第1章 第1节 传统发酵技术的应用（Word教参）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中生物学选择性必修第三册（人教版2024）

第1章　发酵工程 第1节　传统发酵技术的应用 [课标要求] 1.说出发酵与传统发酵技术的概念(生命观念)。　2.说明泡菜、果酒和果醋制作的原理(生命观念)。　3.尝试完成泡菜、果酒和果醋的制作(科学思维、科学探究)。　4.关注食品安全，倡导健康的生活方式(社会责任)。 知识点1　发酵与传统发酵技术1.发酵和传统发酵技术的概念 (1)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。传统发酵以__混合__菌种的__固体__发酵及__半固体__发酵为主。 2．传统发酵技术制作的食品举例 (1)腐乳 ①制作原理 主要是豆腐中所含蛋白质等成分发生生物化学反应生成味道鲜美、易于消化吸收的成分，如：蛋白质小分子的__肽和氨基酸__。 ②相关菌种 多种微生物参与了豆腐的发酵，如__酵母、曲霉、毛霉__等，其中起主要作用的是__毛霉__。 (2)其他发酵食品：酱、酱油、醋、泡菜、__豆豉__等。 【辨正误】 (1)发酵是指人们利用微生物在无氧条件下将原料转化为人类所需要的产物的过程。(　×　) 许多发酵是在有氧条件下进行的。 (2)传统发酵以单一菌种的固体发酵为主。(　×　) 传统发酵是以混合菌种的固体发酵和半固体发酵为主的。 (3)腐乳发酵过程中涉及酵母、曲霉、毛霉等多种微生物，但起主要作用的是毛霉。(　√　) 知识点2　尝试制作传统发酵食品1.制作泡菜 (1)菌种：__乳酸菌__，是__厌氧__细菌，常见的有__乳酸链球菌__和__乳酸杆菌__。 (2)发酵原理：在__无氧__条件下，乳酸菌能将葡萄糖分解为__乳酸__，反应简式如下：　C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋能量　。 (3)制作泡菜的流程 2．制作果酒和果醋 (1)菌种及原理 (2)制作流程 3．制作泡菜、果酒、果醋的微生物及其代谢特点 发酵 产品 所需 菌种 生物 分类 代谢类型 发酵过程对 氧的需求 泡菜 ①__乳酸菌__ 原核 生物 ②__异养厌氧__ 密闭不需氧 果酒 ③__酵母菌__ ④　真核生物　 异养 兼性厌氧 前期需氧， 后期不需氧 果醋 ⑤__醋酸菌__ ⑥__原核生物__ ⑦__异养需氧__ 一直需氧 【辨正误】 (1)制作果酒、果醋及泡菜时，均需密封发酵装置。(　×　) 果醋制作需一直通气，果酒制作前期需通气。 (2)制作泡菜时，盐水煮沸后应立即使用。(　×　) 制作泡菜时，盐水煮沸冷却后再使用，以防高温杀死乳酸菌。 (3)在制作葡萄酒的过程中，应先去除葡萄的枝梗，再进行反复冲洗，这样才可以洗得彻底。(　×　) 在制作葡萄酒的过程中，应先将新鲜葡萄用清水冲洗1～2次，再去除枝梗和腐烂的籽粒，注意不能洗得太干净，以免菌种流失。 (4)在制作果醋时，如果条件适宜，醋酸菌可将果汁中的糖分解成乙酸。(　√　) (5)果酒发酵时，发酵瓶内留有一定空间有利于酵母菌的繁殖。(　√　) 1．(教材P6“探究·实践”)制作泡菜时，为什么需用水密封泡菜坛？为什么泡菜坛只能装八成满？ 