苏教版 (2019)选择性必修3 生物技术与工程第三节 传统发酵技术和产品学案设计

这是一份苏教版 (2019)选择性必修3 生物技术与工程第三节 传统发酵技术和产品学案设计，共13页。学案主要包含了传统发酵技术生产的食品等内容，欢迎下载使用。


一、传统发酵技术的本质是微生物的天然发酵
1．微生物的概念：绝大多数情况下，微生物是各种个体微小、肉眼不易看见、结构相对简单的生物的总称。
2．微生物的种类
3．我国传统发酵技术源远流长
(1)微生物的利用历史
①早在几千年前，古人就已经发明了制曲酿酒的技术。
②我们的祖先很早就已经掌握了制醋和制酱的方法。
③在农业上，我们的祖先也掌握了制作堆肥和厩肥的技术。
(2)局限性
古人没有认识到微生物与发酵的确切关系，传统发酵技术基本都是发酵经验的总结。
二、传统发酵技术生产的食品
传统发酵：利用天然微生物的代谢活动制造或生产某些产品的过程。
1．果酒的制作
(1)发酵菌种
①菌种来源：主要是附着在葡萄果皮上的野生型酵母菌。
②代谢类型：异养兼性厌氧型。
③在有氧条件下，酵母菌繁殖的最适温度为20 ℃左右，在无氧条件下，酵母菌会进行酒精发酵，适宜温度一般是18～25 ℃。
(2)制作原理
2．果醋的制作
(1)发酵菌种
①菌种：醋酸菌。
②代谢类型：异养需氧型。
(2)制作原理
在充分供氧的条件下，醋酸菌能将酒精氧化为醋酸。
反应式：
C2H5OH＋O2eq \(――→,\s\up10(酶))CH3COOH＋H2O＋能量
(3)发酵条件
①保持氧气充足。
②温度为30～35_℃。
3．制作果酒和果醋
4．酸奶的制作
(1)酸奶
①eq \x(制作)eq \f(\a\vs4\al(一般是以牛奶为原料、乳酸菌,参与发酵制作而成的奶制品), )
②eq \x(特点)eq \f(\a\vs4\al(既保留了牛奶的主要营养成分，又因为,含有大量的乳酸菌而有新的生理作用), )
③eq \x(作用)eq \f(\a\vs4\al(抑制有害菌在肠道中的生长繁殖，从而改,善肠道环境，维持肠道微生物的相对平衡), )
(2)制作酸奶
①实验原理
以牛奶为主要原料，接入一定量的菌种或市售酸奶(其中含乳酸菌)。随着乳酸菌在牛奶中生长繁殖，牛奶中的乳糖变为乳酸，乳液的pH随之下降，乳酪蛋白发生凝集，牛奶成为酸奶。
②实验步骤
灭菌(奶瓶等器皿用沸水煮15 min)
↓
消毒(奶液量不要超过奶瓶容积的2/3，加热至90 ℃，保温5 min，或将牛奶置于80 ℃恒温水浴箱中15 min)
↓
接种(温度下降后，向原料奶中加入一定量市售酸奶，接种量为原料奶量的5%～10%，用玻璃棒搅拌均匀)
↓
分装(将牛奶分装至容积适当的容器中)
↓
发酵(40～43 ℃恒温箱中发酵3～4 h，或30 ℃培养18～20 h)
↓
冷却(发酵完成，迅速冷却到10 ℃以下，使酸奶中的乳酸菌停止代谢，以防止酸度过高而影响口感)
(正确的打“√”，错误的打“×”)
1．醋酸菌是好氧细菌，乳酸菌和酵母菌是厌氧细菌。( )
× 提示：酵母菌是兼性厌氧真菌。
2．制作葡萄酒的过程中，要定时打开瓶盖放出CO2。( )
× 提示：应拧松瓶盖，不应打开瓶盖。
3．制作泡菜的过程中只有乳酸菌起作用。( )
× 提示：制作泡菜的过程中不只是乳酸菌起作用，酵母菌、大肠杆菌等也起作用。
4．传统发酵食品的制作过程中，不同的食品接种不同的菌种。( )
× 提示：传统发酵技术没有接种菌种，而是利用了天然存在的菌种。
5．制作果醋的温度比制作果酒的温度高。( )
[答案] √
6．酸奶既含有牛奶的主要成分，又含有大量乳酸菌，可改善肠道环境，维持肠道微生物的相对平衡。( )
[答案] √
果酒、果醋的制作比较
果酒与果醋制作的比较
合作探究：(1)在果酒和果醋制作中，你认为哪些方法可防止发酵液被污染？
提示：①冲洗葡萄时应先冲洗再除去果柄。
②榨汁机要冲洗干净并晾干。
③发酵瓶要清洗干净，并用70%的酒精消毒。
④排气时只需拧松瓶盖，不要完全揭开瓶盖，防止杂菌污染。
(2)果酒制作过程中，在不灭菌的情况下，酵母菌是如何成为优势菌种的？
提示：发酵后期在缺氧和酸性发酵液中，绝大多数微生物的生命活动受到抑制，而酵母菌可以适应这一环境成为优势菌种。
