藝考生生物專題七發酵工程

專題突破第2講傳統發酵技術的應用和發酵工程【思維導圖】【考點梳理】考點1傳統發酵技術的應用1.發酵與傳統發酵技術(1)發酵:指人們利用微生物,在適宜的條件下,將原料通過微生物的代謝轉化為人類所需要的產物的過程。(2)傳統發酵技術:直接利用原材料中天然存在的微生物,或利用前一次發酵保存下來的面團、鹵汁等發酵物中的微生物進行發酵、制作食品的技術。

3.果酒和果醋的制作項目果酒制作果醋制作制作原理菌種酵母菌(真核)醋酸菌(原核)反應發酵條件溫度一般18~30℃,最適為20℃左右最適為30~35℃空氣前期:需氧;后期:不需氧需要充足氧氣時間10~12d7~8d

5.果酒、果醋、腐乳和泡菜制作的比較發酵釀酒釀醋制作腐乳制作泡菜菌種酵母菌醋酸菌毛霉乳酸菌生物分類真核生物(真菌)原核生物(細菌)真核生物(真菌)原核生物(細菌)代謝類型異養兼性厭氧異養需氧異養需氧異養厭氧發酵條件前期需氧,后期不需氧一直需氧前期需氧,后期密封不需氧最適溫度18℃~30℃30℃~35℃15℃~18℃常溫考點2

發酵工程1.發酵工程的基本環節

選育菌種:從自然界中篩選出來或誘變育種、基因工程育種獲得。

擴大培養:增加菌種數量,縮短生產周期。擴大培養的培養基:一般為液體培養基。2.發酵工程的應用(1)應用領域:食品工業、醫藥工業、農牧業等。食品工業是微生物最早開發和應用的領域。(2)在食品工業的應用

生產傳統的發酵產品:如醬油、各種酒類。

生產各種各樣的食品添加劑:如通過黑曲霉發酵制得的檸檬酸,由谷氨酸棒狀桿菌發酵生產味精。

生產酶制劑:如α-淀粉酶、β-淀粉酶、果膠酶、氨基肽酶、脂肪酶等。(3)在醫藥工業的應用

采用基因工程的方法,將植物或動物的基因轉移到微生物中,獲得具有某種藥物生產能力的微生物。或直接對菌種進行改造,再通過發酵技術大量生產所需要的產品。

主要生產的藥物:抗生素、氨基酸、激素和免疫調節劑等。(4)在農牧業的應用

生產微生物肥料:常見的有根瘤菌肥、固氮菌肥等。

生產微生物農藥:微生物農藥利用微生物或其代謝物來防治病蟲害。

生產微生物飼料:微生物通過發酵能獲得大量的單細胞蛋白(微生物菌體),用單細胞蛋白制成微生物飼料。(5)在其他方面的應用

解決資源短缺與環境污染問題:如利用纖維廢料發酵生產酒精、乙烯等能源物質。

將極端微生物應用于生產實踐:如嗜熱菌、嗜鹽菌可以用來生產洗滌劑,嗜低溫菌有助于提高熱敏性產品的產量。典型示范(2022·深圳一模)豆豉是一種以大豆為原料的傳統發酵食品,在我國有2000多年的制作和食用歷史。其中,廣東省陽江的豆豉以其松化、醇香、鮮美的獨特風味而享譽盛名,其制作工藝流程如圖。回答下列問題:(1)制曲的目的是讓黑豆上長滿曲霉等微生物。為了弄清微生物的具體種類,需從曲料(制曲階段黑豆表面部分)中分離、純化微生物,常用的接種方法有

(答出兩種方法即可),純化所得的優良菌種常用

法進行長期保存。

黑豆→蒸煮→制曲(接種并培養)→拌鹽→后期發酵(入壇密封)→出壇→豆豉【答案】(1)稀釋涂布平板法、平板劃線法甘油管藏【詳解】(1)微生物常用的接種方法有稀釋涂布平板法和平板劃線法;長期保存優良菌種用甘油管藏的方法。(2022·深圳一模)豆豉是一種以大豆為原料的傳統發酵食品,在我國有2000多年的制作和食用歷史。其中,廣東省陽江的豆豉以其松化、醇香、鮮美的獨特風味而享譽盛名,其制作工藝流程如圖。回答下列問題:(2)黑豆蒸熟或煮熟后更容易制曲,從蛋白質結構角度分析,其原因是

