新人教版选修1高中生物专题1《传统发酵技术》优质课教案(1)(DOC 19页).doc

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1、专题1 传统发酵技术的应用【学习导航】本章内容包括“果酒和果醋的制作”、“腐乳的制作”、二个课题,每个课题相对独立,没有严格的顺序关系。本专题围绕传统发酵食品的制作展开,主要是通过学习果酒、果醋、腐乳及泡菜的制作技术,培养学生设计实验、动手操作等科学探究的能力。重点是三项技术的制作原理和设计装置,难点是制作过程中发酵条件的控制。 本专题与微生物联系密切,要求学生有丰富的微生物知识和较强的动手能力,学会摸索发酵的最佳条件并做好记录,同时注意实验的严密性。课题1 果酒和果醋的制作【课题目标】说明果酒和果醋制作的原理,设计制作果酒和果醋的装置,完成果酒和果醋的制作。【课题重点与难点】课题重点:说明果

2、酒和果醋的制作原理,设计制作装置,制作出果酒和果醋。课题难点:制作过程中发酵条件的控制。【基础知识】(一)果酒制作的原理知识要点:1. 酵母菌的兼性厌氧生活方式;2.发酵需要的适宜条件;3.传统发酵技术所使用的酵母菌的来源。教学建议:教师在介绍传统发酵酿酒时,首先应让学生了解酵母菌的兼性厌氧生活方式,理解发酵需要一定的条件,然后再介绍传统发酵方法,分析传统发酵技术中所使用的酵母菌的来源。最后,教师可以组织学生讨论,在发酵过程中,怎样才能保证发酵液不受污染、如何控制好温度。(二)果醋制作的原理知识要点:1.酒变醋的原理;2.控制发酵条件的作用;3.制醋所利用的醋酸菌的来源。教学建议:教师可采用多

3、种形式让学生了解由酒变醋的原理以及在制醋过程中醋酸菌的作用。例如,教师可以组织学生在查找资料的基础上进行讨论和交流。通过学生的自主活动,让学生了解传统制醋的流程、醋酸菌的生活特点、醋酸菌在自然界的分布以及使果酒变为果醋的方法等基础知识。(三)、实验案例制作葡萄酒和葡萄醋建议将实验安排在秋季的9月或10月进行。在这段时间内进行实验,有如下优点:(1)正值收获季节,葡萄的价格便宜,品种多样;(2)此时葡萄上的酵母菌数量多且生活力强,发酵酿酒的效果好;(3)温度适宜,发酵现象非常明显。实验的具体操作步骤如下。1.对发酵瓶、纱布、榨汁机、盛葡萄汁的器皿等实验用具进行清洗并消毒。先用温水反复冲洗几次,再

4、用体积分数为75%的酒精擦拭消毒,晾干待用。2. 取葡萄500 g,去除枝梗和腐烂的子粒。3. 用清水冲洗葡萄12遍除去污物,注意不要反复多次冲洗。4. 用榨汁机榨取葡萄汁后,将其装入发酵瓶中(装置参见教材图1-4b),或将葡萄打成浆后,用洁净的纱布过滤至发酵瓶中,盖好瓶盖。如果没有合适的发酵装置,可以用500 mL的塑料瓶替代,但注入的果汁量不要超过塑料瓶总体积的2/3。5. 将发酵瓶置于适宜的温度下发酵。6. 由于发酵旺盛期CO2的产量非常大,因此需要及时排气,防止发酵瓶爆裂。如果使用简易的发酵装置,如瓶子(最好选用塑料瓶),每天要拧松瓶盖24次,进行排气。7. 10 d以后,可以开始进行

5、取样检验工作。例如,可以检验酒味、酒精的含量、进行酵母菌的镜检等工作。8. 当果酒制成以后,可以在发酵液中加入醋酸菌或醋曲,然后将装置转移至3035 的条件下发酵,适时向发酵液中充气。如果找不到醋酸菌菌种或醋曲,可尝试自然接种,但效果不是很好。如果没有充气装置,可以将瓶盖打开,在瓶口盖上纱布,以减少空气中尘土等的污染。(四)、课题成果评价(一)果酒的制作是否成功发酵后取样,通过嗅味和品尝进行初步鉴定。此外,还可用显微镜观察酵母菌,并用重铬酸钾检验酒精的存在。如果实验结果不理想,请学生分析失败原因,然后重新制作。(二)果醋的制作是否成功首先通过观察菌膜的形成、嗅味和品尝进行初步鉴定,再通过检测和

