传统发酵技术的应用与发酵工程考点复习讲义.pdf
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1、第32讲 传统发酵技术的应用与发酵工程考点一传统发酵技术的应用内容比较知考向核心素养提考能内容要求1.举例说明日常生活中的某些食品是运用传统发酵技术生产的2.阐明利用微生物进行发酵来生产特定的产物3.举例说明发酵工程在医药、食品及其他工农业生产上的应用4.活动:利用乳酸菌发酵制作酸奶或泡菜5.活动:利用酵母菌、醋酸菌分别制作果酒和果醋生命观念发酵菌种的结构与功能的关系;举例说出发酵工程相关技术的基本原理科学思维比较果酒、果醋和泡菜的制作原理和过程科学探究设计实验探究发酵的条件社会责任关注食品安全,倡导健康的生活方式与旧教材对比增:科技探索之路;发酵工程的发展历程;发酵工程及其应用。改:腐乳制作
2、内容精减;亚硝酸盐含量的鉴定放入课后习题。考点-自主梳理 预习教材夯基础1 .发酵与传统发酵技术(1)发酵的概念:是指人们利用微生物,在适宜的条件下,将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物的过程。(2)传统发酵技术菌种.源L原料中天然存在的或前一次发酵保存下困 种 术 偲j-来的面团、卤汁等发酵物中的微生物 类 型 固体发酵和半固体发酵/传统K发酵匡则一有氧或无氧条件下的物质氧化分解-结果 生产人们需要的各种发酵产品 应 用 果酒、果醋、泡 菜、酱油等的制作腐乳制作原理:蛋白质里鸳小分子的肽和氨基酸。脂肪些幽甘油和脂肪酸。腐乳制作过程中参与的微生物毛霉是一种丝状真菌,其繁殖方式为抱子生殖
3、,代谢类型是异养需氧型。2.尝试制作传统发酵食品泡菜(1)菌种来源:附着在蔬菜上的乳酸菌。(2)制作原理:在无氧条件下,乳酸菌将葡萄糖分解成乳酸。反应式:C6Hl2O6-2C3H6。3 +能量。(3)泡菜制作的实验设计及操作泡菜坛要求火候好、无裂纹、无砂眼、坛沿深、盖子吻合好,否则容易引起蔬菜腐烂原料卜质地鲜嫩、无虫咬、无烂痕、无斑点 原料处理卜f 修整、洗涤、晾晒、切分成条状或片状瓦丽L用清水和食盐配制质量百分比为5%20%韭 的 盐水变J冷却待用作用:除去水中的Oj.4东又益水中的微生物.处理后的蔬菜混匀后装坛,装至半坛时.放忌 卜 入 蒜 瓣、生姜及其他香辛料,并继续装至八成满,再缓缓倒
4、入冷却好的盐水,使盐水没过全部菜料盖好坛盖,在坛盖边沿的水槽中注满水进行T%一 密封发酵,发酵过程中要注意经常向水槽中垄 吃 补 充 水.发 酵 时 间 受 室 内 温 度 的 影 响测定亚硝酸盐含量(4)泡菜制作过程中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐含量的变化情况分析发酵时期乳酸菌乳酸亚硝酸盐发酵初期少(有氧气,乳酸菌的活动受到抑制)少增加(硝酸盐还原菌的作用)发酵中期最多(乳酸抑制其他菌活积累增多,pH下降下降(硝酸盐还原菌受抑动)制,部分亚硝酸盐被分解)发酵后期减少(乳酸积累,pH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)曲线模型i lO发醉时间O二发酵时间二
5、 发酵时间提醒 营 造“无氧环境”的 3 项措施选择的泡菜坛要密封性好。加入蔬菜后要注入煮沸冷却的盐水,使盐水没过全部菜料。盖上坛盖后要在坛盖边沿的水槽中注满清水03.尝试制作传统发酵食品果酒和果醋 果酒制作与果醋制作的比较项目果酒制作果醋制作发酵菌种酵母菌醋酸菌菌种来源新鲜水果果皮表面附着的大量不同种类的酵母菌空气中的野生型醋酸菌或购买醋酸菌的菌种或从食醋中分离醋酸菌发酵原理在有氧条件下:酶C6Hl2。6+6。2 6co2+6H2O+能量在无氧条件下:2GH5OH+2cO2+能量氧气、糖源都充足时:C6Hl206+202-2CH3COOH+2c。2+2H2O+能量缺少糖源时:C2H5 O H
