2023-2024学年 人教版 选择性必修三　传统发酵技术的应用 学案

第1节传统发酵技术的应用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．运用结构与功能观认识乳酸菌、酵母菌和醋酸菌的结构特点和代谢特点。2．运用发酵原理，设计并完成利用天然菌种制作泡菜、果酒和果醋的实验探究并对实验结果进行分析和评价。3．关注食品安全和健康的生活方式。一、发酵与传统发酵技术1．发酵的概念和原理(1)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)原理：不同的微生物具有产生不同代谢物的能力，因此利用它们就可以生产出人们所需要的多种产物。(3)实例：腐乳的发酵①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。②发酵微生物：多种微生物，如酵母、曲霉和毛霉等，其中起主要作用的是毛霉。2．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)类型：传统发酵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。(3)发酵产品：利用传统发酵技术制作的食品有腐乳、酱、酱油、醋、泡菜和豆豉等。夏禹时期，已有了关于杜康造秫酒的传说。白酒一般是以谷物为原料，加酒曲发酵而成的。酿酒加酒曲的目的是什么？提示：酒曲里富含各种微生物和发酵菌，酒曲与粮食混合后，这些微生物会产生淀粉酶、糖化酶、蛋白酶等，能使粮食里的淀粉、蛋白质转化成糖类、氨基酸等，在酶类物质的继续作用下，进而分解成乙醇(酒精)等。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(常见类型为乳酸链球菌和乳酸杆菌)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，反应简式为C6H12O6酶2C3H6O3(乳酸)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C6H12O6酶2C2H5OH(酒精)＋2CO2＋能量。酿酒酵母的最适生长温度约为28②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、糖源都充足时能通过复杂的化学反应将糖分解成乙酸，反应简式为C6H12O6＋2O2酶2CH3COOH(乙酸)＋2H2O＋2CO2＋能量；当缺少糖源时则直接将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为乙酸，反应简式为C2H5OH＋O2酶CH3COOH(乙酸)＋H2O＋能量。多数醋酸菌的最适生长温度为30②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。↓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。↓封坛发酵：盖好坛盖，向坛盖边沿的水槽中注满水，发酵过程中注意经常向水槽中补充水，室温发酵。制作泡菜时，盐水需煮沸并冷却后才可使用，原因是什么？提示：煮沸的目的：一是除去水中的氧气，二是杀灭盐水中的微生物。冷却的目的是防止盐水温度过高，杀死坛内的微生物。3．制作果酒和果醋(1)菌种来源新鲜水果的果皮表面附着的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。↓冲洗：取新鲜葡萄，用清水冲洗1～2次，再去除枝梗和腐烂的籽粒，沥干。↓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。↓果酒发酵：温度控制在18～30℃，每隔12h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10～12d。↓果醋发酵：葡萄酒制作完成后，打开瓶盖，盖上一层纱布，进行葡萄醋的发酵。发酵温度为30～35℃，时间为7～8d。上述步骤中，每隔12h左右就要将瓶盖拧松一次，但又不打开，这样做的目的是什么？提示：使二氧化碳排出，不打开瓶盖是防止氧气和杂菌进入。(正确的打“√”，错误的打“×”)1．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。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．葡萄酒的深红色来自红葡萄皮中的色素。 (√)6．在葡萄酒的制作过程中，采摘的葡萄应反复冲洗，且要先去除枝梗再冲洗。 (×)提示：采摘的葡萄应用清水冲洗1～2次，冲洗后再去除枝梗。泡菜的制作泡菜制作的流程1．制作泡菜时，营造“无氧环境”的措施有哪些？