2017-2018年高中生物 第2章 食品加工與食品安全 第1節(jié) 發(fā)酵與食品加工學案 中圖版選修1

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1、 第一節(jié) 發(fā)酵與食品加工 一、酒精釀制原理 1．在生產中，利用微生物在有氧或無氧條件下的生命活動來制備微生物菌體及各種不同代謝產物的過程，稱為發(fā)酵。根據(jù)發(fā)酵過程對氧的需求情況，可分為需氧發(fā)酵和厭氧發(fā)酵；根據(jù)發(fā)酵生成的產物，可分為酒精發(fā)酵和乳酸發(fā)酵等。 2．食品工業(yè)中，酒精是采用厭氧發(fā)酵法生產的，其原理是：先將淀粉水解成葡萄糖；再利用酵母菌分解葡萄糖生成丙酮酸，然后在厭氧和微酸性條件下，轉變成酒精。 二、酵母菌生物學特征 酵母菌屬真核生物，代謝類型為兼性厭氧型。 三、醋酸菌生物學特征 醋酸菌屬于原核生物，繁殖方式是分裂生殖，新陳代謝類型是需氧型。 四、果醋的制作原理 在

2、果醋制作過程中，若氧氣和糖類都充足時，醋酸菌將葡萄汁中的糖分解成醋酸。當糖類不足時，將酒精轉變成乙醛，再轉變?yōu)榇姿帷? 五、發(fā)酵工程 1．含義：把微生物發(fā)酵與現(xiàn)代工程技術手段相結合，利用微生物的某些特定功能，生產有用的產品或直接把微生物應用于工業(yè)生產過程中。 2．優(yōu)點：提高了原料的利用率，縮短了生產周期，便于機械化生產。 預習完成后，請把你認為難以解決的問題記錄在下面的表格中 問題1 問題2 問題3 問題4 一、果酒制作的原理 1．酵母菌 (1)酵母菌是單細胞真菌，其細胞大小為1～5 μm×5～30 μm，最長可達100 μm。呈圓形、橢圓形、卵

3、圓形、檸檬形、香腸形等，某些菌種可形成假菌絲。 (2)酵母菌的繁殖方式有出芽生殖、分裂生殖和孢子生殖，但多以出芽方式進行無性生殖。溫度低時形成孢子，進入休眠狀態(tài)；溫度適宜時，進行出芽生殖，繁殖速度快。 (3)酵母菌在固體培養(yǎng)基上形成的菌落，其表面濕潤、黏稠，呈白色或粉紅色；在液體培養(yǎng)基中，有些在液體表面形成菌膜，或在容器壁上出現(xiàn)酵母環(huán)，或產生沉淀。 (4)自然界中，酵母菌分布廣泛，但多分布在含糖較高的偏酸環(huán)境中，如水果、花、樹皮上，有些可與昆蟲共生，有些使人致病，如白色假絲酵母引發(fā)鵝口瘡、肺感染。食品中常見的酵母菌有啤酒酵母、葡萄汁酵母、魯氏酵母(醬油釀造)、球擬酵母屬、粉狀畢赤氏酵母等

4、。一年四季，土壤始終是酵母菌的大本營。 一種釀酒酵母菌 2．果酒制作的原理 (1)酵母菌的呼吸 果酒的制作離不開酵母菌。酵母菌是兼性厭氧微生物，在有氧條件下，酵母菌進行有氧呼吸，大量繁殖，反應式如下： C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O 在無氧條件下，酵母菌能進行酒精發(fā)酵，反應式如下： C6H12O62C2H5OH＋2CO2 酒廠用含豐富淀粉的農產品做原料發(fā)酵釀酒時，向原料中充入足夠空氣，目的是讓酵母菌進行有氧呼吸，產生大量酵母菌種，當耗盡氧氣時，酵母菌進行酒精發(fā)酵產生酒精。 (2)影響酵母菌繁殖的因素 酵母菌分布廣泛，“喜歡”葡萄汁等含糖量高的果汁。培養(yǎng)酵母菌一

