高考生物大一轮复习 第十三单元 生物技术实践 第46讲 传统发酵技术的应用学案.docx

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高考生物大一轮复习第十三单元生物技术实践第46讲传统发酵技术的应用学案

第46讲　传统发酵技术的应用

　1.运用发酵加工食品的基本方法　2.测定食品加工中可能产生的有害物质

　果酒和果醋的制作

1．制作原理与条件

项目

果酒制作

果醋制作

菌种

酵母菌

醋酸菌

原理

无氧呼吸产生酒精

（1）O2、糖源充足：

糖→醋酸；

（2）有O2、无糖：

乙醇→乙醛→醋酸

条件

温度

酒精发酵18～25__℃

最适为30～35__℃

空气

前期：

需氧

后期：

不需氧

需充足的氧气

时间

10～12d

7～8d

2.发酵过程及注意事项

（1）实验用具消毒

↓

（2）挑选冲洗葡萄

↓

（3）榨汁→用榨汁机榨取葡萄汁，装入发酵瓶中

↓

（4）果酒发酵

↓

（5）取样检测

↓

（6）果醋发酵

1．发酵装置图及分析

（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：

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为出料口：

用来取样。

（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。

2．氧气供应状况对酒精发酵结果影响的分析方法

（1）酒精发酵所需的氧气供应条件

①发酵前期：

需要通入空气或在发酵瓶中留有一定的空间，可以给酵母菌提供氧气以利于酵母菌通过有氧呼吸大量增殖。

②发酵后期：

要通过密封严格控制无氧环境，以利于酵母菌通过无氧呼吸产生酒精。

（2）酒精发酵异常的情况

①酒精发酵的前期如果供氧不足，酵母菌数量少，产生的酒精少。

②酒精发酵后期如果密封不严，则酵母菌数量充足，但是不能产生酒精。

（1）材料的选择与处理

选择新鲜的葡萄，榨汁前先冲洗后除去枝梗，以避免去除枝梗时引起葡萄破损，增加被杂菌污染的机会。

（2）防止发酵液被污染

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。

为避免杂菌污染，榨汁机要洗净并晾干；发酵装置要洗净并用70%的酒精消毒；封闭充气口；若用简易的发酵装置，每隔一定时间排气时只需拧松瓶盖，不要完全揭开瓶盖等。

（3）控制好发酵时间与温度，果醋制作时适时充气。

1．（2015·高考江苏卷，24改编）如图为葡萄酒的发酵装置示意图，回答下列问题：

（1）发酵初期，集气管中收集不到气体，原因是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）集气管中的气体主要是________，可用________检测。

（3）发酵过程中，酵母菌种群数量增长呈“______”型增长。

（4）若发酵液表面出现菌膜，最可能的原因是

________________________________________________________________________

________________________，该菌膜中的微生物最可能是________。

解析：

（1）发酵初期，酵母菌只进行有氧呼吸，吸收氧气的体积与产生二氧化碳的体积相等。

（2）集气管中的气体主要来自酵母菌无氧呼吸产生的CO2，可使澄清的石灰水变浑浊。

（3）由于发酵瓶中的发酵液体积一定，因此酵母菌的种群数量会呈“S”型增长。

（4）发酵液表面出现菌膜，说明好氧细菌繁殖，最可能的原因是发酵瓶漏气，使醋酸菌等大量繁殖，因此菌膜中的微生物最可能是醋酸菌。

答案：

（1）酵母菌只进行有氧呼吸

（2）CO2　澄清的石灰水

（3）S　（4）发酵瓶漏气　醋酸菌

2．（2016·高考全国卷甲，39）苹果醋是以苹果汁为原料经发酵而成的。

回答下列问题：

（1）酵母菌的呼吸代谢途径如图所示。

图中过程①和②是苹果醋生产的第一阶段，在酵母菌细胞的__________________中进行，其产物乙醇与__________________试剂反应呈现灰绿色，这一反应可用于乙醇的检验；过程③在酵母菌细胞的________________中进行。

