2022届高考生物一轮复习第10单元生物技术与工程第32讲第1课时传统发酵技术和发酵工程学案新人教版

这是一份2022届高考生物一轮复习第10单元生物技术与工程第32讲第1课时传统发酵技术和发酵工程学案新人教版，共20页。学案主要包含了发酵与传统发酵技术，泡菜，发酵工程等内容，欢迎下载使用。

第1课时 传统发酵技术和发酵工程
必备知识固本夯基
一、发酵与传统发酵技术
1.发酵:人们利用微生物,在适宜的条件下,将原料通过 的代谢转化为人类所需要的产物的过程。
2.传统发酵技术:直接利用原材料中 的微生物,或利用前一次发酵保存下来的面团、卤汁等 的微生物进行发酵、制作食品的技术。
(1)发酵类型: 发酵、 发酵。
(2)产品举例:腐乳、酱、酱油、醋、泡菜和豆豉等。
二、泡菜、果酒和果醋的制作
1.制作泡菜
2.制作果酒、果醋
3.果酒、果醋和泡菜的制作比较
归纳总结菌种比较
三、发酵工程
1.发酵工程的基本环节
2.发酵工程的应用
(1)应用举例
(2)啤酒的工业化生产流程
发芽——大麦种子发芽,释放淀粉酶
↓
焙烤——加热杀死 但不使淀粉酶失活
↓
碾磨——将干燥的麦芽碾磨成麦芽粉
↓
糖化——淀粉分解,形成
↓
蒸煮——产生风味组分,终止酶的进一步作用,并对糖浆
↓
发酵——酵母菌将糖转化为
↓
消毒——杀死啤酒中的大多数 ,延长它的保存期
↓
终止——过滤、调节、分装啤酒进行出售
概念检测
1.基于果酒、果醋的制作流程,判断下列表述是否正确。
(1)在果酒发酵后期,拧开瓶盖的间隔时间可延长。( )
(2)在家庭中用鲜葡萄制作果酒时,向发酵装置中通入空气。( )
(3)苹果酒的发酵过程中,若发酵液表面出现菌膜,最可能的原因是发酵瓶漏气。( )
(4)酵母菌是嗜温菌,所以果酒发酵所需的最适温度高于果醋发酵所需的最适温度。( )
(5)红葡萄酒中的红色是红葡萄皮中的色素进入发酵液产生的。( )
(6)在葡萄酒自然发酵过程中,需要人工添加酵母菌种。( )
2.制作传统泡菜是利用植物体表面天然的乳酸菌进行发酵的,判断下列表述是否正确。
(1)泡菜制作的前期需要通入氧气,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)泡菜制作过程可以随时取出食用不同酸味的泡菜。( )
(4)制作泡菜过程中,有机物的干重和种类将减少。( )
3.发酵工程能够在严格控制的环境条件下大规模生产发酵产品,基于对发酵工程的认识,判断下列表述是否正确。
(1)人工诱变、细胞工程、基因工程等都能对微生物进行定向改造。( )
(2)环境条件的变化不仅会影响微生物的生长繁殖,也会影响微生物的代谢途径。( )
(3)发酵罐中微生物的生长繁殖、代谢产物的形成都与搅拌速度有关。( )
(4)单细胞蛋白是从微生物细胞中提取出来的。( )
教材拓展
(人教版选择性必修3P8“拓展应用”改编)某同学在制作泡菜前,查阅资料得知,可以向泡菜坛中加入一些“陈泡菜水”;在用不同浓度的食盐水制作泡菜时,不同的时间段亚硝酸盐的含量不同(见下图),请据图解决下列问题。
(1)加入“陈泡菜水”的目的是什么?
(2)影响泡菜中的亚硝酸盐含量的因素有哪些?
