǎn)二　發(fā)酵工程及其應(yīng)用任務(wù)1　完善圖示發(fā)酵工程生產(chǎn)產(chǎn)品的流程圖
(1)若能生產(chǎn)人生長(zhǎng)激素的工程菌是通過(guò)①培育的，①應(yīng)該是________；若高產(chǎn)青霉素菌種是通過(guò)②培育的，②應(yīng)該是________。(2)根據(jù)培養(yǎng)基的用途，可以將它們分為_(kāi)___培養(yǎng)基和____培養(yǎng)基。各種培養(yǎng)基的具體配方不同，但一般都含有______________________等營(yíng)養(yǎng)成分。培養(yǎng)基在使用之前要用__________進(jìn)行滅菌。(3)整個(gè)過(guò)程的中心環(huán)節(jié)是____________，在該時(shí)期要隨時(shí)取樣檢測(cè)培養(yǎng)基中的__________________等。同時(shí)，要嚴(yán)格控制____________等發(fā)酵條件，因?yàn)榄h(huán)境條件不僅會(huì)影響微生物的生長(zhǎng)繁殖，而且會(huì)影響微生物________的形成。
碳源、氮源、水、無(wú)機(jī)鹽
微生物數(shù)量、產(chǎn)物濃度　
(4)在發(fā)酵過(guò)程中要不斷攪拌的目的是：①_________________________________________________________；②________________________________________________________。(5)發(fā)酵產(chǎn)品分離、提純時(shí)要根據(jù)產(chǎn)品的類(lèi)型不同選擇合適的方法。如果發(fā)酵產(chǎn)品是菌體本身，常常采用______________等方法分離、提純；如果發(fā)酵產(chǎn)品是微生物的代謝物，還要根據(jù)________采取適當(dāng)?shù)姆椒ǚ蛛x、提純。
使菌種與培養(yǎng)液充分接觸，提高原料的利用率
任務(wù)2　完善啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程圖(1)啤酒發(fā)酵的工業(yè)化生產(chǎn)流程及操作目的
大麥種子發(fā)芽，釋放淀粉酶
酵母菌將糖轉(zhuǎn)化為酒精和二氧化碳　
(2)“精釀”啤酒與“工業(yè)”啤酒的區(qū)別
任務(wù)3　完善發(fā)酵工程的特點(diǎn)
1.發(fā)酵裝置——大型發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)示意圖分析(見(jiàn)圖文智連)(1)攪拌葉輪在發(fā)酵過(guò)程中的作用。①通過(guò)葉輪的攪拌作用，使培養(yǎng)基在發(fā)酵罐內(nèi)得到充分的混合，盡可能使微生物在發(fā)酵罐里的每一處均能得到充足的氧氣和培養(yǎng)基中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；②良好的攪拌有利于微生物發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的熱量傳遞給冷卻介質(zhì)；③攪拌能使發(fā)酵液充分混合，發(fā)酵罐的發(fā)酵液中的固型物質(zhì)保持懸浮狀態(tài)。
(2)發(fā)酵罐中發(fā)酵條件的控制。①溫度的控制：發(fā)酵過(guò)程中可以通過(guò)溫度傳感器和控制裝置進(jìn)行檢測(cè)和由冷卻水進(jìn)、出口水流來(lái)調(diào)整；②溶解氧的控制：通過(guò)通氣量和攪拌速度加以調(diào)節(jié)；③pH的控制：可以通過(guò)pH計(jì)檢測(cè)，并由加料裝置添加酸和堿進(jìn)行調(diào)節(jié)，也可以在培養(yǎng)基中添加pH緩沖液等。計(jì)算機(jī)應(yīng)用的發(fā)酵工程中實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度、酸堿度、通氣量、轉(zhuǎn)速的自動(dòng)記錄和自動(dòng)控制。