6、比较醋酸发酵前后的pH作进一步的鉴定。此外,还可以通过在显微镜下观察发酵液中是否有醋酸菌,并统计其数量作进一步鉴定。【课本问题答案和提示】(一)旁栏思考题1.你认为应该先冲洗葡萄还是先除去枝梗?为什么?答:应该先冲洗,然后再除去枝梗,以避免除去枝梗时引起葡萄破损,增加被杂菌污染的机会。2.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。3.制葡萄酒时,为什么要将温度控制在1825 ?制葡萄醋时,为什么要将温度控制在3035 ?答: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

7、繁殖。因此需要将温度控制在其最适温度范围内。而醋酸菌是嗜温菌,最适生长温度为3035 ,因此要将温度控制在3035 。4.制葡萄醋时,为什么要适时通过充气口充气?答:醋酸菌是好氧菌,在将酒精变为醋酸时需要氧的参与,因此要适时向发酵液中充气。(二)资料发酵装置的设计讨论题请分析此装置中的充气口、排气口和出料口分别有哪些作用。为什么排气口要通过一个长而弯曲的胶管与瓶身连接?结合果酒、果醋的制作原理,你认为应该如何使用这个发酵装置?答:充气口是在醋酸发酵时连接充气泵进行充气用的;排气口是在酒精发酵时用来排出CO2的;出料口是用来取样的。排气口要通过一个长而弯曲的胶管与瓶身连接,其目的是防止空气中微生

8、物的污染,其作用类似巴斯德的鹅颈瓶。使用该装置制酒时,应该关闭充气口;制醋时,应将充气口连接气泵,输入氧气。(三)练习2.提示:大规模生产时需要进行更为全面周详的考虑,如原料的来源与选择、菌种的培育与选择、发酵的设备、发酵条件的自动化控制,以及如何严格控制杂菌污染;等等。此外,无论是葡萄酒或葡萄醋,实验时所检测的发酵液,并非商品意义上的产品。在实际生产中还需沉淀过滤、灭菌装瓶等获得成品酒或醋。葡萄酒还需在一定设施和条件下(如橡木桶和地窖)进行后续发酵,以获得特定的风味和色泽。3.提示:需考虑厂房、设备投资、原材料采购、工人人数及工资、产品种类、生产周期、销售渠道、利润等问题。【导学诱思】1果酒

9、制作的原理(1)人类利用微生物发酵制作果酒,该过程用到的微生物是 ,它的代谢类型是 ,与异化作用有关的方程式有 。思考:果酒制作过程中,在不灭菌的情况下,如何使酵母菌成为优势菌种?酵母菌成为优势菌种前存在的生物关系如何?(2)酵母菌生长的最适温度是 ;酒精发酵一般将温度控制在 。 传统发酵技术所使用的酵母菌的来源是 。(3)葡萄酒呈现深红色的原因是 。(4)现在工厂化生产果酒,为提高果酒的品质,更好地抑制其它微生物的生长,采取的措施是 。2果醋的制作原理(1)果酒进一步发酵能获得果醋,酒变醋的原理是 。思考:变酸的酒表面有菌膜,菌膜是怎样形成的?溶液内部能形成菌膜吗?果醋的制作过程中如何进行深

10、层发酵?(2)果醋发酵时将温度控制在 ,原因是 。(3)醋酸菌与酵母菌相比,最主要的特点是 。3操作过程应注意的问题(1)为防止发酵液被污染,发酵瓶要用 消毒。(2)葡萄汁装入发酵瓶时,要留出大约 的空间。(3)制作葡萄酒时将温度严格控制在 ,时间控制在 d左右,可通过 对发酵的情况进行及时的监测。(4)制葡萄醋的过程中,将温度严格控制在 ,时间控制在 d,并注意适时在 充气。思考:酵母菌和醋酸菌的生殖方式有什么不同?【疑难点拨】1、认为应该先冲洗葡萄还是先除去枝梗?为什么?应该先冲洗,然后再除去枝梗,以避免除去枝梗时引起葡萄破损,增加被杂菌污染的机会。2、认为应该从哪些方面防止发酵液被污染?

