2024年高中生物新教材同步选择性必修第三册 第1章 第1节 传统发酵技术的应用

第1节传统发酵技术的应用[学习目标]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。一、发酵与传统发酵技术1．发酵的概念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．腐乳的制作(1)参与的微生物：酵母、曲霉和毛霉等，其中起主要作用的是毛霉。(2)腐乳的特点：豆腐中的蛋白质被分解成小分子的肽和氨基酸，味道鲜美，易于消化吸收，便于保存。3．传统发酵技术(1)概念：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面团、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术。(2)类型：传统发酵以混合菌种的固体发酵及半固体发酵为主，通常是家庭式或作坊式的。(3)发酵产品：利用传统发酵技术制作的食品有腐乳、酱、酱油、醋、泡菜和豆豉等。判断正误(1)发酵是指人们利用微生物，在缺氧的条件下，将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物()(2)毛霉主要通过产生蛋白酶分解蛋白质参与腐乳发酵()(3)腐乳制作利用了毛霉等真菌的有氧呼吸()答案(1)×(2)√(3)√解析(1)微生物的细胞呼吸也称为发酵，人们利用微生物的发酵，在适宜的条件下(不一定是缺氧条件)，将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物。任务一：建构发酵的概念请根据资料回答下列问题：资料一夏禹时期，已有了关于杜康造秫酒的传说。我国酿造白酒的工艺在世界上独树一帜，白酒一般是以谷物为原料，加酒曲发酵而成的。资料二1857年，法国的微生物学家巴斯德通过实验证明，酒精发酵是由活的酵母菌引起的。资料三酒曲是用来酿酒的一种原料，又称块曲或砖曲，以大麦、小麦、豌豆等为原料，经过粉碎，加水混捏，压成曲醅，形似砖块，大小不等，让自然界各种微生物在上面生长而制成。研究人员用显微镜观察酒曲，发现酒曲内含有根霉、曲霉、毛霉、酵母菌、乳酸菌、醋酸菌等几十种微生物。1．酿酒加酒曲的目的是什么？提示酒曲与粮食混合后，酒曲内含有的微生物会产生淀粉酶、糖化酶、蛋白酶等，能使粮食里的淀粉、蛋白质转化成糖类、氨基酸等，在酶类物质的继续作用下，进而分解成乙醇(酒精)等。2．酒中除了酒精外还有其他物质吗？提示还有乙酸乙酯和其他几百甚至上千种香味物质。任务二：建构传统发酵技术的概念，并分析其优缺点结合教材中腐乳发酵和下述一种豆瓣酱的制作过程，请回答下列问题：煮黄豆→冷却后在黄豆表面抹上一层面粉→发酵→加盐、加水→在烈日下暴晒、搅动，进一步发酵。1．参与豆瓣酱发酵的微生物来自哪里？提示来自空气中。2．每年进行同样的操作，但是每年制作的腐乳或豆瓣酱的口感都不完全相同，有些年份甚至制作不成功，你知道这是为什么吗？提示发酵的生产条件不易控制，容易受杂菌污染。1．发酵的原理和类型(1)原理：不同的微生物具有产生不同代谢产物的能力，因此利用它们即可以生产出人们所需要的多种产物。(2)类型eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(需氧发酵如醋酸发酵、谷氨酸发酵等,厌氧发酵如酒精发酵、乳酸发酵等))注：必修1中提到的发酵特指“微生物的无氧呼吸”，是狭义的发酵概念。2．传统发酵技术的优点和缺点传统发酵技术的优点有操作简单，便于家庭式或作坊式生产，它是文化的传承等；缺点有生产条件不易控制，容易受杂菌污染，生产效率较低，产物不单一等。1．下列关于传统发酵技术的叙述，错误的是()A．传统发酵常常是固体发酵或者半固体发酵B．传统发酵利用的微生物一般为天然存在的单一菌种C．酱油、醋、泡菜等可通过传统发酵获得D．传统发酵存在杂菌情况不明、过程控制缺乏标准等问题答案B解析现代发酵工程所用大多为单一菌种，有杂菌污染会影响产量，培养基和设备需严格灭菌；而传统发酵技术很难实现单一菌种的利用，B错误。