【生物】2021届一轮复习人教版传统发酵技术的应用教案（湖北专用）

【生物】2021届一轮复习人教版传统发酵技术的应用教案（湖北专用）

第32讲　传统发酵技术的应用 课程内容 核心素养——提考能 ‎1.探讨微生物的利用 ‎2.掌握运用发酵技术制作食品的基本方法 ‎3.利用酵母菌、醋酸菌分别制作果酒和果醋 ‎4.利用乳酸菌发酵制作酸奶或泡菜 生命观念 发酵菌种的结构与功能的关系 科学思维 比较传统发酵中菌种的异同 科学探究 设计实验探究理想的发酵条件 社会责任 关注食品安全，倡导健康的生活方式 考点一　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＋O26CO2＋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：‎ C2H12O6＋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 ℃，繁殖最适为20 ℃左右 最适为30～35 ℃‎ 气体 前期：需氧，后期：无氧 需要充足的氧气 时间 ‎10～12 d ‎7～8 d ‎2.制作流程 ‎3.发酵装置的设计 ‎(1)各部位的名称及作用。‎ ‎①为充气口：用来充入氧气(无菌空气)。‎ ‎②为排气口：在酒精发酵时排出的是酒精发酵产生的CO2。在醋酸发酵时排出的是剩余的空气和醋酸菌代谢产生的CO2。长而弯曲的胶管的作用是防止空气中微生物的进入。‎ ‎③为出料口：便于取样检测，及时监测发酵进行的情况。‎ ‎(2)该装置的使用方法。‎ ‎①使用该装置制作果酒时，应该封闭充气口。‎ ‎②制作果醋时，应将充气口连接充气泵，适时输入无菌空气。‎ ‎4.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.果酒和果醋的制作成功的关键点 项目 说明 材料的选 择与处理 选择新鲜的葡萄，榨汁前先将葡萄进行冲洗，再除去枝梗，以防葡萄汁流失及污染。冲洗以洗去灰尘为目的，且不要太干净，以防止洗去野生型酵母菌 防止发酵 液被污染 ‎①榨汁机和发酵瓶等都需清洗干净，且发酵瓶要进行消毒 ‎②清洗葡萄时要先清洗后除枝梗 ‎③发酵瓶排气管用曲颈管不用直管 ‎2.有关果酒、果醋制作的5个易错点 ‎(1)冲洗葡萄时不能反复冲洗：防止洗去野生酵母菌，导致菌种流失，不能正常发酵。‎ ‎(2)葡萄汁装入发酵瓶时，要留有大约1/3的空间：目的是先让酵母菌进行有氧呼吸快速繁殖，耗尽瓶内O2后再进行酒精发酵，防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出。‎ ‎(3)果酒发酵时要适时排气：防止发酵装置爆裂。排气管应用曲颈管而不能用直管。‎ ‎(4)缺氧、酸性的发酵液中酵母菌能正常生长，而其他杂菌生长受抑制。‎ ‎(5)发酵产物并非都是微生物细胞呼吸的产物。酒精是酵母菌无氧呼吸的产物；醋酸不是醋酸菌细胞呼吸的产物，而是醋酸菌特有的代谢过程产生的代谢产物，醋酸菌细胞呼吸的产物是CO2和H2O。‎ ‎1.(2018·海南卷，30)[选修1：生物技术实践]‎ 葡萄酒是葡萄汁经酵母菌发酵而成的，酿制葡萄酒的两个简易装置如图所示。‎ 回答下列问题：‎ ‎(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的优点是_______________________________________________‎ ‎______________________________________________________(答出两点即可)。