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2019-2020年高中生物 1《傳統(tǒng)發(fā)酵技術的應用》教案（1） 新人教版選修1 【學習導航】 本章內容包括“果酒和果醋的制作”、“腐乳的制作”、二個課題，每個課題相對獨立，沒有嚴格的順序關系。本專題圍繞傳統(tǒng)發(fā)酵食品的制作展開，主要是通過學習果酒、果醋、腐乳及泡菜的制作技術，培養(yǎng)學生設計實驗、動手操作等科學探究的能力。重點是三項技術的制作原理和設計裝置，難點是制作過程中發(fā)酵條件的控制。 本專題與微生物聯(lián)系密切，要求學生有豐富的微生物知識和較強的動手能力，學會摸索發(fā)酵的最佳條件并做好記錄，同時注意實驗的嚴密性。 課題1 果酒和果醋的制作 【課題目標】 說明果酒和果醋制作的原理，設計制作果酒和果醋的裝置，完成果酒和果醋的制作。 【課題重點與難點】 課題重點：說明果酒和果醋的制作原理，設計制作裝置，制作出果酒和果醋。 課題難點：制作過程中發(fā)酵條件的控制。 【基礎知識】 （一）果酒制作的原理 知識要點：1. 酵母菌的兼性厭氧生活方式；2.發(fā)酵需要的適宜條件；3.傳統(tǒng)發(fā)酵技術所使用的酵母菌的來源。 教學建議：教師在介紹傳統(tǒng)發(fā)酵釀酒時，首先應讓學生了解酵母菌的兼性厭氧生活方式，理解發(fā)酵需要一定的條件，然后再介紹傳統(tǒng)發(fā)酵方法，分析傳統(tǒng)發(fā)酵技術中所使用的酵母菌的來源。最后，教師可以組織學生討論，在發(fā)酵過程中，怎樣才能保證發(fā)酵液不受污染、如何控制好溫度。 （二）果醋制作的原理 知識要點：1.酒變醋的原理；2.控制發(fā)酵條件的作用；3.制醋所利用的醋酸菌的來源。 教學建議：教師可采用多種形式讓學生了解由酒變醋的原理以及在制醋過程中醋酸菌的作用。例如，教師可以組織學生在查找資料的基礎上進行討論和交流。通過學生的自主活動，讓學生了解傳統(tǒng)制醋的流程、醋酸菌的生活特點、醋酸菌在自然界的分布以及使果酒變?yōu)楣椎姆椒ǖ然A知識。 （三）、實驗案例 制作葡萄酒和葡萄醋 建議將實驗安排在秋季的9月或10月進行。在這段時間內進行實驗，有如下優(yōu)點：（1）正值收獲季節(jié)，葡萄的價格便宜，品種多樣；（2）此時葡萄上的酵母菌數(shù)量多且生活力強，發(fā)酵釀酒的效果好；（3）溫度適宜，發(fā)酵現(xiàn)象非常明顯。實驗的具體操作步驟如下。 1.對發(fā)酵瓶、紗布、榨汁機、盛葡萄汁的器皿等實驗用具進行清洗并消毒。先用溫水反復沖洗幾次,再用體積分數(shù)為75%的酒精擦拭消毒，晾干待用。 2. 取葡萄500 g，去除枝梗和腐爛的子粒。 3. 用清水沖洗葡萄1～2遍除去污物，注意不要反復多次沖洗。 4. 用榨汁機榨取葡萄汁后，將其裝入發(fā)酵瓶中（裝置參見教材圖1-4b），或將葡萄打成漿后，用潔凈的紗布過濾至發(fā)酵瓶中，蓋好瓶蓋。如果沒有合適的發(fā)酵裝置，可以用500 mL的塑料瓶替代，但注入的果汁量不要超過塑料瓶總體積的2/3。 5. 將發(fā)酵瓶置于適宜的溫度下發(fā)酵。 6. 由于發(fā)酵旺盛期CO2的產量非常大，因此需要及時排氣，防止發(fā)酵瓶爆裂。