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

1.1 传统发酵技术的应用 从社会中来-p4 From society - p4 “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）诗中提及的葡萄酒是人类利用微生物发酵技制作而来的。通过微生物的发酵作用还可以制作葡萄醋。葡萄酒和葡萄醋都是以葡萄为原料发酵而来的饮品，为什么一个是醇厚浓郁、耐人寻味的酒，一个却是酸味柔和、口感绵长的醋呢？它们的制作方法有什么不同？你想不想自己动手制作葡萄酒和葡萄醋呢？ Fermentation 发酵-p5 1、定义：指的是人们利用微生物，在适宜的条件下，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。 2、原理：不同的微生物具有产生不同的代谢物的能力，因此利用它们就可以生产出人们所需要的多种产物。 Fermentation 发酵-p5 1、定义：指的是人们利用微生物，在适宜的条件下，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。 代谢类型=同化作用+异化作用 同化作用 自养型 异养型 异化作用 需氧型 兼性厌氧型 厌氧型 发酵类型 需氧发酵 （醋酸发酵、谷氨酸发酵） 厌氧发酵 （酒精发酵、乳酸发酵） 氧气充足 严格无氧 Traditional fermentation techniques 传统发酵技术-p5 1、定义：指的是像豆腐的发酵这样的，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：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。 3、优点：操作简单 4、缺点：生产条件不易控制、容易受杂菌污染、生产效率低、产物不单一 Fermented Bean Curd Production - p5 腐乳的制作-p5 1、所用微生物：酵母、曲霉和毛霉（主要） 毛霉属于真菌、最适生长温度为15-18℃、代谢类型为异养需氧型、繁殖方式为孢子繁殖。 2、反应变化：①蛋白质 小分子肽和氨基酸 ②脂肪 甘油和脂肪酸 蛋白酶 脂肪酶 3、制作流程： Kimchi Making - p5/6 泡菜的制作-p5/6 1、所用微生物：乳酸菌（细菌——原核生物） 代谢类型：异养厌氧型 生殖方式：二分裂（原核生物） 常见实例：乳酸链球菌、乳酸杆菌 分布：自然界广泛分布，空气、土壤、植物体表、人或动物的肠道内 2、原理：C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+能量 酶 3、菌种来源：植物体表天然的乳酸菌 Kimchi Making - p5/6 泡菜的制作-p5/6 4、制作流程： Kimchi Making - p6 泡菜的制作-p6 盐水浓度过高：抑制乳酸菌的生长，会延长泡菜周期，亚硝酸盐会影响泡菜的风味，还会存在食品安全问题。 盐水浓度过低：易于杂菌繁殖，导致泡菜变质。 煮沸的目的：①灭菌②除去水中的氧气，严格控制无氧环境。 冷却的目的：避免高温将入坛微生物杀死 新鲜蔬菜：放置时间长的蔬菜亚硝酸盐含量会过高，不适合泡菜的制作，易变质。 晾干的目的：避免引入杂菌 ①发酵初期，蔬菜表面带入的大肠杆菌、酵母菌等，较为活跃，发酵产物中产生较多的二氧化碳，使发酵液外溢，造成杂菌污染。 ②装的太满，盐水不易完全淹没蔬菜，导致蔬菜腐败变质 ③便于泡菜的取用。 5、具体步骤： ①用清水和实验配制质量分数为5%-20%的盐水，并将盐水煮沸，冷却待用。 ②将新鲜蔬菜洗净，切成块状或者条状，混合均匀，晾干后装入泡菜坛内；装至半坛时，放入蒜瓣、生姜及其他香辛料，继续装至八成满 ③将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使得盐水完全没过全部菜料，盖好坛盖。 ④向坛盖边沿的水槽中注满水，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。 注水：利用液封原理，使得坛内空气与坛外空气无法流通，保证坛内为无氧环境，利于乳酸发酵过程。 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，亚硝酸盐含量增加，一般在腌制6d左右，亚硝酸盐含量开始下降。在腌制10d后，泡菜中亚硝酸盐含量较低，利于食用。 Kimchi Making - p6 泡菜的制作-p6 6、泡菜制作的发酵过程中各物质含量（亚硝酸盐、乳酸菌、乳酸）的变化： 由于装坛只有八分满，此时坛内氧气充足，多种微生物（比如酵母菌、硝酸盐还原菌）都可以进行有氧呼吸，产生二氧化碳，坛沿水槽会有部分气泡产生，硝酸盐还原菌可以将硝酸盐还原成亚硝酸盐，使得亚硝酸盐的含量增加，由于是有氧环境，乳酸菌的活性将受到抑制，乳酸含量较少 由于乳酸发酵，乳酸不断积累、pH降低，无氧状态形成，乳酸菌活跃，产生大量乳酸;同时由于pH降低、O2耗尽，酵母菌、大肠杆菌等其他微生物活动受抑制。这一时期为泡菜完全成熟阶段。 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） 最多（乳酸菌比其他杂菌更耐酸。乳酸积累，抑制其他菌活动） 减少（乳酸积累，pH下降，抑制其活动） 少 积累增多，pH下降 继续增多，最后保持稳定，pH继续下降。 