【高考突破方案】选择性必修三 专题10 第1讲　传统发酵技术的应用 -讲义（教师版） 高考生物一轮复习

专题10　生物技术与工程　　　　　　　　　　
第1讲　传统发酵技术的应用
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.阐明利用微生物进行发酵来生产特定的产物 3.利用乳酸菌发酵制作酸奶或泡菜 4.利用酵母菌、醋酸菌分别制作果酒和果醋 生命观念 通过归纳发酵菌种的结构与功能的关系，形成结构与功能相适应的观点
科学思维 比较泡菜、果酒、果醋的制作原理、流程、发酵条件的异同
科学探究 设计实验装置并完成果酒、果醋、泡菜的制作，对实验结果进行分析评价
社会责任 关注食品安全，倡导健康的生活方式
一、发酵与传统发酵技术
1.发酵
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、尝试制作传统发酵食品
1.泡菜、果酒和果醋制作菌种的比较
菌种 乳酸菌 酵母菌 醋酸菌
代谢类型 异养__厌氧__ 异养__兼性厌氧__ 异养__好氧__
最适生长温度 — 约为__28__℃ __30～35__℃
菌种分布 分布广泛，空气、土壤、植物体表、人或动物的__肠道内__ 分布广泛，大量附着在新鲜__水果的果皮表面__ 分布广泛
应用 泡菜制作、生产酸奶 酿酒(果酒制作)、制作馒头和面包等 果醋制作
2.微生物发酵制作泡菜、果酒和果醋的原理
(1)乳酸菌发酵制作泡菜的原理：__C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋能量__。
(2)酵母菌发酵制作果酒的原理
①有氧条件(大量繁殖)：__C6H12O6＋6H2O＋6O26CO2＋12H2O＋能量__。
②无氧条件(酒精发酵)：__C6H12O62C2H5OH(酒精)＋2CO2＋能量__。
(3)醋酸菌发酵制作果醋的原理
①O2、糖源都充足时：__C6H12O6＋2O22CH3COOH(乙酸)＋2H2O＋2CO2＋能量__。
②缺少糖源时：__C2H5OH＋O2CH3COOH(乙酸)＋H2O＋能量__。
3.制作传统发酵食品
(1)制作泡菜的方法步骤
(2)果酒和果醋制作过程的比较
【易错易混自纠】
(1)传统发酵以混合菌种的固体发酵及半固体发酵为主，通常是家庭式或作坊式的。( √ )
(2)影响泡菜腌制的因素包括时间、温度和食盐的用量等。( √ )
(3)在苹果酒的发酵过程中，若发酵液表面出现菌膜，最可能的原因是发酵瓶漏气。( √ )
(4)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的温度。( × )
提示：果酒发酵所需的最适温度是18～30 ℃，果醋发酵的最适温度是30～35 ℃。
(5)在利用葡萄发酵产生果酒的后期，加入醋酸菌即可产生乙酸。( × )
提示：醋酸菌是好氧菌，而发酵产生果酒的后期是无氧环境。
1.(选择性必修3 P8)传统发酵食品品种不一的原因是什么？
(1)制作过程中，没有接种菌种，而是利用__天然存在__的菌种，菌种差异、杂菌情况不明。
(2)发酵过程的控制__缺乏标准__。
2.(选择性必修3 P7探究·实践)果酒制作时，发酵瓶装入葡萄汁后留有1/3空间的目的是什么？
__先让酵母菌进行有氧呼吸快速繁殖，耗尽氧气后再进行酒精发酵；其次，防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出__。
3.(选择性必修3 P7探究·实践)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？
__在制作果酒的过程中，除了酵母菌，还有其他微生物生长，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，封闭充气口；每次排气时只需拧松瓶盖，不要完全揭开瓶盖__。
教材拾遗
1.(选择性必修3 P8拓展应用第2题)制作的泡菜“咸而不酸”的原因可能是__食盐浓度过高、发酵温度过低，导致泡菜未能正常发酵__。
