高中生物第2章食品加工与食品安全第1节发酵与食品加工教案中图版.docx
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高中生物第2章食品加工与食品安全第1节发酵与食品加工教案中图版
第一节发酵与食品加工
一、酒精酿制原理
1．在生产中，利用微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体及各种不同代谢产物的过程，称为发酵。
根据发酵过程对氧的需求情况，可分为需氧发酵和厌氧发酵；根据发酵生成的产物，可分为酒精发酵和乳酸发酵等。
2．食品工业中，酒精是采用厌氧发酵法生产的，其原理是：
先将淀粉水解成葡萄糖；再利用酵母菌分解葡萄糖生成丙酮酸，然后在厌氧和微酸性条件下，转变成酒精。
二、酵母菌生物学特征
酵母菌属真核生物，代谢类型为兼性厌氧型。
三、醋酸菌生物学特征
醋酸菌属于原核生物，繁殖方式是分裂生殖，新陈代谢类型是需氧型。
四、果醋的制作原理
在果醋制作过程中，若氧气和糖类都充足时，醋酸菌将葡萄汁中的糖分解成醋酸。
当糖类不足时，将酒精转变成乙醛，再转变为醋酸。
五、发酵工程
1．含义：
把微生物发酵与现代工程技术手段相结合，利用微生物的某些特定功能，生产有用的产品或直接把微生物应用于工业生产过程中。
2．优点：
提高了原料的利用率，缩短了生产周期，便于机械化生产。
预习完成后，请把你认为难以解决的问题记录在下面的表格中
问题1
问题2
问题3
问题4
一、果酒制作的原理
1．酵母菌
（1）酵母菌是单细胞真菌，其细胞大小为1～5μm×5～30μm，最长可达100μm。
呈圆形、椭圆形、卵圆形、柠檬形、香肠形等，某些菌种可形成假菌丝。
（2）酵母菌的繁殖方式有出芽生殖、分裂生殖和孢子生殖，但多以出芽方式进行无性生殖。
温度低时形成孢子，进入休眠状态；温度适宜时，进行出芽生殖，繁殖速度快。
（3）酵母菌在固体培养基上形成的菌落，其表面湿润、黏稠，呈白色或粉红色；在液体培养基中，有些在液体表面形成菌膜，或在容器壁上出现酵母环，或产生沉淀。
（4）自然界中，酵母菌分布广泛，但多分布在含糖较高的偏酸环境中，如水果、花、树皮上，有些可与昆虫共生，有些使人致病，如白色假丝酵母引发鹅口疮、肺感染。
食品中常见的酵母菌有啤酒酵母、葡萄汁酵母、鲁氏酵母（酱油酿造）、球拟酵母属、粉状毕赤氏酵母等。
一年四季，土壤始终是酵母菌的大本营。
一种酿酒酵母菌
2．果酒制作的原理
（1）酵母菌的呼吸
果酒的制作离不开酵母菌。
酵母菌是兼性厌氧微生物，在有氧条件下，酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖，反应式如下：
C6H12O6＋6O2
6CO2＋6H2O
在无氧条件下，酵母菌能进行酒精发酵，反应式如下：
C6H12O6
2C2H5OH＋2CO2
酒厂用含丰富淀粉的农产品做原料发酵酿酒时，向原料中充入足够空气，目的是让酵母菌进行有氧呼吸，产生大量酵母菌种，当耗尽氧气时，酵母菌进行酒精发酵产生酒精。
（2）影响酵母菌繁殖的因素
酵母菌分布广泛，“喜欢”葡萄汁等含糖量高的果汁。
培养酵母菌一般用麦芽汁培养基，麦芽汁组成复杂，能为酵母菌提供足够的营养物质。
温度是酵母菌生长和发酵的重要条件。
20℃左右最适合酵母菌繁殖，酒精发酵时一般将温度控制在18～25℃。
酵母菌生活在偏酸环境中，最适pH为4.0～5.8。
在最低pH＝2.5，最高pH＝8.0的两种环境中，酵母菌尚能生存和生长，但生长非常缓慢而且易死亡。
（3）酵母菌发酵过程
在葡萄酒的自然发酵过程中，起主要作用的是附着在葡萄皮上的野生型酵母菌。
发酵过程中，随着酒精度的提高，红葡萄皮的色素也进入发酵液，使葡萄酒呈现深红色。
在缺氧、呈酸性的发酵液中，酵母菌能大量生长繁殖，而绝大多数其他微生物都因无法适应这一环境而受到抑制。
二、果醋制作的原理
1．醋酸菌
醋酸菌的形状从椭圆到杆状，有单个的，成对的，也有成链状的。
不形成芽孢，幼龄细胞呈革兰氏阴性，老龄菌不稳定。
2．果醋制作的原理
醋酸菌是一种好氧性细菌，只有当氧气充足时，才能进行旺盛的生理活动。