与无氧条件相比，在有氧条件下，酵母菌的增殖速度________________。

（2）第二阶段是在醋酸杆菌的作用下将第一阶段产生的乙醇转变为醋酸的过程，根据醋酸杆菌的呼吸作用类型，该过程需要在________________条件下才能完成。

（3）在生产过程中，第一阶段和第二阶段的发酵温度不同，第一阶段的温度________________（填“低于”或“高于”）第二阶段的。

（4）醋酸杆菌属于________________核生物，其细胞结构中________（填“含有”或“不含有”）线粒体。

解析：

（1）酵母菌有氧呼吸第一阶段及无氧呼吸全过程在细胞质基质中进行；酒精与重铬酸钾试剂反应呈灰绿色。

图示过程③为细胞有氧呼吸第二、三阶段，在线粒体中进行。

与无氧条件相比，在有氧条件下，酵母菌的增殖速度快。

（2）醋酸杆菌的呼吸作用类型为有氧呼吸，所以将乙醇转变为醋酸的过程需在有氧条件下进行。

（3）酒精发酵时一般将温度控制在18～25℃，醋酸发酵时一般将温度控制在30～35℃，故在生产过程中，酒精发酵温度低于醋酸发酵温度。

（4）醋酸杆菌属于原核生物，其细胞结构中不含线粒体。

答案：

（1）细胞质基质　重铬酸钾　线粒体　快

（2）有氧　（3）低于　（4）原　不含有

　腐乳的制作

1．原理

（1）菌种：

需多种微生物协同作用，其中起主要作用的是毛霉。

（2）菌种的作用特点

①蛋白质

氨基酸＋小分子肽；

②脂肪

甘油＋脂肪酸。

2．腐乳的制作流程

：

直接接种或利用空气中的毛霉孢子

↓

↓

↓

：

用酒精灯对瓶口灭菌后密封

腐乳制作的关键点分析

（1）豆腐的选取：

豆腐含水量以70%为宜，若含水量过高，豆腐块不易成形；若含水量过低，则不利于毛霉的生长。

（2）控制好材料的用量

①盐的用量：

制作时，应逐层加盐，近瓶口处盐要铺厚一些，以防止杂菌从瓶口进入。

a．盐的浓度过高，会影响口味。

b．盐的浓度过低，不足以抑制微生物生长，腐乳易腐败变质。

②酒的用量：

卤汤中酒的含量应控制在12%左右。

酒精含量的高低与腐乳后期发酵时间的长短有很大关系。

a．酒精含量越高，对蛋白酶的抑制作用也越大，会使腐乳成熟时间延长。

b．酒精含量过低，蛋白酶的活性高，加快蛋白质的水解，但杂菌繁殖快，豆腐易腐败变质。

（3）防止杂菌的污染

①用来腌制腐乳的玻璃瓶，洗刷干净后要用沸水消毒。

②装瓶腌制时，操作要迅速小心，且要逐层加盐，离瓶口表面的盐要铺厚一些。

③加入卤汤后，要用胶条将瓶口密封。

封瓶时，最好将瓶口通过酒精灯的火焰，防止瓶口被污染。

（4）发酵温度：

前期发酵温度应保持在15～18℃，如温度过低，则菌丝生长缓慢，不能进入豆腐块的深层；温度过高，菌丝易老化和死亡，影响腐乳的品质。

（5）发酵时间：

发酵时间影响生化反应速度及生化产物的量。

传统腐乳制作与现代腐乳生产

（1）条件要求：

传统腐乳制作不需要灭菌，现代腐乳生产必须在严格无菌条件下进行。

（2）菌种来源：

传统腐乳制作，菌种来自空气中的毛霉孢子；现代腐乳生产，菌种是经过筛选的优良毛霉菌种，并且直接接种在豆腐上。

1．（高考海南卷改编）回答下列关于腐乳制作的问题：

（1）腐乳是豆腐经微生物发酵后制成的食品。

多种微生物参与了该发酵过程，其中起主要作用的微生物是________，其产生的蛋白酶可将豆腐中的蛋白质水解为________和________；其产生的________能将豆腐中的脂肪水解为________和________。

