2025導與練總復習生物學I（高考一輪）（人教）第十單元生物技術

與工程

第

十

單

元生物技術與工

第40講發酵工程

［課標要求］

1.闡明在發酵工程中滅菌是獲得純凈的微生物培養物的前提。

2.闡明無菌技術是在操作過程中，保持無菌物品與無菌區域不被微生

物污染的技術。

3.舉例說明通過調整培養基的配方可有目的地培養某種微生物。

4.概述平板劃線法和稀釋涂布平板法是實驗室中進行微生物分離和

純化的常用方法。

5.概述稀釋涂布平板法和顯微鏡計數法是測定微生物數量的常用方

法。

6.舉例說明日常生活中的某些食品是運用傳統發酵技術生產的。

7.闡明發醉工程利用現代工程技術及微生物的特定功能,工業化生產

人類所需產品。

8.舉例說明發酵工程在醫藥、食品及其他工農業生產上有重要的應用

價值。

考點一傳統發酵技術和發醉工程的應用

必備知識?梳理理清概念，夯實基礎

L傳統發酵技術的應用

（1）發酵:是指人們利用微生物,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。

⑵傳統發酵技術。

信葡原材料中天然存在的微生物或前一

「來源一次發酵保存下來的面團、鹵汁等發

I-J酵物中的微生物

-----混合菌種的固體發酵和混合菌種的

［類型半固體發酵一

更J—有，或無氧條件下的物質氧化分解

■（結果卜生產人們需要的各種發醉產品

■（應用卜果酒、果，、泡菜、醬油等的制作

⑶傳統發酵食品的制作。

①腐乳制作。

a.原理：蛋白質3區小分子的肽和氨基酸。

脂肪典"甘油和脂肪酸。

b.腐乳制作過程中起主要作用的微生物:毛霉是一種絲狀真菌,其代

謝類型是異養需氧型。

②泡菜的制作。

a.菌種來源:植物體表面天然的乳酸菌。

b.原理:在無氧條件下,乳酸菌將葡萄糖分解成乳酸。反應簡式:她?

旦2a（乳酸）+能量。

c.制作流程。

③果酒和果醋的制作。

a.果酒制作和果醋制作的比較。

項目制作果酒制作果醋

發酵

酵母菌醋酸菌

菌種

代謝

異養兼性厭氧型異養需氧型

類型

有氧條件下,酵母菌通過有氧

。2、糖源充足時:C6Hl2。6+2。2

呼吸大量繁

旦c2H3COOH+2co2+240+能

殖:CM2O6+6H2O+6O2」幺

發酵量；

6co2+1240+能量;

