1.1传统发酵技术的应用课件-2023-2024学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

01 发酵工程 02 细胞工程 03 基因工程 04 生物技术的安全性与伦理问题 第一章 发酵工程 课标内容要求 核心素养对接 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。 1．生命观念：运用结构与功能观认识乳酸菌、酵母菌和醋酸菌的结构特点和代谢特点。 2．科学探究：运用发酵原理，设计并完成利用天然菌种制作泡菜、果酒和果醋的实验探究并对实验结果进行分析和评价。 3．社会责任：关注食品安全和健康的生活方式。 第1节　传统发酵技术的应用 第1章　发酵工程 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。 【从社会中来】 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？ 葡萄及葡萄酒 发酵与传统发酵技术 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。酿酒技术给古代人民的生活增添了丰富的色彩。许多古老的酿酒工艺一直保留并延续至今。 ②1857年，巴斯德证明酒精发酵是由活的酵母菌引起的。(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。) 【科技探索之路】 我国古代酿酒作坊 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（ ） 醋酸发酵、谷氨酸发酵 酒精、乳酸（泡菜、酸奶）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，因此利用它们可以生产出人们所需要的多种产物。 2．实例：腐乳的制作 （1）参与的微生物 多种微生物参与了豆腐的发酵，如酵母、曲霉和毛霉等，其中起主要作用的是毛霉。 毛霉是一种丝状真菌（真核生物），其生殖方式为孢子生殖，代谢类型是异养需氧型。 （2）腐乳制作的原理 味道鲜美，易于消化吸收，又便于保存。 蛋白质 小分子肽+氨基酸 蛋白酶 脂肪酶 一、发酵与传统发酵技术 脂肪 甘油 + 脂肪酸 让豆腐上长出毛霉 加盐腌制 加卤汤装瓶 密封腌制 制腐乳坯 （3）腐乳制作的流程 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。 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。 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。 像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。 （2）概念： （3）类型： 固体发酵（ ） 半固体发酵（ ） 泡菜、粮食白酒、腐乳等 豆豉、酱、酱油等 3、传统发酵技术 （混合菌种） 通常是家庭式或作坊式 9 【典例】下列关于传统发酵食品的叙述，不正确的是(　　) 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 C 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。 传统发酵技术没有接种菌种，而是利用了天然存在的菌种。 10 【思考辨析】 1.使用酵母制作馒头属于传统发酵技术吗？ 不属于 2.直接利用空气中毛霉孢子制作腐乳属于传统发酵技术吗？ 属于 3.下列有关传统发酵技术的叙述，正确的是（ ） A.发酵所用的微生物均为原核生物 B.不同发酵产品所用原料必定不同 C.传统发酵均需在通气条件下进行 D.发酵所用菌种都是天然存在的微生物 D 使用前一次发酵保存下来的面团进行的才算。 【检测】豆豉是中国传统特色发酵豆制品，是以黑豆或黄豆为主要原料，利用毛霉、曲霉或者细菌中蛋白酶的作用，分解大豆蛋白质，一段时间后，再用加盐、加酒、干燥等方法，延缓发酵而成。下列相关分析错误的是 (　　) A．毛霉和细菌在结构上最大的区别是有无以核膜为界限的细胞核 B．豆豉富含蛋白质、各种氨基酸及多种维生素，具有一定的营养价值 C．加盐、加酒会改变蛋白质的空间结构，使其不能与双缩脲试剂反应 D．