1.1 传统发酵技术应用-2024-2025学年高二生物同步备课课件（人教版2019选择性必修3）

发酵工程：是指利用微生物的特定功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品，它涉及菌种的选育和培养、产物的分离和提纯等方面。 啤 酒 葡萄酒 毛豆腐 豆豉 泡菜 陈醋 腐乳 酸奶 发面团 酱油 辣白菜 科学家发现了酶在酵母菌发酵中的作用，之后微生物的分离和纯化技术得到了应用。 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，从而将酵母菌与发酵联系起来。 1857年 利用发酵工程大规模生产青霉素，随着链霉素、金霉素和土霉素等抗生素的发现及生产，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。 从传统发酵技术到发酵工程 1.1 传统发酵技术的应用 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。 从社会中来 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。 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？ ①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。酿酒技术给古代人民的生活增添了丰富的色彩。许多古老的酿酒工艺一直保留并延续至今。 ②1857年，巴斯德证明酒精发酵是由活的酵母菌引起的。 我国古代酿酒作坊 一、发酵与传统发酵技术 2.原理： 3.类型： 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。 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 （一）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： （同一种微生物处于不同环境条件下时，代谢途径也会出现差异。） （二）传统发酵技术 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： 传统发酵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。（操作简单） 3.主要食品 4.实例： ——腐乳的制作 （1）制作原理：经过微生物（酵母、曲霉和毛霉等，其中起主要作用的是毛霉）的发酵，豆腐中的蛋白质分解成小分子的肽和氨基酸。腐乳味道鲜美，易于消化吸收，又便于保存。 毛霉是一种丝状真菌，其生殖方式为孢子生殖，代谢类型是异养需氧型。 蛋白质 小分子肽 + 氨基酸 蛋白酶 （2）腐乳制作的流程 让豆腐上长出毛霉 加盐腌制 加卤汤装瓶 密封腌制 制腐乳坯 利用干棕叶（或稻草）上的毛霉孢子，在15-18℃条件下，让豆腐上长出毛霉 加盐可以析出豆腐中的水，使豆腐变硬，盐也能抑制微生物的生长，避免豆腐块腐败变质。 含水量70%左右为宜，含水量过高不易成形，过低不利于毛霉生长。 卤汤是由酒（12%）及各种香辛料配置而成，抑制微生物的生长同时使腐乳有独特的香味。 使用酵母制作馒头属于传统发酵技术吗？ 使用前一次发酵保存下来的面团进行的才算。 例如：直接利用空气中毛霉孢子制作腐乳属于传统发酵技术， 若直接接种毛霉，则不属于。 思考辨析 1. 下列关于传统发酵食品的叙述，不正确的是( 　 ) 传统发酵产品需要多种多样的微生物 腐乳的制作直接利用了原料中天然存在的毛霉、酵母等微生物 传统发酵食品以单一菌种的固体发酵和半固体发酵为主 腐乳的制作需通过微生物的代谢把蛋白质转化为人需要的氨基酸 【现学现用】 C 传统发酵食品常利用的微生物 乳酸菌 酵母菌 醋酸菌 二、尝试制作传统发酵食品 二、尝试制作传统发酵食品 发酵使用的微生物及其常见的发酵产品 微生物 新陈代谢 异化类型 反应简式 发酵产品 乳酸菌 酵母菌 醋酸菌 异养厌氧型细菌 C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+能量 酶 乳制品的发酵、 泡菜的制作 异养兼性厌氧型真菌 C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+能量 酶 酿酒、制作馒头和面包等 异养需氧型细菌 C6H12O6＋2O2 2CH3COOH＋2CO2＋2H2O 酶 酶 C2H5OH ＋ O2 CH3COOH ＋ H2O 可用于制作各种风味的醋 常见的乳酸菌有乳酸链球菌和乳酸杆菌 1.制作泡菜 (1)菌种来源：附着在蔬菜上的_______。 (2)制作原理：在______条件下，乳酸菌将葡萄糖分解成乳酸。 乳酸菌 无氧 发酵期间，乳酸会不断积累，当它的质量百分比为0.4%-0.8%时，泡菜的口味、品质最佳； (3)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。 C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+能量 酶 舌尖上的中国——四川泡菜 (4)制作流程： 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； (5)结果分析和评价： 如何判断你腌制的泡菜是否成功？ 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.根据亚硝酸盐的含量来评定； 3.根据不同时期泡菜坛中乳酸菌的数量来评定。 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。 发酵时期 乳酸菌 乳酸 亚硝酸盐 发酵初期 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） 发酵中期 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） 发酵后期 减少（乳酸积累，pH下降，抑制其活动） 继续增多，pH继续下降,直至稳定 下降至相对稳定（硝酸盐还原菌被完全抑制） 曲线模型 泡菜制作过程中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐含量的变化情况分析 进一步探究：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。 （1） 据图分析，从亚硝酸盐的含量来看，你认为该泡菜在什么时间食用比较合适？为什么？ 发酵13天后，亚硝酸盐含量降到较低水平。 （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？ 可能是食盐浓度过高、发酵温度过低等原因导致泡菜未能正常发酵。 （3） 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，可快速发酵产生乳酸。 (1)制作传统泡菜是利用植物体表面天然的乳酸菌来进行发酵的 ( ) (2)发酵期间，乳酸会不断积累，当它的质量分数为0.04%～0.08%时，泡菜的口味、品质最佳 ( ) (3)选材装至半坛时，放入蒜瓣、生姜及其他香辛料，继续装满 ( ) (4)制备泡菜时，盐水煮沸后可以立即使用 ( ) (5)泡菜的制作前期需要通入氧气，后期应严格保持无氧条件 ( ) (6)泡菜在腌制过程中会有亚硝酸盐产生，腌制方法、时间长短和温度高低等条件都对亚硝酸盐的含量有影响 ( ) √ × × × × √ 【现学现用】 1.易错辨析 2.泡菜发酵的微生物主要是乳酸菌，而在发酵初期，水槽内经常有气泡产生，这些气泡产生的原因及成分分别是(　　) A．乳酸菌是兼性厌氧型微生物，初期进行有氧呼吸产生CO2；气体为CO2 B．因腌制过程中的盐进入蔬菜使蔬菜体积缩小，气体被排出；气体为空气 C．发酵初期活动强烈的是酵母菌，其利用氧产生的气体为CO2 D．乳酸菌在发酵过程中产生了热量，使坛内温度升高，空气受热膨胀排出；气体为空气 C 3.泡菜在发酵期间，由于乳酸菌的发酵作用，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。下列说法错误的是(　　) A．初期由于含有氧气且pH较高，坛内存在其他微生物的生长 B．中期由于乳酸不断积累，厌氧状态形成，乳酸菌成为优势物种 C．后期由于乳酸含量继续增加，发酵速度会逐渐变缓甚至停止 D．整个发酵过程中亚硝酸盐含量不断增加，故泡菜要尽早食用 D 2.制作果酒 (1)菌种来源： (2)菌种生活特点： 新鲜水果果皮表面附着的大量不同种类的野生酵母菌 在有氧条件下，酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖： 在无氧条件下，酵母菌通过无氧呼吸产生酒精： C6H12O6+6O2+6H2O 6CO2+12H2O+能量 酶 C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+能量 酶 (3)发酵条件： 将温度控制在18～30℃进行发酵。 3.制作果醋 (1)菌种来源： 空气中的醋酸菌 （变酸的酒的表面形成的菌膜） (3)发酵条件： 温度：将温度控制在30～35℃进行发酵。 氧气：需要在充足的氧气条件下 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。 (2)原理： ①当氧气、糖源充足时： ②当缺少糖源时： “糖制醋” 将乙醇转变成乙醛，再将乙醛变为乙酸 “酒变醋” 酶 C2H5OH ＋ O2 CH3COOH ＋ H2O C6H12O6＋2O2 2CH3COOH＋2CO2＋2H2O 酶 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; 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1/3的空间），盖好瓶盖; 将温度控制在18-30℃进行发酵，在发酵过程中，每隔12h左右将瓶盖拧松一点（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检测。 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; 除灰去污 避免葡萄破损，减少杂菌污染 ①有利于酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖 ②防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出。 无需多次。防止洗去葡萄皮上的野生酵母菌 排出酵母菌细胞呼吸产生的CO2 防止杂菌污染 器具消毒 冲洗葡萄 榨汁装瓶 果酒发酵 果醋发酵 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。 空气中的醋酸菌会进入果酒发酵液中大量繁殖 防止污染发酵液 (4)制作流程： 2.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？ ①果酒：发酵液（会或不会） 出现气泡 ； 紫色葡萄皮的 进入发酵液,使葡萄酒呈 色。 最明显的变化： ②果醋：一般 （会或不会） 出现气泡 ， 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 （5）结果分析和评价： 1.怎样判断果酒、果醋的制作是否成功呢？ ①果酒：闻、品尝；用酸性条件下的重铬酸钾溶液检测（橙色→灰绿色） ②果醋：闻、品尝；使用pH试纸检测和比较发酵前后的pH值；观察醋酸菌膜是否形成 10天后 橙色 灰绿色 3.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 ； 乳酸菌、醋酸菌 ②控制乳酸菌数量 ： ③控制醋酸菌数量 ： 发酵为醋酸 使果酒变质 减少O2含量、调节发酵温度、pH 调节发酵的温度、pH等； 4.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 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。 5.醋酸菌从何而来？采用什么措施可以加快果醋的制作？ 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 果酒发酵与果醋发酵的装置 排气口 充气口 出料口 排气口通过用一个长而弯曲的胶管与瓶身相连 目的？ 是防止空气中微生物的污染 发酵装置 巴斯德的鹅颈瓶实验 (1)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( ) (2)在果酒发酵后期松松瓶盖的间隔时间可延长( ) (3)在家庭中用新鲜葡萄制作果酒时，需给发酵装置适时排气( ) (4)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( ) × √ √ × 1.易错辨析 【现学现用】 2.利用菠萝蜜制作果醋的大致流程为：先在灭菌的果肉匀浆中接种酵母菌，发酵6天后，再接入活化的醋酸菌，发酵5天。下列有关叙述错误的是(　　) A.乙醇既是乙酸发酵的底物，又可以抑制杂菌繁殖 B.酵母菌和醋酸菌均以有丝分裂的方式进行增殖 C.酵母菌和醋酸菌发酵过程中控制通气的情况不同 D.接入醋酸杆菌后，应适当升高发酵温度 B 3.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 。 冲洗沥干 酒精发酵 之后 是否有以核膜为界的细胞核 （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 。 让酵母菌在有氧条件下大量繁殖，防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出。 ① 充气口 醋酸菌是需氧型细菌，发酵过程需要氧气的参与 Lavf58.51.100 Lavf58.29.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.42 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.45.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$