1.1传统发酵技术的应用课件 2024—2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

传统发酵技术的应用 1 2 学习目标： 1.知识目标：说出发酵的概念，举例说出传统发酵技术的应用，说出泡菜的制作原理。 2.方法目标：通过实验探究掌握泡菜的制作方法。 3.思维目标：通过探究泡菜的制作原理及过程培养科学探究思维。 4.情感目标：关注食品安全，倡导健康的生活方式。 5.素养目标：通过对传统发酵技术应用的学习，强化正确的生命观念。 科技探索之路 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。 1857年，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。 独立学习（8分钟） 认真阅读教材4-7页文字描述，完成导学案基础内容。 发酵与传统发酵技术 发酵是指人们利用微生物，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。 传统发酵技术是指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存下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术。 传统发酵技术的特点： 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。 食品：腐乳，酱油，酱，醋，泡菜和豆豉等。 6 尝试制作传统发酵食品 一、制作腐乳 1. 菌种： 酵母，曲霉和毛霉等，毛霉（真核） （1） 菌种来源： 空气中的毛霉 （2） 代谢类型： 异养需氧型 2. 制作原理： （3） 适宜温度： 15-18℃ 蛋白质----小分子的肽和氨基酸 味道鲜美，易于消化吸收， 而腐乳本身又便于保存。 7 让豆腐上长出毛霉 加盐腌制 加卤汤装瓶 密封腌制 实验设计 温度控制15－18℃； 豆腐的水分控制在70％左右。 析出豆腐中水分，并抑制微生物生长避免豆腐腐败变质。 抑制微生物的生长并使腐乳有香味(酒、香辛料)。 封瓶时瓶口通过酒精灯火焰防止瓶口被污染。 2. 方法步骤 二、探究·实践 制作泡菜 乳酸杆菌 乳酸链球菌 乳酸菌(原核生物) 泡菜制作过程中的微生物 代谢类型：异养厌氧型 独立学习（ 6分钟 ） 认真阅读教材5-6页，完成导学案基础内容。 1.制作泡菜的原理 （1)利用植物体表面天然的乳酸菌进行无氧呼吸发酵； (2)发酵期间，乳酸会不断的积累，当它的质量百分比为0.4%~0.8%时，泡菜的口味、品质最佳。 （3）反应式： C6H12O6 →2C3H6O3（乳酸）+能量 酶 食盐、清水、新鲜蔬菜、蒜瓣、生姜及其他香辛粉、泡菜坛或其他密封性良好的罐子。 11 2.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)各种蔬菜（选新鲜蔬菜或其他原料，因为亚硝酸盐的含量低）均可，一般用白菜、洋白菜、黄瓜、豇豆、胡萝卜、白萝卜等。 榨菜 12 3.制作流程 配制盐水 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； 原料处理、蔬菜装坛 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； ①盐的作用： ②盐水浓度要适宜的目的： ③盐水煮沸的目的： 调味；抑制其他微生物生长 过高：口味不佳，乳酸发酵受抑制； 过低：杂菌易繁殖，导致泡菜变质。 杀菌；去除水中的溶解氧 ④为什么泡菜坛只能装八分满？ 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。 同伴互助（10分钟）+激情展示（7分钟） 加盐水 将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过菜料，盖好坛盖 封坛发酵 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； 给泡菜坛内创造无氧环境， 严格控制厌氧条件 泡菜制作需要在无氧条件下进行 ⑤用水密封泡菜坛的目的： ⑥以上说明泡菜制作需要什么条件？ ⑦为什么在泡菜制作过程中要保持无氧环境？ 制作泡菜所用的菌种是乳酸菌，乳酸菌是一种厌氧菌，只有在无氧环境中才会进行乳酸发酵。 ⑧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。 ⑨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。 ⑩泡菜制作过程中，是否只有乳酸菌起作用？ 不是，还有一些酵母菌和大肠杆菌 4.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 泡菜好吃，但不宜多吃，泡菜中亚硝酸盐会危及人体健康 5、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 细菌等微生物 (硝酸还原菌产生硝酸还原酶) 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？ 