1、第39讲 生物技术在食品加工方面的应用最新考纲 1.运用发酵加工食品的基本方法。2.利用微生物进行发酵来生产特定的产物。3.从生物材料中提取某些特定成分 考点一 果酒和果醋的制作 1.制作原理与发酵条件 附着在葡萄皮 果酒制作 果醋制作 菌种 酵母菌 醋酸菌 菌种 来源 _上的野生型酵母菌 变酸酒表面的菌膜 发酵 过程 有氧条件下,酵母菌通过_大量繁殖:C6H12O66O2_;无氧 条 件 下,酵 母 菌 通 过_ 产 生 酒 精:C6H12O6_氧气、糖源_时:C2H12O62O2 2CH3COOH2CO22H2O;_糖源、氧气充足时:C2H5OHO2_ 温度 一般酒精发酵_,繁殖最适为_
2、左右 最适为_ 气体 前期:_,后期:_ 需要_ 时间 _d _d 有氧呼吸6CO2+6H2O无氧呼吸2C2H5OH+2CO2充足缺少CH3COOH+H2O1825203035需氧无氧充足的氧气101278酶酶酶酶2.制作流程 冲洗醋酸果酒1.(教材P4旁栏思考题解答)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。2.如图所示为制作果酒和果醋的发酵装置,请思考。(1)装置图中a、b、c分别指什么?其作用是什么?(2)b需长而弯曲,其目的是什么?(3)进行醋酸发酵和酒精发酵时,对图中哪
3、一处操作有差异?请具体指明。(4)图中发酵瓶中葡萄汁的量是否恰当?为什么?提示(1)a为通气口,用于向装置内通气;b为排气口,用于排出CO2;c为出料口,用于取样检测。(2)b长而弯曲,其目的是防止空气中微生物的污染。(3)使用该装置制果酒时,应该关闭充气口;制醋时,应将充气口连接气泵,输入氧气。(4)不恰当,因为葡萄汁的量不能超过发酵瓶体积的2/3,而且排气管口离发酵液应有一段距离。(1)酵母菌的呼吸代谢途径如图所示。图中过程和是苹果醋生产的第一阶段,在酵母菌细胞的_中进行,其产物乙醇与_试剂反应呈现灰绿色,这一反应可用于乙醇的检验;过程在酵母菌细胞的_中进行,与无氧条件相比,在有氧条件下,
4、酵母菌的增殖速度_。1.(2016全国课标卷,39)苹果醋是以苹果汁为原料经发酵而成的,回答下列问题:(2)第二阶段是在醋酸杆菌的作用下将第一阶段产生的乙醇转变为醋酸的过程,根据醋酸杆菌的呼吸作用类型,该过程需要在_条件下才能完成。(3)在生产过程中,第一阶段和第二阶段的发酵温度不同,第一阶段的温度_(填“低于”或“高于”)第二阶段的。(4)醋酸杆菌属于_核生物,其细胞结构中_(填“含有”或“不含有”)线粒体。解析(1)图示中的过程和分别表示无氧呼吸的第一、第二阶段,其场所均为细胞质基质;橙色的重铬酸钾溶液,在酸性条件下与乙醇(酒精)发生化学反应,变成灰绿色。过程表示有氧呼吸的第二、第三阶段,
5、其场所分别为线粒体基质和线粒体内膜,即在酵母菌细胞的线粒体中进行。与无氧条件相比,在有氧条件下,酵母菌的增殖速度快。(2)醋酸杆菌是一种好氧菌,在氧气充足的条件下才能进行旺盛的生命活动,因此将第一阶段产生的乙醇转变为醋酸的过程,需要在有氧条件下才能完成。(3)第一阶段即果酒的制作,所控制的温度范围是1825,第二阶段即果醋的制作,所控制的温度范围是3035,所以第一阶段的温度低于第二阶段的。(4)醋酸杆菌属于原核生物,其细胞结构中不含线粒体等复杂的细胞器。答案(1)细胞质基质 重铬酸钾 线粒体 快(2)有氧(3)低于(4)原 不含有 2.下图所示果酒、果醋工厂化生产流程。请据图回答问题:(1)
