选择性必修3第1节 传统发酵技术的应用学案

第1节　传统发酵技术的应用

一、发酵与传统发酵技术

1．发酵

(1)发酵的历史：约9 000年前，我们的祖先就会利用微生物将谷物、水果等发酵成含酒精的饮料。1857年，法国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。

(2)发酵的概念：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．传统发酵食品——腐乳

(1)原料：豆腐。

(2)参与发酵的微生物：酵母、曲霉和毛霉等，其中起主要作用的是毛霉。

(3)发酵原理：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。

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)特点：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。

4．下列食品是传统发酵食品的是②③④⑥⑦⑧⑨⑪。

①豆腐　②腐乳　③酱油　④香醋　⑤豆油　⑥泡菜　⑦豆豉　⑧馒头　⑨米酒　⑩豆浆　⑪酸奶　⑫米饭

二、尝试制作传统发酵食品

1．传统发酵食品制作所利用的微生物

(1)乳酸菌

①代谢特点：厌氧细菌，在无氧的情况下能将葡萄糖分解成乳酸，反应简式：C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋能量。

②生产应用：用于乳制品的发酵、泡菜的腌制等。

(2)酵母菌

①代谢特点：单细胞真菌，兼性厌氧微生物，在无氧条件下能进行酒精发酵，反应简式为C6H12O62C2H5OH(酒精)＋2CO2＋能量。酿酒酵母最适生长温度约为28_℃。

②生产应用：用于酿酒、制作馒头和面包等。

(3)醋酸菌

①代谢特点：好氧细菌，当O2、糖源都充足时能将糖分解成乙酸，反应简式为C6H12O6＋2O22CH3COOH(乙酸)＋2H2O＋2CO2＋能量；当缺少糖源时则将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为乙酸，反应简式为C2H5OH＋O2CH3COOH(乙酸)＋H2O＋能量。最适生长温度为30～35_℃。

②生产应用：用于制作各种风味的醋。

2．制作泡菜

(1)菌种的来源

利用植物体表面天然的乳酸菌。

(2)方法步骤

配制盐水：用清水和食盐配制质量分数为5%～20%的盐水，并将盐水煮沸，冷却待用。

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蔬菜装坛：将新鲜蔬菜洗净，切成块状或条状，混合均匀，晾干后装坛，装至半坛时，加入蒜瓣、生姜及其他香辛料，继续装至八成满。

　↓

加盐水：将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过全部菜料。

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封坛发酵：盖好坛盖，向坛盖边沿的水槽中注满水，发酵过程中注意补充水，室温发酵。

3．制作果酒和果醋

(1)菌种来源

新鲜水果的果皮表面附着有大量的不同种类的野生酵母菌。

(2)方法步骤

器具消毒：将发酵瓶、榨汁机等器具用洗洁精清洗干净，并用体积分数为70%的酒精消毒，晾干备用。

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冲洗：新鲜葡萄用清水冲洗1～2次，再去除枝梗和腐烂的籽粒，沥干。

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榨汁：用榨汁机榨取葡萄汁，装入发酵瓶中，留大约1/3的空间，盖好瓶盖。

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酒精发酵：温度控制在18～30 ℃，每隔12 h左右将瓶盖拧松一次(注意：不是打开瓶盖)此后再拧紧瓶盖。发酵时间为10～12 d。

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醋酸发酵：葡萄酒制作完成后，打开瓶盖，盖上一层纱布，进行葡萄醋发酵，温度为30～35 ℃，时间为7～8 d。

判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)

1．多种微生物参与了腐乳的发酵。  (√)

2．醋酸菌是好氧细菌，乳酸菌和酵母菌是厌氧细菌。 (×)

提示：酵母菌是兼性厌氧真菌。

3．制作葡萄酒的过程中，要定时打开瓶盖放出CO2。 (×)

提示：应拧松瓶盖，不应打开瓶盖。

4．制作泡菜的过程中只有乳酸菌起作用。 (×)

