2022版高考生物一轮复习第10单元生物技术与工程第33课传统发酵技术的应用学案新人教版

这是一份2022版高考生物一轮复习第10单元生物技术与工程第33课传统发酵技术的应用学案新人教版，共11页。学案主要包含了发酵与传统发酵技术，尝试制作传统发酵食品等内容，欢迎下载使用。

一、发酵与传统发酵技术
1．发酵：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．传统发酵技术与发酵工程
二、尝试制作传统发酵食品
1．泡菜、果酒和果醋制作菌种的比较
2.微生物发酵制作泡菜、果酒和果醋的原理
(1)乳酸菌发酵制作泡菜的原理：C6H12O6eq \(――→,\s\up10(酶))2C3H6O3(乳酸)＋能量。
(2)酵母菌发酵制作果酒的原理
①有氧条件：C6H12O6＋6H2O＋6O2eq \(――→,\s\up10(酶))6CO2＋12H2O＋能量。
②无氧条件：C6H12O6eq \(――→,\s\up10(酶))2C2H5OH(酒精)＋2CO2＋能量。
(3)醋酸菌发酵制作果醋的原理
①O2、糖源都充足时：C6H12O6＋2O2eq \(――→,\s\up10(酶))2CH3COOH(醋酸)＋2H2O＋2CO2＋能量。
②缺少糖源时：C2H5OH＋O2eq \(――→,\s\up10(酶))CH3COOH(醋酸)＋H2O＋能量。
3．制作传统发酵食品
(1)制作泡菜的方法步骤
(2)制作果酒和果醋的方法步骤
4．传统发酵食品品种不一的原因
(1)制作过程中，没有接种菌种，而是利用天然存在的菌种，菌种差异，杂菌情况不明。
(2)发酵过程的控制缺乏标准。
1．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的
(1)制作泡菜时，盐水煮沸后可以立即使用。(×)
(2)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。(√)
(3)与人工接种的发酵相比，自然发酵获得的产品品质更好。(×)
(4)影响泡菜腌制的因素包括时间、温度和食盐的用量等。(√)
2．果酒经醋酸菌的作用还可以进一步发酵成果醋
(1)在果酒自然发酵中，需人工添加酵母菌种。(×)
(2)在果酒发酵后期拧松瓶盖的间隔时间可延长。(√)
(3)利用葡萄发酵产生果酒的后期，加入醋酸菌即可产生醋酸。(×)
(4)醋酸菌在无氧条件下利用乙醇产生醋酸。(×)
(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。(√)
泡菜的制作
1．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用清水和食盐配制质量百分比为5%～20%的盐水，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杂菌。
(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向水槽中补水。
(4)控制适宜的温度：控制在室温即可，温度偏高有害菌活动能力强，温度偏低不利于乳酸发酵。
2．泡菜腌制中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的变化
考向1| 泡菜制作的过程
1．(2020·江苏海安模拟)关于泡菜发酵的叙述，不正确的是( )
A．泡菜发酵过程中产生亚硝酸盐，某些条件下转化为致癌物质亚硝胺
B．煮沸泡菜盐水的目的是除去水中的氧气和杀灭盐水中的其他杂菌
C．制作泡菜利用的菌种是乳酸菌，其代谢类型为异养厌氧型
