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第39讲　生物技术在食品加工中的应用　浅尝现代生物技术
[考纲要求]　
1.果酒及果醋的制作。
2.泡菜的腌制和亚硝酸盐的测定。
3.植物的组织培养。
考点一　果酒及果醋的制作
1．与果酒有关的微生物
酵母菌是真核生物，新陈代谢类型是异养兼性厌氧型，多以出芽生殖方式繁殖。
2．与果醋有关的微生物
醋杆菌是原核生物，新陈代谢类型是异养需氧型，以分裂方式进行繁殖。
3．写出酵母菌和醋杆菌代谢产生乙醇和醋酸的反应式
C6H12O6―→2CO2＋2C2H5OH
C2H5OH＋O2―→CH3COOH＋H2O
4．果酒和果醋的制作
(1)果酒制作的一般过程：
(2)果醋制作的一般过程：
连接发酵装置→加入醋化醋杆菌→发酵并检测pH→调节活塞，控制流量→测定pH，监控发酵情况
5．酒精发酵和醋酸发酵的区别和联系
区别 酒精发酵 醋酸发酵
微生物 酵母菌 醋杆菌
温度 25_℃～30_℃ 30_℃～35_℃
氧气 前期需氧，后期不需氧 一直需氧
联系 酒精发酵为醋酸发酵提供营养物质(乙醇)
6．装置图解读
(1)各部位的作用
①充气口：在醋酸发酵时连接充气泵进行充气。
②排气口：排出酒精发酵时产生的CO2；与排气管相连的长而弯曲的胶管：加水后防止空气中微生物的污染。
③出料口：是用来取样的。
(2)榨汁机和发酵瓶都需清洗干净，且发酵瓶要进行消毒处理。
易错警示　该装置的使用方法
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。
1．如图简单表示葡萄酒的酿制过程，请据图分析：
(1)葡萄酒的酿制原理是：先通气使酵母菌进行________，以增加酵母菌的数量，然后使酵母菌________获得葡萄酒。
(2)随着发酵过程的加深，液体密度会逐渐变低(可用密度计测量)。其原因是_____________
_________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(3)在甲中进行搅拌的目的是________，丙中一段时间后，揭开盖子是否能够产生果醋？______(填“能”或“不能”)。
(4)苹果醋是最受欢迎的饮料之一，其生产过程中利用了________的发酵作用。在传统发酵技术中，果醋制作往往在果酒制作的基础上进行，其相关的反应式为：________________
___________________________________________________________________________。
答案　(1)需氧呼吸　发酵　(2)由于发酵时糖被消耗，产生了酒精和CO2，而酒精密度比糖和水低　(3)增加溶氧量　能　(4)醋化醋杆菌　C2H5OH＋O2CH3COOH＋H2O
解析　(1)酵母菌在一种兼性厌氧真菌，在有氧情况下可进行需氧呼吸，缺氧则进行酒精发酵。(2)由于发酵时糖被消耗，产生酒精和CO2，而酒精的密度比糖和水低，这是液体密度降低的原因。(3)搅拌可增加甲内溶氧量，需氧呼吸需要氧。揭盖后氧气充足，丙中酒精可能在醋杆菌或其他需氧型微生物作用下被氧化生成醋酸。(4)果醋制作过程中，起作用的微生物主要是醋杆菌。
考点二　泡菜的腌制和亚硝酸盐的测定
1．泡菜制作时起主要作用的微生物
假丝酵母和乳酸菌。
2．泡菜制作原理
在无氧的条件下，微生物利用菜中的糖和其他营养物进行发酵，发酵产物有有机酸和醇类物质。
3．亚硝酸盐测定原理
亚硝酸盐可与对氨基苯磺酸发生重氮化反应，这一产物再与N—1—萘基乙二胺偶联，形成紫红色产物，可用光电比色法定量。
4．泡菜制作流程
5．亚硝酸盐的定量测定流程
(1)样品处理：泡菜25 g制匀浆过滤后调pH至8.0→加硫酸锌溶液25 mL→加氢氧化钠溶液至产生白色沉淀→水浴加热至60 ℃→过滤取滤液定容至500 mL。
(2)测定：10 mL样品溶液＋4.5 mL氯化铵缓冲液＋2.5 mL60%乙酸溶液＋5 mL显色液→定容至25 mL→暗处静置25 min→550 nm处测定光密度值(以10 mL水作空白对照)。
(3)标准曲线的绘制：以亚硝酸钠质量为横坐标，以光密度值(OD值)为纵坐标，绘制标准曲线。
(4)计算：
公式：X1＝(m2×V1)/(m1×V2)
X1：样品中亚硝酸盐含量，单位mg/kg；
m1：样品质量，单位g；
