创新设计高考生物一轮复习 教师用书 专题二生物技术在食品加工中的应用 新人教版选修1.docx

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创新设计高考生物一轮复习教师用书专题二生物技术在食品加工中的应用新人教版选修1

专题二　生物技术在食品加工中的应用

最新考纲

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

考纲解读

1．制作果酒和果醋的基本原理和方法，以及发酵的条件

2．设计安装简单的生产果酒、果醋的装置

3．腐乳制作的原理、方法和制作流程中各步措施的作用

4．泡菜的制作原理及其实验流程

5．亚硝酸盐含量的检测方法

6．对食品质量进行安全评估

知识点一　果酒、果醋、腐乳、泡菜的制作

议一议：

制作果酒时为什么先通气，一段时间后再密封？

想一想：

制作腐乳的毛霉菌来源于哪里？

知识点二　亚硝酸盐含量的测定

　看一看：

亚硝酸盐对人体有什么危害？

1．对微生物发酵过程

应该从原料、装置和实验过程三个层次进行无菌操作。

如①果酒与果醋制作中原料的消毒：

a.榨汁前葡萄应先冲洗再去枝梗，因为若先去梗则会使一些微生物侵入果实内部，影响果酒的制作；b.体积分数为70%的酒精杀菌效果最强，其原因是浓度过低，杀菌力弱，浓度过高，又会使菌体表面蛋白质凝固形成一层保护膜，乙醇分子不能渗入其内，杀菌效果受影响。

②腐乳制作过程中的杀菌消毒：

a.制作腐乳的玻璃瓶用温水冲洗并用酒精消毒；b.酒、盐、香辛料都有杀菌作用；c.接种、封瓶时都要进行无菌操作。

2．发酵技术中常用菌种的归纳

项目

酵母菌

醋酸菌

毛霉

乳酸菌

生物

学分类

真核生物

原核

生物

真核

生物

原核

生物

代谢

类型

异养兼性

厌氧型

异养

需氧型

异养

需氧型

异养

厌氧型

繁殖

方式

适宜条件下

出芽生殖

二分裂

孢子

生殖

二分裂

生产

应用

酿酒

酿醋

制作

腐乳

制作

泡菜

发酵

条件

前期需氧，

后期不需氧

一直

需氧

一直

需氧

无氧

自我校对：

①无氧　②20℃　③酸性　④榨汁　⑤有氧　⑥30～35℃　⑦糖源　⑧酒精发酵　⑨肽和氨基酸　

甘油和脂肪酸　⑪卤汤　⑫乳酸菌

⑬乳酸　⑭腌制时间　⑮温度　⑯食盐用量　⑰对氨基苯磺酸　⑱N1萘基乙二胺盐酸盐　⑲玫瑰红　⑳标准液

议一议：

酵母菌是兼性厌氧菌，在有氧的条件下可大量增殖，然后密封才能大量产生酒精。

想一想：

主要的来源：

传统工艺来自空气中的毛霉孢子，现代工艺来自优良菌种的接种。

看一看：

膳食中的亚硝酸盐绝大部分会随尿排出，不会影响人体健康，只有在特定的条件下（适宜的pH、温度和一定的微生物作用）才会转变成致癌物—亚硝胺，它有致癌、致畸和致突变作用。

果酒和果醋的制作

1．果酒和醋酸发酵装置的设计思路

（1）因酵母菌的繁殖需要氧气，醋酸菌是好氧菌，所以在果酒制作的前期和果醋制作的整个过程中都需氧。

因酵母菌产生酒精时是厌氧的，应控制充入氧的量，故应在充气口设置开关。

（2）由于在发酵过程中都产生CO2，因此又需设排气口；为防止空气中微生物的污染，排气口应连接一个长而弯曲的胶管。

（3）因要对发酵的情况进行及时监测，应设置出料口便于取料。

红葡萄酒的生产流程线：

2．果酒和果醋的制作原理及发酵条件比较

果酒制作

果醋制作

制作原理

利用酵母菌在无氧条件下进行酒精发酵

利用醋酸菌在氧气、糖源充足时，将糖分解成醋酸；当缺少糖源时，将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸

反应式

C6H12O6

2C2H5OH＋2CO2＋能量

C6H12O6＋2O2

2CH3COOH＋2CO2＋2H2O＋能量

C2H5OH＋O2

CH3COOH＋H2O＋能量

最适发酵温度

18～25℃

30～35℃

对氧的需求

需微量氧

需充足氧

pH

酸性环境（3.3～3.5）

酸性环境（5.4～6.3）

发酵时间

10～12d

7～8d

提醒　①酵母菌的繁殖需大量能量，而发酵过程进行无氧呼吸，故果酒制作的前期应通入氧气，而后期应保证严格的厌氧环境。

②果醋制作过程中要求始终通氧，缺氧时醋酸菌的生长、增殖都会受到影响，另外，醋酸的生成也会受到影响。

★★　本部分知识是高考命题的热点，无论单科还是理综，常考知识点。

命题多考查果酒、果醋制作过程的条件控制、主要工艺及菌种选择等内容

【典例1】►（2010·海南生物，25）葡萄发酵可产生葡萄酒，请利用相关的知识回答问题。

（1）利用葡萄制作葡萄酒的过程中，发挥作用的微生物是________。

（2）该微生物通过无氧呼吸可分解________，产生的终产物是________和________。

（3）甲、乙、丙三位同学将葡萄榨成汁后分别装入相应的发酵瓶中，在温度等适宜的条件下进行发酵，如图所示。

发酵过程中，每隔一段时间均需排气一次。

据图分析，甲和丙同学的操作有误，其中甲同学的错误是________，导致发酵中出现的主要异常现象是________________________________________________________________________。

丙同学的错误是_________________________________________________________，

导致发酵中出现的主要异常现象是_____________________________________________。

上述发酵过程结束后，甲、乙、丙同学实际得到的发酵产品依次是________、________、________。

（4）在上述制作葡萄酒的过程中，假设乙同学的某一步骤操作错误导致发酵瓶瓶塞被冲开，该操作错误是________________________________________________________________。

解析　

（1）在制作果酒的时候，常用酵母菌作菌种。

（2）酵母菌进行无氧呼吸时将葡萄糖分解为酒精和CO2。

（3）甲同学未夹住发酵瓶的充气管，发酵液会从充气管流出，由于氧气进入，有氧条件下醋酸菌繁殖产生葡萄醋，使发酵液变酸。

丙同学发酵液过多淹没了排气管口，排气时发酵液会从排气口冲出。

由于乙、丙均为无氧环境，所以发酵产物为葡萄酒。

（4）由于发酵产生的CO2会使瓶内压力升高，所以应定期排气。

答案　

（1）酵母菌　

（2）葡萄糖　乙醇　CO2　（3）未夹住发酵瓶的充气管　发酵液从充气管流出，发酵液变酸　瓶中发酵液过多，淹没了排气管在瓶内的管口　排气时发酵液从排气管流出　葡萄醋　葡萄酒　葡萄酒　（4）未及时排气

【训练1】►微生物在发酵食品的加工中起着极其重要的作用，可利用微生物制作果酒和果醋等。

下图是利用微生物制作果醋的流程示意图，右图是发酵装置示意图，回答下列有关问题。

―→

―→

―→

―→

―→

（1）挑选新鲜的葡萄，榨汁前除了要冲洗外还要除去枝梗，应该先冲洗葡萄还是先除去枝梗？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）发酵装置要清洗干净，并用________消毒。

发酵装置上排气口的作用是________________________________________________________________________。

（3）A过程是______________，A过程完成后，若要产生果醋，应该打开充气口，原理是________________________________________________________________________。