如果使用簡易的發(fā)酵裝置，如瓶子（最好選用塑料瓶），每天要擰松瓶蓋2～4次，進行排氣。 7. 10 d以后，可以開始進行取樣檢驗工作。例如，可以檢驗酒味、酒精的含量、進行酵母菌的鏡檢等工作。 8. 當果酒制成以后，可以在發(fā)酵液中加入醋酸菌或醋曲，然后將裝置轉移至30～35 ℃的條件下發(fā)酵，適時向發(fā)酵液中充氣。如果找不到醋酸菌菌種或醋曲，可嘗試自然接種，但效果不是很好。如果沒有充氣裝置，可以將瓶蓋打開，在瓶口蓋上紗布，以減少空氣中塵土等的污染。 （四）、課題成果評價 （一）果酒的制作是否成功 發(fā)酵后取樣，通過嗅味和品嘗進行初步鑒定。此外，還可用顯微鏡觀察酵母菌，并用重鉻酸鉀檢驗酒精的存在。如果實驗結果不理想，請學生分析失敗原因，然后重新制作。 （二）果醋的制作是否成功 首先通過觀察菌膜的形成、嗅味和品嘗進行初步鑒定，再通過檢測和比較醋酸發(fā)酵前后的pH作進一步的鑒定。此外，還可以通過在顯微鏡下觀察發(fā)酵液中是否有醋酸菌，并統(tǒng)計其數(shù)量作進一步鑒定。 【課本問題答案和提示】 （一）旁欄思考題 1.你認為應該先沖洗葡萄還是先除去枝梗？為什么？ 答：應該先沖洗，然后再除去枝梗，以避免除去枝梗時引起葡萄破損，增加被雜菌污染的機會。 2.你認為應該從哪些方面防止發(fā)酵液被污染？ 提示：需要從發(fā)酵制作的過程進行全面的考慮。例如，榨汁機、發(fā)酵裝置要清洗干凈；每次排氣時只需擰松瓶蓋、不要完全揭開瓶蓋等。 3.制葡萄酒時，為什么要將溫度控制在18～25 ℃？制葡萄醋時，為什么要將溫度控制在30～35 ℃？ 答：溫度是酵母菌生長和發(fā)酵的重要條件。20 ℃左右最適合酵母菌繁殖。因此需要將溫度控制在其最適溫度范圍內。而醋酸菌是嗜溫菌，最適生長溫度為30～35 ℃，因此要將溫度控制在30～35 ℃。 4.制葡萄醋時，為什么要適時通過充氣口充氣？ 答：醋酸菌是好氧菌，在將酒精變?yōu)榇姿釙r需要氧的參與，因此要適時向發(fā)酵液中充氣。 （二）［資料］發(fā)酵裝置的設計討論題 請分析此裝置中的充氣口、排氣口和出料口分別有哪些作用。為什么排氣口要通過一個長而彎曲的膠管與瓶身連接？結合果酒、果醋的制作原理，你認為應該如何使用這個發(fā)酵裝置？ 答：充氣口是在醋酸發(fā)酵時連接充氣泵進行充氣用的；排氣口是在酒精發(fā)酵時用來排出CO2的；出料口是用來取樣的。排氣口要通過一個長而彎曲的膠管與瓶身連接，其目的是防止空氣中微生物的污染，其作用類似巴斯德的鵝頸瓶。使用該裝置制酒時，應該關閉充氣口；制醋時，應將充氣口連接氣泵，輸入氧氣。 （三）練習 2.提示：大規(guī)模生產時需要進行更為全面周詳?shù)目紤]，如原料的來源與選擇、菌種的培育與選擇、發(fā)酵的設備、發(fā)酵條件的自動化控制，以及如何嚴格控制雜菌污染；等等。此外，無論是葡萄酒或葡萄醋，實驗時所檢測的發(fā)酵液，并非商品意義上的產品。在實際生產中還需沉淀過濾、滅菌裝瓶等獲得成品酒或醋。葡萄酒還需在一定設施和條件下（如橡木桶和地窖）進行后續(xù)發(fā)酵，以獲得特定的風味和色澤。 3.提示：需考慮廠房、設備投資、原材料采購、工人人數(shù)及工資、產品種類、生產周期、銷售渠道、利潤等問題。 