1．(2020·江苏高考)某同学在线提交了在家用带盖玻璃瓶制作果酒和果醋的实验报告，他的做法错误的是( )
A． 选择新鲜的葡萄略加冲洗，除去枝梗后榨汁
B．将玻璃瓶用酒精消毒后，装满葡萄汁
C．酒精发酵期间，根据发酵进程适时拧松瓶盖放气
D．酒精发酵后去除瓶盖，盖一层纱布，再进行醋酸发酵
B [选择新鲜的葡萄洗1到2次，去除枝梗后榨汁，A正确；葡萄汁不能装满，需装至玻璃瓶的2/3空间，B错误；酒精发酵期间会产生二氧化碳，故需适时拧松瓶盖，防止发酵瓶爆裂，C正确；醋酸菌是好氧菌，故醋酸发酵时应去除瓶盖，加一层纱布，D正确。]
2．葡萄酒是葡萄汁经酵母菌发酵而成的，酿制葡萄酒的两个简易装置如图所示。
回答下列问题：
(1)试管中的X溶液有助于维持甲装置的瓶中气压相对稳定，与乙装置相比，用甲装置酿制葡萄酒的优点是_________________________________________
___________________________________________________________________
(答出两点即可)。
(2)葡萄汁装入甲装置时，要留有约1/3的空间，这种做法的目的是___________________________________________________________________
_______________________________________(答出两点即可)。
(3)某同学若用乙装置进行发酵，并设置两个不同处理组(乙A和乙B)，乙A装置中保留一定量的氧气，乙B装置中没有氧气。在其他条件相同且适宜的情况下，测得一段时间内乙A和乙B中酒精含量的变化趋势及乙A中氧气含量的变化趋势如曲线图所示。图中曲线①②③依次表示________、________、________含量的变化趋势。
(4)从细胞呼吸类型看，酵母菌属于________生物；从同化作用的类型看，酵母菌属于________(填“自养”或“异养”)生物。
[解析] (1)试管中的X溶液有助于维持甲装置的瓶中气压相对稳定；与乙装置相比，用甲装置酿制葡萄酒的优点是不需要旋松瓶盖放气；避免了因旋松瓶盖引起的杂菌污染。(2)葡萄汁装入甲装置时，要留有约1/3的空间，这种做法的目的是为酵母菌大量繁殖提供适量的氧气；防止发酵旺盛时汁液溢出。(3)分析题意可知，图中曲线①②③依次表示乙A中的氧气、乙B中的酒精、乙A中的酒精含量的变化趋势。(4)从细胞呼吸类型看，酵母菌属于兼性厌氧生物；从同化作用的类型看，酵母菌属于异养生物。
[答案] (1)不需要旋松瓶盖放气；避免了因旋松瓶盖引起的杂菌污染 (2)为酵母菌大量繁殖提供适量的氧气；防止发酵旺盛时汁液溢出 (3)乙A中的氧气 乙B中的酒精 乙A中的酒精 (4)兼性厌氧 异养
泡菜制作过程中相关物质变化及注意事项
1．泡菜发酵过程中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐含量的变化
2．泡菜制作的注意事项
(1)泡菜坛的选择：应选用火候好、无裂纹、无砂眼、坛沿深、盖子吻合好的泡菜坛。检查时，可将坛口向上压入水中，看坛内有无渗水现象。
(2)腌制的条件：要注意控制时间、温度和食盐的用量。温度过高、食盐用量过低、腌制时间过短，容易造成细菌大量繁殖，亚硝酸盐含量增加。
(3)腌制方法：配制质量百分比为5%～20%的盐水，盐水要煮沸冷却后备用。蔬菜和配料装至八成满时，加盐水没过全部菜料，盖好坛盖后向坛盖边沿的水槽中注满水，以保证坛内形成无氧环境，以便乳酸菌发酵。
合作探究：(1)在泡菜制作的发酵过程中，为什么要经常向泡菜坛的水槽中补充水？
提示：为了保证坛内乳酸菌发酵所需的无氧环境。
(2)为什么泡菜坛只能装八成满？
提示：蔬菜刚入坛时，其表面带入的微生物，主要以不抗酸的大肠杆菌和酵母菌较为活跃，这些微生物是需氧型的，要消耗氧气，因此坛内要留有一定量的氧气。
1．(2021·浙江1月选考)用白萝卜制作泡菜的过程中，采用适当方法可缩短腌制时间。下列方法中错误的是( )
A．将白萝卜切成小块
B．向容器中通入无菌空气