原理充足、缺少糖源

無氧條件下,酵母菌通過無氧

時:C2HQH+O2旦

呼吸產生酒精:C6H旦

CH3COOH+H2O+能量

2c2HQH+2cO2+能量

對氧前期需氧,后期不需氧一直需氧

的需

求

產物聞氣味、品嘗、酸性條件下的酸堿指示劑（pH試紙）、聞氣

檢測重鋁酸鉀（橙色f灰綠色）味、品嘗

b.制作流程。

器具發醉瓶、榨汁機等要用洗潔精清洗干凈，并用

處理體積分數為70%的酒精消毒,隙干備用

材料選擇新鮮的葡萄，先用迎沖洗1~2次，再去

處理除枝梗和腐爛的籽粒，祈

榨汁用榨汁機榨取葡萄汁，將葡菊汁裝入發酵瓶,

裝瓶要留有大約1/3的空間,蓋好瓶蓋

將溫度控制在18~30葉，在發酵過程中,每隔

酒精12h左右將瓶藕擰松一次，此后再擰緊瓶蓋。

發酵發酵時間為10~12d,可通過從發酵瓶口取樣

來對發酵的情況進行監測

當葡萄酒制作完成后，打開瓶蓋,蓋上一層紗

If—布，進行葡萄醋的發酵，溫度控制在30~35七,

發酹-----

J時間為7~8d

2.發酵工程及其應用

⑴發酵工程。

利用微生物的特定功能,通過現代工程技術,規模化生產對人類有用

的產品。

（2）發酵工程基本環節。

G贏從自然界中篩選

幾通過誘變育種或基因工程育種獲得

］擴大培養)-在發酹前需要對菌種進行擴大培養

(配制培養荒戶根據菌種,選擇原料制備培養基

「I、

對培養基和發酵設備進行嚴格滅菌

接丁)-將菌種接種到培養基中培養

工地位)-中心環節

發酵罐①隨時檢測培養液中微生物數拉

內發酵和產物濃度等

(iF)-②及時添加必要的營養成分

③嚴格控制溫度、pH和溶解氧等

發酵條件

微生物采用過濾、沉淀等方法將菌體

分離、提純細胞.分離和干燥

產物川田一根據產物的性質進行提取、分

代謝物一士力；

-------離和純7化7------

獲得產品

(3)啤酒的工業化生產流程。

俊新主要原料:大麥和水

作座產［作用:釋放淀粉醒

加熱殺死種

子胚迫不使

淀粉酶失活r^n將干燥的麥芽碾磨成麥芽粉

設備:糖化罐

啤1花廊1

淀粉遜邈

產生風B

味組分,

主發酵階段：糖幽酒精和

終止酶冷卻ico?

龍回后發酵階段:低溫、密閉環境儲存,

的進一

使啤酒澄清、成熟

步作用,過濾

作用［殺死啤酒中的大多數微生物

并對糖空卓延長啤酒的保存期

漿滅菌.

鑫1過濾、調節、分裝啤酒進行出售

(4)發酵工程的應用。

生產傳統的發酵產品發口醬油、各種酒類

食口口

生產各種各樣的食品添加劑，如檸檬酸、味精

工業

生產豳物，如果狡酶、脂肪酶

醫藥

生產各種藥物、疫苗

工業

生產微生物肥料生口根瘤菌肥、固氮菌肥

生產微生物農藥,如井岡霉素

農牧業

生產微生物飼料,如用單細胞蛋白制成的

微生物飼料

其他利用纖維廢料發酵生產酒精、乙烯等能源物質：對極端微

方面生物的研究

［正誤辨析］

1,制作腐乳需利用毛霉產生的酶分解豆腐中的蛋白質等物質。

(V)

2.制作果酒、果醋和腐乳過程都應防止微生物的生長、繁殖。(X)

提示:制作果酒、果醋和腐乳過程都需要特定微生物的生長、繁殖。

3.在制作泡菜的過程中，亞硝酸鹽的含量變化情況是逐漸增加的。

(X)

提示:泡菜制作的過程中，隨著泡菜發酵中產生的乳酸增加，亞硝酸鹽

的含量會先增加,后逐漸下降。

4.腌制初期泡菜壇內會長出一層白膜,這是乳酸菌大量繁殖的結果。

(X)

