新高考适用2024版高考生物一轮总复习选择性必修3生物与技术第10单元生物技术与工程第1讲传统发酵技术的应用发酵工程及其应用课件

这是一份新高考适用2024版高考生物一轮总复习选择性必修3生物与技术第10单元生物技术与工程第1讲传统发酵技术的应用发酵工程及其应用课件，共60页。PPT课件主要包含了考点一，考点二，微生物，微生物的代谢，传统发酵技术，小分子的肽和氨基酸，甘油和脂肪酸，孢子生殖，异养需氧型，C6H12O6＋等内容，欢迎下载使用。

第十单元　生物技术与工程
第1讲　传统发酵技术的应用、发酵工程及其应用
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_________，在适宜的条件下，将原料通过__________________转化为人类所需要的产物的过程。
2．泡菜的制作(1)乳酸菌发酵制作泡菜的原理：_________________________________ (用方程式表示)。
(2)制作泡菜的方法步骤
(3)泡菜腌制中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐含量的变化
最多(乳酸抑制其他菌活动)
继续增多，pH继续下降
3.果酒和果醋的制作(1)原理和条件
C6H12O6＋6H2O＋
2C2H5OH＋2CO2＋能量
2CO2＋2H2O＋能量
易错整合，判断正误。(1)泡菜腌制过程中前期应先通氧，后期应严格保持无氧条件。( 　　)(2)泡菜坛的选择、发酵过程中坛沿要注满水都有利于泡菜的无氧发酵。( 　　)(3)泡菜腌制过程中，腌制时间越长，亚硝酸盐积累越多。( 　　)(4)果酒发酵温度一般控制在30～35 ℃，时间为10～12 d。( 　　)
(5)制作果醋的前提是制作果酒，因为醋酸菌可将酒精氧化为乙酸。( 　　)(6)家庭中用新鲜葡萄制作果酒时，需将发酵瓶、榨汁机用清水清洗干净。( 　　)(7)在果酒发酵后期，拧开瓶盖的间隔时间可以延长。( 　　)(8)在果酒发酵旺盛时，提高温度可以进行果醋发酵。( 　　)
1．在泡菜制作过程中营造“无氧环境”的3项措施是什么？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。2．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。
3．制作葡萄酒时，为什么要将温度控制在18～30 ℃？制作葡萄醋时，为什么要将温度控制在30～35 ℃？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30～35 ℃，因此要将温度控制在30～35 ℃。
4．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。
5．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。
1．泡菜制作中的注意事项(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用清水和食盐配制质量分数为5%～20%的盐水。盐的浓度过高，乳酸发酵受抑制，泡菜风味差；而浓度过低，杂菌易繁殖，导致泡菜变质。
(2)防止杂菌污染①每次取样用具要洗净，要迅速封口。②盐水要煮沸后冷却，煮沸的作用一是除去水中的氧，二是杀灭盐水中的杂菌。(3)氧气需求①选择泡菜坛或其他密封性良好的罐子装菜料，目的是创造无氧环境，有利于乳酸发酵。②泡菜坛坛盖边沿的水槽中注满水，以保证坛内乳酸菌发酵所需的无氧环境，注意在发酵过程中经常补水。
(4)控制适宜的温度若温度偏高，则有害菌活动能力强；若温度偏低，则不利于乳酸发酵，导致发酵时间延长。
2．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。
考向　考查果酒与果醋的制作原理 (2022·山东烟台质检)樱桃果实富含糖、蛋白质、维生素等多种物质，但不易储存，人们常利用其酿制成果酒、果醋。下列相关叙述正确的是( 　　)A．制作果酒时的温度要比制作果醋时的温度低B．制作果醋需要醋酸菌，它在缺氧条件下将葡萄中的糖分解为乙酸C．发酵过程中，醋酸菌与酵母菌的呼吸方式相同D．醋酸菌在糖源充足、有氧条件下利用乙醇进行发酵
解析：制作果酒的温度(18～30 ℃)要比制作果醋的温度(30～35 ℃)低，A正确；当氧气、糖源都充足时，醋酸菌将果汁中的葡萄糖分解成乙酸；当缺少糖源时，醋酸菌将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为乙酸，B、D错误；酵母菌是兼性厌氧微生物，可以进行有氧呼吸，在发酵过程中，酵母菌进行无氧呼吸；醋酸菌是需氧微生物，只能进行有氧呼吸，C错误。