18 总结提升（10分钟）：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 发酵前期 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） 亚硝酸盐(包括亚硝酸钾和亚硝酸钠)为白色粉末，易溶于水，在食品生产中用作食品添加剂。 自然界中，亚硝酸盐分布广泛。膳食中的亚硝酸盐一般不会危害人体健康。但是，当人体摄入的亚硝酸盐总量达到0.3～0.5g时，会引起中毒，达3g时会引起死亡。 我国食品卫生标准规定的亚硝酸盐含量标准：亚硝酸盐的残留量在肉制品中不得超过30mg/kg，酱腌菜中不得超过20mg/kg ，婴儿奶粉中不得超过2mg/kg。 资料拓展: 膳食中的绝大多数亚硝酸盐在人体内以“过客”的形式随尿排出，只有在特定的条件下(适宜的PH、温度和一定的微生物作用)，才会转变成致癌物——亚硝胺。 大量动物实验表明，亚硝胺具有致癌作用，同时对动物具有致畸和致突变作用。研究表明，人类的某些癌症可能与亚硝胺有关。 资料拓展: 原理： 盐酸酸化条件下，亚硝酸盐与对氨基苯磺酸发生重氮化反应后，能与N-1-萘基乙二胺盐酸盐结合使溶液颜色变为玫红色。 资料拓展: 1.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。 达标检测（5分钟） 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？ 23 2.泡菜是一种传统美食,世界各地都有泡菜的影子。涪陵榨菜、欧洲酸黄瓜和德国甜酸甘蓝并称为“世界三大名腌菜”。请回答下列问题: (1)泡菜是利用________在____条件下大量繁殖并发酵产生乳酸制作而成的。 (2)在制作泡菜时,用清水和食盐配制质量百分比为__________的盐水，加入“陈泡菜水”的作用是__________________________________。 (3)__________、__________和____________等因素能造成泡菜腌制过程中细菌大量繁殖、亚硝酸盐含量增加的现象。 (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______________________。 乳酸菌 无氧　 5%~20% 增加乳酸菌含量　 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 温度过高 食盐用量过低 腌制时间太短 [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。 24 尝试制作传统发酵食品 三、制作果酒 1. 菌种： 酵母菌（单细胞真菌-真核生物） （1） 菌种来源： 含糖量较高的水果蔬菜表面 （2） 代谢类型： 异养兼性厌氧型 （3） 应用： 用于酿酒，制作馒头和面包等 2. 发酵原理： 在无氧的情况下能将葡萄糖分解成酒精和二氧化碳 C6H12O6 2C2H5OH（酒精）+2CO2+能量 酶 （4） 最适生长温度和时间： （酿酒酵母）28℃ 10-12d 25 尝试制作传统发酵食品 三、制作果醋 1. 菌种： 醋酸菌（原核生物-好氧细菌） （1） 菌种来源： 空气 （2） 代谢类型： 异养需氧型 （3） 应用： 用于酿醋 2. 发酵原理： （4） 最适生长温度和时间： 30-35℃ 7-8d 当O2、糖源充足时 C6H12O6 +2O2 2CH3COOH（乙酸）+2H2O+2CO2+能量 酶 当糖源不足时：乙醇-乙醛-乙酸 C2H5OH +O2 CH3COOH（乙酸）+H2O+能量 酶 26 尝试制作传统发酵食品 三、制作果酒和果醋 2. 方法步骤 发酵设备消毒 冲洗沥干 榨汁 酒精发酵 挑选葡萄 醋酸发酵 果酒 果醋 闻气味，品尝，酸性条件下重铬酸钾由橙色变为灰绿色。 酒精产物检测： 产物检测：酸碱指示剂（pH试纸），闻气味，品尝。 27 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 在有氧条件下： 在无氧条件下： 氧气、糖源都充足时： 缺少糖源时： 发酵 条件 温度 时间 氧气 酵母菌 3.果酒制作与果醋制作的比较 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 请结合教材P7“探究·实践二”，制作果酒和果醋，回答下列问题： (1)从防止材料被污染的角度思考是先冲洗葡萄还是先去梗，并阐述其原因。 (2)为什么葡萄处理时不能够反复冲洗？ (3)为什么将葡萄汁装入发酵瓶时要留1/3空间？ 小组讨论（10分钟）+激情展示（8分钟） 应该先冲洗葡萄再去梗。防止先去梗时损伤葡萄，再冲洗时增加被杂菌污染的机会。 反复冲洗会洗去吸附在葡萄表面的酵母菌菌种，不利于发酵的进行。 先让酵母菌进行有氧呼吸快速繁殖，消耗完氧气后再进行酒精发酵；同时防止发酵过程中因为产生CO2造成发酵液溢出。 (4)制作葡萄酒过程中，每隔12h左右拧松一次瓶盖，目的是什么？能否打开瓶盖？为什么？ (5)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。盖上一层纱布的目的是什么？ (6)制作葡萄酒时，为什么要将温度控制在18～30 ℃？制作葡萄醋时，为什么要将温度控制在30～35 ℃？ 拧松瓶盖是为了放出CO2,防止发酵瓶爆裂。不能打开瓶盖，避免杂菌污染。 防止发酵液被污染。 温度是影响酵母菌和醋酸菌生长和发酵的重要因素。酿酒酵母的最适生长温度为28 ℃。因此需要将温度控制在其最适温度范围内。而醋酸菌是嗜温菌，最适生长温度为30～35 ℃，因此要将温度控制在30～35 ℃。 (7)在制作果酒和果醋的过程中，发酵液分别有哪些变化？其中最明显的变化发生在发酵后多少天？引起变化的原因是什么？ (8)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？ 在葡萄酒的制作过程中，发酵液中会出现气泡，这是因为酵母菌发酵产生了CO2;如果是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。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膜，这是醋酸菌膜。 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、甘油、酒石酸等，从而使果酒变质。可以通过调节发酵的温度、果酒的pH等来控制乳酸菌的含量。果汁中的糖也是醋酸菌重要的碳源和能源。在有氧的情况下，醋酸菌能把糖分解成醋酸；在缺少糖源的情况下，乙醇便是醋酸菌的碳源和能源，它将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为醋酸。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O2含量，可以抑制醋酸菌的生长繁殖。此外，通过调节发酵的温度、果酒的pH等同样可以控制醋酸菌的含量。 (9)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。 有三位同学分别采用了三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？ 出料口： 用来检测，放出发酵产物。 充气口： 连接气泵，充入氧气从而有利 于醋酸菌进行有氧呼吸，提高 发酵效率 排气口： 排出发酵过程中产生的二氧化碳。 排气口连有弯曲胶管：防止空气中微生物的污染。 改进：在充气口填充棉花或其他过滤装置，以防止充入的气体携带外来杂菌污染发酵液。 果酒发酵与果醋发酵的装置 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 便于取样监测 关闭 关闭 2025/1/22 在上述传统发酵食品：利用天然菌种，菌种差异，杂菌情况不明，发酵过程控制缺乏标准，易造成发酵食品品质不一。 工业大规模生产：先通过微生物培养技术获得单一菌种，再将它们接种到物料中进行发酵，从而缩短发酵时间，确保品质稳定。 1.微生物发酵可用于食品加工。下列叙述错误的是(　　) A．葡萄酒发酵的温度若超过30 ℃，则需要采取适当的降温措施 B．制作果酒时，向果汁中加入一定量蔗糖，可提高果酒酒精含量 C．制作果醋时，应持续向发酵装置中通入洁净空气 D．从果醋中分离出的菌种可用于制作酸奶 2.某同学在线提交了在家用带盖玻璃瓶制作果酒和果醋的实验报告，他的做法错误的是(　　) A．选择新鲜的葡萄略加冲洗，除去枝梗后榨汁 B．将玻璃瓶用酒精消毒后，装满葡萄汁 C.酒精发酵期间，根据发酵进程适时拧松瓶盖放气 D.酒精发酵后去除瓶盖，盖一层纱布，再进行醋酸发酵 D B 达标检测（4分钟） 3.(不定项)下列关于传统发酵技术应用的叙述，不正确的是(　　) A.利用乳酸菌制作酸奶过程中，先通气培养，后密封发酵 B.家庭制作果酒、果醋和腐乳通常都不是纯种发酵 C.果醋制作过程中发酵液pH逐渐降低，果酒制作过程中情况相反 D.毛霉主要通过产生脂肪酶、蛋白酶和纤维素酶参与腐乳发酵 ACD 果酒和果醋含丰富的有机酸、氨基酸、维生素，有良好的营养和保健作用，受到消费者的喜爱。请根据果酒和果醋的制作流程和装置回答有关问题: （1）图中A过程指 ,B过程是指 ,去除葡萄的枝梗应在A过程 (填“之前”或“之后”)。 （2）图中酒精发酵和醋酸发酵中涉及的主要微生物在细胞结构上的主要区别是 。 （3）从装置图可以看出，加入发酵瓶中的果浆只占发酵瓶的2/3，目的是 。 （4）制果醋时，要适时通过[ ] 进行充气，原因是 。 冲洗沥干 酒精发酵 之后 是否有以核膜为界的细胞核 让酵母菌在有氧条件下大量繁殖 ① 充气口 醋酸菌是需氧型细菌，发酵过程需要氧气的参与 到社会中去 发酵产品 微生物 发酵产品 微生物 馒头 酵母菌 酸奶 乳酸菌 酒 酵母菌 奶酪 乳酸菌等 泡菜 乳酸菌 醋 醋酸菌 常见的发酵产品及其发酵使用的微生物 $$