6、家庭自制葡萄酒所用菌种常来自于_,图中的候选菌A、B经筛选和纯化分别获取_和_菌种。(2)图中所用的培养基都需要在接种前用_法进行灭菌。(3)在纯化菌种A时接种了5个平板,每个平板均接种了0.1 mL样品并培养。其中乙平板的菌落分布如上图,纯化菌种A的接种方法是_,推测出现平板乙可能的操作失误是_。其余的甲、丙、丁、戊平板操作正常,其菌落数分别是210、230、470、190,则样品中菌种A的数量为_个/mL。(4)果酒发酵罐与果醋发酵罐需要控制的温度条件差异是 _ _。答案(1)葡萄皮表面的酵母菌 酵母菌 醋酸菌(2)高压蒸汽灭菌(3)稀释涂布平板法 涂布不均匀 2 100(4)前者1825
7、,后者3035 1.果酒和果醋的制作成功的关键点 项目 说明 材料的选择与处理 选择新鲜的葡萄,榨汁前先将葡萄进行冲洗,再除去枝梗,以防葡萄汁流失及污染 防止发酵液被污染 榨汁机和发酵瓶等都需清洗干净,且发酵瓶要进行消毒 清洗葡萄时要先清洗后除枝梗 发酵瓶排气管用曲颈管不用直管 2.果酒、果醋发酵条件的控制(1)葡萄汁装入发酵瓶时,要留约1/3空间,目的是先让酵母菌进行有氧呼吸快速繁殖,耗尽O2后再进行酒精发酵,防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出。(2)严格控制温度:1825 利于酵母菌的繁殖和酒精发酵,3035 利于醋酸菌的繁殖和醋酸发酵。(3)充气:酒精发酵为无氧发酵,需封闭充气口;
8、醋酸发酵为有氧发酵,需适时通过充气口充气。考点二 腐乳的制作 1.菌种 主要是。2.原理 毛霉蛋白酶3.腐乳的制作流程 豆腐中的水分微生物12%4.防止杂菌污染(1)用来腌制腐乳的玻璃瓶,洗刷干净后要用沸水消毒。(2)装瓶时,操作要迅速小心,加入卤汤后,要用胶条将瓶口密封,封瓶时,最好将瓶口通过酒精灯的火焰,防止瓶口被污染。(1)腐乳是豆腐经微生物发酵后制成的食品。多种微生物参与了该发酵过程,其中起主要作用的微生物是_其产生的蛋白酶可将豆腐中的蛋白质水解为_和_;其产生的_能将豆腐中的脂肪水解为_和_。(2)发酵完成后需加盐腌制,加盐还可以抑制_生长。(3)腐乳制作的后期可加入由酒和多种香辛料
9、配制而成的卤汤。卤汤除具有一定的防腐作用外,还能使腐乳具有独特的_。答案(1)毛霉 小分子的肽 氨基酸 脂肪酶 甘油 脂肪酸(2)微生物(3)风味 1.(2012海南单科,30)回答下列关于腐乳制作的问题。2.甲、乙、丙三个生物兴趣小组按如下三个流程进行课外探究活动,请回答:兴趣小组甲:挑选葡萄冲洗榨汁酒精发酵醋酸发酵 果酒 果醋 兴趣小组乙:挑选豆腐豆腐长毛加盐腌制加卤装瓶密封腌制 兴趣小组丙:土壤取样梯度稀释接种于培养基计数(1)甲组由果酒的制作转变成果醋的制作时,需要改变的环境条件是_,请完善酒精发酵的反应式:C6H12O6_。(2)乙组在制作腐乳过程中,先将切好的豆腐块放置在笼屉内,为
