新高考2021高考生物一轮复习第1单元发酵工程和微生物的培养应用第1讲传统发酵技术学案新人教版

第1讲传统发酵技术的应用考纲研读备考定位考纲要求核心素养1.掌握运用发酵技术制作食品的基本方法。2.活动：利用酵母菌、醋酸菌分别制作果酒和果醋。3.活动：利用乳酸菌发酵制作酸奶或泡菜。1.生命观念——结构与功能观：发酵菌种的结构与功能的关系。2.理性思维——比较果酒、果醋和泡菜的制作原理和过程。3.科学探究——设计实验探究发酵条件。4.社会责任——关注食品安全，倡导健康的生活方式。考点一果酒和果醋的制作eq\x(基)eq\x(础)eq\x(梳)eq\x(理)1．发酵菌种(1)图中A可表示酒精发酵菌种的细胞模式图，该菌种主要来自附着在葡萄皮上的野生型酵母菌。(2)图中B可表示醋酸发酵菌种的细胞模式图，该菌种可从变酸的酒的表面的菌膜获取。2．果酒和果醋的制作果酒制作果醋制作制作原理菌种酵母菌醋酸菌反应有氧条件下，大量繁殖：C6H12O6＋6O2eq\o(→,\s\up7(酶))_6CO2＋6H2O＋大量能量无氧条件下，酒精发酵：C6H12O6eq\o(→,\s\up7(酶))2C2H5OH＋2CO2＋少量能量氧气、糖源充足时：C6H12O6＋2O2eq\o(→,\s\up7(酶))2CH3COOH＋2CO2＋2H2O＋少量能量缺少糖源、氧气充足时：C2H5OH＋O2eq\o(→,\s\up7(酶))CH3COOH＋H2O＋少量能量发酵条件温度一般酒精发酵18_℃～25_℃，繁殖最适为20_℃左右最适为30_℃～35_℃空气前期：需氧；后期：不需氧需要充足的氧气时间10d～12d7d～8d3.制作流程挑选葡萄→冲洗→榨汁→酒精发酵→醋酸发酵↓↓果酒果醋4．葡萄酒呈现深红色的原因是红葡萄皮的色素进入发酵液。5．现在工厂生产果酒，为提高果酒的品质，更好地抑制其他微生物的生长，采取的措施是直接在果汁中加入人工培养的酵母菌。eq\x(思)eq\x(维)eq\x(辨)eq\x(析)易错整合，判断正误。(1)醋酸菌在无氧条件下利用乙醇产生醋酸。(×)(2)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温度。(×)(3)在果酒发酵后期拧开瓶盖的间隔时间可延长。(√)(4)在家庭中用鲜葡萄制作果酒时，需要发酵装置适时排气(√)(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(√)(6)利用葡萄发酵产生果酒的后期，加入醋酸菌即可产生醋酸(×)eq\x(延)eq\x(伸)eq\x(探)eq\x(究)如图为果酒和果醋制作的实验装置图，据图分析：(1)甲、乙、丙的作用分别是什么？(2)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。(3)果酒搁置时间过久为什么会有酸味？[提示](1)通入空气(氧气)、排气、取样(对发酵的情况进行及时的监测)。(2)醋酸菌是需氧菌，在发酵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。(3)醋酸菌在缺乏糖源时，可以将酒精转化为乙醛，再将乙醛转化为醋酸。eq\x(重)eq\x(难)eq\x(精)eq\x(讲)果酒和果醋制作步骤的比较制果酒制果醋相同过程①选材和材料处理：选择新鲜的葡萄，先用清水冲洗葡萄1～2遍除去污物后，再去枝梗②制作发酵液，防止杂菌污染③发酵：将葡萄汁注入发酵瓶，注意液体量不要超过发酵瓶总体积的2/3不同过程④将温度严格控制在18～25℃，时间控制在10～12d左右。发酵旺盛期的CO2产量非常大，要及时排气，防止发酵瓶爆裂⑤检测指标：7～10d以后，可以开始进行取样检验工作。例如，可以嗅味和品尝，用重铬酸钾检验酒精含量，进行酵母菌的镜检，测定pH等工作④将温度严格控制在30～35℃，并注意适时通过充气口充气⑤检测指标：果醋的制作是否成功可以通过观察菌膜的形成、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，并统计其数量做进一步鉴定eq\x(精)eq\x(准)eq\x(命)eq\x(题)例1(2019·内蒙古赤峰二中一模)人们的日常生活与传统发酵技术密不可分。