高中生物第二章发酵技术实践第4课时运用发酵技术加工食品同步备课教学案苏教版

第4课时 运用发酵技术加工食品(Ⅰ)[学习导航] 1.结合教材P 37，掌握发酵作用的基本原理和方法。

2.结合教材P 39～40，学习制作果酒、果醋的实际操作技能。

3.设计并安装简单的生产果酒及果醋的装置。

[重难点击] 1.掌握发酵作用的基本原理和方法。

2.学习制作果酒、果醋的实际操作技能。

3.设计并安装简单的生产果酒及果醋的装置。

一、果酒、果醋制作的原理1.发酵技术的应用(1)发酵：是指利用微生物的生命活动来制备微生物菌体或其代谢产物的过程。

(2)发酵技术：是指利用微生物的发酵作用，大规模生产发酵产品的技术。

(3)应用：发酵技术在生产单细胞蛋白(如酵母菌)、含醇饮料(如果酒、白酒、啤酒)、发酵乳制品(如酸奶、奶酪)、调味品和发酵食品(如味精、醋、腐乳、泡菜)、甜味剂(如木糖醇、糖精)、食品添加剂(如柠檬酸、赖氨酸)等方面具有广泛的应用。

2.果酒的酿制(1)原料：各种果汁为原料。

(2)利用技术：通过微生物发酵而制成的含酒精的饮料。

(3)菌种：酿酒酵母菌。

①类型：真核生物，具有由核膜包被的细胞核。

②繁殖方式：出芽生殖和孢子生殖。

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代谢类型：异养兼性厌氧微生物。

(4)制作原理①在有氧条件下，酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖，反应式为：C 6H 12O 6＋6O 2＋6H 2O ――→酶6CO 2＋12H 2O ＋能量。

②在无氧条件下，酵母菌进行酒精发酵，反应式为：C 6H 12O 6――→酶2C 2H 5OH ＋2CO 2＋能量。

3.果醋制作的原理(1)醋酸菌：又名醋酸杆菌。

①类型：单细胞原核生物。

②繁殖方式：二分裂。

③代谢类型：异养需氧型。

(2)制作原理：在充分供氧的条件下，醋酸菌能将酒精转化为醋酸。

反应式：C 2H 5OH ＋O 2――→酶CH 3COOH ＋H 2O ＋能量。

1.发酵菌种观察下面酵母菌与醋酸菌结构模式图，比较回答：(1)酵母菌和醋酸菌在细胞结构方面的主要区别是什么？答案 酵母菌属于真核生物，醋酸菌属于原核生物，酵母菌中有由核膜包被的细胞核而醋酸菌没有。

(2)酵母菌和醋酸菌的主要细胞分裂方式分别是哪种？答案 酵母菌主要进行有丝分裂，醋酸菌主要进行二分裂。

(3)酵母菌和醋酸菌发酵场所有何不同？答案 酵母菌的有氧呼吸场所是细胞质基质和线粒体，无氧呼吸场所是细胞质基质。

醋酸菌是原核生物，只能进行有氧呼吸，全过程均在细胞质中进行。

2.发酵原理(1)在酒精发酵过程中往往“先通气后密封”，为什么？答案 通气的目的是：使酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖；密封的目的是：使酵母菌进行无氧呼吸产生酒精。

