第1章 第3节 第1课时 传统发酵技术与应用-【新课程学案】2025-2026学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程教师用书word（浙科版）

第三节　发酵工程为人类提供多样的生物产品 |学|习|目|标| 1.认识传统发酵技术，尝试制作果酒、果醋和泡菜，学会传统发酵方法。 2.阐明发酵工程利用现代工程技术及微生物的特定功能，工业化生产人类所需的产品。 3.举例说明发酵工程在医药、食品及其他工农业生产上有重要的应用价值。 第1课时　传统发酵技术与应用 [主干知识梳理] 1.传统发酵技术生产的产品 (1)奶酒和粮食酒：畜乳在霉菌、酵母菌的作用下，自然发酵出酒味；发酵后的奶可以储存更长的时间，同时还具有与畜乳不同的风味。农耕社会中，人们以粮食为原料酿酒，利用酒精与水的沸点不同发展出了蒸馏取酒技术。 (2)酱油：周朝时期以肉类、鱼类为原料，生产多种多样的酱。 2.发酵食品风味不同的原因 菌种中的 微生物的 多样性 酵母菌 进行出芽生殖或裂殖的真核、单细胞微生物的统称 乳酸菌 能够发酵糖类产生乳酸的一类革兰氏阳性细菌的统称 微生物的 代谢特点 ①微生物代谢产物的不同：不同微生物或同种微生物在不同环境条件下进行的代谢活动，所形成的代谢产物不同，制成的发酵食品的风味也就不同 ②微生物分泌酶的种类不同：不同的微生物、不同的菌株能够分泌的酶种类不同，分解大分子有机物后形成的产物不同 微生物的 种间关系 ①混菌发酵影响发酵食品的风味 ②菌种中不同的微生物可能互利，可能竞争，也可能存在一种排斥其他若干种微生物生长的现象 3.利用微生物进行发酵来生产特定的产物 工艺名称 菌种选择与发酵原理 酿酒 选用酒精发酵型微生物(异养厌氧型)，利用厌氧呼吸，获取代谢产物 制醋 选用醋酸菌(异养需氧型)，在有氧条件下将乙醇氧化成醋酸 制作腐乳 选用霉菌(毛霉、根霉)，利用毛霉或根霉中的淀粉酶和蛋白酶将豆腐中的淀粉、蛋白质水解为糖、多肽和氨基酸 腌制泡菜 选用乳酸菌(异养厌氧型)，在密闭条件下，利用乳酸菌的发酵作用，发酵产物乳酸不断积累，抑制其他菌种的活动 其他 利用放线菌、霉菌生产抗生素；利用转基因工程菌，获得特殊代谢产物或菌体、治理环境污染 4.体验传统发酵——制作果酒和果醋 (1)果酒、果醋制作的菌种与原理 果酒 果醋 菌种 酵母菌 醋酸菌 原理 无氧条件下，通过厌氧呼吸将葡萄糖氧化为乙醇和二氧化碳 醋酸菌在有氧条件下将乙醇氧化为醋酸 (2)方法步骤 ①制备发酵装置及处理材料 ②果酒、果醋发酵 5.体验传统发酵——利用乳酸菌发酵制作泡菜 (1)实验原理 在无氧的条件下，蔬菜表面的微生物利用菜中的有机物进行发酵，发酵产物有乳酸，还会有醇、酯等，因而使泡菜具有特殊的风味。 (2)实验步骤 [预习效果自评] 1.判断下列说法的正误 (1)同种微生物在不同条件下进行的代谢活动，所形成的代谢产物相同，制成的发酵食品的风味也相同。 (×) 提示：同种微生物在不同环境条件下进行的代谢活动可能不同，所形成的代谢产物可能不同，制成的发酵食品的风味也可能不同。 (2)菌种中不同微生物可能互利，可能竞争，也可能存在一种排斥其他若干种微生物生长的现象。 (√) (3)制作泡菜所利用的是附生在蔬菜表面的植物乳杆菌、短乳杆菌和明串珠菌等，它们一般为好氧、兼性厌氧或微厌氧菌。 (×) 提示：制作泡菜所利用的是附生在蔬菜表面的植物乳杆菌、短乳杆菌和明串珠菌等，它们一般为厌氧、兼性厌氧或微好氧菌。 (4)制作果酒所用的酵母菌能在无氧条件下，将醋酸氧化为乙醇。 (×) 提示：制作果酒所用的酵母菌能在无氧条件下，将葡萄糖氧化为乙醇和二氧化碳。 2.思考题 (1)在制作果酒的过程中，除了酵母菌，是否还有其他微生物生长?它们会对果酒发酵产生影响吗?如果有，如何避免这种影响? 提示：果酒中除了酵母菌，还有乳酸菌、醋酸菌等微生物。乳酸菌可能分解果酒中的糖、甘油、酒石酸等，从而使果酒变质。可以通过调节发酵的温度、果酒的pH等来控制乳酸菌的含量。果汁中的糖也是醋酸菌重要的碳源和能源。在有氧的情况下，醋酸菌能把糖分解成醋酸；在缺少糖源的情况下，乙醇便是醋酸菌的碳源和能源，它将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为醋酸。由于醋酸菌在有氧的条件下才能进行旺盛的代谢活动，因此在制作果酒的过程中尽量减少O2含量，可以抑制醋酸菌的生长繁殖。此外，通过调节发酵的温度、果酒的pH等同样可以控制醋酸菌的含量。 (2)在进行发酵生产时，排出的气体和废弃培养液等能直接排放到外界环境中吗?为什么? 提示：不能。因为在进行发酵生产时，微生物及其代谢物中都可能含有危害环境的物质。为了减少或避免污染物的产生和排放，实现清洁生产，应该对排出的气体和废弃培养液进行二次清洁或灭菌处理。 [精要内容把握] 一、知识体系建一建 二、核心语句背一背 1.不同微生物或同种微生物在不同环境条件下进行的代谢活动，所形成的代谢产物不同，制成的发酵食品的风味也就不同。 2.传统发酵菌种中微生物的种类、代谢特点、种间关系等都是造成不同发酵制品的风味和营养物质差异的原因。 3.酵母菌在无氧条件下，通过厌氧呼吸，将葡萄糖氧化为乙醇和二氧化碳；醋酸菌在有氧条件下可将乙醇氧化为醋酸。 4.泡菜是利用附生在蔬菜表面的植物乳杆菌、短乳杆菌和明串珠菌等发酵制成的。 提能点(一)　果酒和果醋的制作 [任务驱动] 　　纪录片《舌尖上的中国》引发群众关注美食文化的热潮，在播放的栏目中多次讲述了利用不同微生物的发酵作用制作的美味食品。 (1)制作果酒时，发酵液未经过严格的灭菌处理，杂菌却不能正常生长。试分析原因。 提示：果酒发酵的无氧、pH为酸性等条件抑制了杂菌的生长。 (2)温度较高时，果酒发酵时间可缩短。其原因是什么? 提示：温度较高时发酵酶活性增强，发酵速度更快。 (3)喝剩的葡萄酒放置一段时间后会变酸。其原因是什么? 提示：酒精转变成了醋酸。 [生成认知] 1.制作条件比较 项目 果酒制作 果醋制作 微生物 及其特性 酵母菌：真核生物，异养、兼性厌氧型 醋酸菌：原核生物，异养需氧型 原理 酵母菌进行乙醇发酵 醋酸菌将乙醇氧化为醋酸 发 酵 条 件 温度 一般控制在25 ℃左右 30 ℃左右 时间 7~10 d 24 h 氧气 初期需氧，后期不需氧 始终需要氧 pH 最适pH为4.5~5.0 最适pH为5.4~6.0 2.反应式比较 果酒制作 有氧条件 C6H12O6+6O26CO2+6H2O+能量 无氧条件 C6H12O62C2H5OH+2CO2+能量 果醋制作 氧气糖源充足 C6H12O6+2O22CH3COOH+2CO2+2H2O+能量 缺少糖源 C2H5OH+O2CH3COOH+H2O+能量 3.发酵装置分析 　　[典例]　(2024·浙江6月选考)阅读下列材料，回答1、2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。 