第1章 第1节 传统发酵技术的应用 课件2-2024-2025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简述传统发酵技术的特点,说出常见的传统发酵食品。 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,发现传统发酵技术的优点与不足。 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 生活中哪些产品是通过发酵技术生产的？ 问题思考 葡萄酒 酸奶 提示：酒类（葡萄酒、白酒、清酒等）、乳制品（酸奶、奶酪、开菲尔等）、面包及烘焙食品、豆制品等 面包 导入新课 从传统发酵技术到发酵工程的发展历程 (1)原始发酵阶段 人类从酿酒开始，逐渐掌握了利用自然发酵或曲种传代的固体发酵等传统发酵技术来生产酱油、醋、豆豉、腐乳、酸奶的工艺，但不明白其中的原理。从巴斯德发现了微生物与发酵有关，到人类逐渐认识到发酵的本质，再到微生物的分离、纯化技术的应用，发酵技术逐渐走向规模化。 导入新课 (2)传统发酵工业阶段 固体发酵：微生物在几乎没有可流动水的湿固体基质培养基上生长(腐乳、泡菜)。 液体发酵：微生物在有完全流动性的液体中生长(青霉素、谷氨酸)。 半固体发酵：微生物在介于固体和液体之间的半固体培养基中生长(米酒、酱油)。 液体发酵适用面广，可用于机械化、自动化生产。 从传统发酵技术到发酵工程的发展历程 腐乳 导入新课 (3)现代发酵工业阶段 大规模生产抗生素，微生物诱变育种生产酶制剂、维生素、多糖等。 (4)生物技术产业阶段 大量生产药物(人胰岛素、干扰素等)，能够严格控制发酵过程。 从传统发酵技术到发酵工程的发展历程 一、发酵与传统发酵技术 新课讲授 新课讲授 酿酒技术有着悠久的历史，其原理是人们利用附着在谷物、水果表面的微生物进行自然发酵。那么到底什么是发酵? [探究一]发酵与传统发酵技术 提示：发酵，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 注意：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。 “代谢”并非仅指“呼吸作用”，还包括微生物的其他物质合成与分解过程，不同微生物可以产生不同的酶，因而能利用原料产生不同的代谢产物。 新课讲授 [探究一]发酵与传统发酵技术 发酵的类型有哪些? 提示：根据是否需氧分为需氧发酵(醋酸、谷氨酸、腐乳)和厌氧发酵(酒精、泡菜、酸奶)，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 腐乳 腐乳制作 毛霉、曲霉、酵母菌。 1、参与制作的主要微生物： 2、原理 蛋白质 肽、氨基酸 蛋白酶、肽酶 脂肪 甘油+脂肪酸 脂肪酶 新课讲授 [探究一]发酵与传统发酵技术 腐乳制作 3、制作流程 让豆腐长出毛霉 直接接种或利用空气中的毛霉孢子。 温度保持在15-18℃；豆腐水分控制在70%左右。 加盐腌制 逐层加盐，随层数的加高而增加盐量，腌制大约8天左右。 加卤汤装瓶 密封腌制 成品 卤汤 酒：含量应控制在12%左右。 抑制微生物生长，并使腐乳具有独特香味。 辛香料：调味，防腐杀菌 析出豆腐中的水分、抑制微生物生长。 新课讲授 [探究一]发酵与传统发酵技术 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。 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。 新课讲授 [探究一]发酵与传统发酵技术 常见的发酵食品有哪些? 提示：腐乳、泡菜、果酒、果醋、酱、酱油、豆豉、酸奶、奶酪、米酒、面包、馒头等。 二、尝试制作传统发酵食品 新课讲授 新课讲授 1.传统发酵食品制作所利用的微生物 [探究二]尝试制作传统发酵食品 (1)乳酸菌 C6H12O6 2C3H6O3(乳酸)+能量 ①代谢特点：厌氧细菌，代谢类型为异养厌氧型。在无氧的情况下能将葡萄糖分解成乳酸。 ②发酵原理(反应简式) 新课讲授 [探究二]尝试制作传统发酵食品 ③生产应用 空气、土壤、植物体表、人或动物的肠道内。 