第 5 部分 生物技术与工程
第 22 章 发酵工程
考题
传统发酵技术的应用 湖北 江苏 湖北
(2024 ,1)(2024 ,14)(2022 ,11)
湖南 江西 辽宁 河北 山东 重
微生物的培养技术及应用 (2024 ,6)(2024 ,17)(2023 ,9)(2023 ,12)(2023 ,15)(2023
庆 广东 河北 重庆 湖北 广东
,9)(2023 ,10)(2021 ,23)(2022 ,25)(2022 ,5)(2022 ,21)
江西 山东 贵州 辽宁 山东 湖
发酵工程及其应用 (2024 ,11)(2024 ,14)(2024 ,14)(2023 ,13)(2022 ,14)(2022
北
,14)
5
考查内容与题型 主要考查微生物的培养技术与应用 发酵工程及其应用等 选择题和非选择题都有出现
(1) : 、 ; 。
命题特点与难度 试题多以特定微生物的筛选或工业化发酵生产等情境为信息载体 旨在考查科学解释 演绎
(2) : , 、
推理的科学思维及实验设计 结果分析等科学探究能力 试题难度多为中等或中等偏下
、 ; 。
新风向 发酵工程与基因工程融合考查 如 江西 发酵工程的环节和结果分析 如 江西
(3) : , (2024 ,17); , (2024 ,11)
贵州 辽宁
(2024 ,14)(2023 ,13)。
第 1 节 传统发酵技术的应用
一、传统发酵技术
菌种来源 类型 实质 应用
原材料中天然存在的或前一次发酵保存下 以混合菌种的固体发 将原料通过微生物的代谢转 果酒 果醋 泡菜
、 、 、
来的发酵物 如面团 卤汁等 中的微生物 酵及半固体发酵为主 化为人类所需要的产物 酱油等的制作
( 、 )
二、传统发酵食品的制作
1.制作腐乳和泡菜
腐乳 多种微生物参与了豆腐的发酵 如酵母 曲霉和毛霉等 其中起主要作用的是毛霉
菌种 , 、 , 。
的 毛霉 真核生物 真菌 代谢类型为异养需氧型 营腐生生活
:(1) , ;(2) ,
制作 发酵原理 豆腐中的蛋白质被微生物产生的蛋白酶分解成小分子的肽和氨基酸
菌种 原核生物 细菌 常见的乳酸菌有乳酸链球菌和乳酸杆菌 代谢类型为异养厌氧型 营
——— (1) , ;(2) ;(3) ,
乳酸菌 腐生生活
酶
发酵原理 乳酸菌无氧呼吸产生乳酸 乳酸 能量
泡菜
:C6H12O6 →2C3H6O3( )+
的 -F+ F NHLH
F+! )9 9 "
制作 -F+ F
U-F+
步骤 +!BF Q:9"U +! U+! FDU"9
及检测 _U& U UU "!F9U N*
!U* U= ,U ,D!+!
ND !