(2)酒精发酵过程中发生“先来水后来酒”现象，其原因是什么？答案 酵母菌首先进行有氧呼吸产生了水，然后进行无氧呼吸才产生酒精。

(3)为什么果酒搁置时间过久会有酸味，而且表面常有一层菌膜？答案 醋酸菌能将酒精转化为醋酸，所以果酒搁置时间过久，会因醋酸菌的代谢而产生醋酸。

菌膜是醋酸菌在液面大量繁殖形成的。

(4)醋酸菌进行醋酸发酵时，无论是利用糖源还是酒精，都需要氧气这一重要条件，请说明原因。

答案 醋酸菌是好氧菌，在生活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。

归纳总结 (1)发酵是通过微生物的培养来大量生产各种代谢产物的过程，包括有氧发酵(如醋酸发酵、谷氨酸发酵)和无氧发酵(如酒精发酵)，发酵不等于无氧呼吸。

(2)果酒的发酵过程分两个阶段——有氧呼吸阶段和无氧呼吸阶段，有氧呼吸阶段的目的是使酵母菌大量繁殖，无氧呼吸阶段是产生酒精的时期。

制作过程中产生的酒精更不利于杂菌生长。

(3)醋酸菌是异养需氧菌，对氧气的含量非常敏感，当进行深层发酵时，即使只是短时间中断通入氧气，也会引起醋酸菌的死亡。

醋酸菌能氧化多种有机碳源，其氧化能力随菌种而异。

(4)在糖源供应不足的情况下，可以用果酒发酵后产生的乙醇来制造果醋。

开瓶后的葡萄酒如果密封不严，很快变酸也是这一原因。

1.下列关于果酒和果醋制作原理的叙述中，正确的是( )A.果酒和果醋制作分别需要醋酸菌和酵母菌B.制作果酒或果醋，都需要不断充入氧气C.果酒和果醋制作过程中都有气体产生D.酵母菌和醋酸菌都可以利用糖源进行发酵答案 D解析 果酒制作需要的微生物是酵母菌，果醋制作需要的微生物是醋酸菌，A 错误；由于酵母菌要在无氧状态下才能产生酒精，所以在酒精发酵阶段不能通入氧气，B 错误；酵母菌在发酵过程中始终有气体产生，而醋酸菌在缺少糖源时的发酵过程中无气体产生，C 错误；酵母菌可以通过无氧呼吸将葡萄糖转化成酒精，醋酸菌可以在氧气和糖源都充足的条件下将葡萄糖转化为醋酸，D 正确。

2.下图表示果酒和果醋制作过程中的物质变化过程，相关叙述正确的是( ) H 2O ＋CO 2醋酸＋H 2O③↑④↑葡萄糖――→①丙酮酸――→②乙醇＋CO 2A.过程①和②都只能发生在无氧条件下B.过程①和③都发生在酵母菌的线粒体中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 过程①为细胞呼吸的第一阶段，有氧、无氧条件均可以发生；过程②为无氧呼吸的第二阶段，只能发生在无氧条件下，故A 错误。

过程①在细胞质基质中进行，过程③为有氧呼吸的第二、三阶段，在酵母菌线粒体内进行，需要氧气参与，故B 错误。

过程④为醋酸发酵阶段，在醋酸菌细胞内进行，需要氧气参与，过程③也需要氧气参与，故C正确。

过程①②③为酵母菌的呼吸作用，最适宜温度范围为18～25 ℃；过程④为醋酸发酵阶段，最适宜温度为30～35 ℃，故D错误。

易错辨析果酒与果醋发酵中，酵母菌和醋酸菌代谢原理的辨析(1)在果酒和果醋的发酵过程中，酵母菌进行有氧呼吸的目的是使酵母菌进行大量繁殖，醋酸菌是好氧菌，在代谢过程中需要吸收氧气。

(2)酵母菌在有氧呼吸和无氧呼吸时都会产生CO2，醋酸菌在缺少糖源时不产生CO2。

二、果酒、果醋的制作流程1.果酒、果醋的制作流程及装置分析(1)实验流程挑选葡萄→冲洗→榨汁→酒精发酵→醋酸发酵↓↓果酒果醋(2)实验装置①充气口；②排气口；③出料口。

