1.1 传统发酵技术的应用-【生物好课】2024-2025学年高二生物同步教学课件（人教版2019选择性必修3）

从传统发酵技术到发酵工程 科学家发现了酶在酵母菌发酵中的作用。 1897年 用微生物生产谷氨酸获得成功，酶制剂、多糖、维生素发酵工业兴起。 1957年 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。 20世纪80年代以后 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。 1857年 利用发酵工程大规模生产青霉素，抗生素发酵工业兴起。 20世纪40年代 基因工程、细胞工程等发展，人胰岛素和干扰素大量生产。 20世纪70年代以后 1900 1940 1960 1850 1980 1970 约9000年前 我们祖先就会利用微生物将谷物、水果发酵为含酒精的饮料。 第1章 发酵工程 第1节 传统发酵技术的应用 本节聚焦 1.掌握传统发酵技术的概念和特点，说出常见的传统发酵食品。 2.掌握制作泡菜、果酒和果醋的原理及操作时应注意的问题，体验制作 泡菜、果酒和果醋的过程;说出传统发酵技术的优点与不足。 3.关注食品安全和健康的生活方式。 问题探讨 讨论：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？ 诗中提及的葡萄酒是人类利用微生物发酵制作而来的。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。 葡萄酒和葡萄醋都是由葡萄发酵而来，但是一个经酵母菌无氧呼吸 产生了酒精，另一个经醋酸菌有氧呼吸产生了醋酸，因此口感不同。 一、发酵与传统发酵技术 1.古代酿酒的方法 利用附着在谷物、水果等表面的微生物自然发酵。 ? 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。此后，人们才开始了解发酵的本质。 2.发酵 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。 ①概念： ②原理： 不同的微生物具有产生不同代谢产物的能力，因此利用它们就可以生产出人们所需要的多种产物。 （同一种微生物处于不同环境条件下，代谢途径也会出现差异。） ③类型： 需氧发酵 厌氧发酵 醋酸发酵 酒精发酵 谷氨酸发酵 乳酸发酵 一、发酵与传统发酵技术 3.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。 ①概念： ②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。产品容易受杂菌污染，生产效率较低。 ③举例 醋（醋酸菌）、腐乳（毛霉）等 酱、酱油（曲霉）、 泡菜（乳酸菌）、 ①原料：豆腐（含水量70%）。 4.实例——腐乳制作 ②菌种：酵母、曲霉和毛霉等，其中起主要作用的是毛霉。 ③发酵原理： 一、发酵与传统发酵技术 蛋白质 肽 氨基酸 酵母、曲霉和毛霉等多种微生物 + 蛋白酶 (毛霉起主要作用) 4.实例——腐乳制作 一、发酵与传统发酵技术 ④制作流程： 让豆腐长出毛霉 直接利用空气中的毛霉孢子或者直接接种毛霉（15-18℃，一定湿度） 目的：让毛霉等产生蛋白酶 加盐腌制 目的：析出豆腐中的水分、抑制不需要的微生物生长 加卤汤装瓶 卤汤包括酒和香辛料 酒（12%）：抑制微生物生长，并使腐乳具有独特香味； 香辛料：调味，防腐杀菌。 密封腌制 卤汤中酒的含量在12%左右的原因：过高会延长腐乳成熟的时间，过低不足以抑制微生物生长，可能导致豆腐腐败。 方法：随豆腐层数加高增加盐用量，接近瓶口表面，铺厚一点 乳酸菌 酵母菌 醋酸菌 泡菜 果酒 果醋 C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+能量 酶 C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+能量 酶 C6H12O6+2O2 →2CH3COOH+2H2O+2CO2+能量 C2H5OH+O2 →CH3COOH+H2O+能量 酶 酶 二、尝试制作传统发酵食品 二、尝试制作传统发酵食品 学习任务：请同学们自主阅读教材P6~7，小组合作思考讨论完成问题。 1.在泡菜制作过程中盐水煮沸的目的是什么？冷却的目的是什么？ 2.为什么泡菜坛只能装八成满？ 3.用水密封泡菜坛的目的是什么？这说明泡菜制作需要什么条件？ 4.发酵初期会有气泡冒出，但气泡的产生逐渐停止，试分析原因？ 5.泡菜发酵过程中，乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的含量变化。 