第49讲 传统发酵技术的应用与发酵工程-【高效备考】备战2025年高考生物一轮复习精品课件

第49讲 传统发酵技术的应用与发酵工程 一、 传统发酵技术的应用 二、 发酵工程及其应用 课标要求 核心素养 1．获得纯净的微生物培养物是发酵工程的基础。 2．发酵工程为人类提供多样的生物产品 1．生命观念：通过认识乳酸菌、酵母菌和醋酸菌的结构和代谢类型与各类微生物都能适应其生活环境。 2．科学思维：根据微生物的代谢类型分析培养基的组成和配制。 3．科学探究：讨论并掌握无菌技术的实验操作方法；讨论并掌握微生物的纯培养的方法；讨论土壤中分解尿素的细菌的分离与计数的方法；掌握泡菜、果酒和果醋制作过程中发酵条件的控制。 4．社会责任：讨论泡菜的食品安全问题和认可发酵工程在生产上的重要应用价值。 一、 传统发酵技术的应用 1.发酵与传统发酵技术 ①概念： ②原理： ③类型： 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。 不同的微生物具有产生不同代谢产物的能力 需氧发酵 厌氧发酵 如：醋酸发酵、谷氨酸发酵 如：酒精发酵、乳酸发酵 (1)发酵 生产条件不易控制，易受杂菌污染，生产效率较低，产物不单一等 果酒、果醋、泡菜、酱油等的制作 ①概念： 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。 ②类型： 混合菌种的半固体发酵 ⑤应用： ④缺点： (2)传统发酵技术 混合菌种的固体发酵 ③实质： 有氧或无氧条件下的物质氧化分解 一、 传统发酵技术的应用 1.发酵与传统发酵技术 (1)腐乳制作 2.传统发酵食品的制作 ②菌种： 酵母，曲霉和毛霉等，主要是毛霉（真核） ①参与菌种： ②代谢类型： 异养需氧型 ③生殖方式： 孢子生殖 ④分适宜温度： 15-18℃ ①原理： 蛋白质 小分子的肽+氨基酸 脂肪 甘油+脂肪酸 一、 传统发酵技术的应用 蛋白酶 脂肪酶 曲霉 毛霉 (2)泡菜的制作 2.传统发酵食品的制作 ①菌种： ②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 植物体表面天然的乳酸菌(常见的有乳酸链球菌和乳酸杆菌) 一、 传统发酵技术的应用 乳酸链球菌（球状） 乳酸杆菌（杆状） 7 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。 杀菌、除氧 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 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； ③泡菜制作步骤： 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 注意 亚硝酸盐是硝酸盐还原菌促进硝酸盐还原形成的，而不是硝化细菌氧化氨形成的 少(有O2，乳酸菌活动受抑制) 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(乳酸继续积累,pH继续下降,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) 2.传统发酵食品的制作 一、 传统发酵技术的应用 ④泡菜发酵过程中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐含量的变化 思考：(选择性必修3 P8练习与应用)随泡菜的发酵时间的延长，亚硝酸盐的含量就会降低。是不是泡菜的发酵时间越长，越适合食用？_________________________________________________________________________________________________________________。 1.亚硝酸盐是硝酸盐还原菌促进硝酸盐还原形成的，而不是硝化细菌氧化氨形成的。 2.营造无氧环境的3项措施：选择的泡菜坛密封性要好；加入蔬菜后要注入煮沸冷却的盐水，使盐水没过全部菜料；盖上坛盖后要在坛盖边沿的水槽中注满水。 