第1章 第1节 传统发酵技术的应用（教用Word）-【金榜题名】2025-2026学年高二生物选择性必修3 生物技术与工程同步学案（人教版）

本讲义作为高中生物学发酵工程章节的核心内容，系统梳理传统发酵技术的概念、菌种特性及应用，以乳酸菌（泡菜）、酵母菌（果酒）、醋酸菌（果醋）为学习支架，串联代谢类型（厌氧/兼性厌氧/需氧）、反应式及发酵条件控制，构建从基础原理到实践操作的知识脉络。 该资料突出探究实践与科学思维培养，通过“新知探究”模块设计泡菜无氧环境营造、果酒果醋装置分析等问题链，结合实验流程分解与变量控制实例（如盐水煮沸冷却、发酵温度梯度），强化科学探究能力。“自学诊断”与“核心语句必背”助力课后巩固，既体现对传统发酵智慧的态度责任认同，又提升课中教学效率与课后知识查漏效果。

第1章　发酵工程 第1节　传统发酵技术的应用 学习目标 素养要求 1.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。 2．开展相关的教学活动：利用乳酸菌发酵制作酸奶或泡菜；利用酵母菌、醋酸菌分别制作果酒和果醋。 1.了解发酵与传统发酵技术，认同我国劳动人民的创造力。(社会责任) 2．设计果酒和果醋的制作流程，并探究果酒和果醋制作过程中发酵条件的控制。(科学探究) 一、发酵与传统发酵技术 1．发酵的概念 发酵是人们利用微生物，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 (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：以混合菌种的固体发酵和半固体发酵为主。 (3)常见食品：酒、腐乳、酱、酱油、醋、泡菜和豆豉等。 二、尝试制作传统发酵食品：泡菜 1．菌种——乳酸菌 (1)常见种类：乳酸链球菌和乳酸杆菌。 (2)代谢类型：厌氧型，在无氧条件下，将葡萄糖分解成乳酸，反应式为C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋能量。 (3)应用：乳制品发酵、泡菜的腌制等。 2．泡菜制作的流程 配制盐水：按清水与盐的质量比为4∶1的比例配制好后煮沸冷却待用 ↓ 原料加工：选取新鲜的蔬菜，切分成条状或片状，晾干后放于坛内，装至半坛时，放入调味品，继续装至八成满 ↓ 装坛：徐徐注入配制好的盐水，使盐水没过全部菜料，盖好坛盖 ↓ 封坛发酵：向坛盖边沿的水槽中注满水，发酵时间长短受室内温度的影响 ↓ 三、尝试制作传统发酵食品：制作果酒和果醋 1．果酒的制作原理 (1)菌种：酵母菌。 ①代谢类型：兼性厌氧型。 ②最适生长温度：28_℃左右。 ③应用：酿酒、制作馒头和面包等。 (2)发酵原理： ①在有氧条件下，进行有氧呼吸，大量繁殖，反应式为C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O＋能量。 ②在无氧条件下，进行酒精发酵，反应式为C6H12O62C2H5OH(酒精)＋2CO2＋能量。 2．果醋的制作原理 (1)菌种：醋酸菌。 ①代谢类型：需氧型。 ②最适生长温度：30～35_℃。 ③应用：制作各种风味的醋。 (2)发酵原理： ①当O2、糖源都充足时将糖分解为醋酸，反应式为C6H12O6＋2O22CH3COOH(醋酸)＋2H2O＋_2CO2＋能量。 ②当缺少糖源时，则将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为醋酸，反应式为C2H5OH＋O2CH3COOH(醋酸)＋H2O＋能量。 