发酵过程离不开多种蛋白质的参与 解析：毛霉属于真核生物，细菌属于原核生物，两者在结构上最大的区别是有无以核膜为界限的细胞核，A正确；豆豉是中国传统特色发酵豆制品，富含蛋白质、各种氨基酸及多种维生素，具有一定的营养价值，B正确；加盐、加酒会改变蛋白质的空间结构，但不会破坏肽键，所以仍能与双缩脲试剂反应，C错误；发酵过程离不开多种蛋白质(蛋白酶、脂肪酶等)的参与，D正确。 C 解析：毛霉属于真核生物，细菌属于原核生物，两者在结构上最大的区别是有无以核膜为界限的细胞核，A正确；豆豉是中国传统特色发酵豆制品，富含蛋白质、各种氨基酸及多种维生素，具有一定的营养价值，B正确；加盐、加酒会改变蛋白质的空间结构，但不会破坏肽键，所以仍能与双缩脲试剂反应，C错误；发酵过程离不开多种蛋白质(蛋白酶、脂肪酶等)的参与，D正确。 12 （一）制作泡菜 1.制作泡菜的微生物 原核生物 （2）生产运用： 用于乳制品的发酵、泡菜的腌制。 (3) 分布: （4）常见类型： 广泛分布于空气、土壤、植物体表、人或动物的肠道内 乳酸链球菌 和乳酸杆菌 乳酸链球菌 乳酸杆菌 ——乳酸菌 二、 尝试制作传统发酵食品 生物类型： (1) 乳酸菌 异养厌氧型 代谢类型： 二分裂 生殖方式： 二、尝试制作传统发酵食品 （5） 发酵原理： 在无氧的情况下能将葡萄糖分解成乳酸 C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+能量 酶 （7）发酵条件： 适宜的 ； 根据室内温度控制发酵时间，严格控制 条件。 温度 厌氧 （一）制作泡菜 1.制作泡菜的微生物 ——乳酸菌 二、 二、尝试制作传统发酵食品 （6）菌种来源： 植物体表面天然的乳酸菌 乳酸含量0.4%~0.8%时，口味、品质最佳。 一、材料用具 (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。 (1)各种新鲜蔬菜均可，一般用白菜、洋白菜、黄瓜、豇豆、胡萝卜、白萝卜等。 亚硝酸盐的含量低 榨菜 15 1、配置盐水 清水与盐配置质量分数为5﹪-20﹪的盐 水，配制好后煮沸冷却。 ①盐的作用： ②盐水浓度要适宜的目的： ③盐水煮沸的目的： ④盐水冷却后使用的目的： 为了不影响乳酸菌的生命活动 调味，抑制其他微生物生长 过高，乳酸发酵将受抑制； 过低，杂菌易繁殖，导致泡菜变质 杀菌，去除水中的溶解氧 二、制作流程 2、新鲜蔬菜处理、装坛 蔬菜处理： 将鲜菜修整、洗涤、阳光下晾晒，到菜表皮萎焉时收下，切分成条状或片状。 装坛：泡菜坛消毒，将蔬菜混合均匀，装入泡菜坛内，装至半坛时放入蒜、生姜及其他香辛料，继续装至八成满 3、倒冷却盐水 将冷却好的盐水缓缓倒入，使盐水没过全部菜料，盖好坛盖。 4、封坛发酵 盖好坛盖。向坛盖边沿的水槽中注满水。 在发酵过程中，要注意经常补充水槽中的水，根据室内温度控制发酵时间。 1、配置盐水 2、新鲜蔬菜处理、装坛 3、倒冷却盐水 4、封坛发酵 如果加一些陈泡菜汁更好，相当于接种乳酸菌，减少腌制时间 二、制作流程总结 老盐水 三 、结果分析 1、用水封闭泡菜坛的目的是什么？这说明泡菜制作需什么条件？ 水封闭坛口起着使坛内与坛外空气隔绝的作用，这是最简易的造成无氧环境的方法。说明乳酸菌进行乳酸发酵需无氧环境。 2.如何制造泡菜制作中的“无氧环境”？ a.选择的泡菜坛要有很好的气密性； b.加入蔬菜后要注入盐水并没过全部菜料； c.盖上坛盖后要在坛盖边沿的水槽中注满清水。 4.制作泡菜往往要加入一些白酒，加入白酒有什么作用？ 白酒可抑制泡菜表面杂菌的生长， 它也是一种调味剂，可增加醇香感。 3、为什么泡菜坛只能装八成满？ A.在泡菜发酵初期，由蔬菜表面带入的大肠杆菌、酵母菌等较为活跃，它们可以进行发酵，发酵产物中有较多的二氧化碳，如果泡菜坛装的太满，发酵液可能会溢出坛外。 B.另外，泡菜坛装的太满，会使盐水不太容易完全淹没菜料，从而导致坛内菜料变质腐烂。 C.泡菜坛留有一定的空间，也更方便拿取泡菜。 5、你腌制的泡菜成功吗？色泽如何？口味如何? 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，酸甜咸辣味适宜，具有一定的香气，咀嚼后无渣等。 四.泡菜的制作过程分析 泡菜在发酵期间，由于乳酸菌的发酵作用，发酵产物乳酸不断积累，因此可以根据微生物的活动情况和乳酸积累量，将泡菜发酵过程分为三个阶段。 (1)发酵初期：蔬菜刚入坛时，其表面带入的微生物，主要以不抗酸的大肠杆菌和酵母菌等较为活跃,坛内尚有留存的O2， 等微生物呼吸作用，产生较多的CO2, 会有气泡从坛沿水槽内间歇性地放出，从而使坛内逐渐形成厌氧状态， 发酵开始。 酵母菌 乳酸 (2)发酵中期：由于初期乳酸发酵使乳酸不断积累，pH下降，厌氧状态形成，乳酸菌开始活跃，并产生大量乳酸，乳酸的积累量可达到0.6%～0.8%，pH为3.5～3.8。这一期间为泡菜完全成熟阶段，泡菜有酸味而且清香。 试分析此时期坛内其他微生物的活动情况及原因： ①由于pH的不适，大肠杆菌、酵母菌和其他霉菌的活动受到抑制； ②由于氧气耗尽，需氧型微生物的活动受到抑制。 (3)发酵后期：在此期间继续进行乳酸发酵，乳酸含量继续增加，可达1.0%以上。当乳酸含量达到1.2%以上时，发酵速度会逐渐变缓甚至停止，主要原因是______________________________。此阶段泡菜酸度过高，风味已不协调。 pH过低，乳酸菌的活动受到抑制 (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，绝大部分亚硝酸盐只是“过客”，随尿排出。 (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。 蔬菜水果 亚硝酸盐 pH、温度 微生物 亚硝胺 硝酸盐 硝酸盐还原菌 维生素C、E 和酚类物质 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 人类的某些癌症与亚硝胺(化学致癌因子)有关 亚硝酸盐 五、泡菜腌制中亚硝酸盐产生 资料:发酵初期，泡菜中微生物生长很快，将蔬菜中硝酸盐还原成亚硝酸盐，蔬菜中酚类物质和维生素C等将亚硝酸盐氧化，总体来说，生成的亚硝酸盐大于被氧化的，亚硝酸盐的含量逐步上升。微生物代谢活动将氧气消耗殆尽，泡菜坛中的环境不利于乳酸菌以外的其他微生物生长，生成的亚硝酸盐减少。同时，蔬菜中亚硝酸盐含量由于被氧化而减少，因此，亚硝酸盐的含量会逐渐下降并趋于一个相对稳定的数值。 注意：亚硝酸盐本身并不致癌，亚硝酸盐在 pH<7、40°C-60°C条件下会转化为亚硝胺（致癌、致畸和致突变）作用。 氧化 维生素C、E和酚类物质 亚硝胺 硝酸盐 亚硝酸盐 还原 硝酸盐还原菌等细菌 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？ 26 比色法 ②重氮化：亚硝酸盐+对氨基苯磺酸 重氮盐 酸性 ①酸化：对氨基苯磺酸 溶于盐酸 中 ③显色：重氮盐+ N-1－萘基乙二胺盐酸盐 玫瑰红色 ④比色：样品和标准比色液对比，估算亚硝酸盐含量 测定亚硝酸盐原理： 亚硝酸盐 拓展：进一步探究——估测亚硝酸盐含量： 小结：泡菜腌制中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的变化 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 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（乳酸菌比其他杂菌更耐酸。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） √ × × × × √ (1)制作传统泡菜是利用植物体表面天然的乳酸菌来进行发酵的 ( ) (2)发酵期间，乳酸会不断积累，当它的质量分数为0.04%～0.08%时，泡菜的口味、品质最佳 ( ) (3)选材装至半坛时，放入蒜瓣、生姜及其他香辛料，继续装满 ( ) (4)制备泡菜时，盐水煮沸后可以立即使用 ( ) (5)泡菜的制作前期需要通入氧气，后期应严格保持无氧条件 ( ) (6)泡菜在腌制过程中会有亚硝酸盐产生，腌制方法、时间长短和温度高低等条件都对亚硝酸盐的含量有影响 ( ) 【基础过关】 【典例】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？ 13天后食用比较好，亚硝酸盐含量低 盐水浓度高，杀死了乳酸菌等微生物 “陈泡菜水”含乳酸菌，可快速发酵产生乳酸 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？ 30 【检测1】泡菜在发酵期间，由于乳酸菌的发酵作用，乳酸不断积累，因此可以根据微生物的活动情况和乳酸积累量，将泡菜发酵过程分为三个阶段。下列说法错误的是(　　) A．