1.1 传统发酵技术的应用（教学课件）-【上好课】高二生物同步高效课堂（人教版2019选择性必修3）

生物技术与工程 发酵工程 基因工程 重组DNA技术的基本工具 传统发酵技术的应用 选择性必修3《生物技术与工程》 细胞工程 生物技术的安全性与伦理问题 微生物的培养技术及应用 动物细胞工程 植物细胞工程 基因工程的基本操作程序 基因工程的运用 蛋白质工程的原理和应用 转基因产品的安全性 发酵工程及其应用 胚胎工程 关注生殖性克隆人、禁止生物武器 【科技探索之路】从传统发酵技术到发酵工程 2 第一章 发酵工程 第1节 传统发酵技术的应用 【本节聚焦】 1.什么是传统发酵技术? 2.制作泡菜、果酒和果醋的原理是什么？ 3.怎样制作泡菜？怎样制作果酒和果醋？ 本PPT模板部分元素使用了幻灯片母版制作。如果需要修改，点击-视图-幻灯片母版-修改；完成后关闭编辑母版即可。 3 问题探讨 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。 唐-王翰《凉州曲》 花间一壶酒，独酌无相亲。 举杯邀明月，对影成三人。 唐-李白《月下独酌》 《事物纪原》称:"不知杜康何世人，而古今多言其始造酒也。" 最初可能是发现储存的粮食水果会自然发酵变成酒，因而逐渐摸索出酿酒技术的。 但是直到1857年巴斯德的发现之前，人们并不明白酿酒其中的原理 4 一、发酵与传统发酵技术 指人们利用微生物，在适宜条件下，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。 （3）类型： （1）概念： 需氧发酵（ ） 厌氧发酵（ 、 ） 1.发酵 （2）原理： 不同的微生物具有产生不同代谢产物的能力，因此利用它们既可以生产出人们所需要的多种产物。 醋酸发酵、谷氨酸发酵 乳酸（泡菜、酸奶）发酵 酒精发酵 5 一、发酵与传统发酵技术 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。 （1）概念： （2）类型： 固体发酵（泡菜、粮食白酒、腐乳等） 半固体发酵（豆豉、酱、酱油等） 2.传统发酵技术 6 一、发酵与传统发酵技术 2.传统发酵技术 （3）实例——腐乳制作 1.腐乳在制作的过程中蛋白质发生什么变化，进而使豆腐变得味道鲜美而利于消化？ 2.有哪些微生物参与了豆腐的发酵？是哪种微生物起主要作用？ 3.参与发酵的微生物如何获得？ 阅读教材P5，思考: 7 一、发酵与传统发酵技术 （3）实例——腐乳制作 利用干棕叶（或稻草）上的毛霉孢子，在15-18℃条件下，让豆腐上长出毛霉 加盐可以析出豆腐中的水，使豆腐变硬，盐也能抑制微生物的生长，避免豆腐块腐败变质。 含水量70%左右为宜，含水量过高不易成形，过低不利于毛霉生长 卤汤是由酒（12%）及各种香辛料配置而成，抑制微生物的生长同时使腐乳有独特的香味。 让豆腐长出毛霉 加盐腌制 加卤汤装瓶 密封腌制 制腐乳坯 过高， 时间延长； 过低， 易腐败。 8 一、发酵与传统发酵技术 （3）实例——腐乳制作 ①原理： 蛋白质 脂肪 小肽 氨基酸 甘油 脂肪酸 酵母、曲霉和毛霉等多种微生物所合成并分泌出的(毛霉起主要作用) + + 脂肪酶 蛋白酶 毛霉是一种丝状真菌，其生殖方式为孢子生殖， 代谢类型是异养需氧型。 电子显微镜下的毛霉 9 一、发酵与传统发酵技术 每年进行同样的操作,但是每年制作的腐乳或豆瓣酱的口感都不完全相同，有些年份甚至制作不成功,你知道这是为什么吗?分析传统发酵技术的优点和缺点。 ②优缺点： （3）实例——腐乳制作 优点：操作简单，适用于家庭式或作坊式生产，它是文化的传承等。 缺点：生产条件不易控制，产品容易受杂菌污染，生产效率较低等。 10 一、发酵与传统发酵技术 直接接种优良的毛霉菌种，制作腐乳属于传统发酵技术吗？说明理由？ 