11、需要从发酵制作的过程进行全面的考虑,因为操作的每一步都可能混入杂菌。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。分析果酒和果醋的发酵装置中充气口、排气口和出料口分别有哪些作用。为什么排气口要通3、3、过一个长而弯曲的胶管与瓶身连接?充气口是在醋酸发酵时连接充气泵进行充气用的;排气口是在酒精发酵时用来排出二氧化碳的;出料口是用来取样的。排气口要通过一个长而弯曲的胶管与瓶身连接,其目的是防止空气中微生物的污染。使用该装置制酒时,应该关闭充气口;制醋时,应将充气口连接气泵,输入氧气。【典例解析】例1(03上海)生产果醋用的乳酸菌等细菌都具有的特征是 ( )A都是异养

12、生物 B仅在有水条件下繁殖C仅在有氧条件下生长 D生存温度都超过80解析:细菌的生长所必需的营养元素:碳源、氮源、无机盐、水生长因子,其中碳源、氮源、无机盐、生长因子因细菌种类的不同,所需的种类也不一样,而水是所有微生物生长共同所需要的物质。细菌按同化作用可分为自养型和异养型两种;按异化作用可分为需氧型和厌氧型。答案:B例2发酵过程中,不会直接引起pH变化的是A营养物质的消耗 B微生物呼出的CO2C微生物细胞数目的增加 D次级代谢产物的积累解析:微生物发酵过程中,微生物的代谢会消耗大量的营养物质,可能造成酸碱物质消耗不均,从而引起pH的变化;微生物的呼吸作用还会产生大量的CO2引起pH的变化;

13、同时产物的种类也能引起pH的变化。 答案:C例3在啤酒生产过程中,发酵是重要环节。生产过程大致如下:将经过灭菌的麦芽汁充氧,接入啤酒酵母菌菌种后输入发酵罐。初期,酵母菌迅速繁殖,糖度下降,酒精浓度渐渐上升,泡沫不断增多。当糖度下降到一定程度后,结束发酵。最后分别输出有形物质和啤酒。根据上述过程,回答以下问题:(1)该过程表明啤酒酵母异化作用的特点是 。(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进行 作用产生的代谢产物。(4)经测定酵母菌消耗的糖中,98.5%形成了酒精和其它发酵产物。其余1.5%则用于 。(5)请写出由麦芽糖葡萄糖酒精的反应方程式。解析:酵母菌在有氧条

14、件下进行有氧呼吸,在无氧条件下进行无氧呼吸,有氧时酵母菌能通过出芽生殖的方式大量繁殖,种群数量增加很快,无氧时能分解糖类产生酒精,释放出的能量,大部分储存在发酵产物中,极少数用于自身生长发育。答案:(1)既能进行有氧呼吸又能进行无氧呼吸(2)出芽生殖 (3)无氧呼吸 (4)自身的生长繁殖(5)C12H22O11+H2O2C6H12O6,C6H12O62C2H5OH+2CO2+能量【课堂演练】一、选择题1能为发酵工程提供菌种的是A植物体细胞杂交 B目的基因转移 C动物细胞融合 D聚乙二醇处理大肠杆菌2具有细胞结构而没有核膜的一组生物是A.噬菌体、细菌 B.变形虫、草履虫C.蓝藻、酵母菌 D.放线

15、菌、圆褐固氮菌3将乳酸菌接种到彻底灭菌的固体培养基上,要使其正常生长必须给予的条件是A.充足的氧气 B.隔绝氧气 C.供给分子氮 D.供给大分子蛋白质4当环境温度超过最适生长温度以后,微生物的生长速率会急剧下降,是由于细胞内哪些物质发物了不可逆的破坏A.蛋白质和核酸 B.蛋白质和磷脂C.核酸和核膜 D.载体和DNA5一般情况下不进行二分裂生殖的是A.草履虫、变形虫 B.酵母菌、放线菌C.大肠杆菌、固氮菌 D.乳酸菌、黄色短杆菌6在微生物的细胞中,占细胞干重90%以上的化学元素为A.C、H、O、N B.C、H、O、N、P、SC.N、P、S、K、Ca、Mg D.C、H、O7.微生物的代谢速度与高等