乳酸链球菌和乳酸杆菌。 可用于乳制品的发酵、泡菜的腌制等。 ④分布 ⑤常见类型 新课讲授 [探究二]尝试制作传统发酵食品 (2)酵母菌 ①代谢特点 是一类单细胞真菌，代谢类型为异养兼性厌氧型。在无氧的条件下能进行酒精发酵。 温度是影响酵母菌生长的重要因素，酿酒酵母的最适生长温度约为28 ℃。 ②重要影响因素 新课讲授 [探究二]尝试制作传统发酵食品 ④生产应用 C6H12O6 2C2H5OH(酒精)+2CO2+能量 ③发酵原理(反应简式) 可用于酿酒、制作馒头和面包等。 ⑤分布 存在于一些含糖量较高的水果、蔬菜的表面。 新课讲授 [探究二]尝试制作传统发酵食品 (3)醋酸菌 好氧细菌，代谢类型为异养需氧型。当O2、糖源都充足时，能通过复杂的化学反应将糖分解为乙酸；当缺少糖源时则将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为乙酸。多数醋酸菌的最适生长温度为30~35 ℃。 ①代谢特点 ③生产应用 ②发酵原理(反应简式) 醋酸菌可用于制作各种风味的醋。 C6H12O6+2O2 2CH3COOH(乙酸)+2H2O+2CO2+能量 C2H5OH+O2 CH3COOH(乙酸)+H2O+能量 新课讲授 [探究二]尝试制作传统发酵食品 利用植物体表面天然的乳酸菌发酵。发酵期间，乳酸不断积累，当乳酸的质量分数为0.4%~0.8%时，泡菜的品质、口味最佳。 2.制作传统发酵食品 泡菜 (1)泡菜的制作 条件： 原理： 室温，根据室温控制发酵时间，严格控制厌氧条件。 新课讲授 [探究二]尝试制作传统发酵食品 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。 步骤： 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 过程及结果分析： ①为什么选择新鲜蔬菜? ②盐水的作用是什么? ③盐水浓度为什么要合适? ④盐水煮沸的作用是什么? ⑤盐水冷却后再倒入发酵坛的目的是什么? ⑥原料能否削皮? [探究二]尝试制作传统发酵食品 新鲜蔬菜中亚硝酸盐少、营养丰富。 杀菌、析出蔬菜中的水分、调味。 过高，乳酸发酵将受抑制，泡菜风味差；过低，杂菌易繁殖，导致泡菜变质。 杀菌；去除水中的溶解氧。 保证乳酸菌等微生物的生命活动。 不能，泡菜的制作原理利用的是原料表面的乳酸菌。 ⑦为什么将菜装至八成满? ⑧泡菜制作过程中，是否只有乳酸菌起作用? ⑨用水密封泡菜坛的目的是什么? ⑩怎样创造无氧条件? 选择气密性好的泡菜坛；盐水煮沸冷却待用；装坛压实，盐水没过全部菜料;盖好盖后,沿水槽注满水,且经常补水。 新课讲授 [探究二]尝试制作传统发酵食品 在泡菜发酵初期，由蔬菜表面带入的大肠杆菌、酵母菌等进行发酵，发酵产物中有较多的CO2，如果泡菜坛装得太满，发酵液可能会溢出坛外；另外，如果泡菜坛装得太满，会使盐水不能完全淹没菜料，从而导致坛内菜料变质腐烂；同时，留有一定空间，方便拿取泡菜。 不是，还有一些酵母菌和大肠杆菌。 给泡菜坛内提供无氧环境，严格控制无氧条件。 新课讲授 拓展内容： ①亚硝酸盐介绍 泡菜在腌制过程中会有亚硝酸盐产生。膳食中的亚硝酸盐一般不会危害人体健康，但如果人体摄入过量，会发生中毒，甚至死亡；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；膳食中的绝大部分亚硝酸盐随尿液排出，但在适宜的pH、温度和一定的微生物作用下亚硝酸盐会转变成致癌物——亚硝胺。 [探究二]尝试制作传统发酵食品 新课讲授 泡菜腌制过程中，温度过高、食盐用量过低、腌制时间过短会导致亚硝酸盐含量升高。请你根据下图说说泡菜的最佳食用时间。 [探究二]尝试制作传统发酵食品 新课讲授 ②实验过程分析 [探究二]尝试制作传统发酵食品 发酵时期 乳酸菌 乳酸 亚硝酸盐 发酵前期 发酵中期 发酵后期 变化曲线       少(O2抑制乳酸菌活动) 少 增加(硝酸盐还原菌的作用) 最多(乳酸积累，抑制其他菌的生命活动) 增多 达到最多后开始下降(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，抑制乳酸菌的生命活动) 继续增多，最 后保持稳定 下降至保持相对稳定(硝酸盐还原菌被完全抑制) 新课讲授 制作果酒的原理是什么? [探究二]尝试制作传统发酵食品 提示：新鲜水果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。 