。拌鹽階段需控制食鹽的用量,其原因是

(答出兩點即可)。

黑豆→蒸煮→制曲(接種并培養)→拌鹽→后期發酵(入壇密封)→出壇→豆豉【答案】(2)高溫使蛋白質分子的空間結構變得伸展、松散,肽鍵暴露,容易被蛋白酶水解加鹽過多,會影響口味;加鹽太少,不足以抑制雜菌污染【詳解】(2)黑豆蒸熟或煮熟后,通過高溫使蛋白質分子的空間結構變得伸展、松散,肽鍵暴露,容易被蛋白酶水解,所以更容易制曲;加入鹽可以防止其他雜菌污染,同時調節口味,如果加鹽過多,會影響口味,加鹽太少,不足以抑制雜菌污染。(2022·深圳一模)豆豉是一種以大豆為原料的傳統發酵食品,在我國有2000多年的制作和食用歷史。其中,廣東省陽江的豆豉以其松化、醇香、鮮美的獨特風味而享譽盛名,其制作工藝流程如圖。回答下列問題:(3)豆豉風味的形成與腐乳類似,據此推測豆豉的鮮美口味主要在

階段形成。

黑豆→蒸煮→制曲(接種并培養)→拌鹽→后期發酵(入壇密封)→出壇→豆豉【答案】(3)后期發酵【詳解】(3)腐乳的鮮美口味主要是依賴于蛋白酶將蛋白質分解為小分子肽和氨基酸,脂肪酶將脂肪分解為甘油和脂肪酸,所以豆豉的鮮美口味主要在后期發酵過程階段完成。(2022·深圳一模)豆豉是一種以大豆為原料的傳統發酵食品,在我國有2000多年的制作和食用歷史。其中,廣東省陽江的豆豉以其松化、醇香、鮮美的獨特風味而享譽盛名,其制作工藝流程如圖。回答下列問題:

(4)小作坊制作的豆豉中,有時出現肉毒菌毒素,從而引起食物中毒。為避免肉毒菌等有害雜菌的污染,現代工業化的豆豉生產在制曲階段可采取的措施有

。黑豆→蒸煮→制曲(接種并培養)→拌鹽→后期發酵(入壇密封)→出壇→豆豉【答案】(4)對操作工具進行嚴格滅菌處理,定期檢查生產情況,接種優良菌種【詳解】(4)現代工業化的豆豉生產通過在制曲階段對操作工具進行嚴格滅菌處理,定期檢查生產情況,接種優良菌種等措施避免肉毒菌等有害雜菌的污染。【重點歸納】本題考查的是豆豉的制作,豆豉的制作原理與腐乳的制作相似,前期發酵是有氧條件下讓霉菌產生蛋白酶和脂肪酶,后期發酵是密封條件下利用霉菌產生蛋白酶和脂肪酶將蛋白質和脂肪分解為容易被人體吸收的小分子物質。變式訓練(2022·廣東省二模)魚露(又稱魚醬油)是一種在廣東、福建等地常見的調味品,是以價廉的海捕小魚蝦為原料,用鹽(鹽的加入比例約20%)腌漬、發酵、曝曬、提煉而成。魚露生產企業常通過添加高產蛋白酶耐鹽菌株、豆粕,以及控制發酵條件等措施加快生產速度和提升產品質量。圖1為魚露發酵缸,圖2、3、4依次為豆粕添加濃度、pH、溫度對高產蛋白酶耐鹽菌株蛋白酶活力的影響。

圖1

圖2

圖3

圖4請回答下列問題:(1)魚露的發酵過程中,加入的豆粕可為菌株的生長提供

等營養物質,豆粕添加的最適濃度是

。高產蛋白酶耐鹽菌株的最適pH為

。【答案】

(1)碳源、氮源、無機鹽、維生素15g/L

10【詳解】(1)豆粕中含有蛋白質、多糖等營養物質,故魚露的發酵過程中,加入的豆粕可為菌株的生長提供碳源、氮源、無機鹽、維生素等營養物質;據圖2、3可知,在豆粕添加濃度為15g/L、pH=10時,蛋白酶的活力最高,故豆粕添加的最適濃度是15g/L,高產蛋白酶耐鹽菌株的最適pH為10。(2)據圖1可知,發酵缸中的菌株屬于

(選填“自養厭氧”“異養厭氧”或“異養好氧”)微生物。發酵缸無須滅菌處理,原因是

。

【答案】

(2)異養厭氧高鹽、強堿和無(低)氧環境下,其他微生物不易生長【詳解】(2)據圖1可知,發酵缸密封處理,且需要添加高產蛋白酶耐鹽菌株、豆粕,故發酵缸中的菌株屬于異養厭氧型;由于高鹽、強堿和無(低)氧環境下,其他微生物不易生長,故發酵缸無須滅菌處理。(3)生物胺是魚露、香腸、臘腸、咸肉、咸魚、干酪等腌漬制品生產中產生的一類物質,對食用安全性有重要影響,其含量較高時有一定的毒性。科研人員擬采用水解圈的方法,從魚露發酵液中篩選生物胺降解菌,其操作思路是:從距發酵缸上表面8~12cm處吸取1mL發酵液→