变酸的酒的表面观察到的菌膜就是醋酸菌在液面大量繁殖而形成的。
实验表明，醋酸菌对氧气的含量特别敏感，当进行深层发酵时，即使只是短时间中断通入氧气，也会引起醋酸菌死亡。
当氧气、糖源都充足时，醋酸菌将葡萄汁中的果糖分解成醋酸；当缺少糖源时，醋酸菌将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸（反应简式如下）。
醋酸菌的最适生长温度为30～35℃。
C2H5OH＋O2
CH3COOH＋H2O
三、发酵
1．概念：
利用微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体及各种不同代谢产物的过程。
2．分类
据培养基的物理状态分
据生成产物分
发酵条件的控制
生物技术在食品加工中的应用十分广泛，如果酒、果醋的制作就是生活中常见的例子。
如图是果酒制果醋的发酵装置，分析回答：
（1）在果醋发酵过程中，要向发酵瓶中通入空气，原因是____________；制醋过程中，将温度严格控制在30℃～35℃，原因是___________________。
（2）在果醋发酵过程中，用______证明是否有醋酸生成。
（3）在果醋的制作中，提供碳源的物质主要是__________________。
【审题导析】
（1）熟练掌握果醋发酵的过程；
（2）发酵条件的不同对应的不同产物；（3）发酵产物的检验方法应掌握。
【精讲精析】 本题主要考查果酒和果醋制作的实验流程及所涉及的物质变化和条件控制，对应分析如下：
【答案】
（1）醋酸菌是好氧性细菌 醋酸菌的最适生长温度是30℃～35℃
（2）pH试纸检测流出液的pH
（3）葡萄糖或乙醇
微生物发酵过程中，应当严格控制条件，因为发酵条件的不同会直接影响产物。
如酿酒时没有密封好，产物将是醋。
1．用下列原料及条件酿酒能得到酒精的是（ ）
选项
原料
菌种
条件
A
葡萄糖
酵母菌
有氧
B
淀粉
醋酸菌
无氧
C
玉米粉
酵母菌
无氧
D
大豆粉
醋酸菌
有氧
【解析】 酿酒需要酵母菌在无氧条件下分解葡萄糖或淀粉。
因此能产生酒精的是C项。
【答案】 C
对发酵影响因素的分析
（2016·全国甲卷）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。
【审题导析】
【精讲精析】
（1）图中过程①和②是酵母菌无氧呼吸产生乙醇的过程，无氧呼吸的场所是细胞质基质。
乙醇可用酸性重铬酸钾试剂检测，颜色由橙色变为灰绿色。
过程③为有氧呼吸的第二和第三阶段，场所为线粒体。
在有氧条件下酵母菌进行有氧呼吸，产生更多的能量供酵母菌繁殖利用，故有氧条件下酵母菌的繁殖速度更快。
（2）醋酸杆菌是好氧型细菌，因此，在醋酸杆菌作用下，将乙醇转变为醋酸的过程需要在有氧条件下才能完成。
（3）在生产过程中，第一阶段酵母菌产生乙醇的适宜温度为18～25℃，第二阶段醋酸杆菌产生醋酸的适宜温度为30～35℃，第一阶段的温度低于第二阶段的。
（4）醋酸杆菌属于原核生物，原核细胞中的细胞器只有核糖体一种，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
酵母菌与醋酸菌的比较
酵母菌
醋酸菌
生物学分类
真核生物
原核生物
生活方式
异养兼性厌氧型
异养需氧型
最适生长繁
殖温度
20℃
30℃～35℃
主要生殖方式
出芽生殖
二分裂生殖
日常生活应用
酿酒、发面
酿醋
2．上题中若乙同学忘记用夹子夹住进气口和排气口对实验的影响是（ ）
A．无影响 B．产生的酒精增多
C．产生的酒精减少D．不产生酒精
【解析】 在有氧条件下酵母菌不能进行无氧呼吸，且醋酸菌的生长繁殖快，会产生醋酸。
【答案】 D
1．下列关于酵母菌的叙述，说法错误的是（ ）
A．酵母菌是营异养生活的真菌
B．酵母菌无氧呼吸时能产生乳酸
C．酵母菌在有氧气存在时，能将C6H12O6分解成CO2和H2O
D．酵母菌的无氧呼吸叫发酵
【解析】 酵母菌是真菌，不具有叶绿体，不能合成有机物，属异养生物；酵母菌属兼性厌氧微生物，在无氧条件下进行无氧呼吸，也称酒精发酵，其产物是酒精和CO2。