3．果酒和果醋的制作流程 (1)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。 (2)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。 (3)用榨汁机榨取葡萄汁，将葡萄汁装入发酵瓶中(注意：要留有大约1/3的空间)，盖好瓶盖。 (4)将温度控制在18～30 ℃进行发酵。在发酵过程中，每隔12 h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10～12 d。可通过从发酵瓶口取样来对发酵的情况进行监测。 (5)当葡萄酒制作完成后，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7～8 d。 4．传统发酵食品的制作过程中，利用天然存在的菌种会造成发酵食品的品质不一。为了缩短发酵时间，确保品质稳定，工业生产中会先通过微生物培养技术获得单一菌种，再将它们接种到物料中进行发酵。 [自学效果诊断] 1．判正误 (1)制作泡菜的原理是乳酸菌有氧呼吸产生乳酸。( × ) (2)泡菜坛要选择密封性好的坛子。( √ ) (3)泡菜制作时间与温度有关系。( √ ) (4)制作葡萄酒的过程中，要定时拧松瓶盖放出CO2。( √ ) (5)葡萄酒的自然发酵中，起主要作用的是野生型酵母菌。( √ ) (6)制作果酒和果醋的连续过程中要保持温度恒定。( × ) 2．微思考 (1)在泡菜制作的发酵过程中，为什么要经常向泡菜坛的水槽中补充水？ 提示：为了保证坛内乳酸菌发酵所需的无氧环境。 (2)利用酵母菌进行酒精发酵过程中为什么打开瓶盖一段时间再进行密封？ 提示：打开瓶盖的目的是使酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖，密封的目的是使酵母菌进行酒精发酵产生酒精。 (3)在制葡萄醋时，为什么要打开瓶盖？ 提示：醋酸菌是好氧细菌，在将糖或酒精变为醋酸时需要氧的参与，因此要适时向发酵液中充气。 新知探究一　泡菜制作过程中乳酸菌、乳酸含量的变化 1．举例说明泡菜制作过程是如何营造无氧环境的？ 提示：装至八成满时，再加入盐水没过全部菜料，盖好坛盖，将泡菜坛盖边沿水槽中注满水等，在发酵过程中经常向水槽中补充水。 2．配制的盐水为什么要先煮沸，再冷却使用？ 提示：煮沸一是为了杀死盐水中的杂菌，二是为了排出溶解的氧气；冷却是防止温度过高杀死发酵液中的乳酸菌。 3．发酵初期发酵坛的水槽内会间歇性有气泡冒出，为什么？ 提示：酵母菌等微生物呼吸产生CO2。 4．为什么泡菜坛内有时会长一层白膜？你认为这层白膜是怎么形成的？ 提示：形成白膜是由于产膜酵母的繁殖。酵母菌是兼性厌氧微生物，泡菜发酵液营养丰富，其表面氧气含量也很丰富，适合酵母菌繁殖。 [核心归纳] 1．泡菜腌制过程中乳酸菌、乳酸变化 乳酸菌 乳酸 发酵初期 少(有O2，乳酸菌活动受抑制) 少 发酵中期 最多(乳酸抑制其他菌活动) 增多 发酵后期 减少(乳酸继续积累，pH继续下降，抑制其活动) 继续增多 含量变 化曲线 2.泡菜制作的注意事项 (1)泡菜坛的选择：应选择火候好、无裂纹、无砂眼、坛沿深、盖子吻合好的泡菜坛。 (2)盐水按水盐质量比为4∶1配制，盐的用量过高，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。