在葡萄成熟的季节里，有很多家庭开始酿制葡萄酒，甚至是葡萄醋。回答下列问题：(1)葡萄酒的制作离不开微生物的作用，该过程常用的微生物是酵母菌，其细胞呼吸类型是有氧呼吸和无氧呼吸(兼性厌氧型)。(2)在葡萄酒制作的过程中，要将温度严格控制在18～25_℃。若要随时了解不同发酵时期发酵液中的活菌数，则可选择稀释涂布平板法进行计数，其计数原则一般选择菌落数在30～300个的平板计数。(3)若盛放果酒的瓶口封闭不严，则放置一段时间后，会发现果酒带有明显的酸味，使果酒变酸的主要微生物是醋酸菌。若用于发酵的葡萄汁中混有该微生物，则在果酒发酵旺盛时期，该微生物不能(填“能”或“不能”)将果汁中的糖发酵形成酸，其原因是果酒发酵时的缺氧环境会抑制醋酸菌生长，且果酒发酵的最适温度低于醋酸菌生长的最适温度。易错提醒果酒制作的六点提醒葡萄酒呈现深红色的原因：红葡萄皮的色素进入发酵液。(2)冲洗葡萄时不能反复冲洗：防止洗去野生酵母菌，导致菌种流失，不能正常发酵。(3)葡萄汁装入发酵瓶时，要留有大约1/3的空间：目的是先让酵母菌进行有氧呼吸快速繁殖，耗尽瓶内O2后再进行酒精发酵，防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出。(4)果酒发酵时要适时排气：防止发酵装置爆裂。(5)检测酒精的原理是：在酸性条件下，重铬酸钾与酒精反应呈现灰绿色。(6)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。〔对应训练〕1．(2019·湖北重点中学模拟)鸭梨醋饮属于绿色健康饮品、既保存了鸭梨中的多种氨基酸、维生素、矿物质、有机酸等成分，又兼具果醋醒酒护肝、助消化、降低血脂、软化血管等的养生保健功能，深受广大消费者的青睐。下面为鸭梨醋饮的制作流程图，请据图回答问题：eq\x(新鲜的鸭梨汁)eq\o(→,\s\up7(①))eq\x(果酒)eq\o(→,\s\up7(②))eq\x(果醋)→eq\x(鸭梨醋饮)(1)果酒的酿造原理是先使酵母菌进行有氧呼吸，以增加酵母菌的数量，然后再通过无氧呼吸获得果酒。(2)在果酒的自然发酵过程中，起主要作用的是附着在鸭梨皮上的野生型酵母菌。(3)酒精发酵时一般将温度控制在18～25℃，温度过高时，酵母菌代谢减慢甚至死亡，原因是温度过高，酶的活性降低或失活。(4)果醋发酵过程中，适宜的温度为30～35_℃，较高浓度的酒精通常不适宜进行醋酸发酵，原因是较高浓度的酒精会抑制醋酸菌的生长和代谢，使产酸量下降。(5)酒精发酵后转入醋酸发酵前，除改变温度外，还需调整的发酵条件是通入空气。[解析](1)果酒的制作离不开酵母菌，酵母菌在氧气充足时进行有氧呼吸，大量繁殖，在无氧条件下，进行无氧呼吸产生酒精。(2)在果酒的自然发酵过程中，起主要作用的是附着在鸭梨皮上的野生型酵母菌。(3)温度主要影响酶的活性，温度过高时酵母菌体内酶的活性会降低甚至失活。(4)醋酸菌的最适生长温度为30～35℃。酒精浓度过高会抑制醋酸菌的生长和代谢，影响产酸量。(5)醋酸菌是需氧型细菌，发酵时需要通入无菌空气。考点二腐乳和泡菜的制作eq\x(基)eq\x(础)eq\x(梳)eq\x(理)1．腐乳的制作(1)腐乳制作的原理①菌种：多种微生物(如青霉、酵母、曲霉、毛霉等)的协同作用，起主要作用的是毛霉。②菌种作用特点：产生蛋白酶、脂肪酶，分解有机物。蛋白质eq\o(→,\s\up7(蛋白酶))氨基酸＋小分子的肽。脂肪eq\o(→,\s\up7(脂肪酶))甘油＋脂肪酸。(2)制作流程让豆腐上长出毛霉→加盐腌制→加卤汤装瓶→密封腌制。(3)影响条件①温度：控制在15_℃～18_℃。②菌种的来源：空气中的毛霉孢子或优良毛霉菌种。③卤汤配制a．卤汤的成分：酒及各种香辛料。b．