1.1 传统发酵技术的应用（2课时）（表格版教案）

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课题名称 1.1 传统发酵技术的应用（2课时） 课堂类型： 新课 □复习课 □习题课 □实验课 □试卷讲评课 □其他：
学习者 分析 学生在必修一中学过有关细胞呼吸的原理，对乳酸菌、酵母菌发酵的相关原理已了解，已经形成了物质与能量观的生命观念，已有的知识经验为有关内容的学习打下了很好的基础，因此教学相对比较容易。其中，制作醋需要醋酸菌，虽然学生以前没有学过相关内容，但醋酸菌细胞呼吸原理与乳酸菌、酵母菌大同小异，因此制作传统发酵食品所需要的生物学背景知识就具备了。因此教师需要紧密联系学生实际展开教学，激发学生的学习兴趣。
教学目标 与本节内容对应的课程标准的“内容要求”是：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。对应的“教学提示”包括：利用乳酸菌发酵制作酸奶或泡菜；利用酵母菌、醋酸菌分别制作果酒和果醋。结合教材内容，确定本节的教学目标如下： 通过分析与发酵有关的历史资料，建构发酵的概念； 通过分析制作传统发酵食品的实例，建构传统发酵技术的概念，归纳传统发酵技术的优点和缺点，认同传统发酵食品是我国传统饮食文化的重要组成部分。 尝试制作泡菜、果酒和果醋。
教学重点 微生物发酵的基本原理； 制作泡菜、果酒和果醋。 落实教学重点的方法： 理论知识讲解、实验操作
教学难点 制作泡菜、果酒和果醋。 突破教学难点的方法： 实验操作
教学资源 选择 教师用书、教材、题单、天天练 技术手段的使用： 电子白板、板书、多媒体
课时： 2
核心问题 制作泡菜、果酒和果醋的原理和过程分别是什么？
教学过程设计
问题情境 教学活动设计 （学习活动设计） 设计意图
科学史引入新课 回顾从必修一二到选择性必修一二，我们会发现整个高中生物教材的编排是遵循从微观到宏观，从抽象到具体，从分子-细胞-个体-种群-群落-生态系统这样的层次进行的，也是遵循着这样的学习顺序，我们一边学习理论一边也在学习应用，比如选择性必修二第四章的生态工程就是对整个选择性必修二理论内容的一个实践应用体现。我们知道科学造福人类，学习生物除了更科学地认识生命现象，更是为了产生一些对人类有益的生物产品，这也就是我们这学期要学的主题内容：生物技术与工程。 生物技术与工程是站在生物学的角度上，不是生活中一般的生物现象，而是工程化技术化的生物技术，因此本模块的内容除了引导大家去学习生物理论可以带来哪些实践产品，更是旨在培养大家的工程思维、技术思维、做出决策的能力以及批判性思维。本模块选择了三大生物工程，第一章是大家比较熟悉的发酵工程，其次是细胞工程和基因工程，对三大工程及其相关技术从安全性和伦理的角度进行辩证性分析。 【带领阅读】带领学生阅读教材本章“科技探索之路”中的内容，并逐一进行讲解。 ①约9000年前，我们的祖先就会利用微生物将谷物、水果等发酵成含酒精的饮料。 ②1857年，巴斯德证明酒精发酵是由活的酵母菌引起的，从而将酵母菌与发酵联系起来。(巴斯德发现，利用酵母菌酿酒的时候，如果发酵容器存在氧气，酒精的产生会停止，这就是所谓的巴斯德效应。) ③1897年，科学家发现了酶在酵母菌发酵中的作用。微生物的分离和纯化技术得到了应用，发酵生产的工艺和设备不断完善，传统的固体发酵开始向半固体发酵和液体发酵演变，作坊式手工生产向现代工业化生产方向发展。 ④20世纪40年代，在厌氧发酵技术的基础上，建立了深层通气液体发酵技术。 ⑤1957年，通过人工诱变特定微生物，获得具有更高生产能力的突变类型。 ⑥20世纪70年代以后，基因工程和细胞工程等的发展，使发酵工程进入定向育种的新阶段。 ⑦20世纪80年代，科学家开始运用数学、动力学、化学工程原理以及计算机技术对发酵过程进行综合研究，以更加合理地控制发酵过程，目前人类已经能够自动记录和控制发酵过程的全部参数。 那么什么是发酵工程呢？——指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。它涉及菌种的选育和培养、产物的分离和提纯等方面。 回到我们日常生活中，我相信大家一定见过很多发酵产品，比如我手中的这个腐乳【教师购买腐乳，学生分发品尝、嗅味】，学生分享口感和味道。再比如葡萄酒、啤酒这些都是发酵产品，今天我们就先来学习一下生活中的传统发酵技术的应用。 唐代诗人曾在诗中描述对葡萄酒的喜爱：葡萄美酒夜光杯，欲饮琵琶马上催。 醉卧沙场君莫笑，古来征战几人回。 葡萄酒和葡萄醋是人类以葡萄为原料利用微生物发酵制作而来的，它们的制作方法有什么不同？你想不想自己动手制作呢？ 让学生认识到发酵技术是在生产、生活实践中产生的，科学理论的研究和技术的发展促使传统发酵技术向发酵工程转变。 学生品尝、嗅味、分享腐乳，激发学生学习兴趣。
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什么是传统发酵技术？ 一、发酵 人类有意无意地利用微生物发酵制作果酒或其他食品已经有几千年的历史。发酵指的是人们利用微生物，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。发酵的原理其实是不同的微生物具有产生不同代谢产物的能力，因此可以利用它们产生出人们所需要的多种产物。比如酒、泡菜、腐乳、酸奶是我们平时都可以自己动手操作的。 二、传统发酵技术 我们以腐乳为例来分析一下其发酵原理，腐乳最早可以追溯到公元五世纪的北魏，千百年来，尤其云贵川这些地方喜爱红曲腐乳，腐乳其实就是以豆腐为原料，利用空气中存在的多种微生物如酵母菌、曲霉和毛霉等，其中起主要作用的是毛霉，这些微生物可以将豆腐中的蛋白质分解成小分子肽和氨基酸，味道鲜味且易于消化吸收。 我们把这种直接利用原材料中天然存在的微生物，或利用前一次发酵保留下来的面团、卤汁等发酵物中微生物进行发酵，制作食品的技术称为传统发酵技术。以混合菌种的固体发酵及半固体发酵为主，通常是家庭式或作坊式的。混合菌种指的是用于发酵的微生物一般有多种，因为日常生活中不存在分离菌种以后再进行接种发酵的技术，固体发酵和半固体发酵的含义指的是固体基质的培养基，比如泡菜、高粱酿的白酒和腐乳的原材料都是固体材料，因此属于固体发酵，而豆豉、酱和酱油的原材料中会加入液体因此属于半固体发酵。 【典例】下列关于传统发酵食品的叙述，不正确的是(　C　) A．传统发酵产品需要多种多样的微生物 B．腐乳的制作直接利用了原料中天然存在的毛霉、酵母等微生物 C．传统发酵食品以单一菌种的固体发酵和半固体发酵为主 D．腐乳的制作需通过微生物的代谢把蛋白质转化为人需要的氨基酸 解析：传统发酵菌种来自自然界中的微生物(天然存在的菌种)，通常以混合菌种为主，没有接种菌种，没有经过严格灭菌，C错误。 导学案【探究案】部分腐乳发酵相关内容讲解。 结合学生熟悉的传统发酵食品制作的实例来建构传统发酵技术的概念，有助于他们他们对概念的理解和掌握。 分析传统发酵技术的优点和缺点，可以为之后学习微生物的纯培养技术和发酵工程做铺垫。