10、使毛霉发酵充分,必须提供适宜的温度和_等条件。豆腐块上生长的毛霉丝来自于_。密封腌制时添加卤汤,卤汤中酒精的含量应控制在12%左右,酒精含量过低会导致_。(3)丙组欲按以上方法统计土壤中能降解苯酚的某菌株的数量,其流程中土壤样品稀释后,应该接种于以_为唯一碳源的培养基上。该组同学在稀释倍数为104的培养基中测得平板上菌落数的平均值为60,则每毫升样品中的菌株数是_个(涂布平板时所用稀释液的体积为0.2毫升)。实验结束后,使用过的培养基应该进行_处理后,才能倒掉。答案(1)氧气和温度 2C2H5OH2CO2(2)湿度 空气中的毛霉孢子 其它微生物生长(豆腐腐败)(3)苯酚 3106 灭菌(高压蒸
11、汽灭菌)影响腐乳品质的条件 项目 说明 水的控制 含水量约70%,用含水量过高的豆腐制腐乳,不易成形 盐的控制 盐浓度过高会影响腐乳的口味;盐浓度过低,腐乳易腐败变质 酒的控制 酒的含量一般控制在12%左右。酒精含量过高,使腐乳成熟期延长。酒精含量过低,杂菌繁殖快,豆腐易腐败 温度控制 温度为1518,适合毛霉生长 发酵时间 控制在6个月左右 香辛料 具有调味和杀菌的作用,也会影响腐乳的风味或质量 考点三 泡菜的制作 1.泡菜的制作原理(1)菌种来源:附着在蔬菜上的。(2)制作原理:在条件下,乳酸菌将葡萄糖分解成。反应式:C6H12O6。(3)制作流程 乳酸菌无氧乳酸2C3H6O3选择原料发酵
12、成品酶2.测定亚硝酸盐的含量(1)亚硝酸盐的产生:由产生。(2)亚硝酸盐的危害:。(3)检测原理 NO 对氨基苯磺酸反应物;反应物N-1-萘基乙二胺盐酸盐 染料。亚硝酸盐溶液的浓度高,颜色;溶液浓度,颜色浅些。(4)检测步骤:配制溶液制备制备样品处理液 。假丝酵母可转变成致癌物亚硝胺玫瑰红色深些低标准显色液比色-2【特别提醒】泡菜制作中营造“无氧环境”的三项措施 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。1.下表中甲丁为腐乳、泡菜、果醋、果酒等发酵食品制作装置图。请据甲丁装置图分析:(1)请填出食品名称(2)请填出菌种名
13、称,并指出菌种属性(真核生物或原核生物)(3)甲丁装置是否存在缺陷,试具体分析指出,并说明丁装置中“放水”的作用?提示(1)果酒 果醋 腐乳 泡菜(2)酵母菌 醋酸菌 毛霉 乳酸菌,其中酵母菌、毛霉为真核生物,醋酸菌、乳酸菌为原核生物。(3)甲、丙装置有缺陷:甲装置中排气管不应插入到发酵液内,丙装置接种应在“加盐”之前,不应在“加盐”后接种;丁装置中“放水”的作用在于为泡菜坛营造“无氧”环境。2.下图为乳酸菌的数量、乳酸和亚硝酸盐的含量随时间变化的曲线,请将三幅图分别填上“纵轴标识”。纵轴标识依次为_、_、_。提示 为乳酸菌的数量 为亚硝酸盐的含量 为乳酸的含量(2015广东高考,29)泡菜是
14、我国的传统食品之一,但制作过程中产生的亚硝酸盐对人体健康有潜在危害。某兴趣小组准备参加“科技创新大赛”,查阅资料得到下图。(1)制作泡菜时,泡菜坛一般用水密封,目的是_,乳酸菌发酵第一阶段的产物有_。(2)据上图,与第3天相比,第8天后的泡菜更适于食用,因为后者_;pH呈下降趋势,原因是_。(3)该小组得到一株“优选”乳酸菌(亚硝酸盐还原酶活力比普通乳酸菌高5倍),拟参照资料的实验方案和食盐浓度(4%10%),探究与普通乳酸菌相比用“优选”乳酸菌制作泡菜过程中亚硝酸盐含量的高低,并确定其最适条件,请你设计一个实验结果记录表,并推测实验结论。慧眼识图 获取信息 此外(3)中表格设计时应顾及“三因