提示：(1)选择的泡菜坛密封性要好；(2)加入蔬菜后要注入煮沸并冷却的盐水，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水。2．制作传统泡菜时无需严格灭菌，但随着发酵的进行，乳酸菌逐渐成为优势菌种，试分析其原因。提示：泡菜坛内形成了缺氧、酸性环境，不利于大多数微生物生长。3．某同学第一次制作出的泡菜“咸而不酸”，请分析造成这个结果最可能的原因是什么？提示：可能是食盐的浓度过高，发酵温度过低等原因导致泡菜未正常发酵。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项目乳酸菌乳酸亚硝酸盐初期少(有氧气，乳酸菌活动受抑制)少增加(硝酸盐还原菌的作用)中期最多(乳酸抑制其他菌活动)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)后期减少(乳酸继续积累，pH继续下降，抑制自身活动)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2．泡菜制作的注意事项(1)泡菜坛的选择：选择火候好、无裂纹、无砂眼、坛沿深、盖子吻合好的泡菜坛。(2)原料的选择：选择新鲜蔬菜，其中含有硝酸盐，若放置时间过长，硝酸盐易被还原成亚硝酸盐，增加泡菜中亚硝酸盐的含量。(3)装坛：蔬菜装至八成满，不能装满泡菜坛，因为蔬菜刚入坛时，其表面带入的微生物进行发酵会产生较多的CO2，蔬菜装至八成满，可以防止发酵液溢出。(4)发酵：坛盖边沿的水槽中注满水，并经常向水槽中补水，以保证乳酸菌发酵所需要的无氧环境。(5)腌制过程：控制好发酵的时间和温度。若温度过高，则易滋生杂菌；若温度过低，则发酵时间延长。时间过短，会造成细菌大量繁殖，亚硝酸盐含量增加；泡菜的发酵时间过长，亚硝酸盐含量低，乳酸含量会过高，造成口味不佳。1．制作泡菜时，加入一部分“陈泡菜水”效果较好，这样做的目的是什么？提示：“陈泡菜水”中含有乳酸菌，可快速发酵产生乳酸。2．泡菜坛内有时会长一层白膜，这层白膜是什么？提示：白膜是产膜酵母繁殖而形成的。酵母菌是兼性厌氧微生物，泡菜发酵液营养丰富，在发酵初期，发酵液表面氧气含量较高，适合酵母菌繁殖。1．泡菜在我国“食材谱系”中已有数千年历史，其中广东泡菜以爽脆出名，而且口味酸甜。各种应季的蔬菜，如白萝卜、红萝卜、小黄瓜、高丽菜等均可作为泡菜的原料，经发酵后，在口感上比新鲜蔬菜更爽脆，既好吃，又助消化。下列关于泡菜制作的叙述，错误的是()A．沸水短时处理原料可抑制果胶酶活性，使成品泡菜口感较脆B．腌制方法、时间长短和温度高低均影响泡菜中的亚硝酸盐含量C．利用水密封泡菜坛的目的是给泡菜坛内创造无氧环境D．坛盖边沿的水槽“泡”中的气体是乳酸菌经细胞呼吸产生的D[果胶酶可以水解果胶，进而使原料柔软，因此利用沸水短时间处理原料，可通过抑制果胶酶活性使成品泡菜口感较脆，A正确；腌制方法、时间长短和温度高低均影响泡菜中的亚硝酸盐含量，B正确；乳酸菌属于厌氧生物，利用水密封泡菜坛的目的是给泡菜坛内创造无氧环境，C正确；乳酸菌无氧呼吸产生乳酸，没有气体产生，坛盖边沿的水槽“泡”中的气体是发酵初期酵母菌、大肠杆菌等经细胞呼吸产生的，D错误。]2．请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的氧气。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)乳酸菌为厌氧细菌，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的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(或泡菜坛内形成了缺氧、酸性环境，不利于大多数微生物生长)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。果酒和果醋的制作果酒和果醋制作的流程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)清洗葡萄时应先冲洗再去除枝梗。(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，不要完全打开瓶盖，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．果酒与果醋制作的比较果酒制作果醋制作发酵菌种来源附着在葡萄皮上的野生型酵母菌空气中的醋酸菌分类地位单细胞真核生物单细胞原核生物繁殖方式出芽生殖、孢子生殖二分裂生殖代谢类型异养兼性厌氧型异养需氧型发酵条件温度18～30℃30～35℃时间10～12d7～8d氧气前期需氧，后期无氧一直需要充足氧气pH酸性酸性结果检测酒精与酸性的重铬酸钾溶液反应呈现灰绿色反应液pH下降联系醋酸发酵可以在酒精发酵的基础上进行，酒精发酵为醋酸发酵提供原料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，酵母菌主要进行有氧呼吸，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果醋发酵时产生的乙酸溶于发酵液，使发酵液pH下降，最后趋于稳定。