‎ ‎(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 ‎______________________________________________________________________(答出两点即可)。‎ ‎(3)某同学若用乙装置进行发酵，并设置两个不同处理组(乙A和乙B)，乙A装置中保留一定量的氧气，乙B装置中没有氧气。在其他条件相同且适宜的情况 下，测得一段时间内乙A和乙B中酒精含量的变化趋势及乙A中氧气含量的变化趋势如曲线图所示。图中曲线①②③依次表示________、________、________含量的变化趋势。‎ ‎(4)从细胞呼吸类型看，酵母菌属于________生物；从同化作用的类型看，酵母菌属于________(填“自养”或“异养”)生物。‎ 解析　(1)酿制葡萄酒的原理是利用了酵母菌的无氧呼吸，而酵母菌无氧呼吸的产物除了酒精还有二氧化碳，所以酿酒装置要及时排出二氧化碳，图乙装置排出二氧化碳需要拧松瓶盖才能排出，在拧松瓶盖时会给杂菌污染培养液带来机会，但装置甲不会出现这些问题。‎ ‎(2)葡萄汁装入发酵瓶时，发酵瓶要留有大约1/3的空间，这样既可以为酵母菌大量繁殖提供适量的氧气，又可以防止发酵旺盛时汁液溢出。‎ ‎(3)因乙A装置中保留一定量的氧气，所以在此装置中酵母菌先进行有氧呼吸消耗氧气，然后才进行无氧呼吸产生酒精和二氧化碳，所以曲线①为乙A中的氧气，曲线③为乙A中的酒精；乙B装置中没有氧气，所以在此装置中的酵母菌从开始就进行无氧呼吸产生酒精和二氧化碳，所以曲线②为乙B中的酒精。‎ ‎(4)酵母菌的新陈代谢类型是异养兼性厌氧型。‎ 答案　(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　(3)乙A中的氧气　乙B中的酒精 乙A中的酒精　(4)兼性厌氧　异养 ‎2.(2018·河北衡水期中)如图为某同学设计的酿制苹果醋的基本流程和发酵装置示意图。请回答下列问题：‎ ‎(1)过程①需要先清洗后切块，以减少____________，过程③发酵所需的微生物是________，产生的酒精可以与____________(试剂)发生显色反应。‎ ‎(2)过程④为醋酸发酵，在变酸的酒表面观察到的菌膜是________在液面大量繁殖而形成的。若要对该菌进行初步分离纯化，比较便捷的操作是采用________(填“平板划线”或“稀释涂布平板”)法把它们接种到________(填“固体”或“液体”)培养基上，经培养得到肉眼可见的菌落。‎ ‎(3)在发酵装置示意图中，进行过程④需要将装置中的充气口开关________。果醋的制作是否成功，除了通过观察菌膜的形成、嗅味和品尝进行初步鉴定外，还可以通过检测和比较________________进一步鉴定。‎ 解析　(1)过程①中应先清洗后切块，如果先切块，则内部组织容易被杂菌污染。过程③为苹果汁发酵产生苹果酒的过程，需要酵母菌的参与。酒精可以与酸性重铬酸钾反应变成灰绿色。(2)过程④是醋酸发酵，醋酸菌是好氧菌，因此在变酸的酒表面观察到的菌膜是醋酸菌繁殖形成的。分离纯化醋酸菌，较简单的方法是利用平板划线法将菌种接种到固体培养基上，观察菌落的特征。(3)醋酸菌是好氧菌，醋酸发酵时，需要将发酵装置中的充气口开关打开。醋酸发酵产生了大量的醋酸，可以通过检测和比较醋酸发酵前后的pH进一步鉴定果醋的制作成功与否。‎ 答案　(1)杂菌的污染　酵母菌　酸性重铬酸钾 ‎(2)醋酸菌　平板划线　固体 ‎(3)打开　醋酸发酵前后的pH 考点二　泡菜的制作 泡菜的制作 ‎(1)菌种来源：附着在蔬菜上的乳酸菌。