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

战国时期的盛酒的青铜器和其中的酒 3000多年前埃及人采摘葡萄酿酒的壁画 约9000年前，我们的祖先就会利用微生物将谷物、水果等发酵为含酒精的饮料。后来，人们通过自然发酵或曲种传代的固体发酵方法生产其它食品，如酱油、醋、豆豉、腐乳核酸奶等。这种传统发酵技术促进了中华民族特有的饮食文化的形成，但在几年前里，人们并不明白其中的原理。 1857年，法国生物学家巴斯德（L. Pasteur，1822-1895）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。 1897年，科学家发现了酶在酵母菌发酵中的作用，逐渐了解了发酵的本质。之后的30多年间，微生物的分离和纯化技术不断完善，传统的固体发酵开始向半固体发酵和液体发酵演变。同时，作坊式的手工生产向近代工业化生产方向发展。利用微生物生产的新产品，如酒精、柠檬酸和淀粉酶等不断出现。 20世纪40年代，利用发酵工程大规模生产青霉素成为主攻方向。由于青霉素产生菌是需氧型的，科学家在厌氧发酵技术的基础上，建立了深层通气发酵技术，使青霉素生产实现了产业化。不久，随着链霉素、金霉素和土霉素等抗生素的发现和生产，抗生素发酵工业兴起。 生产青霉素所用的发酵罐 1957年，利用微生物生产谷氨酸获得成功。20世纪60年代，科学家通过研究微生物的代谢途径，继续改进发酵技术，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。之后，酶制剂、多糖、维生素发酵工作相继兴起。 生产氨基酸的工厂一角 20世纪70年代以后，基因工程、细胞工程等的发展，使发酵工程进入了定向育种的新阶段。例如，运用基因工程将动植物的基因转移到微生物中，获得具有特殊生产能力的微生物，大量生产人们需要的产品，如人胰岛素、干扰素等。 生产人胰岛素的车间 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工程进行综合研究，以及更加合理地控制发酵过程。目前，人们已经能够记录和控制发酵的全部参数。 人类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 第一章 发酵工程 第1节 传统发酵技术的应用 一、发酵与传统发酵技术 二 、尝试制作传统发酵食品 一、发酵与传统发酵技术 发酵的概念：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。 原理：不同的微生物具有产生不同代谢产物的能力，因此利用它们就可以生产出人们所需要的多种产物。 发酵 据氧气需求情况 据发酵生成产物 需氧发酵 厌氧发酵 酒精发酵 乳酸发酵 氨基酸发酵等 直接利用原材料中的天然存在的微生物，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 传统发酵以混合菌种的固体及半固体发酵为主（家庭式或作坊式的） 酒、酱、酱油、醋、泡菜、豆豉是传统饮食文化的重要组成部分 一、发酵与传统发酵技术 一、发酵与传统发酵技术 腐乳制作 原理: 微生物: 过程: 蛋白质 小分子肽 + 氨基酸 酵母、曲霉、毛霉(主要)等 让豆腐上长出毛霉 香料腌制 密封发酵 豆腐发酵中的毛霉 脂肪 甘油 + 脂肪酸 脂肪酶 分类地位：真核生物 代谢类型：异养需氧型 优点: 味道鲜美，易于消化吸收，便于保存。 豆瓣酱、酱油、醋、泡菜、豆豉、葡萄酒、手工酸奶、馒头等...... 电子显微镜下的毛霉 1．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 9 一、发酵与传统发酵技术 二 、尝试制作传统发酵食品 二 、尝试制作传统发酵食品 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） ③生产应用：可用于乳制品的发酵、泡菜的腌制等。 ④分布：广泛分布于空气、土壤、植物体表、人或动物的肠道内。 ⑤常见类型：乳酸链球菌和乳酸杆菌。 C6H12O6 酶 2C3H6O3（乳酸）+能量 1.乳酸菌 二 、尝试制作传统发酵食品 ①代谢特点：单细胞真菌，代谢类型为异养兼性厌氧型；在无氧的情况下能进行酒精发酵。 ②发酵原理（反应简式） ③生产应用：可用于酿酒、制作馒头和面包等。 ④影响因素：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℃。 ⑤分布：在一些含糖量较高的水果、蔬菜表面。 C6H12O6 酶 2C2H5OH（酒精）+2CO2+能量 2.