学年高考生物大一轮学案 第十一单元 生物技术实践 第38讲 传统发酵技术及植物有效成分的提取学案.docx
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学年高考生物大一轮学案第十一单元生物技术实践第38讲传统发酵技术及植物有效成分的提取学案
第38讲 传统发酵技术及植物有效成分的提取
[考纲要求] 1.利用微生物进行发酵来生产特定的产物以及微生物在其他方面的应用。
2.运用发酵加工食品的基本方法。
3.从生物材料中提取某些特定的成分。
考点一 果酒和果醋的制作
1．制作原理与发酵条件
果酒制作
果醋制作
菌种
酵母菌
醋酸菌
菌种来源
附着在葡萄皮上的野生型酵母菌
变酸酒表面的菌膜
发酵过程
有氧条件下，酵母菌通过有氧呼吸大量繁殖：
C6H12O6＋6O2
6CO2＋6H2O；无氧条件下，酵母菌通过无氧呼吸产生酒精：
C6H12O6
2C2H5OH＋2CO2
氧气、糖源充足时：
C6H12O6＋2O2
2CH3COOH＋2CO2＋2H2O；缺少糖源、氧气充足时：
C2H5OH＋O2
CH3COOH＋H2O
温度
一般酒精发酵18～25℃，繁殖最适为20℃左右
最适为30～35℃
气体
前期：
需氧，后期：
无氧
需要充足的氧气
时间
10～12天
7～8天
2.制作流程
挑选葡萄→冲洗→榨汁→酒精发酵→醋酸发酵
↓ ↓
果酒 果醋
（1）醋酸菌在无氧条件下利用乙醇产生醋酸（ × ）
（2）酵母菌是嗜温菌，所以果酒发酵所需的最适温度高于果醋发酵温度（ × ）
（3）在果酒发酵后期拧开瓶盖的间隔时间可延长（ √ ）
（4）在家庭中用新鲜葡萄制作果酒时，需给发酵装置适时排气（ √ ）
（5）在制作果酒、果醋时，适当加大接种量可以提高发酵速率、抑制杂菌生长繁殖（ √ ）
（6）利用葡萄发酵产生果酒的后期，加入醋酸菌即可产生醋酸（ × ）
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）醋酸菌进行醋酸发酵时，无论是利用糖源还是酒精，甲都需要打开，请说明原因。
提示 醋酸菌是需氧菌，在发酵过程中始终需要氧气，如果氧气中断则会引起醋酸菌的死亡。
（4）果酒搁置时间过久为什么会有酸味？
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。
命题点一 果酒、果醋制作原理的理解
1．（2018·西安调研）如图表示果酒和果醋制作过程中的物质变化，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都发生在酵母菌细胞的线粒体中
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
答案 C
解析 有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段相同，均发生在细胞质基质中，产物是丙酮酸，而丙酮酸产生乙醇只能发生在无氧呼吸过程中，A、B项错误；③过程属于有氧呼吸第二、三阶段，第三阶段需要氧气参与，④过程是制作果醋的过程，需醋酸菌参与，醋酸菌是一种好氧细菌，因此④过程也需要氧气参与，C项正确；制作果酒时，最适温度为18～25℃，而制作果醋时，最适温度为30～35℃，D项错误。
2．果酒是以新鲜水果或果汁为原料，经全部或部分发酵配制而成的，酒精度为7%～18%。
在果酒的基础上继续发酵可得到果醋。
下列有关果酒和果醋制作的叙述中，正确的是（ ）
A．果酒和果醋的制作都是由酵母菌完成的
B．制作果醋的温度要比制作果酒的温度高些
C．传统的葡萄酒制作一定需要人工接种菌种
D．葡萄汁装入发酵瓶时，要将瓶装满
答案 B
解析 果酒的制作离不开酵母菌，果醋的制作由醋酸菌完成；果醋的发酵最适温度为30～35℃，而果酒的发酵最适温度为18～25℃；传统的葡萄酒制作中起主要作用的是附着在葡萄皮上的野生型酵母菌；葡萄汁装入发酵瓶时，要留有大约1/3的空间。
命题点二 果酒、果醋制作的过程和装置分析
3．下图是果酒和果醋制作的实验流程和某同学设计的果酒和果醋的发酵装置。
下列相关叙述中，错误的是（ ）