提示　用水密封泡菜坛的目的是不让空气进入，创造一个封闭无氧的环境，因为泡菜制作需要无氧条件。菜料装至八成满时，要注入盐水，使盐水没过菜料，防止菜料变质腐烂；如果菜料装得太满，盐水就会太少，盐水浓度不够，不利于发酵催熟。 2．(教材P8“练习与应用”)有3位同学分别采用了3种不同的发酵装置来制作果醋。A同学用的是带盖的塑料瓶；B同学用了没有盖的塑料瓶，在发酵过程中无盖的瓶口一直由捆绑在瓶口的8层纱布覆盖；C同学则设计了如图所示的发酵装置。结合果醋的制作原理，你认为哪一种发酵装置更适合制作果醋？试作具体评价。 提示　C同学设计的发酵装置更适合制作果醋。由于醋酸菌是好氧细菌，A同学用带盖的塑料瓶不能满足醋酸菌对O2的需求，所以A同学所用装置不适合制作果醋。B同学虽然用了没有盖的塑料瓶，满足了醋酸菌对O2的需求，但无盖的瓶口用8层纱布覆盖，并不能阻止空气中的杂菌进入污染发酵液。C同学的发酵装置中，充气口可以连接气泵，通入O2，满足醋酸菌对O2的需求，排气口用一个长而弯曲的胶管可以防止空气中微生物进入污染发酵液，出料口可以用来取样检测菌体数量或醋酸浓度，还可以排放废料，故C同学所用装置更适合制作果醋。 探究点1　泡菜的制作 1．中国古代《齐民要术》中有制作酸菜的详细记录，请思考下列问题： (1)酸菜制作中起作用的微生物是什么？其来源如何？ (2)在发酵初期，会有气泡从坛沿水槽内的水中间歇性溢出，这些气泡是如何产生的？ (3)发酵中期为无氧状态，pH为3.5～3.8，此时坛内其他微生物的活动状态如何？至发酵后期，乳酸菌发酵速度为何逐渐变缓甚至停止？ 提示　(1)乳酸菌；由植物体表面天然携带。 (2)由蔬菜表面的微生物进行细胞呼吸产生CO2所致。　 (3)活动缓慢甚至停止；因pH过低抑制了乳酸菌的生长。 2．某兴趣小组就“泡菜腌制过程中亚硝酸盐含量变化”开展了研究，选取三只相同的泡菜坛，分别编为1号、2号、3号，并置于同一环境中制作泡菜。封坛前进行第一次取样测定亚硝酸盐含量，封坛后定时取样测定，结果如图。请回答下列相关问题： (1)图中数据表明，泡菜在腌制到第__4__天时，亚硝酸盐含量达到最高，腌制到第__11__天以后再食用，可以较好地避免亚硝酸盐对人体健康的危害。 (2)实验中三只坛中亚硝酸盐含量变化有何共性？三只坛中产生的亚硝酸盐含量存在差异，可能的原因是什么？ (3)某同学在制作泡菜前查阅资料得知，可以向泡菜坛中加入一些“陈泡菜水”。 ①他第一次制作出的泡菜“咸而不酸”，造成这个结果最可能的原因是什么？ ②加入“陈泡菜水”的目的是什么？ 提示　(2)在1号、2号、3号坛中，亚硝酸盐的含量变化都表现为先升高后下降，最后基本不变的趋势，其中在第4天时亚硝酸盐含量最高，到第11天时亚硝酸盐的含量下降到相对稳定水平，之后亚硝酸盐的含量基本保持不变；实验中三只坛中产生的亚硝酸盐含量存在差异，可能的原因是各坛中微生物种类和数量存在差异。 (3)①造成泡菜“咸而不酸”的最可能原因是加入的盐过多，抑制了乳酸菌的发酵。 ②加入“陈泡菜水”的目的是提供乳酸菌菌种。 1．