(新教材)2023届高考生物一轮复习第10单元第1课时传统发酵技术的应用发酵工程及其应用讲义.docx
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1、第1课时传统发酵技术的应用、发酵工程及其应用课标要求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。考点一传统发酵技术的应用一、发酵与传统发酵技术1发酵的概念发酵是人们利用微生物,在适宜的条件下,将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物的过程。2传统发酵技术二、传统发酵食品的制作1腐乳制作(1)原理:蛋白质小分子的肽和氨基酸。脂肪甘油和脂肪酸。(2)腐乳制作过程中参与的微生物:毛霉是一种丝状真菌,其繁殖方式为孢子生殖,代谢类型是异养需氧型
2、。2泡菜的制作(1)乳酸菌发酵制作泡菜的原理:C6H12O62C3H6O3(乳酸)能量。(2)制作泡菜的方法步骤(3)泡菜腌制中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的变化发酵时期乳酸菌乳酸亚硝酸盐发酵初期少(有O2,乳酸菌活动受抑制)少增加(硝酸盐还原菌的作用)发酵中期最多(乳酸抑制其他菌活动)积累、增多、pH下降下降(硝酸盐还原菌受抑制,部分亚硝酸盐被分解)发酵后期减少(乳酸继续积累,pH继续下降,抑制其活动)继续增多,pH继续下降下降至相对稳定(硝酸盐还原菌被完全抑制)变化曲线注意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深度思考在泡菜制作过程中营造“无氧环境”的3项措施是什
3、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。为什么泡菜坛只能装八成满?提示在泡菜发酵初期,由蔬菜表面带入的大肠杆菌、酵母菌等较为活跃,它们可进行发酵,发酵产物中有较多的CO2,如果泡菜坛装得太满,发酵液可能会溢出坛外。另外,泡菜坛装得太满,会使盐水不太容易完全淹没菜料,从而导致坛内菜料变质腐烂。泡菜坛留有一定的空间,也更方便拿取泡菜。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。用盐过多时,制作的泡菜会“咸而不酸”
4、,原因是什么?提示盐过多,抑制了乳酸菌发酵。3果酒和果醋的制作(1)原理和条件项目制作果酒制作果醋发酵菌种酵母菌醋酸菌代谢类型异养兼性厌氧型异养需氧型发酵过程有氧条件下,酵母菌通过有氧呼吸大量繁殖:C6H12O66H2O6O26CO212H2O能量;无氧条件下,酵母菌通过无氧呼吸产生酒精:C6H12O62C2H5OH2CO2能量O2、糖源充足时:C6H12O62O22CH3COOH2CO22H2O能量;O2充足、缺少糖源时:C2H5OHO2CH3COOHH2O能量对氧的需求前期需氧,后期不需氧一直需氧产物检测闻气味、品尝、酸性条件下的重铬酸钾(橙色灰绿色)酸碱指示剂(pH试纸)、闻气味、品尝(
5、2)方法步骤源于选择性必修3P8“练习与应用拓展应用3”:果酒和果醋改进装置及其分析装置的使用:使用该装置制作果酒时,应该关闭充气口;制作果醋时,应将充气口连接充气泵,输入空气。深度思考(1)制作葡萄酒时,为什么要将温度控制在1830?制作葡萄醋时,为什么要将温度控制在3035?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3035,因此要将温度控制在3035。(2)在制作果酒的过程中,除了酵母菌,是否还有其他微生物生长?它们会对果酒发酵产生影响吗?如果有,如何避免这种影响?提示制作果酒的
6、过程中,除酵母菌之外,还会有其他杂菌生长,它们会在酒精发酵中污染发酵液,而避免发酵液污染需要从发酵制作的过程全面考虑。例如,榨汁机、发酵瓶要清洗干净,装入葡萄汁后,封闭充气口;每次排气时只需拧松瓶盖,不要完全揭开瓶盖等。(3)在家庭制作葡萄酒的过程中,不需要严格的消毒过程也能完成发酵,原因是什么?提示在缺氧、呈酸性的发酵液中,酵母菌可以生长繁殖,而绝大多数其他微生物都因无法适应这一环境而受到抑制。(4)醋酸菌醋酸发酵时,无论是利用糖源还是酒精,都需要打开通气阀,请说明其原因。提示醋酸菌是一种好氧细菌,在发酵过程中始终需要氧气,如果氧气中断则会引起醋酸菌的死亡。考向一果酒和果醋制作的过程1在实验