提示：不是，发酵时间过长会产生其他有害物质，同时乳酸含量过多，口味不佳 2.传统发酵食品的制作 一、 传统发酵技术的应用 (2)泡菜的制作 [易错提醒]　 (3)果酒和果醋的制作 2.传统发酵食品的制作 一、 传统发酵技术的应用 项目 制作果酒 制作果醋 菌种 代谢 异养 型 异养 型 发酵过程 条件 检测 兼性厌氧 需氧 ①原理和条件 有氧条件酵母菌有氧呼吸大量繁殖 无氧条件酵母菌进行酒精发酵 C6H12O6+6O2+6H2O 6CO2+12H2O+能量 酶 C6H12O6 2C2H5OH+2 CO2+能量 酶 当氧气、糖源充足时： 当缺少糖源时： 酶 C2H5OH ＋ O2 CH3COOH ＋ H2O C6H12O6＋2O2 2CH3COOH＋2CO2＋2H2O 酶 前期需氧后期不需氧(18～30℃) 一直需氧(30～35℃) 闻气味、品尝、酸性条件下的重铬酸钾(橙色→灰绿色) 酸碱指示剂(pH试纸)、闻气味、品尝 酵母菌 醋酸菌 ②果酒和果醋的制作步骤及目的 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 榨汁机榨取葡萄汁并装入发酵瓶,留约1/3的空间,盖好瓶盖; 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 防止冲洗掉皮上的野生酵母菌; 避免葡萄破损,减少杂菌污染机会 18-30℃发酵,每12h左右将瓶盖拧松一次,发酵时间为10-12d。 打开瓶盖，盖一层纱布，温度为30-35℃，时间为7-8d。 防止发酵液溢出，且酵母菌可以进行有氧呼吸大量繁殖 创造无氧环境进行酒精发酵,并可以防止好氧型微生物污染发酵液 创造有氧环境进行醋酸发酵 器具消毒 冲洗葡萄 榨汁装瓶 果酒发酵 果醋发酵 防止污染发酵液 目的 目的 目的 目的 目的 器具消毒 冲洗葡萄 榨汁装瓶 果酒发酵 果醋发酵 (3)果酒和果醋的制作 2.传统发酵食品的制作 一、 传统发酵技术的应用 产品 菌种微生物 微生物来源 微生物类型 发酵原理 腐 乳 泡菜 酿酒 醋 毛霉（主要） 乳酸菌 酵母菌 醋酸菌 好氧真菌 厌氧细菌 兼性厌氧真菌 好氧细菌 有氧呼吸利于繁殖； 无氧呼吸产生酒精。 空气中 植物表面 果皮表面 空气中 蛋白质 小分子肽+氨基酸 蛋白酶 C6H12O6 酶 2C3H6O3(乳酸)+ 能量 C6H12O6＋2O2→2CH3OOH＋ 2H2O +2CO2＋能量 酶 C2H5OH＋O2→CH3COOH＋H2O＋能量 酶 传统发酵菌种比较 (3)果酒和果醋的制作 2.传统发酵食品的制作 一、 传统发酵技术的应用 通用发酵装置 充气口 排气口 出料口 装置的使用：使用该装置制作果酒时，应该关闭充气口；制作果醋时，应将充气口连接充气泵，输入空气。 排出酒精发酵 时产生的CO2 排气口通过一个长而弯曲的胶管与瓶身连接，其目的是防止空气中微生物的污染 长而弯曲 用来取样,及时监测发酵进行的情況 发酵前期充气口打开，输入无菌空气让酵母茵增殖，后期关闭充气口，进行酒精发酵；在醋酸发酵时连接充气泵进行充气 ③果酒和果醋发酵改进装置及其分析 (3)果酒和果醋的制作 2.传统发酵食品的制作 一、 传统发酵技术的应用 (1)腐乳的制作需要多种微生物的参与，起主要作用的是曲霉(　　) (2)豆腐中的蛋白质被蛋白酶全部分解成了氨基酸(　　) (3)泡菜制作中选材装至半坛时,放入蒜瓣、生姜及其他香辛料，继续装满(　　) (4)泡菜的制作前期需要通入氧气，后期应严格保持无氧条件(　　) (5)泡菜坛的选择、发酵过程中坛沿要注满水都有利于泡菜的无氧发酵（ ） (6)泡菜制作过程可以随时取出食用不同酸味的泡菜（ ） (7)酵母菌通过有氧呼吸可以大量繁殖，通过无氧呼吸可以产生酒精(　　) (8)各种葡萄都可以酿制出红葡萄酒(　　) (9)由于醋酸菌对氧气的含量相当敏感，所以在醋酸发酵过程中要始终通入氧气(　　) (10)只有在糖源充足的情况下才能进行醋酸发酵(　　) (11)醋酸菌在无氧条件下利用乙醇产生乙酸（ ） (12)酵母菌是嗜温菌，所以果酒发酵所需的最适温度高于果醋发酵温度（ ） (13)在果酒发酵后期松松瓶盖的间隔时间可延长（ ） (14)在家庭中用新鲜葡萄制作果酒时，需给发酵装置适时排气（ ） (15)在制作葡萄酒的过程中，应先去除葡萄的枝梗，再进行反复冲洗，这样才可以洗得彻底（ ） 易错辨析 情境分析 图1表示同学甲设计的制作果酒的发酵装置示意图，回答下列问题。 