(3)與傳統(tǒng)的容器相比，發(fā)酵罐最明顯的優(yōu)勢(shì)。發(fā)酵罐能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)，最大限度地利用原料和設(shè)備，獲得高產(chǎn)量和高效率。①進(jìn)行嚴(yán)格滅菌，能使空氣按需要流通，從而提供良好的發(fā)酵環(huán)境；②實(shí)施攪拌、振蕩以促進(jìn)微生物生長(zhǎng)；③對(duì)溫度、壓力、空氣流量實(shí)行自動(dòng)控制；④通過(guò)各種生物傳感器測(cè)定發(fā)酵罐內(nèi)菌體濃度、營(yíng)養(yǎng)成分、產(chǎn)品濃度等，并用電腦隨時(shí)調(diào)節(jié)發(fā)酵進(jìn)程。
2．發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)分析(1)選擇發(fā)酵工程所用菌種需要考慮的因素：在低成本的培養(yǎng)基上能迅速生長(zhǎng)繁殖；生產(chǎn)所需代謝物的產(chǎn)量高；發(fā)酵條件容易控制；菌種不易變異、退化等。(2)發(fā)酵過(guò)程中對(duì)發(fā)酵條件的控制：要對(duì)溫度、pH、溶解氧等發(fā)酵條件進(jìn)行嚴(yán)格控制，使其最適合微生物的生長(zhǎng)繁殖，同時(shí)及時(shí)添加必要的營(yíng)養(yǎng)組分。
(3)對(duì)發(fā)酵工程中產(chǎn)物的分離：在發(fā)酵工程中使用的分離和提純產(chǎn)物的方法較多。在產(chǎn)物的初分離階段，常采用沉淀、萃取、膜分離、吸附和離子交換等方法；在進(jìn)一步純化階段，會(huì)采用液相層析法、結(jié)晶法等方法。發(fā)酵工程產(chǎn)物無(wú)論是代謝物還是菌體本身，都需要進(jìn)行質(zhì)量檢查，合格后才能成為正式產(chǎn)品。(4)對(duì)發(fā)酵生產(chǎn)時(shí)微生物及其代謝物的處理：為了減少或避免污染物的產(chǎn)生和排放，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，應(yīng)該對(duì)排出的氣體和廢棄培養(yǎng)液進(jìn)行二次清潔或滅菌處理。
考向一發(fā)酵工程及其應(yīng)用1.高酒精度啤酒(酒精濃度≥7.5% vl)由于其高酒精度、高發(fā)酵度、低殘?zhí)堑忍攸c(diǎn)，受到越來(lái)越多消費(fèi)者的青睞，其釀造工藝如圖所示。下列敘述錯(cuò)誤的是(　　)
A．生產(chǎn)啤酒用的發(fā)酵罐和大麥汁等原料都需要經(jīng)過(guò)滅菌消毒B．多次分批補(bǔ)加葡萄糖可以減少發(fā)酵初期的高滲透壓對(duì)酵母細(xì)胞代謝的影響C．主發(fā)酵過(guò)程中還原糖主要用于有氧呼吸，其產(chǎn)生的CO2會(huì)使pH下降D．發(fā)酵過(guò)程中要適時(shí)往外排氣，后發(fā)酵時(shí)期可以延長(zhǎng)排氣時(shí)間間隔
解析：生產(chǎn)啤酒用的發(fā)酵罐和大麥汁等原料都需要經(jīng)過(guò)滅菌消毒，防止原料自帶的雜菌污染發(fā)酵，A正確；多次分批補(bǔ)加葡萄糖可以減少發(fā)酵初期的高滲透壓對(duì)酵母細(xì)胞代謝的影響，B正確；主發(fā)酵過(guò)程中還原糖主要用于無(wú)氧呼吸產(chǎn)生酒精，同時(shí)無(wú)氧呼吸產(chǎn)生的CO2會(huì)使pH下降，C錯(cuò)誤；發(fā)酵過(guò)程中要適時(shí)往外排氣，后發(fā)酵時(shí)期由于糖類(lèi)物質(zhì)不充足，產(chǎn)生的氣體變少，可以延長(zhǎng)排氣時(shí)間間隔，D正確。