(3)请分析经过13 d发酵后,高浓度的食盐浓度泡菜中的亚硝酸盐含量较低的原因。
核心考点能力提升
考点一 制作泡菜
合作探究
探究传统泡菜利用植物体表面的天然乳酸菌进行发酵
泡菜古称葅,北魏贾思勰的《齐民要术》一书中,就有制作泡菜的叙述。泡菜使用低浓度的盐水,再经乳酸菌发酵,制成一种带酸味的腌制品,只要乳酸含量达到一定的浓度,并使产品隔绝空气,就可以达到久贮的目的。下图是泡菜在腌制过程中,乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的变化规律,据图分析回答下列问题。
(1)从生物间的相互关系和条件变化分析,乳酸菌数量呈现这种变化规律的原因是什么?
(2)乳酸含量开始很低,中后期急剧增加的原因是什么?
(3)分析亚硝酸盐含量变化的原因。
(4)泡菜发酵时间是不是越长越好?说明理由。
归纳总结泡菜制作过程中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的变化情况分析
考向突破
考向 泡菜的制作原理和过程分析
某研究小组以“泡菜腌制过程中亚硝酸盐含量变化”为课题开展了如下表所示的研究。分析并回答下列问题。
(1)实验中盐水需煮沸并冷却后才可使用,原因:

。
(2)图中曲线1是 坛测定的结果,原因是 。泡菜的口味是 。制作泡菜效果最好的盐水浓度为 。
(3)为了使实验结果更准确,测定亚硝酸盐含量时应
。
考点二 制作果酒和果醋
合作探究
探究利用酵母菌和醋酸菌在不同条件下发酵制作果酒和果醋
北方盛产山楂,常添加白砂糖和酵母菌进行发酵,酿成甜美的山楂酒。如果将山楂酒过滤后进行稀释,再添加醋酸菌,在一定条件下发酵,还可生产山楂果醋。据图分析讨论下列问题。
(1)图中甲、乙、丙的作用分别是什么?
(2)利用山楂制作果酒时添加白砂糖的目的是什么?图中发酵瓶中山楂汁的量是否恰当?为什么?
(3)醋酸菌进行醋酸发酵时,无论是利用糖源还是酒精,甲都需要打开。请说明原因。
(4)若要将发酵液中的葡萄糖直接发酵产生醋酸,除需要接种醋酸菌、通入无菌空气外,还应控制的发酵条件是什么?
考向突破
考向1 果酒果醋的制作原理
1.(2020山东)我国的酿酒技术历史悠久,古人在实际生产中积累了很多经验。《齐民要术》记载:将蒸熟的米和酒曲混合前需“浸曲发,如鱼眼汤,净淘米八斗,炊作饭,舒令极冷”。意思是将酒曲浸到活化,冒出鱼眼大小的气泡,把八斗米淘净,蒸熟,摊开冷透。下列说法错误的是( )
A.“浸曲发”过程中酒曲中的微生物代谢加快
B.“鱼眼汤”现象是微生物呼吸作用产生的CO2释放形成的
C.“净淘米”是为消除杂菌对酿酒过程的影响而采取的主要措施
D.“舒令极冷”的目的是防止蒸熟的米温度过高导致酒曲中的微生物死亡
考向2 果酒、果醋制作的过程和条件的控制
2.(2021江苏常州期中考试)下图为某同学设计的酿制苹果醋的基本流程图和发酵装置示意图。下列有关叙述正确的是( )
A.①过程要先切块后清洗以减少杂菌的污染
B.③过程发酵瓶中留1/3的空间可防止发酵时培养液溢出
C.酵母菌发酵和醋酸杆菌发酵所需的温度基本相同
D.④过程需要将发酵装置中的充气口开关关闭
归纳总结(1)果酒和果醋发酵装置的设计思路
①因酵母菌在有氧条件下的繁殖速度快,醋酸菌是好氧菌,所以在果酒制作的前期和果醋制作的整个过程中都需要氧气。因酵母菌产生酒精是在无氧条件下,应控制氧气的进入,故应在充气口设置开关。
②由于在发酵过程中都产生CO2,因此需要设排气口;为防止空气中微生物的污染,排气口应连接一个长而弯曲的胶管。
③因要对发酵的情况及时进行监测,应设置出料口以便于取料。
(2)防止发酵液被污染的方法
①榨汁机要清洗干净并晾干。
②发酵瓶要洗净并用体积分数为70%的酒精消毒,或用洗洁精洗涤。
③装入葡萄汁后要封闭充气口。
考点三 发酵工程
合作探究
探究发酵工程在食品工业、医药工业及其他工农业生产上有重要的应用价值
随着人们对发酵原理的认识,微生物纯培养技术的建立,以及密闭式发酵罐的设计成功,人们能够在严格控制的环境条件下大规模生产发酵产品,发酵工程逐步形成。结合下列发酵工程流程讨论解决下列问题。
(1)通过哪些途径获得发酵工程使用的优良菌种?