制作果酒的条件是什么? 提示： 温度：18~30 ℃；发酵时间：10~12天。 (2)果酒的制作 过程及结果分析： ①体积分数为70%的酒精的作用是什么? ②冲洗水果表面的目的是什么? ③冲洗水果1~2次即可，能否连续冲洗?为什么? ④为什么葡萄要在去梗前冲洗? 新课讲授 制作果酒的步骤是什么? [探究二]尝试制作传统发酵食品 去除表面的灰尘、污物。 对发酵瓶消毒。 不能，防止果皮表面的野生菌种数量减少。 避免葡萄破损，减少被杂菌污染的机会。 器具清洗、消毒→冲洗葡萄→榨汁装瓶→酒精发酵→果酒检测。 ⑤葡萄汁装入发酵瓶时，为何要留有1/3的空间? ⑥每隔12 h左右将瓶盖拧松一次的目的是什么? ⑦拧松瓶盖但不打开的目的是什么? 新课讲授 [探究二]尝试制作传统发酵食品 a.先让酵母菌进行有氧呼吸，快速繁殖，耗尽O2后，再进行酒精发酵；b.防止发酵过程中产生的CO2过多，瓶内气压过大，造成发酵液溢出)。 排出气体。 防止杂菌污染。 新课讲授 [探究二]尝试制作传统发酵食品 ⑧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? 还有一些乳酸菌和醋酸菌。在无氧情况下乳酸菌能分解果酒中的糖、甘油、酒石酸等，从而使果酒变质。而在有氧的情况下，糖源充足时，醋酸菌能把糖分解成乙酸；缺少糖源时，醋酸菌则把乙醇转化为乙醛，再将乙醛转化为乙酸。可以通过调节发酵的温度、pH等来控制乳酸菌含量；可以通过减少O2含量、调节发酵温度、pH来控制醋酸菌含量) 新课讲授 [探究二]尝试制作传统发酵食品 ⑨如何检测果酒的发酵情况? ⑩果酒制作过程中，在不灭菌的情况下，酵母菌是如何成为优势菌种的? 为什么发酵温度是18~30 ℃，而不是一个确定的值? 如果密封不严果酒会变酸，为什么? 发酵后期在缺氧和酸性发酵液中，绝大多数微生物的生命活动受到抑制，而酵母菌可以适应这一环境进而成为优势菌种。 闻、品尝、用酸性条件下的重铬酸钾溶液检测(橙色→灰绿色)。 多种酵母菌同时发酵，不同酵母菌的最适生长温度不同。 因为醋酸菌大量繁殖并将糖分解为乙酸。 新课讲授 [探究二]尝试制作传统发酵食品 在果酒制作过程中往往会出现“先来水、后来酒”的现象，原因是什么? 果酒制作过程中酵母菌数量和酒精浓度如何变化? 前期酵母菌先进行有氧呼吸产生了水，后期酵母菌进行无氧呼吸产生酒精。 酵母菌数量先增加后趋于稳定，发酵后期数量减少，酒精浓度先增加后趋于稳定。 新课讲授 (3)果醋的制作 果醋制作的原理是什么? [探究二]尝试制作传统发酵食品 提示：醋酸菌是好氧细菌，当O2、糖源都充足时能通过复杂的化学反应将糖分解成乙酸；当缺少糖源时，将乙醇转化为乙醛，再将乙醛转变为乙酸。 果醋制作的条件是什么? 提示： 温度：30~35 ℃；发酵时间：7~8天；氧气充足。 过程及结果分析： ①在制作果醋的过程中，酵母菌是否还会继续发酵? ②醋酸菌从何而来? 新课讲授 果醋制作的步骤如下： [探究二]尝试制作传统发酵食品 随着醋酸发酵的进行，发酵液的pH、发酵温度等均不利于酵母菌的生长繁殖，酵母菌活性很低，因此不会继续发酵。 打开瓶盖后，空气中的醋酸菌会进入果酒发酵液中大量繁殖，其他的菌因不适应环境条件(不能分解乙醇)而不能繁殖。 果酒制作→打开瓶盖，盖上纱布→果醋发酵→果醋检测。 新课讲授 ③采用什么措施可以加快果醋的制作? [探究二]尝试制作传统发酵食品 在工业上，后期果醋的发酵需要人工接种醋酸菌；或者买一瓶醋，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(即醋酸菌膜)，用这层薄膜进行接种亦可。 