1.1 传统发酵技术的应用（情境教学课件）-【大单元教学】高二生物同步备课系列（人教版2019选择性必修3）

null第1章 发酵工程 第1节 传统的发酵技术 高中生物学 | 人教版（2019）| 选择性必修3·生物技术与工程 【情境导入】发酵的历史追溯 情境导入 2 课程标准内容要求 素养目标 1.举例说明日常生活中的某些食品是运用传统发酵技术产生的。 2.开展教学活动：利用乳酸菌制作酸奶或泡菜；利用酵母菌、醋酸菌分别制作果酒和果醋。 1.结合生活或生产实例，举例说出传统发酵食品制作的基本原理。（生命观念） 2.设计果酒和果醋的制作流程，并探究果酒和果醋制作过程中发酵条件的控制。（科学探究） 3.了解发酵与传统发酵技术，认同我国劳动人民的创造力。（社会责任） 教学目标 课程标准内容、素养目标 发酵与传统发酵技术 1 尝试制作传统发酵食品 2 目录 CONTENTS 目录页 4 请替换文字内容 1857年 20世纪40年代 1897年 1957年 一、发酵与传统发酵技术 20世纪70年代以后 20世纪80年代 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。后来,人们通过自然发酵和曲种传代的固体发酵生产酱油、醋、豆豉、腐乳和酸奶等发酵食品。传统发酵技术促进了中华民族热油的饮食文化的形成。 法国微生物学家巴斯德通过实验证明酒精发酵是由活的酵母菌引起的。 科学家发现了酶在酵母菌发酵中的作用,逐步了解发酵的本质。 之后的30多年间，微生物的分离和纯化技术得到了应用，作坊式手工生产向工业化生产方向发展。 科学家在厌氧发酵技术的基础上，建立了深层通气液体发酵技术，使青霉素的生产实现产业化。 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。 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。 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。目前人类能自动记录和控制发酵过程的全部参数，大批量合理生产发酵产物。 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） 5 一、发酵与传统发酵技术 1.发酵 概念：人们利用 ，在 的条件下，将原料通过_______________ 转化为人类所需要的产物的过程。 原理： ，因此利用它们就可以生产出人们所需要的多种产物。 类型： 微生物 适宜 微生物的代谢 不同的微生物具有产生不同代谢物的能力 好氧发酵 厌氧发酵 如醋酸发酵、谷氨酸发酵（味精） 如酒精发酵、乳酸发酵（泡菜、酸奶） 根据对氧气需求 6 一、发酵与传统发酵技术 活动 任务1：认识传统发酵技术 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。阅读教材第5页。 要求： 1.说出腐乳制作的原理、过程和优点。 2.明确传统发酵技术的概念、类型、缺点和发酵产品。 毛豆腐 一、发酵与传统发酵技术 腐乳的制作 参与发酵的微生物： 原理： 酵母、曲霉、毛霉等，起主要作用的是毛霉 酵母、曲霉、毛霉等微生物 蛋白质 小分子肽 + 氨基酸 蛋白酶 脂肪酶 脂 肪 甘油 + 脂肪酸 毛霉 丝状真菌、孢子生殖、异养需氧型、发酵的温度为15～18 ℃。 一、发酵与传统发酵技术 2.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。 概念： 特点： 传统发酵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。 固体发酵：泡菜、粮食白酒、腐乳等 半固体发酵：豆豉、酱、酱油等 常见的发酵产品：腐乳、酱、酱油、醋、泡菜、豆豉等。 9 发酵与传统发酵技术 1 尝试制作传统发酵食品 2 目录 CONTENTS 目录页 10 二、尝试制作传统发酵食品 活动 任务2：传统发酵食品的制作离不开各种各样的微生物 阅读教材第5~7页。 要求： 1.明确传统发酵食品制作所利用的微生物都有哪些？ 2.分析这些微生物的代谢特点、发酵原理和生产应用等。 