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制作泡菜、果酒和果醋的原理是什么？ 传统发酵食品的制作离不开各种各样的微生物，我们以泡菜和果酒果醋制作为例分析所应用到的微生物。 乳酸菌 泡菜、酸奶这些的制作就离不开乳酸菌。 代谢类型：异养厌氧型【在学习生态系统的能量流动的时候我们学过同化量， 指的是被机体吸收的这部分能量，同化指的是从外界环境中获取营养物质，将营养物质转变成自身的组成物质储存能量的过程，分为自养型和异养型；异化作用指的是把组成自身的一部分物质分解，把代谢的终产物排出体外释放能量的过程，分为需氧型、厌氧型和兼性厌氧型。由此可以看出同化强调物质代谢，异化强调能量代谢】，所以乳酸菌的同化类型是异养型，异化类型是厌氧型。 由于乳酸菌是厌氧型细菌，所以它可以在无氧情况下将葡萄糖分解成乳酸， 也就是乳酸发酵，其实就是产生乳酸的无氧呼吸类型，方程式大家应该也都知道。 乳酸菌分布很广，分布在空气、土壤、植物体表、人或动物肠道等地方；很 多乳酸菌对人的健康有益。 常见的乳酸菌种类有乳酸链球菌和乳酸杆菌，在电子显微镜下可观察到两种 细菌的形态结构图，由此可见乳酸菌应该是属于细菌，原核生物。比如大家生活中还听说过的双歧杆菌，很多乳酸菌都是益生菌，帮助人体消化。 乳酸菌常用于乳制品的发酵、泡菜的腌制。发酵过程涉及到的物质变化可以由该乳酸发酵的方程式体现： 酵母菌 啤酒、果酒的制作离不开酵母菌。 酵母菌是一种单细胞真菌。酵母菌的生殖方式为出芽生殖，不利条件下进行孢子生殖，都属于无性生殖。从代谢类型上来看，同化类型属于异养型，异化类型属于兼性厌氧型，因此酵母菌的代谢类型为异养兼性厌氧型。能够以多种糖类作为营养物质和能量的来源，因此在一些含糖量较高的水果、蔬菜表面经常可以发现酵母菌的存在，所以酵母菌能够进行酒精发酵其实是在无氧条件下进行无氧呼吸产生了酒精和二氧化碳，根据此原理常常用于酿酒、制作馒头和面包等。一般来说，温度是影响酵母菌生长的重要原因，酿酒酵母的最适生长温度约为28℃。 （三）醋酸菌 醋的制作需要用到醋酸菌。 醋酸菌属于原核生物还是真核生物？——原核生物，全名为醋酸杆菌。原核生物的生殖方式为二分裂。从代谢类型上来看，醋酸菌属于异养需氧型或异养好氧型，具体的发酵过程有两种途径：在氧气、糖都充足时，能将糖分解成醋酸；在缺糖时，能将乙醇转化成乙醛，在将乙醛变成醋酸。对应的反应简式如下： 那么接下来我们就动手进行泡菜、果酒和果醋的制作。 引导学生掌握乳酸发酵、酒精发酵和醋酸发酵的原理，为后面的实践操作做理论铺垫。
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怎样制作泡菜？ 教师展示各种泡菜图片，激发学生学习兴趣。 家里制作泡菜一般不会专门去购买乳酸菌，而是利用植物体表面天然的乳酸菌进行发酵的。结合刚刚的反应式可知，乳酸菌可以通过呼吸作用将葡萄糖分解成乳酸，发酵期间，乳酸会不断积累，一般当它的质量分数为0.4%~0.8%时，泡菜的口味、品质是最佳的。 我们从选材和操作过程两方面学习如何制作泡菜。 材料用具 (1)各种蔬菜（选新鲜蔬菜或其他原料，因为亚硝酸盐的含量低）均可，一般用白菜、洋白菜、黄瓜、豇豆、胡萝卜、白萝卜等。 （2）调味品：如花椒、八角、生姜、蒜瓣及其他香辛料、白酒、白砂糖 和盐。 （3）泡菜坛或其他密封性良好的罐子。 （二）制作流程 实验室里制作泡菜，如何判断你腌制的泡菜是否成功？色泽如何？口味如何？ 教师从材料用具和制作流程进行引导，帮助学生梳理该过程，学生结合生活经验理解各步骤的原理和意义。