15、子自变量”即“食盐浓度(410之间)。”菌种类型(“普通”型“优选”型)及培养时间(10d)观察指标应为亚硝酸盐含量,设置的表格中须有单位。答案(1)创造无氧环境 丙酮酸、H、ATP(2)亚硝酸盐含量已接近最低水平 乳酸积累(3)结果记录表 亚硝酸盐含量(单位:mgkg1)食盐浓度/%乳酸菌 发酵时间/d 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 4 普通 优选 7 普通 优选 10 普通 优选 注 其他合理答案也可。推测实验结论:用“优选”乳酸菌制作泡菜,亚硝酸盐含量更低 最适条件是亚硝酸盐含量最低时的食盐浓度和发酵时间【对点小练】请回答下列有关生物技术实践方面的问题:(1)微生物的培养和鉴
16、别技术是一项基本技术。为了从样本中获取细菌的单菌落,可用_法或_法将样本接种于_表面,经过选择培养、鉴别等步骤获得。培养基进行灭菌时,应该采用的方法是_。为统计样品中活菌的数目,在37 培养箱中培养适当时间后形成菌落,一般选择菌落数在_的平板进行计数。(2)泡菜虽然好吃,但其中的亚硝酸盐会危害人体健康。亚硝酸盐在特定条件下会转变成_,这是一种致癌物。测定亚硝酸盐含量的原理是在_条件下,亚硝酸盐与显色剂反应,生成玫瑰红色物质。正常情况下,随着腌制时间的延长,亚硝酸盐含量的变化趋势是_。答案(1)平板划线 稀释涂布平板 固体培养基 高压蒸气灭菌法 30300(2)亚硝胺 盐酸酸化 下降 泡菜制作成
17、功的关键点(1)材料的选择及用量 蔬菜应新鲜,若放置时间过长,蔬菜中的硝酸盐易被还原成亚硝酸盐。清水和盐的质量比为41,盐水要煮沸后冷却待用。盐水煮沸有两大作用,一是除去水中的氧气,二是杀灭盐水中的其他细菌。(2)防止杂菌污染:每次取样用具要洗净,取样后要迅速封口。(3)氧气需求 泡菜坛要选择透气性差的容器,以创造无氧环境,有利于乳酸菌发酵,防止蔬菜腐烂。坛盖边沿的水槽中要注满水,以保证乳酸菌发酵所需要的无氧环境,并注意在发酵过程中要经常补充坛盖边沿水槽中的水。(4)温度:发酵过程控制在室温即可,最好在2636。温度过高,则易滋生杂菌;温度过低,则发酵时间延长。考点四 植物有效成分的提取 1.
18、玫瑰精油的提取 水蒸气蒸馏水蒸气水气蒸馏水蒸气蒸馏NaCl无水Na2SO42.橘皮精油的提取 压榨法机械加压压榨静置3.胡萝卜素的提取 石油醚萃取干燥过滤纸层析1.教材P78“萃取剂选择讨论题”解答(1)乙醇和丙酮能够用于胡萝卜素的萃取吗?为什么?提示 胡萝卜素可溶于乙醇和丙酮,但它们是水溶性有机溶剂,因萃取中能与水混溶而影响萃取效果,所以不用它们作萃取剂。(2)在石油醚、醋酸乙酯、乙醚、苯和四氯化碳这几种有机溶剂中,哪种最适宜用来提取胡萝卜素?提示 在这五种有机溶剂中,石油醚的沸点最高,在加热萃取时不易挥发,所以石油醚最适宜用作萃取剂。2.针对下图,请思考:(1)图甲、图乙分别为何种装置?(
19、2)图甲装置可分左、中、右三部分,其作用有何不同?图中a、b 哪 一 个 是 进 水 口?哪 一 个 为 出 水 口?这 与 蒸 气 流 方 向_(相同、相反)?加热时为何常向液体中加入几片碎石或瓷片?(3)图乙的安装及拆除顺序如何?为何常采用水浴加热?在烧瓶口安装冷凝回流装置的目的是什么?提示(1)图甲为水蒸气蒸馏装置,图乙为萃取装置。(2)整套蒸馏装置可分为左、中、右三部分,左边的部分通过加热进行蒸馏,中部将蒸馏物冷凝,右边的部分用来接收。图中a为出水口,b为进水口,这与蒸气流方向相反;加热时向液体中加入几片碎石或瓷片的目的是“防暴沸”。(3)安装顺序是由下而上,拆除时相反。采用水浴加热的