6、+O 2 -CH3coOH+H2O+能量发酵条件温度一般控制在18-30 30 35 时间10 12d7 8 d氧气初期需氧,后期不需氧始终需要氧(2)果酒和果醋制作的流程分析PH最适pH 为 4.55.0最适pH 为 5.46.0装置(下图)每 隔 12 h 拧松瓶盖一次,果酒发酵结束,打开瓶盖,盖上一层纱布,进行果醋发酵。(3)流程分析僦 匐 篇 福 迹、:V VI .挑选葡萄I 一般先冲洗,再去枝梗和腐烂的籽粒山竺纣一|自然发酵不能反复冲洗|.榨汁)榨汁机洗净晾干用洗洁精洗净发酵瓶,并用体积分数为7 0%的酒精消毒,晾干备用,一 I将葡萄汁装入发酵 加,并留约1/3的空间N.酒 .精发酵
7、 X 盖好瓶盖,发酵温度控制在1 8 30 1,时间控/p制在1 0 1 2 d,期间每隔1 2 h 左右拧松瓶盖一次枭浦 L从发酵瓶口取样.词时监测发酵情况V.醋酸发酵果最上述果酒发酵装置,打开瓶盖发酵温度控制在3():35 七,时间控制在7 8 d发酵一段时间后在发酵液表面形成一层白色薄膜(醋酸菌膜)(4)果酒和果醋发酵改进装置及其分析_(排气口)排出酒精发酵时产生的CO2厂(长而弯管b排气口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提 醒(1)果酒、果醋制作时防止杂菌污染的措施榨汁机要洗净并晾干,发酵瓶要清洗干净并用体积分数为7 0%的酒精消毒。清洗葡萄时要先冲洗后
8、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。装入葡萄汁后要封闭发酵装置的充气口。发酵瓶的排气管用曲颈管而不用直管。若用简易的发酵装置,每隔一定时间排气时只需拧松瓶盖,不要完全揭开瓶盖。(2)果酒、果醋制作结果的评价标准果酒制作的结果评价发酵后取样,可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,也可用酸性重铭酸钾与酒精反应呈现灰绿色来检验酒精的存在。制作成功的葡萄酒应色泽鲜艳、爽口、柔和、有浓郁的果香。果醋制作的结果评价可通过观察菌膜的形成、嗅味和品尝进行初步鉴定,再通过检测和比较醋酸发酵前后发酵液的 pH(可用p H 试纸)进一步鉴定。此外,还可通过在显微镜下
9、观察发酵液中是否有醋酸菌,并统计其数量进一步鉴定。制作成功的果醋具有特殊的果香,酸味柔和,稍有甜味,不涩。易错辨析(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)泡菜制作的菌种主要是醋酸菌()(6)制作泡菜时,盐水煮沸后可以立即使用()(7)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()提 示(1)X(2)X(3)V(4)V(5)X(6)X(7)V深挖教材1.为什么泡菜坛只能装八成满?选择性必修3 P6
10、“探究 实践.提示 菜料装至八成满时,要注入盐水,使盐水没过菜料,防止菜料变质腐烂;如果菜料装的太满,盐水就会太少,盐水浓度不够,不利于发酵催熟,还容易起白花等。2.制作葡萄酒时,为什么要将温度控制在1830?制作葡萄醋时,为什么要将温度控制在3035 C?选择性必修3 P7“探究实境丁提示 温度是影响酵母菌生长和发酵的重要因素。酿酒酵母的最适生长温度为28 C。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 o3.在制作果酒的过程中,除了酵母菌,是否还有其他微生物生长?它们会对果酒发酵产生影响吗?如果有,如何避免这种影响?选择性必修