与泡菜制作有关的菌类——乳酸菌 生物类型 原核生物 常见种类 乳酸链球菌、乳酸杆菌 分布 广泛分布于空气、土壤、植物体表、人或动物的肠道内 代谢类型 异养厌氧型 生产应用 乳制品的发酵、泡菜的腌制等 发酵原理 C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋能量 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 发酵 时期 乳酸菌含量 乳酸含量 亚硝酸盐含量 发酵 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) 发酵 中期 最多(乳酸抑制其他菌活动) 积累增多，pH下降 下降(硝酸盐还原菌活动受抑制，部分亚硝酸盐被分解) 发酵 后期 减少(乳酸积累，pH下降，抑制其活动) 继续增多，pH继续下降 下降至相对稳定水平(硝酸盐还原菌活动被完全抑制) 曲线 模型 3.泡菜制作中发酵条件的控制 (1)控制严格的厌氧条件的措施 ①选择合适的发酵容器，如泡菜坛。 ②盐水煮沸后冷却待用——煮沸既可杀菌又可除氧。 ③装坛时压实，使盐水没过全部菜料。 ④坛盖边沿用水封口不让空气进入，创造一个封闭无氧的环境，发酵期间不宜开盖，并在发酵过程中注意经常向水槽中补充水。 (2)控制适宜的发酵温度 温度过高易导致杂菌滋生；温度过低不利于乳酸发酵，会使发酵时间延长。 【例1】 (2023·山东)以下是以泡菜坛为容器制作泡菜时的4个处理：①沸盐水冷却后再倒入坛中；②盐水需要浸没全部菜料；③盖好坛盖后，向坛盖边沿的水槽中注满水；④检测泡菜中亚硝酸盐的含量。下列说法正确的是(　　) A．①主要是为了防止菜料表面的醋酸杆菌被杀死 B．②的主要目的是用盐水杀死菜料表面的杂菌 C．③是为了使气体只能从泡菜坛排出而不能进入 D．④可检测到完整发酵过程中亚硝酸盐含量逐渐降低 答案　C 解析　①盐水煮沸是为了杀灭杂菌，冷却之后使用是为了保证乳酸菌等微生物的生命活动不受影响，A项错误；②盐水浸没全部菜料的目的是制造无氧环境，防止菜料变质腐烂，B项错误；③盖好坛盖后，向坛盖边沿的水槽中注满水，可排气减压、隔绝空气、防止杂菌污染等，C项正确；④腌制泡菜过程中，亚硝酸盐的含量先增多后减少，D项错误。 (1)泡菜盐水的配制和处理 ①盐具有杀菌、析出蔬菜中的水分、调味等作用。 ②盐水的用量不能过高，也不能过低，以5%～20%为宜。盐水的用量过高，乳酸发酵受抑制，泡菜风味差；用量过低，杂菌易繁殖，导致泡菜变质。 ③盐水要煮沸后冷却待用。 a．煮沸的作用：一是除去水中的氧气，二是杀灭盐水中的其他微生物。b.冷却的目的：保证乳酸菌等微生物的生命活动不受影响。 (2)用于制作泡菜的蔬菜应新鲜，若放置时间过长，蔬菜中的亚硝酸盐含量相对较高。 (3)装坛操作 ①装至半坛时，放入各种调料的目的是防止注入盐水后调料上浮，使泡菜风味均匀。 ②盐水没过菜料的目的是制作无氧环境，防止菜料变质腐烂。 (4)封口发酵操作：坛盖边沿的水槽中注满水并经常补充水的目的是保证坛内乳酸菌发酵所需的无氧环境。 探究点2　果酒和果醋的制作 从材料的选择和处理及发酵条件的控制等方面分析果酒和果醋制作的相关问题： (1)从防止材料被污染的角度思考是先冲洗葡萄还是先去枝梗，并阐述原因。 (2)为什么将葡萄汁装入发酵瓶时要留1/3的空间？ (3)制作葡萄酒的过程中，每隔12 h左右柠松瓶盖，目的是什么？能否打开瓶盖？为什么？ 提示　(1)应该先冲洗葡萄再去枝梗。防止先去枝梗时损伤葡萄，在冲洗时增加葡萄被杂菌污染的机会。 (2)先让酵母菌进行有氧呼吸快速大量繁殖，消耗完氧气后再进行酒精发酵；同时防止发酵过程中因为产生CO2造成发酵液溢出。 (3)拧松瓶盖的目的是放出发酵过程中产生的CO2，防止发酵瓶爆裂。不能打开瓶盖，因为酵母酒精发酵需要隔绝氧气，同时避免杂菌污染发酵液。 1．果酒制作与果醋制作的比较 项目 果酒制作 果醋制作 发酵菌种 酵母菌 醋酸菌 菌种来源 传统的葡萄酒酿造采用自然发酵，菌种主要是附着在葡萄皮上的野生酵母菌 空气中的野生醋酸菌或购买醋酸菌的菌种或从食醋中分离醋酸菌 发酵条件 温度 一般控制在18～30 ℃ 30～35 ℃ 时间 10～12 d 7～8 d 氧气 前期需氧，后期不需氧 始终需氧 发酵原理 ①在有氧条件下(适于菌种繁殖)： C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O＋能量 ②在无氧条件下(适于产生酒精)： C6H12O62C2H5OH(酒精)＋2CO2＋能量 ①氧气、糖源都充足时： C6H12O6＋2O2 2CH3COOH(乙酸)＋2CO2＋2H2O＋能量 ②缺少糖源时： C2H5OH＋O2 CH3COOH(乙酸)＋H2O＋能量 产物检测 闻气味、品尝、酸性条件下的重铬酸钾(橙色→灰绿色) 闻气味、品尝、酸碱指示剂(pH试纸) 2.发酵装置及各部件的作用解读 3．防止发酵液被污染的措施 (1)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。 (2)挑选新鲜葡萄，去除枝梗和腐烂的籽粒。 (3)先冲洗葡萄，再去除枝梗。 (4)果汁装入发酵瓶后，封闭瓶口。 (5)发酵装置的排气口要通过一个长而弯曲的胶管与瓶身连接。 【例2】 (2024·湖北)制醋、制饴、制酒是我国传统发酵技术。醋酸菌属于好氧型原核生物，常用于食用醋的发酵。下列叙述错误的是(　　) A．食用醋的酸味主要来源于乙酸 B．醋酸菌不适宜在无氧条件下生存 C．醋酸菌含有催化乙醇氧化成乙酸的酶 D．葡萄糖在醋酸菌中的氧化分解发生在线粒体内 答案　D 解析　食用醋的酸味主要来自醋酸，醋酸学名乙酸，A项正确；醋酸菌是好氧型细菌，不适宜在无氧条件下生存，B项正确；在制醋时，缺失糖原的情况下，醋酸菌将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸，因此醋酸菌体内含有催化乙醇氧化成乙酸的酶，C项正确；醋酸菌属于细菌，是原核生物，因此没有线粒体，D项错误。 (1)选择和设计发酵装置的方法——根据发酵过程所需条件来选择和设计发酵装置： ①酒精发酵和制作泡菜均需要隔绝空气，因此必须选择密封性较好的装置；醋酸发酵则需要充足的氧气，同时还需避免杂菌随空气进入发酵装置中造成污染。 ②大规模生产过程中所选的设备必须满足可连续培养、实时监测等基本要求。 (2)发酵条件的控制 ①葡萄汁装入发酵瓶中时，要留有大约1/3的空间，目的是先让酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖，待耗尽瓶中O2后，再进行酒精发酵，同时防止发酵过程中产生的CO2使发酵液溢出。 ②酒精发酵过程中先通O2以利于酵母菌大量繁殖，然后关闭充气口以利于酵母菌进行酒精发酵。