新教材適用2023-2024學年高中生物第1章發(fā)酵工程第1節(jié)傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用學案新人教版選擇性必修3

第1節(jié)傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用課標要求1．簡述傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的特點，說出常見的傳統(tǒng)發(fā)酵食品。2．概述微生物發(fā)酵的基本原理。3．嘗試制作泡菜、果酒和果醋，說出傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)點與不足。核心素養(yǎng)1．生命觀念——比較乳酸菌、酵母菌和醋酸菌的細胞結(jié)構(gòu)的差異，以及代謝過程中對氧的不同需求。2．科學探究——設(shè)計泡菜、果酒和果醋制作的實驗流程，探究無菌操作和控制發(fā)酵條件的方法。知識點一發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)基礎(chǔ)知識·雙基夯實1．發(fā)酵的概念：指人們利用_微生物__，在適宜的條件下，將原料通過微生物的代謝轉(zhuǎn)化為人類所需要的產(chǎn)物的過程。2．傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)(1)實例——腐乳制作：經(jīng)過微生物的發(fā)酵，豆腐中的蛋白質(zhì)被分解成小分子的_肽和氨基酸__。多種微生物參與了豆腐的發(fā)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，或利用前一次發(fā)酵保存下來的面團、鹵汁等發(fā)酵物中的微生物進行發(fā)酵、制作食品的技術(shù)。(3)類型：傳統(tǒng)發(fā)酵以混合菌種的固體發(fā)酵和半固體發(fā)酵為主。活|學|巧|練1.傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)可以利用前一次發(fā)酵保存下來的鹵汁中的代謝產(chǎn)物進行發(fā)酵。(×)2．微生物發(fā)酵產(chǎn)生了不同的代謝物使得臭豆腐具有特殊的味道。(√)合|作|探|究1.在毛霉的代謝過程中主要有哪些物質(zhì)參與使豆腐發(fā)酵變成腐乳的過程？提示：主要是毛霉產(chǎn)生的蛋白酶和脂肪酶參與腐乳的發(fā)酵過程。2．從溫度的角度考慮，盛夏制作腐乳會有什么不利影響？提示：毛霉適宜生長的溫度是15～18℃，若盛夏制作腐乳，此時氣溫較高，容易導致豆腐腐敗變質(zhì)。課內(nèi)探究·名師點睛1．自然發(fā)酵與人工發(fā)酵的比較項目自然發(fā)酵人工發(fā)酵概念利用自然環(huán)境中的微生物進行發(fā)酵的過程利用人工接種的菌種進行發(fā)酵的過程缺點菌群不明，發(fā)酵風險大；發(fā)酵啟動困難，發(fā)酵容易中止，發(fā)酵不徹底；發(fā)酵結(jié)果不可控需要耗費大量的財力，需要由專業(yè)的技術(shù)人員完成優(yōu)點由于發(fā)酵產(chǎn)生許多種類的醇、揮發(fā)性的酸，香氣較為濃厚發(fā)酵風險低，發(fā)酵結(jié)果可控2.固體發(fā)酵與液體發(fā)酵的比較項目固體發(fā)酵液體發(fā)酵概念微生物在沒有或基本沒有游離水的固態(tài)基質(zhì)上的發(fā)酵方式，如釀酒、釀醋借助于液態(tài)介質(zhì)完成的發(fā)酵，如味精的生產(chǎn)優(yōu)點水分活度低，微生物易生長，酶活力高；發(fā)酵過程粗放，不需嚴格無菌條件；設(shè)備構(gòu)造簡單、投資少，易操作，污染少，基本無廢水排放速度快；成本低；產(chǎn)量高缺點發(fā)酵速度慢，周期長；原料成分復(fù)雜，影響產(chǎn)量和質(zhì)量，產(chǎn)品少，操作強度大等產(chǎn)生的其他成分很少或基本沒有，需人工添加以補充其他成分典例1下列有關(guān)傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的描述，正確的是(D)A．傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)所用的菌種一般是接種的純凈的菌種B．傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)是各種微生物在有氧條件下將大分子有機物分解成小分子有機物C．傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的目的是獲得發(fā)酵產(chǎn)品或更多的微生物D．果酒、果醋、泡菜等是傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的產(chǎn)物解析：傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)所用的菌種一般是原料中天然存在的微生物，或是前一次發(fā)酵保存下來的面團、鹵汁等發(fā)酵物中的微生物，A項錯誤；發(fā)酵是指人們利用微生物，在適宜的條件下，將原料通過微生物的代謝轉(zhuǎn)化為人類所需要的產(chǎn)物的過程，包括有氧發(fā)酵和無氧發(fā)酵，B項錯誤；傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的目的是生產(chǎn)各種發(fā)酵產(chǎn)品，C項錯誤；傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用包括果酒、果醋、泡菜等的制作，D項正確。傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)是發(fā)酵的一種類型，按照工藝流程劃分，發(fā)酵可劃分為現(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)和傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)。變式訓練?(2023·濰坊期末)下列有關(guān)傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的敘述，不正確的是(D)A．傳統(tǒng)發(fā)酵以混合菌種的固體發(fā)酵和半固體發(fā)酵為主B．在制作腐乳的過程中，多種微生物參與了豆腐的發(fā)酵，其中起主要作用的是毛霉C．腐乳味道鮮美的原因在于大分子蛋白質(zhì)被分解成了小分子的肽和氨基酸D．傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)都是直接利用的天然原料中的微生物解析：傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)是指直接利用原材料中天然存在的微生物，或利用前一次發(fā)酵保存下來的發(fā)酵物中的微生物進行發(fā)酵、制作食品的技術(shù)，D錯誤。知識點二泡菜制作的原理和過程基礎(chǔ)知識·雙基夯實1．菌種：乳酸菌是_厭氧__細菌，常見的乳酸菌有乳酸鏈球菌和乳酸桿菌。2．發(fā)酵原理：在_無氧__條件下，乳酸菌能將葡萄糖分解成乳酸。3．制作過程知識拓展：用水密封泡菜壇的目的是創(chuàng)設(shè)無氧環(huán)境，因制作泡菜時乳酸菌是在無氧條件下進行發(fā)酵的。活|學|巧|練1.乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)生了乳酸和CO2。(×)2．制作傳統(tǒng)泡菜是利用植物體表面天然的乳酸菌來進行發(fā)酵。(√)3．