2．下列关于腐乳制作原理的叙述，不正确的是()A．腐乳制作实质就是利用发酵技术，将大分子有机物分解为小分子有机物的过程B．腐乳制作中，起作用的微生物多为异养型真菌C．传统发酵利用的是天然存在的菌种，所生产食品安全性更高D．家庭自制腐乳时，一般不需单独接种菌种答案C解析传统发酵利用的是天然存在的菌种，没有经过严格的灭菌，所生产食品安全性较低，C错误。二、尝试制作传统发酵食品1．制作泡菜、果酒、果醋的微生物及其代谢特点发酵产品所需菌种生物分类代谢类型适宜温度发酵对氧的需求泡菜乳酸菌原核生物异养厌氧－密闭不需氧果酒酵母菌真核生物异养兼性厌氧18～30℃前期需氧，后期不需氧果醋醋酸菌原核生物异养需氧30～35℃一直需氧2.微生物的发酵反应式(1)泡菜制作eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(乳酸菌在无氧条件下将葡萄糖分解成乳酸,C6H12O6\o(→,\s\up7(酶))2C3H6O3乳酸＋能量))(2)果酒制作eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(酵母菌先在有氧条件下大量繁殖,C6H12O6＋6O2＋6H2O\o(→,\s\up7(酶))6CO2＋12H2O＋能量,再在无氧条件下进行酒精发酵,C6H12O6\o(→,\s\up7(酶))2C2H5OH酒精＋2CO2＋能量))(3)果醋制作eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(醋酸菌在O2、糖源充足时，通过复杂的化学反应将糖分解成乙酸,C6H12O6＋2O2\o(→,\s\up7(酶))2CH3COOH乙酸＋2H2O＋2CO2＋能量,当O2充足、缺少糖源时，直接将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为乙酸,C2H5OH＋O2\o(→,\s\up7(酶))CH3COOH乙酸＋H2O＋能量))判断正误(1)常见的乳酸菌有乳酸链球菌和乳酸杆菌()(2)酿酒酵母的最适生长温度约为28℃()(3)当氧气不充足、缺少糖源时，醋酸菌将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为乙酸()(4)制作果醋的温度比制作果酒的温度高()答案(1)√(2)√(3)×(4)√解析(3)当氧气充足、缺少糖源时，醋酸菌将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为乙酸。任务三：制作泡菜1．阅读教材中有关泡菜制作的原理和过程，回答下列问题：(1)配制盐水时以下物质或操作的作用或目的：①盐的作用：调味、抑制微生物生长，盐含量过低会造成细菌污染。②盐水煮沸的目的：杀菌(杀灭水中的微生物及除去水中氧气)。③冷却的目的：为了不影响乳酸菌等微生物的生命活动。(2)用水密封泡菜坛的目的是什么？这说明泡菜制作需要什么条件？提示用水封闭坛口的目的是使坛内与坛外空气隔绝，这是最简易的营造无氧环境的方法。说明乳酸菌进行乳酸发酵需要无氧环境。(3)为什么泡菜坛中的菜料只能装八成满？提示①防止发酵初期酵母菌等产生CO2造成发酵液溢出坛外；②防止因装太满使盐水未完全淹没菜料而导致菜料变质腐烂。2．某同学在制作泡菜前，查阅资料得知，可以向泡菜坛中加些“陈泡菜水”。在用质量分数为5%的食盐水制作泡菜时，他在不同时间测定了泡菜中亚硝酸盐的含量，结果如图。请你帮他分析下列问题：(1)据图分析，从亚硝酸盐含量来看，你认为该泡菜在什么时间食用比较合适？为什么？提示10天后食用比较合适。因为此时亚硝酸盐含量低。(2)他第一次制作出的泡菜“咸而不酸”，造成这个结果最可能的原因是什么？提示加盐太多，盐浓度过高，杀死了乳酸菌等微生物。(3)加入“陈泡菜水”的目的是什么？提示“陈泡菜水”含乳酸菌，可快速发酵产生乳酸。任务四：制作果酒和果醋1．阅读教材中有关果酒制作的原理和过程，回答下列问题：(1)冲洗的目的：去除表面灰尘、污物。(2)能否反复冲洗，为什么？