〔变式训练〕1．(2022·天津二模)图甲是传统发酵技术的装置图，图乙是果酒和果醋制作过程中发生的物质变化。下列有关叙述，错误的是( 　　)A．甲装置既可用于果醋的制作，也可用于果酒的制作B．使用甲装置制作果醋时，要打开阀a，关闭阀bC．制作果酒和果醋的过程中，发酵液的pH都会降低D．过程③和④都需要氧气的参与，但反应场所不同
解析：甲装置中，阀a控制进气，阀b控制排气，所以可先用于果酒的制作，后用于果醋的制作，A正确；乙酸发酵的原理是醋酸菌有氧呼吸产生乙酸，而醋酸菌为好氧菌，故应一直打开阀a通气，同时打开阀b将微生物呼吸产生的CO2以及剩余的空气排出，B错误；果酒制作过程会产生二氧化碳，形成碳酸，导致pH降低，果醋发酵过程会产生乙酸，使发酵液的pH降低，C正确；过程③表示有氧呼吸的第二和第三阶段，该过程在真核生物酵母菌内的反应场所是线粒体，过程④表示果醋发酵，醋酸菌属于原核生物，所以该过程的反应场所是细胞质基质，D正确。
考向　泡菜的制作 (2022·辽宁六校联考)某兴趣小组就“泡菜腌制过程中亚硝酸盐含量变化”开展了研究，操作如下：2022年1月4日下午选取1、2、3号三只相同的泡菜坛，在每个坛中加入洗净的新鲜莲花菜，再分别倒入相同量的煮沸并冷却的盐水，将坛密封，置于同一环境中。封坛前进行第一次取样测定亚硝酸盐含量，后来定时测定，结果如图。
下列对该实验的分析错误的是( 　　)A．泡菜制作过程中盐水需煮沸的目的是为了杀灭杂菌，冷却后再用是为了防止温度过高杀死所需菌种B．在腌制过程中泡菜坛中的溶液会增加，这是由于盐水浓度大于细胞液浓度，植物细胞会通过渗透作用失水C．腌制泡菜的过程中，起主要作用的微生物是乳酸菌，乳酸菌是兼性厌氧菌，用水封坛的目的是为乳酸菌提供无氧环境D．由题图知，该小组对每个坛中的数据分别画出曲线，这是不科学的，设置三个泡菜坛目的是进行平行重复实验，取平均值，使实验数据更真实解析：腌制泡菜的过程中，起主要作用的微生物是乳酸菌，乳酸菌是厌氧菌，C错误。
〔变式训练〕2．(2022·山东联合调考)我国清代著作《中馈录》中记录了典型的泡菜做法：“泡盐菜法，定要覆水坛……泡菜之水，用花椒和盐煮沸，加烧酒少许。凡各种蔬菜均宜，尤以豇豆、青红椒为美，且可经久。然必须将菜晒干，方可泡入。”下列关于泡菜制作过程的分析错误的是( 　　)A．“定要覆水坛”是因为这种坛可加水密封，为泡菜发酵创造无氧条件
B．“泡菜之水，用花椒和盐煮沸，加烧酒少许”的目的是抑制杂菌生长和调味C．坛盖边缘水槽有气泡冒出，是因为乳酸菌在发酵初期细胞代谢产生了CO2D．在传统发酵过程中，为了缩短泡菜发酵时间，可向坛中加入“陈泡菜水”
解析：“定要覆水坛”是指向坛盖边沿的水槽中注满水，以保证坛内乳酸菌发酵所需的无氧环境，A正确；“泡菜之水，用花椒和盐煮沸，加烧酒少许”中的花椒、盐和酒可以抑制杂菌生长，也可以调制泡菜的风味，B正确；乳酸菌无氧呼吸产生乳酸，不会产生二氧化碳，C错误；向坛中加入“陈泡菜水”可以增加乳酸菌的数量，从而缩短泡菜发酵时间，D正确。
考点二　发酵工程及其应用
1．发酵工程基本环节____________→____________→_______________→______→_____→______→_____________________→____________。
2．啤酒的工业化生产流程及操作目的
4．发酵工程的应用(1)在食品工业上的应用①生产传统的发酵产品。②生产各种各样的_______________。③生产_________。
(2)在医药工业上的应用①获得具有____________生产能力的微生物。②直接对______进行改造，再通过发酵技术大量生产所需要的产品。③利用基因工程，将病原体的________________________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________________________。(4)其他方面的应用①利用纤维废料发酵生产_______________等能源物质。②极端微生物的应用：嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产_________，嗜低温菌有助于提高_______________的产量。
