1.1 传统发酵技术的应用-【堂堂清】2024-2025学年高二生物下学期同步精品课件（2019人教版选择性必修3）

第1章 发酵工程 概念： 发酵工程是指利用微生物的特定功能，规模化生产人类所需产品的综合性生物工程。它涉及菌种的选育和培养、产物的分离和提纯等方面。 科技探索之路· 从传统发酵技术到发酵工程 战国时期盛酒的铜器和酒 自然发酵或曲种传代的固体发酵生产其他食品，但不明其原理. 约9000年前 1857年 法国巴斯德证明酒精发酵是由活的酵母菌引起的，从而将酵母菌与发酵联系起来. 1897年 科学家发现酶在酵母菌发酵中的作用，了解了发酵的本质,发酵向工业化生产方向发展. 20世纪40年代 抗生素发酵工业兴起 通过人工诱变特定微生物，获得具有更高生产能力的突变类型。 酶制剂、多糖、维生素发酵工业兴起. 1957年 20世纪70年代 基因工程和细胞工程等的发展，使发酵工程进入定向育种的新阶段。 20世纪80年代 人类能自动记录和控制发酵过程的全部参数，大批量合理生产发酵产物。 科技探索之路· 从传统发酵技术到发酵工程 1.1.1 传统发酵技术的应用 本节聚焦： 1.什么是传统发酵技术？ 2.制作腐乳、泡菜、果酒和果醋的原理是什么？ 3.怎样制作腐乳、泡菜？怎样制作果酒和果醋？ 发酵 01 1.概念：是指人们利用 ，在适宜的条件下， 将原料通过 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 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。 3.类型：① 发酵：如醋酸发酵、谷氨酸发酵； ② 发酵：如酒精发酵、乳酸发酵； 微生物 微生物的代谢 不同 需氧 厌氧 酵母菌 植物无氧呼吸产生酒精是不是发酵? 思考 不是。 必修1中提到的发酵特指“微生物的无氧呼吸”，是狭义的发酵概念。 注：必修1中提到的发酵特指“微生物的无氧呼吸”，是狭义的发酵概念。 传统发酵技术 01 1.概念：直接利用 中天然存在的微生物，或利用 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：传统发酵以 菌种的 发酵及 发酵为主， 通常是 式或 式的。 使用酵母制作馒头属于传统发酵技术吗？ 思考 不是。 原材料 前一次发酵 固体 半固体 家庭 作坊 混合 使用前一次发酵保存下来的面团 进行发酵的才算。 传统发酵技术 01 霉豆腐 醋 酱油 豆豉 泡菜 上图都是利用传统发酵技术制作的食品， 传统发酵技术有什么缺点？ 思考 生产条件 ，容易受 污染， 生产效率 ，食品安全性 等。 不易控制 杂菌 低 低 尝试制作传统发酵食品·腐乳 02 【资料1】腐乳的制作过程(适宜温度：15-18℃) 阅读书本P5，找出制作腐乳过程涉及的微生物有哪些？ 并思考为什么腐乳比豆腐更容易被消化吸收？ 思考 尝试制作传统发酵食品·腐乳 02 1.参与的微生物： 、 和 等，其中起主要作用的是 。2.腐乳的特点： 豆腐中的蛋白质被 分解成小分子的 和 ， 味道鲜美，易于消化吸收，便于保存。 酵母 曲霉 毛霉 毛霉 蛋白酶 肽 氨基酸 【补充】毛霉 ①分类地位： 生物； ②代谢类型： 型； 来源于 环境(空气)中 真核 异养需氧 豆腐发酵中的毛霉 电子显微镜下的毛霉 尝试制作传统发酵食品·腐乳 02 每年进行同样的操作，但是每年制作的腐乳口感都不一样，而且不一定成功，这是为什么？ 思考 ①菌种差异； ②杂菌情况不明； ③发酵过程的控制缺乏标准。 尝试制作传统发酵食品·泡菜 03 阅读书本P5-6，制作泡菜的菌种来源是什么？ 制作泡菜的原理是什么？ 思考 【资料2】泡菜制作在我国已有数千年历史，白萝卜、红萝卜、小黄瓜等均可作为泡菜的原料，经发酵后在口感上比新鲜蔬菜更爽脆，既好吃，又助消化。 尝试制作传统发酵食品·泡菜 03 1.菌种来源：植物体表面天然的 。 2.原理：在 的情况下，乳酸菌能将葡萄糖分解成 。 反应式： 。 