A．根据图1可知，利用葡萄制作果醋时，必须先进行酒精发酵然后再进行果醋发酵
B．冲洗葡萄时不能次数过多，否则果酒的制作会失败
C．图2的装置中排气口弯曲可防止被空气中的杂菌污染
D．制作果酒要关闭充气口、打开排气口，制作果醋时充气口和排气口都要打开
答案 A
解析 图1中的流程是酵母菌发酵产生果酒及醋酸菌利用果酒发酵产生果醋的过程，但醋酸菌也可以在糖源和氧气充足的条件下直接利用糖类进行果醋发酵，A项错误；个人用简易装置制作果酒时，所利用的酵母菌来自葡萄皮的表面，所以不能将葡萄冲洗次数过多，否则会冲洗掉葡萄皮上的野生型酵母菌，B项正确；图2中的排气口弯曲可避免被空气中的杂菌污染，C项正确；由于酵母菌在有氧呼吸阶段利用的氧气来自装置中的空气，且无氧呼吸阶段需要保持无氧状态，所以无需打开充气口，而发酵过程中会有二氧化碳产生，所以要打开排气口；醋酸菌属于好氧菌，所以要始终将充气口和排气口打开，D项正确。
4．葡萄发酵可产生葡萄酒，请利用相关知识回答下列问题：
（1）利用葡萄制作葡萄酒的过程，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，甲同学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，该操作的错误是__________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
（1）酵母菌
（2）葡萄糖 酒精 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
解析 在制作各种酒的过程中，常用酵母菌作菌种；酒精发酵是在无氧条件下进行的，甲同学未夹住发酵瓶的充气管，从而使氧气进入，导致酵母菌进行有氧呼吸，产生较多的二氧化碳，使发酵液从充气管流出，发酵液变酸；丙同学的错误是瓶中发酵液过多，淹没了排气管，抑制了发酵的进行，一般发酵液不得超过容器体积的2/3；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葡萄醋、葡萄酒、葡萄酒。
在发酵过程中，若不能及时排气，可能会导致发酵瓶内气压过大冲开瓶塞。
果酒和果醋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要氧气。
因酵母菌产生酒精是在无氧条件下，应控制氧气的进入，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。
考点二 腐乳和泡菜的制作
1．腐乳的制作
（1）制作原理
毛霉等微生物能产生蛋白酶、脂肪酶，可分解有机物。
①蛋白质
氨基酸＋小分子的肽。
②脂肪
甘油＋脂肪酸。
（2）制作流程
直接接种或利用空气中的毛霉孢子
↓
↓
↓
（3）影响腐乳品质的条件
项目
说明
水的控制
豆腐含水量以70%为宜，用含水量过高的豆腐制作腐乳，不易成形；用含水量过低的豆腐制作腐乳，不利于毛霉的生长
盐的控制
豆腐毛坯∶盐＝5∶1，盐浓度过高会影响腐乳的口味；盐浓度过低，腐乳易腐败变质
酒的控制
酒精含量一般控制在12%左右。
酒精含量过高，使腐乳成熟时间延长；酒精含量过低，杂菌繁殖快，豆腐易腐败
温度控制
温度应保持在15～18℃，适合毛霉生长
发酵时间
发酵时间影响生化反应速率及生化产物的量
香辛料
具有调味和杀菌的作用，也会影响腐乳的风味或质量
2.泡菜的制作
（1）菌种来源：
附着在蔬菜上的乳酸菌。
（2）制作原理：
在无氧条件下，乳酸菌将葡萄糖分解成乳酸。
反应式：
C6H12O6→2C3H6O3。
（3）制作流程
（4）泡菜制作的注意事项
①材料的选择及用量
a．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。
b．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，一是除去水中的氧气，二是杀灭盐水中的其他细菌。
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