FKE
第 22章 发酵工程 183知识归纳 在泡菜制作过程中营造“无氧环境”的措施: 盐水煮沸冷却后使用; 盐水浸没全部菜料; 盖上坛盖
① ② ③
后,向坛盖边沿的水槽中注满水,并在发酵过程中注意经常向水槽中补充水。
2.制作果酒和果醋
菌种 真核生物 单细胞真菌 代谢类型 异养兼性厌氧型 在有氧和无氧的条件下都能生存 营
果酒 ——— (1) , ;(2) : ( ),
酵母菌 腐生生活 酿酒酵母的最适生长温度约为
的 ;(3) 28℃
制作 发酵原理 酵母菌无氧呼吸产生酒精和 酶 酒精 能量
CO2:C6H12O6 →2C2H5OH( )+2CO2+
菌种 原核生物 细菌 代谢类型为异养需氧型 营腐生生活 多数醋酸菌的最适生长温度为
——— (1) , ;(2) , ;(3)
醋酸菌
果醋 30~35℃
酶
的 当氧气 糖源均充足时 乙酸 能量
(1) 、 :C6H12O6+2O2 →2CH3COOH( )+2H2O+2CO2+ ;
制作 发酵原理 酶
当氧气充足 缺少糖源时 乙酸 能量 直接将乙醇转
(2) 、 :C2H5OH+O2 →CH3COOH( )+H2O+ (
化为乙醛 再将乙醛变为乙酸
, )
" E"99 !=* FF +"F FF
制作
F* ! 0*""1# # _U KI F U*,U
步骤
"U*/ *, U2 ,3U#
+F1" U* *,FK_E _UK_E
小表达 ()将葡萄汁装入发酵瓶中,要留有大约 / 的空间,原因是
1 13
。
()制作葡萄酒的过程中,若发酵瓶需每隔 左右拧松瓶盖一次,目的是 。
2 12h
(填“能”或“不能”)打开瓶盖,原因是 。
答案:()可为发酵初期酵母菌大量繁殖提供 ,并防止发酵中产生的 造成发酵液溢出 ()放出 ,防止发
1 O2 CO2 2 CO2
酵瓶内气压过大 不能 避免杂菌污染发酵液
学生用书 P162
真题选改判 控制通气的情况不同
。 ( )
1( 江苏, )制作泡菜的菜料不宜完全淹没 5答案
.2024 14 . √
在煮沸后冷却的盐水中 从真题到教材
。 ( )
1答案
6豆腐中的蛋白质被分解成
. ✕
.
2( 山东, )以泡菜坛为容器制作泡菜时
.2023 12 , 多种微生物参与了豆腐的发酵 其中起
, ,
可检测到完整发酵过程中亚硝酸盐含量逐渐
主要作用的是 (选必 )( 全
降低 。 3P5 2021
。 ( ) 国乙, )
2答案 37
. ✕ 6答案 小分子的肽和氨基酸 毛霉
3( 江苏, )果酒发酵时 每日放气需迅速 .
.2021 14 , ,
7醋酸菌是好氧细菌 当 糖源都充足时能通
避免空气回流入发酵容器 . , O2、
。 ( )
过复杂的化学反应将糖分解成 当
3答案 ;
. ✕
缺少糖源时 则直接将乙醇转化为
4( 湖北,)米酒制作过程中 将容器密封可 , ,
.2021 3 ,
以促进酵母菌生长 再将 变为 (选必 )
。 ( ) 。 3P7
4答案 ( 湖北,)
. ✕ 2024 1
5( 辽宁,)酵母菌和醋酸杆菌发酵过程中 7答案 乙酸 乙醛 乙醛 乙酸
.2021 8 .
184 5年高考 3年模拟 A版 生物学
8在传统发酵食品的制作过程中 没有接种菌 再将它们接种到物料中进行发
. , ,
种 而是利用了 的菌种 为了缩 酵 (选必 )( 山东, )
, 。 。 3P8 2021 12
短发酵时间 确保品质稳定 工业上大规模生 8答案 天然存在 单一菌种
, , .
