高中生物人教版 (2019)选择性必修3第1章 发酵工程第1节 传统发酵技术的应用教案

这是一份高中生物人教版 (2019)选择性必修3第1章 发酵工程第1节 传统发酵技术的应用教案，共9页。教案主要包含了教学目标，教学重难点，教学设计思路，教学过程，板书设计等内容，欢迎下载使用。

1.通过分析与发酵有关的历史资料，建构发酵的概念。
2.通过分析制作传统发酵食品的实例，建构传统发酵技术的概念，归纳传统发酵技术的优点和缺点，认同传统发酵食品是我国传统饮食文化的重要组成部分。
3.尝试制作泡菜、果酒和果醋。
二、教学重难点
1.教学重点
（1）微生物发酵的基本原理。
（2）制作泡菜、果酒和果醋。
2.教学难点
（1）制作泡菜、果酒和果醋。
三、教学设计思路
本节课的教学从与发酵有关的历史和学生的生活经验引入，通过资料分析、小组讨论风方式，引导学生学习发酵与传统发酵技术的内容，并通过观看实际操作，加深学生对操作流程的印象，进一步理解发酵的原理和发酵技术的应用，锻炼学生的科学素养
四、教学过程
【新课导入】
面包和酸奶，或者馒头夹着腐乳，是很多人喜欢的早餐。同学们知道吗，这些食品的制作都离不开微生物的发酵。那么制作不同的发酵食品，需要的微生物一样吗？如何分离和培养微生物呢？
从社会中来
“葡萄美酒夜光杯，欲饮琵琶马上催。醉卧沙场君莫笑，古来征战几人回。”（唐·王翰）诗中提及的葡萄酒是人类利用微生物发酵制作而来的。通过微生物的发酵作用还可以制作葡萄醋。葡萄酒和葡萄醋都是以葡萄为原料发酵而来的饮品，为什么一个是醇厚浓郁、耐人寻味的酒，一个却是酸味柔和、口感绵长的醋呢？它们的制作方法有什么不同？你想不想自己动手制作葡萄酒和葡萄醋呢？
答案提示：葡萄酒和葡萄醋都是由葡萄发酵而来，但是一个经酵母菌无氧呼吸产生了酒精，另一个经醋酸菌有氧呼吸产生了醋酸，因此口感不同。
【新课讲授】
发酵与传统发酵技术
【师】教师利用课件展示教材中第2页的“探索科技之路”，并逐一向学生讲解，并提问：什么是发酵技术？
【师】教师利用课件展示一句曹操《短歌行》中的诗句“何以解忧，唯有杜康”，提问同学们“杜康”指的是什么？
【生】美酒。
【师】教师利用课件展示汉代砖刻上的酿酒图、我国古代酿酒坊的绘画作品，并根据相关资料，让学生了解我国历史悠久的酒文化和历史
【师】教师再展示另外一个资料：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，并展示相关图片。
通过这个资料，构建发酵的概念。
【师生共同总结】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。
【师】通过这个过程，我们尝试总结一下发酵技术的概念。
【师】教师提问：我们日常生活中很多食物都是需要通过发酵的，例如，面包、馒头、酸奶、腐乳等。
下面我们以腐乳为例，尝试构建发酵技术的概念
教师引导学生阅读教材第5页，并根据教材中的内容，提出问题：
1.腐乳制作的原理是什么？
2.制作腐乳利用了哪些微生物？
3.腐乳制作流程及方法是什么？
【生】学生分为小组互相讨论，并回答问题
脂肪酶
蛋白酶
1.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
蛋白质 小分子的肽和氨基酸；脂肪 甘油和脂肪酸
2.参与豆腐发酵的微生物有青霉、酵母、曲霉、毛霉等多种，其中起主要作用的是毛霉
3.腐乳制作流程及方法
【师】通过这个过程，我们尝试总结一下发酵技术的概念。
【师生共同总结】发酵技术的概念：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留下来的面团、卤汁等发酵物中微生物进行发酵，制作食品的技术。
二、尝试制作传统发酵食品
【师】组织学生阅读教材P5-7页文字部分，引导学生归纳概括传统发酵食品制作所利用的微生物，认识乳酸菌、酵母菌、醋酸菌的代谢特点、发酵原理、生产应用、分布和常见类型。
【生】阅读教材，自主学习，归纳概括。
【师】传统发酵食品的制作离不开各种各样的微生物，教师讲解乳酸菌、酵母菌和醋酸菌发酵原理。