泡菜的制作前期需要通入氧氣，后期應(yīng)嚴格保持無氧條件。(×)合|作|探|究1.在泡菜制作的發(fā)酵過程中，為什么要經(jīng)常向泡菜壇的水槽中補充水？提示：為了保證壇內(nèi)乳酸菌發(fā)酵所需的無氧環(huán)境。2．為什么泡菜壇只能裝八成滿？提示：蔬菜剛?cè)雺瘯r，其表面帶入的微生物，主要以不抗酸的大腸桿菌和酵母菌較為活躍，這些微生物進行發(fā)酵，產(chǎn)物中有較多的二氧化碳，因此壇內(nèi)要留有一定的空間，否則發(fā)酵液可能會溢出壇外。3．乳酸菌是厭氧菌，發(fā)酵時需控制嚴格的無氧環(huán)境。嘗試說出泡菜制作過程中制造無氧環(huán)境的措施。提示：①選擇氣密性好的泡菜壇；②鹽水煮沸后冷卻待用；③裝壇時壓實，鹽水沒過全部菜料；④蓋上壇蓋后要在壇蓋邊沿的水槽中注滿水；發(fā)酵期間不宜開蓋，并注意在發(fā)酵過程中經(jīng)常向水槽中補充水。課內(nèi)探究·名師點睛1．制作泡菜所需菌種及原理常見類型乳酸鏈球菌、乳酸桿菌生物學分類原核生物分布廣泛分布于空氣、土壤、植物體表、人或動物的腸道內(nèi)代謝類型異養(yǎng)厭氧型生產(chǎn)應(yīng)用制作泡菜、酸奶等發(fā)酵原理C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋能量1．乳酸菌是在無氧條件下能將葡萄糖分解成乳酸的一類細菌的總稱。2．乳酸菌是厭氧微生物，在有氧氣存在時，其無氧呼吸受抑制。3．泡菜制作的菌種來自植物體表面的天然乳酸菌。4．抗生素能殺死乳酸菌或抑制乳酸菌的生長，所以含抗生素的牛奶不能發(fā)酵成酸奶。2．泡菜制作的實驗設(shè)計及操作3．泡菜制作過程中乳酸菌、乳酸和亞硝酸鹽含量的變化情況分析發(fā)酵時期乳酸菌乳酸亞硝酸鹽發(fā)酵初期少(有氧氣，乳酸菌的活動受到抑制)少增加(硝酸鹽還原菌的作用)發(fā)酵中期最多(乳酸抑制其他微生物活動)積累增多，pH下降下降(硝酸鹽還原菌受抑制，部分亞硝酸鹽被分解)發(fā)酵后期減少(乳酸積累，pH下降，抑制其活動)繼續(xù)增多，pH繼續(xù)下降下降至相對穩(wěn)定(硝酸鹽還原菌被完全抑制)曲線模型典例2泡菜發(fā)酵的微生物主要是乳酸菌，而在發(fā)酵初期，水槽內(nèi)經(jīng)常有氣泡產(chǎn)生，下列關(guān)于這些氣泡產(chǎn)生的原因及成分的分析正確的是(C)A．乳酸菌是兼性厭氧型微生物，初期進行有氧呼吸產(chǎn)生CO2；氣體為CO2B．因腌制過程中鹽進入蔬菜使蔬菜體積縮小，氣體被排出；氣體為空氣C．發(fā)酵初期活動強烈的是酵母菌，其利用氧氣進行呼吸作用，產(chǎn)生氣體；氣體為CO2D．乳酸菌在發(fā)酵過程中產(chǎn)生了熱量，使壇內(nèi)溫度升高，空氣受熱膨脹排出；氣體為空氣解析：乳酸菌是厭氧細菌，只能進行無氧呼吸，A項錯誤；腌制的過程中蔬菜主要是失水而不是釋放氣體，B項錯誤；泡菜的發(fā)酵初期中有多種微生物參與，其中氣體主要是酵母菌的活動產(chǎn)生的，C項正確；泡菜發(fā)酵液中的發(fā)酵過程產(chǎn)生的熱不會導致壇內(nèi)溫度升高而使空氣膨脹排出，D項錯誤。變式訓練?泡菜在發(fā)酵期間，由于乳酸菌的發(fā)酵作用，乳酸不斷積累，因此可以根據(jù)微生物的活動情況和乳酸積累量，將泡菜發(fā)酵過程分為三個階段。下列說法錯誤的是(D)A．初期由于含有氧氣且pH較高，壇內(nèi)存在其他微生物的生長B．中期由于乳酸不斷積累，厭氧狀態(tài)形成，乳酸菌成為優(yōu)勢種C．后期由于乳酸含量繼續(xù)增加，發(fā)酵速度會逐漸變緩甚至停止D．整個發(fā)酵過程中亞硝酸鹽含量不斷增加，故泡菜要盡早食用解析：初期由于含有氧氣且pH較高，壇內(nèi)存在其他微生物的生長，A正確；中期由于乳酸不斷積累，厭氧狀態(tài)形成，乳酸菌成為優(yōu)勢種，B正確；后期由于乳酸含量繼續(xù)增加，發(fā)酵速度會逐漸變緩甚至停止，C正確；整個發(fā)酵過程中亞硝酸鹽含量表現(xiàn)為先增加后下降的趨勢，泡菜一般在腌制10天后，亞硝酸鹽含量開始下降，D錯誤。