1.1传统发酵技术的应用第1课时课件-2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

生物技术与工程 发酵工程 基因工程 重组DNA技术的基本工具 传统发酵技术的应用 细胞工程 生物技术的安全性与伦理问题 微生物的培养技术及应用 动物细胞工程 植物细胞工程 基因工程的基本操作程序 基因工程的应用 蛋白质工程的原理和应用 转基因产品的安全性 发酵工程及其应用 胚胎工程 关注生殖性克隆人、禁止生物武器 1 本册书在4年辽宁高考中的考查情况： 2021 ：3+1 2022 ：4+1+1 2023：5+1 2024：3+1+1 共计 ：15+2+4=21 每年的分值在20分左右 第1章 发酵工程 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。 发酵工程是如何发展而成的呢？ 4 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 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。 科技探索之路：从传统发酵技术到发酵工程 战国 中山酒 6 第1节 传统发酵技术的应用（第1课时） 7 发酵产品 葡萄酒 豆豉 泡菜 陈醋 腐乳 酸奶 酱油 味精 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。 8 1 早期酿酒技术 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。 夏禹时期，已有了关于夏少康（即杜康）造秫（shú）酒的传说。 最初可能是发现储存的水果会自然发酵变成酒，因而逐渐摸索出酿酒技术的。 汉代砖刻上的酿酒图 腐烂的水果有酒味 一 发酵与传统发酵技术 有意或无意而为之 9 【资料一】我国酿造白酒的工艺在世界上独树一帜，白酒一般是以谷物为原料，加酒曲发酵而成的。 【资料三】研究人员用显微镜观察酒曲，发现酒曲内含有根霉、曲霉、毛霉、酵母菌、乳酸菌、醋酸菌等几十种微生物。 【资料二】1857年，法国的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。 1.酿酒加酒曲的目的是什么? 酒曲含有多种微生物(的米糠或麦麸） 2.酒精发酵的实质是什么? 酒精发酵的实质就是酵母菌的无氧呼吸。 酒曲 提供酿酒所需要的菌种（微生物） 所分泌的酶可以将谷物中的淀粉，蛋白质等转变成糖、氨基酸等，有利于酵母菌进行酒精发酵。 提供多种微生物，分泌淀粉酶等酶类，将粮食或谷物中的淀粉分解成糖，有利于酵母菌进行酒精发酵。 10 (1)概念： 指人们利用 ，在适宜条件下，将原料通过 转化为人类所需要的产物的过程。 2 发酵 原料 适宜的条件 微生物代谢 人类所需产物 微生物代谢： 微生物代谢产生的某些产物 (乙醇、乙酸、乳酸、氨基酸、抗生素、酶制剂等) 不同的微生物具有产生不同代谢产物的能力 人类所需产物： 微生物 微生物的代谢 乙醇 乳酸 氨基酸（谷氨酸钠） 醋酸 为什么发酵的产物不同？ 11 （2)类型： 发酵类型 醋酸发酵、谷氨酸发酵 酒精、乳酸（泡菜、酸奶）发酵 发酵是否需要O2 需氧发酵 厌氧发酵 泡菜 12 （1)概念： 直接利用原材料中 ，或利用 保留下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵，制作食品的技术。 3 传统发酵技术 酱 酱油 醋 泡菜 豆豉 (2)类型： 固体发酵 半固体发酵 混合菌种 腐乳 天然存在的微生物 前一次发酵 4.缺点： 生产条件不易控制，容易受杂菌污染，生产效率低。 13 实例：腐乳的制作 正在发酵的豆腐坯 显微镜下的毛霉 (1)菌种： 、 和 等，其中起主要作用的是 。 酵母 曲霉 毛霉 毛霉 a.菌种来源： 空气中的毛霉 b.代谢类型： 异养需氧型 c.生殖方式： 孢子生殖 d.适宜温度： 15-18℃ （2）发酵原理： 蛋白质 小分子肽 + 氨基酸 蛋白酶/肽酶 脂肪 脂肪酶 腐乳味道鲜美，有机物种类 ，含量 ，营养价值高，易于消化吸收，而腐乳本身又便于保存。 甘油 + 脂肪酸 增加 减少 14 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和脂肪酶 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%）： 过高： 过低： 香辛料： 密封腌制 方法：随豆腐层数加高增加盐用量，接近瓶口表面，铺厚一点 （3)操作步骤： 调味，防腐杀菌。 抑制微生物生长， 并使腐乳具有独特香味； 会延长腐乳成熟的时间 不足以抑制微生物生长，可能导致豆腐腐败。 玻璃瓶洗刷干净后要用沸水消毒。 卤汤中酒的含量应控制在12%左右 15 1.菌种： 乳酸菌 （细菌、原核生物） a.菌种分布： b.代谢类型： c.菌种种类： 异养厌氧型 空气、土壤、植物体表、人或动物肠道内 乳酸链球菌、乳酸杆菌 2.原理： 乳酸链球菌 乳酸杆菌 无氧条件下,植物体表面的天然的乳酸菌乳发酵，将葡萄糖分解为乳酸。 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。 C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+能量 酶 d.生殖方式： 二分裂生殖 二 制作传统发酵食品 （一)制作泡菜 16 17 食盐、清水、新鲜蔬菜、蒜瓣、生姜及其他香辛料、 泡菜坛或其他密封性良好的罐子等。 3.材料用具： 亚硝酸盐的含量低 坛沿深、盖子吻合好；无裂纹、无砂眼 检查方法：坛口向上，压入水中，看坛内壁有无渗水现象。 