易错整合，判断正误。(1)青霉素是世界上第一个应用于临床的抗生素。( 　　)(2)分离、提纯产物是发酵工程的中心环节。( 　　)(3)在连续培养过程中，补充同种培养液和空气须先灭菌。( 　　)(4)啤酒的发酵过程中，酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成都在后发酵阶段完成。( 　　)(5)食品工业中使用的酶制剂大多是人工合成的。( 　　)(6)单细胞蛋白是从微生物细胞中提取出来的。( 　　)
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。
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．“精酿”啤酒与“工业”啤酒的区别
3．实例——啤酒的工业化生产流程及发酵过程啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的。①生产流程发芽→焙烤→碾磨→糖化→蒸煮→发酵→消毒→终止②啤酒发酵的过程及内容
易错提醒：(1)主发酵结束后，发酵液还不适合饮用，后发酵一段时间后才能饮用。(2)发酵温度和发酵的时间随啤酒品种和口味要求的不同而有所差异。
考向　发酵工程及其应用 (2022·山东济南二模)发酵工程是指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品。常用好氧菌谷氨酸棒状杆菌利用图1的发酵罐来大量生产味精，发酵流程如图2所示。下列叙述正确的是( 　　)
A．发酵中所使用的谷氨酸棒状杆菌菌种可从自然界筛选也可通过诱变育种、杂交育种或者基因工程育种获得B．为了保证发酵产品的产量和品质，图中发酵配料及发酵罐需经过严格的灭菌C．在发酵过程中，通过加料口取样，随时监测产物浓度和微生物数量D．图中发酵过程需通入无菌空气，并通过搅拌使培养液与菌种充分接触后关闭通气口
解析：谷氨酸棒状杆菌属于原核生物，不能进行有性生殖，无法通过杂交育种获得，A错误；严格灭菌可以杀死发酵配料及发酵罐中的所有微生物，防止杂菌污染，从而保证发酵产品的产量和品质，B正确；在发酵过程中，应通过放料口取样，随时监测产物浓度和微生物数量，C错误；谷氨酸棒状杆菌属于好氧菌，在发酵过程中要不断地通入无菌空气，不能关闭通气口，D错误。
〔变式训练〕3．(2022·厦门外国语学校期中)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①培育的，①应该是__________________；若高产青霉素菌种是通过②培育的，②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：①_______________；②____________________________________________________________。(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。
使菌种与培养液充分接触，提高原料的利用率
1．(2022·山东卷)青霉菌处在葡萄糖浓度不足的环境中时，会通过分泌青霉素杀死细菌，以保证自身生存所需的能量供应。目前已实现青霉素的工业化生产，关于该生产过程，下列说法错误的是( 　　)A．发酵液中的碳源不宜使用葡萄糖B．可用深层通气液体发酵技术提高产量C．选育出的高产菌株经扩大培养后才可接种到发酵罐中D．青霉素具有杀菌作用，因此发酵罐不需严格灭菌
解析：青霉菌处于葡萄糖浓度不足的环境中会通过分泌青霉素杀死细菌；提供相同含量的碳源，葡萄糖溶液单位体积中溶质微粒较多，会导致细胞失水，发酵液中的碳源不宜使用葡萄糖，乳糖是二糖，可被水解为半乳糖和葡萄糖，是青霉菌生长的最佳碳源，可以被青霉菌缓慢利用而维持青霉素分泌的有利条件，A正确；青霉菌的代谢类型为异养需氧型，可用深层通气液体发酵技术提高产量，B正确；选育出的高产青霉素菌株经扩大培养纯化后，才可接种到发酵罐中进行工业化生产，C正确；为了防止细菌、其他真菌等微生物的污染，获得纯净的青霉素，发酵罐仍需严格灭菌，D错误。故选D。
2．(2022·山东卷改编)啤酒的工业化生产中，大麦经发芽、焙烤、碾磨、糖化、蒸煮、发酵、消毒等工序后，最终过滤、调节、分装。下列说法错误的是( 　　)A．用赤霉素处理大麦，可使大麦种子无须发芽就能产生α－淀粉酶B．焙烤是为了利用高温杀死大麦种子胚并进行灭菌C．糖浆经蒸煮、冷却后需接种酵母菌进行发酵D．通过转基因技术可减少啤酒酵母双乙酰的生成，缩短啤酒的发酵周期