7、室中可利用酵母菌发酵的方式制作葡萄酒,下列说法正确的是()A葡萄糖在酵母菌细胞的线粒体内被分解B制作葡萄酒时酵母菌先在有氧条件下大量增殖C制作过程中酵母菌始终处于碱性环境D酵母菌的发酵产物不会抑制自身的代谢活动答案B2齐民要术记载了一种称为“动酒酢(“酢”同“醋”)法”的酿醋工艺:“大率酒一斗,用水三斗,合瓮盛,置日中曝之。七日后当臭,衣(指菌膜)生,勿得怪也,但停置,勿移动,挠搅之。数十日,醋成”。下列有关叙述错误的是()A该方法的原理是醋酸菌在缺少糖源时可将乙醇最终转化为乙酸B加水的目的是对酒进行稀释,避免酒精浓度过高杀死醋酸菌C“衣”位于变酸的酒表面,是由原酒中的酵母菌大量繁殖形成的D挠
8、搅有利于酒精与醋酸菌充分接触,还可以增加溶液中的溶解氧答案C解析“衣”位于变酸的酒表面,是由醋酸菌大量繁殖形成的,C项错误。考向二泡菜的制作3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的变化如图所示。下列叙述不正确的是()A酵母菌和乳酸菌均有由核膜包被的细胞核B发酵初期乳酸菌建立了明显的菌种优势C前6天pH下降主要由乳酸菌代谢引起D发酵中期酵母菌通过无氧呼吸为细胞增殖提供能量答案A考点二发酵工程及其应用1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。一方面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;另一方面要及时添加必备的营养物质
9、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。2啤酒的工业化生产流程(1)啤酒发酵的工业化生产流程及操作目的(2)“精酿”啤酒与“工业”啤酒的区别3发酵工程的特点4发酵工程的应用(1)在食品工业上的应用生产传统的发酵产品。生产各种各样的食品添加剂。生产酶制剂。(2)在医药工业上的应用获得具有某种药物生产能力的微生物。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。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,获得的表达产物可以作为疫苗使用。(3)在农牧业上的应用:生产微生物肥料、农药和饲料。(
10、4)其他方面的应用利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质。极端微生物的应用: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。源于选择性必修3P27“异想天开”:单细胞蛋白是以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料,通过发酵获得的大量的微生物菌体。其不仅含有丰富的蛋白质,还含有糖类、脂质和维生素等物质。延伸应用(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
11、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。考向发酵工程及其应用4啤酒生产的简要流程如图所示,制麦时用赤霉素溶液浸泡大麦种子,糖化主要将麦芽中的淀粉等有机物水解为小分子。下列说法错误的是()A在
12、整个发酵过程中,要始终保持严格的无菌、厌氧环境B用赤霉素溶液浸泡大麦种子,目的是促进-淀粉酶合成C在接种酵母菌前进行冷却处理,是为了避免杀死酵母菌种D包装后放置的啤酒变酸且产生表面菌膜,一般可从菌膜中分离得到醋酸菌答案A解析酵母菌是兼性厌氧微生物,在整个发酵过程中,要先通气使酵母菌大量繁殖,然后保持严格的无菌、厌氧环境,使其无氧呼吸进行发酵,A项错误。5(2022天津静海区期中)如图所示为发酵工程生产产品的流程图,据图回答:(1)若能生产人生长激素的工程菌是通过培育的,应该是_;若高产青霉素菌种是通过培育的,应该是_。(2)根据培养基的用途,可以将它们分为_培养基和_培养基。各种培养基的具体配