C．添加已经腌制过的泡菜汁
D．用沸水短时处理白萝卜块
B [将白萝卜切成小块可以扩大白萝卜与腌料的接触面积，缩短腌制时间，A正确；泡菜制作所需菌种为乳酸菌，制作过程中应保持无氧环境，向容器中通入无菌空气不利于腌制，B错误；泡菜汁中含有一定量的发酵菌种，所以在腌制过程中，加入一些已经腌制过的泡菜汁可缩短腌制时间，C正确；用沸水短时处理，可抑制某些微生物的繁殖，提高泡菜品质，也可缩短腌制时间，D正确。]
2．回答下列有关泡菜制作的问题：
(1)制作泡菜时，所用盐水要煮沸，其目的是_________________________。为了缩短制作时间，有人还会在冷却后的盐水中加入少量陈泡菜液，加入陈泡菜液的目的是________________。
(2)泡菜制作过程中，乳酸发酵过程即乳酸菌进行__________的过程。该过程发生在乳酸菌的________中。
(3)泡菜制作过程中影响亚硝酸盐含量的因素有__________、________和________等。
(4)从开始制作到泡菜质量最佳这段时间内，泡菜液逐渐变酸，这段时间内泡菜坛中乳酸菌和其他杂菌的消长规律是_______________，原因是____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
[解析] (1)制作泡菜时需要先形成无菌环境，所用盐水需煮沸，以杀灭盐水中的微生物并除去水中氧气。想要缩短制作时间，应该缩短菌株的生长时间，陈泡菜液中含有一定量的乳酸菌，加入陈泡菜液可以使菌体数量扩增速度加快。(2)乳酸菌为厌氧菌，进行无氧呼吸产生乳酸，该过程只能在细胞质基质中进行。(3)温度过高、腌制时间过短、食盐用量不足等，容易造成杂菌大量繁殖，亚硝酸盐含量增加。(4)从开始制作到泡菜品质最佳这段时间内，氧气浓度逐渐降低，泡菜液逐渐变酸，不适宜杂菌生长，而适宜乳酸菌生长，因此乳酸菌数量增加，其他杂菌数量减少。
[答案] (1)杀灭盐水中的微生物并除去水中氧气 增加乳酸菌的数量 (2)无氧呼吸 细胞质基质 (3)温度 腌制时间 食盐用量 (4)乳酸菌数量增多，杂菌数量减少 乳酸菌比杂菌更耐酸
发酵过程中控制杂菌的方法
(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)泡菜盐水的浸泡提供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。
[课堂小结]
1．制作泡菜时，所用的菜坛子必须密封，其原因是( )
A．防止水分的蒸发
B．防止菜叶萎蔫
C．乳酸菌在有氧条件下发酵被抑制
D．防止产生的乳酸挥发
C [泡菜制作是利用乳酸菌的发酵作用进行的，而乳酸菌是厌氧菌，所以要密封菜坛子，以避免氧对其发酵作用的抑制。]
2．在果酒制作过程中，下列哪项操作会引起发酵液受污染( )
A．榨汁机用沸水进行清洗并晾干
B．发酵瓶用温水清洗，再用70%的酒精擦拭并晾干
C．葡萄先去除果柄，再冲洗多次
D．每次排气时，只需拧松瓶盖，不能将盖完全揭开
C [葡萄应先冲洗，除去污物，再去除果柄。若先去除果柄，会使大量杂菌侵入葡萄内部，给消毒带来困难。]
3．(2021·海南等级考)关于果酒、果醋和泡菜这三种传统发酵产物的制作，下列叙述正确的是( )
A．发酵所利用的微生物都属于原核生物
B．发酵过程都在无氧条件下进行
C．发酵过程都在同一温度下进行
D．发酵后形成的溶液都呈酸性
D [参与果酒制作的微生物是酵母菌，属于真核生物，A错误；参与果醋制作的醋酸菌是好氧细菌，因此果醋发酵需要有氧条件，B错误；不同的发酵产物需要的温度不同，C错误；果酒、果醋和泡菜发酵后形成的溶液都呈酸性，D正确。]
4．在实验室中可利用酵母菌发酵的方式制作葡萄酒，下列说法正确的是( )
A．葡萄糖在酵母菌细胞的线粒体内被分解
B．制作葡萄酒时酵母菌先在有氧条件下大量增殖
C．制作过程中酵母菌始终处于碱性环境
D．酵母菌的发酵产物不会抑制自身的代谢活动