增加发酵液中的溶解氧； 增大营养物质与酵母菌的接触 发酵初期为什么利用充氧泵向发酵液充气？ 增设空气过滤器的作用是？ 过滤空气中的细菌,防止杂菌污染 装置中利用水封的回旋式单向阀排气的优点是？ 有利于发酵产生的气体自动排出 15 1.发酵工程的概念 发酵工程是指利用 的特定功能，通过 ，规模化生产对人类有用的产品。 微生物 现代工程技术 二、 发酵工程及其应用 接种 灭菌 发酵罐内发酵 分离提纯产物 获得产品 选育菌种 扩大培养 配制培养基 中心环节 2.发酵工程基本环节 二、 发酵工程及其应用 灭菌 选育菌种 扩大培养 配制培养基 2.发酵工程基本环节 接种 发酵罐内发酵 分离提纯产物 获得产品 获得更多的菌种 ①从 中筛选 ②通过 ， 获得 自然界 诱变育种或 基因工程育种 在菌种确定后选择原料，反复实验确定培养基配方 培养基和发酵设备都必须严格灭菌 无菌 条件 ①了解发酵进程:随时检测培养液中的__________ 等 ②及时添加必需的营养组分 ③严格控制 等发酵条件 微生物数量、 产物浓度 温度、pH和溶解氧 ①发酵产品是微生物细胞本身：在发酵结束之后，采用 等方法将菌体分离和干燥 ②发酵产品是代谢物：根据产物的性质采取适当的提取、 措施来获得产品 过滤、沉淀 分离和纯化 选择发酵工程用的菌种时，需要考虑的因素有？ 在低成本的培养基上能迅速生长繁殖；产量高；发酵条件易控制；菌种不易变异、退化等 培养物或营养物质的加入口 观察孔 取样管 电动机 排气管 pH计 冷却水排出口 冷却夹层 发酵液 搅拌叶轮 生物传感器装置 空气入口 温度传感器和控制装置 冷却水进入口 阀门 放料管 编号 主要用途 A区 B区 C区 D区 控制培养物以一定速度进入、流出发酵罐，实现连续培养 通过肉眼观察、仪器检测等监控发酵条件以及发酵过程。 取样器也可以通过取样判断发酵状态和程度。 通过控制冷水流速调节罐温 电机带动叶轮转动进行搅拌，使微生物与发酵液混合均匀，加快氧气溶解以及散热。 调节罐压 二、 发酵工程及其应用 发酵罐示意图及功能介绍 发酵 7 消毒 8 终止 大麦种子发芽，释放淀粉酶。 加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活。 将干燥的麦芽碾磨成麦芽粉。 淀粉水解形成糖浆。 产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌。 酵母菌将糖转化为酒精和CO2 杀死啤酒中的大多数微生物，延长它的保存期。 过滤、调节、分装啤酒进行出售。 发芽 1 2 焙烤 3 碾磨 4 糖化 蒸煮 5 主发酵 后发酵 6 3.啤酒的工业化生产流程 二、 发酵工程及其应用 情境分析 生产啤酒时，需进行后发酵的原因是 主发酵结束后，发酵液不适合饮用，要在低温、密闭的环境下储存一段时间后进行后发酵，这样才能形成澄清、成熟的啤酒 使菌种与发酵底物更能充分接触，提高发酵效率 发酵罐中设计搅拌叶轮进行搅拌的意义是? 我国是世界上啤酒的生产和消费大国,啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵 制成的,发酵过程分为主发酵和后发酵两个阶段： 20 ①生产条件________。 ②原料来源丰富且____________。 ③产物________。 ④废弃物对环境的污染______、容易处理等。 温和 价格低廉 专一 小 二、 发酵工程及其应用 4.发酵工程的应用 （1）发酵工程的优点： （2）发酵工程的应用： 食品工业、医药工业、农牧业、其他方面。 ①生产传统的发酵产品。 ②生产各种各样的 。 ③生产 。 食品添加剂 酶制剂 食品工业： 二、 发酵工程及其应用 4.