13、方不同,但一般都含有_等营养成分。培养基在使用之前要用_进行灭菌。(3)整个过程的中心环节是_,在该时期要随时取样检测培养基中的_等。同时,要严格控制_等发酵条件,因为环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖,而且会影响微生物_的形成。(4)在发酵过程中要不断搅拌的目的是:_;_。(5)发酵产品分离、提纯时要根据产品的类型不同选择合适的方法。如果发酵产品是菌体本身,常常采用_等方法分离、提纯;如果发酵产品是微生物的代谢物,还要根据_采取适当的方法分离、提纯。答案(1)基因工程诱变育种(2)选择鉴别碳源、氮源、水、无机盐高压蒸汽灭菌法(湿热灭菌法)(3)发酵过程微生物数量、产物浓度溶氧量、pH和温度代
14、谢物(4)增加溶氧量使菌种与培养液充分接触,提高原料的利用率(5)过滤、沉淀产物的性质重温高考真题演练1(2021山东,12)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答案D解析酵母菌进行有氧呼吸获得能量大量繁殖,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存活但不能大量繁殖,A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,酵母菌以糖作为营养物质和能量来源生长繁殖,
15、故发酵液中糖含量减少,D错误。2(2020江苏,18)某同学在线提交了在家用带盖玻璃瓶制作果酒和果醋的实验报告,他的做法错误的是()A选择新鲜的葡萄略加冲洗,除去枝梗后榨汁B将玻璃瓶用酒精消毒后,装满葡萄汁C酒精发酵期间,根据发酵进程适时拧松瓶盖放气D酒精发酵后去除瓶盖,盖一层纱布,再进行醋酸发酵答案B解析制作果酒时,应选择新鲜的葡萄略加冲洗后再去除枝梗榨汁,避免除去枝梗时引起葡萄破损,增加被杂菌污染的机会,A项正确;制作果酒过程中会产生二氧化碳气体,因此,玻璃瓶用酒精消毒后装入葡萄汁时不能装满,应该留有1/3的空间,B项错误;酒精发酵过程中会产生二氧化碳气体,要适时拧松瓶盖放气,C项正确;酒
16、精发酵后再进行醋酸发酵,醋酸发酵需要有氧环境,所以要去除瓶盖,盖一层纱布是为了防止空气中灰尘等的污染,D项正确。3(2020山东,12)我国的酿酒技术历史悠久,古人在实际生产中积累了很多经验。齐民要术记载:将蒸熟的米和酒曲混合前需“浸曲发,如鱼眼汤,净淘米八斗,炊作饭,舒令极冷”。意思是将酒曲浸到活化,冒出鱼眼大小的气泡,把八斗米淘净,蒸熟,摊开冷透。下列说法错误的是()A“浸曲发”过程中酒曲中的微生物代谢加快B“鱼眼汤”现象是微生物呼吸作用产生的CO2释放形成的C“净淘米”是为消除杂菌对酿酒过程的影响而采取的主要措施D“舒令极冷”的目的是防止蒸熟的米温度过高导致酒曲中的微生物死亡答案C解析酒
17、曲中含有大量的微生物,“浸曲发”的过程中,水分充足,酒曲中的微生物在适宜的条件下代谢会加快,A项正确;形成“鱼眼汤”的原因是酒曲中的微生物进行呼吸作用产生了大量的CO2,向外释放时形成了气泡,B项正确;“净淘米”主要是将米清洗干净,“蒸熟”才是酿酒时为消除杂菌采取的主要措施,C项错误;“舒令极冷”是将蒸熟的米温度降低,这样在米与酒曲混合时可以防止蒸熟的米温度过高导致酒曲中的微生物死亡,D项正确。4(2018海南,30)葡萄酒是葡萄汁经酵母菌发酵而成的,酿制葡萄酒的两个简易装置如图所示。回答下列问题:(1)试管中的X溶液有助于维持甲装置的瓶中气压相对稳定,与乙装置相比,用甲装置酿制葡萄酒的优点是
18、_(答出两点即可)。(2)葡萄汁装入甲装置时,要留有约的空间,这种做法的目的是_(答出两点即可)。(3)某同学若用乙装置进行发酵,并设置两个不同处理组(乙A和乙B),乙A装置中保留一定量的氧气,乙B装置中没有氧气。在其他条件相同且适宜的情况下,测得一段时间内乙A和乙B中酒精含量的变化趋势及乙A中氧气含量的变化趋势,如曲线图所示。图中曲线、依次表示_、_、_含量的变化趋势。(4)从细胞呼吸类型看,酵母菌属于_生物;从同化作用的类型看,酵母菌属于_(填“自养”或“异养”)生物。答案(1)不需要开盖放气;避免了因开盖引起的杂菌污染(2)为酵母菌大量繁殖提供氧气;防止发酵旺盛时汁液溢出(3)乙A中氧气
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