a．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。
b．泡菜坛坛盖边沿的水槽内注满水，以保证坛内乳酸菌发酵所需的无氧环境，并注意在发酵过程中经常补水。
④控制适宜的温度：
控制在室温即可，温度偏高有害菌活动能力强，温度偏低不利于乳酸发酵。
归纳总结 传统发酵技术中四种常用菌种的比较
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
发酵条件
前期需氧，后期不需氧
一直需氧
一直需氧
无氧
生长适宜温度
18～25°C
30～35°C
15～18°C
室温
生产应用
酿酒、发面
酿醋
制作腐乳
制作酸奶、泡菜
1．判断关于腐乳制作的叙述
（1）制作腐乳的菌种只有毛霉（ × ）
（2）腐乳制作利用了毛霉等微生物的蛋白酶和脂肪酶（ √ ）
（3）将长满毛霉的豆腐装瓶腌制时，底层和近瓶口处需加大用盐量（ × ）
（4）在腐乳制作过程中加入香辛料既能调节风味，还具有防腐杀菌作用（ √ ）
（5）在腐乳制作过程中，盐的用量要适宜，酒的含量一般控制在12%左右（ √ ）
2．判断关于泡菜制作的叙述
（1）泡菜制作的菌种主要是醋酸菌（ × ）
（2）制作泡菜时，盐水煮沸后可以立即使用（ × ）
（3）泡菜坛的选择、发酵过程中坛沿要注满水都有利于泡菜的无氧发酵（ √ ）
（4）泡菜的制作前期需要通入氧气，后期应严格保持无氧条件（ × ）
（5）与人工接种的发酵相比，自然发酵获得的产品品质更好（ × ）
下图是泡菜在腌制过程中，乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的变化规律，据图分析：
（1）从生物间的相互关系和条件变化分析，乳酸菌呈现这种变化规律的原因是什么？
提示 发酵初期以不产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在该时期利用氧气，产生了无氧环境，乳酸菌开始活动；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，乳酸菌活动增强；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。
（2）乳酸含量开始很低，中后期急剧增加的原因是什么？
提示 发酵初期有氧气，乳酸菌活动较弱，中后期氧气含量减少，乳酸菌大量繁殖，乳酸的量迅速积累。
（3）分析亚硝酸盐的含量变化的原因。
提示 发酵初期，乳酸菌和乳酸的量都比较少，而由于硝酸盐还原菌的活动，亚硝酸盐含量逐渐增加；后期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。
命题点一 腐乳的制作原理和过程分析
1．（2018·芜湖调研）下列关于“腐乳的制作”的实验，叙述正确的是（ ）
A．控制发酵温度的主要目的是腐乳调味
B．腐乳制作后期加入香辛料和料酒有防腐作用
C．毛霉的主要作用是分解脂肪和淀粉
D．成品腐乳表面的粘性物质主要由细菌产生
答案 B
解析 温度通过影响酶的活性影响腐乳发酵，控制发酵的温度主要有利于毛霉等微生物的生长和腐乳发酵，A项错误；香辛料和料酒都能抑制微生物的生长，具有防腐作用，B项正确；毛霉的主要作用是产生蛋白酶和脂肪酶，将蛋白质和脂肪分解成小分子化合物，C项错误；成品腐乳表面的粘性物质主要是毛霉产生的，毛霉属于真菌，D项错误。
2．腐乳是我国民间传统发酵食品，味道鲜美，营养丰富，风味独特，易于消化。
请回答下列问题：
（1）在腐乳的制作中，起主要作用的微生物是________，它与乳酸菌在结构上的主要区别是________________________________________________________________________。
（2）腐乳含有丰富的氨基酸、甘油、脂肪酸等小分子物质，与此有关的物质变化有________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
参与这些物质变化的酶有______________________________________________________。