酒的作用：抑制微生物的生长，同时能使腐乳具有独特的香味。c．香辛料的作用：调制腐乳的风味，防腐杀菌。④材料的用量a．控制盐的用量：浓度过低，不足以抑制微生物生长，可能导致豆腐腐败变质；浓度过高，会影响腐乳的口味；b．酒的含量：应控制在12%左右。2．制作泡菜并检测亚硝酸盐含量(1)泡菜制作①原理：在无氧条件下，乳酸菌将葡萄糖分解成乳酸。反应式：C6H12O6eq\o(→,\s\up7(酶))2C3H6O3＋少量能量。②制作流程③操作关键a．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。b．腌制的条件：控制腌制的时间、温度和食盐的用量。防止杂菌污染，严格密封。(2)据几种发酵食品制作方法填空表中甲～丁为腐乳、泡菜、果醋、果酒等发酵食品制作装置图，回答下列问题：食品①②③④主要微生物⑤⑥⑦⑧制作装置a.请填出①～④食品名称：①：果酒，②：果醋，③：腐乳，④：泡菜。b．请填出⑤～⑧菌种名称：⑤：酵母菌，⑥：醋酸菌，⑦：毛霉，⑧：乳酸菌，其中酵母菌、毛霉为真核生物，醋酸菌、乳酸菌为原核生物。(3)测定亚硝酸盐的含量①亚硝酸盐的产生：由假丝酵母产生。②亚硝酸盐的危害：可转变成致癌物—亚硝胺。③检测原理a．NOeq\o\al(－,2)＋对氨基苯磺酸→反应物；反应物＋N－1－萘基乙二胺盐酸盐→玫瑰红色___染料。b．亚硝酸盐溶液的浓度高，颜色深些；溶液浓度低，颜色浅些。④检测步骤：配制溶液→制备标准显色液→制备样品处理液→比色。eq\x(思)eq\x(维)eq\x(辨)eq\x(析)易错整合，判断正误。(1)泡菜制作的菌种主要是醋酸菌(×)(2)制作泡菜时，盐水煮沸后可以立即使用(×)(3)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(√)(4)将长满毛霉的豆腐装瓶腌制时，底层和近瓶口处需加大用盐量(×)(5)在腐乳制作过程中加入香辛料既能调节风味，还具有防腐杀菌作用(√)(6)在腐乳制作过程中，盐的用量要适宜，酒的含量一般控制在12%左右(√)eq\x(延)eq\x(伸)eq\x(探)eq\x(究)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：(1)从生物间的相互关系和条件变化分析，乳酸菌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)分析亚硝酸盐的含量变化的原因。[提示](1)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)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，乳酸的量迅速积累。(3)发酵初期，乳酸菌和乳酸的量都比较少，而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。eq\x(重)eq\x(难)eq\x(精)eq\x(讲)1．影响腐乳品质的条件项目说明水的控制含水量约70%，用含水量过高的豆腐制腐乳，不易成形盐的控制盐浓度过高会影响腐乳的口味；盐浓度过低，腐乳易腐败变质酒的控制酒精含量一般控制在12%左右。酒精含量过高，使腐乳成熟期延长；酒精含量过低，杂菌繁殖快，豆腐易腐败温度控制温度为15～18℃，适合毛霉生长发酵时间控制在6个月左右香辛料具有调味和杀菌的作用，也会影响腐乳的风味或质量2.腐乳制作的注意事项(1)用来腌制腐乳的玻璃瓶，洗刷干净后要用沸水消毒。(2)装瓶腌制时，操作要迅速小心，且要逐层加盐，离瓶口表面的盐要铺厚一些。(3)加入卤汤后，要用胶条将瓶口密封。封瓶时，最好将瓶口通过酒精灯的火焰，防止瓶口被污染。■传统腐乳制作与现代腐乳生产的区别(1)条件要求：传统腐乳制作不需要灭菌，现代腐乳生产必须在严格无菌条件下进行。(2)菌种来源：传统腐乳制作，菌种来自空气中的毛霉孢子；现代腐乳生产，菌种是经过筛选的优良毛霉菌种，并且直接接种在豆腐上。