2．下列有關(guān)發(fā)酵工程的敘述中，錯(cuò)誤的是(　　)A．發(fā)酵工程采用連續(xù)培養(yǎng)的方法以最大限度地獲得人類(lèi)所需的產(chǎn)品B．發(fā)酵所用的菌種多是通過(guò)雜交育種的方式獲得C．發(fā)酵工程就是利用微生物的呼吸作用生產(chǎn)人類(lèi)所需的產(chǎn)品D．發(fā)酵工程以其生產(chǎn)條件溫和、原料來(lái)源豐富、產(chǎn)物專(zhuān)一、廢棄物對(duì)環(huán)境污染小和容易處理等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用
解析：發(fā)酵工程通?？梢圆捎眠B續(xù)培養(yǎng)的方法以最大限度地獲得人類(lèi)所需的產(chǎn)品，A正確；很多微生物是原核生物，不能通過(guò)雜交育種獲得菌種，發(fā)酵所用的菌種多是通過(guò)人工誘變的方式獲得，B錯(cuò)誤；發(fā)酵工程就是利用微生物的有氧呼吸或無(wú)氧呼吸生產(chǎn)人類(lèi)所需的產(chǎn)品，C正確；發(fā)酵工程具有生產(chǎn)條件溫和、原料來(lái)源豐富、產(chǎn)物專(zhuān)一、廢棄物對(duì)環(huán)境污染小和容易處理等特點(diǎn)，D正確。
考向二發(fā)酵工程的綜合考查?3．谷氨酸棒狀桿菌可用于微生物發(fā)酵工程生產(chǎn)谷氨酸，從而制取谷氨酸鈉(味精)。如圖為谷氨酸棒狀桿菌合成谷氨酸的途徑，通過(guò)發(fā)酵工程可以大量生產(chǎn)谷氨酸?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)與酵母菌相比，谷氨酸棒狀桿菌在結(jié)構(gòu)上的顯著特點(diǎn)是____________________；谷氨酸發(fā)酵的培養(yǎng)基成分有豆餅水解液、玉米漿、尿素、磷酸氫二鉀、硫酸鎂、生物素等，從物理性質(zhì)看，該培養(yǎng)基屬于________培養(yǎng)基。
無(wú)以核膜為界限的細(xì)胞核
(2)測(cè)定谷氨酸棒狀桿菌數(shù)目可采用的計(jì)數(shù)方法有顯微鏡直接計(jì)數(shù)法和____________，前者計(jì)數(shù)的結(jié)果比后者計(jì)數(shù)的結(jié)果值偏___(填“大”或“小”)，原因？(3)由圖可知，谷氨酸棒狀桿菌體內(nèi)若積累了較多的谷氨酸，則會(huì)抑制谷氨酸脫氫酶的活性，微生物這種對(duì)自身代謝速率的調(diào)節(jié)方式是________。
前者死活菌體一起計(jì)數(shù)，后者只計(jì)數(shù)活菌數(shù)，且可能有多個(gè)菌體形成同一個(gè)菌落
(4)谷氨酸棒狀桿菌在發(fā)酵過(guò)程中要不斷通入無(wú)菌空氣，并通過(guò)攪拌使空氣形成細(xì)小的氣泡，迅速溶解在培養(yǎng)液中，當(dāng)培養(yǎng)基中碳氮比為4∶1時(shí)，菌體大量繁殖而產(chǎn)生的谷氨酸少；當(dāng)碳氮比為3∶1時(shí)，菌體繁殖受抑制，但谷氨酸的合成量大增。在無(wú)氧條件下，谷氨酸棒狀桿菌的代謝產(chǎn)物是乳酸或琥珀酸。由此說(shuō)明谷氨酸棒狀桿菌的代謝類(lèi)型是_____________，由上述探究可知，通過(guò)發(fā)酵得到大量谷氨酸的發(fā)酵思路？
不斷向發(fā)酵液中通入無(wú)菌空氣，發(fā)酵液中碳氮比為4∶1，培養(yǎng)一段時(shí)間使菌種大量繁殖，后將培養(yǎng)液的碳氮比改為3∶1
