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

选择性 必修三 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 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 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，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。 从传统发酵技术到发酵工程 发酵工程： 啤 酒 葡萄酒 毛豆腐 豆豉 泡菜 陈醋 腐乳 酸奶 发面团 酱油 辣白菜 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。 第1节 传统发酵技术的应用 4 1.阐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。 一、学习目标 二、重难点 1.微生物发酵的基本原理。 2.制作泡菜、果酒和果醋。 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。 葡萄酒是人类利用微生物发酵制作而来的。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？ 果醋 问题探讨 6 ①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 ②1857年，巴斯德证明酒精发酵是由活的酵母菌引起的。 一、发酵与传统发酵技术 早期酿酒技术： 7 一、发酵与传统发酵技术 2.原理： 3.类型： 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。 需氧发酵 厌氧发酵 如：醋酸发酵、谷氨酸发酵 如：酒精发酵、乳酸（泡菜、酸奶）发酵 （一）发酵 指人们利用微生物，在适宜条件下，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。 1.概念： （同一种微生物处于不同环境条件下时，代谢途径也会出现差异。） 注意：对微生物而言，“发酵” 在有氧和无氧条件下都能进行。必修1 (P94) 中提到的“酵母菌、乳酸菌等微生物的无氧呼吸也叫作发酵”是狭义的发酵概念。 8 （二）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。 2.类型： 传统发酵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） 3.主要食品 据史料记载，早在公元5世纪魏代古籍中，就有腐乳生产工艺的记载，“干豆腐加盐成熟后为腐乳”。到了明代我国就大量加工腐乳，而今腐乳已成长为具现代化工艺的发酵食品。 又称东方乳酪。 事实 1.制作腐乳的原料是什么？ 2.腐乳在制作的过程中蛋白质发生什么变化， 进而使豆腐变得味道鲜美而利于消化？ 3.有哪些微生物参与了豆腐的发酵？是哪种微生物起主要作用？ 4.参与发酵的微生物如何获得？ 阅读教材P5，思考: 相传，清康熙八年(公元1669年)，安徽省一进京举子王致和，京考未中，为了生存和准备下一次的考试，便做起了卖豆腐的生意。一天，他发现没卖出的豆腐长了白毛，深感苦恼，但又舍不得丢弃，便将豆腐装入坛内，撒上许多盐腌了，然后密封起来。他继续苦读，到了秋末他才想起此事。打开坛子，一股臭味散发出来，豆腐也变成了青色。他试着尝了一块，没想到“闻着臭，吃着香”。街坊邻居们品尝后也很爱吃。于是，王致和开始专营臭豆腐和酱豆腐的生意。 10 正在发酵的豆腐坯 显微镜下的毛霉 （1）菌种： 酵母、曲霉和毛霉等，其中起主要作用的是毛霉。 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 4.实例： ——腐乳的制作 11 让豆腐长出毛霉 直接利用空气中（干棕叶或稻草）的毛霉（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。 制腐乳坯：含水量70%左右为宜，含水量过高不易成形，过低不利于毛霉生长。 吃腐乳时，你会发现腐乳外部有一层致密的“皮”。这层“皮”是怎样形成的呢？它对人体有害吗？它的作用是什么？ 答：“皮”是前期发酵时在豆腐表面上生长的菌丝（匍匐菌丝），使腐乳成形，对人体无害。 12 1、每年进行同样的操作，但是每年制作的腐乳或豆瓣酱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？