20、原因:有机溶剂都是易燃物,直接使用明火加热容易引起燃烧、爆炸。在烧瓶口安装冷凝回流装置的目的是防止加热时有机溶剂挥发。1.(2015全国卷,39)回答与胡萝卜素有关的问题:(1)胡萝卜含有的胡萝卜素中,最主要的是_(填“-胡萝卜素”“-胡萝卜素”或“-胡萝卜素”),该胡萝卜素在人体内可以转变成两分子_,后者缺乏会引起人在弱光下视物不清的病症,该疾病称为_,胡萝卜素是_(填“挥发性”或“非挥发性”)物质。(2)工业生产上,用养殖的岩藻作为原料提取胡萝卜素时,_(填“需要”或“不需要”)将新鲜的岩藻干燥。(3)现有乙醇和乙酸乙酯两种溶剂,应选用其中的_作为胡萝卜素的萃取剂,不选用另外一种的理由是_
21、。解析(1)胡萝卜素的化学分子式中包含多个碳碳双键,根据双键的数目可以将胡萝卜素划分为、三类,-胡萝卜素是其中最主要的组成成分;一分子的-胡萝卜素在人或动物的小肠、肝脏等器官被氧化成两分子的维生素A;缺乏维生素A会造成夜盲(暂时性夜盲症可补充维生素A得以痊愈)。胡萝卜素为非挥发性物质。(2)提取胡萝卜素时新鲜的岩藻具有大量的水分需要进行干燥,以提高萃取效率。(3)乙酸乙酯属于水不溶性有机溶剂,与水不互溶,能够溶解胡萝卜素;乙醇是水溶性有机溶剂,因萃取中能与水混溶而影响萃取效果,所以不宜选作萃取剂。答案(1)-胡萝卜素 维生素A 夜盲症 非挥发性(2)需要(3)乙酸乙酯 萃取胡萝卜素的有机溶剂应
22、不与水混溶,而乙醇属于水溶性有机溶剂(其他答案合理也可)2.(2016甘肃一模)回答下列有关从生物材料中提取某些特定成分的问题:(1)薄荷油和玫瑰精油的化学性质相似,因此适合选用_法来提取。用此方法收集到的液体_(是/不是)纯的薄荷油,原因是_。在此过程中,影响薄荷油提取量的主要因素有_和_。(2)从胡萝卜中提取胡萝卜素常用的方法是_法。用这种方法提取胡萝卜素的主要步骤是:粉碎、干燥、萃取、_、_。(3)如图是某同学对萃取的胡萝卜素样品所做的鉴定实验的结果。图中实验组是_,实验得出的结论是_ _。答案(1)水蒸气蒸馏 不是 薄荷油随水蒸气一起蒸馏出来,所得到的是油水混合物 蒸馏时间 蒸馏温度(
23、2)萃取 过滤 浓缩(3)B、C 萃取样品中不含胡萝卜素 3.胡萝卜素可以维持眼睛和皮肤的健康,改善夜盲症、皮肤粗糙的状况,有助于身体免受自由基的伤害。请根据其提取过程及胡萝卜素的性质,回答下列问题。(1)从胡萝卜中提取胡萝卜素常用的方法是_ _。不采用蒸馏法的原因是_ _。(2)以下为提取胡萝卜素的实验流程:胡萝卜粉碎干燥A过滤B胡萝卜素,其中B过程叫_。从胡萝卜中提取胡萝卜素时,常用_作为溶剂。在胡萝卜颗粒的加热干燥过程中,应严格将温度和时间控制在一定范围,原因是_。(3)下图甲为提取胡萝卜素的装置示意图,请指出图中一处错误并改正:_。(4)上图乙是胡萝卜素粗品鉴定装置示意图。该鉴定方法的
24、名称是_法。在图乙的胡萝卜素的结果示意图中,A、B、C、D四点中,属于提取样品的样点是_ _。答案(1)萃取法 胡萝卜素挥发性较差,不能随水蒸气蒸馏出来(2)浓缩 石油醚(水不溶性有机溶液)温度太高、干燥时间太长会导致胡萝卜素分解(3)错误在于使用明火加热,应该采用水浴加热(4)纸层析 B和C(1)植物芳香油提取成功的关键点 水蒸气蒸馏要适当延长蒸馏时间,温度不能太高。用于萃取的有机溶剂必须事先精制,除去杂质。压榨时原料必须要浸透,这样压榨时不会滑脱,出油率高,不堵塞筛眼;使用石灰水充分浸泡原料的目的是破坏细胞结构,分解果胶,防止橘皮压榨时滑脱,提高出油率。(2)影响胡萝卜素萃取的因素及解决措