3．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清水和盐的质量比为41，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细菌。(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补水。eq\x(精)eq\x(准)eq\x(命)eq\x(题)例2回答下列有关泡菜制作的问题：(1)制作泡菜时，所用盐水需煮沸，其目的是杀灭杂菌。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增加乳酸菌数量。(2)泡菜制作过程中，乳酸发酵过程即为乳酸菌进行无氧呼吸的过程。该过程发生在乳酸菌细胞的细胞质中。(3)泡菜制作过程中影响亚硝酸盐含量的因素有温度、腌制时间和食盐用量等。(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乳酸菌数量增多，杂菌数量减少，原因是：乳酸菌比杂菌更为耐酸。[解析]本题考查泡菜的制作过程及注意事项。考查识记能力和分析解决问题能力。(1)杂菌会影响泡菜的品质，因此各个环节(包括煮沸盐水)都要加强灭杂菌过程；加入少量陈泡菜，可带过来部分乳酸菌，加快制作的过程。(2)乳酸菌属于原核生物，进行无氧呼吸，该过程发生在细胞质中。(3)泡菜制作过程中温度、腌制时间和食盐用量会影响泡菜中亚硝酸盐的含量，因此要加以严格控制。(4)随着发酵过程进行，大量的乳酸产生，PH会降低，其他杂菌会逐渐减少，而乳酸菌耐酸性强，数量会不断增多。归纳总结“列表法”比较四种传统发酵产品的菌种与原理食品菌种呼吸类型原理温度果酒酵母菌兼性厌氧无氧呼吸产生酒精18～25℃果醋醋酸菌需氧糖(酒精)→醋酸30～35℃腐乳毛霉等需氧蛋白酶、脂肪酶分别水解蛋白质、脂肪15～18℃泡菜乳酸菌无氧(或厌氧)无氧呼吸产生乳酸－〔对应训练〕2．如图是泡菜的制作及测定亚硝酸盐含量的实验流程示意图。下列说法错误的是(D)A．制作泡菜宜选用新鲜的蔬菜或其他原料，原因是它们所含亚硝酸盐的含量低B．发酵不同时期亚硝酸盐的含量会发生变化C．发酵过程中应及时测定亚硝酸盐的含量，及时检测以把握取食泡菜的最佳时机D．测定亚硝酸盐含量的方法是纸层析法[解析]好泡菜的标准是咸淡适中、酸度适中、亚硝酸盐含量低，所以制作泡菜时要利用亚硝酸盐含量低的新鲜蔬菜。发酵的不同时期亚硝酸盐的含量会因微生物活动强弱而发生变化，所以应及时检测亚硝酸盐的含量，而检测亚硝酸盐含量一般采取比色法。3．回答下列关于腐乳制作的问题。(1)腐乳是豆腐经微生物发酵后制成的食品。多种微生物参与了该发酵过程，其中起主要作用的微生物是毛霉，其产生的蛋白酶可将豆腐中的蛋白质水解为小分子的肽和氨基酸；其产生的脂肪酶能将豆腐中的脂肪水解为脂肪酸和甘油。(2)发酵完成后需加盐腌制，加盐还可以抑制微生物生长。(3)腐乳制作的后期可加入由酒和多种香辛料配制而成的卤汤。卤汤除具有一定的防腐作用外，还能使腐乳具有独特的风味。考点三酶的应用eq\x(基)eq\x(础)eq\x(梳)eq\x(理)1．果胶酶在果汁生产中的作用(1)果胶酶①种类：多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶、果胶酯酶等。②作用；能够分解果胶成为可溶性的半乳糖醛酸，使浑浊的果汁变得澄清。(2)酶的活性及影响酶活性的因素①酶的活性：指酶催化一定化学反应的能力，可用反应速率来表示。②影响酶活性的因素：温度、pH和酶的抑制剂等条件都会影响酶的活性。2．探讨加酶洗衣粉的洗涤效果(1)加酶洗衣粉的去污原理①蛋白酶：蛋白质eq\o(→,\s\up7(蛋白酶))小分子的肽＋氨基酸②脂肪酶：脂肪eq\o(→,\s\up7(脂肪酶))甘油＋脂肪酸③淀粉酶：淀粉eq\o(→,\s\up7(淀粉酶))麦芽糖＋葡萄糖④纤维素酶：使纤维素的结构变得蓬松，从而使渗入到纤维深处的尘土和污垢能够与洗衣粉充分接触，达到更好的去污效果。