【答案】 B
2．下列关于果醋的制作，错误的是（ ）
A．果醋的制作需用醋酸菌，醋酸菌是一种好氧性细菌，所以在制作过程中需通氧气
B．利用醋酸菌制作果醋要先通风后密闭
C．醋酸菌能将果酒变成果醋
D．当氧气、糖类充足时，醋酸菌可将葡萄中的糖分解成醋酸
【解析】 醋酸菌是好氧性细菌，所以在发酵过程中需要适时地通入氧气；在糖类、氧气充足时，醋酸菌能将葡萄中的糖分解成醋酸；当缺少糖类时，可将酒精转变为乙醛，再将乙醛转变为醋酸。
【答案】 B
3．（2016·江苏高考）下列关于中学“腐乳的制作”实验，叙述正确的是（ ）
A．加盐主要是为了调节水分，利于毛霉生长
B．加料酒主要是为了灭菌，避免腐败变质
C．发酵过程中起主要作用的是乳酸杆菌
D．实验室制作的腐乳不宜直接食用
【解析】 加盐主要是为了抑制杂菌的生长，同时也可析出水分，有利于腐乳成形，而不是调节水分，利于毛霉生长，A选项错误；加料酒可以抑制微生物的生长，同时能使腐乳具有独特的风味，但不能灭菌，B选项错误；在腐乳制作的发酵过程中起主要作用的是毛霉，C选项错误；实验室制作的腐乳因未经质量鉴定，不宜直接食用，D选项正确。
【答案】 D
学业达标测评（四）
一、选择题
1．（2014·广东高考）下列叙述错误的是（ ）
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】 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，A错误；酵母菌在无氧条件下利用葡萄糖产生酒精，B正确；泡菜腌制利用的是乳酸菌的发酵，C正确；腐乳的制作中利用毛霉等微生物产生的蛋白酶和脂肪酶，D正确；因此答案为A。
【答案】 A
2．果醋的制作原理为（ ）
A．醋酸菌将C2H5OH还原为醋酸
B．醋酸菌将C2H5OH氧化成醋酸
C．醋酸菌将C2H5OH分解成CO2和醋酸
D．醋酸菌能将C2H5OH直接氧化成醋酸，不需要生成中间物质乙醛
【解析】 本题考查对果醋制作原理的理解能力。
在缺少糖的情况下，醋酸菌在相关酶的作用下先将酒精氧化成乙醛，再继续将乙醛氧化成醋酸。
【答案】 B
3．在适宜的温度条件下，在下列装置中都放入干酵母（内有活酵母），如下图所示的四个装置中，其中适于产生酒精的装置是（ ）
【解析】 分析装置图知：
B和C分别缺水和糖，不适于酵母生存；D图始终处于有氧环境不利于酵母进行酒精发酵，A图更适于酵母细胞进行酒精发酵。
【答案】 A
4．果酒制作过程中，操作有误的是（ ）
A．将消毒过的葡萄汁装满发酵装置
B．将温度严格控制在18～25℃
C．榨汁机要清洗干净，并晾干
D．将冲洗除梗的葡萄放入冲洗晾干的榨汁机内进行榨汁
【解析】 在果酒制作时，葡萄糖不能装满发酵装置，要留出一定空间，使空间里有氧气供发酵初期酵母菌进行有氧呼吸。
【答案】 A
5．某研究性学习小组以樱桃番茄为材料进行果酒、果醋发酵实验。
下列相关叙述正确的是（ ）
A．酵母菌是嗜温菌，所以果酒发酵所需的最适温度较高
B．先供氧进行果醋发酵，然后隔绝空气进行果酒发酵
C．与人工接种的发酵相比，自然发酵获得的产品品质更好
D．适当加大接种量可以提高发酵速率、抑制杂菌生长繁殖
【解析】 解答本题时需注意果酒和果醋的制作流程与适宜温度等知识。
18～25℃适合酵母菌发酵，醋酸菌为嗜温菌，果醋发酵的最适温度是30～35℃，高于果酒发酵的最适温度，A项错误；实验中应先进行果酒发酵，再进行果醋发酵，B项错误；人工接种的菌种品质更好，且不容易存在杂菌污染，故比自然发酵获得的产品品质更好，C项错误；适当增加接种量可缩短达到一定数量菌种所需的时间，并且在与其他杂菌的竞争中能够占优势，故能够提高发酵速率、抑制杂菌的生长繁殖，D项正确。
【答案】 D
6．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】 ①既是无氧呼吸的第一阶段，也是有氧呼吸的第一阶段，有氧无氧都能发生。
①发生于细胞质基质中。
③属有氧呼吸，需要氧气的参与，乙醇形成醋酸也需要氧气参与。
不同化学反应所需要的酶不同，最适温度也不同。
【答案】 C