m2：通过标准曲线得到的亚硝酸盐质量，单位μg；
V1：样品处理液总体积；
V2：测定用样品液体积。
易错警示　(1)影响泡菜品质的因素：泡菜坛的选择、腌制条件(如腌制时间、温度、食盐用量等)。
(2)操作关键
①选择的泡菜坛要无裂纹、无砂眼、坛沿深、盖子吻合好的。
②严格控制腌制条件，防止杂菌污染。(3)亚硝酸盐是硝酸盐还原菌促进硝酸盐还原形成的，而不是硝化细菌氧化氨形成的。
(3)对微生物发酵过程中的灭菌措施考虑得不够全面，应该从原料、装置和实验过程三个层次进行无菌操作。
2．微生物常用于食品加工，请回答下面相关问题：
(1)与酿酒有关的微生物是________，它需要在________条件下才能产生酒精。
(2)与制醋有关的微生物是________，其反应式为_________________________________。在反应过程中，既要保证通气条件，又要防止杂菌污染，可采用的方法是在通气的直角玻璃管内，塞入________，用以过滤空气。
(3)在泡菜腌制过程中，起作用的微生物主要是________和________。但这类食品中含有一定量的________，对人体有害。制泡菜时，先将各种原料放入泡菜坛子中，混合均匀，再加上一些白酒。下列哪项不是白酒的作用________。
A．增加酵母菌 B．抑制杂菌生长
C．可作为调味剂 D．增加泡菜的醇香感
答案　(1)酵母菌　无氧　(2)醋酸杆菌　C2H5OH＋O2―→CH3COOH＋H2O　脱脂棉球　(3)假丝酵母　乳酸菌　亚硝酸盐　A
解析　腌制泡菜时加入白酒的目的是杀菌、消毒，增加风味。考点三　植物组织培养技术
1．原理
植物细胞的全能性。
2．培养基
(1)发芽培养基：细胞分裂素摩尔浓度大于生长素摩尔浓度的培养基。
(2)生根培养基：生长素摩尔浓度大于细胞全裂素摩尔浓度的培养基。
3．过程
离体的植物组织、器官脱分化―→
4．操作流程
配制MS固体培养基
↓
外植体的消毒：用70%的乙醇和5%的次氯酸钠溶液对外植体进行消毒，注意时间不能太长
↓
接种：接种过程中插入外植体时形态学上端朝上，每个锥形瓶接种2～3个外植体。外植体接种与细菌接种相似，操作步骤相同，而且都要求无菌操作
　↓
培养：应该放在无菌箱中进行，并定期进行消毒，保持适宜的温度和光照
　↓
移栽：将生根的苗从锥形瓶中移至草炭土或蛭石中继续生长，苗健壮后再移至土中
　↓
栽培
5．植物激素与组织培养
生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素，其作用及特点为：
(1)在生长素存在的情况下，细胞分裂素的作用呈现加强的趋势。
(2)使用顺序不同，结果不同，具体如下：
使用顺序 实验结果
先使用生长素，后使用细胞分裂素 有利于细胞分裂，但细胞不分化
先使用细胞分裂素，后使用生长素 细胞既分裂又分化
同时使用 分化频率提高
(3)用量比例不同，结果也不同
的比值
3．如图为植物(菊花)组织培养过程示意图，请据图回答：
(1)培养基①和培养基②分别为__________和__________，两者最主要的区别是
________________________________________________________________________。
(2)若该培养基是MS固体培养基，则其基本组成是__________、__________、有机成分、激素和琼脂。
(3)愈伤组织发芽的根本原因是______________________________________________。
(4)菊花组织在接种到培养基之前需进行__________处理，整个组织培养过程需在__________操作。
(5)本实验用人工合成的激素，而不用植物中存在的天然激素的原因是____________
________________________________________________________________________。
答案　(1)发芽培养基　生根培养基　发芽培养基中细胞分裂素含量大于生长素的含量，生根培养基中生长素含量大于细胞分裂素的含量　(2)大量元素　微量元素　(3)基因的选择性表达　(4)消毒　无菌条件下　(5)人工合成的激素易合成、原料广泛、效果稳定
