高考生物一轮复习第十单元生物技术与工程第33讲发酵工程Ⅱ传统发酵技术的应用课件

高考生物一轮复习第十单元生物技术与工程第33讲发酵工程Ⅱ传统发酵技术的应用课件

第 33 讲 发酵工程 (Ⅱ) 传统发酵技术的应用 生物技术与工程 （选择性必修 3 ） 第十单元 等级考 (2017 级 ) 课标要求 内容标准 活动要求 掌握运用发酵技术制作食品的基本方法。 1 ．利用酵母菌、醋酸菌分别制作果酒和果醋。 2 ．利用乳酸菌发酵制作酸奶或泡菜。 1 ． 制作原理 考点一　果酒和果醋的制作 6CO 2 ＋ 6H 2 O 　 C 6 H 12 O 6 　 2C 2 H 5 OH ＋ 2CO 2 　 　 乙醛 　 C 2 H 5 OH ＋ O 2 　 CH 3 COOH ＋ H 2 O 　 2 ． 果酒、果醋的制作流程 冲洗　 酒精发酵　 3 ． 实验设计与操作的归纳 18 ～ 25 　 30 ～ 35 　 密封　 10 ～ 12 　 7 ～ 8 　 [ 归纳整合 ] 1 ． 果酒和果醋制作成功的关键点 项目 说明 材料的选 择与处理 选择新鲜的葡萄，榨汁前先将葡萄进行冲洗，再除去枝梗，以防葡萄汁流失及污染 防止发酵 液被污染 ① 榨汁机和发酵瓶等都需清洗干净，且发酵瓶要进行消毒 ② 清洗葡萄时要先清洗后除枝梗 ③ 发酵瓶排气管用曲颈管不用直管 2 ． 果酒、果醋发酵条件的控制 (1) 葡萄汁装入发酵瓶时，要留约 1/3 空间，目的是先让酵母菌进行有氧呼吸快速繁殖，耗尽 O 2 后再进行酒精发酵，防止发酵过程中产生的 CO 2 造成发酵液溢出。 (2) 严格控制温度： 18 ～ 25 ℃ 利于酵母菌的繁殖和酒精发酵， 30 ～ 35 ℃ 利于醋酸菌的繁殖和醋酸发酵。 (3) 充气：酒精发酵为无氧发酵，需封闭充气口；醋酸发酵为有氧发酵，需适时通过充气口充气。 [ 思维探究 ] 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。 [ 教材深挖 ] 教材选修 1P 4 “ 旁栏思考 ” ：你认为应该从哪些方面防止发酵液被污染？ 提示： 需要从发酵制作的过程进行全面的考虑。例如，榨汁机、发酵装置要清洗干净；每次排气时只需拧松瓶盖、不要完全揭开瓶盖等。 命题点一　果酒、果醋制作原理的分析 1 ．下列有关酵母菌和醋酸菌的叙述，不正确的是 ( 　　 ) A ．两者的正常繁殖都离不开氧气 B ．在无氧条件下，酵母菌可以产生酒精，但醋酸菌不能产生醋酸 C ．两者都是异养生物，生存都离不开葡萄糖 D ．醋酸菌可以以酵母菌的某种代谢产物为原料合成醋酸 C 解析 　 醋酸菌是好氧细菌，在氧气充足的环境中才能进行旺盛的生命活动；酵母菌属于兼性厌氧微生物，在有氧和无氧环境中都能生存，但其无氧呼吸产生的能量少，不能满足其繁殖对能量的需求，所以两者的正常繁殖都离不开氧气， A 、 B 正确。醋酸菌在缺乏糖源时，能以酒精为原料合成醋酸， C 错误、 D 正确。 2 ． (2016 · 全国卷 Ⅱ ， T39) 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。 细胞质基质　 重铬酸钾　 线粒体　 快　 有氧　 低于　 原　 不含有　 解析 　 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。 3 ． (2019 · 福建三明市段考 ) 酿酒、造醋是我国的传统技艺，为了探究与改进制造工艺，进行了相关研究。请回答有关问题： (1) 目的菌株筛选后应该利用 _______ 培养基进行扩大培养。纯化菌种时，为了对活菌进行计数，可采用 ________________ 法接种于新的培养基平板上。 (2) 制作葡萄酒过程中，当发酵瓶 _______________ 表示发酵完毕。在果酒制作中，温度是重要的控制条件， ________ 左右的温度最适合酵母菌繁殖，酵母菌无氧呼吸产生的酒精可用 _________________ 溶液进行检验。 (3) 醋酸杆菌细胞结构中 ___________( 填 “ 含有 ” 或 “ 不含有 ” ) 线粒体。醋的制作中需要调节 pH 至 _________ 。 (4) 试验操作应在酒精灯火焰附近进行的原因是 _________________________ ___________________________________________ 。 