（2）发酵完成后需加盐腌制，加盐还可以抑制________生长。

（3）腐乳制作的后期可加入由酒和多种香辛料配制而成的卤汤。

卤汤除具有一定的防腐作用外，还能使腐乳具有独特的________。

解析：

（1）腐乳制作是以豆腐为原料，在毛霉以及多种微生物参与下发酵而制成的食品，富含易被人体吸收的多种营养物质，如多肽、氨基酸等。

腐乳制作过程中，豆腐中的蛋白质在蛋白酶的作用下被水解为多肽，进而在肽酶的作用下被水解为各种氨基酸；脂肪在脂肪酶的作用下被分解为甘油和脂肪酸。

（2）在发酵完成后的腌制过程中，盐能抑制微生物的生长，防止豆腐块腐败变质。

（3）卤汤除能防腐外，还可使腐乳具有独特的风味。

答案：

（1）毛霉　多肽　氨基酸　脂肪酶　甘油　脂肪酸

（2）微生物　（3）风味

2．（2017·山东济宁模拟）红方是腐乳的一种。

请回答与其制作有关的问题：

（1）补充制作红方的实验流程：

①____________→②加盐腌制→③____________→④密封腌制。

（2）在实验流程①中，首先将豆腐块平放在笼屉内，笼屉中的温度应控制在________℃，并保持一定的________。

5天后豆腐块表面布满毛霉菌丝，这些毛霉来自空气中的________。

（3）在实验流程②操作中，向长满毛霉的豆腐块加盐，其作用是析出豆腐中的水分，使豆腐块变硬。

同时，盐还能________________，避免豆腐块腐败变质。

（4）在实验流程③用到的辅料中，卤汤是由________及各种________配制而成的。

解析：

（1）制作红方的实验流程：

①豆腐上长出毛霉→②加盐腌制→③加卤汤装瓶→④密封腌制。

（2）在实验流程①豆腐上长出毛霉中，首先将豆腐块平放在笼屉内，笼屉中的温度应控制在15～18℃，并保持一定的湿度。

5天后豆腐块表面布满毛霉菌丝，这些毛霉来自空气中的毛霉孢子。

（3）在实验流程②加盐腌制操作中，向长满毛霉的豆腐块加盐，其作用是析出豆腐中的水分，使豆腐块变硬。

同时，盐还能抑制微生物的生长，避免豆腐块腐败变质。

（4）在实验流程③加卤汤装瓶用到的辅料中，卤汤是由酒及各种香辛料配制而成的。

答案：

（1）豆腐上长出毛霉　加卤汤装瓶

（2）15～18　湿度　毛霉孢子

（3）抑制微生物的生长

（4）酒　香辛料

　制作泡菜并检测亚硝酸盐含量

1．泡菜的制作

（1）菌种及来源：

附着在蔬菜上的乳酸菌。

（2）制作原理

①发酵实质：

在无氧条件下，乳酸菌将葡萄糖分解成乳酸。

②反应式：

C6H12O6

2C3H6O3（乳酸）。

（3）制作流程及注意事项

↓

↓

↓

↓

→主要是厌氧发酵

↓

→确定最佳取食时间

2．测定亚硝酸盐的含量

（1）亚硝酸盐的危害：

可转变成致癌物亚硝胺。

（2）检测原理

①NO

＋对氨基苯磺酸→反应物；

反应物＋N1萘基乙二胺盐酸盐→玫瑰红色染料。

②亚硝酸盐溶液的浓度高，颜色深些；溶液浓度低，颜色浅些。

（3）检测步骤：

配制溶液→制备标准显色液→制备样品处理液→比色。

1．泡菜制作成功的关键点

（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。

煮沸有两大作用，一是除去水中氧气，二是杀灭盐水中其他细菌。

（2）防止杂菌污染：

每次取样用具要洗净，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泡菜坛坛盖边沿的水槽内要注满水，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经常补水。

（4）温度：

发酵温度控制在室温即可，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。

2．泡菜制作过程中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的变化情况分析

项目

时期

乳酸菌

乳酸

亚硝酸盐

发酵

初期

少（有氧气，乳酸菌活动受到抑制）

少

增加（硝酸盐还原菌作用）

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（硝酸盐还原菌被完全抑制）

曲线

1．（高考新课标全国卷Ⅰ改编）回答下列有关泡菜制作的问题：

（1）制作泡菜时，所用盐水需煮沸，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，加入陈泡菜液的作用是