解析　(1)菊花组织在培养基①中形成愈伤组织后长出丛芽，因此①是发芽培养基，在培养基②中生根后形成试管苗，所以②是生根培养基，两者最主要的区别是发芽培养基中细胞分裂素含量大于生长素含量，而生根培养基中生长素含量大于细胞分裂素含量。(2)MS固体培养基由大量元素、微量元素和有机成分、激素、琼脂组成。(3)愈伤组织发芽是再分化的过程，其根本原因是基因的选择性表达。(4)菊花组织在接种到培养基之前必须先进行消毒处理，整个组织培养过程必须在无菌条件下操作。(5)人工合成的植物激素具有容易合成、原料广泛、效果稳定的优点，因此在农业生产中被广泛应用。
1．回答下列有关发酵食品加工的问题。
(1)葡萄酒是酵母菌利用葡萄糖在________条件下进行酒精发酵的产物，其反应式为____________________________。发酵前将原料装入发酵瓶中，装量不要超过____________。发酵时需要适宜的温度条件，若温度偏低，发酵时间会________。
(2)果醋是利用醋酸杆菌将酒精转化为醋酸，其反应式是________________________
________________________________________________________________________。
醋酸发酵时，要向发酵瓶中通入空气的原因是________________________________
________，通空气的玻璃管中要塞入脱脂棉，其目的是________________________
______________。
(3)制作泡菜的原理是______________________________________________________
__________________。在制作过程中会产生________等有害物质，该物质与某些化学物质发生反应后形成紫红色产物，可以通过________法估测出其在泡菜样品中的含量。
答案　(1)无氧　C6H12O6→2CO2＋2C2H5OH　2/3　延长
(2)C2H5OH＋O2→CH3COOH＋H2O　醋酸发酵是一个氧化过程，需要氧气　防止微生物进入
(3)在无氧条件下，乳酸菌等微生物发酵产生乳酸等物质(即能抑制其他微生物的生长，又能改善口感)　亚硝酸盐　(光电)比色
2．生物技术在食品加工中的应用十分广泛，如果酒、果醋制作是常见的例子。请回答下列有关果酒、果醋制作的问题。
(1)在果酒、果醋制作中，都需要大量纯种发酵微生物，所以首先要对发酵微生物进行培养，在微生物培养过程中，除考虑营养条件外，还要考虑温度、________、渗透压等条件；为防止杂菌污染，还需对培养基和培养皿进行________(填“消毒”或“灭菌”)；操作者的双手需要进行清洗和________；静止空气中的细菌可用紫外线杀灭，其原因________________________________________________________________________。
(2)上图是果酒制果醋的发酵装置。醋酸发酵在________瓶中进行，发酵所需的微生物是__________。若乙瓶中流出液明显呈酸性，则说明流出液中有________生成。向乙瓶中通入空气的主要原因是________。
A．果酒生成醋酸时需要氧气
B．通入空气可使乙瓶中的锯末呈松散状
C．使乙瓶中流出的液体缓慢滴入丙瓶中
D．使甲瓶中流出的液体缓慢滴入乙瓶中
(3)如果将该装置改为酒精的发酵装置，需要修改的地方是________。
答案　(1)酸碱度　灭菌　消毒　紫外线能使蛋白质变性
(2)乙　醋化醋杆菌　醋酸　A　(3)不需要通入空气
解析　果醋发酵过程需要的醋化醋杆菌是好氧型细菌。
3．下列是有关泡菜制作及植物组织培养的问题。请回答：
(1)泡菜腌制过程中起作用的微生物主要是________和________。市场上有专用于泡菜的容器，它的口有一凹槽，凹槽加水再加盖，造成________环境。
(2)植物组织培养的培养基中加有激素。下表是培养基中两种植物激素在不同比例时的实验结果。
实验组别 1 2 3 4
激素种类及
浓度关系 6 BA 6 BA>IBA 6 BA＝IBA 6 BA实验结果 组织块产生愈伤组织 愈伤组织分化出芽 愈伤组织不断生长 愈伤组织有长根趋势
上表中6 BA属于________类激素，所用的MS培养基中除了大量元素水和琼脂等外，还有________和________成分。
