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1专题l传统发酵技术的应用课题l果酒和果醋的制作班级：使用时间：完成时间：学习目标课题目标1．了解传统发酵技术在日常生活中的应用。2．掌握发酵作用的基本原理和方法。3．学习制作果酒、果醋的实际操作技能。4．设计并安装简单的生产果酒及果醋的装置课题重点说明果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教材分析本课题的重点是理解果酒和果醋的制作原理，设计制作果酒和果醋的装置，知道实验流程，理解影响发酵的因素；难点是果酒、果醋制作过程中发酵条件的控制。学习或复习本课题都必须从基础知识和基本原理人手，注重教材所提供的资料、操作提示及实验流程的理解，以正确设计实验和控制实验条件，完成发酵实验，这应当是今后高考考查的出发点。课前预习探究基础自主梳理一、果酒的制作1．原理：酵母菌属于①生物。新陈代谢类型为②。(1)有氧时，呼吸的反应式为③；(2)无氧时，呼吸的反应式为：④。2．温度：繁殖的最适温度为⑤，酒精发酵一般控制在⑥之间。3．实验设计流程图基础知识自测1．利用酵母菌酿酒时，从开始便持续向发酵罐内通入无菌空气。结果是()A．酵母菌大量死亡。酒精减产B．酵母菌数量不变．酒精产量不变C．酵母菌数量增多．酒精减产D．酵母菌数量增多．不产生酒精2．（2010·北京高考)在家中用鲜葡萄制作果酒时．正确的操作是()A．让发酵装置接受光照B．给发酵装置适时排气C．向发酵装置通人空气D．将发酵装置放在45℃处3．制作葡萄醋时，必须控制的发酵条件是()A．温度18℃～25℃，适时通气B．温度l8℃～25℃．隔绝空气C．温度30℃～35℃，隔绝空气D．温24．实验结果分析与评价：可通过嗅觉和品尝初步鉴定。并用⑨溶液检验酒精的存在。在酸性条件下．重铬酸钾与酒精反应可观察到的现象为溶液⑩。【思考讨论】有经验的家庭主妇在做馒头的时候，往往要在水刚微热的时候，停火几分钟，这有什么道理?是什么原因使馒头变得松软?度30℃～35℃．适时通气4．在发酵装置中，排气口要和一个长而弯曲的胶管连接．其主要目的是()A．让产生的气体缓慢排出B．防止杂菌污染C．防止散热过多D．有利于通过排气口进行气体交换5．将酵母菌研磨离心分离后，得到上清液(含细胞质基质)和沉淀物(含细胞器)。将等量的上清液、沉淀物和未经离心的匀浆分别放入甲、乙、丙三支试管中进行下列实验，请回答：(1)实验一：向三支试管中分别滴加等量的葡萄糖溶液．三支试管中的最终产物分别是：甲；乙；丙。(2)实验二：向三支试管中分别滴加等量的丙酮酸．三支试管中的最终产物是：甲；乙：丙。(3)实验三：在隔绝空气的情况下．重复实验一，三支试管中的最终产物是：甲；乙；丙。(4)实验四：向三支试管中分别滴加等量的荧光素(萤火虫尾部提取的可发光物质)重复实验一和实验三。从理论上讲．发光最强的是实验中的试管。供选答案：A．水和二氧化碳B．乙醇和二氧化碳C．丙酮酸和[H]D．无反应教学过程探究教材内容分析知识点一果酒制作的原理1．菌种：酵母菌。(1)形态结构：酵母菌是单细胞真菌，属真核生物；一般呈卵形、圆柱形或球形，长5～303µm，宽l～5µm。(2)繁殖方式：酵母菌的繁殖方式有出芽生殖、分裂生殖和孢子生殖，其中出芽生殖和分裂生殖属无性生殖，而孢子生殖为有性生殖。在氧气、养料充足，条件适宜的环境中，主要以出芽的方式快速增殖；在干燥低温环境中形成孢子，进入休眠期，环境条件适宜时再恢复生理活性，进行大量增殖。(3)代谢类型：酵母菌的代谢类型是异养、兼性厌氧型，即在有氧环境和无氧环境下都能正常生活。在有氧条件下进行有氧呼吸，可将葡萄糖彻底氧化分解为二氧化碳和水；在无氧条件下进行无氧呼吸，将葡萄糖不完全分解为酒精和二氧化碳。(4)在自然界中的分布：酵母菌在自然界中分布广泛，多分布在含糖量较高的弱酸性环境中。土壤始终是酵母菌的大本营。常见的酵母种类有啤酒酵母、葡萄汁酵母、鲁氏酵母(用来酿制酱油)、球拟酵母、粉状毕赤氏酵母等。