产时 通常会先通过微生物培养技术获得
,
第 22章 发酵工程 185
第 2 节 微生物的培养技术及应用
一、培养基
一般都含有水 碳源 提供碳元素的物质 氮源 提供氮元素的物质 和无机盐等营养物质
、 ( )、 ( )
功能 构成细胞物质 有机碳源既是碳源又是能源
;
碳源 无机碳源 等
来源 (1) :CO2、NaHCO3、CaCO3 ;
培养
有机碳源 糖类 脂质 蛋白质 有机酸 牛肉膏 蛋白胨等
(2) : 、 、 、 、 、
基的
功能 用于合成蛋白质 核酸及其他含氮的物质
成分 、
氮源
来源 无机氮源 硝酸盐 等 有机氮源 蛋白胨 尿素 氨基酸等
(1) :N2、 、NH3 ;(2) : 、 、
生长 微生物自身不能合成或合成量不足 但又是微生物生长和代谢所必需的小分子 如某些维生素 氨
, , 、
因子 基酸 嘌呤 嘧啶等
、 、
8.. E "
培养 6 ')
>*'+D
基的 B
8.G G .G@
分类
注 与液体培养基相比 固体培养基及半固体培养基还需要加入凝固剂 如琼脂
: , ,
知识归纳
()培养乳酸杆菌时,需要在培养基中添加维生素。()培养霉菌时,一般需要将培养基调至酸性。()培养细菌时,
1 2 3
一般需要将培养基调至中性或弱碱性。()培养厌氧微生物时,需要提供无氧的条件。
4
知识拓展 基础培养基、完全培养基和补充培养基
()基础培养基:含一般微生物生长繁殖所需要的基本物质,仅能满足野生型菌株生长需要的培养基。
1
()完全培养基:能够满足各种营养缺陷型菌株生长需要的培养基。
2
()补充培养基:能满足相应的营养缺陷型菌株生长需要的培养基。
3
二、无菌技术
定义 使用较为温和的物理 化学或生物等方法杀死物体表面或内部一部分微生物
、
煮沸消毒法 如制作泡菜时将盐水煮沸
消 (1) , ;
常见 巴氏消毒法 如对新鲜牛奶消毒
毒 (2) , ;
方法 化学药物消毒 如用酒精擦手
(3) , ;
紫外线消毒 如细胞培养室 培养箱 接种室 超净工作台等用紫外线消毒
(4) , 、CO2 、 、续表
使用强烈的理化方法杀死物体内外所有的微生物 包括芽孢和孢子 注意 灭菌也会使实验所用的生物
定义 , ( :
学材料灭活
)
湿热灭菌 可用高压蒸汽灭菌锅进行 适用于培养基等的灭菌
灭
(1) :① ;② 。
干热灭菌 使用干热灭菌箱进行 适用于玻璃器皿 如培养皿 金属用具等耐高温的和需要保
菌
常见 (2) :① ;② ( )、
持干燥的物品的灭菌
方法 。
灼烧灭菌 在酒精灯火焰的充分燃烧层灼烧 适用于接种工具 如涂布器 接种环 以及接种过
(3) :① ;② ( 、 )
程中的试管口或瓶口等容易被污染的部位
三、微生物的纯培养
概念 由单一个体繁殖所获得的微生物群体称为纯培养物 获得纯培养物的过程就是纯培养
,
.(
89
平板
; 8"
%&%8 3
划线
?A
法
.(%&
接种 ; 8" 3 0 3 3+ 0
和分 U,+5K+8E /F
离微 889 +=LU889
生物
的方
4 U/F
法 2/F "
E
.889
稀释
涂布
H N- N-N- N- N- N- "
平板
法 f
NN---
8"U F1 %&" U 8"
N- ffffff $ &F1 "
8! A0 N-8! =L " =L
. .F 8 F 8
实例:酵母 F U . + .+
%8U +E=&%8U *P9!%8U U&U 4U#
菌的纯培养
U 7 U F1%%&KDE= _I
注意 要将冷却凝固的平板倒置 以防止冷凝水滴落在培养基上造成污染