(2)获得优良菌种后为什么要对菌种进行扩大培养?
(3)引起温度和pH变化的原因有哪些?发酵工程中如何调节温度和pH?
归纳总结发酵条件的控制方法
(1)温度:通过冷却水调节温度。
(2)pH:在培养基中添加缓冲液,在发酵过程中加酸或碱。
(3)溶解氧:通入无菌空气。
考向突破
考向 发酵工程的流程分析
某高校采用如图所示的发酵罐进行葡萄酒主发酵过程的研究,下列叙述错误的是( )
A.夏季生产果酒时,常需对罐体进行降温处理
B.乙醇为挥发性物质,故发酵过程中空气的进气量不宜太大
C.正常发酵过程中罐内的压力不会低于大气压
D.可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度来决定何时终止发酵
选择性必修3 生物技术与工程
第10单元 生物技术与工程
第32讲 发酵工程
第1课时 传统发酵技术和发酵工程
必备知识·固本夯基
一、1.微生物
2.天然存在 发酵物中 (1)固体 半固体
二、1.5%~20% 半坛 八成 水槽
2.70% 1/3 18~30 10~12 30~35
3.O2、糖源充足 缺少糖源 18~30 30~35 1/3 无菌空气 灭菌 抑菌 优势 重铬酸钾 菌膜
三、1.诱变 基因工程 扩大培养 微生物数量 温度 溶解氧 分离提纯
2.(1)酱油 味精 酶制剂 基因工程 发酵 肥料 农药 饲料 酒精 极端微生物 (2)种子胚 糖浆 灭菌 酒精和CO2 微生物
【概念检测】
1.(1)√ (2)× (3)√ (4)× (5)√ (6)×
2.(1)× (2)√ (3)× (4)×
3.(1)× (2)√ (3)√ (4)×
【教材拓展】
(1)提示“陈泡菜水”中含有乳酸菌的菌种,可使乳酸菌的种群数量快速增加。
(2)提示腌制的时间和盐浓度影响泡菜中的亚硝酸盐含量。
(3)提示低浓度的食盐溶液可能对微生物生长的抑制作用较小,而7%的食盐溶液则对微生物的生长有较大的抑制作用,因此,高浓度的食盐浓度泡菜中的亚硝酸盐含量较低。
核心考点·能力提升
考点一
【合作探究】
探究
(1)提示发酵初期以不产酸的大肠杆菌和酵母菌的活动为主,同时还有一部分硝酸盐还原菌在该时期利用氧气,产生了无氧环境,乳酸菌开始活动;发酵中期由于乳酸菌产生了大量乳酸,其他细菌活动受到抑制,乳酸菌活动增强;发酵后期由于乳酸的积累,酸度继续增长,乳酸菌活动也受到抑制,乳酸菌数量下降。
(2)提示发酵初期有氧气,乳酸菌活动较弱,中后期氧气含量减少,乳酸菌大量繁殖,乳酸的含量迅速积累。
(3)提示发酵初期,乳酸菌和乳酸的量都比较少,由于硝酸盐还原菌的活动,亚硝酸盐含量逐渐增加;后期由于硝酸盐还原菌受抑制,同时形成的亚硝酸盐又被分解,因而亚硝酸盐含量下降。
(4)提示不是。泡菜发酵时间延长,亚硝酸盐含量相对降低,但是发酵时间过长,会产生其他有害物质。
【考向突破】
答案(1)煮沸是为了除去水中的氧气和杀灭杂菌,冷却后使用是为了避免高温杀死乳酸菌等发酵菌种 (2)A 盐水浓度过低导致亚硝酸盐含量过高而不下降 酸而不咸 14% (3)设置重复实验,多次测定后取平均值