2．原理酵母菌的呼吸：果酒的制作离不开酵母菌。酵母菌是兼性厌氧型微生物，在有氧条件下，酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖。反应式如下：在无氧条件下，酵母菌能进行酒精发酵。反应式如下：3．控制发酵条件：制作果酒需获取大量的酵母菌，影响酵母菌繁殖和酒精产量的因素有：(1)培养液为含糖量高的果汁或麦芽汁，为酵母菌提供丰富的营养物质。(2)温度要严格控制在20℃左右，因为酵母菌快速出芽生殖的温度为l8～25℃。(3)获取大量酵母菌需先在有氧条件下进行出芽生殖，因此必须使装置先经过一段时间的通气后再密封，或在容器内预留1／3的空间。(4)酵母菌最适pH为4．0—5．8，pH2．5或pH8．0时，酵母菌生长受抑制且易导致死亡。要在发酵10～12d后，对发酵情况进行及时监测。4．发酵过程：先有氧增殖，后无氧酵解，产生酒精。在葡萄酒自然发酵过程中，菌种来源于附着在葡萄皮上的野生型酵母菌，开始阶段是利用容器中1／3空间的有氧环境，进行出芽生殖，产生大量菌体。之后，随氧气消耗殆尽而转入无氧呼吸，产生酒精，随酒精浓度的升高，红葡萄皮的色素也溶于发酵液，使葡萄酒呈现深红色。在缺氧、酸陛环境中，酵母菌可以生长繁殖，而绝大多数其他微生物生长受抑制。注意：①酒厂用含淀粉丰富的农产品酿酒时，应向原料瓶中充入足够的空气，使酵母菌大量繁殖，产生足够菌种，或在装置中留下1／3的空气，以维持一定时间的有氧环境。②发酵是通过微生物培养来大量生产各种代谢产物的过程，包括有氧发酵(如醋酸发酵、谷氨酸发酵)和无氧发酵(如酒精发酵)，发酵≠无氧呼吸。知识点二果醋制作的原理1．菌种：醋酸菌。醋酸菌是单细胞细菌，多呈圆形，也有的呈杆状；有的单个存在，也有的成对存在，甚至呈链状，以鞭毛运动或不运动。醋酸菌代谢类型为异氧需氧型，不能形成芽孢，生殖方式为二分裂。醋酸菌分布广泛，用来发酵酿醋的菌种为醋酸杆菌。项目特点大小0.6X(2～3)µm细胞结构细胞壁、细胞膜、细胞质和拟核生殖方式二分裂4代谢类型异养需氧型2．原理：有氧发酵。醋酸菌是严格的好氧菌，只有在氧气充足时，生长繁殖才能旺盛；短暂的中断氧气，便会死亡。在氧气、糖源都充足时，醋酸菌可将葡萄汁中的糖分解成醋酸；当糖源不足时，醋酸菌可将乙醇氧化为乙醛，再将乙醛氧化为醋酸。其化学反应式为：3．控制发酵条件：氧气、温度、糖源。(1)醋酸发酵足在敞口容器或通气状态卜^发酵，是多菌种混合发酵，不能中断氧气供给。(2)有两条途径生成醋酸：直接氧化和以酒精为底物的氧化。(3)温度控制在30～35℃，pH控制在5．4～6．3，发酵时间控制在7～8d。注意：①醋酸发酵是多种微生物的共同作用，如酵母菌、醋酸菌等，必须是在充足的氧气下才能完成。②糖源缺少时，醋酸杆菌将乙醇氧化为乙酸的过程为：知识点三发酵装置与实验流程1．发酵装置：发酵瓶(发酵罐)。(1)充气口：在醋酸发酵时连接充气泵不断充人空气或酿酒初期泵人部分气体。(2)排气口：排放出酒精发酵过程中产生的C02，平衡容器内外压力。(3)出料口：取样监测菌体数量或酒精、醋酸浓度，或排放废料。(4)使用方法：充气管口插至发酵瓶近底部；排气管口离发酵液一段距离，外部要弯曲，并尽量保证管口向下；酒精发酵时要关闭充气口，醋酸发酵时，充气口连接充气泵，不断泵入空气。注意：①排气管不能浸入发酵液。②排气管长而弯曲且管口向下。其目的是防止空气中微生物的污染2．实验流程知识点四果酒、果醋制作的具体操作1．器具消毒、清洗：榨汁机、发酵瓶、盛装葡萄汁的容器及过滤用的纱布，要用温水清洗干净，并用体积分数为70％的酒精擦洗消毒，晾于待用。2．选料冲洗：挑选新鲜的葡萄适量，并用清水冲洗l～2遍，除去污物，然后除去枝梗。3．榨汁装瓶：用榨汁机榨汁(或打浆过滤)后，将葡萄汁装入发酵瓶，葡萄汁不能超过容积的2／3，并密封。4．果酒适宜条件发酵：在温度为l8～25℃时发酵l0～12d，每天定时排出发酵产生的C02，l0d后开始从出料口抽样，监测酒精浓度或菌体数量。5．