二、尝试制作传统发酵食品 (一）制作泡菜 C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+能量 酶 1.菌种： 乳酸菌 ④代谢类型： 异养厌氧型 2.制作原理： 在无氧情况下能将葡萄糖分解成乳酸 ③分布： 空气、土壤、植物体表、肠道 ②种类： 常见为乳酸链球菌、乳酸杆菌 ①应用： 乳制品的发酵、泡菜的腌制 乳酸链球菌（球状） 乳酸杆菌（杆状） 二、尝试制作传统发酵食品 (一）制作泡菜 3.方法步骤： （1）泡菜制作原理 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。 （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。 向泡菜坛中加入一些“陈泡菜水”的原因: 增加发酵菌种的量,缩短发酵时间。 配制 盐水 蔬菜处理装坛 加盐水 封坛 发酵 用清水和食盐配制质量分数为5%-20%的盐水，并将盐水煮沸，冷却待用； 作用：抑制微生物生长，调味； 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、除去水中溶解氧 避免温度过高影响乳酸菌的生命活动 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； 若放置时间过长，蔬菜中的硝酸盐易被还原成亚硝酸盐 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。 将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过菜料，盖好坛盖； 创造无氧环境 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； 创造无氧环境 (一）制作泡菜 疑难破111页 4.注意事项： ①要注意控制时间、温度和食盐的用量。 ②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。 5.结果分析和评价： ②根据不同时期泡菜坛中乳酸含量、乳酸菌的数量、亚硝酸盐的含量 来评定。 二、尝试制作传统发酵食品 (一）制作泡菜 ①泡菜质量可以根据泡菜的色泽和风味进行初步的评定； 一般来说，腌制成功的泡菜汤清亮，无浮膜，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。 失败 成功 泡菜发酵过程中，不是乳酸菌单独发酵的结果： 注 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。 发酵初期 多种微生物（如大肠杆菌、酵母菌）进行有氧呼吸，产生较多的CO2，坛沿水槽内有气泡放出。此阶段是形成无氧环境的过程。 发酵中期 发酵后期 主要是乳酸菌的发酵过程，其他微生物的生长受到抑制。 二、尝试制作传统发酵食品 (一）制作泡菜 6.课外补充： 泡菜制作过程中，乳酸菌、乳酸及亚硝酸盐的含量变化 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 曲线模型 少 （有氧气，乳酸菌 的活动受到抑制） 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 （乳酸积累， PH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） 疑难破113页 泡菜制作过程中，乳酸菌、乳酸及亚硝酸盐的含量变化 6.课外补充： 某同学在制作泡菜前，査阅资料得知，可以向泡菜坛中加入一些“陈泡菜水”；在用质量百分比为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。 3 5 7 9 11 13 0 4 8 12 16 20 24 发酵时间/d 亚硝酸盐含量/(mg/kg) 问题2: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？ 在发酵11天后食用比较合适，因为此时亚硝酸盐含量已经降到较低的水平。 问题1:加入“陈泡菜水”的目的是什么？ 陈泡菜水”中含有纯度较高的乳酸菌，加入“陈泡菜水”相当于接种乳酸菌。 拓展应用 P8页 某同学在制作泡菜前，査阅资料得知，可以向泡菜坛中加入一些“陈泡菜水”；在用质量百分比为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。 