“酵母菌的应用”校本课程的开发实例

作者:未知

  生物学科与生产生活联系紧密,在校本课程开发方面存在着很大空间,如我校开设了“校园植物分类调查”“我县常见农作物生理与增产常识”等内容的选学校本课程。这些课程使学生能把理论上的生物学拉近到生活中,亲身体验,避免了“纸上谈兵”的现象,对学生将来走向社会、适应社会有很大的好处,有利于提高学生的生物学学科核心素养。学生参与的积极性很高,并且在结课后往往能与家长共同实践、交流并反馈给任课教师一些建议。
  下面以我校校本课程开设的一个典型实例——“酵母菌的应用”为例来说明校本课程的。
  1课程开设背景
  河北秦皇岛市属于全国闻名的旅游城市,秦皇岛市卢龙县是古代“孤竹国”之中心,这里盛产葡萄。每9、10月份,游客云集,纷纷来采摘葡萄,旅游发展的同时带动了葡萄酒的销售。这是我县县域经济的一条支柱产业,葡萄酒是怎么酿制的呢?高中生物课程中也涉及这部分内容。在此背景下,笔者所在学校尝试开设了“酵母菌的应用”这一校本课程,让学生亲自动手把常吃的“葡萄”变成美味的“葡萄酒”;此外,还教会了学生利用酵母菌“发面”蒸馒头,培养学生善于运用所学知识、从劳动实践中获得知识的科学素养。
  2课程内容要求
  “酵母菌的应用”校本课程共开设7课时,授课对象为对“酵母菌的细胞呼吸”相关知识已经有所了解的高中二年级的学生。“利用酵母菌酿制葡萄酒”共5课时,此课程开设需要在9月下旬到10月中旬葡萄成熟的季节开设,“利用酵母菌发面蒸馒頭”共2课时,没有时间季节的要求。
  3课程实施过程:
  3.1资料搜集(1课时)
  学生课前搜集资料,并分5个小组展示以下内容:酵母菌种类、分布、代谢、结构及特点等相关知识,第六组收集并概括介绍酵母菌在生产生活上的应用。学生的课前搜集活动结果如下:
  (1)酵母菌种类较多,目前已知100多个属,有700多种。
  (2)酵母菌分布广泛,在水果、蔬菜、花蜜和植物叶子的表面以及果园的土壤里。在牛奶、动物的排泄物以及空气中也有酵母菌存在。大多数营腐生生活,少数营寄生生活。
  (3)酵母菌为单细胞生物,营腐生或寄生生活,是一种兼性厌氧微生物,在有氧气时主要进行有氧呼吸,把葡萄糖分解为CO2和H2O无氧时进行无氧呼吸,产生酒精和CO2。其生殖方式在环境条件良好时通常为出芽生殖,发育到一定阶段时也可进行孢子生殖。
  (4)酵母菌作为单细胞生物,属于真核细胞,具有以下结构:细胞壁、细胞膜、细胞核、液泡、线粒体、内质网及其他内含物等,有的菌体还有出芽痕。酵母菌的细胞壁与植物细胞壁、细菌细胞壁成分不同,由甘露聚糖和葡聚糖构成。酵母细胞的细胞壁厚度0.1-0.3um,对细胞内部起到保护作用。酵母菌含有单层膜包被的液泡,内含水、有机酸、盐类、和水解酶类,还有一些贮藏颗粒(如脂肪粒、异染颗粒等)。
  (5)酵母菌特点小结:个体一般以单细胞状态存在;多数营出芽繁殖;能利用糖类代谢释放能量,无氧环境时可进行酒精发酵;细胞壁常含甘露聚糖、葡聚糖等成分;常生活在含糖量较高、酸度较大的水生环境中。
  (6)酵母菌的应用:
  ①酵母菌在食品方面的应用主要是:酿酒、制作面包、生产调味品等。
  ②酵母菌在在医药方面的应用有生产酵母片、核糖核酸、核黄素、细胞色素C、B族维生素、一些酶类等。