11、3 P7“探究实践.提示 制作果酒的过程中,除酵母菌之外,还会有其他杂菌生长,它们会在酒精发酵中污染发酵液,而避免发酵液污染需要从发酵制作的过程全面考虑。例如,榨汁机、发酵瓶要清洗干净,装入葡萄汁后,封闭充气口;每次排气时只需拧松瓶盖,不要完全揭开瓶盖等。4.乳酸菌是厌氧菌,发酵时需控制严格的无氧环境。尝试说出泡菜制作过程中制造无氧环境的措施。选择性必修3 P6“探究实践.提示 选择气密性好的泡菜坛。盐水煮沸后冷却待用。装坛时压实,盐水没过全部菜料。盖上坛盖后要在坛盖边沿的水槽中注满清水;发酵期间不宜开盖,并注意在发酵过程中经常向水槽中补水。命题-规律探究 感悟高考找规律.考向传统发酵技术的应
12、用1.(2020.北京等级模考,15)发酵食品是中国传统食品中一个重要的类别,承载了中华民族悠久的历史和丰富的文化内涵。请结合所学发酵知识和生活经验,指出下列未经发酵的商品是()A.泡菜 B.食醋C.豆腐 D.酸奶答 案C解 析 泡菜的制作需要经过乳酸菌发酵,A不符合题意;食醋的制作需要经过醋酸发薛,B不符合题意;豆腐的制作不需要经过发酵,C符合题意;酸奶是通过乳酸菌发酵制成的,D不符合题意。2.(2020 江苏卷,18)某同学在线提交了在家用带盖玻璃瓶制作果酒和果醋的实验报告,他的做法错误的是()A.选择新鲜的葡萄略加冲洗,除去枝梗后榨汁B.将玻璃瓶用酒精消毒后,装满葡萄汁C.酒精发酵期间,
13、根据发酵进程适时拧松瓶盖放气D.酒精发酵后去除瓶盖,盖一层纱布,再进行醋酸发酵答 案B解 析 制作葡萄酒时,选择新鲜的葡萄,榨汁前先将葡萄略加冲洗,并除去枝梗,A正确;发酵瓶要清洗干净,用体积分数为70%的酒精消毒,或用洗洁精洗涤,葡萄汁装入发酵瓶时,要留有大约1/3的空间,不能装满,这样既可以为酵母菌大量繁殖提供适量的氧气,又可以防止发酵旺盛时发酵液溢出,B错误;酒精发酵过程中会产生二氧化碳,为了释放出二氧化碳,要根据发酵进程适时拧松瓶盖放气,C正确;由于醋酸发酵使用的菌种为醋酸菌,醋酸菌为好氧细菌,为了给醋酸发酵提供充足的氧气,并防止空气中的杂菌污染,酒精发酵后去除瓶盖,盖一层纱布,再进行
14、醋酸发酵,D正确。3.(2021重庆调研抽测)将水果制成果酒和果醋是为果农打开销路的重要措施,图1是果酒和果醋的制作流程,图2是其发酵装置。挑选水果)1冲选 I 榨汁醋酸发酵卜-酒精发酵I果 醋 果酒图1图2(1)在制作果酒和果醋时,为防止发酵液被污染,需将榨汁机和发酵瓶清洗干净,发酵瓶还需 处理,或者用洗洁精洗涤。(2)在制作果醋的过程中,要 将 温 度 严 格 控 制 在 ,并注意适时通过充气口充气,充气的目的是。图2装置中长而弯曲的胶管除能防止外界杂菌的进入外,还有 的作用。(3)某生物兴趣小组欲筛选高效生产果醋的醋酸菌,思路如下:实验目的:筛选出高酒精耐受度、高酸性耐受度、高产量的醋酸
15、菌。实验原理:通过在培养基中加入不同物质,筛选出能满足生产或实验所需的工程菌。实验步骤:配制不同酒精浓度梯度和不同醋酸浓度梯度的培养基。灭菌后的培养基须冷却到一定温度再加入酒精,以免温度过高引起接种,可采用 法进行接种,接种后置于适宜的条件下培养。一段时间后,观察菌落的生长情况,初步选取生长良好、产生较大菌落的细菌接种到果酒里进行实验,培养一段时间,定期检测,记录相应的结果。根据实验的实际结果,筛选出可耐受高酒精度、高酸度,且醋酸产量高的醋酸菌。答 案(1)(用体积分数为70%的酒精)消 毒(2)303 5为醋酸菌发酵提供氧气排出发酵过程中产生的气体(3)酒精燃烧平板划线法或稀释涂布平板果醋中