分析传统发酵技术的优点和缺点。 2、接种优良毛霉菌种制作腐乳属于传统发酵技术吗？ 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。 【思考】 优点： 操作简单、适用于家庭式或作坊式生产，是文化的传承。 ①天然菌种品质各异，而且生产效率较低，产物不单一， 纯度不高。 ②生产条件不易控制，易受杂菌污染。 缺点： 传统发酵食品的制作的局限性:在上述传统发酵食品的制作过程中，我们没有接种菌种，而是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的控制缺乏标准等，往往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，再将它们接种到物料中进行发酵。 14 例. 下列关于传统发酵食品的叙述，不正确的是( 　 ) 传统发酵产品需要多种多样的微生物 腐乳的制作直接利用了原料中天然存在的毛霉、酵母等微生物 传统发酵食品以单一菌种的固体发酵和半固体发酵为主 腐乳的制作需通过微生物的代谢把蛋白质转化为人需要的氨基酸 C 例.下列关于腐乳制作原理的叙述，错误的是 A.腐乳制作实质就是利用发酵技术，将大分子有机物分解为小分子有机物的过程 B.腐乳制作中，起作用的微生物多为异养型真菌 C.传统发酵利用的是天然存在的菌种，所生产食品安全性更高 D.家庭自制腐乳时，一般不需单独接种菌种 传统发酵利用的是天然存在的菌种，没有经过严格的灭菌，所生产食品安全性较低，C错误。 C 16 传统发酵食品常利用的微生物 乳酸菌 酵母菌 醋酸菌 二、尝试制作传统发酵食品 探究：请同学们自主阅读教材P5~6，思考下列问题： 1.制作泡菜应用的微生物是？菌种分布于哪些地方？类型有哪些？ 2.在泡菜制作过程中盐水煮沸的目的是什么？冷却的目的是什么？ 3.为什么泡菜坛只能装八成满？ 4.用水密封泡菜坛的目的是什么？这说明泡菜制作需要什么条件？ 5.发酵初期会有气泡冒出，但气泡的产生逐渐停止，试分析原因？ 6.泡菜发酵过程中，乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的含量变化。 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 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 一.制作泡菜 19 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： 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。 一.制作泡菜 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。 20 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调味 ②抑制微生物（杂菌）生长 杂菌易繁殖，导致泡菜变质 乳酸发酵受抑制，口味不佳 ①杀菌 ②除氧 防止影响乳酸菌的生命活动 一.制作泡菜 21 4.方法步骤： 配制盐水 原料处理、蔬菜装坛 将新鲜蔬菜（如萝卜、黄瓜和豌豆等）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，酵母菌等较为活跃，发酵产物中有较多的CO2，防止发酵液溢出坛外； ②防止因装太满使盐水未完全淹没菜料而导致菜料变质腐烂； ③留有一定空间，也更方便拿取泡菜。 思考：为什么泡菜坛需装至八成满？ 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。 创造无氧环境 22 （1）你腌制的泡菜成功吗？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； 通过在显微镜下观察乳酸菌的形态和数目； 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 6.进一步探究——测定亚硝酸盐 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 维生素C等 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。 24 （1）泡菜制作过程中影响亚硝酸盐含量的因素有哪些？ 温度高低，腌制方法，时间长短，食盐用量等。 （2）亚硝酸盐含量的测定 原理：标准比色法 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。 