  ③酵母菌在化工方面的应用:如使石油脱腊、以石油为原料生产柠檬酸等。
  ④酵母菌在农业方面可用于生产饲料(例如单细胞蛋白SCP)。
  ⑤酵母菌在生物工程方面可作为基因工程的受体菌,例如利用酵母菌生产人的胰岛素。
  3.2学生展示“家庭酿制葡萄酒”的原理和方法(1课时)
  由家住本县产葡萄旅游区并曾随母亲做过“家庭葡萄酒酿造”工作的学生介绍“家庭酿制葡萄酒”的原理和方法。
  (1)利用酵母菌酿酒的原理:在酿酒酵母菌作用下将果汁中的葡萄糖等发酵生成酒精并且产生二氧化碳。在这个复杂的生化过程,在酵母菌体内一系列酶的作用下,在无氧条件下通过发酵作用而完成的。其过程中生成的乙醇(即酒精),在继续陈酿的过程中再与酒中含有的其他有机酸进一步,反应形成具有特殊芳香的酯类物质,并且葡萄果实中的花青素等有益物质溶解在酒中,使酒质色泽美观、清晰透明、口感醇和,滋味芳香。
  (2)利用酵母菌酿酒的方法:
  准备材料和用具:选好约5kg葡萄除去梗和杂质并用清水清洗干净并晾干水分备用,称取酿酒酵母10g果胶酶1g白砂糖250 g。器皿:酿酒用大口玻璃瓶2个(开水烫过消毒)、纱布一块、塑料虹吸管一条、储存酒用的专用木桶一个(2000-3000 mL)。
  开始酿酒:
  ①加料:向玻璃瓶中先加入用手捏碎的葡萄若干(约占瓶子容积的3/4),然后加入适量用葡萄汁活化(即用葡萄汁溶解)的酿酒酵母,果胶酶0.5 g,白砂糖250 g,并进行一次倒瓶(从一个瓶中倒入另一个瓶中),目的是让葡萄与辅料混合均匀,同时也使酵母菌在瓶内分散均匀。
  ②盖好纱布封住瓶口静置,不能盖盖子完全密封(为的是让酵母菌有氧呼吸,大量繁殖),静置12 h后,酒汁会变成了红色,因产生CO2气体而起帽,要用不锈钢勺压帽。
  ③室温下发酵4-6 d后,瓶内会分三层,最上部是较轻的葡萄皮,中间是酒,下部是死亡的酵母菌和葡萄子等较重的沉淀。此时,主发酵就基本结束,酿成新酒,分离皮渣,用塑料管虹吸,将酒吸入另一消过毒的瓶中。
  ④7-9 d后密封陈酿。此时,酵母菌进行无氧呼吸,进一步生成酒精和CO2,酒精与酒中含有的有机酸进一步反应形成具有特殊芳香的酯类物质,陈酿期间需要隔段时间开盖放气一次,防止炸瓶。
  ⑤最后陈酿,用虹吸法把酒虹吸入木桶,保持满桶(利于给酵母菌创造无氧环境,进一步发酵产生酒精),密封陈酿1个月左右,酿酒即成。   3.3小组实践(共3课时)
  第3课时:分小组实践酿酒。全班分成8个实验小组,在教师帮助下分组酿制葡萄酒。学生到实验室准备材料和用具,并按上一节课所学,进行酿酒第一步瓶内加料、倒瓶等工作,并盖好纱布静置。
  第4课时:静置12 h后,酒汁已经变成红色,并且瓶内起帽。各组观察后,用消毒不锈钢勺进行压帽处理,此时学生操作都很小心,要防止混入杂菌,否则会导致酿酒失败。
  第5课时:需在5 d后(即酿酒第七天)开设,学生进入实验室观察自己的酿酒瓶,已经出现了分三层现象。各组小心地进行了皮渣分离工作,盖上瓶盖密封,为下一步陈酿做准备。此后,每天2次开盖放气工作,每个组都会派代表在特定时间来观察完成。最后,在酿酒室中进行长达30 d的最后陈酿。30 d后,学生分组品酒互评打分,有些小组由于混入杂菌酿酒失败,酒的味道偏酸,教师组织学生分析失败原因。
  3.4利用酵母菌发面蒸馒头(共2课时)
