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(xué)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(chǎn)中，利用微生物在有氧或無氧條件下的生命活動(dòng)來制備微生物菌體及各種不同代謝產(chǎn)物的過程，稱為發(fā)酵。根據(jù)發(fā)酵過程對(duì)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(chǎn)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(chǎn)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(zhuǎn)變成酒精。 二、酵母菌生物學(xué)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(xué)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(shí)，醋酸菌將葡萄汁中的糖分解成醋酸。當(dāng)糖類不足時(shí)，將酒精轉(zhuǎn)變成乙醛，再轉(zhuǎn)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(shù)手段相結(jié)合，利用微生物的某些特定功能，生產(chǎn)有用的產(chǎn)品或直接把微生物應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程中。 2．優(yōu)點(diǎn)：提高了原料的利用率，縮短了生產(chǎn)周期，便于機(jī)械化生產(chǎn)。 預(yù)習(xí)完成后，請(qǐng)把你認(rèn)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(xì)胞真菌，其細(xì)胞大小為1～5 μm×5～30 μm，最長可達(dá)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(jìn)行無性生殖。溫度低時(shí)形成孢子，進(jìn)入休眠狀態(tài)；溫度適宜時(shí)，進(jìn)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(chǎn)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(jìn)行有氧呼吸，大量繁殖，反應(yīng)式如下： C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O 在無氧條件下，酵母菌能進(jìn)行酒精發(fā)酵，反應(yīng)式如下： C6H12O62C2H5OH＋2CO2 酒廠用含豐富淀粉的農(nóng)產(chǎn)品做原料發(fā)酵釀酒時(shí)，向原料中充入足夠空氣，目的是讓酵母菌進(jìn)行有氧呼吸，產(chǎn)生大量酵母菌種，當(dāng)耗盡氧氣時(shí)，酵母菌進(jìn)行酒精發(fā)酵產(chǎn)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(fù)雜，能為酵母菌提供足夠的營養(yǎng)物質(zhì)。 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(shí)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(jìn)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(yīng)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(gè)的，成對(duì)的，也有成鏈狀的。不形成芽孢，幼齡細(xì)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(xì)菌，只有當(dāng)氧氣充足時(shí)，才能進(jìn)行旺盛的生理活動(dòng)。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(shí)驗(yàn)表明，醋酸菌對(duì)氧氣的含量特別敏感，當(dāng)進(jìn)行深層發(fā)酵時(shí)，即使只是短時(shí)間中斷通入氧氣，也會(huì)引起醋酸菌死亡。當(dāng)氧氣、糖源都充足時(shí)，醋酸菌將葡萄汁中的果糖分解成醋酸；當(dāng)缺少糖源時(shí)，醋酸菌將乙醇變?yōu)橐胰賹⒁胰┳優(yōu)榇姿?反應(yīng)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(dòng)來制備微生物菌體及各種不同代謝產(chǎn)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(chǎn)物分 發(fā)酵條件的控制 　生物技術(shù)在食品加工中的應(yīng)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(yán)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(zhì)主要是__________________。 【審題導(dǎo)析】　(1)熟練掌握果醋發(fā)酵的過程；(2)發(fā)酵條件的不同對(duì)應(yīng)的不同產(chǎn)物；(3)發(fā)酵產(chǎn)物的檢驗(yàn)方法應(yīng)掌握。 【精講精析】　本題主要考查果酒和果醋制作的實(shí)驗(yàn)流程及所涉及的物質(zhì)變化和條件控制，對(duì)應(yīng)分析如下： 【答案】　(1)醋酸菌是好氧性細(xì)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(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制條件，因?yàn)榘l(fā)酵條件的不同會(huì)直接影響產(chǎn)物。如釀酒時(shí)沒有密封好，產(chǎn)物將是醋。 1．用下列原料及條件釀酒能得到酒精的是(　　) 選項(xiàng) 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(chǎn)生酒精的是C項(xiàng)。 【答案】　C 對(duì)發(fā)酵影響因素的分析 　蘋果醋是以蘋果汁為原料經(jīng)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(chǎn)的第一階段，在酵母菌細(xì)胞的______中進(jìn)行，其產(chǎn)物乙醇與________試劑反應(yīng)呈現(xiàn)灰綠色，這一反應(yīng)可用于乙醇的檢驗(yàn)；過程③在酵母菌細(xì)胞的________中進(jìn)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(chǎn)生的乙醇轉(zhuǎn)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(chǎn)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(xì)胞結(jié)構(gòu)中________(填“含有”或“不含有”)線粒體。 【審題導(dǎo)析】 【精講精析】　(1)圖中過程①和②是酵母菌無氧呼吸產(chǎn)生乙醇的過程，無氧呼吸的場所是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)。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(jìn)行有氧呼吸，產(chǎn)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(xì)菌，因此，在醋酸桿菌作用下，將乙醇轉(zhuǎn)變?yōu)榇姿岬倪^程需要在有氧條件下才能完成。(3)在生產(chǎn)過程中，第一階段酵母菌產(chǎn)生乙醇的適宜溫度為18～25 ℃，第二階段醋酸桿菌產(chǎn)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(xì)胞中的細(xì)胞器只有核糖體一種，不含線粒體。 【答案】　(1)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)　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(xué)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(yīng)用 釀酒、發(fā)面 釀醋 2．上題中若乙同學(xué)忘記用夾子夾住進(jìn)氣口和排氣口對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響是(　　) A．無影響　　　　　　 B．產(chǎn)生的酒精增多 C．產(chǎn)生的酒精減少 D．不產(chǎn)生酒精 【解析】　在有氧條件下酵母菌不能進(jìn)行無氧呼吸，且醋酸菌的生長繁殖快，會(huì)產(chǎn)生醋酸。 【答案】　D 1．下列關(guān)于酵母菌的敘述，說法錯(cuò)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(shí)能產(chǎn)生乳酸 C

13、．酵母菌在有氧氣存在時(shí)，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(jī)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(jìn)行無氧呼吸，也稱酒精發(fā)酵，其產(chǎn)物是酒精和CO2。 【答案】　B 2．下列關(guān)于果醋的制作，錯(cuò)誤的是(　　) A．果醋的制作需用醋酸菌，醋酸菌是一種好氧性細(xì)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(fēng)后密閉 C．醋酸菌能將果酒變成果醋 D．當(dāng)氧氣、糖類充足時(shí)，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(xì)菌，所以在發(fā)酵過程中需要適時(shí)地通入氧氣；在糖類、氧氣充足

14、時(shí)，醋酸菌能將葡萄中的糖分解成醋酸；當(dāng)缺少糖類時(shí)，可將酒精轉(zhuǎn)變?yōu)橐胰?，再將乙醛轉(zhuǎn)變?yōu)榇姿帷? 【答案】　B 3．下列關(guān)于中學(xué)“腐乳的制作”實(shí)驗(yàn)，敘述正確的是(　　) A．加鹽主要是為了調(diào)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(zhì) C．發(fā)酵過程中起主要作用的是乳酸桿菌 D．實(shí)驗(yàn)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(shí)也可析出水分，有利于腐乳成形，而不是調(diào)節(jié)水分，利于毛霉生長，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；加料酒可以抑制微生物的生長，同時(shí)能使腐乳具有獨(dú)特的風(fēng)味，但不能滅菌，B選項(xiàng)錯(cuò)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(xiàng)錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)室制作的腐乳因未經(jīng)質(zhì)量鑒定，不宜直接食用，D選項(xiàng)正確。 【答案】　D 7