煮沸冷却后待用。 (3)控制严格的厌氧条件 ①选择合理的发酵容器，如泡菜坛，这是一种既科学又简单的厌氧容器。 ②盐水煮沸后冷却待用。 ③装坛时压实，盐水没过全部菜料。 ④泡菜坛用水封口不让空气进入，创造一个封闭无氧的环境，故发酵期间不宜开盖，并注意在发酵过程中经常补水。 (4)控制适宜的发酵温度 温度过高易滋生杂菌，过低不利于乳酸发酵，会使发酵时间延长。 (5)控制发酵时间 发酵时间过短，会造成细菌大量繁殖，亚硝酸盐含量增加。 [典题应用] 1．制作泡菜时要用特殊的坛子，坛子需加水密封，密封坛口的目的是(　　) A．隔绝空气，抑制细菌繁殖 B．阻止尘埃，防止污染 C．造成缺氧环境，利于乳酸菌发酵 D．防止污染，有利于醋酸菌发酵 解析：选C　制作泡菜利用的微生物主要是乳酸菌，为厌氧型微生物，加水封坛是为了营造无氧环境，有利于乳酸菌发酵。 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，乳酸菌相比于酵母菌，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 新知探究二　果酒和果醋的制作 1．如图为果酒和果醋制作的实验装置图，据图分析： (1)甲、乙、丙的作用分别是什么？ 提示：通入空气(氧气)、排气、取样(对发酵的情况进行及时的监测)。 (2)图中发酵瓶中葡萄汁的量是否恰当？为什么？ 提示：不恰当，因为葡萄汁的量不能超过发酵瓶体积的2/3，而且不能将排气口淹没。 (3)为什么果酒搁置时间过久会有酸味？ 提示：醋酸菌在缺乏糖源时，可以将酒精转化为乙醛，再将乙醛转化为醋酸。 2．果酒制作时，应该从哪些方面防止发酵液被污染？(至少答两点) 提示：需要从发酵制作的过程进行全面的考虑，因为操作的每一步都可能混入杂菌。例如：榨汁机、发酵装置要清洗干净；每次排气时只需拧松瓶盖、不要完全打开瓶盖等。 [核心归纳] 1．果酒制作与果醋制作的比较 果酒制作 果醋制作 发酵菌种 酵母菌 醋酸菌 续表 果酒制作 果醋制作 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型酵母菌 购买醋酸菌的菌种或从食醋中分离醋酸菌 发酵产物 酒精、二氧化碳 醋酸、水 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 初期需氧，后期不需氧 始终需要氧 2.果酒、果醋发酵装置 (1)各部位的作用： ①充气口：在醋酸发酵时连接充气泵进行充气。 ②排气口：排出酒精发酵时产生的CO2；与排气管相连的长而弯曲的胶管，可有效阻止空气中微生物的进入，避免来自空气的污染。 ③出料口：用来取样。 (2)装置的使用：使用该装置制作果酒时，应该关闭充气口；制作果醋时，应将充气口连接充气泵，输入空气。 [特别提醒]　果酒、果醋制作中防止杂菌污染的措施 (1)榨汁机要洗净并晾干，发酵瓶要清洗干净并用体积分数为70%的酒精消毒。 (2)清洗葡萄时要先冲洗后除去枝梗，以避免除去枝梗时引起葡萄破损，增加被杂菌污染的机会。 (3)装入葡萄汁后要封闭发酵装置的充气口。 (4)发酵瓶的排气管用曲颈管而不用直管。若用简易的发酵装置，每隔一定时间排气时只需拧松瓶盖，不要完全打开瓶盖。 [典题应用] 3．下列有关酵母菌和醋酸菌的叙述，不正确的是(　　) A．两者的正常繁殖都离不开氧气 B．在无氧条件下，酵母菌可以生产酒精，醋酸菌则不能生产醋酸 C．两者都是异养生物，生存都离不开葡萄糖 D．