→取100μL均勻涂布在含1mg/mL生物胺、5g/LNaCl的固體培養基上→

→挑取透明圈直徑較大的菌落分離純化→測定菌株的生物胺降解活性。

【答案】

(3)用無菌水稀釋魚露發酵液30℃恒溫培養箱培養至有透明圈出現【詳解】(3)從魚露發酵液中篩選生物胺降解菌,其操作思路是:從距發酵缸上表面8~12cm處吸取1mL發酵液→用無菌水稀釋魚露發酵液(避免雜菌污染,故用無菌水)→取100μL均勻涂布在含1mg/mL生物胺、5g/LNaCl的固體培養基上→30℃(圖示30℃時蛋白酶活力最強)恒溫培養箱培養至有透明圈出現→挑取透明圈直徑較大的菌落分離純化→測定菌株的生物胺降解活性。真題回顧1.(2021·海南卷)關于果酒、果醋和泡菜這三種傳統發酵產物的制作,下列敘述正確的是 (

)

A.發酵所利用的微生物都屬于原核生物 B.發酵過程都在無氧條件下進行 C.發酵過程都在同一溫度下進行 D.發酵后形成的溶液都呈酸性【答案】

D【詳解】參與果酒制作的微生物是酵母菌,屬于真核生物,A錯誤;參與果醋制作的醋酸菌是好氧菌,因此果醋發酵需要有氧條件,B錯誤;不同的發酵產物需要的溫度不同,C錯誤;果酒、果醋和泡菜發酵后形成的溶液都呈酸性,D正確。2.(2020·全國Ⅲ卷)水果可以用來加工制作果汁、果酒和果醋等。回答下列問題:(1)制作果汁時,可以使用果膠酶、纖維素酶等提高水果的出汁率和澄清度。果膠酶是分解果膠的一類酶的總稱,包括多聚半乳糖醛酸酶、

(答出2種即可)。纖維素酶可以分解植物

(填細胞膜或細胞壁)中的纖維素。

【答案】

(1)果膠分解酶、果膠酯酶細胞壁【詳解】(1)由分析可知,果膠酶包括多聚半乳糖醛酸酶、果膠分解酶和果膠酯酶等。植物細胞壁由纖維素和果膠構成,故可用纖維素酶分解細胞壁。2.(2020·全國Ⅲ卷)水果可以用來加工制作果汁、果酒和果醋等。回答下列問題:(2)用果膠酶處理果泥時,為了提高出汁率,需要控制反應的溫度,原因是

。

【答案】

(2)溫度對果膠酶活性有影響,在最適溫度下酶活性最高,出汁率最高【詳解】(2)酶發揮催化作用需要適宜的溫度和pH條件,在最適溫度下,果膠酶的活性最高,出汁率最高。2.(2020·全國Ⅲ卷)水果可以用來加工制作果汁、果酒和果醋等。回答下列問題:(3)現有甲乙丙三種不同來源的果膠酶,某同學擬在果泥用量、溫度、pH等所有條件都相同的前提下比較這三種酶的活性。通常,酶活性的高低可用

來表示。

【答案】

(3)在一定條件下,單位時間內、單位體積中反應物的消耗量或者產物的增加量【詳解】(3)酶的活性是指酶催化一定化學反應的能力,酶活性的高低可以用在一定條件下,單位時間內、單位體積中反應物的消耗量或者產物的增加量來表示。2.(2020·全國Ⅲ卷)水果可以用來加工制作果汁、果酒和果醋等。回答下列問題:(4)獲得的果汁(如蘋果汁)可以用來制作果酒或者果醋,制作果酒需要

菌,這一過程中也需要O2,O2的作用是

。制作果醋需要醋酸菌,醋酸菌屬于

(填好氧或厭氧)細菌。【答案】

(4)酵母促進有氧呼吸,使酵母菌大量繁殖好氧【詳解】(4)由分析可知,果酒的制作離不開酵母菌,在初期通入氧氣,可以促進酵母菌的有氧呼吸,使其大量繁殖;醋酸菌是一種好氧細菌。3.(2021·全國乙卷)工業上所說的發酵是指微生物在有氧或無氧條件下通過分解與合成代謝將某些原料物質轉化為特定產品的過程。利用微生物發酵制作醬油在我國具有悠久的歷史。某企業通過發酵制作醬油的流程示意圖如下。

回答下列問題:(1)米曲霉發酵過程中,加入大豆、小麥和麥麩可以為米曲霉的生長提供營養物質,大豆中的

可為米曲霉的生長提供氮源,小麥中的淀粉可為米曲霉的生長提供

。【答案】

(1)蛋白質碳源【詳解】(1)大豆中含有豐富的蛋白質,可為微生物的生長繁殖提供氮源。小麥中的淀粉可以為微生物的生長繁殖提供碳源。(2)米曲霉發酵過程的主要目的是使米曲霉充分生長繁殖,大量分泌制作醬油過程所需的酶類,這些酶中的