________________________________________________________________________。

（2）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）泡菜制作过程中影响亚硝酸盐含量的因素有______________、______________和______________等。

（4）从开始制作到泡菜品质最佳这段时间内，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，以杀灭盐水中的杂菌。

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，这样菌体数量扩增速度会加快。

（2）乳酸菌为厌氧菌，进行无氧呼吸产生乳酸，该过程只能在细胞质中进行。

（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）从开始制作到泡菜品质最佳这段时间内，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）杀灭杂菌　增加乳酸菌数量　

（2）无氧呼吸　细胞质　（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　乳酸菌比杂菌更为耐酸

2．（高考海南卷改编）已知泡菜中亚硝酸盐含量与泡制时间有关。

为了测定不同泡制天数泡菜中亚硝酸盐的含量，某同学设计了一个实验，实验材料、试剂及用具包括：

刻度移液管、比色管、不同浓度的亚硝酸钠标准溶液、亚硝酸盐的显色剂、不同泡制天数的泡菜滤液等。

回答相关问题：

（1）请完善下列实验步骤。

①标准管的制备：

用______________________和显色剂制成颜色深浅不同的系列标准管。

②样品管的制备：

用刻度移液管分别吸取一定量的______________，加到不同的比色管中，然后在各个比色管中加入等量的显色剂进行显色，得到样品管。

③将每个______________分别与系列标准管进行比较，找出与样品管颜色深浅______________的标准管，该管中亚硝酸钠含量即代表样品管中的亚硝酸盐含量，记录各样品管亚硝酸盐的含量。

（2）如图表示的是泡菜中____________趋势。

（3）泡菜制作过程中产酸的细菌主要是________（填“醋酸杆菌”或“乳酸菌”）。

解析：

（1）在亚硝酸盐的含量测定中，用不同浓度的亚硝酸钠标准溶液和显色剂制成颜色深浅不同的系列标准管；用刻度移液管分别吸取一定量的不同泡制天数的泡菜滤液，加到不同的比色管中，然后在各个比色管中加入等量的显色剂进行显色，得到样品管；将每个样品管分别与系列标准管进行比较，找出与样品管颜色深浅相近的标准管，该管中亚硝酸钠的含量即代表样品管中的亚硝酸盐含量，记录各样品管亚硝酸盐的含量。

（2）据图可知，该图表示亚硝酸盐的含量随发酵时间的变化曲线。

（3）制泡菜时使用的微生物是乳酸菌。

答案：

（1）①不同浓度的亚硝酸钠标准溶液　②不同泡制天数的泡菜滤液　③样品管　相同（相近）　

（2）亚硝酸盐含量的变化　（3）乳酸菌

课时作业

1．（2017·石家庄一模）如图是以鲜苹果汁为原料，利用发酵瓶制作果酒和果醋的过程简图，分析并回答以下问题：

（1）在果汁加工过程中可添加__________________酶提高出汁率和澄清度。

（2）在鲜苹果汁装入发酵瓶时，要留有大约________的空间。

经过10～12天后，在酸性条件下用重铬酸钾检测样液，如果颜色由________色变为________色，说明产生了酒精。

（3）过程乙中使用的微生物是________，可以从食醋中分离纯化获得。

纯化菌种时需要对培养基进行灭菌，其方法是____________________；培养温度控制在________℃范围内。

（4）在________的条件下，如果缺少糖源，乙中的微生物将甲过程的产物变为乙醛，再将其变为醋酸。

答案：

（1）纤维素酶和果胶　

（2）1/3　橙　灰绿

（3）醋酸（杆）菌　高压蒸汽灭菌法　30～35

（4）氧气充足（有氧）

2．（2017·郑州模拟）腐乳是我国独特的传统发酵食品，是用豆腐发酵制成，民间老法生产腐乳均为自然发酵，现代腐乳生产多采用优良的毛霉菌种进行发酵。

现代化生产流程如下：

（1）毛霉的生长需要豆腐提供水、无机盐、________和________等四大类基本营养物质。

此外，还需要一定的温度、湿度等环境条件。

（2）民间制作腐乳时________（填“需要”或“不需要”）灭菌，发酵好的豆腐上布满了菌落，这些菌落________（填“属于”或“不属于”）同一物种。

（3）流程中扩大培养时使用的培养基与毛霉菌种分离时使用的培养基最大的区别是后者培养基中加入了

________________________________________________________________________。

（4）当豆腐上长出毛霉后，对豆腐要进行________。

腐乳制作的后期要加入酒精和多种香辛料配制的卤汤，酒精的浓度要控制在12%，原因是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案：