在制作果醋时，其他过程与制作果酒大致相当，但发酵过程有差异。在果酒制作的基础上，用充气泵不断从充气口泵入空气，温度控制在30～35℃，发酵7～8d，即可制成果醋。注意：①发酵瓶清洗后要用酒精进行消毒，体积分数为70％的酒精消毒效果最好。②要先冲洗，后除梗，以免汁液流失和污染。冲洗次数不能太多，以免将附着于葡萄表面5的酵母菌冲洗掉。③装汁时要预留1／3的空间，目的是使酵母菌在有氧条件下快速繁殖，以获取更多菌种，以利于酒精发酵；1／3的空间还可以缓冲C02，气体产生的压力，以免发酵瓶爆裂，并能有效防止C02，导致的发酵液溢出。④选用简易装置时要注意定时排气。⑤温度是影响发酵的重要条件。酵母菌的最适温度为20℃，应选择18～25℃，而醋酸发酵则须控制温度在30～35℃，并保证果醋制作过程中不断充气，保证氧气供应。知识点五结果分析与评价1．制作葡萄酒过程中，主要产物是C02和C2H5OH，还有其他如氨基酸、小分子肽等香味物质。在发酵10d左右，C02的排出越来越旺盛，甚至使发酵液沸腾，C02从排气口排出，发酵过程产生的热使发酵液温度升高，果皮上的色素逐渐溶于发酵液，使液体变红。如果条件控制不好，便会导致制作失败。如密闭性不好会使产膜酵母增殖．将产生的C2H5OH分解为乙醛和水，从而降低酒精含量；若有效时间内酒精产量过低，不能抑制(杀死)乳酸菌等杂菌，导致葡萄酒变质。在葡萄醋制作过程中，要将温度控制在30～35℃，保证充分的氧气供应，7～8d便会有醋酸产生。若氧气供应不充分，便只会在发酵液表面形成一层菌膜而使深度发酵受阻。2．果酒产量的鉴定：检验酒精的产生，可用重铬酸钾来完成。在酸性条件下，重铬酸钾与酒精发生反应，呈现灰绿色。颜色越深，说明酒精浓度越高；颜色越浅，说明酒精浓度越低。其操作过程如下：(1)取两支试管，标为A、B，在A中加入2mL发酵液，B中加入2mL蒸馏水。(2)在A、B两试管中各滴3滴3mol／L的H2SO4溶液，振荡混匀。(3)再在A、B两试管中滴加常温下饱和的重铬酸钾溶液3滴，振荡试管。(4)观察颜色变化程度，分析结果，得出结论。3．证明葡萄醋中醋酸生成的方法很多，如品尝、pH试纸检测、化学定性鉴定等。注意：①实验结果的观察要注意在充分发酵以后，酒精发酵为lod．醋酸发酵为7～8d。②醋酸制作时，发酵液表面的菌膜，既有醋酸菌，也有产膜酵母，因此，醋酸发酵也是典型的多种微生物的混合发酵。③教材相关链接中所涉及的工业生产中纯菌种的来源：一是从商店购买，二是严格按照专题二中“微生物的实验室培养”进行分离、培养、提纯、鉴定来获得。疑难问题诠释一、酵母菌和醋酸菌的比较酵母菌醋酸菌生物学分类单细胞，真核生物单细胞，原核生物代谢方式异养兼性厌氧型异养需氧型生长繁殖的最适宜的温度20℃左右30℃～35℃主要繁殖方式出芽生殖二分裂生殖生活、生产应用酿酒、发面等酿醋特别提醒：①酵母菌在氧气和营养物质丰富时。进行出芽生殖，而在没有氧气的条件下进行孢子生殖。②由于在长期进化过程中，酵母菌和醋酸菌中的酶各自有其适宜的温度，所以两种生物生长适宜的温度范围不同。二、果酒、果醋制作的区别与联系1.果酒和果醋制作的原理及特点比较62．发酵装置比较三、发酵1．概念：利用微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体及各种不同代谢产物的过程。2．分类73．发酵工程(1)概念：采用现代生物]：程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。(2)一般流程(3)应用①医药工业：批量生产药物，与基因工程、细胞工程结合。②食品工业：传统发酵(酒、醋等)、食品添加剂、高蛋白低脂肪食品等。四、发酵中条件的调控1．温度：温度可通过影响酶的活性影响微生物代谢速度，从而影响生物发酵；也可影响发酵液的物理性质，以及菌体对营养物质的分解、吸收等来影响发酵过程。2．pH：pH能影响酶的活性和细胞膜的带电状况，也会影响培养基中营养物质的分解。在工业生产中常用缓冲液或中间加入氨水、尿素、碳酸铵或碳酸钙来控制pH。3