5、般用麥芽汁培養(yǎng)基，麥芽汁組成復雜，能為酵母菌提供足夠的營養(yǎng)物質。 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，酒精發(fā)酵時一般將溫度控制在18～25 ℃。 酵母菌生活在偏酸環(huán)境中，最適pH為4.0～5.8。在最低pH＝2.5，最高pH＝8.0的兩種環(huán)境中，酵母菌尚能生存和生長，但生長非常緩慢而且易死亡。 (3)酵母菌發(fā)酵過程 在葡萄酒的自然發(fā)酵過程中，起主要作用的是附著在葡萄皮上的野生型酵母菌。發(fā)酵過程中，隨著酒精度的提高，紅葡萄皮的色素也進入發(fā)酵液，使葡萄酒呈現(xiàn)深紅色。在缺氧、呈酸性的發(fā)酵液中，酵母菌能大量生長繁殖，而絕大多數(shù)其他微生物都因無法適應這一環(huán)境而受到抑制

6、。 二、果醋制作的原理 1．醋酸菌 醋酸菌的形狀從橢圓到桿狀，有單個的，成對的，也有成鏈狀的。不形成芽孢，幼齡細胞呈革蘭氏陰性，老齡菌不穩(wěn)定。 2．果醋制作的原理 醋酸菌是一種好氧性細菌，只有當氧氣充足時，才能進行旺盛的生理活動。變酸的酒的表面觀察到的菌膜就是醋酸菌在液面大量繁殖而形成的。實驗表明，醋酸菌對氧氣的含量特別敏感，當進行深層發(fā)酵時，即使只是短時間中斷通入氧氣，也會引起醋酸菌死亡。當氧氣、糖源都充足時，醋酸菌將葡萄汁中的果糖分解成醋酸；當缺少糖源時，醋酸菌將乙醇變?yōu)橐胰?，再將乙醛變?yōu)榇姿?反應簡式如下)。醋酸菌的最適生長溫度為30 ～35 ℃。 C2H5OH＋O2CH3C

7、OOH＋H2O 三、發(fā)酵 1．概念：利用微生物在有氧或無氧條件下的生命活動來制備微生物菌體及各種不同代謝產物的過程。 2．分類 據(jù)培養(yǎng)基的物理狀態(tài)分 據(jù)生成產物分 發(fā)酵條件的控制 　生物技術在食品加工中的應用十分廣泛，如果酒、果醋的制作就是生活中常見的例子。如圖是果酒制果醋的發(fā)酵裝置，分析回答： (1)在果醋發(fā)酵過程中，要向發(fā)酵瓶中通入空氣，原因是____________；制醋過程中，將溫度嚴格控制在30 ℃～35 ℃，原因是___________________。 (2)在果醋發(fā)酵過程中，用______證明是否有醋酸生成。 (3)在果醋的制作中，提供碳源的

8、物質主要是__________________。 【審題導析】　(1)熟練掌握果醋發(fā)酵的過程；(2)發(fā)酵條件的不同對應的不同產物；(3)發(fā)酵產物的檢驗方法應掌握。 【精講精析】　本題主要考查果酒和果醋制作的實驗流程及所涉及的物質變化和條件控制，對應分析如下： 【答案】　(1)醋酸菌是好氧性細菌　醋酸菌的最適生長溫度是30 ℃～35 ℃ (2)pH試紙檢測流出液的pH (3)葡萄糖或乙醇 微生物發(fā)酵過程中，應當嚴格控制條件，因為發(fā)酵條件的不同會直接影響產物。如釀酒時沒有密封好，產物將是醋。 1．用下列原料及條件釀酒能得到酒精的是(　　) 選項 原料 菌種 條件

9、 A 葡萄糖 酵母菌 有氧 B 淀粉 醋酸菌 無氧 C 玉米粉 酵母菌 無氧 D 大豆粉 醋酸菌 有氧 【解析】　釀酒需要酵母菌在無氧條件下分解葡萄糖或淀粉。因此能產生酒精的是C項。 【答案】　C 對發(fā)酵影響因素的分析 　蘋果醋是以蘋果汁為原料經發(fā)酵而成的?；卮鹣铝袉栴}： (1)酵母菌的呼吸代謝途徑如圖所示。圖中過程①和②是蘋果醋生產的第一階段，在酵母菌細胞的______中進行，其產物乙醇與________試劑反應呈現(xiàn)灰綠色，這一反應可用于乙醇的檢驗；過程③在酵母菌細胞的________中進行。與無氧條件相比，在有氧條件下，酵母菌的增殖速度___