酵母菌 二 、尝试制作传统发酵食品 ①代谢特点：好氧细菌，代谢类型为异养需氧型；当O2、糖源都充足时，能将糖分解成醋酸；当缺少糖源时则将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为醋酸。多数醋酸菌的最适生长温度为30～35℃。 ②发酵原理（反应简式） ③生产应用：可用于制作各种风味的醋。 C6H12O6+2O2 酶 2CH3COOH（醋酸）+2H2O+2CO2+能量 C2H5OH+O2 酶 CH3COOH（醋酸）+H2O+能量 3.醋酸菌 探究.实验 ---制作泡菜 蔬菜装至半坛，加蒜、生姜及其它香辛料。再装蔬菜至八成满。将盐水倒入坛中，没过全部菜料，盖坛。向坛盖边沿的水槽注满水。 3.装坛 配制泡菜盐水（5%~20%），煮沸，冷却 1.配制泡菜盐水 新鲜蔬菜洗净、切条状或块状，晾干 2.准备蔬菜、香辛料 泡菜坛只能装八成满：泡菜发酵初期，由蔬菜表面带入的大肠杆菌、酵母菌等较为活跃，它们进行发酵会产生较多的CO2，如果泡菜坛装太满，发酵液可能会溢出坛外。另外，泡菜坛装太满，会使盐水不太容易完全淹没菜料，而导致菜料变质腐烂。泡菜坛留有一定空间也方便拿取泡菜。 探究.实验 ---制作泡菜 蔬菜装至半坛，加蒜、生姜及其它香辛料。再装蔬菜至八成满。将盐水倒入坛中，没过全部菜料，盖坛。向坛盖边沿的水槽注满水。 3.装坛 配制泡菜盐水（5%~20%），煮沸，冷却 1.配制泡菜盐水 新鲜蔬菜洗净、切条状或块状，晾干 2.准备蔬菜、香辛料 用水密封泡菜坛的目的是给泡菜坛内创设无氧环境，说明泡菜制作需要无氧条件。 探究.实验 ---制作泡菜 蔬菜装至半坛，加蒜、生姜及其它香辛料。再装蔬菜至八成满。将盐水倒入坛中，没过全部菜料，盖坛。向坛盖边沿的水槽注满水。 3.装坛 配制泡菜盐水（5%~20%），煮沸，冷却 1.配制泡菜盐水 新鲜蔬菜洗净、切条状或块状，晾干 2.准备蔬菜、香辛料 水槽中适时补充水。 4.发酵 亚硝酸盐的含量低 乳酸含量0.4%~0.8%时，口味、品质最佳。 1. 原理： 2. 应用的微生物： 3. 材料用具： C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+ 能量 酶 ①分类地位： ②代谢类型： ④种类： ③分布： ⑤应用： 乳酸菌 异养厌氧型 空气、土壤、植物体表、人或动物肠道 常见乳酸链球菌、乳酸杆菌（做酸奶） 乳制品的发酵、泡菜的腌制 植物体表面天然的乳酸菌 新鲜蔬菜、调味品、泡菜坛或其他密封性良好的罐子 原核生物 随乳酸增加，Ph会变小，口感变酸。 探究.实验 ---制作泡菜 (1)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。 (2)亚硝酸盐分布广泛，蔬菜、咸菜、豆粉中均含有。 (3)膳食中的亚硝酸盐一般不会危害人体健康，绝大部分亚硝酸盐只是“过客”，随尿排出。 (4)当人体摄入的亚硝酸盐总量达到0.3g～0.5g时，会引起中毒，当摄入总量达到3g时，会引起死亡。 蔬菜水果 亚硝酸盐 pH、温度 微生物 亚硝胺 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还原菌大量增殖，产生较多的亚硝酸盐 探究.实验 ---制作泡菜 泡菜制作过程中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的变化情况分析 发酵时期 乳酸菌 乳酸 亚硝酸盐 发酵初期 少(有氧气，乳酸菌活动受到抑制) 少 增加(硝酸盐还原菌作用) 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 下降至相对稳定(硝酸盐还原菌被完全抑制) 曲线 模型 2．下列关于泡菜制作的叙述，错误的是(　　) A．泡菜制作过程中，乳酸发酵的过程即乳酸菌进行无氧呼吸的过程 B．我国各地的环境条件和人们的生活习惯不相同，制作出的泡菜风味也有所差异 C．腌制过程中乳酸菌含量会逐渐增多，达到一定值后会下降 D．泡菜制作过程中，亚硝酸盐含量先降低后升高 20 3.如图分别表示泡菜制作中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐含量的变化。下列叙述正确的是(　　) A．据图1可知，泡菜制作过程中乳酸菌数量增长曲线为“S”形 B．图2中发酵初期乳酸产生量较少，可能与氧含量较高有关 C．据图3可知，发酵中期是取食泡菜的最佳时间 D．泡菜发酵过程中检测亚硝酸盐含量的目的是了解乳酸菌的生长状况 21 1. 原理： 2. 