第1章 第1节 传统发酵技术的应用 课件1-2024-2025学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程同步课件PPT（人教版2019）

第1节　传统发酵技术的应用 第1章　发酵工程 生物 学习目标 ①举例说明日常生活中运用传统发酵技术生产的食品。 ②概述微生物发酵的基本原理。 ③尝试制作泡菜、果酒和果醋,说出传统发酵技术应用的优点与不足。 学习重难点 重难点： 1.微生物发酵的基本原理。 2.制作泡菜、果酒和果醋。 导入新课 “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制作出来的。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? 问题思考 葡萄酒 葡萄醋 导入新课 提示：葡萄酒和葡萄醋都由葡萄发酵而来，但是一个经酵母菌的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，因此口感和味道不同。 问题思考 葡萄酒 葡萄醋 导入新课 从传统发酵技术到发酵工程：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。1857年，巴斯德通过实验证明酒精发酵是由活的酵母菌引起的。1897年，科学家发现了酶在酵母菌发酵中的作用。之后的30多年间，微生物的分离和纯化技术得到了应用，发酵生产的工艺和设备不断完善，传统的固体发酵开始向半固体发酵和液体发酵演变，作坊式的手工生产向近代工业化生产方向发展。20世纪40年代，科学家在厌氧发酵技术的基础上，建立了深层通气液体发酵技术。20世纪60年代，科学家通过人工诱变特定微生物，获得了具有更高生产能力的突变类型。20世纪70年代以后，基因工程和细胞工程等的发展，使发酵工程进入了定向育种的新阶段。20世纪80年代，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，以更加合理地控制发酵过程。目前，人类已经能够自动记录和控制发酵过程的全部参数。 一、发酵与传统发酵技术 新课讲授 新课讲授 1.发酵 什么是发酵? [探究一]发酵与传统发酵技术 提示：发酵是指人们利用微生物，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。 发酵 新课讲授 发酵的原理是什么? [探究一]发酵与传统发酵技术 提示：不同的微生物具有产生不同代谢物的能力，因此利用它们就可以生产出人们所需要的多种产物。 发酵的类型有哪些? 提示：根据是否需氧分为需氧发酵(醋酸发酵、谷氨酸发酵)和厌氧发酵(酒精发酵、乳酸发酵)，根据培养基的物理性质不同分为固体发酵、半固体发酵和液体发酵。 新课讲授 [探究一]发酵与传统发酵技术 2.传统发酵技术 传统发酵技术的概念是什么? 提示：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、制作食品的技术一般称为传统发酵技术。 新课讲授 [探究一]发酵与传统发酵技术 传统发酵技术的主要类型有哪些? 提示：以混合菌种的固体发酵和半固体发酵为主。 举例说明利用传统发酵技术制作的食品有哪些? 提示：腐乳、酱、酱油、醋、泡菜、豆豉。 新课讲授 [探究一]发酵与传统发酵技术 3.腐乳 参与腐乳制作的微生物主要有哪些? 提示：毛霉、曲霉、酵母。 腐乳 新课讲授 [探究一]发酵与传统发酵技术 毛霉有哪些特点? 提示：毛霉是丝状真菌，孢子生殖，代谢类型为异养需氧型，生长的最适温度为15~18 ℃。 制作腐乳的原理是什么? 提示：在豆腐的发酵过程中，豆腐中的蛋白质被毛霉等微生物分解成小分子的肽和氨基酸。 二、尝试制作传统发酵食品 新课讲授 新课讲授 [探究二]尝试制作传统发酵食品 提示：乳酸菌在无氧条件下将葡萄糖分解成乳酸，反应简式如下： C6H12O6 菌种名称 生物分类 代谢类型 适宜温度 繁殖方式 发酵对氧的需求 乳酸菌 原核生物 异养厌氧 18~20 ℃ 二分裂 密闭不需氧 酵母菌 真核生物 异养兼 性厌氧 28 ℃ 出芽生殖 前期需氧后期不需氧 醋酸菌 原核生物 异养好氧 30~35 ℃ 二分裂 一直需氧 制作泡菜的原理是什么? 2C3H6O3(乳酸)+能量 1.