液体　 稀释涂布平板　 停止出现气泡　 20℃ 　 ( 酸性 ) 重铬酸钾　 不含有　 7.0 　 酒精灯火焰附近可形成　 无菌区域，避免周围环境中微生物的污染　 解析 　 酿酒、造醋过程中，目的菌株筛选后应该利用液体培养基进行扩大培养；分离纯化菌种时，为了对活菌进行计数，常采用稀释涂布平板法接种于新的培养基平板上，使聚集在一起的细菌细胞分散成单个细胞，从而能在培养基表面形成单个的菌落，以便纯化菌种。 (2) 果酒发酵过程中除了产生酒精，还会产生二氧化碳，而二氧化碳会以气泡的形式出现，因此当发酵瓶停止出现气泡表示发酵完毕；在果酒制作中， 20 ℃ 左右的温度最适合酵母菌繁殖；橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与酒精发生化学反应，变成灰绿色，所以酵母菌无氧呼吸产生的酒精可用 ( 酸性 ) 重铬酸钾溶液进行检验。 (3) 醋酸杆菌是细菌，属于原核生物，而原核细胞只有一种细胞器核糖体，不含有线粒体；醋酸杆菌生活的适宜 pH 为 7.0 。 (4) 试验操作应在酒精灯火馅附近进行，酒精灯火焰附近可形成无菌区域，从而避免周围环境中微生物的污染。 4 ． (2019 · 河南安阳期中 ) 下列关于果酒制作过程的叙述，正确的是 ( 　　 ) A ．先除去葡萄的枝梗，再用清水冲洗 B ．发酵温度维持在 20 ℃ 左右最好 C ．酵母菌繁殖能力强，不用对所用装置进行消毒 D ．发酵过程需要不断从充气口充入空气 命题点二　果酒、果醋制作的过程和装置分析 B 解析 　 果酒制作时，榨汁前应先用清水冲洗葡萄，再除去葡萄的枝梗，避免去除枝梗时葡萄破损，引起污染， A 错误；酵母菌发酵时一般将温度控制在 18 ～ 25 ℃ ， B 正确；酵母菌繁殖能力强，但发酵装置仍要进行消毒处理， C 错误；酒精发酵为无氧发酵，发酵过程中无需充入空气， D 错误。 (1) 果酒的酿造原理是先使酵母菌进行 ___________ ，以增加酵母菌的数量，然后再通过 __________________ 获得果酒。 (2) 在果酒的自然发酵过程中，起主要作用的是附着在 ___________ 上的野生型酵母菌。 (3) 酒精发酵时一般将温度控制在 18 ～ 25℃ ，温度过高时，酵母菌代谢减慢甚至死亡，原因是 _____________________________________ 。 (4) 果醋发酵过程中，适宜的温度为 __________ ，较高的酒精度通常不适宜进行醋酸发酵，原因是 ______________________________________________________ 。 (5) 酒精发酵后转入醋酸发酵前，除改变温度外，还需调整的发酵条件是 ____________________ 。 有氧呼吸　 无氧呼吸　 鸭梨皮　 温度过高，酶的活性降低或失活　 30 ～ 35℃ 　 较高浓度的酒精会抑制醋酸菌的生长和代谢，使产酸量下降　 通入无菌空气　 解析 　 果酒的制作离不开酵母菌，酵母菌在氧气充足时进行有氧呼吸，大量繁殖，在无氧条件下，进行无氧呼吸产生酒精。 (2) 在果酒的自然发酵过程中，起主要作用的是附着在鸭梨皮上的野生型酵母菌。 (3) 温度主要影响酶的活性。 (4) 醋酸菌的最适生长温度为 30 ～ 35 ℃ 。酒精浓度过高会抑制醋酸菌的生长和代谢，影响产酸量。 (5) 醋酸菌是需氧型细菌，发酵时需要通入无菌空气。 考点二　泡菜的制作 乳酸菌　 无氧　 乳酸　 2C 3 H 6 O 3 　 2 ． 制作流程 选择　 原料　 发酵　 成品　 3 ． 泡菜制作的注意事项 (1) 材料的选择及用量 ①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。 ②清水和盐的质量比为 ________ ，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。 4∶1 　 (3) 氧气需求 ①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。 ②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 ________ 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。 