解析：赤霉素能促进种子的萌发，据此可推测，若用赤霉素处理大麦，可诱导α－淀粉酶相关基因的表达，促进α－淀粉酶的合成，进而使大麦种子无须发芽就能产生α－淀粉酶，A正确；焙烤可以杀死大麦种子的胚，但不使淀粉酶失活，没有进行灭菌，B错误；糖浆经蒸煮(产生风味组分、终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌)、冷却后再接种酵母菌进行发酵，防止高温杀死菌种，C正确；转基因技术已被用来减少啤酒酵母双乙酰的生成，缩短啤酒的发酵周期，属于转基因技术在微生物领域的应用，D正确。故选B。
3．(2021·山东卷)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
解析：酵母菌在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，可以存活，但不能大量繁殖，A正确；自然发酵制作葡萄酒时起主要作用的菌是葡萄皮上的野生型酵母菌，B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发酵液中糖含量减少，D错误。
4．(2021·辽宁卷)利用菠萝蜜制作果醋的大致流程为：先在灭菌的果肉匀浆中接种酵母菌，发酵6天后，再接入活化的醋酸杆菌，发酵5天。下列有关叙述错误的是( 　　)A．乙醇既是醋酸发酵的底物，又可以抑制杂菌繁殖B．酵母菌和醋酸杆菌均以有丝分裂的方式进行增殖C．酵母菌和醋酸杆菌发酵过程中控制通气的情况不同D．接入醋酸杆菌后，应适当升高发酵温度
解析：当缺少糖源时，醋酸菌将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为乙酸，同时乙醇还可以抑制杂菌繁殖，A正确；酵母菌一般以出芽的方式繁殖，醋酸杆菌以二分裂的方式进行增殖，B错误；酵母菌发酵过程中先通气使其大量繁殖，再密闭发酵产乙醇；醋酸杆菌为好氧菌，需持续通入无菌氧气，C正确；酵母菌适宜温度是18～30 ℃，醋酸杆菌最适温度为30～35 ℃，D正确。
5．(2021·广东卷)中国科学家运用合成生物学方法构建了一株嗜盐单胞菌H，以糖蜜(甘蔗榨糖后的废弃液，含较多蔗糖)为原料，在实验室发酵生产PHA等新型高附加值可降解材料，期望提高甘蔗的整体利用价值。工艺流程如图。
回答下列问题：(1)为提高菌株H对蔗糖的耐受能力和利用效率，可在液体培养基中将蔗糖作为____________，并不断提高其浓度，经多次传代培养(指培养一段时间后，将部分培养物转入新配的培养基中继续培养)以获得目标菌株。培养过程中定期取样并用_____________________的方法进行菌落计数，评估菌株增殖状况。此外，选育优良菌株的方法还有________________________等。(答出两种方法即可)
(2)基于菌株H嗜盐、酸碱耐受能力强等特性，研究人员设计了一种不需要灭菌的发酵系统，其培养基盐浓度设为60 g/L，pH为10，菌株H可正常持续发酵60 d以上。该系统不需要灭菌的原因是__________________________________________________________________________________________________________。(答出两点即可)
盐浓度为60g/L的条件下，其他杂菌因失水过多而死亡；pH为10的条件下，其他杂菌的酶变性失活，生长繁殖受抑制
(3)研究人员在工厂进行扩大培养，在适宜的营养物浓度、温度、pH条件下发酵，结果发现发酵液中菌株H细胞增殖和PHA产量均未达到预期，并产生了少量乙醇等物质，说明发酵条件中__________________可能是高密度培养的限制因素。(4)菌株H还能通过分解餐厨垃圾(主要含蛋白质、淀粉、油脂等)来生产PHA，说明其能分泌____________________________________。
蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等
解析：(1)根据题意分析，该实验的目的是提高菌株H对蔗糖的耐受能力和利用效率，结合微生物的代谢需求，其液体培养基应该以蔗糖作为唯一碳源，并不断提高其浓度，经多次传代培养(指培养一段时间后，将部分培养物转入新配的培养基中继续培养)以获得目标菌株。培养过程中定期取样并用稀释涂布平板的方法进行菌落计数，评估菌株增殖状况。 此外，选育优良菌株的方法还有诱变育种、基因工程育种等。(2)已知，菌株H具有嗜盐、酸碱耐受能力强等特性，因此当培养基盐浓度为60 g/L，pH为10时，菌株H可正常持续发酵60 d以上。因为盐浓度为60 g/L的条件下，其他杂菌因失水过多而死亡；pH为10的条件下，其他