1.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 　　[解析]　酒精发酵是利用的酵母菌的无氧呼吸(厌氧呼吸)，需要的是无氧条件，属于放能反应，A错误，B正确；醋酸发酵利用的是醋酸菌的有氧呼吸(需氧呼吸)，需要的是有氧条件，属于放能反应，C、D正确。 　　[答案]　A 2.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 　　[解析]　加酶榨汁环节加入果胶酶，破坏柿子的细胞壁，有利于提高柿子汁产量，A正确；酒精发酵前可对柿子汁进行杀菌，再接种酵母菌，以利于酒精发酵，B正确；若柿子酒的酒精度过高，会抑制醋酸菌的生长和代谢活动，因此应稀释后再用于醋酸发酵，C正确；用不同品种和成熟度的柿子酿造的柿子醋风味不同，D错误。 　　[答案]　D [跟踪训练] 1.下列关于果酒和果醋制作的叙述，正确的是 (　　) A.为了提高果酒的产出量，果汁应尽量装满发酵瓶 B.酵母菌可以在缺氧、呈碱性的环境中大量繁殖 C.果酒制成后可将装置移到温度较高的环境中制作果醋 D.在醋酸发酵过程中形成的菌膜是醋酸菌通过厌氧呼吸大量繁殖的结果 解析：选C　制作果酒时果汁装入发酵瓶时不能装满，应保留大约1/2的空间，这样既能为发酵初期酵母菌的繁殖提供氧气，又能防止发酵过程中发酵液溢出，A错误；酵母菌是兼性厌氧微生物，生存环境呈酸性，在有氧条件下，酵母菌进行需氧呼吸，大量繁殖，在无氧条件下，酵母菌能进行酒精发酵，故不能在缺氧、呈碱性的环境中大量繁殖，B错误；酿酒利用的是酵母菌，其适宜生长繁殖的温度是25 ℃左右，酿醋利用的是醋酸菌，其适宜生长的温度为30~35 ℃，故果酒制成后可将装置移到温度较高的环境中制作果醋，同时还需要通入氧气，C正确；醋酸菌是好氧菌，故在醋酸发酵过程中形成的菌膜是醋酸菌通过需氧呼吸大量繁殖的结果，D错误。 2.(2025·浙江6月选考)猕猴桃醋生产的基本工艺流程如下，其中①②③表示发酵的三个环节，糖化是将淀粉转化为葡萄糖的过程。 下列叙述错误的是 (　　) A.通过蒸煮可以杀灭猕猴桃自带的绝大多数微生物 B.麸曲中曲霉的主要作用是对糖类进行氧化分解 C.环节③需要通入无菌空气 D.①②③都需要控制温度、pH等条件 解析：选B　蒸煮过程中高温可以破坏微生物的细胞结构等，从而杀灭猕猴桃自带的绝大多数微生物，A正确；麸曲中的曲霉主要作用是将淀粉等多糖水解为葡萄糖等单糖，而不是对糖类进行氧化分解，B错误；环节③是醋酸发酵，醋酸菌是好氧菌，所以需要通入无菌空气，C正确；①②③都需要适宜的温度和pH等条件来保证微生物的正常生长和代谢，D正确。 提能点(二)　泡菜的制作 1.泡菜制作过程中的相关操作 项目 应用原理 开水洗坛壁 灭菌，防止杂菌污染 加入适宜浓度的盐水 取6 g食盐溶于94 mL冷开水中，配制成6%的盐水，按此比例配制出所需体积的盐水 加入白酒 白酒可抑制泡菜表面杂菌的生长，它也是一种调味剂，可增加醇香感 蔬菜在开水中短时浸泡 降低蔬菜中果胶酶活性，一定程度利于泡菜的爽脆；造成部分细胞被破坏，蔬菜中的有机物流出，利于发酵的快速进行 水封闭坛口 使坛内与坛外空气隔绝，坛内蔬菜中天然存在的乳酸菌可进行乳酸发酵 加少量陈泡菜汁 相当于接种已扩增的发酵菌，可缩短腌制时间 2.