【導學誘思】 1．果酒制作的原理 （1）人類利用微生物發(fā)酵制作果酒，該過程用到的微生物是 ，它的代謝類型是 ，與異化作用有關的方程式有 。 思考：果酒制作過程中，在不滅菌的情況下，如何使酵母菌成為優(yōu)勢菌種？酵母菌成為優(yōu)勢菌種前存在的生物關系如何？ （2）酵母菌生長的最適溫度是 ；酒精發(fā)酵一般將溫度控制在 。 傳統(tǒng)發(fā)酵技術所使用的酵母菌的來源是 。 （3）葡萄酒呈現(xiàn)深紅色的原因是 。 （4）現(xiàn)在工廠化生產果酒，為提高果酒的品質，更好地抑制其它微生物的生長，采取的措施是 。 2．果醋的制作原理 （1）果酒進一步發(fā)酵能獲得果醋，酒變醋的原理是 。 思考：變酸的酒表面有菌膜，菌膜是怎樣形成的？溶液內部能形成菌膜嗎？ 果醋的制作過程中如何進行深層發(fā)酵？ （2）果醋發(fā)酵時將溫度控制在 ℃，原因是 。 （3）醋酸菌與酵母菌相比，最主要的特點是 。 3．操作過程應注意的問題 （1）為防止發(fā)酵液被污染，發(fā)酵瓶要用 消毒。 （2）葡萄汁裝入發(fā)酵瓶時，要留出大約 的空間。 （3）制作葡萄酒時將溫度嚴格控制在 ，時間控制在 d左右，可通過 對發(fā)酵的情況進行及時的監(jiān)測。 （4）制葡萄醋的過程中，將溫度嚴格控制在 ，時間控制在 d，并注意適時在 充氣。 思考：酵母菌和醋酸菌的生殖方式有什么不同？ 【疑難點撥】 1、認為應該先沖洗葡萄還是先除去枝梗？為什么？ 應該先沖洗，然后再除去枝梗，以避免除去枝梗時引起葡萄破損，增加被雜菌污染的機會。 2、認為應該從哪些方面防止發(fā)酵液被污染？ 需要從發(fā)酵制作的過程進行全面的考慮，因為操作的每一步都可能混入雜菌。例如：榨汁機、發(fā)酵裝置要清洗干凈；每次排氣時只需擰松瓶蓋、不要完全揭開瓶蓋等。 分析果酒和果醋的發(fā)酵裝置中充氣口、排氣口和出料口分別有哪些作用。為什么排氣口要通3、3、過一個長而彎曲的膠管與瓶身連接？ 充氣口是在醋酸發(fā)酵時連接充氣泵進行充氣用的；排氣口是在酒精發(fā)酵時用來排出二氧化碳的；出料口是用來取樣的。排氣口要通過一個長而彎曲的膠管與瓶身連接，其目的是防止空氣中微生物的污染。使用該裝置制酒時，應該關閉充氣口；制醋時，應將充氣口連接氣泵，輸入氧氣。 【典例解析】 例1．（03上海）生產果醋用的乳酸菌等細菌都具有的特征是 （ ） A．都是異養(yǎng)生物 B．僅在有水條件下繁殖 C．僅在有氧條件下生長 D．生存溫度都超過80℃ 解析：細菌的生長所必需的營養(yǎng)元素：碳源、氮源、無機鹽、水生長因子，其中碳源、氮源、無機鹽、生長因子因細菌種類的不同，所需的種類也不一樣，而水是所有微生物生長共同所需要的物質。細菌按同化作用可分為自養(yǎng)型和異養(yǎng)型兩種；按異化作用可分為需氧型和厭氧型。 答案：B 例2．發(fā)酵過程中，不會直接引起pH變化的是 A．營養(yǎng)物質的消耗 B．微生物呼出的CO2 C．微生物細胞數(shù)目的增加 D．次級代謝產物的積累 解析：微生物發(fā)酵過程中，微生物的代謝會消耗大量的營養(yǎng)物質，可能造成酸堿物質消耗不均，從而引起pH的變化；微生物的呼吸作用還會產生大量的CO2引起pH的變化；同時產物的種類也能引起pH的變化。 