B [葡萄糖在细胞质基质中被分解，线粒体不能分解葡萄糖，A错误；有氧条件下，酵母菌可快速繁殖，故酿酒时需先在有氧条件下让酵母菌繁殖，增加酵母菌数量，然后再进行无氧发酵产生酒精，B正确；发酵后期由于二氧化碳和其他代谢废物溶解于发酵液中，发酵液将处于酸性环境，C错误；发酵产物(如酒精)会抑制酵母菌的生长，D错误。]
5．下面是果酒和果醋制作的实验流程以及某同学设计的果酒和果醋的发酵装置。请据图回答下列问题：
图1 图2
(1)图1中方框内的实验流程是___________________________。
(2)冲洗的主要目的是__________________________________，冲洗时应特别注意不能______________，以防菌种的流失。
(3)图2所示装置中的充气口在__________时关闭，在________时连接充气泵，并连续不断地向内________。
(4)排气口在果酒制作时排出的气体是由________(填生物名称)产生的________。
[解析] 本题主要考查了果酒、果醋制作的基本过程和原理，同时还考查了两种微生物的代谢类型和生存环境。酵母菌是兼性厌氧微生物，有氧时进行有氧呼吸，无氧时进行酒精发酵，反应式分别为C6H12O6＋6O2＋6H2Oeq \(――→,\s\up10(酶))6CO2＋12H2O＋能量，C6H12O6eq \(――→,\s\up10(酶))2C2H5OH＋2CO2＋能量。因此制作果酒时，应在缺氧的环境中进行。醋酸菌是好氧细菌，在氧气、糖源都充足时，其可将葡萄汁中的糖分解成醋酸；在糖源不足时，其可将乙醇变成乙醛，再将乙醛变为醋酸，酒精发酵时的缺氧环境会抑制醋酸菌的生长。在果酒制作过程中排气口排出的气体是由酵母菌产生的CO2。
[答案] (1)醋酸发酵 (2)除去污物 反复冲洗 (3)酒精发酵 醋酸发酵 泵入空气(或氧气) (4)酵母菌 CO2
举例说明日常生活中的某些食品是运用传统发酵技术生产的。
生命观念：认识酵母菌、醋酸菌和乳酸菌的结构和代谢类型。
科学探究：尝试设计发酵装置，完成果酒和果醋的制作，并探究制作过程中发酵条件的控制。
社会责任：掌握传统发酵技术的原理及过程，能够运用发酵原理解释日常生活中的发酵现象。
条件
反应简式
目的
有氧
C6H12O6＋6O2＋6H2Oeq \(――→,\s\up10(酶))6CO2＋12H2O＋能量
有氧呼吸大量
繁殖新个体无氧
C6H12O6eq \(――→,\s\up10(酶))2C2H5OH＋2CO2＋能量
无氧呼吸产生酒精
果酒制作
果醋制作
发酵菌种
来源
附着在葡萄果皮上的野生型酵母菌
空气中的醋酸菌
分类地位
单细胞真核生物
单细胞原核生物
繁殖方式
出芽生殖、孢子生殖
二分裂生殖
代谢类型
异养兼性厌氧型
异养需氧型
发酵条件
温度
18～25 ℃
30～35 ℃
时间
10～12 d
7～8 d
氧气
前期需氧，后期无氧
一直需要充足氧气
pH
酸性
酸性
结果检测
酒精与酸性的重铬酸钾溶液反应呈现灰绿色
反应液pH下降
联系
醋酸发酵可以在酒精发酵的基础上进行，酒精发酵为醋酸发酵提供原料
项目
乳酸菌
乳酸
亚硝酸盐
初期
少(有氧气，乳酸菌活动受抑制)
少
增加(硝酸盐还原菌的作用)
中期
最多(乳酸抑制其他菌活动)
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)
后期
减少(乳酸继续积累，pH继续下降，抑制自身活动)
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)
变化曲线
知 识 网 络 构 建
要 点 强 化 识 记
1．传统发酵是利用天然微生物的代谢活动制造或生产某些产品的过程。
2．在有氧条件下，酵母菌能进行有氧呼吸并大量繁殖新个体；在无氧条件下，酵母菌则进行酒精发酵。
3．果胶酶可以破坏细胞壁，有利于葡萄汁的榨取，还能使酒变得清澈透明。
4．果醋发酵是一个有氧发酵的过程，在充分供氧的条件下，醋酸菌能将酒精氧化为醋酸。
5．酵母菌繁殖的最适温度为20 ℃左右，酒精发酵的适宜温度一般是18～25 ℃。醋酸发酵的适宜温度为30～35 ℃。
6．酸奶一般是以牛奶为原料、乳酸菌参与发酵制作而成的奶制品，既保留了牛奶的主要营养成分，又含有大量的乳酸菌。