: ,
知识归纳 平板划线中不同阶段灼烧接种环的目的
()第一次操作:杀死接种环上原有的微生物;
1
()每次划线之前:杀死上次划线后接种环上残留的菌种,使本次划线的菌种直接来源于上次划线的末端;
2
()划线结束后:杀死接种环上残存的菌种,避免微生物污染环境和感染操作者。
3
186 5年高考 3年模拟 A版 生物学四、微生物的计数
用具 血细胞计数板 酵母菌 霉菌孢子等计数 或细菌计数板 细菌等计数
显微镜 (1) : ( 、 ) ( );
误差 计数活菌数时 该实验结果较实际结果偏大 原因是观察时无法区分死菌和活菌 将
直接计 (2) : , , ,
死菌计入总数
数法 ;
改进措施 可在计数前使用台盼蓝染液染色 死细胞会被染成蓝色 活细胞不着色
(3) : , ,
原理 当样品的稀释度足够高时 培养基表面生长的一个单菌落 来源于样品稀释液中的
方法 活菌计 (1) : , ,
一个活菌
数 ;
——— 计算公式 每克样品的菌体数 CV MC 某一稀释度下 平板上生长的平均菌落数
稀释涂 (2) : =(/ )× ( : , ;
V 涂布的稀释液体积 M 稀释倍数
布平 : ; : );
误差 该实验结果较实际结果偏小 原因是当两个或多个细胞连在一起时 平板上只能观
板法 (3) : , ,
察到一个菌落
只有能合成脲酶的微生物才能分解尿素 脲酶能催化尿素分解产生 可以作为
(1) , NH3,NH3
原理 细菌生长所需的氮源
;
利用以尿素为唯一氮源的培养基可从土壤中分离出能分解尿素的细菌
(2)
实例:
分离 用稀释涂布平板法分离分解尿素的细菌
土壤中
分解尿 升高可使酚红指示剂变红 脲酶可将尿素分解成氨 使培养基 升高 故在培养基中加入
鉴别 pH , , pH ,
素的 酚红指示剂 若指示剂变红 则说明该细菌能分解尿素
, ,
细菌的
培养 恒温培养箱中培养 一般选择 倍稀释的稀释液进行平板培养
4 5 6
。 1×10、1×10、1×10
分离与
计数 一般选取菌落数为 的平板进行计数
计数 30~300
选取菌落数目稳定时的记录作为结果 为了防止因培养时间不足而遗漏菌落数目
注意 (1) → ;
在同一稀释度下 应至少对 个平板进行重复计数 取平均值 可减少偶然误差
事项 (2) , 3 , → ;
设置空白平板作对照组 排除平板被杂菌污染的可能性
(3) →
学生用书 P165
真题选改判 接种环或涂布器
; : ;
1( 浙江 月选考, )泡菜汁需多次稀释后 培养皿 培养基
.2023 1 19
: ; : 。
(选必 )( 重庆, )( 江苏,)(
才能划线接种
。 ( ) 3P11 2023 16 2023 7 2022
辽宁, )
1答案
18
. ✕
4答案 巴氏消毒法 紫外线消毒法 灼烧灭
2( 湖北,)为防止蛋白质变性 不能用高压蒸汽 .
.2022 5 ,
菌 干热灭菌 湿热灭菌 高压蒸汽灭菌
灭菌法对牛肉膏蛋白胨培养基进行灭菌 ( )
。( )
5稀释涂布平板法统计的是样品中的
2答案 .
. ✕ 数目 当样品的稀释度足够高时 培养基表面
3( 浙江 月选考, )稀释涂布平板法和平板划 , ,
.2021 6 17 生长的一个 来源于样品稀释液中
线法均能得到单菌落 都可用于细菌计数 ,
, 。( )
的一个 显微镜直接计数法统计的
3答案 。
. ✕ 一般是 (选必
。 3
从真题到教材
)( 全国甲, )
P18 2024 37
4填写相应物品常用的消毒或灭菌方法 牛 5答案 活菌 单菌落 活菌 活菌数和死菌
. 。 .