初期由于含有氧气且pH较高，坛内存在其他微生物的生长 B．中期由于乳酸不断积累，厌氧状态形成，乳酸菌成为优势物种 C．后期由于乳酸含量继续增加，发酵速度会逐渐变缓甚至停止 D．整个发酵过程中亚硝酸盐含量不断增加，故泡菜要尽早食用 D C 【检测2】泡菜发酵的微生物主要是乳酸菌，而在发酵初期，水槽内经常有气泡产生，这些气泡产生的原因及成分分别是(　　) A．乳酸菌是兼性厌氧型微生物，初期进行有氧呼吸产生CO2；气体为CO2 B．因腌制过程中的盐进入蔬菜使蔬菜体积缩小，气体被排出；气体为空气 C．发酵初期活动强烈的是酵母菌，其利用氧产生的气体为CO2 D．乳酸菌在发酵过程中产生了热量，使坛内温度升高，空气受热膨胀排出；气体为空气 【检测3】利用卷心菜、黄瓜发酵制作泡菜过程中，乳酸菌、酵母菌细胞数量和pH的变化如图所示。回答下列问题： (1)自然界中，常见的乳酸菌有____________________。在细胞结构上，乳酸菌不同于酵母菌的显著区别是____________________，在代谢过程中，酵母菌区别于乳酸菌的代谢类型是____________。 乳酸链球菌和乳酸杆菌　 无核膜为界限的细胞核 兼性厌氧型　 (2)发酵初期，pH迅速下降的主要原因是______________________________。发酵中期，酵母菌通过____________(填“有氧呼吸”或“无氧呼吸”)进行增殖。在发酵过程中，酵母菌与乳酸菌间存在竞争关系，其强度的变化是____________________________ 。 (3)卷心菜发酵制作泡菜过程中，需要注意控制________________________，否则容易造成细菌大量繁殖，使___________的含量增加，影响泡菜的品质。 乳酸菌快速增殖，代谢产生了大量乳酸　 无氧呼吸 由小变大，再变小 腌制时间、温度、食盐的用量　 亚硝酸盐 解析：(1)自然界中，常见的乳酸菌有乳酸链球菌和乳酸杆菌。乳酸菌为由原核细胞构成的原核生物，酵母菌为由真核细胞构成的真核生物，所以在细胞结构上，乳酸菌不同于酵母菌的显著区别是无核膜包被的细胞核。乳酸菌只能进行无氧呼吸，酵母菌既能进行有氧呼吸也能进行无氧呼吸，因此在代谢过程中，酵母菌区别于乳酸菌的代谢类型是兼性厌氧型。(2)发酵初期，乳酸菌的数量远多于酵母菌，而且乳酸菌的增长速度也比酵母菌的快，说明发酵过程是在无氧条件下进行的，因此pH迅速下降的主要原因是乳酸菌快速增殖，代谢产生了大量乳酸。因发酵过程是在无氧条件下进行的，所以发酵中期，酵母菌通过无氧呼吸进行增殖。根据在发酵过程中乳酸菌与酵母菌种群数量的变化可推知，酵母菌与乳酸菌间的竞争强度的变化是由小变大，再变小。(3)在泡菜的腌制过程中，要注意控制腌制的时间、温度和食盐的用量，温度过高、食盐用量过低、腌制时间过短，容易造成细菌大量繁殖，使亚硝酸盐含量增加。 34 【检测4】回答下列有关泡菜制作的问题： (1)制作泡菜时，所用盐水要煮沸，其目的是______________________ 。为了缩短制作时间，有人还会在冷却后的盐水中加入少量陈泡菜液，加入陈泡菜液的目的是________________。 (2)泡菜制作过程中，乳酸发酵过程即乳酸菌进行___________的过程。该过程发生在乳酸菌的_____________中。 (3)泡菜制作过程中影响亚硝酸盐含量的因素有__________、________和____________等。 (4)从开始制作到泡菜质量最佳这段时间内，泡菜液逐渐变酸，这段时间内泡菜坛中乳酸菌和其他杂菌的消长规律是_________________________ ，原因是______________________。 杀灭盐水中的微生物并除去水中氧气 增加乳酸菌的数量　 无氧呼吸 细胞质基质　 温度 腌制时间　 食盐用量　 乳酸菌数量增多，杂菌数量减少　 乳酸菌比杂菌更耐酸 [解析]　(1)制作泡菜时需要先形成无菌环境，所用盐水需煮沸，以杀灭盐水中的微生物并除去水中氧气。想要缩短制作时间，应该缩短菌株的生长时间，陈泡菜液中含有一定量的乳酸菌，加入陈泡菜液可以使菌体数量扩增速度加快。(2)乳酸菌为厌氧菌，进行无氧呼吸产生乳酸，该过程只能在细胞质基质中进行。(3)温度过高、腌制时间过短、食盐用量不足等，容易造成杂菌大量繁殖，亚硝酸盐含量增加。(4)从开始制作到泡菜质量最佳这段时间内，氧气浓度逐渐降低，泡菜液逐渐变酸，不适宜杂菌生长，而适宜乳酸菌生长，因此乳酸菌数量增加，其他杂菌数量减少。 35 $$