【补充】乳酸菌 ①分类地位： 生物； ②代谢类型： 型； 原核 异养厌氧 乳酸菌 在自然界中广泛分布，空气、土壤、植物体表、人或动物肠道均有分布。 电镜下的乳酸链球菌(左)和乳酸杆菌(右) 无氧 乳酸 C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+ 能量 酶 注：当乳酸的质量分数为0.4%～0.8%时，泡菜的口味、品质最佳。 补充：乳制品的发酵（如酸奶）也是利用乳酸菌 尝试制作传统发酵食品·泡菜 03 制作传统发酵食品:泡菜 探究·实践 食盐 清水 新鲜蔬菜(萝卜、黄瓜、白菜、豇豆等) 蒜瓣 生姜 其他香辛料(花椒等) 白酒 泡菜坛 辣椒 1.材料用具： 泡菜坛的选择：选择无裂纹、无砂眼、坛沿深、盖子吻合好的泡菜坛， 也可以选择其他密封良好的罐子等。 尝试制作传统发酵食品·泡菜 03 制作传统发酵食品:泡菜 探究·实践 2.方法步骤： 配置 盐水 蔬菜处理装坛 将新鲜蔬菜（如萝卜、黄瓜和缸豆等）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 满； 用清水和食盐配制质量分数为 的盐水， 并将盐水 ， 待用； 5%～20% 煮沸 冷却 八成 过 ：乳酸发酵受抑制，泡菜风味差； 过 ：杂菌易繁殖，导致泡菜变质。 高 低 杀菌除氧 避免高温杀死乳酸菌 ①防止发酵初期酵母菌等产生 造成发酵液溢出坛外； ②防止因装太满使盐水未完全淹没菜料而导致菜料 。 CO2 变质腐烂 尝试制作传统发酵食品·泡菜 03 制作传统发酵食品:泡菜 探究·实践 2.方法步骤： 向坛盖边缘的水槽中 ， 在发酵过程中注意向水槽中补充水； 根据室内 控制发酵时间； 将冷却好的盐水缓缓倒入坛中， 使盐水 ，盖好坛盖； 加盐水 封坛 发酵 没过全部菜料 注满水 温度 创造无氧环境 尝试制作传统发酵食品·泡菜 03 制作传统发酵食品:泡菜 探究·实践 3.结果分析： 乳酸菌数量及乳酸含量随着发酵时间的变化结果，如图所示，请据图分析： 前期 结果 乳酸菌数量 ，乳酸含量 ； 原因 中期 结果 乳酸菌数量 ，乳酸含量 ； 原因 后期 结果 乳酸菌数量 ， 乳酸含量 ； 原因 O2抑制乳酸菌活性 乳酸抑制其他微生物 乳酸积累，pH下降，抑制乳酸菌活性 少 少 最多 增多 减少 继续增多，最后保持稳定 尝试制作传统发酵食品·泡菜 03 制作传统发酵食品:泡菜 探究·实践 【扩展思考】为什么泡菜坛内有时会长一层白膜，这层白膜是怎么形成的？ 白膜 形成白膜是由于产膜酵母的繁殖。 酵母菌是兼性厌氧微生物，泡菜发酵液营养丰富，其表面氧气含量也很丰富，适合酵母菌的繁殖。 扩展：在泡菜的腌制过程中会有亚硝酸盐的产生 03 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。亚硝酸盐分布广泛，蔬菜、咸菜、豆粉中均含有。 少量亚硝酸盐不会危害人体健康，可随尿排出，但人体摄入0.3～0.5g亚硝酸盐时，会引起中毒，当摄入总量达到3g时，会引起死亡。 扩展：在泡菜的腌制过程中会有亚硝酸盐的产生 03 蔬菜水果 亚硝酸盐 pH、温度 微生物 亚硝胺 （强致癌物） 硝酸盐 硝酸盐还原菌 维生素C、E 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盐还原菌大量增殖，产生较多的亚硝酸盐； 标准显色液 检测原理——比色法 在酸性条件，亚硝酸盐与特定化学物质反应，出现玫红色。待检液进行反应后与标准显色液(卡)进行比较，可估算其含量。 酸化条件下，亚硝酸盐与对氨基苯磺酸发生重氮化反应后，再与N-1－萘基乙二胺盐酸盐结合生成玫瑰红溶液。将经过反应显色后的待测样品与标准液比色，即可计算出样品中的亚硝酸盐含量。 拓展应用 【书本P8】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”。在用质量分数为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，结果如图。