My First Template 二、尝试制作传统发酵食品 菌种名称 生物分类 代谢类型 适宜温度 繁殖方式 发酵对氧的需求 乳酸菌 酵母菌 醋酸菌 真核生物 异养 兼性厌氧 出芽生殖 前期需氧， 后期不需氧 原核生物 异养好氧 30~35℃ 二分裂 一直需氧 原核生物 异养厌氧 二分裂 密闭不需氧 28℃ 18~20℃ 1.传统发酵技术中常用的微生物 My First Template 二、尝试制作传统发酵食品 2.常见的发酵方式 ——乳酸发酵 应用的微生物： 发酵原理： C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+能量 酶 ①代谢特点： ③常见类型： ②分布广泛： ④应 用： 乳酸菌 异养厌氧微生物；在无氧的情况下能将葡萄糖分解成乳酸。 空气、土壤、植物体表、人或动物肠道 常见为乳酸链球菌、乳酸杆菌 乳制品的发酵、泡菜的腌制 乳酸链球菌（球状） 乳酸杆菌（杆状） 新陈 代谢 类型 同化作用：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：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。 二、尝试制作传统发酵食品 2.常见的发酵方式 ——酒精发酵 应用的微生物： 酵母菌 ①代谢特点： ②分布广泛： ④应 用： 单细胞真菌，代谢类型为异养兼性厌氧型； 在无氧的情况下能进行酒精发酵。 在一些含糖量较高的水果、蔬菜表面。 可用于酿酒、制作馒头和面包等。 发酵原理： 【知识回顾】酵母菌的有氧呼吸 C6H12O6+2O2 →2CH3COOH+2H2O+2CO2+能量 酶 C2H5OH+O2 →CH3COOH+H2O+能量 酶 ③发酵温度： 酿酒酵母最适生长温度约为28℃。 二、尝试制作传统发酵食品 2.常见的发酵方式 ——醋酸发酵 应用的微生物： 醋酸杆菌 发酵原理： ①代谢特点： ②应 用： 异养好氧型；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。多数醋酸菌的最适生长温度为30～35℃。 可用于制作各种风味的醋。 C6H12O6+2O2 酶 2CH3COOH（醋酸）+2H2O+2CO2+能量 C2H5OH+O2 酶 CH3COOH（醋酸）+H2O+能量 My First Template 二、尝试制作传统发酵食品 探究·实践 制作传统发酵食品 （1）制作泡菜的原理 植物体表面的天然的乳酸菌来进行发酵，在无氧的条件下，乳酸菌将糖分解为乳酸。发酵期间，乳酸不断积累，当它的质量分数为0.4%~0.8%时，泡菜的口味和品质最佳。 1.制作泡菜 C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+能量 酶 随乳酸增加， pH会变小，口感变酸。 （2）材料用具 食盐、清水、新鲜蔬菜、蒜瓣、生姜及其它香辛料、泡菜坛或其它密封性良好的罐子等。 16 二、尝试制作传统发酵食品 （3）方法步骤 配制盐水 原料处理、装坛 加盐水 封坛发酵 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。 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。 盐水浓度5%-20% 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。 煮沸盐水 除去水中的氧气；杀灭盐水中的其他细菌。 17 二、尝试制作传统发酵食品 （3）方法步骤 配制盐水 原料处理、装坛 加盐水 封坛发酵 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。 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。 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，并在发酵过程中注意经常向水槽中补充水；根据室内温度控制发酵时间。 装坛至八分满 在泡菜发酵初期，酵母菌等较为活跃，发酵产物中有较多的CO2，防止发酵液溢出坛外； 防止因装太满使盐水未完全淹没菜料而导致菜料变质腐烂； 同时留有一定空间，也更方便拿取泡菜。 