10、_____。 (2)第二階段是在醋酸桿菌的作用下將第一階段產生的乙醇轉變?yōu)榇姿岬倪^程，根據(jù)醋酸桿菌的呼吸作用類型，該過程需要在________條件下才能完成。 (3)在生產過程中，第一階段和第二階段的發(fā)酵溫度不同，第一階段的溫度________(填“低于”或“高于”)第二階段的。 (4)醋酸桿菌屬于________核生物，其細胞結構中________(填“含有”或“不含有”)線粒體。 【審題導析】 【精講精析】　(1)圖中過程①和②是酵母菌無氧呼吸產生乙醇的過程，無氧呼吸的場所是細胞質基質。乙醇可用酸性重鉻酸鉀試劑檢測，顏色由橙色變?yōu)榛揖G色。過程③為有氧呼吸的第二和第三階段，場所

11、為線粒體。在有氧條件下酵母菌進行有氧呼吸，產生更多的能量供酵母菌繁殖利用，故有氧條件下酵母菌的繁殖速度更快。(2)醋酸桿菌是好氧型細菌，因此，在醋酸桿菌作用下，將乙醇轉變?yōu)榇姿岬倪^程需要在有氧條件下才能完成。(3)在生產過程中，第一階段酵母菌產生乙醇的適宜溫度為18～25 ℃，第二階段醋酸桿菌產生醋酸的適宜溫度為30～35 ℃，第一階段的溫度低于第二階段的。(4)醋酸桿菌屬于原核生物，原核細胞中的細胞器只有核糖體一種，不含線粒體。 【答案】　(1)細胞質基質　重鉻酸鉀　線粒體　快　(2)有氧　(3)低于　(4)原　不含有 酵母菌與醋酸菌的比較 酵母菌 醋酸菌 生物學分類 真

12、核生物 原核生物 生活方式 異養(yǎng)兼性厭氧型 異養(yǎng)需氧型 最適生長繁 殖溫度 20 ℃ 30 ℃～35 ℃ 主要生殖方式 出芽生殖 二分裂生殖 日常生活應用 釀酒、發(fā)面 釀醋 2．上題中若乙同學忘記用夾子夾住進氣口和排氣口對實驗的影響是(　　) A．無影響　　　　　　 B．產生的酒精增多 C．產生的酒精減少 D．不產生酒精 【解析】　在有氧條件下酵母菌不能進行無氧呼吸，且醋酸菌的生長繁殖快，會產生醋酸。 【答案】　D 1．下列關于酵母菌的敘述，說法錯誤的是(　　) A．酵母菌是營異養(yǎng)生活的真菌 B．酵母菌無氧呼吸時能產生乳酸 C

13、．酵母菌在有氧氣存在時，能將C6H12O6分解成CO2和H2O D．酵母菌的無氧呼吸叫發(fā)酵 【解析】　酵母菌是真菌，不具有葉綠體，不能合成有機物，屬異養(yǎng)生物；酵母菌屬兼性厭氧微生物，在無氧條件下進行無氧呼吸，也稱酒精發(fā)酵，其產物是酒精和CO2。 【答案】　B 2．下列關于果醋的制作，錯誤的是(　　) A．果醋的制作需用醋酸菌，醋酸菌是一種好氧性細菌，所以在制作過程中需通氧氣 B．利用醋酸菌制作果醋要先通風后密閉 C．醋酸菌能將果酒變成果醋 D．當氧氣、糖類充足時，醋酸菌可將葡萄中的糖分解成醋酸 【解析】　醋酸菌是好氧性細菌，所以在發(fā)酵過程中需要適時地通入氧氣；在糖類、氧氣充足

14、時，醋酸菌能將葡萄中的糖分解成醋酸；當缺少糖類時，可將酒精轉變?yōu)橐胰?，再將乙醛轉變?yōu)榇姿帷? 【答案】　B 3．下列關于中學“腐乳的制作”實驗，敘述正確的是(　　) A．加鹽主要是為了調節(jié)水分，利于毛霉生長 B．加料酒主要是為了滅菌，避免腐敗變質 C．發(fā)酵過程中起主要作用的是乳酸桿菌 D．實驗室制作的腐乳不宜直接食用 【解析】　加鹽主要是為了抑制雜菌的生長，同時也可析出水分，有利于腐乳成形，而不是調節(jié)水分，利于毛霉生長，A選項錯誤；加料酒可以抑制微生物的生長，同時能使腐乳具有獨特的風味，但不能滅菌，B選項錯誤；在腐乳制作的發(fā)酵過程中起主要作用的是毛霉，C選項錯誤；實驗室制作的腐乳因未經質量鑒定，不宜直接食用，D選項正確。 【答案】　D 7