醋酸菌可以酵母菌的某种代谢产物为原料来合成醋酸 解析：选C　醋酸菌是好氧型生物，在氧气充足的环境中才能完成其正常的生理活动；酵母菌属于兼性厌氧型生物，在有氧和无氧环境中都能生存，但其无氧呼吸产生的能量少，仅能满足其自身代谢的需求，基本不繁殖，所以两者的正常繁殖都离不开氧气。醋酸菌在缺乏糖源时，能以酒精为原料合成醋酸，而酵母菌在无氧环境中能产生酒精。 4．很久以前，勤劳的中国人就发明了制作醪糟(也称甜酒)的技术并沿用至今。醪糟的制作需要泉水、糯米和酒曲(含根霉菌)等，其大致流程如下： ―→―→―→―→―→―→ 有关分析错误的是(　　 ) A．将发酵容器完全密封可促进根霉菌的繁殖并缩短发酵时间 B．根霉菌产生的某些酶，可使淀粉大量分解为麦芽糖、葡萄糖 C．发酵过程中先变甜，后来水，然后才产生一定浓度的酒精 D．与发酵前相比，醪糟中营养物质种类增加，有机物总量降低 解析：选A　根霉菌的繁殖需要氧气，故发酵容器初期需要通入空气，A错误；根霉菌可以产生淀粉酶，能够将淀粉水解为麦芽糖，并最终水解为葡萄糖，作为发酵的原料，B正确；由于淀粉水解为葡萄糖等物质，故发酵过程先变甜，后由于微生物有氧呼吸可产生水，此后进行无氧呼吸产生酒精，C正确；由于有机物的氧化分解，与发酵前相比，醪糟中营养物质种类增加，有机物总量降低，D正确。 [核心语句必背] 1．用于泡菜制作、果酒和果醋制作的菌种分别是乳酸菌、酵母菌和醋酸菌。 2．三种发酵成功的关键是对氧气的严格控制，即泡菜制作、酒精发酵需控制无氧条件，而醋酸发酵则需充足的氧气。 3．在葡萄酒的自然发酵中，菌种来源于附着在葡萄皮上的野生型酵母菌。 4．酒精发酵、醋酸发酵应控制的温度范围分别为：18～30 ℃、30～35 ℃。 1．下列有关传统发酵技术的叙述，错误的是(　　) A．醋酸菌在无氧条件下利用乙醇产生醋酸 B．酵母菌在无氧条件下利用葡萄汁产生酒精 C．泡菜腌制利用了乳酸菌的乳酸发酵 D．腐乳制作利用了毛霉等微生物的蛋白酶和脂肪酶 解析：选A　醋酸菌是好氧型细菌，能在氧气充足的情况下将乙醇转化为醋酸；酵母菌在无氧条件下利用葡萄糖产生酒精；泡菜利用的是乳酸菌的发酵；腐乳的制作利用了毛霉等微生物的蛋白酶和脂肪酶。 2．在制作泡菜的过程中，下列描述不正确的是(　　) A．配制质量百分比为5%～20%的盐水 B．制作泡菜时，原料要接种乳酸菌 C．盐水入坛前要煮沸冷却，以防污染 D．在坛盖边沿的水槽中要注满水，以保证坛内的无氧环境 解析：选B　配制盐水时，清水与盐的质量比为4∶1，盐水煮沸，可除杂菌、防污染；冷却后加入的目的是防止杀死菌种；乳酸菌的异化作用类型为厌氧型，应保证坛内的无氧环境；制作泡菜用的是自然条件下的菌种，无需人为添加。 3．某同学设计了如图所示的发酵装置，下列有关叙述不正确的是(　　) A．该装置可阻止空气进入，用于果酒发酵 B．该装置便于果酒发酵中产生的气体排出 C．去除弯管中的水，该装置可满足果醋发酵时底层发酵液中大量醋酸菌的呼吸 D．去除弯管中的水后，该装置与巴斯德的鹅颈瓶作用相似 解析：选C　图中球形U形弯管充满水，营造封闭的无氧环境，可阻止空气进入，有利于果酒发酵；果酒发酵中产生的CO2使瓶内气压增大，该装置可以实现CO2气体排出；去除弯管中的水，由于导管未插入到发酵液底层，故无法满足果醋发酵时底层醋酸菌的有氧呼吸；去除弯管中的水，该装置可防止其他病原微生物进入发酵液，与巴斯德的鹅颈瓶作用相似。 4．下列有关果酒和果醋制作的叙述，正确的是(　　) A．葡萄汁要装满发酵瓶，造成无氧环境，有利于发酵 B．