‎ ‎(2)制作流程 泡菜制作过程中条件的控制 ‎(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。 ‎ ‎(4)温度：发酵过程控制在室温即可，最好在26～36 ℃。温度过高，则易滋生杂菌；温度过低，则发酵时间延长。‎ ‎(人教版选修一P10“内文”)分析泡菜在腌制过程中亚硝酸盐的含量变化的原因。‎ 提示　发酵初期，乳酸菌和乳酸的量都比较少，而由于硝酸盐还原菌的活动，亚硝酸盐含量逐渐增加；后期由于硝酸盐还原菌受抑制，同时形成的亚硝酸盐又被分解，因而亚硝酸盐含量下降。‎ ‎(2016·全国卷Ⅲ，39)某同学用新鲜的泡菜滤液为实验材料分离纯化乳酸菌。分离纯化所用固体培养基中因含有碳酸钙而不透明，乳酸菌产生的乳酸能溶解培养基中的碳酸钙。回答下列问题：‎ ‎(1)分离纯化乳酸菌时，首先需要用________对泡菜滤液进行梯度稀释，进行梯度稀释的理由是_________________________________________________________‎ ‎____________________________________________________________________。‎ ‎(2)推测在分离纯化所用的培养基中加入碳酸钙的作用有________和________。分离纯化时应挑选出________的菌落作为候选菌。‎ ‎(3)乳酸菌在－20 ℃长期保存时，菌液中常需要加入一定量的________(填“蒸馏水”、“甘油”或“碳酸钙”)。‎ 解析　(1)分离纯化乳酸菌时，首先需要用无菌水对泡菜滤液进行梯度稀释；进行梯度稀释的理由是在稀释度足够高的菌液里，聚集在一起的乳酸菌将被分散成单个细胞，从而能在培养基表面形成单个的菌落。(2)在分离纯化所用的培养基中加入碳酸钙的作用有中和乳酸菌代谢过程中产生的乳酸和利于乳酸菌的识别和分离；分离纯化时应挑选出在平板上有透明圈的菌落作为候选菌。(3)乳酸菌在－20 ℃长期保存时应使用甘油管藏法，故菌液中常需要加入一定量的甘油。‎ 答案　(1)无菌水　泡菜滤液中菌的浓度高，直接培养很难分离得到单菌落 ‎(2)鉴别乳酸菌　中和产生的乳酸(或酸)　具有透明圈 (3)甘油 澄清易错易混·强化科学思维 ‎[易错易混]‎ 易错点1　果酒制作中，对葡萄“先冲洗再去枝梗”与“不可反复冲洗”的目的分辨不清 点拨　(1)制作果酒使用的葡萄应先冲洗，再除去枝梗，不能反过来，以免除去枝梗时引起葡萄破损，增加被杂菌污染的机会。‎ ‎(2)对于果酒的自然发酵，冲洗不要反复进行，以免使酵母菌数量减少，发酵周期加长，产生的果酒中酒精含量下降。‎ 易错点2　醋酸菌在缺乏O2时并非将酒精转化为醋酸 点拨　醋酸菌是严格的好氧型微生物，它对O2‎ 的含量特别敏感，当进行深层发酵时，即使短时间中断通入O2，也会引起醋酸菌死亡，其将乙醇变为乙醛进而变为醋酸的条件是“糖源不足”而不是“O2不足”。‎ 易错点3　泡菜发酵时间并不是越长越好 点拨　①泡菜的发酵时间长，亚硝酸盐含量低，但是发酵时间过长会产生其他有害物质。‎ ‎②泡菜发酵时间过长，乳酸含量过高，口味不佳。‎ 易错点4　不明确泡菜制作中盐水(清水∶盐＝4∶1)煮沸的两层面意义 点拨　清水和盐的质量比为4∶1，盐水要煮沸后冷却。煮沸有两大作用，一是除去水中氧气，二是杀灭盐水中的其他细菌。‎ ‎[深度纠错]‎ 利用发酵技术生产食品在我国有着悠久的历史，请回答以下问题：‎ ‎(1)酿造葡萄酒的过程中接种的酵母菌中含有醋酸菌，在酒精发酵旺盛时，醋酸菌________(能/不能)将果汁中的糖发酵为醋酸。理由是_______________________‎ ‎____________________________________________________________________。