知识梳理：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，代谢类型为异养厌氧型；在无氧的情况下能将葡萄糖分解成乳酸。
②发酵原理（反应简式）：
③生产应用：可用于乳制品的发酵、泡菜的腌制等。
④分布：广泛分布于空气、土壤、植物体表、人或动物的肠道内。
⑤常见类型：乳酸链球菌和乳酸杆菌。
（2）酵母菌
①代谢特点：单细胞真菌，代谢类型为异养兼性厌氧型；在无氧的情况下能进行酒精发酵。
②发酵原理（反应简式）
③生产应用：可用于酿酒、制作馒头和面包等。
④影响因素：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℃。
⑤分布：在一些含糖量较高的水果、蔬菜表面。
（3）醋酸菌
①代谢特点：好氧细菌，代谢类型为异养需氧型；当O2、糖源都充足时，能将糖分解成醋酸；当缺少糖源时则将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为醋酸。多数醋酸菌的最适生长温度为30～35℃。
②发酵原理（反应简式）
③生产应用：可用于制作各种风味的醋。
【师】组织学生阅读教材第6-7页“探究·实践”的内容，让学生阅读这两个实验的实验过程并利用课件展示制作泡菜和制作果酒、果醋的视频，通过观看视频，让学生加深对制作流程的印象。
（一）【制作泡菜】
1.方法步骤
在阅读教材内容和观看视频后，教师提出问题，学生小组之间互相交流讨论
（1）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？
答案提示：给泡菜坛内创造无氧环境。无氧条件
（2）为什么泡菜坛只能装八成满？
答案提示：
A.在泡菜发酵初期，由蔬菜表面带入的大肠杆菌、酵母菌等较为活跃，它们可以进行发酵，发酵产物中有较多的二氧化碳，如果泡菜坛装的太满，发酵液可能会溢出坛外。
B.另外，泡菜坛装的太满，会使盐水不太容易完全淹没菜料，从而导致坛内菜料变质腐烂。
C.泡菜坛留有一定的空间，也更方便拿取泡菜。
（3）你腌制的泡菜成功吗？色泽如何？口味如何？
答案提示：根据实际情况进行回答。
（4）从开始制作到泡菜质量最佳这段时间内，泡菜逐渐变酸，泡菜坛中乳酸菌和其他杂菌的消长规律是什么？原因？
答案提示：乳酸菌数量增多，杂菌数量减少；因为乳酸菌比其他杂菌更耐酸。
（5）泡菜制作过程中影响亚硝酸盐含量的因素有哪些？
答案提示：温度高低，腌制方法，时间长短，食盐用量等。
2.实验分析与思考
①盐的作用：调味，抑制其他微生物生长
②盐水浓度要适宜的目的：过高，乳酸发酵将受抑制；过低，杂菌易繁殖，导致泡菜变质
③盐水煮沸的目的：杀菌，去除水中的溶解氧
④盐水冷却后使用的目的：为了不影响乳酸菌的生命活动
⑤泡菜坛子使用之前要检查密封性的目的：给泡菜坛内创造无氧环境，严格控制厌氧条件
3.进一步探究
泡菜在腌制过程中会有亚硝酸盐产生。膳食中的亚硝酸盐一般不会危害人体健康，但如果人体摄入过量，会发生中毒，甚至死亡。设计实验跟踪检测泡菜在制作过程中亚硝酸盐含量的变化，并探索腌制方法、时间长短和温度高低等条件对亚硝酸盐含量的影响，寻求提高泡菜质量的措施。
（1）亚硝酸盐
亚硝酸盐为强氧化剂，能够把血液中的低铁血红蛋白转变为高铁血红蛋白，从而导致缺氧性中毒症状。膳食中的绝大部分亚硝酸盐随尿排出，但在适宜的pH、温度和一定的微生物作用下会转变成致癌物质亚硝胺（霉变的食品中亚硝胺可增至数十倍至数百倍）。
（2）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
（二）【制作果酒和果醋】
1.方法步骤
讨论：
（1）在制作果酒和果醋的过程中，发酵液分别有哪些变化？其中最明显的变化发生在发酵后多少天？引起变化的原因是什么？
答案提示：
在葡萄酒的制作过程中，发酵液会产生气泡，这是因为酵母菌发酵产生CO2；开始发酵后，CO2产生越来越多，会使发酵液出现“沸腾”现象，在发酵的10天后，这种现象最明显。
如果是用紫色葡萄制作葡萄酒，随着发酵时间的延长，由果皮进入发酵液的花青素会越来越多，因而发酵液的颜色会逐渐加深变成深红色。果醋发酵过程中一般不会出现气泡，发酵完成时，在发酵液的液面上会出现一层菌膜，这是醋酸菌膜。