提示：不只是乳酸菌起作用，酵母菌、大肠杆菌等也起作用。

5．传统发酵食品的制作过程中，不同的食品接种不同的菌种。 (×)

提示：传统发酵技术没有接种菌种，而是利用了天然存在的菌种。

　泡菜的制作

1．泡菜发酵过程中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐含量变化的分析

2．泡菜制作的注意事项

(1)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。检查时，可将坛口向上压入水中，看坛内有无渗水现象。

(2)腌制的条件：要注意控制时间、温度和食盐的用量。温度过高、食盐用量过低、腌制时间过短，容易造成细菌大量繁殖，亚硝酸盐含量增加。

(3)腌制方法：配制质量分数为5%～20%的盐水，盐水要煮沸冷却后备用。蔬菜和配料装至八成满时，加盐水没过全部菜料，盖好坛盖后向坛盖边沿的水槽中注满水，以保证坛内形成无氧环境，以便乳酸菌发酵。

1．制作泡菜时，营造“无氧环境”的措施有哪些？

提示：(1)选择的泡菜坛要密封性好；(2)加入蔬菜后要注入煮沸冷却的盐水，使盐水没过全部菜料；(3)盖上坛盖后要在坛盖边沿的水槽中注满清水。

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，这些微生物是需氧型的，要消耗氧气，因此坛内要留有一定量的氧气。

1．在制作泡菜的过程中，下列叙述不正确的是(　　)

A．按照清水与盐的质量比为1∶2的比例配制盐水

B．配制好的盐水需煮沸冷却

C．腌制过程中，要注意控制腌制的时间、温度和食盐用量

D．在坛盖边沿的水槽中要注满水，以保证坛内的无氧环境

A　[在制作泡菜的过程中，用清水和食盐配制质量百分比为5%～20%的盐水，A错误；盐水入坛前要煮沸冷却，煮沸是为了去除氧气并杀灭微生物，冷却是为了避免杀死蔬菜上微生物，保证乳酸菌正常的生命活动，B正确；腌制过程中，要注意控制时间、温度和食盐的用量，以防止杂菌的大量繁殖和亚硝酸盐含量过高，C正确；乳酸菌是异养厌氧型生物，在坛盖边沿的水槽中要注满水，以保证坛内的无氧环境，D正确。]

2．回答下列有关泡菜制作的问题：

(1)制作泡菜时，所用盐水要煮沸，其目的是___________。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________________。

(2)泡菜制作过程中，乳酸发酵过程即乳酸菌进行___________的过程。该过程发生在乳酸菌的_____________中。

(3)泡菜制作过程中影响亚硝酸盐含量的因素有__________、________和________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__________，原因是______________。

[解析]　(1)制作泡菜时需要先形成无菌环境，所用盐水需煮沸，以杀灭盐水中的微生物并除去水中氧气。想要缩短制作时间，应该缩短菌株的生长时间，陈泡菜液中含有一定量的乳酸菌，加入陈泡菜液可以使菌体数量扩增速度加快。(2)乳酸菌为厌氧菌，进行无氧呼吸产生乳酸，该过程只能在细胞质基质中进行。(3)温度过高、腌制时间过短、食盐用量不足等，容易造成杂菌大量繁殖，亚硝酸盐含量增加。(4)从开始制作到泡菜质量最佳这段时间内，氧气浓度逐渐降低，泡菜液逐渐变酸，不适宜杂菌生长，而适宜乳酸菌生长，因此乳酸菌数量增加，其他杂菌数量减少。

[答案]　(1)杀灭盐水中的微生物并除去水中氧气　增加乳酸菌的数量　(2)无氧呼吸　细胞质基质　(3)温度　腌制时间　食盐用量　(4)乳酸菌数量增多，杂菌数量减少　乳酸菌比杂菌更耐酸

发酵过程中控制杂菌的方法

(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)泡菜盐水的浸泡提供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。