[長(zhǎng)句應(yīng)答必備]1．果酒制作需要的微生物是酵母菌，它是一種兼性厭氧型微生物，通過(guò)有氧呼吸可以大量增殖，通過(guò)無(wú)氧呼吸可以產(chǎn)生酒精。2．果醋制作需要的微生物是醋酸菌，它是一種好氧菌，所以果醋制作需要一直通入氧氣。3．果酒和果醋制作需要的溫度分別是18～30 ℃和30～35 ℃。4．腐乳的制作需要多種微生物參與，但主要是毛霉。通過(guò)脂肪酶、蛋白酶等酶的作用，可將一些大分子物質(zhì)水解成小分子物質(zhì)。5．泡菜制作需要的微生物是乳酸菌，乳酸菌是厭氧菌，所以乳酸發(fā)酵需要無(wú)氧環(huán)境。
[等級(jí)選考研考向]1．[2022·湖北卷]廢水、廢料經(jīng)加工可變廢為寶。某工廠利用果糖生產(chǎn)廢水和沼氣池廢料生產(chǎn)蛋白質(zhì)的技術(shù)路線如圖所示。下列敘述正確的是(　　)A．該生產(chǎn)過(guò)程中，一定有氣體生成B．微生物生長(zhǎng)所需碳源主要來(lái)源于沼氣池廢料C．該生產(chǎn)工藝?yán)梦⑸飬捬醢l(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)蛋白質(zhì)D．沼氣池廢料和果糖生產(chǎn)廢水在加入反應(yīng)器之前需要滅菌處理
解析：據(jù)圖可知，該生產(chǎn)過(guò)程中有釀酒酵母的參與，酵母菌呼吸作用會(huì)產(chǎn)生二氧化碳，故該生產(chǎn)過(guò)程中，一定有氣體生成，A正確；糖類(lèi)是主要的能源物質(zhì)，微生物生長(zhǎng)所需的碳源主要來(lái)源于果糖生產(chǎn)廢水，B錯(cuò)誤；分析圖示可知，該技術(shù)中有連續(xù)攪拌反應(yīng)器的過(guò)程，該操作可以增加微生物與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的接觸面積，此外也可增大溶解氧含量，故據(jù)此推測(cè)該生產(chǎn)工藝?yán)梦⑸锏挠醒醢l(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)蛋白質(zhì)，C錯(cuò)誤；沼氣生產(chǎn)利用的是厭氧微生物，在連續(xù)攪拌反應(yīng)器中厭氧微生物會(huì)被抑制，因此沼氣池廢料無(wú)需滅菌，D錯(cuò)誤。
2．[2022·湖北卷]關(guān)于白酒、啤酒和果酒的生產(chǎn)，下列敘述錯(cuò)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(guò)程也是微生物生長(zhǎng)繁殖的過(guò)程C．葡萄糖轉(zhuǎn)化為乙醇所需的酶既存在于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)，也存在于線粒體D．生產(chǎn)白酒、啤酒和果酒的原材料不同，但發(fā)酵過(guò)程中起主要作用的都是酵母菌
解析：在白酒、啤酒和果酒的發(fā)酵初期需要提供一定的氧氣，讓酵母菌大量繁殖，再進(jìn)行酒精發(fā)酵，A正確；白酒、啤酒和果酒釀制的過(guò)程也是微生物生長(zhǎng)繁殖的過(guò)程，如發(fā)酵初期酵母菌大量繁殖，B正確；酒精發(fā)酵利用的菌種是酵母菌，葡萄糖轉(zhuǎn)化為乙醇所需的酶存在于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)，不存在線粒體中，C錯(cuò)誤，D正確。
3．[2022·山東卷]青霉菌處在葡萄糖濃度不足的環(huán)境中時(shí)，會(huì)通過(guò)分泌青霉素殺死細(xì)菌，以保證自身生存所需的能量供應(yīng)。目前已實(shí)現(xiàn)青霉素的工業(yè)化生產(chǎn)，關(guān)于該生產(chǎn)過(guò)程，下列說(shuō)法錯(cuò)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(shù)提高產(chǎn)量C．選育出的高產(chǎn)菌株經(jīng)擴(kuò)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(yán)格滅菌