（3）腐乳的制作过程中需加盐腌制，那么用盐腌制的目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
要控制盐的用量，因为______________________________________________________
________________________________________________________________________。
（4）在腐乳的制作中，卤汤是由酒及各种香辛料配制而成的。
卤汤中酒的含量应控制在12%左右的原因是____________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
（1）毛霉 毛霉有成形（以核膜为界限）的细胞核
（2）蛋白质→小分子的肽、氨基酸，脂肪→甘油、脂肪酸 蛋白酶、脂肪酶 （3）抑制微生物的生长，避免豆腐块腐败变质；析出豆腐中的水分，使豆腐块变硬，在后期的制作过程中不会过早酥烂 盐的浓度过低，不足以抑制微生物的生长，可能导致豆腐腐败变质；盐的浓度过高，会影响腐乳的口味 （4）酒精含量过高，腐乳成熟的时间将会延长；酒精含量过低，不足以抑制微生物的生长，可能导致豆腐腐败
解析
（1）在腐乳的制作中，起主要作用的微生物是毛霉，毛霉为真核生物，乳酸菌为原核生物，毛霉与乳酸菌在结构上的主要区别是毛霉有成形的细胞核。
（2）腐乳的制作主要是利用了毛霉等真菌，因为毛霉能产生蛋白酶和脂肪酶，它们能将大分子物质水解成小分子物质，从而易于吸收。
与此有关的物质变化有蛋白质→小分子的肽、氨基酸，脂肪→甘油、脂肪酸。
（3）腐乳的制作过程中用盐腌制的目的是盐能抑制微生物的生长，避免豆腐块腐败变质；加盐还可以析出豆腐中的水分，使豆腐块变硬，在后期的制作过程中不会过早酥烂。
但要控制盐的用量，因为盐的浓度过低，不足以抑制微生物的生长，可能导致豆腐腐败变质；盐的浓度过高，会影响腐乳的口味。
（4）在腐乳的制作中，卤汤中酒的含量应控制在12%左右，若酒精含量过高，腐乳成熟的时间将会延长；若酒精含量过低，不足以抑制微生物的生长，可能导致豆腐腐败。
命题点二 泡菜的制作原理及过程分析
3．泡菜发酵利用的微生物主要是乳酸菌，而在发酵初期，水槽内经常有气泡产生，这些气泡产生的原因及成分分别是（ ）
A．乳酸菌是兼性厌氧型微生物，初期进行有氧呼吸产生CO2；气体为CO2
B．因腌制过程中的盐进入蔬菜使蔬菜体积缩小，气体被排出；气体为空气
C．发酵初期活动强烈的是酵母菌，其利用氧产生CO2；气体为CO2
D．乳酸菌在发酵过程中产生了热量，使坛内温度升高，空气受热膨胀被排出；气体为空气
答案 C
解析 蔬菜刚入坛时，表面带入的主要是不抗酸的大肠杆菌和酵母菌等微生物，它们进行乳酸发酵和微弱的酒精发酵产生较多的乳酸、酒精、醋酸和二氧化碳等，二氧化碳以气泡的形式从水槽内放出，逐渐使坛内形成无氧环境。
4．（2015·广东，29）泡菜是我国的传统食品之一，但制作过程中产生的亚硝酸盐对人体健康有潜在危害。
某兴趣小组准备参加“科技创新大赛”，查阅资料得到下图。
（1）制作泡菜时，泡菜坛一般用水密封，目的是________________。
乳酸菌发酵第一阶段的产物有____________________。
（2）据图，与第3天相比，第8天后的泡菜更适于食用，因为后者________________________________；pH呈下降趋势，原因是________________________。
（3）该小组得到一株“优选”乳酸菌（亚硝酸盐还原酶活力比普通乳酸菌高5倍），拟参照资料的实验方案和食盐浓度（4%～10%），探究与普通乳酸菌相比用“优选”乳酸菌制作泡菜过程中亚硝酸盐含量的高低，并确定其最适条件。
请你设计一个实验结果记录表，并推测实验结论。
答案
（1）创造无氧环境 丙酮酸、[H]、ATP
（2）亚硝酸盐含量已接近最低水平 乳酸积累 （3）结果记录表：
亚硝酸盐含量（单位：
mg/kg）
食盐浓度（%）
乳酸菌
发酵时间（d）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