注满水、封坛 创造无氧环境 二、尝试制作传统发酵食品 （3）方法步骤 配制盐水 原料处理、装坛 加盐水 封坛发酵 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。 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。 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，并在发酵过程中注意经常向水槽中补充水；根据室内温度控制发酵时间。 室内发酵温度（26℃~36℃） 温度过高易导致杂菌滋生；温度过低不利于乳酸发酵，使发酵时间延长。 发酵时间 一般在腌制10天后亚硝酸盐含量开始下降。但泡菜发酵时间不宜过长，否则可能会产生其他有害物质，且乳酸含量过高口感不佳。 二、尝试制作传统发酵食品 拓展应用 某同学在制作泡菜前，查阅资料得知，可以向泡菜坛中加些“陈泡菜水”；在用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，请你帮他分析问题。 （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？ 10天后食用比较好，因为此时的亚硝酸盐含量低。 可能是食盐浓度过高、发酵温度过低等原因导致泡菜未能正常发酵。 “陈泡菜水”含乳酸菌，可快速发酵产生乳酸。 二、尝试制作传统发酵食品 拓展应用 泡菜发酵过程中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐含量的变化 发酵时期 乳酸菌含量 乳酸含量 亚硝酸盐含量 发酵初期 发酵中期 发酵后期 变化曲线 少 （O2抑制乳酸菌活动） 少 增加 （硝酸盐还原菌的作用） 最多（乳酸积累，抑制其他菌活动） 增多 达到最多后开始下降 （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，抑制乳酸菌活动） 继续增多， 最后保持稳定 下降至保持相对稳定 （硝酸盐还原菌被完全抑制） 二、尝试制作传统发酵食品 知识拓展 亚硝酸盐 (1)亚硝酸盐为白色粉末，外观与食盐相似，有咸味，易溶于水，可作食品添加剂。 (2)亚硝酸盐分布广泛，蔬菜、咸菜、豆粉中均含有。 (3)膳食中的亚硝酸盐一般不会危害人体健康，绝大部分亚硝酸盐会随尿排出，但在适宜的pH、温度和一定的微生物作用下会转变成致癌物质亚硝胺（霉变的食品亚硝胺可增至数十倍至数百倍）。 (4)当人体摄入的亚硝酸盐总量达到0.3g～0.5g时，会引起中毒，当摄入总量达到3g时，会引起死亡。 亚硝胺 蔬菜水果 亚硝酸盐 pH、温度 微生物 硝酸盐 硝酸盐还原菌 维生素C、E 酚类物质 注意：发酵温度高；食盐用量过低；发酵时间短容易导致硝酸还原菌大量增殖，产生较多的亚硝酸盐。 二、尝试制作传统发酵食品 探究·实践 制作传统发酵食品 2.制作果酒和果醋 （1）酒精发酵原理 ①菌 种： 附着在葡萄皮上的野生型酵母菌。 有氧条件下，酵母菌通过有氧呼吸大量繁殖。 无氧条件下，酵母菌通过无氧呼吸产生酒精。 a.温度： ②发酵条件： b.氧气 一般酒精发酵18～25 ℃，酵母菌繁殖最适为20 ℃左右。 C6H12O6＋6O2 6CO2＋6H2O 酶 C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2 酶 气体控制： 前期需氧（通气） 后期无氧（密封） 二、尝试制作传统发酵食品 探究·实践 制作传统发酵食品 2.制作果酒和果醋 （2）醋酸发酵原理 ①菌 种： 空气中的醋酸菌 a.温度： ②发酵条件： 将温度控制在 进行发酵。 30~35℃ 变酸的酒的表面形成的菌膜 当氧气、糖源充足时： 当氧气充足、缺少糖源时：乙醇转变成乙醛，再将乙醛变为乙酸。 b.氧气 C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2 酶 C6H12O6＋2O2 → 2CH3COOH＋2CO2＋2H2O 酶 酶 C2H5OH ＋ O2 → CH3COOH ＋ H2O 醋酸菌对 氧气 的含量很敏感，当进行深层发酵时，即使短时间中断通入氧气，也会引起醋酸菌的死亡。 