2.果酒、果醋制作的操作要求及结果分析(1)材料的选择与处理选择新鲜的葡萄，先冲洗，再除去枝梗。

(2)防止发酵液被污染①榨汁机要清洗干净，并晾干。

②发酵装置要清洗干净，并用体积分数为70%的酒精消毒。

(3)发酵条件的控制①装置：将葡萄汁装入发酵瓶，留大约1/3的空间。

②制葡萄酒：关闭充气口；温度控制在18～25 ℃，时间控制在10～12 d左右。

③制葡萄醋：温度控制在30～35 ℃，时间控制在7～8 d左右；适时通过充气口充气。

(4)果酒、果醋制作结果分析①酒精发酵的结果检测a.检测试剂：重铬酸钾。

b.检测条件：酸性条件。

c.实验现象：呈现绿色。

②醋酸发酵的结果检测：可通过检测发酵前后的pH作进一步的鉴定。

1.发酵装置的组成及使用(1)管口①②③分别有什么作用？答案①充气口：在酒精发酵时关闭，在醋酸发酵时连接充气泵充入无菌空气。

②排气口：排出酒精发酵时产生的CO2。

③出料口：用来取样检测和放出发酵液。

(2)排气口胶管长而弯曲，有何作用？答案防止空气中杂菌污染。

2.材料的选择与处理(1)冲洗时先去梗还是先冲洗葡萄？为什么？答案应该先冲洗葡萄再去梗，防止先去梗时损伤葡萄，再冲洗时增加被杂菌污染的机会。

(2)为什么冲洗葡萄的次数不能过多？答案以防将葡萄皮上的野生型酵母菌冲洗掉。

3.发酵条件的控制(1)葡萄汁充入发酵瓶后，为什么不能超过发酵瓶总体积的2/3?答案因为有氧呼吸阶段酵母菌需要氧气，保留1/3的体积(空气)可以为酵母菌提供氧气，还可以防止发酵液在发酵过程中溢出甚至引起爆炸。

(2)在果酒和果醋制作过程中，需要控制的温度相同吗？为什么？答案不相同。

因为二者所用微生物不同，果酒制作利用的是酵母菌，温度应严格控制在18～25 ℃，果醋制作利用的是醋酸菌，温度应严格控制在30～35 ℃。

(3)为防止杂菌污染，实验中采取了哪些措施？答案需要从发酵制作的过程进行全面的考虑。

例如，①先冲洗葡萄再去梗；②清洗榨汁机和发酵瓶并用体积分数为70%的酒精消毒；③果酒发酵过程中拧松瓶盖，而不是拧开瓶盖。

4.实验结果分析与评价(1)试分析在果酒制作过程中酵母菌数量、酒精浓度及发酵液的pH分别有何变化。

答案酵母菌数量、酒精浓度先增加后稳定，发酵液的pH先下降后稳定。

(2)制作果酒时经检测发酵液中酵母菌数量适宜，但是没有产生酒精，试分析可能的原因是什么。

答案酒精发酵为无氧发酵，可能是发酵瓶密封不严。

(3)试分析在制作果醋时发酵液中醋酸菌的数量、发酵液的pH有何变化。

答案醋酸菌数量先增加后稳定，发酵液pH先下降后稳定。

(4)制作果醋时，醋酸菌不能大量繁殖，试分析最可能的原因是什么。

答案最可能是氧气不足造成的。

醋酸菌是严格的好氧细菌，短时间缺氧就会大量死亡。

归纳总结果酒和果醋制作流程和发酵条件的控制比较项目果酒制作果醋制作发酵温度18～25 ℃30～35 ℃发酵时间10～12 d 7～8 d气体控制先通气一段时间后再密封发酵容器或预留发酵容器1/3的空间需不断通入氧气(无菌空气)杂菌控制①实验材料的冲洗和实验用具的灭菌②酸性的发酵液具有抑菌的作用③发酵菌种迅速形成优势种制作流程挑选葡萄→冲洗→榨汁→酒精发酵→醋酸发酵↓↓果酒果醋联系制作果醋可在酒精发酵的基础上进行醋酸发酵3.下面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中的装置中排气管长而弯曲的目的是防止被杂菌污染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正确。

图2中的排气管长而弯曲的目的是防止发酵液被杂菌污染，C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，而发酵过程中都会有二氧化碳产生，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正确。

一题多变(1)图1中的操作流程中，如果果酒发酵完毕，需要改变什么条件后才能继续进行果醋发酵？答案一是温度，果酒发酵的适宜温度是18～25 ℃，而果醋发酵的适宜温度是30～35 ℃；二是气体的控制，果酒发酵过程中充气口关闭，但果醋发酵过程中要打开充气口。