增加（硝酸盐还原菌的作用） 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） 下降至相对稳定（硝酸盐还原菌被完全抑制） Kimchi Making - p6 泡菜的制作-p6 Kimchi Making - p8 泡菜的制作-p8 典例：（教材P8拓展应用2）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？ 11—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，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 Kimchi Making - p8 泡菜的制作-p8 7、成果检测： ①泡菜质量可以根据泡菜的色泽和风味进行初步的评定； ②通过在显微镜下观察乳酸菌的形态和数目； ③根据亚硝酸盐的含量来评定。 一般来说，腌制成功的泡菜汤清亮，无浮沫，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。 The production of fruit wine and fruit vinegar - p8 果酒、果醋的制作-p8 1、所用微生物：（果酒）酵母菌；（果醋）醋酸菌 认识酵母菌（P7）： ①属于真菌——真核生物 ②最适生长温度：28℃ ③代谢类型：异养兼性厌氧型 ④生殖方式：出芽生殖、孢子生殖 认识醋酸菌（P8）： ①属于细菌——原核生物 ②最适生长温度：30-35℃ ③代谢类型：异养需氧型（异养好氧型） ④生殖方式：二分裂 2、原理：C6H12O6 2C2H5O2（酒精）+2CO2+能量 （当糖源充足时）C6H12O6 2CH3COOH（乙酸）+2H2O+2CO2+能量 （当糖源不足时）C2H5O2 CH3COOH（乙酸）+H2O+能量 酶 酶 酶 注：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。 3、制作流程： The production of fruit wine and fruit vinegar - p8 果酒、果醋的制作-p8 The production of fruit wine and fruit vinegar - p8 果酒、果醋的制作-p8 4、详细步骤： ①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。 ②取新鲜葡萄，先用清水冲洗1-2次，再去除枝梗和腐烂的籽粒，沥干。 ③用榨汁机榨取葡萄汁，将葡萄汁装入发酵瓶中（注意：要留有大约1/3的空间），盖好瓶盖。 ④将温度控制在18-30℃进行发酵。在发酵过程中，每隔12h左右将瓶盖拧松一次（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监测。 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。发酵温度为30-35℃，时间为7-8d 目的：消毒，防止器具内的杂菌污染。 先后顺序：防止果皮破损，减少杂菌污染 冲洗：洗去果皮表面的尘土 冲洗次数不宜过多：防止洗去果皮表面的菌种。 ①防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出。 ②保留部分O2，在发酵初期，使发酵液中的酵母菌可以大量繁殖，提高发酵效率。 定期拧松瓶盖：发酵过程中有CO2产生，使瓶内气压升高，需要适时将瓶盖拧松，进行排气，平衡瓶内外气压，防止发酵液冲出 不是打开瓶盖：防止破坏无氧环境；避免引入杂菌 盖纱布：防止灰尘落入发酵瓶（虽然暴露在空气外，但是pH过低不适合杂菌生长。） The production of fruit wine and fruit vinegar - p8 果酒、果醋的制作-p8 4、成果检测： 闻味、品尝、显微镜观察酵母菌 用酸性条件下的重铬酸钾溶液检测 （橙色→灰绿色） 闻味、品尝、观察醋酸菌膜是否形成 显微镜观察醋酸菌； 使用pH试纸检测检测和比较发酵前后的pH值； The production of fruit wine and fruit vinegar - p8 果酒、果醋的制作-p8 （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。 可以通过减少O2含量、调节发酵温度、pH来控制醋酸菌含量。 ③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。 乳酸菌能将糖分解为甘油、酒石酸等，从而使果酒变质。 5、结果分析与评价： （3）在制作果醋的过程中，酵母菌是否还会继续发酵？ 不会。发酵温度、pH不利于酵母菌生长，因此酵母菌活性很低。 醋酸菌从何而来？采用什么措施可以加快果醋的制作？ 人工接种醋酸菌或直接打开瓶盖，让空气中的醋酸菌在发酵液中大量繁殖。 在工业上 , 后期醋的发酵需要人工接种醋酸菌。 5、结果分析与评价： The production of fruit wine and fruit vinegar - p8 果酒、果醋的制作-p8 The production of fruit wine and fruit vinegar - p8 果酒、果醋的制作-p8 6、发酵装置改进： 为什么排气口胶管长而弯曲？ 防止空气中微生物的污染 该装置还能继续改进吗？ 可以在充气口填充棉花或者安装其他过滤装置，以防止充入的气体携带外来杂菌污染发酵液等 $$