25、施 影响因素 解决措施 萃取剂的性质 用水不溶性有机溶剂 原料的颗粒大小、紧密程度 粉碎 材料的含水量 干燥 萃取温度 探索最佳萃取温度,严格控制温度 萃取时间 适当延长萃取时间 易错防范清零易错清零 易错点1 混淆果酒制作中,对葡萄“先冲洗再去枝梗”与“不可反复冲洗”的目的 点拨(1)制作果酒使用的葡萄应先冲洗,再除去枝梗,不能反过来,以免除去枝梗时引起葡萄破损,增加被杂菌污染的机会。(2)对于果酒的自然发酵,冲洗不要反复进行,以免使酵母菌数量减少,发酵周期加长,产生的果酒中酒精含量下降。易错点2 误认为泡菜发酵时间越长越好 点拨 泡菜发酵时间并非越长越好;泡菜的发酵时间长,亚硝酸盐含量低,
26、但是发酵时间过长会产生其他有害物质。泡菜发酵时间过长,乳酸含量过高,口味不佳。易错点3 误认为醋酸菌可在缺乏O2时将酒精转化为醋酸 点拨 醋酸菌是严格的好氧型微生物,它对O2的含量特别敏感,当进行深层发酵时,即使短时间中断通入O2,也会引起醋酸菌死亡,其将乙醇变为乙醛进而变醋酸的条件是“糖源不足”而不是“O2不足”。易错点4 不明确泡菜制作中盐水(清水盐41)煮沸的两层面意义 点拨 清水和盐的质量比为41,盐水要煮沸后冷却。煮沸有两大作用,一是除去水中氧气,二是杀灭盐水中的其他细菌。易错点5 误认为腐乳制作中酒精和香辛料的作用只在于“调味”点拨 腐乳制作中酒精及香辛料的作用不仅在于调味,还在于
27、“杀灭杂菌”,酒精可抑制微生物生长,香辛料可防腐杀菌。易错点6 不清楚纸层析法分离胡萝卜素时,滤纸为何被“卷成筒状”点拨 将点好样的滤纸卷成筒状,卷纸时若将滤纸两边相互接触,由于毛细管现象导致溶剂沿滤纸两边的移动加快,溶剂前沿不齐,影响结果;为避免这种现象的发生,卷纸时滤纸两边不能相互接触。规范答题 近年来,纪录片舌尖上的中国引发全民关注美食的热潮,舌尖上的中国多次讲述了利用不同微生物的发酵作用制作的美味食品。请回答:(1)腐乳生产是在严格的无菌条件下,将优良的毛霉菌种接种到豆腐上,这样可以_。腐乳制作的过程中,加盐的作用是_。从微生物培养的角度来看,豆腐应该属于_。(2)在果醋制作时,醋酸菌
28、在_时,将糖分解成醋酸;在_时,也可以利用_生成醋酸。(3)苹果酒口感清醇,营养丰富,适量饮用,可舒筋活络。若用葡萄自行酿酒应对葡萄先_再_且_(宜,不宜)反复冲洗。检测发酵后是否有酒精产生,用_来检验。(4)制作泡菜时,常将盐水煮沸后冷却,其目的是_。泡菜坛一般用水密封,目的是_。蔬菜在腌制过程中,会产生亚硝酸盐。在一定条件下,亚硝酸盐与对氨基苯磺酸发生反应后,与N-1-萘基乙二胺盐酸盐结合形成玫瑰红染料。将显色液(实验液)与_比较,以确定显色液中_。在制作泡菜汁液时常加入_以便使滤液无色透明。答卷采样原处纠错 纠错依据 忽视了将糖分解成醋酸的前提;不仅O2充足,还需糖源充足,误认为O2不足,醋酸菌也能存活。又未认识到先去枝梗可能造成污染,而反复冲洗会洗掉葡萄皮上的微生菌种。忽略了煮沸可驱氧,混淆了制备实验样液时NaOH与氢氧化铝的作用。