提示:在泡菜制作過程中，泡菜發酵液的營養豐富,其表面往往含有適

量的氧氣,適合酵母菌生長繁殖,產膜酵母菌的生長繁殖會在泡菜壇

的液面形成一層白膜。

5.雖然青霉素是抗生素，但在青霉素生產過程中仍然需要嚴格滅菌。

（V）

6,單細胞蛋白是從微生物細胞中提取出來的。（X）

提示:單細胞蛋白是發酵獲得的微生物菌體。

［教材微點思考］

1.（選擇性必修3P6“探究?實踐”拓展）分析制作泡菜時，鹽水為什

么要煮沸后冷卻？

提示: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。

冷卻是防止高溫殺死植物體表面天然的乳酸菌。

2.（選擇性必修3P7“探究?實踐”拓展）

⑴在果酒制作中應該先沖洗葡萄還是先除去枝梗?為什么？

提示:應該先沖洗葡萄,然后再除去枝梗，以避免除去枝梗時引起葡萄

破損，增加被雜菌污染的機會。

⑵果酒制作時,發酵瓶裝入葡萄汁后留有約1/3空間的目的是什么？

提示:先讓酵母菌進行有氧呼吸快速繁殖,耗盡氧氣后再進行酒精發

酵;其次,防止發酵過程中產生的CO,造成發酵液溢出。

3.（選擇性必修3P8正文拓展）傳統發酵食品品質不一,主要原因是苗

種差異、雜菌情況不明和發酵過程的控制缺乏標準等。

4.（選擇性必修3P23正文拓展）發酵罐中攪拌葉輪進行攪拌的作用是

什么？

提示:葉輪的攪拌不僅使氣泡與發酵液混合，而且使微生物細胞與發

酵液中營養物質充分接觸。

重難知識-透析點擊重點，攻克難點

1.果酒制作中發酵裝置及各部件的作用

充氣口

排氣口L

發酵前期充氣口打開，

排出酒精發酵

輸入無菌空氣，讓酵

母菌增殖，后期關閉卜、時產生的C02

充氣口，進行酒精發

酵;在醋酸發酵時連

長而彎的管\

接充氣泵進行充氣

排氣口通過一

個長而彎曲的

出料口技管與瓶身連

用來取樣，及時監

接，其目的是

測發酵進行的情況

防止空氣中微

生物的污染

2.泡菜腌制過程中，乳酸菌、乳酸和亞硝酸鹽相對含量(或數量)的變

化

(

超…-乳酸菌

豢

怪一一乳酸

)

淑\—亞硝酸鹽

如

版

輕

。初期'中期'后期發醉時間

⑴發酵初期:還有。2,乳酸菌活動受抑制，因此數量較少,產生的乳酸

也較少。此時—硝酸鹽還原菌的作用增強,亞硝酸鹽含量增加。

⑵發酵中期:乳酸菌數量增多,產生的乳酸增多，導致pH下降,乳酸

的積累使硝酸鹽還原菌的活動受到抑制，部分亞硝酸鹽被分解,含量

開始下降。

(3)發酵后期:乳酸繼續積累,pH繼續下降，乳酸菌活動也受到抑制，數

量開始減少。硝酸鹽還原菌被完全抑制，亞硝酸鹽含量下降至相對穩

定。

高頻考向?突破把握方向，訓絳到位

唱位ra傳統發酵技術

1.（2023?山東卷）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（C）

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可檢測到完整發酵過程中亞硝酸鹽含量逐漸降低

解析:①鹽水煮沸是為了滅菌，冷卻之后使用是為了保證乳酸菌等微

生物的生命活動不受影響;②鹽水需要浸沒全部菜料,造成無氧環境,

有利于乳酸菌無氧呼吸;③蓋好壇蓋后，向壇蓋邊沿的水槽中注滿水,

是為了密封發酵,壇內的氣體從壇沿水槽內的水中間歇性溢此而外

面的氣體不能進入壇內；④檢測泡菜中亞硝酸鹽的含量，腌制泡菜過

程中亞硝酸鹽的含量先增多后減少。

2.（2022?江蘇卷改編）在制作發酵食品的學生實踐中,控制發酵條件

至關重要。下列相關敘述正確的是（B）

A.泡菜發酵后期,盡管乳酸菌占優勢，但仍有產氣菌繁殖，需開蓋放氣

B.制作果酒的葡萄汁不宜超過發酵瓶體積的2/3,制作泡菜的鹽水要

淹沒全部菜料

C.葡萄果皮上有酵母菌和醋酸菌,制作好葡萄酒后,可直接通入無菌

空氣制作葡萄醋

D.果酒與果醋發酵時溫度宜控制在18?25℃,泡菜發酵時溫度宜控

制在30?35℃

解析:乳酸菌屬于厭氧菌,開蓋放氣會影響乳酸菌發酵，因此不能開蓋

放氣;制作果酒的葡萄汁不宜超過發酵瓶體積的2/3,是為了發酵初期

讓酵母菌進行有氧呼吸大量繁殖，I可時為了防止發酵過程中發酵液溢

此制作泡菜的鹽水要淹沒全部菜料，以保證乳酸菌進行無氧呼吸;醋

酸菌為好氧菌,且發酵溫度高于果酒的發酵溫度，因此制作好葡萄酒

后，除通入無菌空氣還需要適當提高發酵裝置的溫度;果酒發酵時溫

度宜控制在18?30°C,果醋發酵時溫度宜控制在30?35℃,泡菜的

制作溫度低于30?35℃。

3.泡菜中亞硝酸鹽含量超過一定值會與胺反應產生致癌物,泡菜制作

過程中亞硝酸鹽峰值一般出現在第5天。現用不同濃度的食醋對泡菜

進行處理,測定其亞硝酸鹽的含量變化,結果如圖所示。下列說法錯誤

的是（B）

?