解析(1)制作泡菜时泡菜盐水要煮沸冷却后才可使用,其中煮沸是为了除去水中的氧气和杀灭杂菌,冷却是为了避免高温杀死乳酸菌等发酵菌种。(2)由图可知,曲线1所示亚硝酸盐含量过高而不下降,原因是盐浓度过低,应为A坛测定的结果。该坛中泡菜的口味是酸而不咸。根据亚硝酸盐含量的变化,制作泡菜效果最好的是B坛,其盐水的浓度为14%。(3)为了减少误差,避免实验的偶然性,应设置重复实验,要多次测定后取平均值。
考点二
【合作探究】
探究
(1)提示通入空气(氧气)、排气、取样(对发酵的情况进行及时的监测)。
(2)提示为酵母菌提供营养(碳源),有利于酒精的生成。不恰当,因为山楂汁的量不能超过发酵瓶体积的2/3,而且不能将排气口淹没。
(3)提示醋酸菌是需氧菌,在生活过程中始终需要氧气,如果氧气中断则会引起醋酸菌的死亡。
(4)提示控制发酵温度,维持在30~35℃。
【考向突破】
1.C 由题干可知,“浸曲发”是将酒曲浸到活化,在酵母菌活化的过程中酵母菌细胞吸水,代谢加快,A项正确;由题干可知,“鱼眼汤”是冒出鱼眼大小的气泡,气泡是酵母菌进行呼吸作用产生的CO2外溢形成的,B项正确;“炊作饭”,即将米蒸熟,这是消除杂菌对酿酒过程的影响的主要措施,“净淘米”是防止一些杂质影响酒的品质,C项错误;由题干可知,“舒令极冷”是将蒸熟的米摊开冷透,其目的是防止蒸熟的米温度过高致使酒曲中的微生物死亡,D项正确。
2.B ①过程如果先切块,则内部组织容易被杂菌污染,所以应先清洗后切块,A项错误;③过程发酵瓶中留1/3的空间可防止发酵时培养液溢出,B项正确;酵母菌发酵和醋酸杆菌发酵所需的温度不同,前者的适宜温度是18~30℃,后者是30~35℃,C项错误;④过程为果醋发酵,参与果醋发酵的醋酸菌是好氧菌,因此发酵装置中的充气口要一直打开,D项错误。
考点三
【合作探究】
探究
(1)提示若生产的是微生物直接合成的产物,如青霉素、谷氨酸等,则可从自然界中分离出相应菌种,也可以用物理或化学的方法诱变育种,从突变个体中筛选出符合生产要求的优良菌种。若生产的是微生物不能合成的产品,则可用基因工程、细胞工程的方法对菌种的遗传特性进行定向改造,以构建工程细胞或工程菌,从而达到生产相应产品的目的。
(2)提示工业发酵要想在较短时间内得到大量的发酵产物,则需要大量的菌体,因此需要进行扩大培养。
(3)提示①微生物分解有机物释放的能量,一部分用于合成ATP,另一部分以热能形式散失,会引起发酵温度升高;机械搅拌也会引起温度升高。可以利用冷却水进行温度的调节。②pH发生变化的主要原因是培养基中营养成分的利用和代谢产物的积累。如当谷氨酸棒状杆菌利用糖类物质不断生成谷氨酸时,培养液的pH就会下降;而碱性物质的消耗和氨的生成等则会导致培养液的pH上升。调节和控制培养液pH的方法是在培养基中添加缓冲液,在发酵过程中加酸或碱。
【考向突破】
