人教版高考生物一轮总复习选择性必修3第10单元第33课传统发酵技术的应用学案

第33课　传统发酵技术的应用

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，将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物的过程。

2．传统发酵技术与发酵工程

二、尝试制作传统发酵食品

1．泡菜、果酒和果醋制作菌种的比较

2.微生物发酵制作泡菜、果酒和果醋的原理  

(1)乳酸菌发酵制作泡菜的原理：C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋能量。

(2)酵母菌发酵制作果酒的原理

①有氧条件：C6H12O6＋6H2O＋6O26CO2＋12H2O＋能量。

②无氧条件：C6H12O62C2H5OH(酒精)＋2CO2＋能量。

(3)醋酸菌发酵制作果醋的原理

①O2、糖源都充足时：C6H12O6＋2O22CH3COOH(醋酸)＋2H2O＋2CO2＋能量。

②缺少糖源时：C2H5OH＋O2CH3COOH(醋酸)＋H2O＋能量。

3．制作传统发酵食品

(1)制作泡菜的方法步骤

(2)制作果酒和果醋的方法步骤

4．传统发酵食品品种不一的原因

(1)制作过程中，没有接种菌种，而是利用天然存在的菌种，菌种差异，杂菌情况不明。

(2)发酵过程的控制缺乏标准。

1．制作传统泡菜是利用植物体表面天然的乳酸菌来进行发酵的

(1)制作泡菜时，盐水煮沸后可以立即使用。 (×)

(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)与人工接种的发酵相比，自然发酵获得的产品品质更好。 (×)

(4)影响泡菜腌制的因素包括时间、温度和食盐的用量等。 (√)

2．果酒经醋酸菌的作用还可以进一步发酵成果醋

(1)在果酒自然发酵中，需人工添加酵母菌种。 (×)

(2)在果酒发酵后期拧松瓶盖的间隔时间可延长。 (√)

(3)利用葡萄发酵产生果酒的后期，加入醋酸菌即可产生醋酸。 (×)

(4)醋酸菌在无氧条件下利用乙醇产生醋酸。 (×)

(5)在制作果酒、果醋时，适当加大接种量可以提高发酵速率、抑制杂菌生长繁殖。              (√)

　　　　泡菜的制作

1．泡菜制作的注意事项

(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百分比为5%～20%的盐水，盐水要煮沸后冷却。煮沸有两大作用，一是除去水中的氧气，二是杀灭盐水中的其他杂菌。

(2)防止杂菌污染：每次取样用具要洗净，要迅速封口。

(3)氧气需求

①泡菜坛要选择透气性差的容器，以创造无氧环境，有利于乳酸菌发酵，防止蔬菜腐烂。

②泡菜坛坛盖边沿的水槽内注满水，以保证坛内乳酸菌发酵所需的无氧环境，并注意在发酵过程中经常向水槽中补水。

(4)控制适宜的温度：控制在室温即可，温度偏高有害菌活动能力强，温度偏低不利于乳酸发酵。

2．泡菜腌制中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的变化

考向1| 泡菜制作的过程

1．(2020·江苏海安模拟)关于泡菜发酵的叙述，不正确的是(　　)

A．泡菜发酵过程中产生亚硝酸盐，某些条件下转化为致癌物质亚硝胺

B．煮沸泡菜盐水的目的是除去水中的氧气和杀灭盐水中的其他杂菌

C．制作泡菜利用的菌种是乳酸菌，其代谢类型为异养厌氧型

D．泡菜腌制时间过长，容易造成细菌大量滋生，亚硝酸盐含量增加

D　解析：泡菜发酵过程中产生的亚硝酸盐有可能转化为亚硝胺，亚硝胺具有致癌作用，A正确；煮沸泡菜盐水的目的是除去水中的氧气和杀灭盐水中的其他杂菌，B正确；制作泡菜利用的菌种是乳酸菌，其代谢类型为异养厌氧型，C正确；泡菜腌制时间过短，容易造成细菌大量繁殖，亚硝酸盐含量增加，D错误。

考向2| 泡菜制作过程中亚硝酸盐含量的变化

2．乳酸菌能产生亚硝酸盐还原酶将亚硝酸盐分解，某兴趣小组从泡菜滤液中筛选出亚硝酸盐还原酶活力较高的乳酸菌，进行了相关实验。请回答下列问题：

(1)为保证泡菜发酵过程中的无氧环境，在装坛后对泡菜坛进行____________处理，在腌制过程中，坛中会出现溶液量增多现象，主要原因是____________________________________。