提示不能；防止过多地冲洗掉葡萄皮表面的野生酵母菌。(3)应该先冲洗再去梗，还是先去梗再冲洗？为什么？提示应该先清水冲洗，再去除枝梗。避免去梗时葡萄破损，减少被杂菌污染的机会。(4)葡萄汁装入发酵瓶时，为何要留有1/3的空间？提示①防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出；②便于酵母菌进行有氧呼吸，快速繁殖，酵母菌数量增加，利于随后进行酒精发酵。(5)每隔12h左右将瓶盖拧松一次的目的是什么？提示排出CO2，防止发酵瓶爆裂。(6)拧松但不打开的目的是什么？提示防止杂菌和空气倒流进入发酵瓶。2．结果分析与评价(1)在制作果酒和果醋的过程中，发酵液分别有哪些变化？请完善下方的表格。项目酒精发酵醋酸发酵气味和味道酒味酸味气泡和泡沫有无发酵液颜色颜色加深变成深红色(以紫葡萄作原料)浑浊，液面形成白色菌膜(2)如何防止其他微生物对果酒发酵的影响：在制作果酒的过程中，除了酵母菌，果酒中还有乳酸菌、醋酸菌等微生物。乳酸菌可能分解果酒中的糖等，从而使果酒变质。可以通过改变发酵的温度、果酒的pH等控制乳酸菌的含量。醋酸菌可以将糖或乙醇转化为乙酸，由于醋酸菌在有氧的条件下才能进行旺盛的代谢活动，因此在制作果酒的过程中尽量减少氧气含量，可以抑制醋酸菌的生长繁殖。此外，通过改变发酵的温度、果酒的pH等同样可以控制醋酸菌的含量。(3)在制作果醋的过程中，酵母菌是否还会继续发酵？提示随着醋酸发酵的进行，发酵液的pH、发酵温度等均不利于酵母菌的生长繁殖，因此酵母菌活性很低，很难继续发酵。(4)醋酸菌从何而来？采用什么措施可以加快果醋的制作？提示打开瓶盖后，空气中的醋酸菌会进入发酵液中大量繁殖，其他的菌种因不适应环境条件而不能繁殖。我们制作果醋时，可以先买一瓶醋，将其打开暴露于空气中，一段时间后在醋的表面会有一层薄膜，用这层薄膜进行接种可以明显缩短制作果醋的时间。3．请分析果酒、果醋制作中发酵装置图中各结构的作用。装置图结构作用充气口①醋酸发酵时连接充气泵，输入无菌空气；②制果酒时关闭充气口排气口用来排出CO2长而弯曲的胶管防止空气中微生物的污染出料口便于取料，及时监测发酵进行的情况泡菜发酵过程中乳酸菌数量、乳酸含量和亚硝酸盐含量的变化情况发酵时期乳酸菌数量乳酸含量亚硝酸盐含量初期少(O2抑制乳酸菌活性)少增加(硝酸盐还原菌的作用)中期最多(乳酸抑制其他微生物活动)增多开始下降(硝酸盐还原菌受抑制，部分亚硝酸盐被分解)后期减少(乳酸积累，pH下降，抑制乳酸菌活性)继续增多，最后保持稳定继续下降，最后相对稳定(硝酸盐还原菌被完全抑制)曲线3．从开始制作到泡菜品质最佳这段时间内，泡菜逐渐变酸，乳酸菌与杂菌数量也发生变化，下列有关分析错误的是()A．泡菜制作初期就有乳酸菌的存在B．密闭的发酵环境使乳酸菌在种间竞争中占据一定优势C．在发酵过程中，乳酸含量逐渐增多，可以抑制其他微生物的生长D．答案D解析发酵过程中，乳酸含量不断增多，不仅可以抑制其他微生物的生长，也会影响乳酸菌的活性，因此乳酸菌数量不会一直增多，D错误。4．(2023·广东佛山高二期末)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，下列说法不正确的是()A．用体积分数为70%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答案C解析题述实验中用体积分数为70%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，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，否则会爆裂，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。题组一发酵与传统发酵技术1．(2023·江苏苏州高二检测)下列关于发酵的说法，不正确的是()A．人们了解发酵的本质是从巴斯德开始的B．利用前一次发酵保存下来的面团进行发面，属于传统发酵技术C．不同的微生物发酵会产生不同的产物D．