2021届高考生物新人教版一轮复习学案：选修1生物技术实践第1讲传统发酵技术的应用

  第1讲　传统发酵技术的应用 1.运用发酵加工食品的基本方法2.利用微生物进行发酵来生产特定的产物以及微生物在其他方面的应用3.测定食品加工中可能产生的有害物质　1.发酵菌种的结构与功能的关系。(生命观念)2.比较制作果酒、果醋、腐乳、泡菜的制作原理、流程、发酵条件等的异同。(科学思维)3.设计实验探究理想的发酵条件。(科学探究)4.关注食品安全，倡导健康的生活方式。(社会责任) 果酒和果醋的制作1．制作原理与发酵条件 果酒制作果醋制作菌种酵母菌醋酸菌菌种来源附着在葡萄皮上的野生型酵母菌变酸酒表面的菌膜发酵过程有氧条件下，酵母菌通过有氧呼吸大量繁殖：C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O；无氧条件下，酵母菌通过无氧呼吸产生酒精：C6H12O62C2H5OH＋2CO2氧气、糖源充足时：C6H12O6＋2O22CH3COOH＋2CO2＋2H2O；缺少糖源、氧气充足时：C2H5OH＋O2CH3COOH＋H2O温度一般酒精发酵为18～25 ℃，最适繁殖为20 ℃左右最适为30～35 ℃气体前期：需氧，后期：不需氧需要充足的氧气时间10～12 d7～8 d2.实验流程(1)实验用具消毒↓(2)挑选、冲洗葡萄↓(3)榨汁→用榨汁机榨取葡萄汁，装入发酵瓶中↓(4)果酒发酵↓(5)取样检测↓(6)果醋发酵3．实验结果分析(1)若酵母菌数量少，产生的酒精少：原因是发酵前期，酵母菌有氧呼吸不足。(2)若酵母菌数量充足，但是产生的酒精较少或不能产生酒精：原因是发酵后期密封不严。 1．果酒、果醋及泡菜的菌种、呼吸类型、原理与发酵温度如何？请加以比较。食品菌种呼吸类型原理温度果酒酵母菌兼性厌氧无氧呼吸产生酒精18～25_℃果醋醋酸菌需氧糖(酒精→醋酸)30～35_℃泡菜乳酸菌无氧无氧呼吸产生乳酸—2．甲、乙、丙三个制作果酒的发酵瓶中，在温度等适宜的条件下进行发酵，如图所示。发酵过程中，每隔一段时间均需排气一次。据图分析：甲　　　　　乙　　　　丙注：各发酵瓶的左侧管为充气管，右侧管为排气管(1)指出图中发酵瓶甲、丙的错误分别是什么？分别会导致发酵中出现的主要异常现象是什么？(2)在上述制作葡萄酒的过程中，假设乙同学的某一步骤操作错误导致发酵瓶塞被冲开，该操作错误是什么？提示：(1)甲同学未夹住发酵瓶的充气管，酵母菌呼吸产生的乙醇被氧化成醋酸，所以发酵液从充气管流出，发酵液变酸；丙同学错在瓶中发酵液过多，淹没了排气管在瓶内的管口，这样发酵液会从排气管流出。(2)未及时排气。 果酒、果醋制作原理、流程等1．如图是利用山楂制作果酒、果醋的流程：回答下列问题：(1)酒精发酵主要利用的是酵母菌的________呼吸，其细胞内将葡萄糖分解为酒精的酶存在于________。酵母菌与醋酸菌在结构上的主要区别是____________________________。(2)酒精发酵前加入的白砂糖主要是为酵母菌提供________。如图表示白砂糖的添加量对酒精生成量的影响，白砂糖的添加量为________左右最为合理。(3)醋酸发酵前，需要加入纯净水对山楂果酒进行稀释，原因是______________________________________。(4)将发酵好的山楂果醋在80 ℃左右的温度下热处理8～10 min，目的是________________，以及防止杂菌污染。(5)为研究发酵罐中酿酒酵母菌的生长情况，常要取样统计分析，并测定pH值。若某研究人员将样品的次序弄乱了，那么判断取样顺序的主要依据是________(填“酵母菌的数量”或“发酵液的pH”)，理由是_______________________________________。[解析]　(1)酒精发酵主要利用的是酵母菌的无氧呼吸，其将葡萄糖分解为酒精的酶存在于细胞质基质。酵母菌属于真核生物，醋酸菌属于原核生物，两者在结构上的主要区别是酵母菌有以核膜为界限的细胞核。