亚硝酸盐速测盒 试剂、比色卡 思考：为什么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。 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。 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。 产膜酵母 a.发酵初期：大肠杆菌、酵母菌等较活跃，利用O2，产生CO2，有气泡从坛沿水槽中间歇性放出，逐渐形成厌氧状态，乳酸菌开始发酵； b.发酵中期：由于乳酸发酵，乳酸不断积累、pH降低，厌氧状态形成，乳酸菌活跃，产生大量乳酸；同时，酵母菌、大肠杆菌等活动受抑制，由于O2耗尽，需氧型微生物受抑制。这一时期为泡菜完全成熟阶段。 c.发酵后期：继续进行乳酸发酵，乳酸含量继续增多，当pH过低时，乳酸菌活动受抑制，发酵速度缓慢甚至停止。 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） 27 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。 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乳酸菌的发酵作用，而抗生素能够杀死或抑制乳酸菌（细菌）。 7.与生活的联系： 28 舌尖上的中国——四川泡菜 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13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，可快速发酵产生乳酸。 (1)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 ( ) (2)发酵期间，乳酸会不断积累，当它的质量分数为0.04%～0.08%时，泡菜的口味、品质最佳 ( ) (3)选材装至半坛时，放入蒜瓣、生姜及其他香辛料，继续装满 ( ) (4)制备泡菜时，盐水煮沸后可以立即使用 ( ) (5)泡菜的制作前期需要通入氧气，后期应严格保持无氧条件 ( ) (6)泡菜在腌制过程中会有亚硝酸盐产生，腌制方法、时间长短和温度高低等条件都对亚硝酸盐的含量有影响 ( ) √ × × × × √ 易错辨析 例.泡菜发酵的微生物主要是乳酸菌，而在发酵初期，水槽内经常有气泡产生，这些气泡产生的原因及成分分别是(　 　) A．乳酸菌是兼性厌氧型微生物，初期进行有氧呼吸产生CO2；气体为CO2 B．因腌制过程中的盐进入蔬菜使蔬菜体积缩小，气体被排出；气体为空气 C．发酵初期活动强烈的是酵母菌，其利用氧产生的气体为CO2 D．乳酸菌在发酵过程中产生了热量，使坛内温度升高，空气受热膨胀排出；气体为空气 C 例.泡菜在发酵期间，由于乳酸菌的发酵作用，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。下列说法错误的是(　 　) A．初期由于含有氧气且pH较高，坛内存在其他微生物的生长 B．中期由于乳酸不断积累，厌氧状态形成，乳酸菌成为优势物种 C．后期由于乳酸含量继续增加，发酵速度会逐渐变缓甚至停止 D．整个发酵过程中亚硝酸盐含量不断增加，故泡菜要尽早食用 D 例、利用卷心菜、黄瓜发酵制作泡菜过程中，乳酸菌、酵母菌的细胞数量和pH的变化如图所示。回答下列问题： （1）自然界中，常见的乳酸菌 有_______________________。 在细胞结构上，乳酸菌不同于酵母菌的显著区别是 ，在代谢过程中，不同于乳酸菌，酵母菌的代谢类型是 。 乳酸链球菌和乳酸杆菌　 无以核膜为界限（核膜包被的）细胞核 异养兼性厌氧型　 （2）发酵初期，pH迅速下降的主要原因是 。发酵中期，酵母菌通过____________（填“有氧呼吸”或“无氧呼吸”）进行增殖。 在发酵过程中，酵母菌与乳酸菌间存在竞争关系，其强度的变化是 。 （3）卷心菜发酵制作泡菜过程中，需要注意控制 ，否则容易造成细菌大量繁殖，使__________的含量增加，影响泡菜的品质。 乳酸菌快速增殖，代谢产生了大量乳酸　 无氧呼吸 由小变大，再变小 腌制时间、温度、食盐的用量　 亚硝酸盐 解析：（1）自然界中，常见的乳酸菌有乳酸链球菌和乳酸杆菌。乳酸菌为由原核细胞构成的原核生物，酵母菌为由真核细胞构成的真核生物，所以在细胞结构上，乳酸菌不同于酵母菌的显著区别是无核膜包被的细胞核。乳酸菌只能进行无氧呼吸，酵母菌既能进行有氧呼吸也能进行无氧呼吸，因此在代谢过程中，酵母菌区别于乳酸菌的代谢类型是兼性厌氧型。（2）发酵初期，乳酸菌的数量远多于酵母菌，而且乳酸菌的增长速度也比酵母菌的快，说明发酵过程是在无氧条件下进行的，因此pH迅速下降的主要原因是乳酸菌快速增殖，代谢产生了大量乳酸。