D．泡菜腌制时间过长，容易造成细菌大量滋生，亚硝酸盐含量增加
D 解析：泡菜发酵过程中产生的亚硝酸盐有可能转化为亚硝胺，亚硝胺具有致癌作用，A正确；煮沸泡菜盐水的目的是除去水中的氧气和杀灭盐水中的其他杂菌，B正确；制作泡菜利用的菌种是乳酸菌，其代谢类型为异养厌氧型，C正确；泡菜腌制时间过短，容易造成细菌大量繁殖，亚硝酸盐含量增加，D错误。
考向2| 泡菜制作过程中亚硝酸盐含量的变化
2．乳酸菌能产生亚硝酸盐还原酶将亚硝酸盐分解，某兴趣小组从泡菜滤液中筛选出亚硝酸盐还原酶活力较高的乳酸菌，进行了相关实验。请回答下列问题：
(1)为保证泡菜发酵过程中的无氧环境，在装坛后对泡菜坛进行____________处理，在腌制过程中，坛中会出现溶液量增多现象，主要原因是____________________________________。
(2)将筛选出的乳酸菌，用于泡菜制作过程，进行食盐用量与亚硝酸盐含量的探索实验，结果如图。
①泡菜制作过程中，pH呈下降趋势，原因是乳酸菌发酵在第________阶段产生________。
②据图可知，腌菜时食盐的浓度越低，亚硝酸盐含量的峰值出现得越早，且峰值较高，原因是_______________________。
③实验结果说明，食盐用量和________影响亚硝酸盐含量，亚硝酸盐含量达到峰值后下降，一方面是因为____________环境抑制杂菌生长，使亚硝酸盐的产生量降低；另一方面是因为_____________。
解析：(1)为保证泡菜发酵过程中的无氧环境，在装坛发酵后对泡菜坛进行用水密封坛口处理，在腌制过程中，坛中会出现溶液量增多现象，主要原因是外界溶液浓度高，使蔬菜细胞渗透失水。(2)①泡菜制作的原理是乳酸菌的无氧呼吸，无氧呼吸第二阶段产生乳酸，导致pH呈下降趋势。②食盐用量过低，会造成细菌大量繁殖，因此图中腌菜时食盐的浓度越低，亚硝酸盐含量的峰值出现得越早，且峰值较高。③据题图分析可知，食盐用量和腌制时间都会影响亚硝酸盐含量，亚硝酸盐含量达到峰值后下降，是因为缺氧和酸性环境抑制杂菌生长，使亚硝酸盐的产生量降低，同时乳酸菌产生亚硝酸盐还原酶会将亚硝酸盐分解。
答案：(1)用水密封坛口 外界溶液浓度高，使蔬菜细胞渗透失水 (2)①二 乳酸 ②食盐用量过低，造成细菌大量繁殖 ③腌制时间 缺氧和酸性 乳酸菌产生亚硝酸盐还原酶将亚硝酸盐分解
果酒和果醋的制作
山东省某校学生在科技节时模拟了啤酒酿制过程：在一只盛有糖溶液的瓶中加入酵母菌，在适宜条件下培养30天。图甲表示制造啤酒的过程(蛇麻子是一种植物，主要起调味作用，啤酒的苦味儿由它产生)，30天内混合物的变化情况如图乙所示。
(1)为什么要把原料放入沸水中混合？
答案：为了除去原料中的杂菌(杀灭细菌)。
(2)在混合物中加入糖的理由是什么？
答案：糖是啤酒发酵的原料，是酵母菌的碳源。
(3)①为什么要在混合物冷却后才把酵母菌加进去？②假如冷却时不慎使温度骤降到0 ℃，当温度逐渐回升到25 ℃时，酵母菌是否还具有活性？
答案：①防止高温杀死酵母菌并达到酶适宜的温度。②有。低温使酶的活性降低，但并没有变性失活，当逐渐回升到最适温度时，酵母菌生长繁殖恢复正常。
(4)为什么要在发酵罐上加盖子？
答案：酵母菌酒精发酵属于厌氧发酵，发酵罐加盖子以创造无氧环境。
(5)①请根据酵母菌在酿酒过程中的异化代谢变化过程，简述图中糖曲线的变化原因：开始时氧气充足，酵母菌以有氧呼吸为主，大量分解糖，利用其中的能量快速增殖，因此糖曲线下降很快；后来氧气慢慢不足，酵母菌开始以无氧呼吸为主，分解糖产生酒精，虽产能效率较有氧呼吸低，但也分解较多的糖，因此开始时糖曲线下降也较快。后因生存斗争剧烈，酵母菌代谢慢，甚至大量死亡，耗糖减少。
