新教材适用2023-2024学年高中生物第1章发酵工程第1节传统发酵技术的应用学案新人教版选择性必修3

第1节传统发酵技术的应用课标要求1．简述传统发酵技术的特点，说出常见的传统发酵食品。2．概述微生物发酵的基本原理。3．尝试制作泡菜、果酒和果醋，说出传统发酵技术应用的优点与不足。核心素养1．生命观念——比较乳酸菌、酵母菌和醋酸菌的细胞结构的差异，以及代谢过程中对氧的不同需求。2．科学探究——设计泡菜、果酒和果醋制作的实验流程，探究无菌操作和控制发酵条件的方法。知识点一发酵与传统发酵技术基础知识·双基夯实1．发酵的概念：指人们利用_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(1)实例——腐乳制作：经过微生物的发酵，豆腐中的蛋白质被分解成小分子的_肽和氨基酸__。多种微生物参与了豆腐的发酵，如酵母、曲霉和毛霉等，其中起主要作用的是_毛霉__。(2)概念：直接利用原料中_天然存在__的微生物，或利用前一次发酵保存下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术。(3)类型：传统发酵以混合菌种的固体发酵和半固体发酵为主。活|学|巧|练1.传统发酵技术可以利用前一次发酵保存下来的卤汁中的代谢产物进行发酵。(×)2．微生物发酵产生了不同的代谢物使得臭豆腐具有特殊的味道。(√)合|作|探|究1.在毛霉的代谢过程中主要有哪些物质参与使豆腐发酵变成腐乳的过程？提示：主要是毛霉产生的蛋白酶和脂肪酶参与腐乳的发酵过程。2．从温度的角度考虑，盛夏制作腐乳会有什么不利影响？提示：毛霉适宜生长的温度是15～18℃，若盛夏制作腐乳，此时气温较高，容易导致豆腐腐败变质。课内探究·名师点睛1．自然发酵与人工发酵的比较项目自然发酵人工发酵概念利用自然环境中的微生物进行发酵的过程利用人工接种的菌种进行发酵的过程缺点菌群不明，发酵风险大；发酵启动困难，发酵容易中止，发酵不彻底；发酵结果不可控需要耗费大量的财力，需要由专业的技术人员完成优点由于发酵产生许多种类的醇、挥发性的酸，香气较为浓厚发酵风险低，发酵结果可控2.固体发酵与液体发酵的比较项目固体发酵液体发酵概念微生物在没有或基本没有游离水的固态基质上的发酵方式，如酿酒、酿醋借助于液态介质完成的发酵，如味精的生产优点水分活度低，微生物易生长，酶活力高；发酵过程粗放，不需严格无菌条件；设备构造简单、投资少，易操作，污染少，基本无废水排放速度快；成本低；产量高缺点发酵速度慢，周期长；原料成分复杂，影响产量和质量，产品少，操作强度大等产生的其他成分很少或基本没有，需人工添加以补充其他成分典例1下列有关传统发酵技术的描述，正确的是(D)A．传统发酵技术所用的菌种一般是接种的纯净的菌种B．传统发酵技术是各种微生物在有氧条件下将大分子有机物分解成小分子有机物C．传统发酵技术的目的是获得发酵产品或更多的微生物D．果酒、果醋、泡菜等是传统发酵技术的产物解析：传统发酵技术所用的菌种一般是原料中天然存在的微生物，或是前一次发酵保存下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物，A项错误；发酵是指人们利用微生物，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，包括有氧发酵和无氧发酵，B项错误；传统发酵技术的目的是生产各种发酵产品，C项错误；传统发酵技术的应用包括果酒、果醋、泡菜等的制作，D项正确。传统发酵技术是发酵的一种类型，按照工艺流程划分，发酵可划分为现代发酵技术和传统发酵技术。