2.(选择性必修3 P8拓展应用第3题改编)图中①为__充气口__，用来充入氧气(无菌空气)。②为排气口，在酒精发酵时排出的是酒精发酵产生的__CO2__，在醋酸发酵时排出的是__剩余的空气和醋酸菌代谢产生的CO2__；长而弯曲的胶管的作用是__防止空气中微生物的进入__。③为出料口，便于取样检测，及时监测发酵进行的情况。
考点1　发酵与传统发酵技术的概念及泡菜的制作
1.泡菜发酵过程中乳酸菌、乳酸及亚硝酸盐含量的变化
发酵 时期 乳酸菌 乳酸 亚硝酸盐
发酵 初期 少(有O2，乳酸菌种活动受抑制) 少 增加(硝酸盐还原菌的作用)
发酵 中期 最多(乳酸抑制其他菌种活动) 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，抑制其自身活动) 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
2.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盐水的质量分数为5%～20%，盐水要煮沸后冷却。煮沸有两大作用，一是除去水中的O2，二是杀灭盐水中的细菌。
(2)防止杂菌污染：每次取样用具要洗净，取样后要迅速封口。
(3)控制严格的无氧条件
①泡菜坛要选择气密性好的容器，以创造无氧环境，有利于乳酸菌发酵，防止蔬菜腐烂。
②泡菜坛坛盖边沿的水槽内注满水，以保证坛内乳酸菌发酵所需的无氧环境，并注意在发酵过程中经常补水。
(4)控制适宜的温度：以18～20 ℃为宜，温度偏高有害菌活动能力强，温度偏低不利于乳酸发酵。
围绕发酵与传统发酵技术的概念，考查科学思维
1.(2024·山东一模)传承数千年的传统发酵食品是中华饮食文化的重要载体，而在发酵食品制作过程中，控制发酵条件至关重要。下列叙述正确的是(　　)
A.做泡菜时将盐水浸没全部菜料的目的是杀死菜料表面的杂菌
B.利用乳酸菌制作酸奶的过程中，先通气培养，后密封发酵
C.在制作米酒过程中，加酒曲之前需将蒸熟的糯米冷却以避免高温杀死菌种
D.利用米曲霉发酵生产酱油的过程中，不断搅拌有利于其通过无氧呼吸快速繁殖
【答案】C
2.发酵制氢技术是我国为早日实现“碳中和”开发的新能源技术之一。传统农业中，水稻、小麦的秸秆常被焚烧，既产生浓烟污染环境，又增加了CO2排放，研究团队将秸秆制成发酵液培养某种细菌，进行发酵制氢。下列说法错误的是(　　)
A.水稻、小麦的秸秆中富含纤维素，可为产氢细菌提供碳源和氮源
B.鉴定该细菌是否为纤维素分解菌，可在培养基中加入刚果红试剂
C.底物浓度、温度、pH等是影响发酵产氢量的重要因素
D.与传统农业相比，发酵制氢技术既能减少CO2的排放量又能获得新能源
【解析】A　纤维素的组成元素是C、H、O，可以为产氢细菌提供碳源，但不能提供氮源，A错误。
分析泡菜的制作，考查科学思维
3.(2024·湖南雅礼中学二模)《周礼·天官》中记载“大羹不致五味，铡羹加盐菜”，所谓“盐菜”便是泡菜的雏形。几千年文明传承中，泡菜已深刻融入了我国饮食文化。某种泡菜的制作流程如下图所示。回答下列问题：
→→→
(1)乳酸菌的代谢类型是____________。在泡菜制作过程中如果加入少量白糖，可缩短发酵周期，其原因可能是白糖为乳酸菌提供了____________，有利于乳酸菌的繁殖和发酵。
(2)古代因缺乏冷藏技术，人们在制作泡菜的过程中往往会加入大量的食盐，其主要目的是__________________________。
(3)某同学同一批次制作的多坛泡菜中，有一坛发生了变质。检查发现该坛泡菜位置摆放不当，每天10：00～16：00会被阳光照射，推测变质原因可能是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(4)泡菜工业化生产流程中，出厂前需要测定微生物数量，甲、乙两位同学用稀释涂布平板法测定同一批样品中微生物的数量，在同一稀释倍数下得到以下结果：
甲同学涂布了3个平板，统计的菌落数分别是110、140和149，取平均值133；
乙同学涂布了3个平板，统计的菌落数分别是33、169和176，取平均值126。
有人认为这两位同学的结果中，______同学的结果可信度低，若要使其数据具有较强的可信度，应采取的措施是________。
【答案】(1)异养厌氧型　碳源和能源　(2)抑制微生物的生长，防腐保鲜　(3)阳光照射使得泡菜坛内温度上升，有利于杂菌大量繁殖，导致泡菜变质　(4)乙　重新进行实验