  第6课时:主要由教师通过多媒体课件讲解酵母菌发面的原理及优点,并播放教师利用酵母菌发面的方法步骤,然后学生动手操作发面过程。
  (1)酵母菌发面原理:酵母菌在面团中分解有机物释放二氧化碳时,产生的气体使面团变得蓬松。其中,面粉是由蛋白质、糖类、无机盐等成分组成的,在面包发酵过程中,起主要作用的是蛋白质和糖类。面粉中的蛋白质主要由麦胶蛋白、麦谷蛋白、麦清蛋白和麦球蛋白等组成,麦谷蛋白、麦胶蛋白能吸水膨胀形成面筋质。这种面筋质能随面团发酵过程中二氧化碳气体的膨胀而膨胀,并能阻止二氧化碳气体的溢出,提高面团的保气能力;淀粉中所含的淀粉酶在适宜的条件下,能将淀粉转化为麦芽糖,进而继续转化为葡萄糖供给酵母发酵所需要的能量。面团中淀粉的转化作用對酵母的生长具有重要作用。当面团加入酵母菌后,酵母菌即可吸收面团中的养分生长繁殖,并产生二氧化碳气体,使面团形成膨大、松软、蜂窝状的组织结构。如果酵母菌用量过多,面团中产气量增多,面团内的气孔壁迅速变薄,短时间内面团持气性很好,但时间延长后,面团很快成熟过度,持气性变劣。因此,酵母菌的用量要根据面筋品质和制品需要而定。水可以使面粉中的蛋白质充分吸水,形成面筋网络;也可以使面粉中的淀粉受热吸水而糊化;还可以促进淀粉酶对淀粉进行分解,帮助酵母生长繁殖。
  (2)酵母菌发面优点:酵母菌发酵,不仅让面食味道好,还提高了它的营养价值。酵母菌是一种可食用的、营养丰富的单细胞微生物,营养学上把它叫做“取之不尽的营养源”。除了蛋白质、碳水化合物、脂类以外,酵母还富含多种维生素、矿物质和酶类。因此,馒头、面包中所含的营养成分比大饼、面条要高出3或4倍。发酵后的酵母还是一种很强的抗氧化物,可以保护肝脏,有一定的解毒作用。酵母里的硒、铬等矿物质能抗衰老、抗肿瘤、预防动脉硬化,并提高人体的免疫力。发酵后,面粉里一种影响钙、镁、铁等元素吸收的有机酸可被分解,从而提高人体对这些营养物质的吸收和利用。
  (3)发面过程:用水先活化酵母菌(选择35%温水和15%冷水便于对比),加适量面粉(0.2 kg),和面使水、酵母粉、面粉混合均匀,静置25 min后,观察面团发起的情况。为检验实际效果,面发好后做成馒头,热水蒸15 min左右,对比馒头蒸起的效果。
  第7课时:观察对比相同质量的面粉在用不同温度(15%和35℃)的水和面、发面25 min后的效果。接着,学生把发好的面做成馒头,待馒头蒸熟后,进行对比。组内讨论后,学生总结出“温水和面”利用酵母菌发酵,并能在总结原因时联系到“温度对酶活性的影响”的知识。最后,学生分吃了自己的劳动成果。
  4课程的意义
  “酵母菌的应用”校本课程,主要让学生联系所学生物学知识,进一步认识酵母菌及人类对酵母菌的利用,让学生体验身边的生活、生产中发生的生物学变化。学生亲身体验了“家庭葡萄酒的酿制”,在今后的生活中若能学以致用,将增加生活中的别样情趣,因此,有极大的热情。让学生亲自动手体验酵母菌在“发面蒸馒头”这项家务中的应用,培养学生将学科知识应用到生活实际中的能力,培养学生热爱家庭、热爱劳动、热爱生活的情感。
  总之,这项课程的开设不仅是对生物学课堂教学的有益补充,还有助于提高学生的生物学学科核心素养。
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