泡菜腌制过程中，乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐相对含量(或数量)的变化 (1)发酵初期，还有O2，乳酸菌活动受抑制，因此数量较少，产生的乳酸也较少。此时，硝酸盐还原菌的作用增强，亚硝酸盐含量增加。 (2)发酵中期，乳酸菌数量增多，产生的乳酸增多，导致pH下降，乳酸的积累使硝酸盐还原菌的活动受到抑制，部分亚硝酸盐被分解，含量开始下降。 (3)发酵后期，乳酸继续积累，pH继续下降，乳酸菌活动也受到抑制，数量开始减少。硝酸盐还原菌被完全抑制，亚硝酸盐含量下降至相对稳定。 [跟踪训练] 1.(2025·精诚联盟检测)下列对制作泡菜的过程中有关操作的叙述，错误的是 (　　) A.按照清水与盐的质量比为1∶2的比例配制盐水 B.需用盐和冷开水按一定比例配制 C.腌制过程中，要注意控制腌制的时间、温度和食盐用量 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A　在制作泡菜的过程中，按照94 mL冷开水和6 g食盐的比例配制为6%的盐水，A错误，B正确；腌制过程中，要注意控制腌制的时间、温度和食盐的用量，以防止杂菌的大量繁殖和亚硝酸盐含量过高，C正确；乳酸菌是异养厌氧型生物，在坛盖边沿的水槽中要注满水，以保证坛内的无氧环境，D正确。 2.如图为泡菜制作过程中乳酸、乳酸菌和亚硝酸盐含量的变化曲线。据图分析，下列叙述错误的是 (　　) A.发酵初期，发酵液中的O2抑制部分乳酸菌代谢，乳酸产量少 B.发酵中期是食用泡菜的最佳时期 C.发酵后期，乳酸含量增加会抑制乳酸菌自身的生长 D.泡菜腌制过程中产生的亚硝酸盐是硝酸盐还原菌促进硝酸盐还原形成的 解析：选B　乳酸菌属于厌氧型微生物，发酵初期，发酵液中的O2抑制部分乳酸菌代谢，乳酸产量少，A正确；据图分析，发酵中期亚硝酸盐含量最高，不是取食泡菜的最佳时期，发酵后期是食用泡菜的最佳时期，B错误；发酵后期，乳酸含量增加到一定浓度后，抑制了乳酸菌的生长，导致乳酸菌数量下降，C正确；泡菜腌制过程中产生的亚硝酸盐是硝酸盐还原菌促进硝酸盐还原形成的，D正确。 社会责任——我国传统发酵技术源远流长 　　约9 000年前，我们的祖先就会利用微生物将谷物、水果等发酵成含酒精的饮料。夏禹时期，已有了关于少康(即杜康)造秫酒的传说。酿酒技术给古代人民的生活增添了丰富的色彩。我国具有悠久的酿酒文化和历史，许多古老的酿酒工艺一直保留并延续至今。 　　我国是酱油生产最早的国家。据史书记载，我国远在周朝时期就能以肉类、鱼类为原料，生产多种多样的酱，统称为“醢(音：)”。北魏时期的贾思勰在《齐民要术》一书中记载了利用黄衣(曲霉)制酱的方法和技艺，还记载了制造酸奶的方法。在西周时，我国就有了高粱美酒变醋的传说。 [素养评价] 1.我国利用不同微生物的发酵作用制作食品，历史悠久，在多种文献中均有记载。下列说法错误的是 (　　) ①《齐民要术》中记载：“作盐水，令极咸，于盐水中洗菜，即内雍中。” ②《北山酒经》中记载：“每坛加蜡三钱，竹叶五片，隔水煮开，乘热灌封坛口。” ③《齐民要术》中记载了二十三种利用谷物酿制食醋的工艺。其经历的三个主要发酵过程为糖化→酒化→醋化。 ④《本草纲目拾遗》中记述：“豆腐又名菽乳，豆腐腌过酒糟或酱制者，味咸甘心。” A.①介绍的是泡菜制作，配制盐水要煮沸冷却后使用，且盐度不宜过大 B.②中每坛加蜡隔水煮开，乘热灌封坛口有助于陈酒的储藏 C.③中从酒化到醋化的过程需要移至温度较低的环境中进行 D.