不属于，直接利用天然存在的（空气中毛霉孢子）制作腐乳才属于传统发酵技术。 同理：直接加入酵母菌制作馒头也不属于传统发酵技术，使用前一次发酵保存下来的面团制作馒头的才算。 11 针对训练 1. 下列关于传统发酵技术的叙述，错误的是 A.传统发酵常常是固体发酵或者半固体发酵 B.传统发酵利用的微生物一般为天然存在的单一菌种 C.传统饮食中的酱油、醋、泡菜等可通过传统发酵获得 D.传统发酵存在杂菌情况不明、过程控制缺乏标准等问题 解题点 现代发酵工程所用大多为单一菌种，有杂菌污染会影响产量，培养基和设备需严格灭菌；而传统发酵技术很难实现单一菌种的利用，B错误。 √ 12 2.下列关于腐乳制作原理的叙述，错误的是 A.腐乳制作实质就是利用发酵技术，将大分子有机物分解为小分子有机物的过程 B.腐乳制作中，起作用的微生物多为异养型真菌 C.传统发酵利用的是天然存在的菌种，所生产食品安全性更高 D.家庭自制腐乳时，一般不需单独接种菌种 解题点　传统发酵利用的是天然存在的菌种，没有经过严格的灭菌，所生产食品安全性较低，C错误。 √ 针对训练 13 二、尝试制作传统发酵食品 （一）制作泡菜 合作探究一：请同学们自主阅读教材P6~7，小组合作思考讨论完成问题。 1.制作传统泡菜是利用什么微生物来发酵的呢？微生物的来源呢？ 2.材料用具、方法步骤是怎样？ 3.发酵结果如何评价？如何在评选中荣膺“泡菜之王”的美誉呢？ 14 二、尝试制作传统发酵食品 1.菌种: 乳酸菌 型 乳酸链球菌（球状） 乳酸杆菌（杆状） 空气、土壤、植物体表、人或动物肠道内 （ 生物） 乳制品的发酵、泡菜的制作等。 ① 代谢类型： ② 菌种分布： ③ 应用： C6H12O6 2C3H6O3（乳酸） 酶 +能量 在无氧情况下，能将葡萄糖分解成乳酸 2.原理： 原核 异养厌氧 发酵期间，乳酸会___________，当它的质量百分比为____________时，泡菜的口味、品质最佳. 不断积累 0.4%-0.8% 15 二、尝试制作传统发酵食品 3.材料用具: 亚硝酸盐的含量低 食盐、清水、新鲜蔬菜、蒜瓣、生姜及其他香辛料、泡菜坛或其他密封性良好的罐子等。 为什么要选择新鲜蔬菜？ 16 二、尝试制作传统发酵食品 观看视频，总结泡菜的制作步骤？ 17 二、尝试制作传统发酵食品 4.制作步骤: 配制 盐水 蔬菜处理装坛 加盐水 封坛 发酵 过高：乳酸发酵受抑制，泡菜风味差； 过低：杂菌易繁殖，导致泡菜变质。 杀杂菌、除溶氧 泡菜发酵初期，大肠杆菌、酵母菌等较为活跃，产生较多的CO2，防止发酵液溢出坛外； 防止因太满使盐水未完全淹没菜料而导致菜料变质腐烂； 留有一定空间，方便拿取泡菜。 将新鲜蔬菜洗净，切成块状或条状，混合均匀，晾干后装入泡菜坛内；装至半坛时，加入蒜瓣、生姜及其他香辛料，继续装至八成满； 创造无氧环境，有利于乳酸菌无氧发酵 将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过菜料，盖好坛盖； 向坛盖边缘的水槽中注满水，在发酵过程中注意向水槽中补充水；根据室内温度控制发酵时间； 不影响乳酸菌的生命活动 用清水和食盐配制质量百分比为5%-20%的盐水，并将盐水煮沸，冷却待用； 调味；抑制其他微生物生长 18 二、尝试制作传统发酵食品 4.制作步骤: 思考：发酵初期会有气泡冒出，但气泡的产生逐渐停止，试分析原因？ 乳酸积累，pH过低；乳酸菌的生长也受到抑制，乳酸菌数量减少。发酵速度减慢甚至停止。 发酵初期 多种微生物（如大肠杆菌、酵母菌）进行有氧呼吸，产生较多的CO2，坛沿水槽内有气泡放出。此阶段是形成无氧环境的过程。 发酵中期 发酵后期 主要是乳酸菌的发酵过程，其他微生物的生长受到抑制。 19 二、尝试制作传统发酵食品 5.结果分析和评价： 如何判断你腌制的泡菜是否成功？色泽如何？口味如何？ 