（2）在制作果酒的过程中，除了酵母菌，是否还有其他微生物生长？它们会对果酒发酵产生影响吗？如果有，如何避免这种影响？
答案提示：
果酒中除了酵母菌，还有乳酸菌、醋酸菌等微生物。
酸菌可能分解果酒中的糖、甘油、酒石酸等，从而使果酒变质。可以通过调节发酵的温度、果酒的pH等来控制乳酸菌的含量。
果汁中的糖也是醋酸菌重要的碳源和能源。在有氧的情况下，醋酸菌能把糖分解成醋酸；在缺少糖源的情况下，乙醇便是醋酸菌的碳源和能源，它将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为醋酸。
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O2含量，可以抑制醋酸菌的生长繁殖。
此外，通过调节发酵的温度、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？醋酸菌从何而来？采用什么措施可以加快果醋的制作？
答案提示：
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。
在我们的实验条件下，当打开瓶盖后，空气中的醋酸菌会进入发酵液中大量繁殖，其他的菌因不适应环境条件而不能繁殖。
在工业上，后期醋的发酵需要人工接种醋酸菌。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（实际上是醋酸菌），用这层薄膜进行接种可以明显缩短制作果醋的时间。
（4）冲洗1～2次即可，能否连续冲洗，为什么？为什么去梗前冲洗？
答案提示：不能，防止果皮表面的野生菌种数量减少。避免葡萄破损，减少被杂菌污染的机会
（5）葡萄汁装入发酵瓶时，为何要留有1/3的空间？
答案提示：
A.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；
B.防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出。
（6）在果酒和果醋制作中，哪些做法可防止发酵液被污染？
答案提示：
A.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；
B.处理葡萄时应先冲洗再去除枝梗；
C.排气时只需拧松瓶盖，不要打开瓶盖。
（7）你制作的果酒和果醋的口味如何？如果你对结果不满意，应该如何改进？
答案提示：根据实际情况进行回答。
最后由教师总结本节课的内容，并让学生课后查阅关于果酒、果醋工业化的工艺流程的相关资料，比较自己制作果酒和果醋的方法与这些流程的异同。在此基础上，思考：当把少量制作转化为大规模生产时，需要解决哪些实际问题？你能从中体会到技术与工程的区别和联系吗？
果酒制作与果醋制作的比较
【到社会中去】
查阅关于果酒和果醋工业化生产的工艺流程，比较自己制作果酒和果醋的方法与这些流程有哪些异同。在此基础上，请思考：当把少量制作转化为大规模生产时，需要解决哪些实际问题？你能从中体会到技术与工程的区别的和联系吗？
答案提示：
少量制作转向大规模生产时，会遇到许多新问题。例如，少量制作果醋时，不需要专门的搅拌装置。而大规模生产果醋时，由于发酵罐容积很大，就需要安装搅拌器，以保障醋酸菌对O2的需求。可见在大规模生产发酵产品时，需要进行更为全面周详的考虑，如考虑原料的来源与选样、菌种的选育与培养、发酵设备的选择、发酵条件的自动化控制、发酵产品的质量控制、成本价格等。
自己制作的果酒和果醋并非商品意义上的产品。在实际生产中还需要经过沉淀、过滤、灭菌、装瓶等过程才能获得成品酒或醋。果酒还需要在一定条件下进行后续发酵，以获得特定的风味和色泽。
通过深入思考，可以感悟到，工程、技术与科学的不同——科学以“发现”为核心，技术以“发明”为核心，工程以“建造”和“产品”为核心。技术要通过工程设计等环节，将一系列相关技术体系化地组合起来，才能转化应用在工程中，大规模生产人们需要的产品。
五、板书设计
1.1 传统发酵技术的应用
一、发酵与传统发酵技术
二、尝试制作传统发酵食品