因发酵过程是在无氧条件下进行的，所以发酵中期，酵母菌通过无氧呼吸进行增殖。根据在发酵过程中乳酸菌与酵母菌种群数量的变化可推知，酵母菌与乳酸菌间的竞争强度的变化是由小变大，再变小。（3）在泡菜的腌制过程中，要注意控制腌制的时间、温度和食盐的用量，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，使亚硝酸盐含量增加。 35 探究：请同学们自主阅读教材P6~7，思考下列问题： 1.果酒的制作菌种及其来源、原理、发酵条件 2.果醋的制作菌种及其来源、原理、发酵条件 3.果酒和果醋的具体制作步骤 菌种： 酵母菌 ① 分布： ② 代谢类型： 异养兼性厌氧型 有氧条件下，酵母菌通过有氧呼吸 ： 无氧条件下，酵母菌通过无氧呼吸 ： C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2 +能量 酶 C6H12O6＋ 6H2O ＋ 6O2 6CO2＋12H2O+能量 酶 ③最适生长温度： 酿酒酵母：28℃； 野生酵母：18~30℃ 1.果酒制作的原理 （多种酵母菌） 大量繁殖 产生酒精 新鲜水果果皮表面附着的大量不同种类的野生酵母菌 二.制作果酒和果醋 生殖方式：环境适宜时，为出芽生殖，环境恶劣时，为孢子生殖 酵母菌是能发酵糖类的各种真菌的统称，包括酿酒酵母、假丝酵母、球拟酵母、红酵母等 37 ②当O2充足但缺少糖源时则将 。 ①当O2、糖源都充足时能将 ； 2.果醋制作的原理 （1）菌种： 醋酸菌 ①代谢类型： 异养需氧型 （3）醋酸发酵原理： ②最适生长温度： 30 - 35℃ （2）参与醋酸发酵的主要微生物及来源： 空气中的醋酸菌 C6H12O6+2O2 酶 2CH3COOH（乙酸）+2H2O+2CO2+能量 C2H5OH+O2 酶 CH3COOH（乙酸）+H2O+能量 糖分解成醋酸 乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为乙酸 醋酸杆菌 醋酸菌对氧气的含量很敏感，当进行深层发酵时，即使短时间中断通入氧气，也会引起醋酸菌的死亡。 “糖制醋” “酒变醋” 二.制作果酒和果醋 醋酸菌生殖方式：二分裂 如何在一个装置里又能进行酒精发酵，又能进行醋酸发酵？ （变酸的酒的表面形成的菌膜） 38 C6H12O6 2C2H5OH(酒精)+CO2+能量 酶 2O2 2CH3COOH(醋酸)+2H2O+能量 酶 + 酒精发酵：无氧，28℃ 醋酸发酵：有氧，30~35℃ 酒精发酵 → 醋酸发酵 如何在同一装置中既能进行酒精发酵又能进行醋酸发酵？ 二.制作果酒和果醋 39 3.方法步骤 器具消毒 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 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 用榨汁机榨取葡萄汁，将葡萄汁装入发酵瓶（注意：要留有大约1/3的空间），盖好瓶盖 酒精发酵 冲洗葡萄 榨汁装瓶 将温度控制在18-30℃进行发酵，在发酵过程中，每隔12h左右将瓶盖拧松一点（注意：不是打开瓶盖），此后再拧紧瓶盖。发酵时间为10-12d. ①70%的酒精的作用： 消毒 去除表面灰尘、污物 避免冲洗掉附着在葡萄皮上的野生酵母菌 避免葡萄破损，减少被杂菌污染的机会 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造成发酵液溢出 排出产生的CO2，防止爆裂 防止杂菌污染 ④为什么去梗前冲洗： ⑤葡萄汁装入发酵瓶时，为何要留有1/3的空间？ ⑦拧松但不打开的目的： ⑥每隔12h左右将瓶盖拧松一点的目的： ②冲洗的目的： ③为什么葡萄冲洗次数不宜太多？ 41 打开瓶盖，盖上纱布 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7-8d。 果醋检测 果酒检测 可通过从发酵瓶口取样来对发酵的情况进行检测 ⑧如何检测果酒的发酵情况？ a.闻 b.品尝 c.用酸性条件下的重铬酸钾溶液检测橙色→灰绿色 ⑨醋酸菌从何而来？ ⑩如何检测果醋的发酵情况？ a.闻；b.品尝； c.使用pH试纸检测前后的pH值； 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（不能利用乙醇）而不能繁殖 3.方法步骤 （检测是否产生酒精） d.观察醋酸菌膜是否形成； 42 1.在制作果酒和果醋的过程中，发酵液分别有哪些变化？引起变化的原因是什么？ ①果酒：发酵液（会或不会） 出现气泡 ； 紫色葡萄皮的 进入发酵液,使葡萄酒呈 色。 ②果醋：一般 （会或不会） 出现气泡 ， 发酵完成时，在发酵液的液面会出现一层白膜，是 。 会 花青素 深红 不会 醋酸菌菌膜 （4）结果分析和评价： 2.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？ ①制酒过程中，还会存有 等微生物 ； 乳酸菌、醋酸菌 ②控制乳酸菌数量 ： ③控制醋酸菌数量 ： 发酵为醋酸 使果酒变质 减少O2含量、调节发酵温度、pH 调节发酵的温度、pH等； 3.在制作果醋的过程中，酵母菌是否还会继续发酵？ 不会。发酵温度、pH不利于酵母菌生长 人工接种醋酸菌或直接打开瓶盖，让空气中的醋酸菌在发酵液中大量繁殖。 4.醋酸菌从何而来？采用什么措施可以加快果醋的制作？ 在工业上，后期醋的发酵需要人工接种醋酸菌。我们制作果醋时，可以先买一瓶醋， 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（实际上是醋酸菌），用这层薄膜进行接种可以明显缩短制作果醋的时间。 44 果酒发酵与果醋发酵的装置比较 p8 结构 作用 酒精发酵时状态 醋酸发酵时状态 充气口 排气口 出料口 通入空气 关闭 打开，并接入气泵 排出CO2 打开 打开 便于取样监测 关闭 关闭 思考： 1.为什么排气口胶管长而弯曲？ 防止空气中微生物的污染 可以在充气口填充棉花或者安装其他过滤装置，以防止充入的气体携带外来杂菌污染发酵液等 2.该装置还能继续改进吗？ 45 项目 泡菜制作 果酒制作 果醋制作 发酵菌种 菌种来源 代谢类型 细胞类型 发酵原理 发酵 条件 温度 时间 氧气 酵母菌 主要是附着在葡萄皮上的 野生酵母菌 异养兼性厌氧型 真核细胞 在有氧条件下：C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量 酶 在无氧条件下： C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+少量能量 酶 28℃（18-30℃） 10-12d 初期需氧，后期不需氧 醋酸菌 异养需氧型 原核细胞 空气中的野生醋酸菌 氧气、糖源都充足时：C6H12O6+2O2 2CH3COOH+2H2O+2CO2+能量 酶 氧气充足、缺少糖源时：C2H5OH+O2 CH3COOH+H2O+能量 酶 30-35℃ 7-8d 需要氧气 乳酸菌 植物体表面 天然的乳酸菌 异养厌氧型 原核细胞 C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+能量 酶 在无氧的情况下： 18-20℃ 不需要氧气 8-10d 制作泡菜、果酒和果醋的比较 【注】酵母菌、醋酸菌、毛霉、乳酸菌的最适温度不同的直接原因是这三种微生物体内酶的最适温度不同，而根本原因是控制这三种酶合成的DNA不同。 46 菌种 发酵原理 发酵条件 产物检测 类别 代谢方式 代谢场所 果酒 果醋 腐乳 泡菜 酵母菌 真核生物 异养 兼性厌氧 细胞质基质线粒体 酵母菌的无氧呼吸产生酒精 18~25 ℃ 无氧 重铬酸钾与其反应呈灰绿色 醋酸菌 原核生物 异养 好氧 细胞质基质 醋酸菌的有氧呼吸产生醋酸 30~35 ℃ 有氧 pH试纸检测、品尝 毛霉 真核生物 异养 好氧 细胞质基质线粒体 毛霉产生的蛋白酶、脂肪酶 15～18℃接种，酒精含量12％左右 乳酸菌 原核生物 异养 厌氧 细胞质基质 乳酸菌的无氧呼吸产生乳酸 常温 pH检测，亚硝酸盐的检测 问题2.泡菜、果酒、果醋的制作过程中，发酵液的pH均会下降，原因分别是？ 问题1.腐乳、泡菜、果酒、果醋的制作过程中有哪些共性？ ①都是利用天然菌种发酵；都为主要菌种提供良好生存条件（同时抑制杂菌）； 发酵产物不单一； ②均可以通过人工接种，提高发酵效率，抑制杂菌增殖，提高食品品质； ③发酵过程中都要防杂菌污染。 ①泡菜： ②果酒： ③果醋： 乳酸菌无氧呼吸产生乳酸使pH下降 酵母菌呼吸作用产生CO2溶解在发酵液中使pH下降 醋酸菌代谢产生乙酸使pH下降 查阅关于果酒和果醋工业化生产的工艺流程，比较自己制作果酒和果醋的方法与这些流程有哪些异同。在此基础上，请思考：当把少量制作转化为大规模生产时，需要解决哪些实际问题？你能从中体会到技术与工程的区别的和联系吗？ 少量制作转向大规模生产时，会遇到许多新问题。例如，少量制作果醋时，不需要专门的搅拌装置。而大规模生产果醋时，由于发酵罐容积很大，就需要安装搅拌器，以保障醋酸菌对O2的需求。可见在大规模生产发酵产品时，需要进行更为全面周详的考虑，如考虑原料的来源与选样、菌种的选育与培养、发酵设备的选择、发酵条件的自动化控制、发酵产品的质量控制、成本价格等。 到社会中去 自己制作的果酒和果醋并非商品意义上的产品。