考点2　果酒和果醋制作
1.制作果酒和果醋的发酵装置分析
使用方法：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，输入无菌空气。
2.明辨果酒和果醋制作成功的关键点
关键点 说明
材料的选择与处理 选择新鲜的葡萄，榨汁前先将葡萄进行冲洗，再除去枝梗，以防葡萄汁流失及污染
防止发酵液被污染 ①榨汁机和发酵瓶等都需清洗干净，且发酵瓶要进行消毒； ②清洗葡萄时要先清洗后除枝梗； ③发酵瓶排气管用曲颈管不用直管
结合果酒和果醋的制作，考查科学探究
1.(2024·长沙市一中一模)下图为传统白酒酿造工艺流程，相关叙述正确的是(　　)
→→→→→
A.制成的酒曲中的多种微生物参与了糖化和发酵过程
B.糖化时采用的温度越高，淀粉水解速度越快
C.密坛发酵温度控制在18～30 ℃，每隔12小时需将坛盖打开进行排气
D.制成的白酒需经湿热灭菌后并窖藏一段时间才可饮用
【解析】A　糖化主要是利用酒曲中的多种微生物将淀粉水解为葡萄糖，参与酒制作的微生物有多种但起主要作用的是酵母菌，A正确；温度高，蛋白质会发生变性，会使酶失去催化作用，所以温度太高，淀粉水解速度会变慢，B错误；液态酒精发酵阶段的温度应控制在18～30 ℃，由于酵母菌无氧呼吸产生酒精和二氧化碳，故每隔12小时需将坛盖拧松进行排气，C错误；传统酿造的白酒不需经湿热灭菌，D错误。
2.(2025·河北高三阶段练习)(不定项)通气发酵法是一种在醋酸发酵阶段，采用人工搅拌发酵醪液，通入空气使酒氧化为乙酸的工艺过程。《醒园录》中介绍了一种“极酸醋法”：“五月午时，用做就粽子七个，每个内各夹白曲一块……红曲一把，合为一处，装入瓮内，用井水灌之，七八分满就好。瓮口以布塞得极紧，置背阴地方，候三五日过，早晚用棍子搅之。尝看至有醋味，然后用乌糖四五圆打碎，和烧酒四五壶，隔汤炖至糖化，取起候冷，倾入醋内，早晚仍不时搅之，俟极酸了可用。要用时，取起醋汁一罐，换烧酒一罐下去，永吃不完，酸亦不退。”关于以上酿醋过程的说法，正确的是(　　)
A.该酿醋法中采用的原料有粽子、乌糖、烧酒
B.白曲、红曲可为醋酸发酵提供菌种
C.通过“早晚用棍子搅之”为发酵罐通气
D.醋酸发酵的最适温度为25～28 ℃
【答案】ABC
1.(2024·河北卷)(不定项)中国传统白酒多以泥窖为发酵基础，素有“千年老窖万年糟”“以窖养糟，以糟养泥”之说。多年反复利用的老窖池内壁窖泥中含有大量与酿酒相关的微生物。下列叙述正确的是(　　)
A.传统白酒的酿造是在以酿酒酵母为主的多种微生物共同作用下完成的
B.窖池内各种微生物形成了相对稳定的体系，使酿造过程不易污染杂菌
C.从窖泥中分离的酿酒酵母扩大培养时，需在CO2或N2环境中进行
D.从谷物原料发酵形成的酒糟中，可分离出产淀粉酶的微生物
【答案】ABD
2.(2023·山东卷)(不定项)果酒的家庭制作与啤酒的工业化生产相比，共同点有(　　)
A.都利用了酵母菌无氧呼吸产生酒精的原理
B.都需要一定的有氧环境供发酵菌种繁殖
C.发酵前都需要对原料进行灭菌
D.发酵结束后都必须进行消毒以延长保存期
【答案】AB
3.(2024·湖北卷)制醋、制饴、制酒是我国传统发酵技术。醋酸菌属于好氧型原核生物，常用于食用醋的发酵。下列叙述错误的是(　　)
A.食用醋的酸味主要来源于乙酸
B.醋酸菌不适宜在无氧条件下生存
C.醋酸菌含有催化乙醇氧化成乙酸的酶
D.葡萄糖在醋酸菌中的氧化分解发生在线粒体内
【答案】D
4.(2024·山东卷)在发酵过程中，多个黑曲霉菌体常聚集成团形成菌球体，菌球体大小仅由菌体数量决定。黑曲霉利用糖类发酵产生柠檬酸时需要充足的氧。菌体内铵离子浓度升高时，可解除柠檬酸对其合成途径的反馈抑制。下列说法错误的是(　　)
A.相同菌体密度下，菌球体越大柠檬酸产生速率越慢
B.发酵中期添加一定量的硫酸铵可提高柠檬酸产量
C.发酵过程中pH下降可抑制大部分细菌的生长
D.发酵结束后，将过滤所得的固体物质进行干燥即可获得柠檬酸产品