发酵过程中，适时打开排气口，排出产生的CO2。醋酸发酵为有氧发酵，需适时通过充气口充入无菌空气。 ③严格控制温度：18～30 ℃有利于酵母菌的酒精发酵；30～35 ℃有利于醋酸菌的醋酸发酵。 核心知识小结 [网络构建] [答题必备] 1．发酵是指人们利用微生物，在适宜条件下，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。 3．腐乳制作：因为经过微生物的发酵，豆腐中的蛋白质被分解成小分子的肽和氨基酸，味道鲜美，易于消化吸收，其中起主要作用的是毛霉。 4．参与泡菜、果酒、果醋制作的主要菌种分别是乳酸菌、酵母菌、醋酸菌，进行泡菜制作需保持厌氧环境，进行果醋制作需通氧，酒精发酵时前期也需要氧。 1．下列有关传统发酵技术的叙述，正确的是(　　) A．发酵所用的微生物均为原核生物 B．不同发酵产品所用原料必定不同 C．传统发酵均需在通气条件下进行 D．发酵所用菌种都是天然存在的微生物 答案　D 解析　传统发酵技术所用微生物中的酵母菌(制作果酒)、毛霉(制作腐乳)等真菌为真核生物，醋酸菌(制作果醋)、乳酸菌(制作泡菜)等细菌为原核生物，A项错误；制作果酒、果醋所用原料可以相同，如可利用葡萄制作葡萄酒或葡萄醋，B项错误；制作果酒和制作泡菜所需菌种分别为酵母菌(兼性厌氧)、乳酸菌(厌氧)，均需隔绝空气，而制作果醋所需菌种为醋酸菌(好氧)，需通入无菌空气，C项错误；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，所用菌种都是天然存在的微生物，D项正确。 2．制作果酒、果醋和泡菜的共同点是(　　) A．菌种为异养原核生物 B．将原料灭菌后再发酵 C．保证无氧环境下发酵 D．发酵液最终呈现酸性 答案　D 解析　果酒制作时所需的微生物是酵母菌，它是异养兼性厌氧真菌，属于真核生物；果醋制作时所需的微生物是醋酸菌，属于异养需氧细菌，属于原核生物；泡菜制作时所需的微生物是原核生物中的乳酸菌，属于异养厌氧细菌，A项错误；灭菌是杀灭物体内外所有的微生物，在制作果酒、果醋和泡菜时对原料只进行了清洗，并没有进行灭菌，B项错误；醋酸菌是需氧菌，有氧条件下进行发酵，C项错误；果酒制作时会产生CO2，所以发酵液是酸性的，果醋、泡菜制作时产生醋酸和乳酸，所以发酵液也呈酸性，D项正确。 3．下列关于泡菜发酵的叙述，不正确的是(　　) A．泡菜发酵过程中产生亚硝酸盐，某些条件下可转化为致癌物质亚硝胺 B．煮沸泡菜盐水的目的是除去水中的氧气和杀灭盐水中的其他杂菌 C．制作泡菜利用的菌种是乳酸菌，其代谢类型为异养厌氧型 D．泡菜腌制时间过长，容易造成细菌大量滋生，亚硝酸盐含量增加 答案　D 解析　泡菜制作过程中会产生亚硝酸盐，若摄入体内的亚硝酸盐含量过多，在特定的条件下会转化成亚硝胺，亚硝胺是化学致癌因子，可导致细胞癌变，A项正确；制作泡菜所用菌种为乳酸菌，其代谢类型为异养厌氧型，为制造无氧条件，需煮沸泡菜盐水以除去水中的氧气，同时还可杀灭盐水中的其他杂菌，B、C项正确；泡菜腌制时间过短，容易造成细菌大量滋生，亚硝酸盐含量增加，而在整个发酵过程中，亚硝酸盐的含量表现为先增加后减少的趋势，D项错误。 4．几百年来，王村“酿酒拌醋”的生产制作工艺日臻成熟和完美，故有“山东醋都”的美誉。如图是王村苹果醋生产加工流程图，下列相关叙述错误的是(　　) A．