(2)将筛选出的乳酸菌，用于泡菜制作过程，进行食盐用量与亚硝酸盐含量的探索实验，结果如图。

①泡菜制作过程中，pH呈下降趋势，原因是乳酸菌发酵在第________阶段产生________。

②据图可知，腌菜时食盐的浓度越低，亚硝酸盐含量的峰值出现得越早，且峰值较高，原因是_______________________。

③实验结果说明，食盐用量和________影响亚硝酸盐含量，亚硝酸盐含量达到峰值后下降，一方面是因为____________环境抑制杂菌生长，使亚硝酸盐的产生量降低；另一方面是因为_____________。

解析：(1)为保证泡菜发酵过程中的无氧环境，在装坛发酵后对泡菜坛进行用水密封坛口处理，在腌制过程中，坛中会出现溶液量增多现象，主要原因是外界溶液浓度高，使蔬菜细胞渗透失水。(2)①泡菜制作的原理是乳酸菌的无氧呼吸，无氧呼吸第二阶段产生乳酸，导致pH呈下降趋势。②食盐用量过低，会造成细菌大量繁殖，因此图中腌菜时食盐的浓度越低，亚硝酸盐含量的峰值出现得越早，且峰值较高。③据题图分析可知，食盐用量和腌制时间都会影响亚硝酸盐含量，亚硝酸盐含量达到峰值后下降，是因为缺氧和酸性环境抑制杂菌生长，使亚硝酸盐的产生量降低，同时乳酸菌产生亚硝酸盐还原酶会将亚硝酸盐分解。

答案：(1)用水密封坛口　外界溶液浓度高，使蔬菜细胞渗透失水　(2)①二　乳酸　②食盐用量过低，造成细菌大量繁殖　③腌制时间　缺氧和酸性　乳酸菌产生亚硝酸盐还原酶将亚硝酸盐分解

　　　　果酒和果醋的制作

山东省某校学生在科技节时模拟了啤酒酿制过程：在一只盛有糖溶液的瓶中加入酵母菌，在适宜条件下培养30天。图甲表示制造啤酒的过程(蛇麻子是一种植物，主要起调味作用，啤酒的苦味儿由它产生)，30天内混合物的变化情况如图乙所示。

(1)为什么要把原料放入沸水中混合？

答案：为了除去原料中的杂菌(杀灭细菌)。

(2)在混合物中加入糖的理由是什么？

答案：糖是啤酒发酵的原料，是酵母菌的碳源。

(3)①为什么要在混合物冷却后才把酵母菌加进去？②假如冷却时不慎使温度骤降到0 ℃，当温度逐渐回升到25 ℃时，酵母菌是否还具有活性？

答案：①防止高温杀死酵母菌并达到酶适宜的温度。②有。低温使酶的活性降低，但并没有变性失活，当逐渐回升到最适温度时，酵母菌生长繁殖恢复正常。

(4)为什么要在发酵罐上加盖子？

答案：酵母菌酒精发酵属于厌氧发酵，发酵罐加盖子以创造无氧环境。

(5)①请根据酵母菌在酿酒过程中的异化代谢变化过程，简述图中糖曲线的变化原因：开始时氧气充足，酵母菌以有氧呼吸为主，大量分解糖，利用其中的能量快速增殖，因此糖曲线下降很快；后来氧气慢慢不足，酵母菌开始以无氧呼吸为主，分解糖产生酒精，虽产能效率较有氧呼吸低，但也分解较多的糖，因此开始时糖曲线下降也较快。后因生存斗争剧烈，酵母菌代谢慢，甚至大量死亡，耗糖减少。

相关反应式如下：

有氧呼吸：C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量；

酒精发酵：C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋能量。(含必要的方程式)