【解析】D　黑曲霉利用糖类发酵产生柠檬酸时需要充足的氧，相同菌体密度下，菌球体越大越不利于菌体与氧气接触，柠檬酸产生速率越慢，A正确；菌体内铵离子浓度升高时，可解除柠檬酸对其合成途径的反馈抑制，发酵中期添加一定量的硫酸铵，提高铵离子浓度，可提高菌体内柠檬酸产量，B正确；发酵过程中pH下降导致细菌生命活动所必需的酶失活，可抑制大部分细菌的生长，C正确；发酵结束后，将过滤所得的固体物质进行分离、纯化、浓缩、干燥等一系列操作后才能获得柠檬酸产品，D错误。
5.(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
【解析】C　盐水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，A错误；②盐水需要浸没全部菜料，造成无氧环境，有利于乳酸菌无氧呼吸，B错误；③盖好坛盖后，向坛盖边沿的水槽中注满水，是排气减压、隔绝空气、防止杂菌污染等，C正确；④检测泡菜中亚硝酸盐的含量，腌制泡菜过程中亚硝酸盐的含量先增多后减少，D错误。
6.(2020·浙江1月选考节选)回答与泡菜制作有关的问题：
(1)用萝卜等根菜类蔬菜制作泡菜，用热水短时处理，可抑制某些微生物产生果胶酶，从而使成品泡菜口感较脆。同时，该处理也会使泡菜发酵时间缩短，其原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(2)泡菜发酵初期，由于泡菜罐加盖并水封，会使__________菌被逐渐抑制。发酵中期，乳酸菌大量繁殖，会使__________菌受到抑制。发酵后期，乳酸产生过多，会使乳酸菌受到抑制。
(3)从泡菜汁中可分离制作酸奶的乳酸菌，首先对经多次发酵的泡菜汁进行过滤，然后取滤液进行____________，再用____________________的方法在某种含牛乳的专用的培养基中进行初步筛选。该培养基必须含有____________，以便于观察是否产酸。
【答案】(1)细胞破裂，细胞内营养物质外流，使乳酸菌快速地获得营养物质　(2)好氧　不耐酸的　(3)稀释　稀释涂布平板　酸碱指示剂
长沙臭豆腐是湖南长沙传统的特色小吃，其主要工艺是将豆腐坯浸入发酵卤水一段时间，油炸后拌佐料供人们休闲食用。其加工和风味来源关键在于发酵卤水。科研工作者跟踪卤水发酵过程中挥发性成分、特征风味物质及其动态变化情况，得到一系列结果。请据此回答以下问题：
(1)臭豆腐和豆腐乳是两种不同的发酵食品，其中制作腐乳利用的菌种主要是________。请简要描述腐乳制作的原理：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(2)上图中卤水发酵的菌种可能来源于______(填“A”或“B”)，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(3)为了使取得的样品更加具有代表性，每一次取样之前都应该__________，从发酵罐中取出发酵6、15、30、45、60 d的发酵液样品进行检测。试指出该取样方案的不足之处：_________________________________________________________________________________________________________________________________，若要对样品中的某一种菌计数，适宜采取的方法是______________。
(4)下图是发酵液不同发酵时间下的pH以及氨基酸态氮含量变化，由图中可知，卤水发酵初期，pH下降，下降的原因可能是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(5)发酵液中氨基酸态氮含量先增加后下降，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
【答案】(1)毛霉　毛霉能够产生蛋白酶和脂肪酶，其中蛋白酶能够将豆腐中的蛋白质水解为氨基酸和肽，脂肪酶将脂肪水解为脂肪酸和甘油　(2)B　A经过高压蒸煮灭菌，而B并未采取灭菌措施　(3)摇匀后再取样　应该还要取发酵0 d的发酵液样品进行检测进行对照　稀释涂布平板法　(4)微生物例如乳酸菌发酵，产生乳酸，造成发酵液中pH下降　(5)起初微生物产生蛋白酶和肽酶分解豆腐中的蛋白质，产生了大量氨基酸，发酵后期微生物利用氨基酸，造成发酵液中氨基酸含量下降