知識點三制作果酒和果醋的原理和過程基礎(chǔ)知識·雙基夯實1．制作果酒(1)菌種：酵母菌，是一類單細胞真菌，它是_兼性厭氧__微生物。(2)發(fā)酵原理：酵母菌在_無氧__條件下進行酒精發(fā)酵，可用于釀酒等。溫度是影響酵母菌生長的重要因素，釀酒酵母的最適生長溫度約為_28_℃__。2．制作果醋(1)菌種：_醋酸菌__，屬于原核生物，它是好氧細菌。(2)發(fā)酵原理：當_O2和糖源都充足__時能通過復(fù)雜的化學反應(yīng)將糖分解成乙酸，當缺少糖源時則直接將_乙醇__轉(zhuǎn)化為乙醛，再將乙醛變?yōu)橐宜?。多?shù)醋酸菌的最適生長溫度為_30～35_℃__。3．制作果酒和果醋的流程(以葡萄酒和葡萄醋的制作為例)活|學|巧|練1.酵母菌通過有氧呼吸可以大量繁殖，通過無氧呼吸可以產(chǎn)生酒精。(√)2．由于醋酸菌對氧氣的含量相當敏感，所以在醋酸發(fā)酵過程中要始終通入氧氣。(√)3．只有在糖源充足的情況下才能進行醋酸發(fā)酵。(×)4．在利用葡萄發(fā)酵生產(chǎn)果酒的后期，加入醋酸菌即可產(chǎn)生醋酸。(×)合|作|探|究1.在果酒和果醋制作中，你認為哪些方法可防止發(fā)酵液被污染？提示：(1)沖洗葡萄時應(yīng)先沖洗再除去枝梗。(2)榨汁機要沖洗干凈并晾干。(3)發(fā)酵瓶要清洗干凈，并用70%的酒精消毒。(4)排氣時只需擰松瓶蓋，不要完全揭開瓶蓋，防止雜菌污染。2．果酒制作過程中，在不滅菌的情況下，酵母菌是如何成為優(yōu)勢菌種的？提示：發(fā)酵后期在缺氧和酸性發(fā)酵液中，絕大多數(shù)微生物的生命活動受到抑制，而酵母菌可以適應(yīng)這一環(huán)境成為優(yōu)勢菌種。課內(nèi)探究·名師點睛果酒和果醋制作的原理(1)酵母菌和醋酸菌的比較項目酵母菌醋酸菌生物學分類單細胞，真核生物單細胞，原核生物代謝方式異養(yǎng)兼性厭氧型異養(yǎng)需氧型生長繁殖的最適溫度范圍18～30℃30～35℃主要繁殖方式出芽生殖二分裂生殖生產(chǎn)、生活應(yīng)用釀酒、發(fā)面等制醋(2)果酒制作與果醋制作的比較項目果酒制作果醋制作發(fā)酵菌種酵母菌醋酸菌菌種來源傳統(tǒng)的葡萄酒釀造采用自然發(fā)酵，菌種主要是附著在葡萄皮上的野生型酵母菌空氣中的野生型醋酸菌或購買醋酸菌的菌種或從食醋中分離醋酸菌發(fā)酵原理①在有氧條件下：C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量②在無氧條件下：C6H12O62C2H5OH(酒精)＋2CO2＋能量①氧氣、糖源都充足時：C6H12O6＋2O22CH3COOH(乙酸)＋2CO2＋2H2O＋能量②缺少糖源時：C2H5OH＋O2CH3COOH(乙酸)＋H2O＋能量發(fā)酵條件溫度一般控制在18～30℃30～35℃時間10～12d7～8d氧氣初期需氧，后期不需氧始終需要氧pH最適pH為4.5～5.0最適pH為5.4～6.0典例3下列對葡萄酒和葡萄醋發(fā)酵條件控制的敘述，錯誤的是(B)A．葡萄汁裝入簡易發(fā)酵瓶時，要留有約1/3的空間B．用清水沖洗葡萄除去污物時，應(yīng)反復(fù)多次沖洗C．制作葡萄酒的過程中，需將時間控制在10～12dD．制作葡萄醋的溫度要比制作葡萄酒的溫度高些，但時間一般控制在7～8d解析：制作葡萄酒所用的菌種來源于附著在葡萄皮上的野生型酵母菌，對選擇的葡萄應(yīng)沖洗1～2次，清除污物即可，不應(yīng)反復(fù)多次沖洗，以免造成菌種流失。1．發(fā)酵不等于無氧呼吸。發(fā)酵是通過微生物的培養(yǎng)來大量生產(chǎn)各種代謝產(chǎn)物的過程，包括有氧發(fā)酵(如醋酸發(fā)酵、谷氨酸發(fā)酵)和無氧發(fā)酵(如酒精發(fā)酵)。2．