（4）制葡萄醋的过程中，应将温度严格控制在________，可用什么简单易行的办法证明葡萄醋中的确有醋酸生成？

________________________________________________________________________。

答案　

（1）先将葡萄进行冲洗，再除去枝梗　

（2）体积分数为70%的酒精　用来排出酒精发酵时产生的CO2　（3）酒精发酵　醋酸菌是一种好氧细菌　（4）30～35℃　品尝或用pH试纸

腐乳的制作

1．原理

（1）腐乳的发酵在多种微生物的协同作用下进行，其中起主要作用的是毛霉，它是一种丝状真菌，新陈代谢类型是异养需氧型。

（2）毛霉等微生物产生的蛋白酶可以将豆腐中的蛋白质分解成小分子的肽和氨基酸；脂肪酶可以将脂肪水解成甘油和脂肪酸。

2．流程

→

→

→

3．注意的问题

（1）腐乳发酵中杂菌的控制

①事先用馒头放在温暖潮湿处培养毛霉，当馒头上长出青点（青霉菌落）、黄点（黄曲霉菌落）、红点（红曲霉菌落）时，及时用镊子和解剖针剔除，保留白毛让其生长黑色孢子。

②消毒：

将豆腐块加热，杀死表面的微生物，防止其他微生物的干扰。

③接种：

将上述馒头上的孢子弹在豆腐块上，并用灭菌后的食品袋罩上，放在适宜的温度下培养。

（2）腐乳制作所需豆腐的含水量及意义

豆腐含水量以70%为宜。

毛霉为异养需氧型真菌，若含水量过高，影响毛霉的有氧呼吸；若含水量过少，则不利于毛霉的生长，毛霉的代谢也离不开水。

（3）配制卤汤时酒量的控制

加酒的目的之一是杀死微生物。

如果过少，达不到杀死微生物的目的，导致豆腐腐败；若过多，不但杀死了微生物，而且会因酒精度过高抑制了酶的活性，从而影响腐乳的成熟，同时还会因酒精含量过高而影响腐乳的风味。

一般应控制在12%左右。

提醒　腐乳制作过程中盐、香辛料、酒精均可起到抑制杂菌生长的作用，由于越接近瓶口，微生物污染越重，故豆腐加盐时，越近瓶口处盐用量越多。

本讲内容，高考也有所涉及有时单独命题，也多与其它知识综合在一起考查。

【典例2】►（2011·重庆卷）某兴趣小组将豆腐块灭菌，接种微生物后培养2天，加入适量食盐，经密封放置10天后制得豆腐乳。

在保质期内，豆腐乳放置时间越长，蛋白质含量越低，短肽和氨基酸含量越高。

为探究其原因，该小组取适量豆腐乳制成样液，等量加入各试管，进行了以下实验。

处理编号

处理方法

显色结果

①

37℃放置0min

加入等量双缩脲试剂

紫色

②

37℃放置10min

？

③

37℃放置120min

？

④

100℃加热5min后，37℃放置120min

紫色

实验中，加入双缩脲试剂A后，样液的颜色将________。

处理④中，100℃加热的目的是________________________________________________________________________。