④中发酵产腐乳用的豆腐坯属固体培养基，不需对其进行严格灭菌 解析：选C　①介绍的是泡菜制作技术，配制的盐水要煮沸冷却后使用，以杀灭盐水中的微生物，防止杂菌污染，同时盐水的盐度不宜过大，避免使发酵所需的乳酸菌大量失水而死亡，A正确；②中每坛加蜡隔水煮开，乘热灌封坛口，可隔绝空气，避免杂菌污染，同时采用了低温加热处理的方法进行灭菌，有助于陈酒的储藏，B正确；酵母菌发酵的适宜温度为25 ℃左右，而醋酸菌发酵的适宜温度为30~35 ℃，所以③中从酒化到醋化的过程需要移至温度较高的环境中进行，同时需要通氧，C错误；从微生物培养的角度看，豆腐是固体培养基，腐乳制作时主要利用的是空气中的毛霉，发酵时不需要对其进行严格灭菌，D正确。 2.(2025·嘉兴高二检测)著名的古农书巨著《齐民要术》中详细介绍了北魏时期酸菜、泡菜的制作方法。酸菜、泡菜是一种可口的食物，其制作原理均利用了微生物的发酵作用。回答下列问题： (1)酸菜和泡菜主要是利用　　　　的发酵作用产生了　　　　等物质。  (2)泡菜坛腌制泡菜的过程中，其他杂菌呈现先增多后减少的变化规律，原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。腌制7天内的泡菜一般不宜食用，原因是　　　　　　　　　　　　　　。  (3)人工接种菌种有利于缩短泡菜的发酵周期，降低有害物质含量。某同学为获得优良的泡菜菌种，选取不同来源的陈泡菜液，加入　　　　　　　对其进行梯度稀释后，再采用　　　　　　　　法将其接种于含溴甲酚紫(一种酸碱指示剂，pH变色范围：5.2黄色~6.8紫色)的平板上，特定条件培养后挑选具有明显黄色透明圈的菌落作为目的菌种。该方法用于初筛目的菌的原理是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。从功能上讲，含溴甲酚紫的培养基属于　　　　　　　　　　培养基。  答案：(1)乳酸菌　乳酸　(2)发酵初期的有氧条件有利于杂菌的生长繁殖，使其数量增加；发酵后期缺氧和酸性条件抑制了杂菌的生长繁殖，使其数量减少　泡菜中的亚硝酸盐含量较高　(3)无菌水　稀释涂布平板　乳酸菌分泌的乳酸使培养基的pH呈酸性，酸性物质使溴甲酚紫呈现黄色，形成黄色透明圈　鉴别 教材活动讨论题参考答案 Ⅰ.活动“体验传统发酵——利用酵母菌、醋酸菌制作果酒和果醋”讨论题参考答案(教材P27) 1.提示：瓶中葡萄的总体积不超过瓶子体积的1/2，能为酵母菌的需氧呼吸、快速增殖提供氧气，也保证发酵过程中不会有葡萄汁溢出。 2.提示：因为果醋中的醋酸是从酒精转化而成的。 3.提示：醋酸菌是好氧型细菌。通入氧气，醋酸菌才能把酒转化为醋。 Ⅱ.活动“体验传统发酵——利用乳酸菌发酵制作泡菜”讨论题参考答案(教材P29) 1.提示：用水封闭坛口可以保证坛外空气中的氧气不能进入，坛内产生的少量气体可随时排出。同时坛口加满水造成的无氧环境，也为乳酸菌进行乳酸发酵创造了条件。如果有氧气进入，则会有许多需氧型细菌生长，蔬菜会腐烂。 2.提示：乳酸发酵不会产气。泡菜坛中冒出气体的原因可能有：盐水未装满，蔬菜表面的好氧型微生物活动旺盛；泡菜坛清洗得不彻底，其他厌氧型微生物的代谢活动产生了气体；等等。 3.提示：泡菜腌制不成功的原因可能有：泡菜坛中盐水未灌满，导致厌氧的乳酸菌未能快速生长繁殖，而其他好氧型微生物生长导致蔬菜腐烂；泡菜坛清洗不彻底，一些厌氧型、非乳酸发酵型的微生物生长导致蔬菜腐烂。 学科网（北京）股份有限公司 $