葡萄酒制作過程中產(chǎn)生的酒精能溶解葡萄皮和籽中的色素等物質(zhì)，從而決定酒的風味、色澤與質(zhì)地。3．開瓶后的葡萄酒如果密封不嚴，則會很快變酸。在變酸的酒的表面觀察到的菌膜就是醋酸菌在液面大量繁殖而形成的。變式訓練?如圖為果酒與果醋發(fā)酵的簡易裝置及興趣小組設(shè)計的改進裝置示意圖，下列說法錯誤的是(C)A．用70%左右的酒精對上述裝置進行消毒后，再裝入果汁B．甲裝置在釀酒過程中被雜菌污染的機會比其他兩裝置大C．丙裝置轉(zhuǎn)為果醋發(fā)酵更容易，只需通過氣閥2通氣即可D．與甲裝置相比，乙裝置中的氣壓更容易保持相對穩(wěn)定解析：上述實驗中可以用70%左右的酒精對上述裝置進行消毒后，再裝入果汁進行發(fā)酵，目的是避免雜菌污染，A正確；甲裝置在釀酒過程中需要通過擰松瓶塞排氣，而其他的兩個裝置不需要通過擰松瓶塞排氣，因此甲裝置被雜菌污染的機會比其他兩裝置大，B正確；丙裝置轉(zhuǎn)為果醋發(fā)酵時，需通過氣閥1通氣，且需提高發(fā)酵溫度，C錯誤；因為乙裝置中的碳酸氫鈉溶液能夠?qū)⒔湍妇l(fā)酵產(chǎn)生的二氧化碳吸收掉，而甲裝置中的二氧化碳需要專門排放，否則會爆破，因此與甲裝置相比，乙裝置中的氣壓更容易保持相對穩(wěn)定，D正確?；煜煌⑸锏拇x特點微生物類型代謝類型適宜生長條件應(yīng)用舉例酵母菌真核生物異養(yǎng)兼性厭氧型溫度：18～30℃；偏酸性環(huán)境果酒發(fā)酵、面包制作醋酸菌原核生物異養(yǎng)需氧型溫度：30～35℃；偏酸性環(huán)境果醋發(fā)酵乳酸菌原核生物異養(yǎng)厭氧型溫度：37℃左右；偏酸性環(huán)境泡菜制作、酸奶發(fā)酵腐乳的制作也應(yīng)用了傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)，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。腐乳制作的原理是經(jīng)過微生物的發(fā)酵，豆腐中的蛋白質(zhì)被分解成小分子的肽和氨基酸。典例4(2023·南通海安中學月考)果酒、果醋、泡菜的制作都離不開微生物的發(fā)酵作用。下列敘述正確的是(B)A．酵母菌是兼性厭氧微生物，所以在有氧或無氧條件下均可發(fā)酵產(chǎn)生果酒B．果醋發(fā)酵時，需要始終保持充足的氧氣C．果酒制作完成后，只需升高溫度即可制作果醋D．參與泡菜制作的微生物不能用于生產(chǎn)酸奶解析：果酒制作所需菌種為酵母菌，酵母菌為兼性厭氧型微生物，適宜生長繁殖的溫度約為28℃，在有氧條件下酵母菌能夠大量繁殖，在無氧條件下酵母菌能夠發(fā)酵產(chǎn)生酒精，A錯誤；果醋制作所需的菌種是醋酸菌，醋酸菌為好氧細菌，適宜生長繁殖的溫度是30～35℃，發(fā)酵過程中需要持續(xù)通入無菌空氣，B正確；果酒制作完成后，將溫度適當升高并通入無菌空氣，才能發(fā)酵制作果醋，C錯誤；制作泡菜的菌種是乳酸菌，在無氧條件下可產(chǎn)生乳酸，乳酸菌也可用于制作酸奶，D錯誤。學|霸|記|憶1.發(fā)酵是指人們利用微生物，在適宜的條件下，將原料通過微生物的代謝轉(zhuǎn)化為人類所需要的產(chǎn)物的過程。2．乳酸菌是厭氧細菌。醋酸菌是好氧細菌。酵母菌是兼性厭氧型真菌。3．直接利用原材料中天然存在的微生物或利用前一次發(fā)酵保存下來的微生物進行發(fā)酵、制作食品的技術(shù)稱為傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)。4．傳統(tǒng)發(fā)酵食品的制作過程中，沒有接種菌種，而是利用了天然存在的菌種。1．制作泡菜所利用的乳酸菌最初主要來自(A)A．所選蔬菜自身帶有的B．人工加入泡菜水中的C．腌制過程中產(chǎn)生的D．泡菜壇邊沿上的解析：乳酸菌分布廣泛，在空氣、土壤、植物體表和人或動物腸道內(nèi)都有分布，制作泡菜所利用的乳酸菌最初來自所選蔬菜自身攜帶的，A正確；在制作泡菜