(2)酒精发酵前加入的白砂糖主要是为酵母菌提供碳源，有利于提高酒精的生成量。据曲线图可知，当白砂糖的含量为15%时，酵母菌通过酒精发酵产生的酒精的量最多，故白砂糖的添加量为15% 左右最为合理。(3)由于醋酸发酵前，酵母菌通过酒精发酵产生大量的酒精，酒精浓度过高会抑制醋酸菌的发酵，因此醋酸发酵前，需要加入纯净水对山楂果酒进行稀释。(4)醋酸发酵完成，即生成山楂果醋后，山楂果醋内存在活的醋酸菌，为了防止醋酸菌继续发酵，将发酵好的山楂果醋在80 ℃左右的温度下热处理8～10 min，这样做还可以防止杂菌污染。(5)为研究发酵罐中酿酒酵母菌的生长情况，常要取样统计分析并测定pH值。若某研究人员将样品的次序弄乱了，那么判断取样顺序的主要依据是发酵液的pH，原因是酵母菌发酵过程中产生CO2，可形成碳酸，此外还会产生一些其他酸性代谢产物，可造成发酵液pH降低，故可以依据不同样本的pH确定取样的先后顺序。[答案]　(1)无氧　细胞质基质　有无以核膜为界限的细胞核(或酵母菌具有核膜)　(2)碳源　15%　(3)酒精浓度过高会抑制醋酸菌的发酵　(4)防止醋酸菌继续发酵(或杀死醋酸菌)　(5)发酵液的pH　酵母菌发酵过程中产生CO2，可形成碳酸，此外还会产生一些其他酸性代谢产物，可造成发酵液pH降低，故可以依据不同样本的pH确定取样的先后顺序2．(2019·四川省自贡市高三模拟)椪柑是自贡地区主产水果之一，某生物兴趣小组尝试用椪柑作原料制作果酒、果醋，探索农产品转化的可行性。请分析并回答下列问题：(1)在实验选用的两种微生物中，醋酸菌与酵母菌在细胞结构上最大的区别是__________________________，整个发酵过程需要有氧气参与的微生物是________。(2)果酒发酵过程是否产生了酒精，可通过______________溶液来检测，若发酵液出现________色，说明发酵基本成功。(3)纯化酵母菌菌种常用的方法有平板划线法和稀释涂布平板法，而统计发酵液中活菌的数目时不能用平板划线法，原因是_______________________________________________________________________________________________(答出2点即可)。[解析]　(1)醋酸菌属于原核生物，酵母菌属于真核生物，原核生物和真核生物在细胞结构上最大的区别是醋酸菌没有核膜包围的细胞核；果酒发酵过程应该是先通气后密封，参与果醋制作的醋酸菌是好氧菌，因此醋酸发酵的整个过程都需要有氧气参与。(2)酒精可用酸性重铬酸钾溶液来检测，颜色由橙色变成灰绿色。(3)统计发酵液中活菌的数目时不能用平板划线法，原因是平板划线法不能确定取样的多少、最初画线处生长出来的菌落聚集在一起无法计数、灼烧接种环时死亡的菌体数无法估算等。[答案]　(1)醋酸菌没有核膜包围的细胞核　醋酸菌　(2)酸性重铬酸钾　灰绿　(3)平板划线法不能确定取样的多少、最初画线处生长出来的菌落聚集在一起无法计数、灼烧接种环时死亡的菌体数无法估算(答出2点即可)发酵条件的控制3．杨梅是特色水果之一，某工厂对其进行了杨梅酒和杨梅醋的研制。请根据所学知识回答下列问题：(1)在制备杨梅酒过程中，一般需要将发酵温度控制在________。发酵罐顶上弯管中常需要加水，其主要目的是_________________。发酵一定时间后，观察到________________，说明发酵基本完毕。(2)在制备杨梅醋的过程中，发酵罐内需要先填充经________处理的木材刨花，然后加入含________菌的培养液，加木材刨花的目的是_____________________；再让发酵完毕的杨梅酒流入发酵罐进行杨梅醋发酵，杨梅醋的pH可通过________来调节。(3)若发酵好的杨梅酒全部制成杨梅醋，则发酵制醋过程中CO2的产生量(　　)A．是酿酒过程的两倍　　 B．与酿酒过程的相等C．是酿酒过程的一半   D．几乎为零[解析]　(1)酒精发酵时一般将温度控制在18～25 ℃。