②为什么酵母菌量停止增加下去？请说明两种理由。

理由1：糖被逐渐消耗，缺少生命活动的原料；

理由2：酒精和CO2积累，对细胞有毒害(或生存斗争加剧，死亡率上升等)。

(6)啤酒的风味主要取决于所采用的酵母菌株。某酒厂的菌株产了30多年，繁殖三千余代，风味不减当年。其主要原因是什么？

答案：酵母菌是无性生殖，能保留亲本的优良性状。

1．制作果酒和果醋的发酵装置分析

(1)各部位的作用

①充气口：在醋酸发酵时连接充气泵进行充气。

②排气口：排出酒精发酵时产生的CO2。与瓶身相连的长而弯曲的胶管：防止空气中微生物的污染。

③出料口：用来取样。

(2)该装置的使用方法

使用该装置制果酒时，应该关闭充气口；制果醋时，应将充气口连接充气泵进行充气。

(3)葡萄汁装入发酵瓶时，要留有约1/3空间的目的

①先让酵母菌进行有氧呼吸快速繁殖，耗尽O2后再进行酒精发酵；

②防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出。

2．果酒和果醋制作成功的关键

3.结果分析与评价

考向1| 果酒、果醋的发酵原理

1．(2020·广东梅州模拟)下列关于果酒、果醋制作的叙述，错误的是(　　)

A．酵母菌细胞中既有有氧呼吸酶也有无氧呼吸酶

B．果酒发酵装置中，排气口要和一个长而弯曲的胶管连接来防止杂菌污染

C．醋酸菌能在有氧条件下将果酒变成果醋，也可以在无氧条件下将葡萄糖变成果醋

D．果酒发酵时温度应控制在18～30 ℃，果醋发酵时温度应控制在30～35 ℃

C　解析：参与果酒制作的微生物是酵母菌，其新陈代谢类型为异养兼性厌氧型，酵母菌细胞中既有有氧呼吸酶也有无氧呼吸酶，A正确；果酒发酵装置的排气口要通过一个长而弯曲的胶管与瓶身连接，并且胶管口向下放置，这样既可以排出二氧化碳，还可以防止杂菌污染，B正确；参与果醋制作的醋酸菌是好氧细菌，醋酸菌只能在有氧条件下将果酒变成果醋，或者将糖变成果醋，因此制作果醋时中断通氧可能会引起醋酸菌死亡，C错误；果酒发酵时温度应控制在18～30 ℃，果醋发酵时温度稍高，应控制在30～35 ℃，D正确。

考向2| 果酒、果醋的发酵装置

2．(2020·山东济宁模拟)下图甲是果酒和果醋发酵的装置图，图乙是果酒和果醋制作过程中发生的物质变化。下列有关叙述中，正确的是(　　)

A．甲装置可先用于果醋的制作，后用于果酒的制作

B．用甲装置制作果酒时，要加入适量的酵母菌，且一直关紧阀b

C．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

D．过程③和④都需要氧气的参与，但反应场所不同

D　解析：因为醋酸菌可利用酒精产生醋酸，但酵母菌不能利用醋酸产生酒精，故甲装置可先用于果酒的制作，后用于果醋的制作，A错误。甲装置中，阀b控制排气，阀a控制进气，制作果酒时应关闭阀a以创造无氧环境，适时打开阀b以排出酵母菌进行无氧呼吸产生的CO2，B错误。醋酸菌是嗜温菌，果醋发酵所需的最适温度高于果酒发酵，C错误。过程③表示有氧呼吸的第二和第三阶段，故过程③需要氧气的参与，反应场所是线粒体；过程④表示果醋发酵，由于醋酸菌是好氧细菌，因此该过程需要氧气的参与，但醋酸菌是原核生物，没有线粒体，该过程发生在细胞质基质中，故③和④过程的反应场所不同，D正确。

考向3| 制作果酒、果醋的流程

3．天津独流老醋历史悠久、独具风味，其生产工艺流程如图所示。

(1)在糖化阶段添加酶制剂需要控制反应温度，这是因为_________________________________________________________。

(2)在酒精发酵阶段，需添加酵母菌。在操作过程中，发酵罐先通气，后密闭。通气能提高________的数量，有利于密闭时获得更多的酒精产物。

(3)在醋酸发酵阶段，独流老醋采用独特的分层固体发酵法，发酵30天。工艺如下：

①发酵过程中，定期取样测定醋酸菌密度变化，趋势如下图。据图分析，与颠倒前相比，B层醋酸菌在颠倒后密度变化的特点是________________，由此推测，影响醋酸菌密度变化的主要环境因素是___________。