相关反应式如下：
有氧呼吸：C6H12O6＋6O2＋6H2Oeq \(――→,\s\up10(酶))6CO2＋12H2O＋能量；
酒精发酵：C6H12O6eq \(――→,\s\up10(酶))2C2H5OH＋2CO2＋能量。(含必要的方程式)
②为什么酵母菌量停止增加下去？请说明两种理由。
理由1：糖被逐渐消耗，缺少生命活动的原料；
理由2：酒精和CO2积累，对细胞有毒害(或生存斗争加剧，死亡率上升等)。
(6)啤酒的风味主要取决于所采用的酵母菌株。某酒厂的菌株产了30多年，繁殖三千余代，风味不减当年。其主要原因是什么？
答案：酵母菌是无性生殖，能保留亲本的优良性状。
1．制作果酒和果醋的发酵装置分析
(1)各部位的作用
①充气口：在醋酸发酵时连接充气泵进行充气。
②排气口：排出酒精发酵时产生的CO2。与瓶身相连的长而弯曲的胶管：防止空气中微生物的污染。
③出料口：用来取样。
(2)该装置的使用方法
使用该装置制果酒时，应该关闭充气口；制果醋时，应将充气口连接充气泵进行充气。
(3)葡萄汁装入发酵瓶时，要留有约1/3空间的目的
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。
2．果酒和果醋制作成功的关键
3.结果分析与评价
考向1| 果酒、果醋的发酵原理
1．(2020·广东梅州模拟)下列关于果酒、果醋制作的叙述，错误的是( )
A．酵母菌细胞中既有有氧呼吸酶也有无氧呼吸酶
B．果酒发酵装置中，排气口要和一个长而弯曲的胶管连接来防止杂菌污染
C．醋酸菌能在有氧条件下将果酒变成果醋，也可以在无氧条件下将葡萄糖变成果醋
D．果酒发酵时温度应控制在18～30 ℃，果醋发酵时温度应控制在30～35 ℃
C 解析：参与果酒制作的微生物是酵母菌，其新陈代谢类型为异养兼性厌氧型，酵母菌细胞中既有有氧呼吸酶也有无氧呼吸酶，A正确；果酒发酵装置的排气口要通过一个长而弯曲的胶管与瓶身连接，并且胶管口向下放置，这样既可以排出二氧化碳，还可以防止杂菌污染，B正确；参与果醋制作的醋酸菌是好氧细菌，醋酸菌只能在有氧条件下将果酒变成果醋，或者将糖变成果醋，因此制作果醋时中断通氧可能会引起醋酸菌死亡，C错误；果酒发酵时温度应控制在18～30 ℃，果醋发酵时温度稍高，应控制在30～35 ℃，D正确。
考向2| 果酒、果醋的发酵装置
2．(2020·山东济宁模拟)下图甲是果酒和果醋发酵的装置图，图乙是果酒和果醋制作过程中发生的物质变化。下列有关叙述中，正确的是( )
A．甲装置可先用于果醋的制作，后用于果酒的制作
B．用甲装置制作果酒时，要加入适量的酵母菌，且一直关紧阀b
C．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
D．过程③和④都需要氧气的参与，但反应场所不同
D 解析：因为醋酸菌可利用酒精产生醋酸，但酵母菌不能利用醋酸产生酒精，故甲装置可先用于果酒的制作，后用于果醋的制作，A错误。甲装置中，阀b控制排气，阀a控制进气，制作果酒时应关闭阀a以创造无氧环境，适时打开阀b以排出酵母菌进行无氧呼吸产生的CO2，B错误。醋酸菌是嗜温菌，果醋发酵所需的最适温度高于果酒发酵，C错误。过程③表示有氧呼吸的第二和第三阶段，故过程③需要氧气的参与，反应场所是线粒体；过程④表示果醋发酵，由于醋酸菌是好氧细菌，因此该过程需要氧气的参与，但醋酸菌是原核生物，没有线粒体，该过程发生在细胞质基质中，故③和④过程的反应场所不同，D正确。
考向3| 制作果酒、果醋的流程
3．天津独流老醋历史悠久、独具风味，其生产工艺流程如图所示。