制作泡菜 新课讲授 泡菜的制作方法是什么? 提示：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。发酵期间，乳酸会不断积累，当它的质量分数为0.4%~0.8%时，泡菜的口味、品质最佳。 [探究二]尝试制作传统发酵食品 制作泡菜需要哪些材料用具? 提示：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。 新课讲授 泡菜的制作流程是怎样的? [探究二]尝试制作传统发酵食品 提示： (1)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。 (2)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，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，使盐水没过全部菜料，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。 新课讲授 2.制作果酒和果醋 果酒发酵的原理是什么? [探究二]尝试制作传统发酵食品 提示：酵母菌在无氧条件下将糖分解成酒精。 反应简式： C6H12O6 2C2H5OH (酒精)+2CO2+能量 新课讲授 [探究二]尝试制作传统发酵食品 果醋发酵的原理是什么? 提示：醋酸菌在O2、糖源都充足时，通过复杂的化学反应将糖分解成醋酸，反应简式如下： 当缺少糖源时，将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为乙酸，反应简式如下： C6H12O6+2O2 2CH3COOH(乙酸)+2CO2+2H2O+能量 C2H5OH+O2 CH3COOH(乙酸)+H2O+能量 新课讲授 制作果酒和果醋的实验原理是什么? 提示：许多新鲜水果(如葡萄)的果皮表面附着有大量的不同种类的野生酵母菌。在这些酵母菌的作用下，水果可以发酵成果酒。在有氧的条件下，果酒经醋酸菌的作用还可以进一步发酵成果醋。 [探究二]尝试制作传统发酵食品 制作果酒和果醋的材料用具有哪些? 提示：新鲜的水果、洗洁精、体积分数为70%的酒精、发酵瓶、纱布和榨汁机等。 新课讲授 制作果酒和果醋的具体流程是怎样的? [探究二]尝试制作传统发酵食品 提示：(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，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12 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10~12 d。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7~8 d。 1.发酵 (1)概念：指人们利用微生物，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代谢产物的能力，因此利用它们即可以生产出人们所需要的多种产物。 (3)类型 新课讲授 [核心归纳] 需氧发酵(如醋酸发酵、谷氨酸发酵等) 厌氧发酵(如酒精、乳酸发酵等) 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。 新课讲授 2.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。 (2)优点和缺点 传统发酵技术的优点有操作简单，便于家庭式或作坊式生产等； 缺点有生产条件不易控制，容易受杂菌污染，生产效率较低，产物不单一等。 [核心归纳] 新课讲授 [核心归纳] 3.制作泡菜的注意事项 (1)用于制作泡菜的蔬菜应新鲜，若放置时间过长，蔬菜中的亚硝酸盐含量相对较高。 (2)用清水和食盐配制质量分数为5%～20%的盐水。食盐的用量过高，乳酸发酵受抑制，泡菜风味差；用量过低，杂菌易繁殖，导致泡菜变质。盐水要煮沸后冷却，煮沸的作用：一是除去水中的氧气，二是杀灭盐水中的其他微生物。 新课讲授 [核心归纳] (3)控制严格的厌氧条件的措施 ①选择合适的发酵容器，如泡菜坛，这是一种既科学又简单的厌氧发酵容器。 ②盐水煮沸后冷却待用。 ③装坛时压实，使盐水没过全部菜料。 ④泡菜坛用水封口不让空气进入，创造一个封闭无氧的环境，发酵期间不宜开盖，并注意在发酵过程中经常向水槽中补充水。 新课讲授 [核心归纳] (4)控制适宜的发酵温度：温度过高易导致杂菌滋生；温度过低不利于乳酸发酵，会使发酵时间延长。 (5)控制发酵时间：一般在腌制10天后，亚硝酸盐含量开始下降。但泡菜发酵时间并不是越长越好，一方面，发酵时间过长，可能会产生其他有害物质；另一方面，发酵时间过长，乳酸含量过高，口味不佳。 新课讲授 [核心归纳] 4.果酒、果醋制作过程中防止杂菌污染的措施 (1)榨汁机、发酵瓶等器具要用洗洁精清洗干净并用体积分数为70%的酒精消毒，晾干。 (2)清洗葡萄时要先冲洗后去除枝梗和腐烂的籽粒，以避免除去枝梗时引起葡萄破损，增加被杂菌污染的机会。 (3)用带盖的瓶子制作果酒时，每隔12 h左右排气时只需拧松瓶盖，不要完全揭开瓶盖。 【练习1】 当堂训练 下列关于发酵与传统发酵技术的叙述，正确的是（ ） A.几千年前，人类就开始利用发酵技术，并且熟知发酵的本质 B.发酵是在适宜的条件下，通过微生物的代谢，将原料转化为人类所需要的产物的过程 C.传统发酵技术一般直接利用培养获得的单一菌种进行发酵、制作食品 D.利用传统发酵技术制作的食品包括腐乳、酱油、醋、泡菜、果汁等 B 酱豆是人们利用大豆制作的一道地方美食。具体做法为：大豆煮熟→霉菌发酵→加入蔬菜→加盐、加调味酒、加香辛料→乳酸发酵。下列叙述正确的是( ) A.霉菌产生的多种蛋白酶可以将蛋白质和脂肪分解成易吸收的小分子物质 B.霉菌发酵过程中，湿润的环境不利于霉菌的生长与繁殖 C.制作酱豆的整个过程应在氧气充足的条件下进行 D.酱豆中有机物的种类增加，含量减少，营养价值增加 D 当堂训练 【练习2】 下列发酵原理，错误的是( ) A.酵母菌将葡萄糖分解产生酒精 B.毛霉将蛋白质分解产生小分子的肽和氨基酸 C.乳酸菌将葡萄糖分解产生乳酸 D.醋酸菌将葡萄糖分解产生乙醛，再将乙醛变为乙酸 D 当堂训练 【练习3】 下列有关果酒制作原理的说法，错误的是( ) A.在葡萄酒的自然发酵过程中，起主要作用的是附着在葡萄皮上的野生酵母菌 B.在果酒制作过程中，为了提高果酒的品质，可以直接在果汁中加入人工培养的酵母菌菌种 C.红葡萄酒呈现红色是因为红葡萄皮中的色素进入了发酵液中 D.在缺氧和呈酸性的发酵液中，酵母菌不能生长繁殖，而杂菌能快速生长 D 当堂训练 【练习4】 如图表示果酒和果醋制作过程中的物质变化过程，下列叙述正确的是( ) A.过程①和②都发生在细胞质基质，过程③和④都发生在线粒体中 B.果醋发酵是否产生乙酸，可用pH试纸来检验 C.过程③和④不都需要氧气的参与 D.过程①～④所需的最适温度基本相同 B 当堂训练 【练习5】 利用微生物制作发酵食品在我国有着悠久的历史。如图表示泡菜的制作方法。请回答下列问题： (1)制作泡菜利用的微生物是___________。发酵初期，泡菜坛水槽内经常有气泡产生，其主要原因是发酵初期酵母菌生长旺盛，产生了较多的 _________ 。 CO2 乳酸菌 当堂训练 【练习6】 (2)装坛时往往加入“陈泡菜水”，是为了增加______________ 的量。调味料除了蒜瓣、生姜及其他香辛料外，还要加入少量白酒以使泡菜更加脆爽、清香，同时还能起到 的作用。 抑制杂菌生长 乳酸菌 (3)泡菜制作过程中，泡菜表面的杂菌产生的硝酸还原酶将硝酸盐还原成亚硝酸盐，在特定条件下能转变成有致癌作用的亚硝胺。如图是三种食盐浓度的泡菜中亚硝酸盐含量与发酵天数的关系。 ①与食盐浓度为3%、7%的泡菜相比较，食盐浓度为5%的泡菜中亚硝酸盐含量变化的特点是_________________________________________。 亚硝酸盐含量变化最大；亚硝酸盐峰值最高 当堂训练 【练习6】 ②发酵初期食盐浓度为7%的泡菜中亚硝酸盐含量较低的原因主要是： 提示：高盐浓度有利于抑制杂菌的生长繁殖，产生的硝酸还原酶少，减缓了硝酸盐还原。 ③泡菜虽然美味却不宜过量食用。根据图中的相关数据，对泡菜腌制和食用的合理建议有_______________________________________________________________。 使用适宜浓度的食盐腌制泡菜；泡菜腌制到一定时间后才能食用 当堂训练 【练习6】 课堂小结 谢谢大家 $$