在实际生产中还需要经过沉淀、过滤、灭菌、装瓶等过程才能获得成品酒或醋。果酒还需要在一定条件下进行后续发酵，以获得特定的风味和色泽。 通过深入思考，可以感悟到，工程、技术与科学的不同——科学以“发现”为核心，技术以“发明”为核心，工程以“建造”和“产品”为核心。技术要通过工程设计等环节，将一系列相关技术体系化地组合起来，才能转化应用在工程中，大规模生产人们需要的产品。 【考点速览·诊断】 (1)果醋发酵时，发酵液产生的气泡量明显少于果酒发酵时。(2021·江苏卷)( ) (2)果醋发酵时，用重铬酸钾测定醋酸含量变化时，溶液灰绿色逐日加深。(2021·江苏卷，14D)( ) (3)酵母菌和醋酸杆菌均以有丝分裂的方式进行增殖。(2021·辽宁卷，8B)( ) (4)酵母菌和醋酸杆菌发酵过程中控制通气的情况不同。(2021·辽宁卷，8C)( ) (5)葡萄酒的颜色是葡萄皮中的色素进入发酵液形成的。(2021·山东卷，12C)( ) (6)利用乳酸菌制作酸奶过程中，先通气培养，后密封发酵。 (2019·江苏卷，9A)( ) (7)果醋制作过程中发酵液pH逐渐降低，果酒制作过程中情况相反。 (2019·江苏卷，9C)( ) √ × × √ √ × × 50 例.下列与果酒、果醋和泡菜制作有关的叙述，正确的是 （　 　） A．制作果醋的前提是制作果酒，因为醋酸菌可将酒精氧化为乙酸 B．通常情况下，泡菜制作1～2天即可食用，并需偶尔进行排气操作 C．使用的菌种通常取自于自然环境，若要提高产品品质，可接种优良菌种 D．所用制作原料和器具都需要进行严格灭菌，且发酵全过程都需在无菌环境 C 例.图甲是果酒和果醋发酵的装置图，图乙是果酒和果醋制作过程中发生的物质变化。下列叙述不正确的是 A.用甲装置制作果酒时，加入酵母菌后，一直关紧阀a，适时打开阀b几秒钟 B.用甲装置制作果醋时，阀a要关闭，阀b要持续打开 C.乙图中过程②只能发生在缺氧条件下 D.过程③和④都需要氧气的参与 B 解题点 甲装置中,阀a控制进气,阀b控制排气,制作果醋所需的微生物是醋酸菌,醋酸菌是好氧菌。乙图中过程②是无氧呼吸的第二阶段,过程③表示有氧呼吸的第二和第三阶段。 52 例.葡萄酒是葡萄汁经酵母菌发酵而成的。酿制葡萄酒的两个简易装置如图所示。 回答下列问题： （1）试管中的X溶液有助于维持甲装置的瓶中气压相对稳定， 与乙装置相比，用甲装置酿制葡萄酒的优点是_______________________________________________（答出两点）。 （2）葡萄汁装入甲装置时，要留有约1/3的空间，这种做法的目的是_____________________________________________________________ ___________________________________________________（答出两点）。 不需要开盖放气；避免了因开盖引起的杂菌污染　 为酵母菌大量繁殖提供适量的氧气； 防止发酵旺盛时发酵液溢出　 （3）某同学若用乙装置进行发酵，并设置两个不同处理组（乙A和乙B），乙A装置中保留一定量的氧气，乙B装置中没有氧气。在其他条件相同且适宜的情况下，测得一段时间内乙A和乙B中酒精含量的变化趋势及乙A中氧气含量的变化趋势如曲线图所示。图中曲线①、②、③依次表示____________、____________、____________含量的变化趋势。 （4）从细胞呼吸类型看，酵母菌属于________生物；从同化作用的类型看，酵母菌属于_______（填“自养”或“异养”）生物。 乙B中的酒精　 乙A中的酒精　 兼性厌氧　 异养 乙A中的氧气　 例. 请根据果酒和果醋的制作流程和装置回答有关问题: （1）图中A过程指 ,B过程是指 ,去除葡萄的枝梗应在A过程 (填“之前”或“之后”)。 （2）图中酒精发酵和醋酸发酵中涉及的主要微生物在细胞结构上的主要区别是 。 冲洗沥干 酒精发酵 之后 是否有以核膜为界的细胞核 （3）从装置图可以看出，加入发酵瓶中的果浆只占发酵瓶的2/3，目的是 。 （4）制果醋时，要适时通过[ ] 进行充气，原因 是 。 让酵母菌在有氧条件下大量繁殖，防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出 ① 充气口 醋酸菌是需氧型细菌，发酵过程需要氧气的参与 课堂小结 Lavf58.29.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.42 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.45.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$