请你帮他分析下列问题： (1)据图分析，从亚硝酸盐含量来看， 该泡菜应该在发酵 天后食用比较合适， 因为此时： . 。 10 亚硝酸盐含量已经降到比较低的水平 硝酸盐还原菌的作用。 硝酸盐还原菌受抑制，部分亚硝酸盐被分解。 03 硝酸盐还原菌被完全抑制。 拓展应用 【书本P8】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”。在用质量分数为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，结果如图。请你帮他分析下列问题： (2)他第一次制作出的泡菜“咸而不酸”，可能是因为： 等导致泡菜未能正常发酵。 (3)加入“陈泡菜水”的目的是： 。 食盐浓度过高、发酵温度过低 接种乳酸菌，加快发酵进程 注：“陈泡菜水”中含有纯度较高的乳酸菌。 03 (1)发酵是指人们利用微生物，在缺氧的条件下，将原料通过微生物的 代谢转化为人类所需要的产物(　　) (2)毛霉主要通过产生蛋白酶分解蛋白质参与腐乳发酵(　　) (3)腐乳制作利用了毛霉等真菌的有氧呼吸(　　) 随堂小练·判断正误P1 × √ √ 在适宜的条件下(不一定是缺氧条件)； 1．下列关于传统发酵技术的叙述，错误的是(　　) A．传统发酵常常是固体发酵或者半固体发酵 B．传统发酵利用的微生物一般为天然存在的单一菌种 C．酱油、醋、泡菜等可通过传统发酵获得 D．传统发酵存在杂菌情况不明、过程控制缺乏标准等问题 随堂小练·落实思维方法P2 B 传统发酵技术很难实现单一菌种的利用，×； 2．下列关于腐乳制作原理的叙述，不正确的是(　　) A．腐乳制作实质就是利用发酵技术，将大分子有机物分解为小分子有机物 的过程 B．腐乳制作中，起作用的微生物多为异养型真菌 C．传统发酵利用的是天然存在的菌种，所生产食品安全性更高 D．家庭自制腐乳时，一般不需单独接种菌种 随堂小练·落实思维方法P2 C 传统发酵没有经过严格的灭菌，所生产食品安全性较低，，×； 3．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杆菌被杀死 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 随堂小练·落实思维方法P3 泡菜-乳酸菌，×； C 目的是：创造无氧环境，有利于乳酸菌的无氧呼吸，×； 腌制泡菜过程中亚硝酸盐的含量先增多后减少，×； 1.1.2 传统发酵技术的应用 本节聚焦： 1.什么是传统发酵技术？ 2.制作腐乳、泡菜、果酒和果醋的原理是什么？ 3.怎样制作腐乳、泡菜？怎样制作果酒和果醋？ 尝试制作传统发酵食品·果酒 04 【资料3】文献记载，葡萄酒在东汉时期已有，而唐代诗人王翰在《凉州词》中写有“葡萄美酒夜光杯，欲饮琵琶马上催”的诗句，更成了人们赞美果酒的千古绝唱。还有枣酒、桑葚酒、柑橘酒、梅子酒、石榴酒、桃酒及梨酒等果酒，以甜、酸、清、香的风味特色而为历代帝王将相、才子佳人及各兄弟民族所喜爱。 阅读书本P5-7，制作果酒的菌种来源是什么？ 制作果酒的原理是什么？ 思考 尝试制作传统发酵食品·果酒 04 1.菌种来源：植物体表面天然的 。 2.原理： ①有氧条件下，酵母菌通过有氧呼吸 ： 反应式： ； ②无氧条件下，酵母菌通过无氧呼吸产生 ： 反应式： ； 【补充】酵母菌 ①分类地位： 生物；②代谢类型： 型； 真核 异养兼性厌氧 酵母菌 含糖量较高的水果、蔬菜表面 酒精 大量繁殖 C6H12O6+6O2+6H2O 6CO2+12H2O+能量 酶 C6H12O6 2C2H5OH（酒精）+2CO2+能量 酶 注：酿酒酵母的最适生长温度约为 。 28℃ 电子显微镜下的酵母菌 尝试制作传统发酵食品·果醋 04 【资料4】果醋最早出现在西方名著《圣经》之《旧药金书》。三千年前的古罗马、古埃及已懂得制作果醋，作为美容秘方之一。在1000多年前传入中国。 阅读书本P5-7，制作果醋的菌种来源是什么？ 制作果醋的原理是什么？ 