变式训练❶(2023·潍坊期末)下列有关传统发酵技术的叙述，不正确的是(D)A．传统发酵以混合菌种的固体发酵和半固体发酵为主B．在制作腐乳的过程中，多种微生物参与了豆腐的发酵，其中起主要作用的是毛霉C．腐乳味道鲜美的原因在于大分子蛋白质被分解成了小分子的肽和氨基酸D．传统发酵技术都是直接利用的天然原料中的微生物解析：传统发酵技术是指直接利用原材料中天然存在的微生物，或利用前一次发酵保存下来的发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术，D错误。知识点二泡菜制作的原理和过程基础知识·双基夯实1．菌种：乳酸菌是_厌氧__细菌，常见的乳酸菌有乳酸链球菌和乳酸杆菌。2．发酵原理：在_无氧__条件下，乳酸菌能将葡萄糖分解成乳酸。3．制作过程知识拓展：用水密封泡菜坛的目的是创设无氧环境，因制作泡菜时乳酸菌是在无氧条件下进行发酵的。活|学|巧|练1.乳酸菌发酵产生了乳酸和CO2。(×)2．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。(√)3．泡菜的制作前期需要通入氧气，后期应严格保持无氧条件。(×)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，这些微生物进行发酵，产物中有较多的二氧化碳，因此坛内要留有一定的空间，否则发酵液可能会溢出坛外。3．乳酸菌是厌氧菌，发酵时需控制严格的无氧环境。尝试说出泡菜制作过程中制造无氧环境的措施。提示：①选择气密性好的泡菜坛；②盐水煮沸后冷却待用；③装坛时压实，盐水没过全部菜料；④盖上坛盖后要在坛盖边沿的水槽中注满水；发酵期间不宜开盖，并注意在发酵过程中经常向水槽中补充水。课内探究·名师点睛1．制作泡菜所需菌种及原理常见类型乳酸链球菌、乳酸杆菌生物学分类原核生物分布广泛分布于空气、土壤、植物体表、人或动物的肠道内代谢类型异养厌氧型生产应用制作泡菜、酸奶等发酵原理C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋能量1．乳酸菌是在无氧条件下能将葡萄糖分解成乳酸的一类细菌的总称。2．乳酸菌是厌氧微生物，在有氧气存在时，其无氧呼吸受抑制。3．泡菜制作的菌种来自植物体表面的天然乳酸菌。4．抗生素能杀死乳酸菌或抑制乳酸菌的生长，所以含抗生素的牛奶不能发酵成酸奶。2．泡菜制作的实验设计及操作3．泡菜制作过程中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐含量的变化情况分析发酵时期乳酸菌乳酸亚硝酸盐发酵初期少(有氧气，乳酸菌的活动受到抑制)少增加(硝酸盐还原菌的作用)发酵中期最多(乳酸抑制其他微生物活动)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)曲线模型典例2泡菜发酵的微生物主要是乳酸菌，而在发酵初期，水槽内经常有气泡产生，下列关于这些气泡产生的原因及成分的分析正确的是(C)A．乳酸菌是兼性厌氧型微生物，初期进行有氧呼吸产生CO2；气体为CO2B．因腌制过程中盐进入蔬菜使蔬菜体积缩小，气体被排出；气体为空气C．发酵初期活动强烈的是酵母菌，其利用氧气进行呼吸作用，产生气体；气体为CO2D．乳酸菌在发酵过程中产生了热量，使坛内温度升高，空气受热膨胀排出；气体为空气解析：乳酸菌是厌氧细菌，只能进行无氧呼吸，A项错误；腌制的过程中蔬菜主要是失水而不是释放气体，B项错误；泡菜的发酵初期中有多种微生物参与，其中气体主要是酵母菌的活动产生的，C项正确；泡菜发酵液中的发酵过程产生的热不会导致坛内温度升高而使空气膨胀排出，D项错误。