奶 接种室或超净工作台 数的总和
: ; :
第 22章 发酵工程 187
6稀释涂布平板法计数菌落数目时 通常选用 释度下至少对 平板进行重复计数
. , ,
一定稀释范围的样品液进行培养 以获得菌 然后求出 (选必 )( 辽宁,)
, 。 3P18 2023 9
落数为 适于计数的平板 在同一稀 6答案 个 平均值
、 , . 30~300 3
188 5年高考 3年模拟 A版 生物学
学生用书 P165
考法 微生物的分离和鉴定
1.微生物的分离——使用选择培养基分离特定微生物
概念 允许特定种类的微生物生长 同时抑制或阻止其他种类微生物生长的培养基
,
基础培养基 青霉素 分离酵母菌等真菌
(1) + → ;
选择 无碳源培养基 分离自养微生物
(2) → ;
培养基 实例 无氮源培养基 分离固氮微生物
(3) → ;
以尿素为唯一氮源的培养基 分离分解尿素的细菌
(4) → ;
以纤维素为唯一碳源的培养基 分离纤维素分解菌
(5) →
2.微生物的鉴定——使用鉴别培养基鉴定微生物
鉴别培养基 在基础培养基中 加入某种特殊的化学物质 这种物质会与某种微生物的代谢物发
(1) : , ,
生反应 产生明显的特征性变化 根据这种特征性变化 将该种微生物与其他微生物区分开来
, , , 。
实例
(2)
伊红 亚甲蓝琼脂培养基鉴别大肠杆菌 菌落呈深紫色 并带有金属光泽
① — → , ;
加入酚红指示剂的培养基鉴别分解尿素的微生物 菌落周围变成红色
② → ;
3.透明圈与抑菌圈
示例 分析
透 筛选纤维素分解菌时 向含纤维素的培养基中加入刚 透明圈和菌落直径的比
,
明 果红 培养基呈红色 纤维素分解菌的菌落周围可形成 值 可表示微生物分
, , (D/d)
圈 透明圈 解纤维素的能力
枯草芽孢杆菌对番茄灰霉病菌有抑制作用 检测枯草
,
抑 芽孢杆菌对番茄灰霉病菌的抑制作用时 可取适量番 根据抑菌圈大小可判定
,
菌 茄灰霉病菌菌液涂布于固体培养基上 将无菌滤纸片 枯草 芽 孢 杆 菌 的 抑 菌
,
圈 在枯草芽孢杆菌菌液中浸泡后覆盖于固体培养基 数 效果
,
秒后取出滤纸片 培养皿倒置培养
,
典例 1 ( 广东, , 分)研究者拟从堆肥中
2023 102
取样并筛选能高效降解羽毛 蹄角等废弃物中
、
角蛋白的嗜热菌 根据堆肥温度变化曲线 如
。 (
图 和选择培养基筛选原理来判断 下列最可能
) ,
筛选到目标菌的条件组合是
( )
点时取样 尿素氮源培养基 变式 同考法不同考查方向 通过抑菌圈反映抑菌
A.a 、
点时取样 角蛋白氮源培养基
B.b 、 物质的抑菌效果 ( 重庆, 节选)研究发现柑
2022 25
点时取样 蛋白胨氮源培养基
C.b 、 橘精油可抑制大肠杆菌的生长 某兴趣小组采
。
点时取样 角蛋白氮源培养基
D.c 、 用水蒸气蒸馏法和压榨法提取了某种橘皮的精
答案 D
油 分别简称为 和 并研究其抑菌
( HDO CPO),
典例 2 ( 河北, 节选)葡萄酒生产过程中
效果的差异
2021 23
。
会产生大量的酿酒残渣 皮渣 目前这些皮渣
无菌条件下 该小组
( )。
(2) ,
主要用作饲料或肥料 同时研究者也采取多种
制备了两个大肠杆菌平
,
措施拓展其利用价值
板 用两片大小相同的
。
,
皮渣堆积会积累醋酸菌 可从中筛选优良菌
无 菌 滤 纸 分 别 蘸 取
(3) ,
株 制备醋酸菌初筛平板时 需要将培养基的
和 贴于含菌
。 ,
HDO CPO
酸碱性调至 性 灭菌后须在未凝
平板上 培养
,
,37℃ 24h,
固的培养基中加入无菌碳酸钙粉末 充分混匀
抑菌效果见题图 有同学提出该实验存在明显
、
。
后倒平板 加入碳酸钙的目的是
不足 未设置对照 设置本实验对照的做法是
,
:① ,
。
培养筛选得到的醋酸菌时 在缺少糖源的液体
其作用是
,
,
培养基中可加入乙醇作为
不足之处还有
。
;②
答案 中性或弱碱 醋酸菌产生的乙酸分
答两点
(3)
( )。
解碳酸钙可在培养基上形成透明圈 形成的透
答案 用等大的不含精油的滤纸片贴于
,
(2)①
明圈的大小可作为筛选优良菌株的依据 碳源
含菌平板上 排除滤纸片对实验结果的影响
合成乙酸的原料
不应用滤纸片蘸取 实验组滤纸
( )
② HDO、CPO;
片太少 不能排除实验的偶然性
,
第 22章 发酵工程 189
第 3 节 发酵工程及其应用
83*' '+U
F %8
F@FM3D +%8
F4FUF .