16、动植物相比快得多,下列哪项不是这一生命现象的原因A.表面积与体积的比很大 B.与外界环境物质交换迅速C.适宜条件下微生物的繁殖速度非常快 D.微生物体内酶的种类比其他生物多8下列哪项不是真菌所具有的特征A.多数真菌能够进行孢子生殖 B.真菌都属于真核生物C.真菌都属于异养生物 D.真菌多为厌氧型或兼性厌氧型微生物9酒厂利用酵母菌酿酒过程中,经检测活菌数量适宜但却不产生酒精,应采取的措施是A.降低温度 B.隔绝空气 C.加缓冲液 D.加新鲜培养基10细胞结构是原核、生长繁殖过程绝对不需氧、体内不含有氧呼吸酶的微生物是A.乳酸菌 B.酵母菌 C.变形虫 D.固氮菌二、选择题11、如图所示表示酵母菌

17、细胞的构造模式。请据图回答:ABCDEFG时间Lg(细胞数)细胞核51234贮藏颗粒 (1)从细胞核的构造看,酵母菌属于 生物。(2)写出1、3、5的结构名称:1 ,3 ,5 。(3)2的主要化学成分为 ,其完成图示功能的结构基础是 。(4)图中的酵母菌正在进行 生殖。(5)用 染料使染色体着色,发现一各酵母菌S.Cerevisiae细胞核中有17条染色体,该酵母菌是 倍体。(6)酵母菌细胞分裂的意义是( )A、产生新个体 B、增加生命活力C、增加变异性 D、改变遗传性(7)酵母菌的菌落一般会散发出一股悦人的酒香味,相关的反应式是 。(8)用酵母制啤酒时,为保证发酵罐中有较多的酵母菌,必须先

18、,达到一定数量后,则应该 ,以获得大量的 。(9)为研究发酵罐中酵母菌的生长状况,常要取样统计分析,并测定pH值,判断取样先后顺序的主要依据是 。右侧生长曲线图中FG下降的主要原因是 。欲收获酵母菌或其代谢产物,应选择曲线中的 段。(10)自然环境中的酵母菌属于生态系统中的 成分。答案:1C 2D 3B 4A 5A 6D 7D 8B 9B 10A11(1)真核 (2)细胞壁 线粒体 芽体 (3)磷脂和蛋白质 细胞膜具一定的流动性 (4)出芽 (5)碱性 单 (6)A(7)C6H12O62C2H5OH+2CO2+能量(8)通入空气 密闭发酵罐 酒精 (9)pH值的大小,pH值越小取样越后 发酵罐

19、中营养物质供应不足 EF (10)分解者【知识拓展】1.葡萄酒的酿造传统的葡萄酒酿造,都是采用自然发酵的工艺。所谓自然发酵,就是葡萄破碎入罐以后,不去人为地添加任何菌种,靠葡萄本身携带的自然界的酵母菌,在葡萄浆或分离后的葡萄汁里自发地繁殖,最终发酵成葡萄酒。温度对发酵的影响 酵母菌只能在一定温度下生活。温度低于10 ,酵母菌发育很缓慢。随着温度的升高,繁殖速度加快,20 时为最佳繁殖温度,此时酵母菌生殖速度快、生活力强。超过35 ,酵母菌生长受到抑制,繁殖速度迅速下降,到40 酵母菌停止出芽,开始出现死亡。如果想要获得高酒精浓度的发酵液、减少酒精的损耗,必须控制好发酵温度。空气对发酵的影响 酵

20、母菌繁殖需要空气。在完全隔绝空气的情况下,酵母菌繁殖几代就停止了。稍微与空气接触,酵母菌又能继续繁殖。如果长时间得不到空气,大部分的酵母菌就会死亡。要维持酵母菌长时间发酵,必须供给微量的氧气。葡萄汁中酵母菌的种类 葡萄汁中酵母菌的种类大致可以分为以下四类。第一类是在发酵中起主要作用的酵母,即葡萄酒酵母或叫啤酒酵母。这种酵母发酵力强,产酒的风味好,生成有益的副产物多。在葡萄汁还没发酵之前,这种酵母占的比例很小;在发酵的过程中,这种酵母很快地繁殖起来,由它完成主要的发酵任务。第二类在葡萄汁中数量很大,但发酵力很弱,其代表是尖端酵母。在新压榨的葡萄汁中,尖端酵母和葡萄酒酵母的比例约为1 0001。在