在葡萄酒发酵过程中，每隔12 h左右打开瓶盖一次，放出CO2 C．果酒发酵过程中温度控制在30 ℃，果醋发酵过程中温度控制在20 ℃ D．在果醋发酵过程中，适时通过充气口充入O2，有利于醋酸菌的代谢 解析：选D　葡萄汁装入发酵瓶时要留有1/3的空间，以防止发酵液溢出导致杂菌污染。在葡萄酒发酵过程中，每隔12 h左右将瓶盖拧松一次，放出CO2，但不能打开瓶盖，以防止杂菌污染。果酒发酵时，温度在18～30 ℃左右最适合酵母菌繁殖，而果醋制作中醋酸菌的最适生长温度为30～35 ℃。醋酸菌是一种好氧菌，只有O2充足时，才能进行旺盛的生命活动。 5．“夜郎无闲草，黔地好蓝莓，蓝莓酿美酒，美酒状元蓝”，蓝莓酸甜宜人、细腻多汁、气味清香，口感脆爽，被誉作“水果皇后”，由蓝莓酿制的蓝莓酒和蓝莓醋被称为“液体黄金”和“口服化妆品”等。下图是以鲜蓝莓为原料天然发酵制作蓝莓酒和蓝莓醋的过程简图。请结合图形和相关知识回答下列问题： (1)制作蓝莓酒的微生物来自__________，因此①冲洗时不要过度冲洗。 (2)利用该生物生产蓝莓酒的原理是__________________________(用反应式表达)，酒精发酵旺盛时是缺氧环境，且温度为________℃。 (3)过程③和④所用主要微生物的区别是__________，工业生产中为大量获得这两种菌种，常采用__________(填“固体”“半固体”或“液体”)培养基进行培养。 (4)图④过程，是在__________时，醋酸菌将蓝莓汁中的糖分直接分解成醋酸；图⑤过程，当__________时，醋酸菌将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸，此时酒精为醋酸菌提供了__________。 (5)鉴定蓝莓酒的方法是在酸性条件下用____________检测样液；鉴定蓝莓醋的常用方法是检测发酵液前后的____________变化。 解析：(1)制作蓝莓酒的微生物来自附着在蓝莓皮上的野生酵母菌，因此①冲洗时不要过度冲洗，防止微生物被冲洗掉。(2)该酵母菌的呼吸类型是兼性厌氧型，在无氧条件下可产生酒精，因此利用该生物生产蓝莓酒的原理是C6H12O62C2H5OH(酒精)＋2CO2＋少量能量。酵母菌适宜的生长温度为28 ℃左右，因此酒精发酵旺盛时是缺氧环境，且温度为18～30 ℃。(3)过程③为酒精发酵，需要的菌种为酵母菌，为真核生物，过程④为果醋发酵，需要的菌种为醋酸菌，为原核生物，真核生物和原核生物最主要的区别是有无核膜包被的细胞核，前者有核膜包被的细胞核，后者无核膜包被的细胞核。扩大培养微生物应该用液体培养基。(4)醋酸菌是异养需氧菌，因此图④过程，是在氧气和糖源都充足时，醋酸菌将蓝莓汁中的糖分直接分解成醋酸；图⑤过程，当缺少糖源时，醋酸菌将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸，此时酒精为醋酸菌提供了碳源和能源。(5)酒精在酸性条件下与重铬酸钾反应呈灰绿色。因此鉴定酒精是在酸性条件下用重铬酸钾溶液检测样液，蓝莓醋生产过程中产生的醋酸会使培养液的pH降低，因此鉴定蓝莓醋的常用方法是检测发酵液前后的pH的变化。 答案：(1)附着在蓝莓皮上的野生酵母菌 (2)C6H12O62C2H5OH(酒精)＋2CO2＋少量能量　 18～30　(3)前者有核膜包被的细胞核，后者无核膜包被的细胞核　液体　(4)氧气、糖源都充足　缺少糖源　碳源和能源　(5)重铬酸钾　 pH 学科网（北京）股份有限公司 $