如果处理③与处理④相比，显色较________，且处理③与处理②相比，显色较________，则表明豆腐乳中蛋白质被微生物产生的________分解。

最终使短肽和氨基酸等含量增加，因此保质期内豆腐乳放置越久风味越佳。

解析　双缩脲试剂的A液应先加入样液中构成碱性环境，而双缩脲试剂A即使遇到蛋白质也不会出现颜色变化。

由题干可知，豆腐乳放置时间越长，蛋白质含量越低，处理③比处理②放置时间长，故蛋白质含量低，因此加入双缩脲试剂后③比②颜色浅。

④进行加热处理，会使豆腐乳中微生物产生的蛋白酶失活，无法分解蛋白质，因此处理④的蛋白质含量比处理③高，因此处理③显色较处理④颜色浅。

答案　不变　使酶失活　浅　浅　蛋白酶（肽酶）

【训练2】►下列关于腐乳制作过程的叙述，不正确的是（　　）。

A．先将豆腐切成块放在消毒的笼屉中，保持温度在15℃～18℃，并具有一定湿度

B．将长满毛霉的豆腐放在瓶中，并逐层加盐，接近瓶口表面的盐要铺厚一些

C．卤汤中酒的含量一般控制在12%左右

D．卤汤中香辛料越多，口味越好

解析　香辛料可以调制腐乳的风味，也具有防腐杀菌的作用。

我们可根据自己的口味来配制卤汤，但并不是香辛料越多，口味就越好。

答案　D

泡菜的制作及亚硝酸盐含量的测定

1．原理

（1）泡菜的制作原理

泡菜的制作离不开乳酸菌。

在无氧条件下，乳酸菌将葡萄糖分解成乳酸。

（2）测定亚硝酸盐含量的原理

在盐酸酸化条件下，亚硝酸盐与对氨基苯磺酸发生重氮化反应后，与N1萘基乙二胺盐酸盐结合形成玫瑰红色染料。

将显色反应后的样品与已知浓度的标准液进行目测对比，可以大致估算出亚硝酸盐的含量。

2．流程

（1）泡菜的制作

（2）亚硝酸盐含量的测定操作过程

→

→

→

3．实验分析

（1）乳酸菌的种类分析

乳酸菌属原核生物，它是能通过发酵将糖类转化成乳酸的细菌的总称，常见的有乳酸杆菌和乳酸链球菌，所以乳酸菌不是一个种群，而是一类生物。

（2）泡菜在腌制过程中，乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的变化

①发酵初期：

以不抗酸的大肠杆菌和酵母菌的活动为主，同时还有一部分硝酸盐还原菌活动。

该时期利用了氧气，产生了厌氧环境，乳酸菌才开始活动。

此时乳酸菌和乳酸的量都比较少，而由于硝酸盐还原菌的活动，亚硝酸盐含量有所增加。

②发酵中期：

由于乳酸菌产生了大量乳酸，其他细菌活动受到抑制，只有乳酸菌活动增强。

此时期乳酸菌数量达到最高峰，乳酸的量继续积累。

由于硝酸盐还原菌受抑制，

同时形成的亚硝酸盐又被分解，因而亚硝酸盐含量下降。

所以在整个发酵过程中，亚硝酸盐的含量表现为先增加后下降的趋势（如图所示）。

③发酵后期：

由于乳酸的积累，酸度继续增长，乳酸菌活动也受到抑制。

乳酸菌数量下降，而硝酸盐还原菌完全被抑制。

提醒　放置时间长的蔬菜中的硝酸盐易被滋生的硝酸还原菌还原成亚硝酸盐。

本部分知识单独命题的可能性较小，多与其它知识点综合命题。

【典例3】►（2009·浙江自选模块，17）下面是有关食醋和泡菜制作的实验。

请回答下面的问题。

（1）食醋可用大米为原料经三步发酵来制作：

第一步：

大米经蒸熟、冷却后加入淀粉酶，将原料中的淀粉分解成________（填中间产物），然后进一步分解成葡萄糖，这一过程可用________（填淀粉指示剂）来检测，因为该试剂遇淀粉呈蓝色，遇上述中间产物呈红色。

第二步：

用________菌将葡萄糖转化成乙醇，这一发酵过程中，玻璃发酵瓶不应完全密闭的主要原因是_______________________________________________________________。