21、发酵开始时,这种发酵力弱的酵母先引起发酵。在以后的发酵过程中,它的作用逐渐被葡萄酒酵母所代替。第三类是一种产膜的好气性酵母菌。当发酵容器未灌满时,产膜酵母便会在葡萄汁液面生长繁殖,使葡萄汁变质。发酵是酿造葡萄酒最重要的过程。葡萄汁变成葡萄酒的过程就是酵母菌的酒精发酵过程。发酵过程非常复杂,其主要产物是乙醇和二氧化碳,此外还有其他的副产物。不难设想,如果发酵的最终产物只是乙醇和二氧化碳,而不产生有香味和有口味的物质,那么发酵而成的酒,口味就太单调了。2.对葡萄酒有害的微生物产膜酵母 由于产膜酵母是好气性真菌,所以在卫生条件差的情况下,如贮酒容器不满、暴露在空气中的表面积很大时,很容易产生产膜酵母

22、。产膜酵母又叫酒花菌,最初在酒面繁殖时,形成雪花状的斑片,然后连成灰色薄膜,时间长了,就会在酒的液面上形成一个膜盖。产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,从而使葡萄酒的酒精含量降低,酒味变淡薄。乳酸菌 葡萄酒里的糖,为大多数细菌的繁殖提供了良好的营养物质,所以含糖的葡萄酒是最容易被细菌感染的。葡萄酒中有一种有害的乳酸菌,它不分解苹果酸,专门分解葡萄酒中的糖、甘油、酒石酸,使优质的葡萄酒完全变质。醋酸菌 是一种好气性细菌,在有氧的条件下才能进行旺盛的代谢活动。葡萄汁中的糖,是醋酸菌重要的碳源和能源。在有氧的情况下,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

23、况下,酒精便是醋酸菌的碳源和能源,它将乙醇变为乙醛,再变为醋酸。3.果醋的生产制作过程清洗 将水果或果皮、果核等投入池中,用清水冲洗干净,拣去腐烂部分与杂质等,取出沥干。蒸煮 将上述洗净的果物放入蒸气锅内,在常压下蒸煮12 h。在蒸煮过程中,可上下翻动二三次,使其均匀熟透。然后降温至5060 ,加入为原料总重量10%的用黑曲霉制成的麸曲,或加入适量的果胶酶,在4050 温度下,糖化2 h。榨汁 糖化后,用压榨机榨出糖化液,然后泵入发酵用的木桶或大缸,并调整浓度。发酵 糖化液温度保持在2830 ,加入酒母液进行酒精发酵,接种量(酒母液量)为糖化液的5%8%。发酵初的510 d,需用塑料布密封容器

24、。当果汁含酸度为1%1.5%、酒精度为58度时,酒精发酵已基本完成。接着将果汁的酒精浓度稀释至56度,然后接入5%10%的醋酸菌液,搅匀,将温度保持在30 ,进行醋酸静置发酵。经过23 d,液面有薄膜出现,说明醋酸菌膜形成,一般1度酒精能产生1%的醋酸,发酵结束时的总酸度可达3.5%6%。过滤灭菌 在醋液中加入适量的硅藻土作为助滤剂,用泵打入压滤机进行过滤,得到清醋。滤渣加清水洗涤1次,将洗涤液并入清醋,调节其酸度为3.5%5%。然后将清醋经蒸气间接加热至80 以上,趁热入坛包装或灌入瓶内包装,即为成品果醋。上述液体发酵工艺,能保持水果原有香气。但应注意,酒精发酵完毕后,应立即投入醋酸菌,最好保持30 恒温进行醋酸发酵,温度高低相差太大,会使发酵不正常。如果在糖化液中加入适量饴糖或糖类混合发酵,效果更好。【教学反思】

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