泡菜质量可以根据泡菜的色泽和风味进行初步的评定； 根据 的含量来评定； 根据不同时期泡菜坛中乳酸菌的数量来评定。 可以通过在显微镜下观察乳酸菌的形态； 亚硝酸盐 失败 成功 一般来说，腌制成功的泡菜汤清亮，无霉花浮膜，菜质脆嫩度适口，酸甜咸味适宜，具有一定的香气，咀嚼后无渣等。 20 二、尝试制作传统发酵食品 6.进一步探究： 亚硝酸盐 亚硝酸盐为强氧化剂，能够把血液中的低铁血红蛋白转变为高铁血红蛋白，从而导致缺氧性中毒症状。 硝酸盐 硝酸盐还原菌 亚硝酸盐 适宜的pH、温度和一定的微生物作用 亚硝胺 维生素C、E和酚类物质 亚硝胺具有致癌作用，对动物具有致畸和致突变作用。 21 二、尝试制作传统发酵食品 泡菜发酵过程中，乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的含量变化： 发酵时期 乳酸菌 乳酸 亚硝酸盐 发酵初期 发酵中期 发酵后期 曲线模型 少 （有氧气，乳酸菌 的活动受到抑制） 少 增加 （硝酸盐还原菌的作用） 最多 （乳酸抑制 其他菌活动） 积累增多 （PH下降） 下降 （硝酸盐还原菌受抑制， 部分亚硝酸盐被分解） 减少 （乳酸积累， PH下降，抑制其活动） 继续增多 （PH继续下降） 下降至相对稳定 （硝酸盐还原菌被完全抑制） 22 二、尝试制作传统发酵食品 7.与生活的联系： （1为什么日常生活中要多吃新鲜蔬菜，不吃存放时间过长、变质的蔬菜？ 有些蔬菜，如小白菜和萝卜等含有丰富的硝酸盐。当这些蔬菜放置过久时发生变质（发黄、腐烂）或者煮熟后存放太久时，蔬菜中的硝酸盐会被微生物还原成亚硝酸盐，危害人体健康。 （2）为什么含有抗生素的牛奶不能发酵为酸奶？ 牛奶发酵为酸奶主要依靠 的发酵作用， 乳酸菌 而抗生素能够杀死或抑制乳酸菌。 23 课堂练习 拓展应用P8 ：某同学在制作泡菜前，査阅资料得知，可以向泡菜坛中加入一些“陈泡菜水”；在用质量百分比为5%的食盐水制作泡菜时，他在不同时间测定了泡菜中亚硝酸盐的含量，结果见右栏曲线图。 3 5 7 9 11 13 0 4 8 12 16 20 24 发酵时间/d 亚硝酸盐含量/(mg/kg) 在发酵11天后食用比较合适，因为此时亚硝酸盐含量已经降到较低的水平。 可能是食盐浓度过高，抑制乳酸菌生长，产生乳酸较少，导致泡菜未能正常发酵（也可能是由于温度较低）。 （1）据图分析，从亚硝酸盐含量来看，你认为该泡菜在什么时间食用比较合适？为什么？ （2）他第一次制作出的泡菜“咸而不酸”，造成这个结果最可能的原因是什么？ (3)加入“陈泡菜水”的目的是什么？ “陈泡菜水”中含有纯度较高的乳酸菌，加入“陈泡菜水”相当于接种乳酸菌。 24 二、尝试制作传统发酵食品 (二)制作果酒、果醋 菌种：酵母菌 异养兼性厌氧型 酿酒、制作馒头和面包 （单细胞真菌——真核生物） 分布在一些含糖量较高的水果、蔬菜表面。 ① 代谢类型： ③ 应用： ② 最适生长温度： 18～30℃ 原理： 在有氧条件下，酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖 C6H12O6+6O2+6H2O 6CO2+12H2O 在无氧条件下，酵母菌无氧呼吸，产生酒精、CO2 C6H12O6 2C2H5OH（酒精）+2CO2+能量 酶 P6 酿酒酵母的最适温度28℃ 酶 +能量 1. 酒精发酵 25 二、尝试制作传统发酵食品 (二)制作果酒、果醋 2. 醋酸发酵 菌种：醋酸菌 异养需氧型 ① 代谢类型： ③ 应用： ②最适生长温度： 可用于制作各种风味的醋。 30～35℃。 （细菌——原核生物） “糖制醋” “酒制醋” ②当缺少糖源时，能将乙醇转化成乙醛，再将乙醛变成乙酸 酶 C2H5OH ＋O2 CH3COOH （乙酸）＋ H2O+能量 原理： ①当氧气、糖源充足时，能将糖分解成乙酸; C6H12O6＋2O2 2CH3COOH（乙酸）＋2CO2＋2H2O+能量 酶 26 二、尝试制作传统发酵食品 3. 