二、尝试制作传统发酵食品 （3）方法步骤 挑选葡萄 冲洗 榨汁 装瓶 酒精发酵 醋酸发酵 榨汁前先将葡萄冲洗（目的是洗去灰尘）并除去枝梗。"冲洗"和"去枝梗"不能颠倒顺序的原因是避免除去枝梗时引起葡萄破损，增加被杂菌污染的机会。 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。 将葡萄汁装入发酵瓶，要留大约1/3的空间（给发酵产生的CO2留空间）。 制作葡萄酒的过程中，将温度严格控制在18-25℃，时间控制在10-12d左右，可通过出料口对发酵的情况进行及时监测。 果酒 果醋 制葡萄醋的过程中，将温度严格控制在30-35℃，时间控制在7-8d左右，并注意适时通过充气口充气。 25 拓展应用 二、尝试制作传统发酵食品 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？ 二、尝试制作传统发酵食品 充气口 排气口 出料口 在醋酸发酵时连接充气泵，充入无菌空气；制酒时关闭。 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，可有效阻止空气中微生物的进入，避免来自空气的微生物污染。 便于取样检查和放出发酵液 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 适时打开几秒钟 打开 便于取样监测 关闭 关闭 拓展应用 27 二、尝试制作传统发酵食品 （4）结果评价 ①果酒制作∶发酵后取样，可通过嗅味和品尝进行初步鉴定。还可通过显微镜观察酵母菌，并用重铬酸钾溶液检验酒精的存在。 ②果醋制作∶首先可通过观察菌膜的形成、嗅味和品尝进行初步鉴定，再通过检测和比较发酵液在发酵前后的pH变化做进一步鉴定。还可通过显微镜观察发酵液是否有醋酸菌，并统计其数量做进一步的鉴定。 二、尝试制作传统发酵食品 讨论 1.在制作果酒和果醋的过程中，发酵液分别有哪些变化？ 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？如果有，如何避免这种影响？ 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？ My First Template 二、尝试制作传统发酵食品 讨论 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（嗅味和品尝） 气泡和泡沫 有气泡和泡沫 无气泡和泡沫 发酵液颜色 混浊 混浊，液面形成白色菌膜 30 二、尝试制作传统发酵食品 讨论 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？如果有，如何避免这种影响？ 果酒中除了酵母菌，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。可以通过发酵的温度、果酒的PH等老控制乳酸菌的含量。醋酸菌可以将糖或乙醇转化为醋酸，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。 二、尝试制作传统发酵食品 讨论 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。打开瓶盖后，空气在我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。 32 二、尝试制作传统发酵食品 项目 果酒制作 果醋制作 发酵菌种 菌种来源 菌种代谢类型 菌种细胞类型 发酵原理 发酵 条件 温度 时间 氧气 讨论 4.根据学习制作果酒和果醋，完成下表。 项目 果酒制作 果醋制作 发酵菌种 菌种来源 菌种代谢类型 菌种细胞类型 发酵原理 发酵 条件 温度 时间 氧气 酵母菌 醋酸菌 主要是附着在葡萄皮上的野生型酵母菌 异养兼性厌氧型 异养需氧型 真核细胞 原核细胞 C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量 酶 C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+少量能量 酶 空气中的野生型醋酸菌 C6H12O6+2O2 2CH3COOH+2H2O+2CO2+能量 酶 C2H5OH+O2 CH3COOH+H2O+能量 酶 28℃ 30-35℃ 10-12d 7-8d 初期需氧，后期不需氧 需要氧气 氧气、糖源都充足时： 缺少糖源时： 在有氧条件下： 在无氧条件下： 二、尝试制作传统发酵食品 随堂检测 1．