　果酒和果醋的制作

1．果酒与果醋制作的比较

2．发酵过程中酵母菌数量、酒精含量及pH变化分析

(1)果酒发酵过程中酵母菌数量和酒精含量的变化：

①菌体数量的变化：发酵初期，酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖。发酵中期形成无氧环境，酵母菌数量增加缓慢，最后达到稳定。发酵后期由于酒精含量较高，可能会导致酵母菌大量死亡。

②酒精含量的变化：发酵初期，酵母菌进行有氧呼吸，酒精含量很低。发酵中期，酵母菌进行无氧呼吸产生大量酒精，酒精含量增加。发酵后期，由于酒精含量升高，大量酵母菌死亡，酒精含量不再增加。

(2)果酒、果醋制作过程中pH的变化：

①果酒发酵时产生的部分CO2会溶于发酵液，使发酵液pH下降，最后趋于稳定。

②果醋发酵时产生的醋酸溶于发酵液，使发酵液pH下降，最后趋于稳定。

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。

1．(2020·江苏高考)某同学在线提交了在家用带盖玻璃瓶制作果酒和果醋的实验报告，他的做法错误的是(　　)

A. 选择新鲜的葡萄略加冲洗，除去枝梗后榨汁

B. 将玻璃瓶用酒精消毒后，装满葡萄汁

C. 酒精发酵期间，根据发酵进程适时拧松瓶盖放气

D. 酒精发酵后去除瓶盖，盖一层纱布，再进行醋酸发酵

B　[选择新鲜的葡萄洗1到2次，除去枝梗后榨汁，A正确；葡萄汁不能装满，需装至玻璃瓶的2/3空间，B错误；酒精发酵期间会产生二氧化碳，故需适时拧松瓶盖，防止发酵瓶爆裂，C正确；醋酸菌是好氧菌，故醋酸发酵时应去除瓶盖，加一层纱布，D正确。]

2．(2021·潍坊模拟)“每天喝一点，健康多一点”是某品牌枸杞果酒提出的消费理念。下列为生产该枸杞果酒的传统工艺流程，以下有关分析错误的是(　　)

选料→？→粉碎→灭菌→接种→发酵→？→果酒

A．流程中两处“？”依次表示冲洗和过滤

B．制作枸杞果酒时，温度应该控制在18～30 ℃

C．在酒精发酵旺盛时，若因前期灭菌不合格导致容器中存有醋酸菌，则醋酸菌可将果汁中的糖分解为醋酸

D．可在酸性条件下用重铬酸钾溶液来检验是否有酒精产生

C　[流程中两处“？”依次表示清水冲洗和过滤，过滤的目的是除去果皮等杂质，A正确；由果酒制作的原理可知，制作枸杞果酒时，温度应该控制在18～30 ℃，B正确；在酒精发酵旺盛时，若因前期灭菌不合格导致容器中存有醋酸菌，由于此时为缺氧环境，而醋酸菌为需氧型微生物，在无氧条件下无法生存，因此，醋酸菌不能将果汁中的糖分解为乙酸，C错误；酒精在酸性条件下与重铬酸钾溶液发生颜色反应，由橙色变为灰绿色，以此原理可以来检验是否有酒精产生，D正确。]

通过本探究案例能够提高学生对生物学问题进行观察、思考、分析的能力及对实验现象和结果进行交流和讨论的能力。在探究过程中，增强学生的好奇心和求知欲。

(1)试管中的X溶液有助于维持甲装置的瓶中气压相对稳定，与乙装置相比，用甲装置酿制葡萄酒有哪些优点？(科学思维)

(2)葡萄汁装入甲装置时，要留有约1/3的空间，这种做法的目的是什么？(科学思维)

提示：(1)不需要开盖放气；避免了因开盖引起的杂菌污染。

(2)为酵母菌大量繁殖提供适量的氧气；防止发酵旺盛时汁液溢出。

[课堂小结]