无氧　 [ 归纳整合 ] 1 ． 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 2 ． 比较泡菜腌制中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的变化 发酵时期 乳酸菌 乳酸 亚硝酸盐 发酵初期 少 ( 有 O 2 ，乳酸菌活动受抑制 ) 少 增加 ( 硝酸盐还原菌的作用 ) 发酵中期 最多 ( 乳酸抑制其他菌活动 ) 积累、增 多、 pH 下降 下降 ( 硝酸盐还原菌受抑制，部分亚硝酸盐被分解 ) 发酵后期 减少 ( 乳酸继续积累， pH 继续下降，抑制其活动 ) 继续增多， pH 继续下降 下降至相对稳定 ( 硝酸盐还原菌被完全抑制 ) 注意 亚硝酸盐是硝酸盐还原菌促进硝酸盐还原形成的，而不是硝化细菌氧化氨形成的 [ 思维探究 ] 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。 [ 教材深挖 ] 1 ．教材选修 1P 9 “ 旁栏思考 ” ：为什么含有抗生素的牛奶不能发酵成酸奶？ 提示： 酸奶的制作依靠的是乳酸菌的发酵作用。抗生素能够杀死或抑制乳酸菌的生长，因此含有抗生素的牛奶不能发酵成酸奶。 2 ．教材选修 1P 10 “ 旁栏思考 ” ：为什么日常生活中要多吃新鲜蔬菜，不吃存放时间过长、变质的蔬菜？ 提示： 有些蔬菜，如小白菜和萝卜等，含有丰富的硝酸盐。当这些蔬菜放置过久发生变质 ( 发黄、腐烂 ) 或者煮熟后存放太久时，蔬菜中的硝酸盐会被微生物还原成亚硝酸盐，危害人体健康。 命题点一　泡菜的制作原理 1 ． (2019 · 河北邢台期中 ) 下列关于乳酸菌的叙述，不正确的是 ( 　　 ) A ．乳酸菌的种类很多，常见的有乳酸链球菌和乳酸杆菌 B ．乳酸菌在自然界中分布广泛，空气、土壤、植物体表、人或动物的肠道内均有分布 C ．乳酸菌是兼性厌氧型微生物 D ．乳酸菌可将葡萄糖分解为乳酸 C 解析 　 乳酸菌在自然界中分布广泛，种类很多，常见的有乳酸链球菌和乳酸杆菌， A 、 B 正确。乳酸菌是厌氧微生物，在无氧条件下，能将葡萄糖分解为乳酸， C 错误、 D 正确。 2 ． (2019 · 河北承德联校一模 ) 农村中泡菜的制作方法：将新鲜的蔬菜经过整理、清洁后，放入彻底清洗并用白酒擦拭过的泡菜坛中，然后加入盐水、香料及一些 “ 陈泡菜水 ” 。密封后置于阴凉处，最适环境温度为 28 ～ 30 ℃ 。有时制作的泡菜会 “ 咸而不酸 ” 或 “ 酸而不咸 ” ，前者是用盐过多，后者用盐过少。 (1) 用白酒擦拭泡菜坛的目的是 ______________ 。 (2) 菜坛要密封的原因是 ___________________________________________ 。 若菜坛有裂缝，可能会出现的结果是 _______________________________ _________________________________ 。 消毒　 乳酸菌为厌氧微生物，密封后造成缺氧环境　 将导致乳酸菌不能正常生长， 　 而一些杂菌大量繁殖，泡菜会变质　 (3) 若制作的泡菜 “ 咸而不酸 ” ，最可能的原因是 __________________________ __________________ 。 (4) 加入一些 “ 陈泡菜水 ” 的作用是 ______________________ 。 (5) 制作泡菜的过程中，有机物的干重如何变化？菜坛内有机物的种类如何变化？ ________________________________________ 。 盐过多，抑制了乳酸菌的　 发酵　 提供乳酸菌菌种　 有机物的干重减少，种类增加　 解析 　 制作泡菜时，用白酒擦拭泡菜坛的目的是消毒。 (2) 乳酸菌是异养厌氧型生物，菜坛密封可以为乳酸菌提供无氧环境。若菜坛有裂缝，可能会出现的结果是将导致乳酸菌不能正常生长，而一些杂菌大量繁殖，泡菜会变质。 (3) “ 咸而不酸 ” 是由于加入的食盐过多，抑制了乳酸菌的发酵。 (4) “ 陈泡菜水 ” 中含有大量的乳酸菌菌种，因此在制作泡菜的时候需要加入 “ 陈泡菜水 ” 。 (5) 乳酸菌生长繁殖需要消耗有机物，发酵过程中乳酸菌将一些大分子物质如蛋白质、脂肪、糖类分别分解成小分子的氨基酸、甘油、脂肪酸、葡萄糖等，因此，泡菜坛内有机物的种类增多，干重减少。 