Z

E

)

/

同

如

相

窗

整

圖

A.本實驗亞硝酸鹽峰值出現在第3天，推測原因可能為溫度更為適宜

B.不同濃度的食醋不僅影響亞硝酸鹽的峰值還影響峰值出現的時間

C.濃度為0.60%的食醋對泡菜中亞硝酸鹽產生的抑制效果相對明顯

D.健康飲食應選擇食用在此條件下腌制10d左右的酸菜

解析:根據題干“泡菜制作過程中亞硝酸鹽峰值一般出現在第5天”，

而本實驗亞硝酸鹽峰值出現在第3天，推測原因可能為溫度更為適宜;

根據題圖分析可知，本實驗亞硝酸鹽峰值均出現在第3天;根據題圖

分析可知,濃度為0.60%的食醋對泡菜中亞硝酸鹽產生的抑制效果相

對明顯；根據題圖分析可知，腌制10d左右的酸菜亞硝酸鹽的含量基

本為0,所以健康飲食應選擇食用在此條件下腌制10d左右的酸菜。

居同國發酵工程及其應用

4.（2022?山東卷）青霉菌處在葡萄糖濃度不足的環境中時，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。目前已實現青

霉素的工業化生產，關于該生產過程，下列說法錯誤的是（D）

A.發酵液中的碳源不宜使用葡萄糖

B.可用深層通氣液體發酵技術提高產量

C.選育出的高產菌株經擴大培養后才可接種到發酵罐中

D.青霉素具有殺菌作用，因此發酵罐不需嚴格滅菌

解析:充足的葡萄糖,不利于青霉菌合成青霉素,故發酵液中的碳源不

宜使用葡萄糖;青霉菌的代謝類型為異養需氧型，可用深層通氣液體

發酵技術提高產量;選育出的高產青霉素菌株經擴大培養純化后，才

可接種到發酵罐中進行工業化生產；為了防止細菌、其他真菌等微生

物的污染,獲得純凈的青霉素,發酵罐仍需嚴格滅菌。

5.（2024?湖南長沙模擬）我國科學家運用合成生物學方法構建了一

株嗜鹽單胞菌H,其以糖蜜（甘蔗榨糖后的廢棄液,含較多蔗糖）為原料,

在實驗室通過發酵生產出PHA等新型高附加值可降解材料,從而提高

了甘蔗的整體利用價值。具體的工藝流程如圖所示。下列說法錯誤的

是（C）

增鹽單胞菌攪拌器

調節

c?pH

其他營養物

溫度調節

質、空氣

鹽

預PHA分離

精蜜或餐廚

處純化制備

垃圾等各種理

廢棄原料

開放式發醉系統

A.為了篩選出耐高濃度蔗糖的菌株H,可在液體培養基中將蔗糖作為

唯一碳源,并不斷提高其濃度

B.為統計培養液中：1菌的數目，可在培養過程中定期取樣并用稀釋涂

布平板法進行計數

C.發酵工程的中心環節是分離、提純產物

D.若在適宜營養物濃度、溫度和pH條件下發酵,菌株H細胞增殖和

PHA產量均未達到預期且產生了少量的乙醇，可以通過增加攪拌器的

轉速等方式改善

解析:發酵工程的中心環節是在發酵罐內發酵;若在適宜營養物濃度、

溫度和pH條件下發酵,菌株H細胞增殖和PHA產量均未達到預期且產

生了少量的乙醇,這說明發酵過程中氧氣不足，使菌種進行無氧呼吸

產生了乙醇,可以通過增加攪拌器的轉速（漕加氧氣）等方式改善。

6.（2022?湖北卷）廢水、廢料經加工可變廢為寶。某工廠利用果糖生

產廢水和沼氣池廢料生產蛋白質的技術路線如圖所示。下列敘述正確

的是（A）

單蛋

細白

胞質

生成

氣體

定有

中，一

過程

生產

A,該

池廢料

于沼氣

要來源

碳源主

長所需

生物生

B.微

白質

生產蛋

酵技術

厭氧發

微生物

藝利用

生產工

C.該

理

滅菌處

前需要

應器之

加入反

廢水在

糖生產

料和果

氣池廢

D.沼

作用

呼吸

母菌

與，酵

的參

酵母

釀酒

中有

過程

生產

知,該

圖可

:據題

解析

，

圖可知

分析題

生成;

有氣體

，一定

程中

產過

該生

碳,故

氧化

生二

會產

中的

池廢料

和沼氣

產廢水

果糖生

來源于

源主要

需的碳

生長所

微生物

,

過程

器的

反應

攪拌