(3)培养基中一般添加人工合成的激素，而不用植物中存在的天然激素的原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)植物组织培养成功的关键是无菌操作，下列叙述不正确的是________。
A．所用的器具包括培养皿、刀具、镊子等用高压蒸汽灭菌
B．在超净台上，酒精灯火焰旁接种离体植物组织
C．操作前用70%的酒精擦拭手
D．用于组织培养的茎段若取自于自然生长，则也需高压蒸汽灭菌
答案　(1)假丝酵母　乳酸菌　无氧
(2)细胞分裂素　微量元素　有机
(3)因为植物中存在的天然激素都有相应的使之分解的酶，在植物体内作用和存在的时间短
(4)D
解析　高压蒸汽灭菌会破坏茎段的组织细胞，不能用于茎段灭菌。
4．下图为实验室制作葡萄酒的基本流程：
请回答：
上述流程中，A为____________过程，该过程中酵母菌的呼吸类型主要是________，B为________过程。用KMnO4溶液浸泡葡萄的目的是__________。发酵瓶中葡萄汁的装量应控制在________，主要原因是______________________________________________
________________________________________________________________________。
在配制酵母斜面培养基时，培养基中应加入一定量的凝固剂，如________。培养基配好后，置于高压锅内，在压强为1 kPa(1 kg/cm2)、温度为121 ℃的条件下，维持一段时间，可达到________的目的。加热结束后，不能立即开启锅盖，其目的主要是为了防止________及人身伤害。
答案　菌种扩大培养　需氧呼吸　接种　消毒　容器的2/3以下　发酵过程中有大量二氧化碳产生，会使发酵液溢出　琼脂　灭菌　培养基外喷和玻璃器皿爆裂
解析　在制作果酒时可以用液体培养基先对菌种进行扩大培养，此时酵母菌进行需氧呼吸，并大量繁殖，高锰酸钾溶液可以起到消毒作用，去除葡萄表面的大部分微生物。葡萄汁的装量应控制在发酵瓶体积的2/3以下，以利于暂时存储发酵发生的CO2，起到缓冲作用，避免发酵液溢出。琼脂是常用的凝固剂，常用的高压蒸汽灭菌法使用的温度是121 ℃，这样的温度加上一定的压力，可以达到杀灭微生物菌体、芽孢和孢子的目的。加热结束后，需要等锅内的压力和温度下降后，才能打开锅盖，如果在没有降温和降压前就打开锅盖，由于内外温差和压力差很大，会引起培养基外喷和玻璃器皿爆裂及人身伤害。
5．当今能源紧缺，污染严重，酒精成为备受关注的“绿色能源”。利用玉米等植物秸秆生产燃料酒精已成为大势所趋。
(1)利用植物组织培养可实现玉米的大规模快速繁殖，图解如下，由外植体通过植物组织培养技术培育成完整植物，这项技术利用了__________________原理。图中A、B代表______、________；过程Ⅰ、Ⅱ分别表示________和________。
(2)在植物组织培养中关于消毒和灭菌操作的叙述，正确的是(　　)
A．只要不碰外植体，操作者的双手可以不消毒
B．离体幼茎可以用酒精消毒
C．镊子等器械需用酒精灭菌
D．接种后培养基需用高压蒸汽灭菌
(3)具有耐高糖和耐酸特性的酵母菌是理想的酒精发酵菌种，对野生酵母菌进行诱变后通过筛选可以得到具有这些特性的突变菌，诱变及筛选过程如下：
第一步：野生菌液体培养一段时间后接受紫外线照射诱变处理。
第二步：制备选择培养基。在基本培养基的基础上，还要添加__________________，加琼脂后灭菌，制成固体平板。
第三步：将紫外线照射后的菌液稀释涂布平板。
第四步：根据__________________筛选出突变菌。
(4)随着生物技术的发展，生物学家可以“创造”出某些特定的、以前从未自然存在过的生物体。有科学家将其他生物组织的基因植入细菌设计并造出一种独特的大肠杆菌，能够将蔗糖转化为石油燃料，这种可遗传变异来源于________。
答案　(1)植物细胞全能性　愈伤组织　胚状体　脱分化　再分化　(2)B　(3)高浓度蔗糖(或葡萄糖)、调低pH(加酸)　是否能在该培养基上生长　(4)基因重组
解析　植物组织培养过程中要求一系列的消毒、灭菌处理，并且无菌操作，外植体可以用70%的酒精消毒；操作者的双手必须进行酒精消毒；镊子等器械需用火焰灼烧灭菌；接种后的培养基不能再用高压蒸汽灭菌，否则接种的组织细胞就会死亡。

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