发酵工程的应用 （2）发酵工程的应用： 医药工业： 农牧业： 动植物基因 微生物 直接改造微生物 转入 微生物 病原体的抗原基因 转入 发酵 工程 药物 药物 疫苗 各种抗生素、氨基酸、激素、免疫调节剂 ②生产微生物农药 ③生产微生物饲料 ①生产微生物肥料 食品工业： 其他方面： 利用了微生物在代谢过程中产生的有机酸、生物活性物质等来增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长。 用微生物或其代谢物来防治病虫害。 通过发酵获得大量的微生物菌体，即单细胞蛋白，可以作为食品添加剂，也可用于制成微生物饲料。 (选择性必修3 P27异想天开)单细胞蛋白是以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵获得的大量的微生物________。其不仅含有丰富的________，还含有糖类、________和维生素等物质。 二、 发酵工程及其应用 4.发酵工程的应用 （2）发酵工程的应用： 菌体　 蛋白质　 　脂质 医药工业： 农牧业： 食品工业： 其他方面： ②极端微生物的应用：嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产 ， 嗜低温菌有助于提高 的产量。 ①利用纤维废料发酵生产 等能源物质。 酒精、乙烯 洗涤剂 热敏性产品 (1)在青霉素生产过程中如果污染了杂菌，某些杂菌会分泌酶将青霉素分解掉(　　) (2)谷氨酸的发酵生产：在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酰胺；在酸性条件下则容易形成谷氨酸和N－乙酰谷氨酰胺(　　) (3)以谷物或水果作原料，利用醋酸菌发酵生产各种酒类(　　) (4)单细胞蛋白是通过发酵产生的大量微生物分泌蛋白(　　) (5)发酵工程一般用半固体培养基(　　) (6)在发酵工程中，可通过诱变育种、基因工程育种获得菌种（ ） (7)分离、提纯酵母菌发酵生产的单细胞蛋白，可采用过滤、沉淀等方法（ ） (8)在连续培养过程中补充的同种培养液和空气须先灭菌（ ） (9)乳酸菌可以代替酵母菌用于乙醇的生产（ ） (10)发酵罐中微生物的生长繁殖、代谢物的形成速度都与搅拌速度有关（ ） (11)单细胞蛋白是从微生物细胞中提取出来的（ ） 易错辨析 √ 1．(2023·山东等级考)以下是以泡菜坛为容器制作泡菜时的4个处理：①沸盐水冷却后再倒入坛中；②盐水需要浸没全部菜料；③盖好坛盖后，向坛盖边沿的水槽中注满水；④检测泡菜中亚硝酸盐的含量。下列说法正确的是(　　) A．①主要是为了防止菜料表面的醋酸菌被杀死 B．②的主要目的是用盐水杀死菜料表面的杂菌 C．③是为了使气体只能从泡菜坛排出而不能进入 D.④可检测到完整发酵过程中亚硝酸盐含量逐渐降低 经典真题 √ 2．(2021·湖北选择考)我国的许多传统美食制作过程蕴含了生物发酵技术。下列叙述正确的是(　　) A．泡菜制作过程中，酵母菌将葡萄糖分解成乳酸 B．馒头制作过程中，酵母菌进行呼吸作用产生CO2 C．米酒制作过程中，将容器密封可以促进酵母菌生长 D．酸奶制作过程中，后期低温处理可产生大量乳酸杆菌 经典真题 √ 3．(2021·江苏选择考)某同学选用新鲜成熟的葡萄制作果酒和果醋。下列相关叙述正确的是(　　) A．果酒发酵时，每日放气需迅速，避免空气回流入发酵容器 B．果酒发酵时，用斐林试剂检测葡萄汁中还原糖含量变化，砖红色沉淀逐日增多 C．果醋发酵时，发酵液产生的气泡量明显少于果酒发酵时 D．果醋发酵时，用重铬酸钾测定乙酸含量变化，溶液灰绿色逐日加深 经典真题 4．(2022·湖北选择考)废水、废料经加工可变废为宝。某工厂利用果糖生产废水和沼气池废料生产蛋白质的技术路线如下图所示。下列叙述正确的是(　　)   A．该生产过程中，一定有气体生成 B．微生物生长所需碳源主要来源于沼气池废料 C．该生产工艺利用微生物厌氧发酵技术生产蛋白质 D．沼气池废料和果糖生产废水在加入反应器之前需要灭菌处理 √ 经典真题 $$