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怎样制作果酒和果醋？ 制作果酒和果醋离不开对应的微生物，主要是？酵母菌和醋酸菌。在酵母菌的作用下水果可以发酵为果酒，在醋酸菌的作用下可以进一步发酵为果醋。在实验室里我们一般是果酒和果醋一起制作，所以对于果醋来说产生的途径为糖原缺乏，醋酸菌在有氧条件下将酒精转变为乙醛再转变为乙酸。水果表面一般都会附着有野生的酵母菌，因此不需要单独加酵母菌进去。这也就是果酒发酵和果醋发酵的原理，直接用方程式表现： 前期有氧条件进行大量繁殖，为后面无氧呼吸做准备。 同样地，我们还是从材料用具和操作流程两方面来分析果酒和果醋的制作： （三）结果分析与评价 (1)在制作果酒和果醋的过程中，发酵液分别有哪些变化？ 发酵酒精发酵醋酸发酵气味和味道酒味酸味气泡和泡沫有气泡和泡沫无气泡和泡沫发酵液颜色颜色加深变成深红色(以紫葡萄作原料)浑浊，液面形成白色菌膜
(2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？ ——在制作果酒的过程中，除了酵母菌，果酒中还有乳酸菌、醋酸菌等微生物。乳酸菌可能分解果酒中的糖等，从而使果酒变质。可以通过改变发酵的温度、果酒的pH等控制乳酸菌的含量。醋酸菌可以将糖或乙醇转化为乙酸，由于醋酸菌在有氧的条件下才能进行旺盛的代谢活动，因此在制作果酒的过程中尽量减少氧气含量，可以抑制醋酸菌的生长繁殖。此外，通过改变发酵的温度、果酒的pH等同样可以控制醋酸菌的含量。 (3)在制作果醋的过程中，酵母菌是否还会继续发酵？ ——随着醋酸发酵的进行，发酵液的pH、发酵温度等均不利于酵母菌的生长繁殖，因此酵母菌活性很低。 (4)醋酸菌从何而来？采用什么措施可以加快果醋的制作？ ——打开瓶盖后，空气中的醋酸菌会进入发酵液中大量繁殖，其他的菌因不适应环境条件而不能繁殖。我们制作果醋时，可以先买一瓶醋，将其打开暴露于空气中，一段时间后在醋的表面会有一层薄膜，用这层薄膜进行接种可以明显缩短制作果醋的时间。 在实验室里制作果酒和果醋常常用一个装置就行了，你能不能设计一个这样的装置，既可以满足酵母菌的无氧呼吸也可以满足醋酸菌的有氧呼吸，以及能够及时收集产物。 装置图结构作用充气口①醋酸发酵时连接充气泵，输入无菌空气； ②制果酒时关闭充气口排气口用来排出CO2长而弯曲 的胶管防止空气中微生物的污染出料口便于取料，及时监测发酵进行的情况
教师从材料用具和制作流程进行引导，帮助学生梳理该过程，学生结合生活经验理解各步骤的原理和意义。 深化分析发酵装置。
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小结 我们平常制作的腐乳、果酒果醋和泡菜这些传统发酵食品是没有专门接种细菌的，而是利用天然存在的菌种。菌种差异、杂菌情况不明和发酵过程的控制缺乏标准等，往往会造成发酵食品的品质不一。为了缩短发酵时间，确保品质稳定，工业上大规模生产时，通常会先通过微生物培养技术获得单一菌种，再将它们接种到物料中进行发酵，具体怎么获得单菌种我们在第二节微生物的培养技术及应用中会学习。 总结课堂内容，夯实基础知识，激发学生对下节课的兴趣。