答案：C 例3．在啤酒生產過程中，發(fā)酵是重要環(huán)節(jié)。生產過程大致如下：將經過滅菌的麥芽汁充氧，接入啤酒酵母菌菌種后輸入發(fā)酵罐。初期，酵母菌迅速繁殖，糖度下降，酒精濃度漸漸上升，泡沫不斷增多。當糖度下降到一定程度后，結束發(fā)酵。最后分別輸出有形物質和啤酒。根據(jù)上述過程，回答以下問題： （1）該過程表明啤酒酵母異化作用的特點是 。 （2）初期，酵母菌迅速繁殖的主要方式是 。 （3）酒精主要是啤酒酵母菌進行 作用產生的代謝產物。 （4）經測定酵母菌消耗的糖中，98.5%形成了酒精和其它發(fā)酵產物。其余1.5%則用于 。 （5）請寫出由麥芽糖→葡萄糖→酒精的反應方程式。 解析：酵母菌在有氧條件下進行有氧呼吸，在無氧條件下進行無氧呼吸，有氧時酵母菌能通過出芽生殖的方式大量繁殖，種群數(shù)量增加很快，無氧時能分解糖類產生酒精，釋放出的能量，大部分儲存在發(fā)酵產物中，極少數(shù)用于自身生長發(fā)育。 答案：（1）既能進行有氧呼吸又能進行無氧呼吸 （2）出芽生殖 （3）無氧呼吸 （4）自身的生長繁殖 （5）C12H22O11+H2O→2C6H12O6，C6H12O6→2C2H5OH+2CO2+能量 【課堂演練】 一、選擇題 1．能為發(fā)酵工程提供菌種的是 A．植物體細胞雜交 B．目的基因轉移 C．動物細胞融合 D．聚乙二醇處理大腸桿菌 2．具有細胞結構而沒有核膜的一組生物是 A.噬菌體、細菌 B.變形蟲、草履蟲 C.藍藻、酵母菌 D.放線菌、圓褐固氮菌 3．將乳酸菌接種到徹底滅菌的固體培養(yǎng)基上，要使其正常生長必須給予的條件是 A.充足的氧氣 B.隔絕氧氣 C.供給分子氮 D.供給大分子蛋白質 4．當環(huán)境溫度超過最適生長溫度以后，微生物的生長速率會急劇下降，是由于細胞內哪些物質發(fā)物了不可逆的破壞 A.蛋白質和核酸 B.蛋白質和磷脂 C.核酸和核膜 D.載體和DNA 5．一般情況下不進行二分裂生殖的是 A.草履蟲、變形蟲 B.酵母菌、放線菌 C.大腸桿菌、固氮菌 D.乳酸菌、黃色短桿菌 6．在微生物的細胞中，占細胞干重90%以上的化學元素為 A.C、H、O、N B.C、H、O、N、P、S C.N、P、S、K、Ca、Mg D.C、H、O 7．.微生物的代謝速度與高等動植物相比快得多，下列哪項不是這一生命現(xiàn)象的原因 A.表面積與體積的比很大 B.與外界環(huán)境物質交換迅速 C.適宜條件下微生物的繁殖速度非?？? D.微生物體內酶的種類比其他生物多 8．下列哪項不是真菌所具有的特征 A.多數(shù)真菌能夠進行孢子生殖 B.真菌都屬于真核生物 C.真菌都屬于異養(yǎng)生物 D.真菌多為厭氧型或兼性厭氧型微生物 9．酒廠利用酵母菌釀酒過程中，經檢測活菌數(shù)量適宜但卻不產生酒精，應采取的措施是 A.降低溫度 B.隔絕空氣 C.加緩沖液 D.加新鮮培養(yǎng)基 10．細胞結構是原核、生長繁殖過程絕對不需氧、體內不含有氧呼吸酶的微生物是 A.乳酸菌 B.酵母菌 C.變形蟲 D.固氮菌 二、選擇題 11、如圖所示表示酵母菌細胞的構造模式。