第三步：

用________菌将乙醇转化成乙酸，这一过程________氧气。

（2）泡菜发酵过程中，会产生多种酸，其中主要是________，还有少量的亚硝酸盐。

对亚硝酸盐的定量测定可以用________法，因为亚硝酸盐与对氨基苯磺酸的反应产物能与N1萘基乙二胺偶联成________色化合物。

进行样品测定时，还要取等量水进行同样的测定，目的是________。

解析　

（1）大米经蒸熟、冷却后加入淀粉酶（淀粉酶必须冷却后加入，因为酶的催化活性受温度的影响），大米的主要成分是淀粉，在淀粉酶催化作用下，分解成糊精（主要含麦芽糖等），这一过程可用碘液（或KII2溶液）来检测反应的情况。

酵母菌将葡萄糖转化成乙醇的过程中产生CO2，随反应的进行发酵瓶中CO2逐渐增多，瓶内压力升高，可能引起破裂，所以不要完全密闭。

醋酸杆菌是好氧型细菌，在将乙醇转化成乙酸的过程中消耗氧气。

（2）泡菜发酵过程离不开乳酸菌，其产物主要是乳酸和少量的亚硝酸盐，亚硝酸盐总量达到0.3～0.5g时就会引起人中毒，所以必须对泡菜亚硝酸盐含量进行测定。

其测定方法可用比色法。

答案　

（1）糊精　碘液（或KI－I2溶液）　酵母　发酵过程中会产生大量CO2，使瓶内压力升高而可能引起爆裂　醋酸杆　需要消耗　

（2）乳酸（或有机酸）　（光电）比色　玫瑰红　作为对照

【训练3】►如图为泡菜腌制过程中亚硝酸盐含量变化曲线，其中正确的是（　　）。

解析　自然界中，亚硝酸盐分布广泛，没有腌制的蔬菜中也含有一定量的亚硝酸盐，在腌制几天后，泡菜中的亚硝酸盐的含量达到最高峰，但随着腌制时间延长，乳酸菌大量繁殖产生乳酸抑制硝酸盐还原菌的繁殖，同时，生成的亚硝酸盐又被分解，致使泡菜中亚硝酸盐含量下降。

答案　C

1．（2011·江苏卷）下列果酒、果醋和腐乳制作相关的叙述，正确的是（　　）。

A．腐乳制作所需要的适宜温度最高

B．果醋发酵包括无氧发酵和有氧发酵

C．使用的菌种分别是酵母菌、醋酸菌、乳酸菌

D．使用的菌种都具有细胞壁、核糖体、DNA和RNA

解析　果酒制作酵母菌繁殖适宜温度20℃左右，酒精发酵时适宜温度在18～25℃，果醋制作适宜温度30～35℃，腐乳制作适宜温度15～18℃，所以A选项错误；醋酸菌为好氧细菌，只有当氧气充足时，才能进行旺盛的生理活动，所以B选项错误；果酒、果醋和腐乳制作使用的菌种分别是酵母菌、醋酸菌、毛霉等。

所以C选项错误，D选项正确。

答案　D

2．（2010·江苏）下图表示果酒和果醋制作过程中的物质变化过程，下列叙述正确的是（　　）。

A．过程①和②都只能发生在缺氧条件下

B．过程①和③都发生在酵母细胞的线粒体中

C．过程③和④都需要氧气的参与

D．过程①～④所需的最适温度基本相同

解析　本题考查细胞呼吸的过程和发酵的相关知识。

葡萄糖分解成丙酮酸发生在细胞质基质中，有氧和无氧条件下都能进行，所以A、B错；酒精发酵时一般将温度控制在18～25℃范围内，而醋酸发酵的最适宜温度为30～35℃，所以D错误。

答案　C

3．（2010·广东）小李尝试制作果酒，他将葡萄汁放入已灭菌的发酵装置中进行试验（如图），恰当的做法是（双选）（　　）。

A．加入适量的酵母菌

B．一直打开阀b通气

C．一直关紧阀a，偶尔打开阀b几秒钟

D．把发酵装置放到4℃冰箱中进行实验

解析　本题考查了发酵技术和实验操作的相关知识，考查学生对知识的运用能力。

利用酵母菌发酵，在已灭菌的装置中接种一定量的菌种，最初瓶内有一定的氧气量，酵母菌进行有氧呼吸并大量繁殖，当氧气耗尽时，进行无氧呼吸，发酵过程中（无氧条件下）产生酒精和二氧化碳，随着二氧化碳增多，需打开阀门b排出过多的二氧化碳；发酵温度要适宜，温度过低会影响酵母菌的代谢活动。