3 5 7 9 11 13 0 4 8 12 16 20 24 发酵时间/d 亚硝酸盐含量/(mg/kg) 问题3: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？ 可能是食盐浓度过高，抑制乳酸菌生长，产生乳酸较少，导致泡菜未能正常发酵（也可能是由于温度较低）。 拓展应用 P8页 二、尝试制作传统发酵食品 (二）制作果酒和果醋 学习任务：阅读课本P6~7正文和“制作果酒和果醋”部分内容， 完成下列知识梳理。 制作果酒 （1）原理 （2）菌种来源 （3）制作步骤 制作果醋 （1）原理 （2）菌种来源 二、尝试制作传统发酵食品 (二）制作果酒 1.发酵原理： 酵母菌是异养兼性厌氧型真菌（真核生物）， 在有氧条件下大量增殖，无氧条件下能将葡萄糖分解成酒精。 C6H12O6 + 6O2 + 6H2O 6CO2 + 12H2O + 能量 酶 有氧条件：酵母菌大量繁殖 果皮表面附着的野生酵母菌 C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + 能量 酶 无氧条件：酒精发酵 先用清水冲洗1~2次，再去除枝梗和腐烂的籽粒，沥干 防止杂菌污染 将容器等洗净，并用体积分数70%的酒精消毒、晾干 准备器具 原料处理 防止野生菌种减少 防止葡萄破损，杂菌污染 (二）制作果酒 疑难破112页 (二）制作果酒 榨汁装瓶 ①保留一定的O2，促进酵母菌通过有氧呼吸增殖；②防止发酵液溢出。 榨取葡萄汁装入发酵瓶，（要留有大约1/3的空间） 密封 发酵 18~30℃进行发酵，每隔12h拧松瓶盖一次。 排出多余CO2，防止发酵瓶炸裂发酵液溢出 果皮表面附着的野生酵母菌可能有很多种， 所以提供了适合多种酵母菌生长的温度范围 取样 检测 密闭发酵10~12d。可取样对发酵情况进行检测。 制作果酒 二、尝试制作传统发酵食品 (三）制作果醋 1.发酵原理： 醋酸菌是异养好氧细菌（原核生物）， 在O2、糖源充足时将糖分解成乙酸， 缺少糖源时直接将乙醇转化为乙醛，再变为乙酸。 C6H12O6+2O2 2CH3COOH+2H2O+2CO2+能量 酶 C2H5OH+O2 CH3COOH+H2O+能量 酶 O2、糖源都充足时 糖源不足时 空气中的醋酸菌 二、尝试制作传统发酵食品 (三）制作果醋 在果酒发酵的基础上，打开瓶盖，盖上纱布，进行醋酸发酵，温度为30~35℃，时间7~8d。 通入O2，利于醋酸菌生长 防止空气中的灰尘、杂物落入 温度适宜，利于醋酸菌生长 通用发酵装置 充气口 排气口 出料口 酒精发酵： 前期打开（通入O2促进酵母菌增殖） 后期关闭（隔绝空气，酒精发酵） 醋酸发酵： 全程打开（通入O2促进醋酸发酵） 排出产生的CO2 软管又长又弯曲 （防止空气中杂菌进入） 随时取样，及时监测发酵情况 预留大约1/3的空间 二、尝试制作传统发酵食品 (二）制作果酒和果醋 教材扩展应用P8 结果分析与评价 （1）在制作果酒和果醋的过程中，发酵液分别有哪些变化？ a. 在葡萄酒的制作过程中，发酵液会产生气泡，这是因为酵母菌发酵 产生CO2； b. 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 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； c. 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。 二、尝试制作传统发酵食品 （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？ 除酵母菌之外，还会有其他杂菌生长，它们会在酒精发酵中污染发酵液，而避免发酵液污染需要从发酵制作的过程全面考虑。 例如：榨汁机、发酵瓶要清洗干净，装入葡萄汁，封闭充气口；每次排气时只需拧松瓶盖，不要完全揭开瓶盖等。 结果分析与评价 二、尝试制作传统发酵食品 (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？ 由于参与果醋制作的醋酸菌是好氧菌，最适生长温度为30~35℃，参与果酒制作的酵母菌在无氧条件下进行酒精发酵最适温度为18~30℃，所以制作果醋的过程中，酵母菌不会继续发酵。 醋酸菌来自空气，为了加快果醋的制作，可以直接在果酒中加入醋酸菌。 结果分析与评价 二、尝试制作传统发酵食品 疑难破112页 果 酒 果 醋 腐 乳 泡 菜 微生物 原理 发酵条件 酵母菌 醋酸菌 毛霉 乳酸菌 酵母菌的无氧呼吸产生酒精 醋酸菌的有氧呼吸产生醋酸 毛霉等产生蛋白酶和脂肪酶 乳酸菌无氧呼吸产生乳酸 18~30 ℃ 前期有氧， 后期无氧 30~35℃ 通入氧气 15～18℃ 常温 无氧条件 课堂总结 $$