1．下列不属于传统发酵技术的是(　　)

A．通过微生物的培养生产胰岛素

B．果酒和果醋的制作

C．利用乳酸菌发酵制作泡菜

D．利用微生物发酵制作腐乳

A　[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面团、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术。通过微生物的培养生产胰岛素是现代生物技术——基因工程的应用。]

2．在果酒、果醋、腐乳、泡菜的制作过程中，用到的微生物分别是(　　)

A．酵母菌、酵母菌、毛霉、乳酸菌

B．酵母菌、醋酸菌、毛霉、乳酸菌

C．毛霉、醋酸菌、乳酸菌、酵母菌

D．酵母菌、乳酸菌、毛霉、醋酸菌

B　[参与果酒制作的微生物是酵母菌；参与果醋制作的微生物是醋酸菌，醋酸菌能将糖源或酒精转变成乙酸；参与腐乳制作的微生物有多种，如酵母、曲霉、毛霉等，其中起主要作用的是毛霉；参与泡菜制作的微生物是乳酸菌。]

3．(2020·福建厦门外国语学校期中)制作泡菜、酸菜时，所用菜坛子必须密封，其原因是(　　)

A．防止水分蒸发

B．防止菜叶萎蔫

C．防止产生的乳酸挥发

D．乳酸菌在有氧条件下发酵被抑制

D　[乳酸菌是厌氧菌，所用菜坛子密封的原因不是防止水分蒸发、防止菜叶萎蔫或防止产生的乳酸挥发，而是为乳酸菌提供无氧环境，防止乳酸菌在有氧条件下发酵被抑制，D项符合题意。]

4．下列关于用塑料瓶制作果酒和果醋的叙述，正确的是(　　)

A．为了提高果酒的产出量，果汁应尽量装满发酵瓶

B．乙酸发酵阶段应封闭瓶口，防止杂菌污染

C．制作果酒过程中每天需适时打开瓶盖

D．果酒制成后，可将装置转移至温度较高的环境中制作果醋

D　[葡萄汁装入发酵瓶时，要留出大约1/3的空间，这样既有利于酵母菌有氧呼吸，大量繁殖，又可防止果酒发酵时产生大量二氧化碳使果汁溢出。乙酸发酵是需氧发酵，应通入氧气，发酵时应敞开瓶口并在瓶口盖上纱布以防杂菌污染。制作果酒过程中定时拧松瓶盖既可排出气体又可避免杂菌污染。醋酸菌发酵的适宜温度比酵母菌高。]

5．下面是果酒和果醋制作的实验流程以及某同学设计的果酒和果醋的发酵装置。请据图回答下列问题：

图1　　　　　　　图2

(1)图1中方框内的实验流程是_________________________。

(2)冲洗的主要目的是____________________________，

冲洗时应特别注意不能______________，以防菌种的流失。

(3)图2所示装置中的充气口在________时关闭，在________时连接充气泵，并连续不断地向内________。

(4)排气口在果酒制作时排出的气体是由________(填生物名称)产生的________。

[解析]　本题主要考查了果酒、果醋制作的基本过程和原理，同时还考查了两种微生物的代谢类型和生存环境。酵母菌是兼性厌氧微生物，有氧时进行有氧呼吸，无氧时进行酒精发酵，反应式分别为C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量，C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋能量。因此制作果酒时，应在缺氧的环境中进行。醋酸菌是好氧细菌，在氧气、糖源都充足时，其可将葡萄汁中的糖分解成乙酸；在糖源不足时，其可将乙醇变成乙醛，再将乙醛变为乙酸，酒精发酵时的缺氧环境会抑制醋酸菌的生长。在果酒制作过程中排气口排出的气体是由酵母菌产生的CO2。

[答案]　(1)乙酸发酵　(2)除去污物　反复冲洗

(3)酒精发酵　乙酸发酵　泵入空气(或氧气)　(4)酵母菌　CO2