16、醋酸的含量解 析(1)对制作果酒和果醋的发酵瓶需要进行消毒处理。(2)制作果醋所利用的醋酸菌的最适生长温度为3035 C。醋酸菌是好氧菌,制作果醋时充气的目的是为其提供充足的氧气,图2装置中长而弯曲的胶管除了能够防止杂菌进入发酵瓶外,还能排出发酵过程中产生的气体。(3)酒精是易燃物质,温度太高可能会引起酒精燃烧。微生物接种常用的方法有平板划线法和稀释涂布平板法。醋酸菌能将酒精(乙醇)转化为醋酸,在其培养过程中,应定期检测醋酸的含量。4.(2021山东烟台调研)泡菜的制作容易受环境条件的影响,温度过高、食盐用量过低、腌制时间过短等,均会造成细菌大量繁殖,亚硝酸盐含量增加。某研究小组以“测定泡菜腌
17、制过程中亚硝酸盐含量的变化”为课题开展了如下研究。请分析回答:取 3 个泡菜坛,分别编号为A、B、Co 向 3 个泡菜坛内分别加入调味料和0.6 kg洗净的新鲜大白菜。向 3 个泡菜坛内分别加入2 L 浓度依次为3%、5%、7%的食盐水。密封后置于相同的环境中发酵。测定亚硝酸盐的含量。在封坛前进行第一次测定,以后定期测定,并将测定的数据绘制成曲线图如下图所示。灰食盐水测定结果食盐水测定结果或食盐水测定结果.时间/d(1)制 作 泡 菜 的 主 要 菌 种 是,其代谢类型是。该 实 验 的 自 变 量 是。实验中食盐水需煮沸并冷却后才可使用,原因是6543210/In/I/K.(3)图中浓度为3
18、%的食盐水的测定结果,说明_ O(4)为了使实验结果更准确,测定亚硝酸盐含量时应_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ O答 案(1)乳 酸 菌 异 养 厌 氧 型(2)食盐水的浓度煮沸是为了杀灭杂菌,冷却之后使用是为了避免高温杀死乳酸菌等发酵菌种(3)食盐水浓度过低会导致亚硝酸盐含量过高(4)多次测定后取平均值解 析(1)制作泡菜时使用的主要菌种是乳酸菌,其代谢类型是异养厌氧型;在无氧条件下,乳酸菌能够将蔬菜中的葡萄糖氧化为乳酸。(2)根据实验过程可知,该实验的自变量是食盐水的浓度。实验过程中,煮沸食
19、盐水是为了杀灭杂菌,冷却之后使用是为了避免高温杀死乳酸菌等发酵菌种。(3)图中浓度为3%的食盐水的测定结果说明食盐水浓度过低会导致亚硝酸盐含量过高。(4)为了使实验结果更准确,测定亚硝酸盐含量时应多次测定后取平均值。考点二发酵工程及其应用考 点自主梳理 预习教材夯基础1.发酵工程(1)概念:利用微生物的特定功能,通过现代工程技术,规模化生产对人类有用的产品。(2)对发酵工程概念的理解微生物:包括来自自然界的微生物(即“常规菌”)和基因重组的微生物(即“工程菌”)。产品:通过微生物的大量繁殖获得所需产品。包括利用酵母菌发酵制造的啤酒、果酒,利用乳酸菌发酵制造的酸奶,及利用工程菌生产的人胰岛素。实
20、质:利用微生物进行产品生产(如次生代谢物和菌体本身)。2.发酵工程基本环节分析配制培养基配制原则:目的明确、营养协调、pH适宜营养构成:水、无机盐、碳 遮、氮源等注意:培养基使用前要经过反复试验才能用于大规模生产天 瓦 目 的:防止杂菌污染对象:培养基和发酵罐选育菌种环境条件稳定、温和,利于菌种生MH长繁殖从自然界中筛选的常规菌种通过诱变育种或基因工程获得的叵 回)一增加菌种数量(所用培养基-液体培养基或固体培养基接 种 条件:无菌条件他 回 一 中 心 环 节随时检测培养液中微生物数量、与2 k 产物浓度以了解发酵进程及时添加必备营养成分来延长菌体生出 里 一 长 稳 定 期 的 时 间,以