命题点二　泡菜的制作及亚硝酸盐含量变化的分析 3 ． (2019 · 河南八市测评 ) 乳酸菌能产生亚硝酸还原酶将亚硝酸盐分解，某兴趣小组从泡菜滤液中筛选出亚硝酸盐还原酶活力较高的乳酸菌，进行了相关实验。请回答下列问题： (1) 乳酸菌生长繁殖所需要的主要营养物质有氮源、 _______ 、 _____ 和 ________ 四类，分离、纯化乳酸菌所用的选择培养基以亚硝酸盐为唯一氮源，进入乳酸菌的亚硝酸盐的主要作用是 ________________________________________________ 。 碳源　 水　 无机盐　 用于合成菌体的含氮物质 ( 用于合成菌体细胞物质 ) 　 (2) 将筛选出的乳酸菌，用于泡菜制作过程，进行食盐用量与亚硝酸盐含量的探索实验，结果如图。 ① 泡菜制作过程中， pH 呈下降趋势，原因是 ____________________________ 。 ②据图可知，腌菜时食盐的浓度越低，亚硝酸盐含量的峰值出现的越早，且峰值较高，原因是 _______________________________________ 。 ③实验结果说明，食盐用量和 ____________ 影响亚硝酸盐含量，亚硝酸盐含量达到峰值后下降，一方面是因为 ____________ 环境抑制杂菌生长，使亚硝酸盐的产生量降低；另一方面是因为 ___________________________________________ 。 乳酸菌进行无氧呼吸产生乳酸　 食盐用量过低，造成细菌大量繁殖　 腌制时间　 缺氧和酸性　 乳酸菌产生亚硝酸还原酶将亚硝酸盐分解　 解析 　 乳酸菌等微生物生长繁殖所需要的主要营养物质有氮源、碳源、水和无机盐；亚硝酸盐作为乳酸菌的氮源，可以用于合成菌体的含氮物质。 (2) ① 泡菜制作的原理是乳酸菌的无氧呼吸，无氧呼吸过程中产生了乳酸，导致 pH 呈下降趋势。 ② 食盐用量过低，会造成细菌大量繁殖，因此图中腌菜时食盐的浓度越低，亚硝酸盐含量的峰值出现的越早，且峰值较高。 ③ 据图分析可知，食盐用量和腌制时间都会影响亚硝酸盐含量；亚硝酸盐含量达到峰值后下降，是因为缺氧和酸性环境抑制杂菌生长，使亚硝酸盐的产生量降低；同时乳酸菌产生亚硝酸还原酶会将亚硝酸盐分解。 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 ( 　　 ) 课堂小结 · 内化体系 ……………………………………………………………………………………………………………… ◎ × 　 × 　 √　 √　 √　 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 ( 　　 ) 7 ．制作泡菜时，盐水煮沸后可以立即使用 ( 　　 ) 8 ．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 ( 　　 ) 9 ．泡菜的制作前期需要通入氧气，后期应严格保持无氧条件 ( 　　 ) × 　 × 　 √　 × 　 1 ．混淆果酒制作中，对葡萄 “ 先冲洗再去枝梗 ” 与 “ 不可反复冲洗 ” 的目的 (1) 制作果酒使用的葡萄应先冲洗，再除去枝梗，不能反过来，以免除去枝梗时引起葡萄破损，增加被杂菌污染的机会。 (2) 对于果酒的自然发酵，冲洗不要反复进行，以免使酵母菌数量减少，发酵周期加长，产生的果酒中酒精含量下降。 2 ．误认为泡菜发酵时间越长越好 ①泡菜的发酵时间长，亚硝酸盐含量低，但是发酵时间过长会产生其他有害物质。 ②泡菜发酵时间过长，乳酸含量过高，口味不佳。 ……………………………………………………………………………………………………………… ◎ 3 ．误认为醋酸菌可在缺乏 O 2 时将酒精转化为醋酸 醋酸菌是严格的好氧型微生物，它对 O 2 的含量特别敏感，当进行深层发酵时，即使短时间中断通入 O 2 ，也会引起醋酸菌死亡，其将乙醇变为乙醛进而变为醋酸的条件是 “ 糖源不足 ” 而不是 “ O 2 不足 ” 。 4 ．不明确泡菜制作中盐水 ( 清水∶盐＝ 4∶1) 煮沸的两层面意义 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，一是除去水中氧气，二是杀灭盐水中的其他细菌。