（1）碳源　氮源　

（2）不需要　不属于　（3）琼脂（凝固剂）　（4）加盐腌制　酒精浓度过高，则腐乳的成熟时间将会延长；酒精浓度过低，不足以抑制微生物生长，可能导致豆腐腐败

3．（2016·高考天津卷，10）天津独流老醋历史悠久、独具风味，其生产工艺流程如下图。

（1）在糖化阶段添加酶制剂需要控制反应温度，这是因为酶_______________________。

（2）在酒精发酵阶段，需添加酵母菌。

在操作过程中，发酵罐先通气，后密闭。

通气能提高________的数量，有利于密闭时获得更多的酒精产物。

（3）在醋酸发酵阶段，独流老醋采用独特的分层固体发酵法，发酵30天。

工艺如图。

①发酵过程中，定期取样测定醋酸杆菌密度变化，趋势如图。

据图分析，与颠倒前相比，B层醋酸杆菌在颠倒后密度变化的特点是

________________________________________________________________________，

由此推测影响醋酸杆菌密度变化的主要环境因素是

________________________________________________________________________。

②乳酸含量高是独流老醋风味独特的重要成因。

发酵过程中，发酵缸中________________________层的醋醅有利于乳酸菌繁殖，积累乳酸。

③成熟醋醅中乳酸菌的种类明显减少，主要原因是发酵后期营养物质消耗等环境因素的变化，加剧了不同种类乳酸菌的________，淘汰了部分乳酸菌种类。

解析：

（1）酶在最适温度、最适pH等条件下催化能力最强，所以添加酶制剂需要控制温度。

（2）酵母菌在有氧条件下能大量繁殖，增加酵母菌数量，有利于密闭阶段在无氧条件下获得更多酒精产物，因而发酵初期应先通气。

（3）①由图示可知与颠倒前相比，第15天A、B层颠倒后，B层醋酸杆菌先快速增长后趋于稳定，颠倒后B层不断翻动，与颠倒前相比，能接触更多氧气，醋酸杆菌大量繁殖，说明影响醋酸杆菌密度变化的环境因素有氧气，后来随着营养物质的消耗及pH的降低，醋酸杆菌数量趋于稳定，说明影响醋酸杆菌密度变化的主要环境因素有营养物质、pH等。

②颠倒前的B层和颠倒后的A层（即下层）缺氧，有利于乳酸菌繁殖，积累乳酸。

③发酵后期营养物质的消耗使不同种类的乳酸菌种间竞争加剧，淘汰了部分种类的乳酸菌。

答案：

（1）在最适温度条件下催化能力最强

（2）酵母菌

（3）①先快速增长后趋于稳定　氧气、营养物质、pH　②颠倒前的B层和颠倒后的A（或不翻动，或下）

③种间竞争（或竞争）

4．传统生物技术与我们现代的生活依旧很贴近，下面是几则实例，请分析回答以下问题：

（1）如图为某位同学设计的果酒制作装置。

通气口一侧的过滤膜应阻止________通过才能达到防止杂菌污染的目的。

经过一段时间后，b处有气泡产生，该气体是________。

整个果酒制作过程中，酵母菌先进行有氧呼吸再进行无氧呼吸，进行有氧呼吸的目的是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）如图为腐乳生产工艺。

→

→

→

→

加盐的作用是______________________，最后的腌制要密封的原因是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）某兴趣小组为了研究泡菜发酵过程中亚硝酸盐的含量变化，选取1、2、3号三只相同的泡菜坛，操作均正确，得出下列如图所示的结果。

了解泡菜腌制过程中亚硝酸盐含量的目的是________________________，据图可知，腌制到约第________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。

答案：

（1）细菌　CO2　使酵母菌通过出芽生殖进行大量增殖　

（2）析水、调味、杀菌　避免杂菌污染　（3）掌握取食泡菜的时间　14