21、得到更多发酵产物1严格控制温度、pH、溶解氧等发酵条件,以保证产品质量和产量|若产品为菌体本身.可采用过滤、沉淀等方分离、|法分离、提纯提 纯 一若产品为代谢物,可根据代谢物性质采用蒸|福、萃取等方法分离、提纯俄 看 产 品)提 醒 发酵工程操作中的几个注意事项(1)发酵工程所用菌种分为已有的常规菌种和改造菌种。一般都是由保存于冷冻管或冰箱中的斜面菌种开始,正式使用前先转接到新鲜斜面培养基上活化后,再用于扩大培养。(2)发酵过程监控和发酵条件控制直接会影响产品的质量和产量。一方面要随时检测培养液中微生物数量、产物浓度以了解发酵进程;另一方面要及时添加必备的营养成分来延长菌体生长稳定期的时间,以
22、便得到更多的发酵产物;同时要严格控制温度、p H、溶解氧等发酵条件,来保证产品的产量和质量。(3)发酵产品的分离、提纯要根据产品类型选择不同方法,若发酵产品是菌体本身,可采用过滤、沉淀等方法;若发酵产品是代谢物,需要根据代谢物的性质采用蒸馅、萃取、离子交换等方法。3.啤酒的工业化生产流程及发酵过程(1)啤酒发酵的工业化生产流程及操作目的:圣衿流灌:保 作 百 而 V 港)A产生淀粉酶分解淀粉(焙烤 加热杀死胚,保留营养物质便 亶 将干燥麦芽碾磨成麦芽粉,便于糖化恒 回 淀粉酶将淀粉分解成糖浆蒸煮)A 产 生 风 味 组 分 使 酶 失 活 灭 菌恒 鹿 A酵母菌将糖转化为酒精和C O?消毒)A
23、杀死啤酒中的微生物,延长保存期亘JA过滤、调节、分装、出售(2)啤酒发酵的过程及内容国 褂 斯 杂一,一 v-主发酵 酵母菌的繁殖、糖的分解、代谢物的生成后发酵)A低温、密闭环境下储存(3)“精酿”啤酒与“工业”啤酒的区别精酿”啤酒:;类 别:工业”啤 酒:%、-y只使用麦芽、啤酒 而 用 麦 芽、啤酒花、酵母菌、花、酵母菌和水 四”1 水、大 米、玉 米、淀粉等_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _/_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _不 添 加.(是否添加食品添加剂).添加较高,口味浓郁(麦芽汁浓度)较低,口味清淡发酵时间长,可f发 酵 时 间发酵时间短,通常达2个月7天左右产量
24、低、价格高9赢产量高、价格低深挖教材I.微生物菌种资源丰富,选择发酵工程用的菌种时需要考虑哪些因素?选择性必修3 P23“思考讨论”提 示 若生产的是微生物直接合成的产物,则可以从自然界中先分离出相应菌种,再用物理或化学方法诱变育种,从突变个体中筛选出符合生产要求的优良菌种。若生产的是微生物不能合成的产品,则可用基因工程、细胞工程的方法对菌种的遗传特性进行定向改造,以构建工程菌,从而达到生产相应产品的目的,同时还应注意温度、pH、溶解氧等对菌种的影响。2.怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要?选择性必修3 P23“思 考 讨 声提示 发酵条件直接会影响微生物的生长和发酵产品的质量,发酵
25、条件包括温度、pH、溶解氧、通气量等。温度条件的调控可通过向冷却夹层通入冷水来调控;p H条件的调控可在培养基中加入缓冲液,在发酵过程中加酸或碱;溶解氧的调控需根据微生物的代谢类型,若微生物是需氧型的,可通过空气入口通入空气,并调整搅拌叶轮转速增加溶解氧。若微生物是厌氧型的,需封闭空气入口,建立厌氧环境等。命 题规律探究 _感悟高考找规律.考 向 结合发酵工程及其应用,考查社会责任1.某高校采用如图所示的发酵罐进行葡萄酒主发酵过程的研究,下列叙述错误的是()A.夏季生产果酒时,常需对罐体进行降温处理B.乙醇为挥发性物质,故发酵过程中空气的进气量不宜太大C.正常发酵过程中罐内的压力不会低于大气压
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