传统发酵以液体发酵为主答案D解析传统发酵常常是固体发酵或者半固体发酵，D错误。2．酱豆是人们利用大豆制作的一道地方美食。具体做法为：大豆煮熟→霉菌发酵→加入蔬菜→加盐、加调味酒、加香辛料→乳酸发酵。下列叙述正确的是()A．霉菌产生的多种蛋白酶可以将蛋白质和脂肪分解成易吸收的小分子物质B．霉菌发酵过程中，湿润的环境不利于霉菌的生长与繁殖C．制作酱豆的整个过程应在氧气充足的条件下进行D．酱豆中有机物的种类增加，含量减少，营养价值增加答案D解析酶具有专一性，蛋白酶只能水解蛋白质，脂肪酶才能水解脂肪，A错误；霉菌发酵过程中，保持湿润的环境有利于霉菌的生长与繁殖，B错误；霉菌为好氧细菌，但乳酸菌为厌氧细菌，乳酸发酵应在无氧条件下进行，C错误；在微生物的作用下，大豆所含的蛋白质、脂肪等大分子物质被分解形成易于吸收的小分子物质，同时微生物的呼吸要消耗大豆中的营养物质，并形成多种中间产物，所以酱豆中有机物的种类增加，含量减少，营养价值增加，D正确。题组二尝试制作传统发酵食品3．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答案D解析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，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。4．下列关于发酵原理的叙述，错误的是()A．酵母菌将葡萄糖分解产生酒精B．毛霉将蛋白质分解产生小分子的肽和氨基酸C．乳酸菌将葡萄糖分解产生乳酸D．醋酸菌将葡萄糖分解产生乙醛，再将乙醛变为乙酸答案D解析当糖源不足时，醋酸菌将乙醇分解产生乙醛，再将乙醛变为乙酸，D错误。5．(2023·湖北黄石高二期末)传统发酵食品的制作在我国具有悠久的历史，下列关于制作传统泡菜的说法，正确的是()A．制作泡菜利用了乳酸菌发酵产生的乳酸和CO2B．制作泡菜时加入“陈泡菜水”可以缩短发酵时间C．为保证泡菜坛内的无氧环境，腌制时应尽量将泡菜坛装满D．为防止杂菌污染，腌制时要多放盐并将盐水与食材一同煮沸答案B解析乳酸菌无氧呼吸的产物是乳酸，不产生CO2，A错误；泡菜腌制时坛内要留有约1/3的空间，盖好坛盖，向坛盖边沿的水槽中注满水，以保证乳酸菌发酵所需的无氧环境，C错误；盐水需要煮沸，防止杂菌污染，食材一般不需煮沸，D错误。6．(2023·河北保定高二期末)下列关于葡萄酒和葡萄醋发酵的叙述，错误的是()A．葡萄酒自然发酵过程中，起主要作用的是葡萄皮表面附着的野生酵母菌B．葡萄酒发酵过程中，酸性、缺氧的环境不利于醋酸菌等杂菌的繁殖C．葡萄醋制作过程中发酵液表面一般会形成一层菌膜D．葡萄醋发酵阶段酵母菌仍会产生较多的酒精答案D解析葡萄醋发酵阶段处于有氧环境，酵母菌进行有氧呼吸，也不产生酒精，D错误。7．某同学用带盖玻璃瓶制作果酒和果醋，以下做法中不正确的是()A．果酒发酵利用了酵母菌的无氧呼吸原理B．果酒发酵进程中应适时拧松瓶盖放气C．由果酒发酵转入果醋发酵时适当调低温度D．果醋发酵过程中pH会下降答案C解析果酒发酵的适宜温度在18～30℃，果醋发酵的适宜温度在30～35℃，所以由果酒发酵转入果醋发酵时需要适当调高温度，C错误。8．如图表示果酒和果醋制作过程中的物质变化过程，下列叙述正确的是()A．过程①和②都发生在细胞质基质，过程③和④都发生在线粒体中B．醋酸发酵是否产生乙酸，可用pH试纸来检验C．可利用碱性重铬酸钾检测是否有酒精产生D．过程①～④所需的最适温度相同答案B解析过程①是细胞呼吸的第一阶段，过程②是无氧呼吸的第二阶段，细胞呼吸的第一阶段以及无氧呼吸均发生在细胞质基质中，过程③是有氧呼吸的第二、三阶段，发生在线粒体中，而过程④为果醋制作过程，醋酸菌为好氧细菌，属于原核生物，没有线粒体，A错误；可利用酸性重铬酸钾检测是否有酒精的产生，C错误；过程①②③是酵母菌的细胞呼吸，所需的最适温度基本相同(18～30℃)，过程④是醋酸发酵过程，所需的最适温度在30～35℃，故过程①～④所需的最适温度不相同，D错误。9．(2023·河南开封高二检测)下列有关酵母菌和醋酸菌的叙述，不正确的是()A．