解析：青霉菌處于葡萄糖濃度不足的環(huán)境中會(huì)通過(guò)分泌青霉素殺死細(xì)菌；提供相同含量的碳源，葡萄糖溶液?jiǎn)挝惑w積中溶質(zhì)微粒較多，會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞失水，發(fā)酵液中的碳源不宜使用葡萄糖，乳糖是二糖，可被水解為半乳糖和葡萄糖，是青霉菌生長(zhǎng)的最佳碳源，可以被青霉菌緩慢利用而維持青霉素分泌的有利條件，A正確；青霉菌的代謝類(lèi)型為異養(yǎng)需氧型，可用深層通氣液體發(fā)酵技術(shù)提高產(chǎn)量，B正確；選育出的高產(chǎn)青霉素菌株經(jīng)擴(kuò)大培養(yǎng)純化后，才可接種到發(fā)酵罐中進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，C正確；為了防止細(xì)菌、其他真菌等微生物的污染，獲得純凈的青霉素，發(fā)酵罐仍需嚴(yán)格滅菌，D錯(cuò)誤。
4．[2022·江蘇卷]在制作發(fā)酵食品的學(xué)生實(shí)踐中，控制發(fā)酵條件至關(guān)重要。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的有(　　)A．泡菜發(fā)酵后期，盡管乳酸菌占優(yōu)勢(shì)，但仍有產(chǎn)氣菌繁殖，需開(kāi)蓋放氣B．制作果酒的葡萄汁不宜超過(guò)發(fā)酵瓶體積的2/3，制作泡菜的鹽水要淹沒(méi)全部菜料C．葡萄果皮上有酵母菌和醋酸菌，制作好葡萄酒后，可直接通入無(wú)菌空氣制作葡萄醋D．果酒與果醋發(fā)酵時(shí)溫度宜控制在18～25℃，泡菜發(fā)酵時(shí)溫度宜控制在30～35℃
5．[2022·遼寧卷]β－苯乙醇是賦予白酒特征風(fēng)味的物質(zhì)。從某酒廠采集并篩選到一株產(chǎn)β－苯乙醇的酵母菌應(yīng)用于白酒生產(chǎn)。下列敘述正確的是(　　)A．所用培養(yǎng)基及接種工具分別采用濕熱滅菌和灼燒滅菌B．通過(guò)配制培養(yǎng)基、滅菌、分離和培養(yǎng)能獲得該酵母菌C．還需進(jìn)行發(fā)酵實(shí)驗(yàn)檢測(cè)該酵母菌產(chǎn)β－苯乙醇的能力D．該酵母菌的應(yīng)用有利于白酒新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)
解析：培養(yǎng)基一般選擇濕熱滅菌，接種工具一般用灼燒滅菌，A正確；分離純化酵母菌，操作如下：配制培養(yǎng)基→滅菌→接種→培養(yǎng)→挑選菌落，B錯(cuò)誤；為了篩選得到目的菌，應(yīng)該進(jìn)行發(fā)酵實(shí)驗(yàn)檢測(cè)該酵母菌產(chǎn)β－苯乙醇的能力，C正確；篩選到一株產(chǎn)β－苯乙醇的酵母菌可應(yīng)用于白酒新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，D正確。
6．[2022·山東卷]啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)中，大麥經(jīng)發(fā)芽、焙烤、碾磨、糖化、蒸煮、發(fā)酵、消毒等工序后，最終過(guò)濾、調(diào)節(jié)、分裝。下列說(shuō)法正確的是(　　)A．用赤霉素處理大麥，可使大麥種子無(wú)須發(fā)芽就能產(chǎn)生α－淀粉酶B．焙烤是為了利用高溫殺死大麥種子胚并進(jìn)行滅菌C．糖漿經(jīng)蒸煮、冷卻后需接種酵母菌進(jìn)行發(fā)酵D．通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)可減少啤酒酵母雙乙酰的生成，縮短啤酒的發(fā)酵周期