②乳酸含量高是独流老醋风味独特的重要成因。发酵过程中，发酵缸中____________________层的醋醅有利于乳酸菌繁殖，积累乳酸。

③成熟醋醅中乳酸菌的种类明显减少，主要原因是发酵后期营养物质消耗等环境因素的改变，加剧了不同种类乳酸菌的________，淘汰了部分乳酸菌种类。

解析：(1)因为酶在最适温度下的催化能力最强，所以发酵过程中需控制好反应温度。(2)酵母菌是兼性厌氧微生物，在有氧条件下分解有机物释放能量多，繁殖快。(3)①曲线图显示，与翻动前相比，B层在翻动后醋酸菌密度先快速增加后趋于稳定，对比翻动前后B层醋酸菌所处环境条件可知，影响醋酸菌密度变化的主要环境因素有氧气浓度、pH及营养物质含量等。②乳酸菌是厌氧微生物，处于发酵缸下层的醋醅有利于乳酸菌发酵产生乳酸。③随着发酵时间的推移，环境中营养物质减少，代谢废物增多，微生物生存条件恶劣，不同种乳酸菌间的种间竞争加剧，部分菌种因不适应环境而被淘汰。

答案：(1)酶在最适温度条件下催化能力最强　(2)酵母菌　(3)①先快速增长后趋于稳定　氧气、营养物质、pH　②颠倒前的B层和颠倒后的A(或下)　③种间竞争

命题生长点1 制作泡菜

(1)制作泡菜宜选用新鲜蔬菜的原因是什么？

答案：制作泡菜应选用新鲜蔬菜是因为新鲜蔬菜中亚硝酸盐含量低。

(2)制作泡菜时配制的盐水需煮沸，其作用是什么？

答案：盐水需煮沸是为了杀死盐水中的微生物，并且去除盐水中的氧气，营造无氧环境，因为乳酸菌是厌氧微生物。

(3)为什么日常生活中要多吃新鲜蔬菜？不吃存放时间过长、变质的蔬菜？

答案：有些蔬菜如小白菜和萝卜等含有丰富的硝酸盐，当这些蔬菜放置过久发生变质(发黄、腐烂)或者煮熟后存放太久时，蔬菜中的硝酸盐会被微生物还原成亚硝酸盐，危害人体健康。

命题生长点2 酒精发酵的过程

(1)为什么要冷却到30 ℃后，才可以加入“酒药”？

答案：加“酒药”就是接种。接种时培养基的温度不能太高，要使酵母菌保持活性，防止高温将其杀死，因此要等米饭冷却后才加入“酒药”。

(2)酿酒过程中为什么总是先来水，后来酒？

答案：酵母菌先进行有氧呼吸产生CO2和水，后进行无氧发酵产生酒精。

命题生长点3 制作酸奶

自己制作酸奶时，可以不加入专门的菌种(发酵菌粉)，只需加入超市买来的适量的老酸奶即可提供发酵菌种。

(1)自己制作酸奶时，为什么可以加入超市买来的老酸奶代替菌种？

答案：由于超市买来的老酸奶中含有乳酸菌等发酵菌种，所以自己制作酸奶时，可以通过加入超市买来的老酸奶代替菌种。

(2)制作酸奶时常用的鲜奶原料不能含有抗生素，为什么？

答案：因为抗生素会抑制接种细菌的生长，使发酵受到抑制，所以制作酸奶时常用的鲜奶原料不能含有抗生素。

泡菜制作过程中杂菌的控制方法

(1)泡菜坛的密闭性及灭菌。

(2)蔬菜的清洗可以防止杂菌繁殖。

(3)食盐的用量合适可以控制杂菌的繁殖。

(4)调味料也具有抑菌的作用。

(5)盐水的浸泡营造的无氧环境，为乳酸菌的繁殖提供条件，同时又能抑制好氧菌繁殖。

关于传统发酵技术认识的两个误区

(1)误认为泡菜制作过程中乳酸和亚硝酸盐的含量都是先增加后减小，泡菜制作过程中乳酸的含量是先增加后保持稳定。

(2)误认为果酒、果醋制作过程中都需要无氧条件。果醋制作过程中，利用的是醋酸菌的有氧呼吸，因此需要有氧条件；果酒制作过程中，应先通氧，使酵母菌数量增加，然后再密封创造无氧条件。