制作四川泡菜时要用特殊的坛子，坛子需加水密封，密封坛口的目的是（     ） A．隔绝空气，抑制细菌繁殖 B．造成缺氧环境，利于乳酸菌发酵 C．阻止尘埃，防止污染 D．防止污染，利于醋酸菌发酵 【详解】泡菜腌制时需要乳酸菌发酵，乳酸菌是厌氧细菌，在无氧的情况下，将葡萄糖分解成乳酸，因此坛子加水密封的目的是营造缺氧环境，利于乳酸菌发酵，故选B。 B 随堂检测 2．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。下列叙述正确的是（　　） A．乳酸菌通过乳酸发酵可以产生乳酸和CO2 B．豆腐在卤汁中发酵的过程中没有杂菌繁殖 C．制作果醋和泡菜主要利用乳酸菌的乳酸发酵 D．使用的菌种都具有细胞壁、核糖体、DNA和RNA D 【详解】A、乳酸菌通过乳酸发酵可以产生乳酸，不产生CO2，A错误； B、豆腐在卤汁中发酵的过程中有杂菌繁殖，B错误； C、制作果醋主要利用醋酸菌进行发酵，泡菜主要利用乳酸菌进行乳酸发酵，C错误； D、乳酸菌、芽孢杆菌等属于原核生物，都具有细胞壁、核糖体、DNA和RNA，D正确。 故选D。 随堂检测 3．果酒、果醋、腐乳和泡菜都属于具有独特风味的发酵食品，下列有关叙述正确的是（　　） A．在果酒发酵后期要保持瓶盖打开保证酵母菌的繁殖 B．糖源充足时醋酸菌可将葡萄汁中的糖分解成乙醛 C．成品腐乳表面的黏性物质主要由毛霉等细菌产生 D．亚硝酸盐的含量变化与泡菜腌制时间的长短有关 D 【详解】A、在果酒发酵后期为了保证酵母菌无氧呼吸产生酒精，不能保持瓶盖打开，A错误； B、糖源充足时醋酸菌可将葡萄汁中的糖分解成乙酸，B错误； C、毛霉属于真菌，不是细菌，C错误； D、制作泡菜时随着发酵天数的增加，亚硝酸盐的含量先增加后减少，所以亚硝酸盐的含量变化与泡菜腌制时间的长短有关，D正确。 故选D。 随堂检测 4．下列有关泡菜的制作和亚硝酸盐含量的测定的实验叙述中，不正确的是（　　） A．将新鲜蔬菜与煮沸冷却的盐水（盐和清水的质量比为4：1）混匀装瓶 B．发酵过程始终要保持密封状态，泡菜坛盖边缘的水槽中要始终装满水 C．泡菜腌制时间长短会影响亚硝酸盐含量，温度和食盐的用量也会影响其含量 D．将显色后的样品与已知浓度标准液进行目测比较，可估算出泡菜的亚硝酸盐 A 【详解】A、盐和清水的质量比为5%-20%，A错误； B、发酵过程始终要保持密封状态，泡菜坛盖边缘的水槽中要始终装满水，以营造无氧环境，便于酵母菌发酵，B正确； C、泡菜腌制时间长短会影响亚硝酸盐含量，温度和食盐的用量也会影响其含量，故亚硝酸盐含量会随发酵过程变化，C正确； D、可用比色法检测亚硝酸盐含量，将显色后的样品与已知浓度标准液进行目测比较，可估算出泡菜的亚硝酸盐含量，D正确。 故选A。 随堂检测 5．下面是果酒和果醋制作的实验流程和某同学设计 的果酒和果醋的发酵装置。根据图示回答下列问题： (1)完成图1中的实验流程____________。 (2)冲洗的主要目的是____________，冲洗应特别注意 不能____________，以防止菌种的流失。 (3)图2装置中的充气口在____________时关闭，在 ____________时连接充气泵，并不断向内泵入空气。 (4)排气口在果酒发酵时排出的气体是______。为什么排气口要通过一个长而弯曲的胶管与瓶身连接？_________________________。 (5)在用玻璃瓶发酵生产时，必须对玻璃瓶用__________________进行消毒，然后在玻璃瓶中加入葡萄汁，加入的葡萄汁不应超过玻璃瓶体积的______。 醋酸发酵 洗去浮尘 反复冲洗 果酒发酵 果醋发酵 CO2 防止空气中的微生物污染 体积分数70%的酒精 2/3 课堂小结 感谢聆听！ 高中生物学 | 人教版（2019）| 选择性必修3·生物技术与工程 41 Lavf58.46.101 Lavf58.46.101 Lavf58.46.101 $$nullnull