E58. . 8
基本 /+(7U 3'
环节
7&*0EU 8F K " "+*'F
A'U '+
EDA 5 E U$ '"0U#L+9
B . 3U
. /5 BF*+ U #Q) #?
8 CUD$!"0
.8 L! !0F
食品工业 生产传统发酵产品 食品添加剂 酶制剂等
(1) : 、 、 ;
应用 医药工业 生产抗生素 氨基酸 激素 免疫调节剂 疫苗等
(2) : 、 、 、 、 ;
农牧业 生产微生物肥料 微生物农药 微生物饲料 如单细胞蛋白 等
(3) : 、 、 ( )知识归纳 单细胞蛋白
()以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料,通过发酵获得大量的微生物菌体,即单细胞蛋白。
1
()单细胞蛋白应用实例:在青贮饲料中添加乳酸菌,可以提高饲料的品质,使饲料保鲜,动物食用后还能提高免疫力。
2
教材深挖 啤酒的工业化生产流程
【链接高考】1( 山东, )啤酒的工业化生产中,大麦经发芽、焙烤、碾磨、糖化、蒸煮、发酵、消毒等工序后,最
.2022 20
终过滤、调节、分装。焙烤是为了利用高温杀死大麦种子胚并进行灭菌。 ( )
2( 湖北, )生产白酒、啤酒和果酒的原材料不同,但发酵过程中起主要作用的都是酵母菌。 ( )
.2022 11
【溯源教材】选必 — “思考·讨论”
3P24 25
1啤酒的工业化生产流程
.
F . S7 "1 F 8 D$A
"1F & 6U - .1 2 ?U 9 *M 3U3 F+ 2D "*'U 3
7=
7 & "1F . 2" & E *U2"%8 F F J F
F
" 1 $0
()主发酵:完成酵母菌的繁殖(需要氧气)、大部分糖的分解和代谢物的生成;
1
()后发酵:主发酵后发酵液不适合饮用,需在低温、密闭环境下储存一段时间进行后发酵,才能形成澄清、成熟的啤酒。
2
2“精酿”啤酒与“工业”啤酒的区别
.
食品添加剂 过滤和消毒 发酵规模 发酵时间 产量 价格
“精酿”啤酒 一般不添加 一般不进行 小规模 长 低 高
“工业”啤酒 添加 进行 大规模 短 高 低
【答案】 焙烤可以杀死大麦种子的胚,但不能起到灭菌作用。
1.✕ 2.√
学生用书 P167
从真题到教材 化 然后才能发酵 白酒酿造和啤酒酿造的
), 。
1发酵工程一般包括菌种的选育 区别 白酒酿造利用酒曲中的霉菌进行糖化
. , , : ,
培养基的配制 接种 发酵 将淀粉分解为葡萄糖 啤酒酿造利用了
、 , , , ,
等方面 (选必 )( 进行糖化 (选必 )( 浙江
。 3P22 2024 。 3P24 2023 6
江西, )( 安徽, )( 山东, ) 月选考, )
11 2024 20 2022 14 12
1答案 扩大培养 灭菌 产物的分离 提纯 2答案 淀粉分解 形成糖浆 大麦种子发芽释
. 、 . ,
2利用高粱 大麦等粮食进行白酒或啤酒发酵 放的淀粉酶
. 、
时 需先将 该过程称为糖
, (
190 5年高考 3年模拟 A版 生物学