思考 尝试制作传统发酵食品·果醋 04 1.菌种来源： 。 2.原理： ①O2充足、糖源充足时：醋酸菌可以将葡萄糖分解成 ； 反应式： ； ②O2充足、缺少糖源时：醋酸菌可以将 转化为 ，再将 变为乙酸； 反应式： ； 【补充】醋酸菌 ①分类地位： 生物；②代谢类型： 型； 原核 异养需氧 醋酸菌 乙酸 乙醇 乙醛 乙醛 酶 C6H12O6 +2O2 2CH3COOH + 2CO2 + 2H2O + 能量 酶 C2H5OH + O2 CH3COOH + H2O + 能量 注：多数醋酸菌的最适生长温度为 。 30～35℃ 来源于环境(空气)中 电镜下的醋酸菌 尝试制作传统发酵食品·果酒和果醋 04 制作传统发酵食品:果酒和果醋 探究·实践 1.材料用具： 体积分数70﹪的酒精 洗洁精 新鲜的水果（如葡萄、苹果、山楂和龙眼等） 发酵瓶 纱布和榨汁机等 尝试制作传统发酵食品·果酒和果醋 04 制作传统发酵食品:果酒和果醋 探究·实践 2.方法步骤： 除灰去污 器具 消毒 冲洗 葡萄 榨汁 装瓶 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 的酒精消毒，晾干备用； 取新鲜葡萄，用 冲洗 次， 再去除 和腐烂的籽粒，沥干； 用榨汁机榨取葡萄汁，将葡萄汁装入发酵瓶 (注意：要留有大约 的空间)，盖好瓶盖； 70% 清水 1-2 无需多次。防止菌种减少，影响发酵。 避免去梗时因葡萄破损而增加被 污染的机会。 杂菌 枝梗 ①便于酵母菌进行 呼吸，快速繁殖，利于随后进行酒精发酵。 ②防止发酵过程中产生的 造成发酵液溢出。 1/3 有氧 CO2 尝试制作传统发酵食品·果酒和果醋 04 制作传统发酵食品:果酒和果醋 探究·实践 2.方法步骤： 果醋 发酵 当葡萄酒制作完成后，打开瓶盖，盖上一层 ， 进行葡萄醋的发酵。 发酵温度为 ℃，时间为 d。 果酒 发酵 将温度控制在 ℃进行发酵。在发酵过程中， 每隔 h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 d。 可通过从发酵瓶口取样来对发酵的情况进行检测。 18～30 12 10～12 纱布 30～35 7～8 排出气体,防止爆裂. 防止杂菌污染 防止进入O2，影响酒精发酵 空气中的醋酸菌会进入果酒发酵液中大量繁殖 尝试制作传统发酵食品·果酒和果醋 04 制作传统发酵食品:果酒和果醋 探究·实践 【拓展应用】有3位同学分别采用了3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同学用了没有盖的塑料瓶，在发酵过程中无盖的瓶口直由捆绑在瓶口的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酒？你还能继续改进这种装置吗? C同学 尝试制作传统发酵食品·果酒和果醋 04 制作传统发酵食品:果酒和果醋 探究·实践 充气口 在 发酵时连接充气泵,进行充气； 出料口 ， 及时监测发酵进行的情况。 排出酒精发酵时产生的 ；注：长而弯曲的胶管，可有效地阻止空气中的微生物的进入，避免污染； 排气口 结构 酒精发酵 醋酸发酵 充气口 排气口 出料口 关闭 定时打开， 并接入气泵 定时打开 打开 关闭 关闭 醋酸 便于取料 CO2 改进： 填充棉花或者安装其他过滤装置，防止充入的气体携带外来杂菌污染； 尝试制作传统发酵食品·果酒和果醋 04 制作传统发酵食品:果酒和果醋 探究·实践 3.结果分析： 【讨论1】在制作果酒和果醋的过程中，发酵液分别有哪些变化？ 引起变化的原因是什么？ ①果酒：发酵液中 出现气泡,因为 ； 如果是用紫色葡萄制作葡萄酒，随着发酵时间的延长，发酵液的颜色会逐渐加深变成 色，因为紫色葡萄皮中的 进入发酵液。 ②果醋：发酵液中 出现气泡,因为 ； 发酵完成时，在发酵液的液面会出现一层菌膜，是 菌膜。 会 花青素 深红 不会 醋酸菌 酵母菌发酵产生了CO2 醋酸菌发酵不产生CO2 尝试制作传统发酵食品·果酒和果醋 04 制作传统发酵食品:果酒和果醋 探究·实践 【讨论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？ ①制酒过程中，还会存有 等微生物，会导致 ； ②控制乳酸菌数量： ； 控制醋酸菌数量： 。 乳酸菌、醋酸菌 使果酒变质 调节发酵的温度、果酒的pH、减少O2含量等； 调节发酵的温度、果酒的pH等； 【资料】发酵适宜温度 酵母菌(果酒)：18-30℃ 醋酸菌(果醋)：30-35℃ 乳酸菌(泡菜)：18-20℃ 【资料】发酵适宜pH 酵母菌(果酒)：4.2-6.0之间 醋酸菌(果醋)：3.5-6.5之间 乳酸菌(泡菜)：4.2-5之间 ②打开瓶盖后， 中的醋酸菌会进入发酵液中大量繁殖，其他的菌种因不适应环境条件而不能繁殖。 尝试制作传统发酵食品·果酒和果醋 04 制作传统发酵食品:果酒和果醋 探究·实践 【讨论3】在制作果醋过程中，酵母菌是否会继续发酵？醋酸菌从何而来？采用什么措施可以加快果醋的制作？ ①不会，因为 。 空气 发酵液的pH、温度不利于酵母菌生长 ③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 )，用这层薄膜进行 可以明显缩短制作果醋的时间。 醋酸菌 接种 尝试制作传统发酵食品·果酒和果醋 04 制作传统发酵食品:果酒和果醋 探究·实践 【讨论4】如何评价果酒的制作是否成功？ 【讨论5】如何评价果醋的制作是否成功？ 闻一闻，尝一尝有没有酒味; 用酸性重铬酸钾检测是否含有酒精; 橙色 灰绿色 看一看有无菌膜（醋酸菌菌膜）的形成； 闻一闻，尝一尝有没有醋味； 检测比较醋酸发酵前后的pH值； 随堂小结·尝试制作传统发酵食品 果酒 果醋 腐乳 泡菜 微生物 分类 代谢 类型 反应 原理 反应 条件 15～18℃接种，酒精含量控制在12％左右 检测 方法 品尝、 pH试纸检测 品尝、 pH试纸检测 酵母菌 醋酸菌 主要是毛霉 乳酸菌 酵母菌无氧呼吸产生酒精 醋酸菌有氧呼吸产生醋酸 毛霉产生 蛋白酶和脂肪酶 乳酸菌无氧呼吸产生乳酸 真菌(真核生物) 真菌(真核生物) 细菌(原核生物) 细菌(原核生物) 异养 兼性厌氧型 异养 需氧型 异养 需氧型 异养 厌氧型 18～30 ℃ 前期有氧后期无氧 30～35℃通入氧气 18～20 ℃ 无氧 酸性重铬酸钾与其反应呈灰绿色 1.油炸臭豆腐是我国一些地方的风味小吃。制作时需要将豆腐浸入含有乳酸菌、芽孢杆菌等微生物的卤汁中发酵。判断下列相关表述是否正确。 (1)卤汁中的乳酸菌和芽孢杆菌不存在竞争关系。（ ） (2)乳酸菌发酵产生了乳酸和CO2。（ ） (3)微生物发酵产生了不同的代谢物使得该臭豆腐具有特殊的味道。（ ） 2.传统发酵食品的制作需要各种各样的微生物。下列叙述错误的是（ ） A.腌制泡菜利用了乳酸菌的乳酸发酵 B.制作腐乳利用了毛霉等产生的蛋白酶 C.制作果酒利用了酵母菌在无氧条件下产生酒精 D.制作果醋利用了醋酸菌在无氧条件下产生醋酸 随堂小练·书本P8 × × √ D (1)常见的乳酸菌有乳酸链球菌和乳酸杆菌(　　) (2)酿酒酵母的最适生长温度约为28 ℃(　　) (3)当氧气不充足、缺少糖源时，醋酸菌将乙醇转化为乙醛， 再将乙醛变为乙酸(　　) (4)制作果醋的温度比制作果酒的温度高(　　) 随堂小练·判断正误P3 √ √ × 当氧气充足、缺少糖源时,(醋酸菌是好氧细菌)； √ 果醋（30-35℃）＞果酒（18-30℃） 4．如图为果酒与果醋发酵的简易装置及兴趣小组设计的改进装置示意图，下列说法不正确的是(　　) 随堂小练·落实思维方法P4 A．用体积分数为70%的酒精对上述装置进行消毒后，再装入果汁 B．甲装置在酿酒过程中被杂菌污染的机会比其他两装置大 C．丙装置转为果醋发酵更容易，只需通过气阀2通气即可 D．与甲装置相比，乙装置中的气压更容易保持相对稳定 甲装置在酿酒过程中需要通过拧松瓶塞排气，污染机会更大，√； C 吸收CO2 充气口 排气口 通过气阀1通气，且需提高发酵温度（18-30℃→30-35℃），×； $$