制作步骤 将发酵瓶、榨汁机等器具用洗洁精清洗干净，并用体积分数为70%的酒精消毒，晾干备用; 用榨汁机榨取葡萄汁，将葡萄汁装入发酵瓶（注意：要留有大约1/3的空间），盖好瓶盖; 将温度控制在18-30℃进行发酵，在发酵过程中，每隔12h左右将瓶盖拧松一点（注意：不是打开瓶盖），此后再拧紧瓶盖。发酵时间为10-12d。可通过从发酵瓶口取样来对发酵的情况进行检测。 取新鲜葡萄，用清水冲洗1-2次，再去除枝梗和腐烂的籽粒，沥干; 除灰去污 先洗再除枝梗：避免葡萄破损，减少杂菌污染 ①创造有氧条件，利于酵母菌快速繁殖；耗尽O2后，再进行酒精发酵； ②防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出。 无需多次。防止表面的野生型酵母菌减少，影响发酵 排出CO2 ，防止爆裂 防止杂菌污染 器具消毒 冲洗葡萄 榨汁装瓶 果酒发酵 27 二、尝试制作传统发酵食品 将发酵瓶、榨汁机等器具用洗洁精清洗干净，并用体积分数为70%的酒精消毒，晾干备用; 用榨汁机榨取葡萄汁，将葡萄汁装入发酵瓶（注意：要留有大约1/3的空间），盖好瓶盖; 将温度控制在18-30℃进行发酵，在发酵过程中，每隔12h左右将瓶盖拧松一点（注意：不是打开瓶盖），此后再拧紧瓶盖。发酵时间为10-12d。可通过从发酵瓶口取样来对发酵的情况进行检测。 取新鲜葡萄，用清水冲洗1-2次，再去除枝梗和腐烂的籽粒，沥干; 器具消毒 冲洗葡萄 榨汁装瓶 果酒发酵 果醋发酵 当葡萄酒制作完成后，打开瓶盖，盖上一层纱布，进行葡萄醋的发酵。发酵温度为30-35℃，时间为7-8d。 空气中的醋酸菌会进入果酒发酵液中大量繁殖 3. 制作步骤 28 二、尝试制作传统发酵食品 5.结果分析和评价： 怎样判断果酒、果醋的制作是否成功呢？ 果酒：a.闻 b.品尝 c.用酸性条件下的重铬酸钾溶液检测（橙色→灰绿色） 果醋： a.闻 b.品尝 c.使用pH试纸检测和比较发酵前后的pH值 d.观察醋酸菌膜是否形成 除此之外，在制作果酒和果醋的过程中，发酵液分别有哪些变化？ 29 二、尝试制作传统发酵食品 5.结果分析和评价： ①在制作果酒和果醋的过程中，发酵液分别有哪些变化？ 气泡 酵母菌进行果酒发酵时会产生CO2。 发酵过程，呼吸作用分解有机物产生的能量大部分以热能形式散失。 如果用紫色葡萄制作葡萄酒，随着发酵时间的延长，由果皮进入发酵液的花青素会越来越多，因而发酵液的颜色会逐渐加深变成深红色。 产热 颜色 菌体数量 pH 菌落 初期发酵液中酵母菌数目增多，后期不再增多，甚至会下降（葡萄糖渐少、pH渐小）。 CO2溶于发酵液而使pH下降。 果醋发酵过程中一般不会出现气泡，发酵完成时，在发酵液的液面上会出现一层菌落，这是醋酸菌落。 30 二、尝试制作传统发酵食品 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？ 还有乳酸菌、醋酸菌等微生物。 乳酸菌能将糖分解为甘油、乳酸等，从而使果酒变质。 可以通过调节发酵的温度、pH等来控制乳酸菌含量； 在有氧的情况下，醋酸菌能把糖分解成醋酸或者把乙醇转化为乙醛进而转化为醋酸。 可以通过减少O2含量、调节发酵温度、pH来控制醋酸菌含量。 5.结果分析和评价： 31 二、尝试制作传统发酵食品 ③在制作果醋的过程中，酵母菌是否还会继续发酵？醋酸菌从何而来？采用什么措施可以加快果醋的制作？ 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。 在我们的实验条件下，当打开瓶盖后，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。 在工业上，后期醋的发酵需要人工接种醋酸菌。