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

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。 我们身边都有哪些发酵产品呢？ 发酵工程 传统发酵 导 从传统发酵技术到发酵工程 科学家发现了酶在酵母菌发酵中的作用。 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。 1857年 利用发酵工程大规模生产青霉素，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。 2 第1章 发酵工程 第1节 传统发酵技术的应用 3 4 思 1、发酵的概念和原理 2、传统发酵技术的概念和类型 3、参与腐乳制作的微生物有哪些？哪种微生物起主要作用？ 4、腐乳制作的原理 5、乳酸菌、酵母菌、醋酸菌的代谢特点、应用和类型 6、泡菜制作的原理和步骤 5 议 1、制作泡菜步骤1中盐水浓度要适宜的目的？盐水煮沸的目的？盐水冷却后使用的目的？ 2、制作泡菜步骤2中泡菜坛装八分满的原因？ 3、制作泡菜步骤4中封坛发酵的原因？ 4、泡菜发酵过程中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的变化是？ 6 展1 1、使用酵母制作馒头属于传统发酵技术吗？ 不属于，使用前一次发酵保存下来的面团进行的才属于传统发酵技术。 其他实例：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。 7 2、资料 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。 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。 1、酒曲是什么? 2、酿酒加酒曲的目的是什么? 使原料通过微生物的代谢转化为人类所需的产物。 思考： 展1 微生物 8 展2 制作泡菜步骤中 ①盐的作用： ②盐水浓度要适宜的目的： ③盐水煮沸的目的： ④盐水冷却后使用的目的： ⑤泡菜坛子使用之前要检查密封性的目的： 调味，抑制其他微生物生长 过高，乳酸发酵将受抑制；过低，杂菌易繁殖，导致泡菜变质 杀灭杂菌，去除水中的溶解氧 为了保证乳酸菌等微生物的生命活动不受影响 保证坛内乳酸菌所需的无氧环境，严格控制厌氧条件 9 在泡菜制作时通常会往坛中加入“陈泡菜水”,目的是？ “陈泡菜水”含乳酸菌，可快速发酵产生乳酸。 展2 制作泡菜步骤中 10 发酵与传统发酵技术 1、发酵 概念：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。 原理：不同的微生物由于代谢途径不同，能产生不同代谢产物。 【同一种微生物处于不同环境条件下，代谢途径也会出现差异】。 醋酸、谷氨酸发酵 酒精、乳酸发酵 需氧发酵 厌氧发酵 类型： 评 发酵工程 11 发酵与传统发酵技术 1、腐乳制作原理： 2、参与的微生物： 酵母、曲霉、毛霉等，起主要作用的是毛霉。 ---腐乳 蛋白质 小分子肽 + 氨基酸 脂 肪 甘油 + 脂肪酸 蛋白酶 脂肪酶 毛霉：分布广泛 适宜温度：15~18℃ 代谢类型：异养好氧型 生殖类型：孢子生殖 评 发酵工程 12 发酵与传统发酵技术 目的：让毛霉等产生蛋白酶和脂肪酶 目的：析出豆腐中的水分、抑制不需要的微生物生长 酒：抑制微生物生长，并使腐乳具有独特香味； 香辛料：调味，防腐杀菌 ---腐乳 3、制作过程： 直接利用原材料中的天然存在的微生物。 评 发酵工程 13 发酵与传统发酵技术 2、传统发酵技术 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。 类型：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） 评 发酵工程 14 发酵与传统发酵技术 【思考】每年进行同样的操作，但是每年制作的腐乳的口感都不完全相同，有些年份甚至制作不成功，你知道这是为什么吗？ 缺点：生产条件不易控制，容易受杂菌污染，生产效率较低等。 主要食品： 评 发酵工程 15 尝试制作传统发酵食品 1、乳酸发酵 乳酸菌 异养厌氧型 C6H12O6 2C3H6O3（乳酸） 酶 +能量 在无氧情况下，能将葡萄糖分解成乳酸 原理： 乳酸链球菌（球状） 乳酸杆菌（杆状） 空气、土壤、植物体表、人或动物肠道内 （原核生物） 乳制品的发酵、泡菜的制作等。 ① 代谢类型： ②菌种分布： ③ 应用： 随乳酸增加， pH会变小，口感变酸。 评 发酵工程 16 尝试制作传统发酵食品 （1）泡菜制作原理 植物体表面的天然的乳酸菌来进行发酵，在无氧的条件下，乳酸菌将糖分解为乳酸。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。 ----泡菜 （2）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。 评 发酵工程 17 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； （3）制作泡菜方法步骤： 18 尝试制作传统发酵食品 思考： ----泡菜 如何判断你腌制的泡菜是否成功？色泽如何？口味如何？ 泡菜质量可以根据泡菜的色泽和风味进行初步的评定； 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。 根据亚硝酸盐的含量来评定； 根据不同时期泡菜坛中乳酸菌的数量来评定。 可以通过在显微镜下观察乳酸菌的形态； 评 发酵工程 拓展：亚硝酸盐 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时发生变质（发黄、腐烂）或者煮熟后存放太久时，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。 膳食中的亚硝酸盐一般不会危害人体健康，但是，当人体摄入的亚硝酸盐总量达到0.3～0.5g时，会引起中毒，当摄入总量达到3g时，会引起死亡。 (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。) 注意：亚硝酸盐本身并不致癌，亚硝酸盐会转化为亚硝胺（致癌、致畸和致突变）作用。 氧化 维生素C、E和酚类物质 亚硝胺 硝酸盐 亚硝酸盐 还原 细菌等微生物 (硝酸盐还原菌产生硝酸还原酶) 泡菜好吃，但不宜多吃，泡菜中亚硝酸盐会危及人体健康 20 检测亚硝酸盐含量 泡菜在发酵期间，由于乳酸菌的发酵作用，发酵产物乳酸不断积累，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。 (1)发酵初期：蔬菜刚入坛时，其表面带入的微生物，主要以不抗酸的大肠杆菌和酵母菌等较为活跃,坛内尚有留存的O2， 等微生物进行有氧呼吸，产生较多的CO2, 会有气泡从坛沿水槽内间歇性地放出，从而使坛内逐渐形成厌氧状态， 发酵开始。 酵母菌 乳酸 (2)发酵中期：由于初期乳酸发酵使乳酸不断积累，pH下降，厌氧状态形成，乳酸菌开始活跃，并产生大量乳酸，乳酸的积累量可达到0.6%～0.8%，pH为3.5～3.8。这一期间为泡菜完全成熟阶段，泡菜有酸味而且清香。 21 试分析此时期坛内其他微生物的活动情况及原因： ①由于pH的不适，大肠杆菌、酵母菌和硝酸盐还原菌等的活动受到抑制； ②由于氧气耗尽，需氧型微生物的活动受到抑制. (3)发酵后期：在此期间继续进行乳酸发酵，乳酸含量继续增加，可达1.0%以上。当乳酸含量达到1.2%以上时，发酵速度会逐渐变缓甚至停止，主要原因是______________________________。此阶段泡菜酸度过高，风味已不协调。 pH过低，乳酸菌的活动受到抑制 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 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 下降至相对稳定（硝酸盐还原菌被完全抑制） 曲线模型 23 尝试制作传统发酵食品 （4）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10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，加入“陈泡菜水”相当于接种乳酸菌。 ----泡菜 评 发酵工程 注意事项： （1）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。 （3）控制严格的厌氧条件的措施 （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，亚硝酸盐含量明显下降。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。 $$