解析：赤霉素能促進(jìn)種子的萌發(fā)，據(jù)此可推測(cè)若用赤霉素處理大麥，可誘導(dǎo)α－淀粉酶相關(guān)基因的表達(dá)，促進(jìn)α－淀粉酶的合成，進(jìn)而使大麥種子無(wú)須發(fā)芽就能產(chǎn)生α－淀粉酶，A正確；焙烤可以殺死大麥種子的胚，但不使淀粉酶失活，沒(méi)有進(jìn)行滅菌，B錯(cuò)誤；糖漿經(jīng)蒸煮(產(chǎn)生風(fēng)味組分、終止酶的進(jìn)一步作用，并對(duì)糖漿滅菌)、冷卻后再接種酵母菌進(jìn)行發(fā)酵，防止高溫殺死菌種，C正確；轉(zhuǎn)基因技術(shù)已被用來(lái)減少啤酒酵母雙乙酰的生成，縮短啤酒的發(fā)酵周期，屬于轉(zhuǎn)基因技術(shù)在微生物領(lǐng)域的應(yīng)用，D正確。
7．[2022·湖南卷]黃酒源于中國(guó)，與啤酒、葡萄酒并稱(chēng)世界三大發(fā)酵酒。發(fā)酵酒的釀造過(guò)程中除了產(chǎn)生乙醇外，也產(chǎn)生不利于人體健康的氨基甲酸乙酯(EC)。EC主要由尿素與乙醇反應(yīng)形成，各國(guó)對(duì)酒中的EC含量有嚴(yán)格的限量標(biāo)準(zhǔn)。回答下列問(wèn)題：(1)某黃酒釀制工藝流程如圖所示，圖中加入的菌種a是________，工藝b是________(填“消毒”或“滅菌”)，采用工藝b的目的是_________________________________________________________。
殺死啤酒中部分微生物，防止雜菌污染，延長(zhǎng)其保存期　
(2)以尿素為唯一氮源的培養(yǎng)基中加入____指示劑，根據(jù)顏色變化，可以初步鑒定分解尿素的細(xì)菌。尿素分解菌產(chǎn)生的脲酶可用于降解黃酒中的尿素，脲酶固定化后穩(wěn)定性和利用效率提高，固定化方法有__________________________________(答出兩種即可)。(3)研究人員利用脲酶基因構(gòu)建基因工程菌L，在不同條件下分批發(fā)酵生產(chǎn)脲酶，結(jié)果如圖所示。推測(cè)________是決定工程菌L高脲酶活力的關(guān)鍵因素，理由是________________________________。
化學(xué)結(jié)合法、包埋法、物理吸附法
隨著培養(yǎng)時(shí)間延長(zhǎng)，兩圖形中脲酶活力變化曲線基本一致，當(dāng)pH從6.5降為4.5時(shí)，酶活力逐漸下降后保持相對(duì)穩(wěn)定　
(4)某公司開(kāi)發(fā)了一種新的黃酒產(chǎn)品，發(fā)現(xiàn)EC含量超標(biāo)。簡(jiǎn)要寫(xiě)出利用微生物降低該黃酒中EC含量的思路？。
在發(fā)酵環(huán)節(jié)加入尿素分解菌，使尿素被分解， EC不能形成，從而降低EC含量
[國(guó)考真題研規(guī)律]8．[2021·全國(guó)乙卷]工業(yè)上所說(shuō)的發(fā)酵是指微生物在有氧或無(wú)氧條件下通過(guò)分解與合成代謝將某些原料物質(zhì)轉(zhuǎn)化為特定產(chǎn)品的過(guò)程。利用微生物發(fā)酵制作醬油在我國(guó)具有悠久的歷史。某企業(yè)通過(guò)發(fā)酵制作醬油的流程示意圖如下?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)米曲霉發(fā)酵過(guò)程中，加入大豆、小麥和麥麩可以為米曲霉的生長(zhǎng)提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，大豆中的__________可為米曲霉的生長(zhǎng)提供氮源，小麥中的淀粉可為米曲霉的生長(zhǎng)提供______。

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