eq \x(\a\al(淀粉类,原料))eq \(――→,\s\up10(糖化))eq \x(\a\al(葡萄,糖))eq \(――→,\s\up10(酒精),\s\d18(发酵))eq \x(\a\al(成熟,酒醅))eq \(――→,\s\up10(醋酸),\s\d18(发酵))eq \x(\a\al(成熟,醋醅))eq \(――→,\s\up10(处理))eq \x(\a\al(成品,醋))
(1)在糖化阶段添加酶制剂需要控制反应温度，这是因为_________________________________________________________。
(2)在酒精发酵阶段，需添加酵母菌。在操作过程中，发酵罐先通气，后密闭。通气能提高________的数量，有利于密闭时获得更多的酒精产物。
(3)在醋酸发酵阶段，独流老醋采用独特的分层固体发酵法，发酵30天。工艺如下：
①发酵过程中，定期取样测定醋酸菌密度变化，趋势如下图。据图分析，与颠倒前相比，B层醋酸菌在颠倒后密度变化的特点是________________，由此推测，影响醋酸菌密度变化的主要环境因素是___________。
②乳酸含量高是独流老醋风味独特的重要成因。发酵过程中，发酵缸中____________________层的醋醅有利于乳酸菌繁殖，积累乳酸。
③成熟醋醅中乳酸菌的种类明显减少，主要原因是发酵后期营养物质消耗等环境因素的改变，加剧了不同种类乳酸菌的________，淘汰了部分乳酸菌种类。
解析：(1)因为酶在最适温度下的催化能力最强，所以发酵过程中需控制好反应温度。(2)酵母菌是兼性厌氧微生物，在有氧条件下分解有机物释放能量多，繁殖快。(3)①曲线图显示，与翻动前相比，B层在翻动后醋酸菌密度先快速增加后趋于稳定，对比翻动前后B层醋酸菌所处环境条件可知，影响醋酸菌密度变化的主要环境因素有氧气浓度、pH及营养物质含量等。②乳酸菌是厌氧微生物，处于发酵缸下层的醋醅有利于乳酸菌发酵产生乳酸。③随着发酵时间的推移，环境中营养物质减少，代谢废物增多，微生物生存条件恶劣，不同种乳酸菌间的种间竞争加剧，部分菌种因不适应环境而被淘汰。
答案：(1)酶在最适温度条件下催化能力最强 (2)酵母菌 (3)①先快速增长后趋于稳定 氧气、营养物质、pH ②颠倒前的B层和颠倒后的A(或下) ③种间竞争
命题生长点1 制作泡菜
(1)制作泡菜宜选用新鲜蔬菜的原因是什么？
答案：制作泡菜应选用新鲜蔬菜是因为新鲜蔬菜中亚硝酸盐含量低。
(2)制作泡菜时配制的盐水需煮沸，其作用是什么？
答案：盐水需煮沸是为了杀死盐水中的微生物，并且去除盐水中的氧气，营造无氧环境，因为乳酸菌是厌氧微生物。
(3)为什么日常生活中要多吃新鲜蔬菜？不吃存放时间过长、变质的蔬菜？
答案：有些蔬菜如小白菜和萝卜等含有丰富的硝酸盐，当这些蔬菜放置过久发生变质(发黄、腐烂)或者煮熟后存放太久时，蔬菜中的硝酸盐会被微生物还原成亚硝酸盐，危害人体健康。
命题生长点2 酒精发酵的过程
(1)为什么要冷却到30 ℃后，才可以加入“酒药”？
答案：加“酒药”就是接种。接种时培养基的温度不能太高，要使酵母菌保持活性，防止高温将其杀死，因此要等米饭冷却后才加入“酒药”。
(2)酿酒过程中为什么总是先来水，后来酒？
答案：酵母菌先进行有氧呼吸产生CO2和水，后进行无氧发酵产生酒精。
命题生长点3 制作酸奶
自己制作酸奶时，可以不加入专门的菌种(发酵菌粉)，只需加入超市买来的适量的老酸奶即可提供发酵菌种。
(1)自己制作酸奶时，为什么可以加入超市买来的老酸奶代替菌种？
答案：由于超市买来的老酸奶中含有乳酸菌等发酵菌种，所以自己制作酸奶时，可以通过加入超市买来的老酸奶代替菌种。
