發酵技術里的生物學知識

學習發酵過程中的乳酸菌代謝、酸性環境抑菌等生物機制，我們會發現高考生物考查的并非表面的生物現象，而是深層次的生物知識。本文將結合2023年高考山東生物卷真題，解析發酵環境的調控要素和微生物作用，旨在幫助大家理解發酵技術中的科學規律，提高解答復雜題型的能力。

發酵技術的生物學原理

（一）微生物與發酵反應的關系

在發酵反應中，乳酸菌等微生物發揮著關鍵作用。乳酸菌利用糖經過無氧酵解生成乳酸的過程被稱為乳酸發酵。乳酸菌在無氧環境下，通過將糖分解成乳酸，消耗了發酵環境中的糖類，降低了環境的pH值，從而形成酸性條件。這種酸性條件有效抑制了多種雜菌的生長。例如，在腌制過程中，乳酸菌代謝產生的乳酸不僅賦予食物獨特的風味，還能防止其他有害微生物入侵。乳酸菌的活躍代謝特性展示了微生物在特定環境中的適應能力，使發酵技術成為一種安全、經濟的食物保存技術。

（二）發酵環境的調控要素

發酵過程中，環境條件的調控至關重要，特別是鹽水濃度和氧氣隔絕等因素對發酵效果有著深遠影響。例如，鹽水不僅能調節食材的風味，還能抑制雜菌的生長。高濃度鹽水通過滲透作用，抑制了多種雜菌，而乳酸菌具有較強的耐鹽能力，能夠在此環境中正常生長。此外，發酵過程通常要求無氧條件，這種隔絕氧氣的環境不利于需氧性雜菌的生長。在具體操作中，用冷卻后的沸鹽水處理食材，可以確保其表面無雜菌，將菜料在鹽水中完全浸沒，可以隔絕氧氣。通過這些步驟，可以有效控制微生物的種類和數量，保證發酵的順利進行。

二、從高考真題中剖析發酵技術中的生物學原理

下面以2023年高考山東卷生物卷第12題為例，剖析發酵過程中涉及的生物學原理。該題涉及泡菜的制作流程及乳酸菌的發酵原理，對氣體隔絕、亞硝酸鹽的含量變化等發酵過程中關鍵的生物學因素進行了考查。通過剖析題目選項及其對應的科學原理，我們可以更加清晰地理解發酵環境控制與微生物作用的細節，從而提高解題能力。

題干指出，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。分析選項時，我們需要理解每個步驟背后的科學依據，特別是乳酸菌在無氧環境下的生長條件及發酵過程中亞硝酸鹽的動態變化過程。

選項A是“ ① 主要是為了防止菜料表面的醋酸桿菌被殺死”。乳酸菌是泡菜發酵過程中的主要微生物，適應厭氧環境，濃度適當的鹽水能夠抑制雜菌的生長，確保乳酸菌的優勢地位。醋酸桿菌是一種好氧菌，不適宜在無氧條件中生存。因此，沸鹽水冷卻后再倒入壇中，是為了避免高溫對乳酸菌帶來不利影響，有效抑制其他雜菌的生長，而非為了保護醋酸桿菌。因此，選項A不正確。

選項B是“ ② 的主要目的是用鹽水殺死菜料表面的雜菌”。鹽水的作用并非殺菌，而是通過隔絕氧氣來創造厭氧環境。乳酸菌屬于厭氧菌，能夠在無氧環境下將葡萄糖分解為乳酸，營造酸性環境，抑制其他不耐酸的微生物的生長。鹽水覆蓋菜料是為了避免菜料與空氣接觸，從而限制氧氣進人，營造有利于乳酸菌生長的環境。因此，選項B不正確。

選項C是“ ③ 是為了使氣體只能從泡菜壇排出而不能進入”。這是發酵過程中防止雜菌污染的關鍵措施。泡菜壇的水封設計使得發酵過程中產生的氣體可以從壇內排出，但外界空氣難以進入，從而實現單向排氣。這種設計可以有效地保持壇內的無氧環境，確保乳酸菌的正常代謝活動，同時避免了雜菌的侵入。這一措施非常重要。因此，選項C正確。

選項D是“ ④ 可檢測到完整發酵過程中亞硝酸鹽含量逐漸降低”。在泡菜發酵的早期階段，由于硝酸還原菌的作用，亞硝酸鹽的含量會有所增加，但隨著乳酸菌的持續發酵及酸性環境的逐步增強，亞硝酸鹽的含量在中后期會逐漸降低。亞硝酸鹽的含量并非線性下降，而是呈現出先上升后下降的動態變化。過高的亞硝酸鹽含量對人體健康有害，因此，泡菜制作中控制亞硝酸鹽的含量至關重要。因此，選項D不正確。

通過以上分析，我們可以看到，在發酵過程中控制發酵環境、避免雜菌污染、保證乳酸菌的優勢地位是實現高質量發酵的核心。乳酸菌的厭氧特性決定了泡菜發酵過程中需要嚴格控制氧氣的進入。泡菜壇的水封設計能夠有效實現這一點，而亞硝酸鹽的含量變化也需要密切監控，以確保泡菜的食用安全。題目中的迷惑選項進一步提醒我們，在理解生物學原理時應注重細節，特別是不同微生物的代謝特性及其對環境條件的敏感性。

從高考真題出發分析發酵技術，不僅可以幫助我們了解乳酸菌在厭氧環境中占據主導地位的科學依據，還可以幫助我們理解如何通過控制環境實現高質量發酵。高考真題主要考查我們對生物學知識的理解。掌握這些生物學原理，有助于我們在解題過程中有效識別發酵技術的核心，從而在實際考試中取得更佳成績。