答案　AC

4．（2010·北京理综，1）在家庭中用鲜葡萄制作果酒时，正确的操作是（　　）。

A．让发酵装置接受光照B．给发酵装置适时排气

C．向发酵装置通入空气D．将发酵装置放在45℃处

解析　酵母菌发酵产生CO2，故应适时排气。

酵母菌无氧发酵不需要氧气、光照。

45℃温度太高，不适合酵母菌的无氧呼吸。

答案　B

5．（2008·江苏，19）图甲是果醋发酵装置。

发酵初期不通气，溶液中有气泡产生；中期可以闻到酒香；后期接种醋酸菌，适当升高温度并通气，酒香逐渐变成醋香。

图乙中能表示整个发酵过程培养液pH变化的曲线是（　　）。

A．①B．②C．③D．④

解析　在果醋的发酵过程中，首先瓶中酵母菌进行的是有氧呼吸产生CO2，会使pH下降；一段时间后由于氧气消耗殆尽，开始进行无氧呼吸，也可产生CO2，会使pH继续下降；最后接种醋酸菌进行醋酸发酵生成醋酸，会使pH迅速下降。

答案　B

6．（2011·浙江自选，17）杨梅是浙江省的特色水果之一，为对其进行深加工，某厂进行了杨梅酒和杨梅醋的研制，基本工艺流程如下：

请回答问题。

（1）在制备杨梅酒过程中，为了提高杨梅的出汁率，在压榨前可加入一定浓度的纤维素酶和________酶。

甲罐顶上弯管中加水的主要目的是________。

发酵一定时间后，观察到发酵罐内液面不再有________，说明发酵基本完毕。

（2）在制备杨梅醋过程中，乙罐内先填充经________处理的木材刨花，然后加入含________菌的培养液，使该菌________在刨花上，再让甲罐中发酵完毕的杨梅酒流入乙罐进行杨梅醋发酵，杨梅醋的pH可通过控制杨梅酒的________来调节。

（3）若甲罐中的杨梅酒全部流经乙罐制成杨梅醋，则乙罐中CO2的产生量是________。

A．甲罐的两倍B．与甲罐的相等

C．甲罐的一半D．几乎为零

（4）在杨梅酒和杨梅醋发酵的整个过程中，某物质浓度随时间变化的示意图如右，该物质是________。

解析　

（1）纤维素酶和果胶酶具有专一性，能分解细胞壁中的纤维素和果胶，破坏细胞壁，以提高出汁率；酒精发酵罐顶上弯管中加水是为了防止空气进入；发酵一段时间后，发酵罐内液面不再有气泡产生，说明发酵基本完毕。

（2）在制备杨梅醋过程中，醋酸发酵罐中填充的木材刨花要经过灭菌，然后加入含有醋酸杆菌的培养液，使该菌附着在刨花上，通过调节杨梅酒进入乙罐的流速来调节杨梅醋的pH。

（3）比较乙醇和醋酸的生成反应式即可得出答案：

①葡萄糖氧化成乙醇的反应式：

C6H12O6

2CO2＋2C2H5OH＋能量

②乙醇氧化成醋酸的反应式：

C2H5OH＋O2

CH3COOH＋H2O＋能量

（4）结合杨梅酒和杨梅醋的发酵全过程，分析图示曲线（先上升，后下降）可知，该物质应为酒精。

答案　

（1）果胶　防止空气进入　气泡冒出

（2）灭菌　醋酸杆　附着　流速　（3）D　（4）酒精