7．下图表示各种因素对醋酸菌发酵产生醋酸的影响，其中不正确的是
（ ）
【解析】 温度和pH可以通过影响酶的活性来改变醋酸的产生速率，在最适温度和pH时醋酸产生速率最大，高于或低于该点都会使酶的活性降低（甚至丧失）。
醋酸菌是好氧性细菌，随着溶氧量的增加（一定范围内），以及该菌生长繁殖速率的加快，醋酸的产生速率也会增加，但当溶氧增大到一定值时由于受其他条件的限制，醋酸不可能继续增加。
醋酸产生速率在最初阶段可能不断加快，当活菌数目达到最多时，其产生速率就不再明显加快了。
【答案】 C
8．某同学设计了右图所示的发酵装置，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】 A项，该装置中注水的弯曲部分可阻止空气进入，能用于果酒发酵。
B项，果酒发酵产生的CO2可溶解在弯管的水中，CO2量多时可进一步通过水排出。
C项，醋酸菌是好氧菌，因没有将无菌空气通入发酵液中，故去除弯管中的水后也不能满足底层发酵液中醋酸菌有氧呼吸的需求。
D项，去除弯管中的水后，该装置的弯管部分既能排出CO2，也能防止空气中的微生物进入，与巴斯德的鹅颈瓶作用类似。
【答案】 C
二、非选择题
9．生物技术在食品加工中的应用十分广泛，如果酒、果醋的制作就是生活中常见的例子。
如图A是果酒和果醋制作的实验流程，图B是一个果酒制果醋的发酵装置。
请分析回答：
图A 图B
（1）果醋发酵的微生物是________，果酒发酵的微生物是________，这两类微生物在代谢方式上的主要区别是________是好氧生物，________是兼性厌氧型生物。
（2）果醋是在图B________中产生的，发酵的微生物利用的碳源主要是________。
（3）图A的①过程是在图B中________内进行的，发酵产物酒精要在________（填“酸”“中”或“碱”）性条件下用________来鉴定。
【解析】 本题考查果酒果醋的制作。
（1）果醋发酵的微生物是醋酸菌，温度条件是30～35℃，需向发酵装置中持续通入无菌空气，代谢类型是异养需氧型；果酒发酵的微生物是酵母菌，温度条件是18～25℃，初期需向发酵装置中通入无菌空气，进行有氧呼吸，酵母菌大量繁殖，后期密封，进行无氧呼吸产生酒精，代谢类型是异养兼性厌氧型。
（2）在图B中，乙持续通入空气制备果醋，若制作流程是果汁→果酒→果醋，则醋酸菌的碳源来源于乙醇；若制作流程是果汁→果醋，则碳源来源于葡萄糖。
（3）图A的①过程表示制备果酒，酵母菌在图B甲中进行无氧呼吸，酒精与酸性重铬酸钾溶液反应呈灰绿色。
【答案】
（1）醋酸菌 酵母菌 醋酸菌 酵母菌
（2）乙 乙醇（葡萄糖或乙醇） （3）甲 酸 重铬酸钾溶液
10．请回答下列有关微生物及其技术的问题。
（1）在腐乳的制作过程中，有多种微生物参与了豆腐的发酵，其中起主要作用的是________。
微生物产生的蛋白酶能将豆腐中的蛋白质分解成小分子的________，________可将脂肪水解为甘油和脂肪酸。
（2）在腐乳制作时，需加盐腌制，其目的是析出豆腐中的水分，使豆腐块变硬不会过早酥烂，同时盐还能抑制微生物的生长，避免豆腐块腐败变质。
要制作出色香味俱全的腐乳，关键在于________的配制。
（3）在制作腐乳、果醋、泡菜的过程中，需要氧气的是________________。
（4）苹果醋是受现代人所青睐的健康饮品之一，其生产过程中利用了代谢类型为________的________（填生物名称）发酵作用，该过程需要控制的温度条件是________。
【解析】 本题考查微生物的作用。
（1）制作腐乳的微生物主要是毛霉，蛋白酶可将蛋白质分解成氨基酸和多肽，脂肪酶可将脂肪水解为甘油和脂肪酸。
（2）要制作出色香味俱全的腐乳，关键在于卤汤的配制。
（3）制作果醋和腐乳用的是好氧型细菌。
（4）制作果醋用醋酸菌，其代谢类型是异养需氧型，控制的温度是30～35℃。
【答案】
（1）毛霉 多肽和氨基酸 脂肪酶
（2）卤汤
（3）制作果醋和腐乳
（4）异养需氧型 醋酸菌 30～35℃
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