发酵罐顶上弯管中常需要加水的目的是防止空气进入(或创造无氧环境)。发酵时会产生二氧化碳和酒精，当发酵罐内液面不再有气泡冒出时，说明发酵基本完毕。(2)为防止杂菌感染，在制备杨梅醋中用到的刨花事先要进行灭菌处理。加木材刨花的目的是使该菌附着在刨花上，充分接触反应物。杨梅醋的pH可通过控制杨梅酒的流速进行调节。(3)由果醋制作的原理可知，酒精被利用后，产物不产生二氧化碳。[答案]　(1)18～25 ℃　防止空气进入(或创造无氧环境)　发酵罐内液面不再有气泡冒出　(2)灭菌　醋酸　使该菌附着在刨花上(或使该菌充分接触反应物)　控制杨梅酒的流速　(3)D 腐乳和泡菜的制作1．腐乳的制作(1)发酵菌种①主要菌种a．名称：毛霉。b．菌体特点：白色丝状真菌。c．代谢类型：异养需氧型。②其他菌种：根霉、酵母菌、曲霉等。(2)制作原理(3)腐乳制作流程2．泡菜的制作(1)制作原理①发酵实质：在无氧条件下，乳酸菌将葡萄糖分解成乳酸。②反应式：C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋能量。(2)制作流程(3)关键操作①泡菜坛的选择：火候好、无裂纹、无砂眼、坛沿深、盖子吻合好的泡菜坛。②腌制的条件：控制腌制的时间、温度和食盐的用量。防止杂菌感染，严格密封。(4)检测亚硝酸盐含量①原理a．亚硝酸盐＋对氨基苯磺酸→反应产物；反应产物＋N­1­萘基乙二胺盐酸盐→玫瑰红色染料。b．亚硝酸盐溶液的浓度越高，颜色越深；浓度越低，颜色越浅。②流程→→→③判断方法：观察样品颜色变化，并与已知浓度的标准显色液比较，然后估算亚硝酸盐含量。④结果分析如图表示泡菜制作过程中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐含量变化曲线，据图分析回答：a．图中乳酸菌含量的变化规律如曲线Ⅱ(填序号)所示。b．图中乳酸含量的变化规律如曲线Ⅰ(填序号)所示。c．图中亚硝酸盐含量的变化规律如曲线Ⅲ(填序号)所示。d．由图可知，泡菜的最佳取食时间为发酵后期。 1．影响腐乳品质的“五大”因素(1)豆腐含水量的控制：豆腐含水量以70%为宜。①若含水量过高，豆腐块不易成形。②若含水量过低，则不利于毛霉的生长。(2)盐的用量：制作时，应逐层加盐，近瓶口处盐铺厚一些，以防止杂菌从瓶口进入。①盐的浓度过高，会影响口味。②盐的浓度过低，不足以抑制微生物生长，腐乳易腐败变质。(3)酒的用量：卤汤中酒的含量控制在12%左右为宜。酒精含量的高低与腐乳后期发酵时间的长短有很大关系。①酒精含量越高，对蛋白酶的抑制作用也越大，会使腐乳成熟时间延长。②酒精含量过低，蛋白酶的活性高，蛋白质的水解加快，但杂菌繁殖快，豆腐易腐败变质。(4)发酵的温度：前期发酵温度应保持在15～18 ℃，利于毛霉生长。(5)香辛料：具有防腐、杀菌的作用，也会影响腐乳的风味和质量。2．腐乳制作中抑制杂菌的措施(1)前期发酵条件的控制：提供利于毛霉生长的温度、水分，形成毛霉的生长优势，抑制杂菌的生长。(2)后期发酵条件的控制①加盐腌制：利用食盐抑制杂菌生长。②加卤汤装瓶：利用卤汤中的酒和香辛料抑制杂菌的生长。③密封腌制：控制无氧环境，抑制好氧菌的生长。3．泡菜制作成功的关键点(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清水和盐的质量比为4∶1，盐水要煮沸后冷却待用。盐水煮沸有两大作用，一是除去水中的氧气，二是杀灭盐水中的其他细菌。(2)防止杂菌污染：每次取样用具要洗净，取样后要迅速封口。(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坛盖边沿的水槽中要注满水，以保证乳酸菌发酵所需要的无氧环境，并注意在发酵过程中要经常补充坛盖边沿水槽中的水。 1．市售的腐乳有时口感不好，腐乳较硬，试分析其原因。(至少答出四点)提示：豆腐块的含水量少，会使腐乳较硬；发酵时间短，蛋白质未完全水解；菌种不纯、菌种变异、菌种老化都会影响腐乳的口感；各种调味品的配比不当等也会影响腐乳的口感。