請據(jù)圖回答： A B C D E F G 時間 Lg(細胞數(shù)) 細胞核 5 1 2 3 4 貯藏顆粒 （1）從細胞核的構造看，酵母菌屬于 生物。 （2）寫出1、3、5的結構名稱：1 ，3 ，5 。 （3）2的主要化學成分為 ，其完成圖示功能的結構基礎是 。 （4）圖中的酵母菌正在進行 生殖。 （5）用 染料使染色體著色，發(fā)現(xiàn)一各酵母菌S.Cerevisiae細胞核中有17條染色體，該酵母菌是 倍體。 （6）酵母菌細胞分裂的意義是（ ） A、產生新個體 B、增加生命活力 C、增加變異性 D、改變遺傳性 （7）酵母菌的菌落一般會散發(fā)出一股悅人的酒香味，相關的反應式是 。 （8）用酵母制啤酒時，為保證發(fā)酵罐中有較多的酵母菌，必須先 ，達到一定數(shù)量后，則應該 ，以獲得大量的 。 （9）為研究發(fā)酵罐中酵母菌的生長狀況，常要取樣統(tǒng)計分析，并測定pH值，判斷取樣先后順序的主要依據(jù)是 。右側生長曲線圖中FG下降的主要原因是 。欲收獲酵母菌或其代謝產物，應選擇曲線中的 段。 （10）自然環(huán)境中的酵母菌屬于生態(tài)系統(tǒng)中的 成分。 答案：1．C 2．D 3．B 4．A 5．A 6．D 7．D 8．B 9．B 10．A 11．（1）真核 （2）細胞壁 線粒體 芽體 （3）磷脂和蛋白質 細胞膜具一定的流動性 （4）出芽 （5）堿性 單 （6）A （7）C6H12O6→2C2H5OH+2CO2+能量 （8）通入空氣 密閉發(fā)酵罐 酒精 （9）pH值的大小，pH值越小取樣越后 發(fā)酵罐中營養(yǎng)物質供應不足 EF （10）分解者 【知識拓展】 1.葡萄酒的釀造 傳統(tǒng)的葡萄酒釀造，都是采用自然發(fā)酵的工藝。所謂自然發(fā)酵，就是葡萄破碎入罐以后，不去人為地添加任何菌種，靠葡萄本身攜帶的自然界的酵母菌，在葡萄漿或分離后的葡萄汁里自發(fā)地繁殖，最終發(fā)酵成葡萄酒。 溫度對發(fā)酵的影響 酵母菌只能在一定溫度下生活。溫度低于10 ℃，酵母菌發(fā)育很緩慢。隨著溫度的升高，繁殖速度加快，20 ℃時為最佳繁殖溫度，此時酵母菌生殖速度快、生活力強。超過35 ℃，酵母菌生長受到抑制，繁殖速度迅速下降，到40 ℃酵母菌停止出芽，開始出現(xiàn)死亡。如果想要獲得高酒精濃度的發(fā)酵液、減少酒精的損耗，必須控制好發(fā)酵溫度。 空氣對發(fā)酵的影響 酵母菌繁殖需要空氣。在完全隔絕空氣的情況下，酵母菌繁殖幾代就停止了。稍微與空氣接觸，酵母菌又能繼續(xù)繁殖。如果長時間得不到空氣，大部分的酵母菌就會死亡。要維持酵母菌長時間發(fā)酵，必須供給微量的氧氣。 葡萄汁中酵母菌的種類 葡萄汁中酵母菌的種類大致可以分為以下四類。第一類是在發(fā)酵中起主要作用的酵母，即葡萄酒酵母或叫啤酒酵母。這種酵母發(fā)酵力強，產酒的風味好，生成有益的副產物多。在葡萄汁還沒發(fā)酵之前，這種酵母占的比例很??；在發(fā)酵的過程中，這種酵母很快地繁殖起來，由它完成主要的發(fā)酵任務。第二類在葡萄汁中數(shù)量很大，但發(fā)酵力很弱，其代表是尖端酵母。在新壓榨的葡萄汁中，尖端酵母和葡萄酒酵母的比例約為1 000∶1。在發(fā)酵開始時，這種發(fā)酵力弱的酵母先引起發(fā)酵。