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（实际上是醋酸菌），用这层薄膜进行接种可以明显缩短制作果醋的时间。 5.结果分析和评价： 32 二、尝试制作传统发酵食品 制作腐乳、泡菜、果酒、果醋的微生物及其代谢特点 腐乳 泡菜 果酒 果醋 微生物 分类 代谢类型 反应原理 反应条件 酵母菌 醋酸菌 主要是毛霉 乳酸菌 酵母菌无氧呼吸产生酒精 醋酸菌有氧呼吸产生醋酸 毛霉产生蛋白酶和脂肪酶 乳酸菌无氧呼吸产生乳酸 真菌 真菌 细菌 细菌 异养 兼性厌氧型 异养 需氧型 异养 需氧型 异养 厌氧型 15～18 ℃， 有氧条件 常温， 无氧条件 18～30 ℃，先通气后无氧 30～35℃，通入氧气 33 1.《舌尖上的中国》讲述四川泡菜时曾强调“腌泡菜也有大讲究”。下列有关泡菜制作的叙述，正确的是 A.泡菜制作过程中食盐用量越低越有利于乳酸菌的生长 B.制作泡菜时泡菜坛要密封，主要目的是避免外界杂菌的污染 C.蔬菜应新鲜，若放置时间过长，蔬菜中的亚硝酸盐含量会升高 D.将配制好的盐水煮沸后冷却待用，冷却的目的是降低水中氧气的含量 √ 针对训练 易造成杂菌大量繁殖 创造无氧条件 避免高温杀死乳酸菌 34 2.图甲是果酒和果醋发酵的装置图，图乙是果酒和果醋制作过程中发生的物质变化。下列叙述不正确的是 A.用甲装置制作果酒时，加入酵母菌后，一直关紧阀a，适时打开阀b几秒钟 B.用甲装置制作果醋时，阀a要关闭，阀b要持续打开 C.乙图中过程②只能发生在缺氧条件下 D.过程③和④都需要氧气的参与 √ 针对训练 解题点 甲装置中,阀a控制进气,阀b控制排气,制作果醋所需的微生物是醋酸菌,醋酸菌是好氧菌。乙图中过程②是无氧呼吸的第二阶段,过程③表示有氧呼吸的第二和第三阶段。 35 课堂小结 尝试制作传统发酵食品： 发酵与传统发酵技术： 泡菜的制作 发酵 传统发酵技术的应用 传统发酵技术 原理 探究实践 制作果酒和果醋 C6H12O6 →2C3H6O3（乳酸）+能量 酶 C2H5OH+O2 →CH3COOH（醋酸）+H2O+能量 酶 C6H12O6 +2O2→2CH3COOH+ 2CO2+2H2O+能量 酶 C6H12O6 →2C2H5OH（酒精）+2 CO2+能量 酶 36 练习与应用 一、概念检测 2.传统发酵食品的制作需要各种各样的微生物。下列相关叙述错误的是 （ ） A.腌制泡菜利用了乳酸菌的乳酸发酵 B.制作腐乳利用了毛霉等产生的蛋白酶 C.制作果酒利用了酵母菌在无氧条件下产生酒精 D.制作果醋利用了醋酸菌在无氧条件下产生醋酸 D 1.油炸臭豆腐是我国一些地方的风味小吃。制作时需要将豆腐浸入含有乳酸菌、芽孢杆菌等微生物的卤汁中发酵。判断下列相关表述是否正确。 （1）卤汁中的乳酸菌和芽孢杆菌不存在竞争关系。（ ） （2）乳酸菌发酵产生了乳酸和CO2。（ ） （3）微生物发酵产生了不同的代谢物使得该臭豆腐具有特殊的味道。（ ） 37 练习与应用 3.有3位同学分别采用了3种不同的发酵装置来制作果醋。A同学用的是带盖的塑料瓶；B同学用的是没有盖的塑料瓶，在发酵过程中无盖的瓶口一直由捆绑在瓶口的8层纱布覆盖；C同学则设计了如右图所示的发酵装置。结合果醋的制作原理，你认为哪一种发酵装置更适合制作果醋？你还能继续改进这种装置吗？ C同学的装置更适合制作果醋。 防止空气中微生物的污染 结构 作用 酒精发酵时状态 醋酸发酵 时状态 充气口 排气口 出料口 通入空气 关闭 打开， 并接入气泵 排出CO2 打开 打开 便于取样检测 关闭 关闭 填充棉花或者安装其他过滤装置 二、拓展应用 38 感谢您的观看！ 本PPT模板部分元素使用了幻灯片母版制作。如果需要修改，点击-视图-幻灯片母版-修改；完成后关闭编辑母版即可。 39 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$