3．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.选择新鲜的葡萄冲洗1～2次，去除枝梗后榨汁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[选择新鲜的葡萄冲洗1～2次，去除枝梗后榨汁，A正确；葡萄汁不能装满，应装至玻璃瓶的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；醋酸菌是好氧细菌，故醋酸发酵时应去除瓶盖，加一层纱布，D正确。]4．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]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＋6H2O酶6CO2＋12H2O＋能量、C6H12O6酶2C2H5OH(酒精)＋2CO2[答案](1)醋酸发酵(2)除去污物反复冲洗(3)酒精发酵醋酸发酵泵入无菌空气(或无菌氧气)(4)酵母菌CO2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。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)甲装置的集气管有助于维持甲装置的发酵瓶中气压相对稳定，与乙装置相比，用甲装置酿制葡萄酒有哪些优点？(2)葡萄汁装入甲、乙培养瓶时，要留有约1/3的空间，这种做法的目的是什么？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。1．核心概念(1)发酵：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。(2)传统发酵：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．结论语句(1)乳酸菌是厌氧细菌；醋酸菌是好氧细菌；酵母菌是兼性厌氧型真菌。(2)传统发酵食品的制作过程中，没有接种菌种，而是利用了天然存在的菌种。1．下列不属于传统发酵技术制作的食品的是()A．酱 B．泡菜C．豆豉 D．果汁D[果汁是榨取的水果的汁液，不属于传统发酵技术制作的食品。]2．在果酒、果醋、腐乳和泡菜的制作过程中，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．用白萝卜制作泡菜的过程中，采用适当方法可缩短腌制时间。下列方法中错误的是()A．将白萝卜切成小块B．向容器中通入无菌空气C．添加已经腌制过的泡菜汁D．用沸水短时处理白萝卜块B[将白萝卜切成小块可以扩大白萝卜与腌料的接触面积，缩短腌制时间，A正确；泡菜制作所需菌种为乳酸菌，制作过程中应保持无氧环境，向容器中通入无菌空气不利于腌制，B错误；泡菜汁中含有一定量的发酵菌种，所以在腌制过程中，加入一些已经腌制过的泡菜汁可缩短腌制时间，C正确；用沸水短时处理，可抑制果胶酶的活性，提高泡菜品质，D正确。]4．(2021·海南等级考)关于果酒、果醋和泡菜这三种传统发酵产物的制作，下列叙述正确的是()A．发酵所利用的微生物都属于原核生物B．发酵过程都在无氧条件下进行C．发酵过程都在同一温度下进行D．发酵后形成的溶液都呈酸性D[参与果酒制作的微生物是酵母菌，属于真核生物，A错误；参与果醋制作的醋酸菌是好氧细菌，因此果醋发酵需要有氧条件，B错误；不同的发酵产物需要的温度不同，C错误；果酒、果醋和泡菜发酵后形成的溶液都呈酸性，D正确。]5．杨梅果实风味独特，酸甜适中，具有很高的营养价值和保健价值。下面是制作杨梅酒和杨梅醋的流程。请回答下列问题。制取发酵液：向杨梅汁中加入白砂糖，将糖的质量分数调至8%，灭菌冷却→酒精发酵：接种酵母菌，恒温发酵→果醋发酵：加入酒精，接种醋酸菌→取样检测：对发酵产物进行检测(1)传统发酵中，发酵液虽然未经过严格的灭菌处理，但杂菌却不能正常生长繁殖，这是由于果酒发酵的____________条件抑制了杂菌的生长。(2)果酒制作过程中，酵母菌无氧呼吸产生酒精的场所是______________，该阶段应该将温度控制在________；温度适宜时果酒发酵时间较短，原因是____________________________________________。(3)杨梅醋的发酵过程中，除去必需的营养物质外，还需要往发酵液中持续地通入________，发生的化学反应式是________________________。(4)下图表示果酒发酵过