两者的正常繁殖都离不开氧气B．在无氧条件下，酵母菌可以产生酒精，但醋酸菌不能产生乙酸C．两者都是异养生物，生存都离不开葡萄糖D．醋酸菌可以用酵母菌的某种代谢产物为原料合成乙酸答案C解析醋酸菌是好氧细菌，在氧气充足的环境中才能进行旺盛的生命活动；酵母菌属于兼性厌氧微生物，在有氧和无氧环境中都能生存，但其无氧呼吸产生的能量少，不能满足其繁殖时对能量的需求，所以两者的正常繁殖都离不开氧气，A、B正确；醋酸菌在缺乏糖源时，能将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为乙酸，同时释放能量，C错误，D正确。10．《齐民要术》早有记载可用酒酿醋，具体做法为“粟米饭掸冷如人体投之(米酒醅)，杷搅，绵幕瓮口，每日再度搅之。”意思是将煮好的粟米饭摊开降至人体温度，与米酒醅混合，搅拌均匀，用棉纱布盖住罐口，每天重复搅拌几次。下列说法不正确的是()A．“粟米饭”与“米酒”的混合物可以作为酿醋的原材料B．“粟米饭掸冷如人体”避免了高温影响发酵微生物的活性C．“绵幕瓮口”是为了更好地让发酵微生物进行无氧发酵D．“每日再度搅之”让底层发酵更充分以增加发酵产物量答案C解析粟米饭和米酒中的酒精在醋酸菌的作用下氧化，转化成乙酸和水，进行酿醋，A正确；温度会影响酶的活性，影响微生物的发酵，“粟米饭掸冷如人体”避免了高温影响发酵微生物的活性，B正确；醋酸菌是好氧细菌，“绵幕瓮口”是为了更好地让发酵微生物进行有氧呼吸，C错误；“每日再度搅之”可以提供氧气，又可使营养物质与发酵微生物充分混合，让底层发酵更充分以增加发酵产物量，D正确。11．如图1、2、3分别表示泡菜制作中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐含量的变化。下列叙述正确的是()A．据图1可知，泡菜制作过程中乳酸菌数量增长曲线为“S”形B．图2中发酵初期乳酸产生量较少，可能与氧含量较高有关C．据图3可知，发酵中期是取食泡菜的最佳时间D．泡菜发酵过程中检测亚硝酸盐含量的目的是了解乳酸菌的生长状况答案B解析据图1可知，泡菜制作过程中乳酸菌数量先上升后下降，不呈“S”形增长，A错误；图2中发酵初期乳酸产生量较少，可能与氧气含量有关，初期氧气浓度较高，抑制乳酸菌发酵产生乳酸，B正确；据图3可知，发酵后期亚硝酸盐含量较少，是食用泡菜的最佳时间，C错误；泡菜发酵过程中检测亚硝酸盐含量的目的是为了把握取食泡菜的最佳时机，D错误。12.(2023·江苏宿迁高二期末)如图是探究果酒与果醋发酵的装置示意图。下列相关叙述正确的是()A．气体入口与气体出口可以交换使用B．果酒发酵时通入氮气，酵母菌将从无氧呼吸转变为有氧呼吸C．果醋的发酵周期与实验设定的温度密切相关，一般设定为30～35℃D．当缺少糖源和氧气时，醋酸菌可将乙醇变为乙酸答案C解析气体入口应深入发酵液内部使果醋发酵时醋酸菌充分与气体接触，出口则不用，故两者不能互换，A错误；果酒发酵时通入氮气，有利于发酵瓶中氧气的排出，酵母菌将从有氧呼吸转变为无氧呼吸，B错误；在缺少糖源、氧气充足时，醋酸菌可将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为乙酸，D错误。13．利用微生物制作发酵食品在我国有着悠久的历史。如图1表示泡菜的制作方法。请回答下列问题：(1)制作泡菜利用的微生物是。发酵初期，泡菜坛水槽内经常有气泡产生，其主要原因是发酵初期酵母菌生长旺盛，产生了较多的。(2)装坛时往往加入“陈泡菜水”，是为了增加的量。调味料除了蒜瓣、生姜及其他香辛料外，还要加入少量白酒以使泡菜更加脆爽、清香，同时还能起到的作用。(3)泡菜制作过程中，泡菜表面的杂菌产生的硝酸还原酶将硝酸盐还原成亚硝酸盐，在特定条件下能转变成有致癌作用的亚硝胺。如图2是三种食盐浓度的泡菜中亚硝酸盐含量与发酵天数的关系。①与食盐浓度为3%、7%的泡菜相比较，食盐浓度为5%的泡菜中亚硝酸盐含量变化的特点是。②发酵初期食盐浓度为7%的泡菜中亚硝酸盐含量较低的原因主要是。③泡菜虽然美味却不宜过量食用。根据图中的相关数据，对泡菜腌制和食用的合理建议有。答案(1)乳