2．请尝试绘制出泡菜制作过程中乳酸菌、亚硝酸盐及乳酸随发酵时间的变化曲线。提示：如图3．要探究泡菜制作的最佳温度，应考虑的无关变量有哪些？(答出三点即可)提示：腌制时间、食盐的用量、蔬菜的种类和用量等。 腐乳的制作原理及过程分析等1．(2019·湖南省岳阳一中高三月考)γ－氨基丁酸(GABA)是具有降血压、抗焦虑等功能的水溶性氨基酸。科研人员通过实验研究了白方腐乳在前发酵、盐腌和后发酵过程中GABA的含量变化，为寻找生产富含GABA腐乳的工艺奠定基础。实验步骤如下：①豆腐白坯表面接种毛霉孢子后，在适宜的温度和湿度下培养48 h，获得毛坯。②将毛坯分层整齐地摆放在瓶中，盐腌5 d。③腌制后加入卤汤，置于28 ℃恒温箱中后发酵90 d。④分别采集各时段的腐乳坯样品，测定GABA含量，结果如下。请分析并回答下列问题：(1)影响腐乳风味和质量的主要因素有____________________。(2)步骤②中，加盐腌制的正确方法是______________________。此过程腐乳干重中的GABA含量下降，一方面，与食盐抑制毛霉生长，酶活性降低有关；另一方面，部分GABA会_______________而导致测定值减小。 (3)后发酵过程中，GABA含量再次增加的主要原因是_____________，后发酵________d后的白方腐乳比较适宜出厂销售。[解析]　(1)影响腐乳风味和质量的主要因素有盐的用量、发酵时间、发酵温度等。(2)步骤②为加盐腌制，其正确方法是逐层加盐，随层数的加高增加盐量，接近瓶口处的盐要铺厚一些。已知γ－氨基丁酸(GABA)是具有降血压、抗焦虑等功能的水溶性氨基酸。加盐腌制过程，胚体会适当脱水，腐乳干重中的GABA含量下降，一方面，与食盐抑制毛霉生长，酶活性降低有关；另一方面，部分GABA会溶解于水中(或不存在于腐乳中)而导致测定值减小。(3)后发酵过程中，GABA含量再次增加的主要原因是毛霉产生的蛋白酶可以继续发挥作用。后发酵过程中，GABA的含量变化曲线图显示，在60 d后，GABA的含量达到最大值且保持相对稳定，所以此时的白方腐乳比较适宜出厂销售。 [答案]　(1)盐的用量、发酵时间、发酵温度等　(2)逐层加盐，随层数的加高增加盐量，接近瓶口处的盐要铺厚一些　溶解于水中(或不存在于腐乳中)　(3)毛霉产生的蛋白酶可以继续发挥作用　60泡菜的制作原理及过程分析等2．利用卷心菜、黄瓜发酵制作泡菜过程中，乳酸菌、酵母菌细胞数量和pH的变化如图所示。回答下列问题：(1)自然界中，常见的乳酸菌有______________。在细胞结构上，乳酸菌不同于酵母菌的显著区别是____________，在代谢过程中，酵母菌区别于乳酸菌的代谢类型是____________。(2)发酵初期，pH迅速下降的主要原因是_______________。发酵中期，酵母菌通过____________(填“有氧呼吸”或“无氧呼吸”)进行增殖。在发酵过程中，酵母菌与乳酸菌间存在竞争关系，其强度的变化是______________。(3)卷心菜发酵制作泡菜过程中，需要注意控制____________，否则容易造成细菌大量繁殖，使____________的含量增加，影响泡菜的品质。[解析]　(1)自然界中，常见的乳酸菌有乳酸链球菌和乳酸杆菌。乳酸菌为由原核细胞构成的原核生物，酵母菌为由真核细胞构成的真核生物，所以在细胞结构上，乳酸菌不同于酵母菌的显著区别是无核膜包被的细胞核。乳酸菌只能进行无氧呼吸，酵母菌既能进行有氧呼吸也能进行无氧呼吸，因此在代谢过程中，酵母菌区别于乳酸菌的代谢类型是兼性厌氧型。(2)发酵初期，乳酸菌的数量远多于酵母菌，而且乳酸菌的增长速度也比酵母菌的快，说明发酵过程是在无氧条件下进行的，因此pH迅速下降的主要原因是乳酸菌快速增殖，代谢产生了大量乳酸。因发酵过程是在无氧条件下进行的，所以发酵中期，酵母菌通过无氧呼吸进行增殖。