(2)制作酸奶时常用的鲜奶原料不能含有抗生素，为什么？
答案：因为抗生素会抑制接种细菌的生长，使发酵受到抑制，所以制作酸奶时常用的鲜奶原料不能含有抗生素。
泡菜制作过程中杂菌的控制方法
(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)盐水的浸泡营造的无氧环境，为乳酸菌的繁殖提供条件，同时又能抑制好氧菌繁殖。
关于传统发酵技术认识的两个误区
(1)误认为泡菜制作过程中乳酸和亚硝酸盐的含量都是先增加后减小，泡菜制作过程中乳酸的含量是先增加后保持稳定。
(2)误认为果酒、果醋制作过程中都需要无氧条件。果醋制作过程中，利用的是醋酸菌的有氧呼吸，因此需要有氧条件；果酒制作过程中，应先通氧，使酵母菌数量增加，然后再密封创造无氧条件。
课程标准要求
学业质量水平
3.2.1 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
1.通过泡菜、果酒和果醋的制作，认识不同微生物的应用，理解相关微生物的代谢类型。(生命观念 科学思维)
2.按照实验操作步骤，使用简单的实验器具进行泡菜、果酒和果醋的制作实验，如实记录实验数据，并分析得出结论，写出实验报告并与他人进行必要的交流。(科学思维 科学探究)
比较
传统发酵技术
发酵工程
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
利用微生物的特定功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品。涉及菌种的选育和培养、产物的分离和提纯等方面
实例
以混合菌种的固体发酵及半固体发酵为主，通常是家庭式和作坊式的，如利用酵母、曲霉和毛霉(起主要作用)发酵制作腐乳
啤酒、味精乃至胰岛素等药物的工业化生产
菌种
乳酸菌
酵母菌
醋酸菌
代谢类型
异养厌氧
异养兼性厌氧
异养好氧
最适生长温度
—
约为28 ℃
30～35 ℃
菌种
分布
分布广泛，空气、土壤、植物体表、人或动物的肠道内
分布广泛，大量附着在新鲜水果的果皮表面
分布广泛
应用
泡菜制作、生产酸奶
酿酒(果酒制作)、制作馒头和面包等
果醋制作
发酵时期
乳酸菌
乳酸
亚硝酸盐
发酵初期
少(有O2，乳酸菌活动受抑制)
少
增加(硝酸盐还
原菌的作用)
发酵中期
最多(乳酸抑制其他菌活动)
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(乳酸继续积累，pH继续下降，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)
变化曲线
注意
亚硝酸盐是硝酸盐还原菌促进硝酸盐还原形成的，而不是硝化细菌氧化氨形成的
项目
说明
材料的选择与处理
选择新鲜的葡萄，榨汁前先将葡萄冲洗，再除去枝梗，以防葡萄汁流失及污染
防止发酵液被污染
①榨汁机需清洗干净并晾干；
②发酵瓶洗净，并用20%酒精消毒；
③发酵瓶排气管用曲颈管而不用直管
比较
果酒的制作
果醋的制作
相同
嗅味、品尝等
不同
通过酸性重铬酸钾检验酒精
通过pH试纸检测发酵前后发酵液的pH变化
生活实践情境
现在许多家庭仍然自己酿酒、制作酸奶和泡菜。酸奶是一种对人体健康有益的发酵食品，内含丰富的蛋白质，还有钙以及多种维生素等；一碟酸甜香脆的泡菜也会令人胃口大开。家庭酿酒的具体操作过程也很简单：先将米煮熟，待冷却至30 ℃时，加一定量的“酒药”(实际是酵母菌菌种)与米饭混匀后置于一瓷坛内(其他容器也可以)，在中间挖一个洞，加盖后置于适当的地方保温(28 ℃)，12 h即成。