(2)影响酶活性的因素：温度、酸碱度和表面活性剂。3．固定化酶和固定化细胞技术(1)概念：利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术。(2)方法及适用对象：一般来讲，酶更适合用化学结合法和物理吸附法固定化，而细胞多采用包埋法固定化，这是因为个大的细胞难以被吸附或结合，而个小的酶则易从包埋材料中漏出。eq\x(思)eq\x(维)eq\x(辨)eq\x(析)易错整合，判断正误。(1)在探究果胶酶用量实验中，虽然实验的变量发生了变化，但通过设置梯度来确定最适值的思想方法是不变的(√)(2)使用加酶洗衣粉时先用热水溶解洗衣粉，再将水温调节到适宜温度(×)(3)洗衣粉中酶主要是通过快速分解溶在水里的污渍发挥作用(×)(4)从酶的固定方式来看，吸附法比化学结合法对酶活性影响小(√)(5)固定化细胞可以催化各种反应底物的一系列反应(×)(6)凝胶与被包埋细胞之间不是通过共价键结合(√)eq\x(重)eq\x(难)eq\x(精)eq\x(讲)1．果胶酶与纤维酶的比较种类组成作用果胶酶多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶、果胶酯酶等催化果胶水解成为可溶性半乳糖醛酸纤维素酶C1酶Cx酶葡萄糖苷酶纤维素eq\o(→,\s\up7(C1酶),\s\do5(CX酶))纤维二糖eq\o(→,\s\up7(葡萄糖苷酶))葡萄糖2．固定化酶与固定化细胞的比较固定化酶固定化细胞固定酶的种类一种一系列适用方法化学结合法、物理吸附法包埋法特点优点酶既可与反应物结合，又可与产物分离，固定在载体上的酶可反复利用成本低，操作容易缺点一种酶只能催化一种或一类化学反应可能导致反应效率下降实例固定化葡萄糖异构酶固定化酵母细胞3.固定化技术方法的比较名称原理图示包埋法将酶或细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中化学结合法利用共价键、离子键酶分子或细胞相互结合，或将其结合到载体上物理吸附法通过物理吸附作用，把酶或细胞固定在纤维素、琼脂素、多孔玻璃和离子交换树脂等载体上eq\x(精)eq\x(准)eq\x(命)eq\x(题)例3如图为酵母细胞固定化及其应用的相关图解，请据图回答下列问题。(1)某实验小组利用海藻酸钠制备固定化酵母细胞，应使用图甲中方法[③]包埋法(填出号码及名称)。而制备固定化酶不宜用此方法，原因是酶分子很小，容易从包埋材料中漏出。部分同学实验制得的凝胶珠如图乙，其原因可能有_海藻酸钠浓度过高、注射器中的溶液推进速度过快(或针筒口离CaCl2液面距离过近，高度不够)等。(2)某实验小组用图丙所示的装置来进行葡萄糖发酵。a是固定化酵母，b是_反应柱。从上端漏斗中加入反应液的浓度不能过高的原因是葡萄糖溶液的浓度过高会使酵母细胞因失水过多而死亡。[解析]酶的固定化适宜用化学结合法、物理吸附法；酵母细胞的固定化适宜用包埋法。如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则说明海藻酸钠的浓度偏高或注射器中的溶液推进速度过快(或针筒口离CaCl2液面距离过近，高度不够)。课末总结1．〔思维导图〕2．〔简答题常考长句分析〕下表为传统发酵食品的制作装置图，请据图分析：食品果酒果醋腐乳泡菜制作装置或操作步骤(1)图中利用的主要菌种依次为酵母菌、醋酸菌、毛霉、乳酸菌；其中属于真核生物的是酵母菌、毛霉，因为它们具有以核膜为界限的细胞核。(2)甲～丁装置或者步骤是否存在缺陷？试具体分析：甲装置中排气管不应插入到发酵液内，丙装置接种应在“加盐”之前，不应在“加盐”后接种。(3)甲装置留有1/3空间的目的是：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。(4)制作泡菜时，所用盐水需煮沸，其目的是防止杂菌污染；为了缩短制作时间，有人还会在冷却后的盐水中加入