‎ ‎(2)制作泡菜时，所用盐水需煮沸，其目的是________________。泡菜制作过程中，乳酸发酵的过程即为乳酸菌进行________的过程。该过程发生在乳酸菌细胞的________中。‎ ‎(3)下图是该生物活动小组记录的3种食盐浓度下泡菜中的亚硝酸盐含量与发酵天数的关系图。‎ 据图分析选择________浓度的食盐制作，且在________天以后食用较为适宜。‎ 解析　(1)酒精发酵时需要无氧环境，而醋酸菌为好氧菌；(2)制作泡菜时，通过煮沸盐水，可以杀灭杂菌并除去氧气；乳酸发酵是在乳酸菌细胞的细胞质中进行无氧呼吸的过程；(3)依据亚硝酸盐含量最低时选择食盐浓度及发酵天数。‎ 答案　(1)不能　醋酸菌是好氧细菌，而果酒发酵需要无氧环境(或醋酸菌需要在有氧且温度是30～35 ℃条件下，才能将糖转化为醋酸.‎ 而此时发酵罐中的条件是无氧且温度是18～25 ℃)‎ ‎(2)杀灭杂菌、除去溶氧　无氧呼吸　细胞质 ‎(3)5%　11‎ 随堂·真题&预测 ‎1.(2017·江苏卷，25，改编)下图是探究果酒与果醋发酵的装置示意图。下列相关叙述不正确的是(　　)‎ A.改变通入气体种类，可以研究呼吸作用类型对发酵的影响 B.果酒发酵中期通入氮气，酵母菌将从有氧呼吸转变为无氧呼吸 C.果醋的发酵周期与实验设定的温度密切相关 D.气体入口与气体出口可以交换使用 解析　酵母菌是兼性厌氧菌，可进行有氧呼吸和无氧呼吸，通入氧气后，酵母菌进行有氧呼吸，通入其他气体，酵母菌进行无氧呼吸，故改变通入气体种类，可以研究呼吸作用类型对发酵的影响，A正确；果酒发酵中期通入氮气，装置中氧气减少，使酵母菌从有氧呼吸转变为无氧呼吸，B正确；温度影响酶的活性，则果醋的发酵周期与实验设定的温度有密切关系，C正确；气体入口管通入液面以下，气体出口管在液面以上，不能交换使用，D错误。‎ 答案　D ‎2.(2017·全国卷Ⅱ，37)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)根据题干信息可知，该实验的自变量是菌种和发酵时间。‎ ‎(2)容器内上层为有氧环境，底层为无氧环境，若发酵容器内上层大豆的发酵效果比底层的好，则说明该发酵菌是好氧菌。‎ ‎(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，还需延长发酵时间继续进行实验。‎ ‎(4)大豆到豆豉的过程中，蛋白质被蛋白酶分解成小分子肽和氨基酸，脂肪被脂肪酶分解成甘油和脂肪酸。‎ 答案　(1)菌种　发酵时间 ‎(2)好氧菌 ‎(3)延长发酵时间继续进行实验 ‎(4)多肽和氨基酸　甘油和脂肪酸 ‎3.(2020·高考预测)利用发酵技术制作果酒、果醋等产品，是我国劳动人民的智慧结晶。请回答：‎ ‎(1)实验室制作果酒时，将葡萄汁装入发酵瓶要留1/3空间，以保证含有一定量氧气的目的是________________________________。发酵后期，发酵瓶中酒精产生速率下降，最终发酵液中酒精浓度不再增加，出现这种现象的原因是_____________________________________________________________________。‎ ‎(2)与酵母菌相比，醋酸杆菌在细胞结构上的显著特点是________________；与制作果酒相比，利用醋酸杆菌制作果醋需在________________________的条件下完成。‎ 答案　(1)让酵母菌进行有氧呼吸，快速繁殖　营养物质减少；代谢产物积累；环境阻力增大 ‎(2)无核膜包被的细胞核　氧气充足和温度较高(30～35 ℃)‎