变式训练❷泡菜在发酵期间，由于乳酸菌的发酵作用，乳酸不断积累，因此可以根据微生物的活动情况和乳酸积累量，将泡菜发酵过程分为三个阶段。下列说法错误的是(D)A．初期由于含有氧气且pH较高，坛内存在其他微生物的生长B．中期由于乳酸不断积累，厌氧状态形成，乳酸菌成为优势种C．后期由于乳酸含量继续增加，发酵速度会逐渐变缓甚至停止D．整个发酵过程中亚硝酸盐含量不断增加，故泡菜要尽早食用解析：初期由于含有氧气且pH较高，坛内存在其他微生物的生长，A正确；中期由于乳酸不断积累，厌氧状态形成，乳酸菌成为优势种，B正确；后期由于乳酸含量继续增加，发酵速度会逐渐变缓甚至停止，C正确；整个发酵过程中亚硝酸盐含量表现为先增加后下降的趋势，泡菜一般在腌制10天后，亚硝酸盐含量开始下降，D错误。知识点三制作果酒和果醋的原理和过程基础知识·双基夯实1．制作果酒(1)菌种：酵母菌，是一类单细胞真菌，它是_兼性厌氧__微生物。(2)发酵原理：酵母菌在_无氧__条件下进行酒精发酵，可用于酿酒等。温度是影响酵母菌生长的重要因素，酿酒酵母的最适生长温度约为_28_℃__。2．制作果醋(1)菌种：_醋酸菌__，属于原核生物，它是好氧细菌。(2)发酵原理：当_O2和糖源都充足__时能通过复杂的化学反应将糖分解成乙酸，当缺少糖源时则直接将_乙醇__转化为乙醛，再将乙醛变为乙酸。多数醋酸菌的最适生长温度为_30～35_℃__。3．制作果酒和果醋的流程(以葡萄酒和葡萄醋的制作为例)活|学|巧|练1.酵母菌通过有氧呼吸可以大量繁殖，通过无氧呼吸可以产生酒精。(√)2．由于醋酸菌对氧气的含量相当敏感，所以在醋酸发酵过程中要始终通入氧气。(√)3．只有在糖源充足的情况下才能进行醋酸发酵。(×)4．在利用葡萄发酵生产果酒的后期，加入醋酸菌即可产生醋酸。(×)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枝梗。(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。课内探究·名师点睛果酒和果醋制作的原理(1)酵母菌和醋酸菌的比较项目酵母菌醋酸菌生物学分类单细胞，真核生物单细胞，原核生物代谢方式异养兼性厌氧型异养需氧型生长繁殖的最适温度范围18～30℃30～35℃主要繁殖方式出芽生殖二分裂生殖生产、生活应用酿酒、发面等制醋(2)果酒制作与果醋制作的比较项目果酒制作果醋制作发酵菌种酵母菌醋酸菌菌种来源传统的葡萄酒酿造采用自然发酵，菌种主要是附着在葡萄皮上的野生型酵母菌空气中的野生型醋酸菌或购买醋酸菌的菌种或从食醋中分离醋酸菌发酵原理①在有氧条件下：C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量②在无氧条件下：C6H12O62C2H5OH(酒精)＋2CO2＋能量①氧气、糖源都充足时：C6H12O6＋2O22CH3COOH(乙酸)＋2CO2＋2H2O＋能量②缺少糖源时：C2H5OH＋O2CH3COOH(乙酸)＋H2O＋能量发酵条件温度一般控制在18～30℃30～35℃时间10～12d7～8d氧气初期需氧，后期不需氧始终需要氧pH最适pH为4.5～5.0最适pH为5.4～6.0典例3下列对葡萄酒和葡萄醋发酵条件控制的叙述，错误的是(B)A．葡萄汁装入简易发酵瓶时，要留有约1/3的空间B．用清水冲洗葡萄除去污物时，应反复多次冲洗C．制作葡萄酒的过程中，需将时间控制在10～12dD．