过程①需要对苹果进行选择、清洗 B．过程②的温度要求低于过程③ C．过程③需要在无氧条件下进行 D．过程④需要进行调配、杀菌等操作 答案　C 解析　过程①需要对苹果进行选择、清洗，A项正确；酒精发酵的适宜温度是18～30 ℃，醋酸发酵的适宜温度是30～35 ℃，B项正确；醋酸菌属于好氧细菌，醋酸发酵时需要持续通入无菌空气，C项错误；过程④需要进行调配、杀菌等操作，D项正确。 (2024·6月浙江)阅读下列材料，完成下面小题。 柿子具有较高的营养价值和药用价值。采用液体发酵法可酿制出醋香浓郁、酸味纯正的柿子醋，提高了柿子的经济价值。柿子醋的酿造工艺流程如图所示。 5．下列关于酒精发酵和醋酸发酵的叙述，错误的是(　　) A．酒精发酵是吸能反应 B．酒精发酵在无氧条件下进行 C．醋酸发酵是放能反应 D．醋酸发酵在有氧条件下进行 答案　A 解析　酒精发酵是利用的酵母菌的无氧呼吸，分解有机物释放能量，属于放能反应，A项错误；酒精发酵利用的是酵母菌的无氧呼吸，需要在无氧条件下进行，B项正确；醋酸发酵利用的是醋酸菌的有氧呼吸，分解有机物释放能量，属于放能反应，C项正确；醋酸发酵利用的是醋酸菌的有氧呼吸，需要在有氧条件下进行，D项正确。 6．下列关于柿子醋酿造过程的叙述，错误的是(　　) A．加酶榨汁环节加入果胶酶，有利于提高柿子汁产量 B．酒精发酵前可对柿子汁进行杀菌，以利于酒精发酵 C．若柿子酒的酒精度过高，应稀释后再用于醋酸发酵 D．用不同品种和成熟度的柿子酿造的柿子醋风味相同 答案　D 解析　加酶榨汁环节加入果胶酶，可破坏其细胞壁，有利于提高柿子汁产量，A项正确；酒精发酵前可以可对柿子汁进行杀菌，再接种酵母菌，以利于酒精发酵，B项正确；醋酸菌是好氧细菌，当氧气糖源充足时可以将糖分解成乙酸，当缺少糖源时可以将乙醇转化为乙醛，再将乙醛转化为乙酸，因此若柿子酒的酒精度过高，应稀释后再用于醋酸发酵，可缩短发酵进程，C项正确；用不同品种和成熟度的柿子酿造的柿子醋风味不相同，D项错误。 7．(2024·河北改编)中国传统白酒多以泥窖为发酵基础，素有“千年老窖万年糟”“以窖养糟，以糟养泥”之说。多年反复利用的老窖池内壁窖泥中含有大量与酿酒相关的微生物。下列叙述不正确的是(　　) A．传统白酒的酿造是在以酿酒酵母为主的多种微生物共同作用下完成的 B．窖池内各种微生物形成了相对稳定的体系，使酿造过程不易污染杂菌 C．从窖泥中分离的酿酒酵母扩大培养时，需在CO2或N2环境中进行 D．从谷物原料发酵形成的酒糟中，可分离出产淀粉酶的微生物 答案　C 解析　白酒的酿造主要依靠酿酒酵母，由于窖泥中含有大量与酿酒相关的微生物，故传统白酒的酿造是在以酿酒酵母为主的多种微生物共同作用下完成的，A项正确；窖池内各种微生物形成了相对稳定的体系，且酿造过程产生的酒精也会抑制杂菌的生长与繁殖，使酿造过程不易污染杂菌，B项正确；酵母菌是兼性厌氧菌，与无氧呼吸相比，细胞有氧呼吸产生的能量更多，更能满足酵母菌大量繁殖时的需求，因此，对分离的酿酒酵母扩大培养时需要在有氧的条件下进行，C项错误；谷物原料如高粱、玉米、大米等富含淀粉，因此从谷物原料发酵形成的酒糟中可分离出产淀粉酶的微生物，D项正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$