B 果酒发酵的适宜温度为18~30℃,因此夏季生产果酒时,常需对罐体进行降温处理,A项正确;乙醇是酵母菌无氧呼吸的产物,因此分解过程中不需要通入空气,B项错误;无氧呼吸产生了二氧化碳,但是没有消耗氧气,因此发酵罐中的气压不会低于大气压,C项正确;葡萄酒发酵的原料是糖类,因此可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度来决定何时终止发酵,D项正确。比较
项目
果酒制作
果醋制作
泡菜制作
原
理
C6H12O6
2C2H5OH+2CO2
+能量
当 时,C6H12O6+2O2
2CH3COOH+2H2O+
2CO2+能量;当 时,C2H5OH+O2CH3COOH+H2O+能量
C6H12O6
2C3H6O3+能量
温
度
℃
℃
室温
气
体
控
制
先通气一段时间后再密封发酵容器或预留发酵容器 的空间。发酵旺盛期的CO2产量非常大,每隔12 h左右将瓶盖拧松一次,防止发酵瓶爆裂
需不断通入氧气( )
向坛盖边沿的水槽中注满水,密封发酵容器
杂
菌
控
制
①实验材料的冲洗和实验用具的 ;②酸性的发酵液具有 的作用;③发酵菌种迅速形成 种
检
测
指
标
可以嗅味和品尝、用 检验酒精含量,进行酵母菌的镜检、测定pH等工作
通过观察 的形成、嗅味和品尝初步鉴定,再通过检测和比较醋酸发酵前后的pH进一步鉴定。还可以在显微镜下观察发酵液中是否有醋酸菌
泡菜的色泽和风味,还可以通过在显微镜下观察比较不同时期泡菜坛中乳酸菌的含量
联
系
制作果醋可在酒精发酵的基础上进行醋酸发酵
产品
菌种
类型
代谢类型
菌种来源
泡菜
乳酸菌
原核生物
异养厌氧型
天然菌种
果酒
酵母菌
真核生物
异养兼性厌氧型
天然菌种
果醋
醋酸菌
原核生物
异养需氧型
人工接种
应用
举 例
食品
工业
①生产传统的发酵产品: 、酒类
②生产食品添加剂:柠檬酸、
③生产 :α-淀粉酶、β-淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶和脂肪酶等
医药
工业
①采用 的方法,获得具有某种药物生产能力的微生物
②直接对菌种进行改造,再通过 技术大量生产所需要的产品
农
牧
业
①生产微生物
②生产微生物
③生产微生物
其他
方面
①利用纤维废料发酵生产 、乙烯等能源物质
② 应用于生产实践
发酵
阶段
乳酸菌
乳 酸
亚硝酸盐
发酵
初期
少(有氧气,乳酸菌活动受到抑制)
少
增加(硝酸盐还原菌作用)
发酵
中期
最多(乳酸抑制其他菌活动)
积累增多,pH下降
下降(硝酸盐还原菌受抑制,部分亚硝酸盐被分解)
发酵
后期
减少(乳酸积累,pH下降,抑制其活动)
继续增多,pH继续下降
下降至相对稳定(硝酸盐还原菌被完全抑制)
实验步骤
泡菜坛
A
B
C
①加入洗净的新鲜大白菜
0.6 kg
0.6 kg
0.6 kg
②加入2 L盐水(浓度)
4%
14%
24%
③密封
置于同一环境中
④测定亚硝酸盐含量
封坛前进行第一次测定,以后定期测定,如图