新课讲授 ④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? [探究二]尝试制作传统发酵食品 在果酒的制作过程中，发酵液会产生气泡，这是因为酵母菌发酵产生了CO2；开始发酵后，产生的CO2越来越多，会使发酵液出现“沸腾”现象，在发酵的10天后，这种现象最明显；发酵过程产热，会使发酵液温度上升，应注意控温；发酵过程中，如果是用紫色葡萄制作葡萄酒，由果皮进入发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；果醋发酵完成后，发酵液的液面上会出现一层菌膜，即醋酸菌膜。 新课讲授 ⑤在制作果酒和果醋的过程中，哪些做法可防止发酵液被污染? ⑥如何检测果醋的发酵情况? [探究二]尝试制作传统发酵食品 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；处理葡萄时应先冲洗再去除枝梗；排气时只需拧松瓶盖，不要打开瓶盖。 a.闻；b.品尝；c.使用pH试纸检测或比较发酵前后的pH；d.观察醋酸菌膜是否形成。 新课讲授 发酵装置： [探究二]尝试制作传统发酵食品 结构 作用 酒精发酵时的状态 醋酸发酵时的状态 充气口 通入空气 关闭 打开，并接入气泵 排气口 排出CO2 打开 打开 出料口 便于取样监测 关闭 关闭 新课讲授 (4)传统发酵技术的缺点 [探究二]尝试制作传统发酵食品 菌种差异、杂菌情况不明，发酵过程的控制缺乏标准等，会造成发酵食品的品质不一。 为了缩短发酵时间，确保品质稳定，工业上大规模生产时，通常会先通过微生物培养技术获得单一菌种，然后将它们接种到物料中进行发酵。 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； 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、果醋的制作比较 果酒 果醋 主要菌种 酵母菌（兼性厌氧真菌） 醋酸菌（好氧细菌） 原理 酵母菌在无氧条件下将糖分解成酒精。 糖源都充足时能通过复杂的化学反应将糖分解成乙酸;当缺少糖源时,将乙醇转化为乙醛,再将乙醛转变为乙酸。 发酵温度（发酵时间） 18~30℃（10~12天） 30~35℃（7~8天） 新课讲授 [核心归纳] 5.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。 当堂训练 下列关于泡菜制作的叙述，不正确的是（ ） A.可用体积分数为70%的酒精对泡菜坛进行消毒 B.加入“陈泡菜水”能提供菌种 C.发酵过程中干物质的量减少 D.发酵过程需要保持有氧条件 D 【练习1】 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】 如图是两名同学制作果酒和果醋时使用的装置。同学甲用装置A(带盖的瓶子)制作葡萄酒，在瓶中加入适量葡萄汁，发酵温度控制在18～30 ℃，每隔12 h左右将瓶盖拧松一次(注意：不是打开瓶盖)，之后再将瓶盖拧紧。当发酵产生酒精后，再 当堂训练 【练习6】 再将瓶盖打开，盖上一层纱布，温度控制在30～35 ℃，进行果醋发酵。同学乙用装置B，温度控制与同学甲相同，不同的是制作果酒阶段关闭充气口，排气口用夹子夹住，每隔12 h左右松一松夹子放出多余的气体，制作果醋阶段向充气口充气。经过20 d左右，两名同学先后完成了果酒和果醋的制作。据此回答有关问题： (1)同学甲在制作果酒阶段，每隔12 h左右将瓶盖拧松一次，目的是___________ ，但又不打开，原因是_____________________________________。 防止O2和杂菌进入 排出CO2 (2)葡萄酒制作是否成功，发酵后可用 _____________ 来鉴定，在酸性条件下该物质与酒精反应呈_________色。 (3)制果酒时要将温度控制在18～30 ℃，而制果醋时要将温度控制在30～35 ℃。两者温度控制不同的原因是 _____________________________________________________________________。 灰绿 重铬酸钾溶液 18～30 ℃适宜酵母菌生长和发酵，30～35 ℃适宜醋酸菌生长和发酵 当堂训练 【练习6】 课堂小结 谢谢大家 $$