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生物选修1《生物技术实践》教师用书.doc
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生物选修1《生物技术实践》教师用书.doc
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《生物技术实践》(选修 1)教参
课题 1 果酒和果醋的制作
一、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。
二、课题重点与难点
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。
三、课题背景分析
课题背景从人类酿酒制醋的历史切入,说明酒与醋的制作不仅仅是发酵食品的制作加工,
还是一种文化现象,反映了人类文明发展的足迹。教师可以充分利用这一素材,渗透“科学、
技术、社会”的教育。在此基础上,教材简述了果酒和果醋的特点及其在日常生活中的作用,
以激发学生动手制作的兴趣。
四、基础知识分析与教学建议
(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。
五、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 1~2 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 2~4 次,进行排气。
7. 10 d 以后,可以开始进行取样检验工作。例如,可以检验酒味、酒精的含量、进行酵母
菌的镜检等工作。
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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 30~35 ℃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。
六、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。
七、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 18~25 ℃?制葡萄醋时,为什么要将温度控制在 30
~35 ℃?
答:温度是酵母菌生长和发酵的重要条件。20 ℃左右最适合酵母菌繁殖。因此需要将温度
控制在其最适温度 X 围内。而醋酸菌是嗜温菌,最适生长温度为 30~35 ℃,因此要将温
度控制在 30~35 ℃。
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。
八、参考资料
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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
1 000∶1。在发酵开始时,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。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 1~2 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 50~60 ℃,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 40~50 ℃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。
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发酵 糖化液温度保持在 28~30 ℃,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 5~10 d,需用塑料布密封容器。当果汁含酸度为 1%~1.5%、
酒精度为 5~8 度时,酒精发酵已基本完成。接着将果汁的酒精浓度稀释至 5~6 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 2~3
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。
课题 2 腐乳的制作
一、课题目标
以制作腐乳为例了解传统发酵技术的应用,说明腐乳制作过程的科学原理,设计并完成腐
乳的制作,分析影响腐乳品质的条件。
二、课题重点与难点
课题重点:说明腐乳制作过程的科学原理,设计并完成腐乳的制作。
课题难点:在实践中摸索影响腐乳品质的条件。
三、课题背景分析
课题背景首先介绍了腐乳是一种发酵的大豆食品,其制作在我国已有悠久的历史。豆腐中
的蛋白质和脂肪经微生物分解为小分子肽、氨基酸和甘油、脂肪酸等,再经加工腌制成为
腐乳,其主要生产过程离不开微生物的发酵。教师教学时可从学生熟悉的腐乳类型入手,
逐步引入制作腐乳需经一定种类微生物的发酵。有条件的学校还可以组织学生到腐乳生产
厂家进行参观,了解腐乳的制作过程,然后自己动手制作腐乳。教师还可以发动学生在课
外查阅资料,了解更多的有关腐乳生产的背景知识。
四、基础知识分析与教学建议
知识要点:相关的微生物,如毛霉等在腐乳制作中的作用。
教学建议:教师可以利用关于腐乳制作方法的传说,结合旁栏思考题,组织学生讨论,认
识微生物的发酵作用,总结腐乳制作的大致过程。
五、实验案例
制作腐乳
实验的具体操作步骤如下。
1.将豆腐切成 3cm×3cm×1cm 的若干块。所用豆腐的含水量为 70%左右,水分过多则腐乳
不易成形。水分测定方法如下。
精确称取经研钵研磨成糊状的样品 5~10 g (精确到 0.02mg ),置于已知重量的蒸发皿中,
均匀摊平后,在 100~105 ℃电热干燥箱内干燥 4 h,取出后置于干燥器内冷却至室温后称
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重,然后再烘 30 min,直至所称重量不变为止。
样品水分含量(%)计算公式如下。
(烘干前容器和样品质量-烘干后容器和样品质量)/烘干前样品质量
2.将豆腐块平放在铺有干粽叶的盘内,粽叶可以提供菌种,并能起到保温的作用。每块豆
腐等距离排放,周围留有一定的空隙。豆腐上面再铺上干净的粽叶。气候干燥时,将平盘
用保鲜膜包裹,但不要封严,以免湿度太高,不利于毛霉的生长。
3.将平盘放入温度保持在 15~18 ℃的地方。毛霉逐渐生长,大约 5 d 后豆腐表面丛生着直
立菌丝。
4.当毛霉生长旺盛,并呈淡黄色时,去除包裹平盘的保鲜膜以及铺在上面的粽叶,使豆腐
块的热量和水分能够迅速散失,同时散去霉味。这一过程一般持续 36 h 以上。
5.当豆腐凉透后,将豆腐间连接在一起的菌丝拉断,并整齐排列在容器内,准备腌制。
6.长满毛霉的豆腐块(以下称毛坯)与盐的质量分数比为 5∶1。将培养毛坯时靠近平盘没长
直立菌丝的一面统一朝向玻璃瓶边,将毛坯分层盘立摆放在容器中。分层加盐,并随层加
高而增加盐量,在瓶口表面铺盐厚些,以防止杂菌从瓶口进入。约腌制 8 d。
7.将黄酒、米酒和糖,按口味不同而配以各种香辛料(如胡椒、花椒、八角茴香、桂皮、
姜、辣椒等)混合制成卤汤。卤汤酒精含量控制在 12%左右为宜[注]。
[注]酒精含量的高低与腐乳后期发酵时间的长短有很大关系。酒精含量越高,对蛋白酶
的抑制作用也越大,使腐乳成熟期延长;酒精含量过低,蛋白酶的活性高,加快蛋白质的
水解,杂菌繁殖快,豆腐易腐败,难以成块。
8.将广口玻璃瓶刷干净后,用高压锅在 100 ℃蒸汽灭菌 30 min。将腐乳咸坯摆入瓶中,加
入卤汤和辅料后,将瓶口用酒精灯加热灭菌,用胶条密封。在常温情况下,一般六个月可
以成熟。
六、课题成果评价
(一)是否完成腐乳的制作
学生是否完成腐乳的制作依据是:能够合理地选择实验材料与用具;前期发酵后豆腐的表
面长有菌丝,后期发酵制作基本没有杂菌的污染。
(二)腐乳质量的评价
制作成功的腐乳应该具有以下特点:色泽基本一致、味道鲜美、咸淡适口、无异味、块形
整齐、厚薄均匀、质地细腻、无杂质。
(三) 能否总结不同条件对腐乳风味和质量的影响。
学生能从盐、酒的用量、发酵的温度、发酵时间的长短,以及香辛料等因素中的某一因素
来说明其对腐乳风味或质量的影响。
七、答案和提示
(一)旁栏思考题
1.你能利用所学的生物学知识,解释豆腐长白毛是怎么一回事?
答:豆腐上生长的白毛是毛霉的白色菌丝。严格地说是直立菌丝,在豆腐中还有匍匐菌丝。
2.王致和为什么要撒许多盐,将长毛的豆腐腌起来?
答:盐能防止杂菌污染,避免豆腐腐败。
3.我们平常吃的豆腐,哪种适合用来做腐乳?
答:含水量为 70%左右的豆腐适于作腐乳。用含水量过高的豆腐制腐乳,不易成形。
4.吃腐乳时,你会发现腐乳外部有一层致密的“皮”。这层“皮”是怎样形成的呢?它对人体有
害吗?它的作用是什么?
答:“皮”是前期发酵时在豆腐表面上生长的菌丝(匍匐菌丝),它能形成腐乳的“体”,使腐
乳成形。“皮”对人体无害。
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xxiang85
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