根据在发酵过程中乳酸菌与酵母菌种群数量的变化可推知，酵母菌与乳酸菌间的竞争强度的变化是由小变大，再变小。(3)在泡菜的腌制过程中，要注意控制腌制的时间、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，使亚硝酸盐含量增加。[答案]　(1)乳酸链球菌和乳酸杆菌　无核膜包被的细胞核　兼性厌氧型　(2)乳酸菌快速增殖，代谢产生了大量乳酸　无氧呼吸　由小变大，再变小　(3)腌制时间、温度、食盐的用量　亚硝酸盐真题体验| 感悟高考　淬炼考能1．(2017·全国卷Ⅱ)豆豉是大豆经过发酵制成的一种食品。为了研究影响豆豉发酵效果的因素，某小组将等量的甲、乙两菌种分别接入等量的A、B两桶煮熟大豆中并混匀，再将两者置于适宜条件下进行发酵，并在32 h内定期取样观测发酵效果。回答下列问题：(1)该实验的自变量是________、________。(2)如果发现发酵容器内上层大豆的发酵效果比底层的好，说明该发酵菌是________。(3)如果在实验后，发现32 h内的发酵效果越来越好，且随发酵时间呈直线上升关系，则无法确定发酵的最佳时间；若要确定最佳发酵时间，还需要做的事情是_______________________________________________________________________________________。(4)从大豆到豆豉，大豆中的成分会发生一定的变化，其中，蛋白质转变为____________，脂肪转变为____________。[解析]　(1)由“甲、乙两菌种”和“32 h内定期取样观测”可知，该实验的自变量是菌种和发酵时间。(2)由“发酵容器内上层大豆的发酵效果比底层的好”可知，该发酵菌是好氧菌。(3)因“32 h内的发酵效果越来越好，且随发酵时间呈直线上升关系”，说明发酵的最佳时间可能超过32 h，故可继续延长发酵时间，定期取样观测发酵效果，以确定最好的发酵效果所对应的时间，此时间即最佳发酵时间。(4)发酵菌种能产生蛋白酶和脂肪酶，蛋白酶能催化蛋白质分解为小分子的肽和氨基酸，脂肪酶能催化脂肪分解为甘油和脂肪酸。[答案]　(1)菌种　发酵时间　(2)好氧菌　(3)延长发酵时间，观测发酵效果，最好的发酵效果所对应的时间即最佳发酵时间　(4)氨基酸和肽　脂肪酸和甘油2．(2016·全国卷Ⅱ)苹果醋是以苹果汁为原料经发酵而成的。回答下列问题：(1)酵母菌的呼吸代谢途径如图所示。图中过程①和②是苹果醋生产的第一阶段，在酵母菌细胞的____________中进行，其产物乙醇与________试剂反应呈现灰绿色，这一反应可用于乙醇的检验；过程③在酵母菌细胞的________中进行。与无氧条件相比，在有氧条件下，酵母菌的增殖速度________。(2)第二阶段是在醋酸杆菌的作用下将第一阶段产生的乙醇转变为醋酸的过程，根据醋酸杆菌的呼吸作用类型，该过程需要在________条件下才能完成。(3)在生产过程中，第一阶段和第二阶段的发酵温度不同，第一阶段的温度________(填“低于”或“高于”)第二阶段的。(4)醋酸杆菌属于________核生物，其细胞结构中____________(填“含有”或“不含有”)线粒体。[解析]　(1)图中过程①和②是酵母菌无氧呼吸产生乙醇的过程，无氧呼吸的场所是细胞质基质。乙醇可用酸性重铬酸钾试剂检测，颜色由橙色变为灰绿色。过程③为有氧呼吸的第二和第三阶段，场所为线粒体。在有氧条件下酵母菌进行有氧呼吸，产生更多的能量供酵母菌繁殖利用，故有氧条件下酵母菌的繁殖速度更快。(2)醋酸杆菌是好氧型细菌，因此，在醋酸杆菌作用下，将乙醇转变为醋酸的过程需要在有氧条件下才能完成。(3)在生产过程中，第一阶段酵母菌产生乙醇的适宜温度为18～25 ℃，第二阶段醋酸杆菌产生醋酸的适宜温度为30～35 ℃，第一阶段的温度低于第二阶段的。(4)醋酸杆菌属于原核生物，原核细胞中的细胞器只有核糖体一种，不含线粒体。[答案]　(1)细胞质基质　酸性重铬酸钾　线粒体　快　(2)有氧　(3)低于　(4)原　不含有