在以后的發(fā)酵過程中，它的作用逐漸被葡萄酒酵母所代替。第三類是一種產膜的好氣性酵母菌。當發(fā)酵容器未灌滿時，產膜酵母便會在葡萄汁液面生長繁殖，使葡萄汁變質。 發(fā)酵是釀造葡萄酒最重要的過程。葡萄汁變成葡萄酒的過程就是酵母菌的酒精發(fā)酵過程。發(fā)酵過程非常復雜，其主要產物是乙醇和二氧化碳，此外還有其他的副產物。不難設想，如果發(fā)酵的最終產物只是乙醇和二氧化碳，而不產生有香味和有口味的物質，那么發(fā)酵而成的酒，口味就太單調了。 2.對葡萄酒有害的微生物 產膜酵母 由于產膜酵母是好氣性真菌，所以在衛(wèi)生條件差的情況下，如貯酒容器不滿、暴露在空氣中的表面積很大時，很容易產生產膜酵母。產膜酵母又叫酒花菌，最初在酒面繁殖時，形成雪花狀的斑片，然后連成灰色薄膜，時間長了，就會在酒的液面上形成一個膜蓋。產膜酵母能把乙醇分子氧化成乙醛，又把乙醛分子氧化成水和二氧化碳，從而使葡萄酒的酒精含量降低，酒味變淡薄。 乳酸菌 葡萄酒里的糖，為大多數(shù)細菌的繁殖提供了良好的營養(yǎng)物質，所以含糖的葡萄酒是最容易被細菌感染的。葡萄酒中有一種有害的乳酸菌，它不分解蘋果酸，專門分解葡萄酒中的糖、甘油、酒石酸，使優(yōu)質的葡萄酒完全變質。 醋酸菌 是一種好氣性細菌，在有氧的條件下才能進行旺盛的代謝活動。葡萄汁中的糖，是醋酸菌重要的碳源和能源。在有氧的情況下，醋酸菌能把葡萄汁中的糖分解成醋酸。在葡萄酒中缺少糖源的情況下，酒精便是醋酸菌的碳源和能源，它將乙醇變?yōu)橐胰?，再變?yōu)榇姿帷? 3.果醋的生產制作過程 清洗 將水果或果皮、果核等投入池中，用清水沖洗干凈，揀去腐爛部分與雜質等，取出瀝干。 蒸煮 將上述洗凈的果物放入蒸氣鍋內，在常壓下蒸煮1～2 h。在蒸煮過程中，可上下翻動二三次，使其均勻熟透。然后降溫至50～60 ℃，加入為原料總重量10%的用黑曲霉制成的麩曲，或加入適量的果膠酶，在40～50 ℃溫度下，糖化2 h。 榨汁 糖化后，用壓榨機榨出糖化液，然后泵入發(fā)酵用的木桶或大缸,并調整濃度。 發(fā)酵 糖化液溫度保持在28～30 ℃，加入酒母液進行酒精發(fā)酵，接種量（酒母液量）為糖化液的5%～8%。發(fā)酵初的5～10 d，需用塑料布密封容器。當果汁含酸度為1%～1.5%、酒精度為5～8度時，酒精發(fā)酵已基本完成。接著將果汁的酒精濃度稀釋至5～6度，然后接入5%～10%的醋酸菌液，攪勻，將溫度保持在30 ℃，進行醋酸靜置發(fā)酵。經過2～3 d，液面有薄膜出現(xiàn)，說明醋酸菌膜形成，一般1度酒精能產生1%的醋酸，發(fā)酵結束時的總酸度可達3.5%～6%。 過濾滅菌 在醋液中加入適量的硅藻土作為助濾劑，用泵打入壓濾機進行過濾，得到清醋。濾渣加清水洗滌1次，將洗滌液并入清醋，調節(jié)其酸度為3.5%～5%。然后將清醋經蒸氣間接加熱至80 ℃以上，趁熱入壇包裝或灌入瓶內包裝，即為成品果醋。 上述液體發(fā)酵工藝，能保持水果原有香氣。但應注意，酒精發(fā)酵完畢后，應立即投入醋酸菌，最好保持30 ℃恒溫進行醋酸發(fā)酵，溫度高低相差太大，會使發(fā)酵不正常。如果在糖化液中加入適量飴糖或糖類混合發(fā)酵，效果更好。 【教學反思】