应用的微生物： C6H12O6 2C2H5OH（酒精）+ 2CO2+ 能量 酶 真核生物 含糖量较高的蔬菜、水果表面 酿酒、制作馒头和面包 植物体表面天然的酵母菌 ①分类地位： ②代谢类型： ⑤应用： ③分布： 酵母菌 ④适宜温度： 酿酒酵母的最适生长温度约为28℃ 异养兼性厌氧型 探究.实验 ---果酒的制作 1. 原理： 2. 应用的微生物： 3. 材料用具： C6H12O6 + 2O2 2CH3COOH（乙酸）+ 2H2O + 2CO2 + 能量 酶 原核细胞 30~35℃ 各种风味的醋 新鲜水果、洗洁精、体积分数70%的酒精、发酵瓶、纱布和榨汁机等 ①分类地位： ②代谢类型： ③适宜温度： 醋酸菌 ④应用： C2H5OH + O2 CH3COOH（乙酸）+ H2O + 能量 酶 醋酸杆菌 异养需氧型 氧气和糖源充足时 缺少糖源，乙醇为原料 探究.实验 ---果醋的制作 （1）发酵装置： 充气口：在醋酸发酵时连接充气泵，进行充气，充气管下端要插入发酵液液面以下近瓶底处 排气口：在酒精发酵时用来排除二氧化碳，排气口通过一个长而弯曲的胶管与瓶身连接，其目的是防止空气中微生物的污染。 其作用类似于巴斯德实验的鹅颈瓶，排气管下端离发酵液面有一段距离，外部要弯曲，并尽量保证管口向下。 出料口：用来取样 （2）装置的使用： 使用该装置进行酒精发酵时，应关闭充气口；进行醋酸发酵时，应将充气口连接充气泵，通入氧气。 探究.实验 ---果酒和果醋的制作过程 （3）制作过程： 挑选葡萄 冲洗 挑选新鲜含糖量高的葡萄适量，除去腐烂的葡萄 先用清水冲洗后除去枝梗 ①榨汁前应将葡萄先冲洗后除去枝梗，原因是除去枝梗时可能造成葡萄破损，先冲洗后除去枝梗可降低被杂菌污染的机会。 ②自然发酵时不要反复冲洗葡萄，因为其他杂菌和酵母菌被洗去的机会是均等的，如果冲洗次数过多，会使酵母菌数量减少，发酵周期延长，酒精含量降低。 探究.实验 ---果酒和果醋的制作过程 （3）制作过程： 榨汁 为了防止发酵液被污染，榨汁机要洗净并晾干。 挑选葡萄 冲洗 探究.实验 ---果酒和果醋的制作过程 （3）制作过程： 挑选葡萄 冲洗 榨汁 酒精发酵 ①发酵装置清洗：为了防止发酵液被污染，发酵瓶要洗净并用体积分数为70%的酒精消毒或用洗洁精洗涤。 ②葡萄汁转入发酵瓶：装入的葡萄汁量不能超过发酵瓶容积的2/3，原因是要留部分氧气使酵母菌能够繁殖，其次发酵时需要放气，留1/3空间可防止放气时发酵液溢出。 ③装入葡萄汁后，封闭充气口，以防止发酵液被污染。 ④进行发酵 探究.实验 ---果酒和果醋的制作过程 （3）制作过程： 挑选葡萄 冲洗 榨汁 酒精发酵 果酒 ⑤为提高果酒品质，更好地抑制其他微生物的生长，可以直接在果汁中加入人工培养的酵母菌。 ① 随发酵的进行会产生CO2，溶液PH下降，瓶内气压增大，每隔10 - 12h要拧松瓶盖排气，防止发酵瓶爆裂，尽量选用塑料瓶。排气时只需拧松瓶盖，但不要打开瓶盖，以防止氧气和有害杂菌进入。 ②温度18- 30℃ ，时间10-12d，可通过出料口对发酵情况进行及时的监测。 ③随时间延长发酵速率减慢，排气间隔可延长，酒精达到12%左右酵母菌会被杀死。 ④在缺氧，呈酸性的发酵液中，酵母菌可以生长繁殖，绝大多数其他微生物都因无法适应这一环境而受到抑制。 探究.实验 ---果酒和果醋的制作过程 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。 4．家庭自制葡萄酒的一般流程：挑选葡萄→冲洗、沥干水→去除枝梗→用手捏碎葡萄→将葡萄皮、葡萄籽、果肉、白糖搅拌均匀装瓶密封发酵→滤渣。下列分析不合理的是(　　) A．冲洗葡萄时，不能将表层的“白霜”冲掉，“白霜”很可能是酵母菌 B．用手捏碎葡萄进行发酵的目的是为了让附着在葡萄皮上的野生酵母菌充分接触营养物质，缩短发酵时间 C．装瓶发酵时一般要留出约1/3的空间，以防止发酵液溢出，并为酵母菌大量繁殖提供适量的氧气 D．葡萄酒制作过程中，一定需要对葡萄和发酵装置进行灭菌，防止其他杂菌对发酵产生影响 29 （3）制作过程： 果酒 挑选葡萄 冲洗 榨汁 酒精发酵 醋酸发酵 果醋 ①用上述酒精发酵装置，打开充气口，适时通入空气（氧气）家庭制作果醋时需将瓶盖打开并盖上纱布，以减少空气中尘土等污染。 ②温度严格控制在30- 35℃ ，时间控制在7 - 8d。 ③发酵一段时间后，发酵液表面形成一层白色薄膜（醋酸菌膜）。 探究.实验 ---果酒和果醋的制作过程 第一节 传统发酵技术中利用了天然存在的菌种。菌种差异、杂菌情况不明和发酵过程控制缺乏标准，会造成食品品质不一。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，再将它们接种到物料中进行发酵。 第一章 发酵工程 第1节 传统发酵技术的应用 $$