制作葡萄醋的温度要比制作葡萄酒的温度高些，但时间一般控制在7～8d解析：制作葡萄酒所用的菌种来源于附着在葡萄皮上的野生型酵母菌，对选择的葡萄应冲洗1～2次，清除污物即可，不应反复多次冲洗，以免造成菌种流失。1．发酵不等于无氧呼吸。发酵是通过微生物的培养来大量生产各种代谢产物的过程，包括有氧发酵(如醋酸发酵、谷氨酸发酵)和无氧发酵(如酒精发酵)。2．葡萄酒制作过程中产生的酒精能溶解葡萄皮和籽中的色素等物质，从而决定酒的风味、色泽与质地。3．开瓶后的葡萄酒如果密封不严，则会很快变酸。在变酸的酒的表面观察到的菌膜就是醋酸菌在液面大量繁殖而形成的。变式训练❸如图为果酒与果醋发酵的简易装置及兴趣小组设计的改进装置示意图，下列说法错误的是(C)A．用70%左右的酒精对上述装置进行消毒后，再装入果汁B．甲装置在酿酒过程中被杂菌污染的机会比其他两装置大C．丙装置转为果醋发酵更容易，只需通过气阀2通气即可D．与甲装置相比，乙装置中的气压更容易保持相对稳定解析：上述实验中可以用70%左右的酒精对上述装置进行消毒后，再装入果汁进行发酵，目的是避免杂菌污染，A正确；甲装置在酿酒过程中需要通过拧松瓶塞排气，而其他的两个装置不需要通过拧松瓶塞排气，因此甲装置被杂菌污染的机会比其他两装置大，B正确；丙装置转为果醋发酵时，需通过气阀1通气，且需提高发酵温度，C错误；因为乙装置中的碳酸氢钠溶液能够将酵母菌发酵产生的二氧化碳吸收掉，而甲装置中的二氧化碳需要专门排放，否则会爆破，因此与甲装置相比，乙装置中的气压更容易保持相对稳定，D正确。混淆不同微生物的代谢特点微生物类型代谢类型适宜生长条件应用举例酵母菌真核生物异养兼性厌氧型温度：18～30℃；偏酸性环境果酒发酵、面包制作醋酸菌原核生物异养需氧型温度：30～35℃；偏酸性环境果醋发酵乳酸菌原核生物异养厌氧型温度：37℃左右；偏酸性环境泡菜制作、酸奶发酵腐乳的制作也应用了传统发酵技术，涉及的微生物有酵母菌、曲霉、毛霉等，其中起主要作用的是毛霉。腐乳制作的原理是经过微生物的发酵，豆腐中的蛋白质被分解成小分子的肽和氨基酸。典例4(2023·南通海安中学月考)果酒、果醋、泡菜的制作都离不开微生物的发酵作用。下列叙述正确的是(B)A．酵母菌是兼性厌氧微生物，所以在有氧或无氧条件下均可发酵产生果酒B．果醋发酵时，需要始终保持充足的氧气C．果酒制作完成后，只需升高温度即可制作果醋D．参与泡菜制作的微生物不能用于生产酸奶解析：果酒制作所需菌种为酵母菌，酵母菌为兼性厌氧型微生物，适宜生长繁殖的温度约为28℃，在有氧条件下酵母菌能够大量繁殖，在无氧条件下酵母菌能够发酵产生酒精，A错误；果醋制作所需的菌种是醋酸菌，醋酸菌为好氧细菌，适宜生长繁殖的温度是30～35℃，发酵过程中需要持续通入无菌空气，B正确；果酒制作完成后，将温度适当升高并通入无菌空气，才能发酵制作果醋，C错误；制作泡菜的菌种是乳酸菌，在无氧条件下可产生乳酸，乳酸菌也可用于制作酸奶，D错误。学|霸|记|忆1.发酵是指人们利用微生物，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．乳酸菌是厌氧细菌。醋酸菌是好氧细菌。酵母菌是兼性厌氧型真菌。3．直接利用原材料中天然存在的微生物或利用前一次发酵保存下来的微生物进行发酵、制作食品的技术称为传统发酵技术。4．传统发酵食品的制作过程中，没有接种菌种，而是利用了天然存在的菌种。1．制作泡菜所利用的乳酸菌最初主要来自(A)A．所选蔬菜自身带有的B．人工加入泡菜水中的C．腌制过程中产生的D．泡菜坛边沿上的解析：乳酸菌分布广泛，在空气、土壤、植物体表和人或动物肠道内都有分布，制作泡菜所利用的乳酸菌最初来自所选蔬菜自身携带的，A正确；在制作泡菜