4
普通
优选
7
普通
优选
10
普通
优选
推测实验结论：
①用“优选”乳酸菌制作的泡菜中，亚硝酸盐含量更低；②最适条件是亚硝酸盐含量最低时的食盐浓度和发酵时间。
解析
（1）由于乳酸菌是厌氧细菌，制作泡菜时，泡菜坛一般用水密封，目的是隔绝空气，创造无氧环境。
乳酸菌发酵第一阶段的产物是丙酮酸、[H]和ATP。
（2）分析图可知，第8天后的泡菜中亚硝酸盐含量低，更适于食用。
制作泡菜过程中，由于乳酸的积累，pH呈下降趋势。
（3）该实验的目的是比较“优选”乳酸菌和普通乳酸菌在制作泡菜过程中亚硝酸盐含量的高低，并确定最适条件，故表格的设计要体现不同时间、不同食盐浓度下两种乳酸菌的亚硝酸盐含量的差异。
实验结论应是用“优选”乳酸菌制作的泡菜中亚硝酸盐含量更低，并确定亚硝酸盐含量最低时的食盐浓度和发酵时间为最适条件。
考点三 植物有效成分的提取
1．提取玫瑰精油的实验
（1）方法：
水蒸气蒸馏法。
（2）实验流程
实验步骤
关键点
①
鲜玫瑰花＋清水
二者质量比为1∶4
②
水蒸气蒸馏
在蒸馏瓶中加几粒沸石，防止液体过度沸腾；控制蒸馏的时间和速度
③
油水混合物
呈乳白色的乳浊液，加入NaCl使乳化液明显分层
④
分离油层
用分液漏斗把油水分离
⑤
除水
加入无水Na2SO4吸收水分，再过滤除去
⑥
玫瑰精油
出油率＝玫瑰精油质量/原料质量
2.提取橘皮精油的实验
（1）方法：
一般采用压榨法。
（2）实验流程
实验步骤
关键点
①
石灰水浸泡橘皮
石灰水的作用：
破坏细胞结构，分解果胶，防止橘皮压榨时滑脱，提高出油率；为了能使橘皮均匀地浸泡，可将其粉碎
②
漂洗
目的是洗去石灰水，防止影响精油的质量，漂洗完后要沥干水分
③
压榨
分别加入相当于橘皮质量0.25%的NaHCO3和5%的Na2SO4，并调节pH至7～8，目的是使橘皮油易与水分离
④
过滤、离心
加入明矾，使之沉淀并变澄清，然后用布袋过滤，除去固体物和残渣。
然后进行离心，除去质量较小的残留固体物，用分液漏斗或者吸管分离上层橘皮油
⑤
静置
分离的产品放在5～10℃的冰箱中，静置5～7d，使杂质沉淀，吸取上层橘皮油
⑥
再次过滤
用滤纸过滤，取滤液，和上层橘皮油混合
3.胡萝卜素的提取和鉴定
（1）胡萝卜素性质：
不溶于水，微溶于乙醇，易溶于石油醚等有机溶剂。
（2）提取方法：
萃取法，石油醚最适宜作萃取剂。
（3）流程
实验流程
关键点
①
选取胡萝卜
胡萝卜要新鲜，用清水洗净，沥干
②
粉碎
粉碎要彻底并过筛，有利于材料中胡萝卜素的充分溶解
③
干燥
温度不能太高，否则会导致胡萝卜素分解
④
萃取
在一定范围内，温度要高、时间要长，保证萃取的效果
⑤
过滤
除去固体残渣
⑥
浓缩
使用蒸馏装置浓缩，获得胡萝卜素
（4）鉴定：
纸层析法。
归纳提升 植物有效成分的提取的三种常用方法比较
提取方法
水蒸气蒸馏法
压榨法
萃取法
实验原理
利用水蒸气将挥发性较强的植物芳香油携带出来
通过机械加压，压榨出果皮中的芳香油
使芳香油溶解在有机溶剂中，蒸发溶剂获得芳香油
方法步骤
①水蒸气蒸馏
②分离油层
③除水过滤
①石灰水浸泡、漂洗
②压榨、过滤、静置
③再次过滤
①粉碎、干燥
②萃取、过滤
③浓缩
适用范围
适用于提取玫瑰油、薄荷油等挥发性强的芳香油
适用于柑橘、柠檬等易焦糊原料的提取
适用范围广，要求原料的颗粒要尽可能细小，能充分浸泡在有机溶剂中
优点
简单易行，便于分离
生产成本低，易保持原料原有的结构和功能
出油率高，易分离
局限性
水中蒸馏会导致原料焦糊和有效成分水解等问题
分离较为困难，出油率相对较低
使用的有机溶剂处理不当会影响芳香油的质量
1．判断关于植物芳香油提取的叙述
（1）植物芳香油的提取方法有蒸馏、压榨和萃取等，根据提取的芳香油的用途选择提取的方法
（ × ）
（2）提炼玫瑰精油的玫瑰花应在花开的初期采收，因为此阶段的花含玫瑰精油最高（ × ）
（3）用柑橘和柠檬作为材料不适合用水中蒸馏的方法进行提取（ √ ）
（4）油水混合物中加入无水硫酸钠，有利于分离油层（ × ）
（5）蒸馏法的实验原
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