不合格的泡菜坛为什么会引起蔬菜的腐烂？ ---泡菜坛漏气，会使需氧型微生物 大量繁殖，引起蔬菜腐烂。 为什么要选择新鲜蔬菜？ 蔬菜中含有大量的硝酸盐，若放置时间过长，蔬菜中的硝酸盐易被还原亚硝酸盐，增加泡菜中的亚硝酸盐含量。 18 4.方法步骤： 配制盐水 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。 盐的作用 盐浓度过低 盐浓度过高 煮沸的目的 冷却的目的 ①抑制杂菌生长 ②调味 杂菌大量繁殖，泡菜变质腐败 乳酸菌的生长和乳酸发酵受抑制，口味不佳 ①杀灭盐水中的微生物②除去盐水中的氧气 防止高温杀死蔬菜表面的乳酸菌 配制盐水 原料处理、蔬菜装坛 加盐水 封坛发酵 19 原料处理、 装坛 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。 在泡菜发酵初期，由蔬菜表面带入的某些微生物较为活跃，它们可发酵产生较多的CO2，防止因装太满发酵液溢出坛外； ②防止因装太满使盐水不能完全淹没菜料而导致菜料变质腐烂； ③留有一定空间，方便拿取泡菜。 思考：为什么泡菜坛需装至八成满？ 加盐水 将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过菜料，盖好坛盖。 给泡菜坛内创造无氧环境 封坛发酵 向坛盖边缘的水槽中注满水，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。 方法步骤： 配制盐水 原料处理、蔬菜装坛 加盐水 封坛发酵 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，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。 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。 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。 22 （1)泡菜制作是否成功的判断依据 根据泡菜的色泽和口味进行初步的评定； 通过在显微镜下观察乳酸菌数目； 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，无梅花浮膜，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 5.结果分析 23 （2)泡菜坛内有时会长一层白膜，这层白膜是怎么形成的？ 形成白膜是由于 的繁殖所致。 酵母菌是兼性厌氧微生物，泡菜发酵液营养丰富，其表面O2含量也很丰富，适合酵母菌的繁殖。 白膜 产膜酵母 腌制的条件：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。 24 6.进一步探究——测定亚硝酸盐含量 膳食中的亚硝酸盐一般不会危害人体健康。但是，总量达到0.3～0.5g时会引起中毒；达到3g时会死亡。 亚硝酸盐为强氧化剂，能够把血液中的低铁血红蛋白转变为高铁血红蛋白，从而导致缺氧性中毒症状。 膳食中的绝大部分亚硝酸盐随尿排出，但在适宜的pH、温度和一定的微生物作用下会转变成致癌物质亚硝胺（霉变的食品中亚硝胺可增至数十倍至数百倍）。 硝酸盐 硝酸盐还原菌 亚硝酸盐 适宜的pH、温度和一定的微生物作用 亚硝胺 亚硝胺具有致癌作用，对动物具有致畸和致突变作用。 在什么情况下，亚硝酸盐会转化为亚硝胺？ 发酵初期，泡菜中微生物生长很快，将蔬菜中硝酸盐还原成亚硝酸盐，蔬菜中酚类物质和维生素C等将亚硝酸盐氧化，总体来说，生成的亚硝酸盐大于被氧化的，亚硝酸盐的含量逐步上升。微生物代谢活动将氧气消耗殆尽，泡菜坛中的环境不利于乳酸菌以外的其他微生物生长，生成的亚硝酸盐减少。同时，蔬菜中亚硝酸盐含量由于被氧化而减少，因此，亚硝酸盐的含量会逐渐下降并趋于一个相对稳定的数值。 25 注意：泡菜发酵过程中，不是乳酸菌单独发酵的结果： 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，PH降低，其他微生物的生长受到抑制。 腌制的条件：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。 26 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，可能抑制其活动） 继续增多 （PH继续下降） 下降至相对稳定 （硝酸盐还原菌持续被抑制） 这类微生物将硝酸盐还原成亚硝酸盐和氨，然后氨被同化成氨基酸。大多数细菌、放线菌和真菌都能进行这种同化型硝酸盐还原。 27 （拓展应用 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？ 10天后食用比较好， 因为此时亚硝酸盐含量已经降到较低水平。 可能是食盐浓度不合适、发酵温度过低等原因导致泡菜未能正常发酵 “陈泡菜水”中含有纯度较高的乳酸菌，相当于接种乳酸菌 检测：比色法 在盐酸酸化条件下，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。 28 1.为什么日常生活中要多吃新鲜蔬菜，不吃存放时间过长、变质的蔬菜？ 有些蔬菜，如小白菜和萝卜等含有丰富的硝酸盐。当这些蔬菜放置过久或发生变质（发黄、腐烂），蔬菜中的硝酸盐会被微生物还原成亚硝酸盐，危害人体健康。 2.为什么含有抗生素的牛奶不能发酵为酸奶？ 牛奶发酵为酸奶主要依靠 的发酵作用， 乳酸菌 而抗生素能够杀死或抑制乳酸菌。 29 Lavf58.20.100 Tencent CAPD MTS $$