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

1.1 传统发酵技术的应用 （第2课时） 制作泡菜 1. 实验原理 利用植物体表面天然的乳酸菌进行发酵的。 乳酸的质量百分比为0.4~0.8%时，泡菜口味、品质最佳。 C6H12O6 2C3H6O3(乳酸) + 能量 酶 制作泡菜 2. 实验材料 泡菜坛 白酒 食盐 清水 新鲜蔬菜（萝卜、黄瓜、白菜、豇豆等） 蒜瓣 生姜 其他香辛料（花椒、辣椒等） 制作泡菜 3. 方法步骤 新鲜蔬 菜准备 2 配制盐水 1 泡菜坛 清洗消毒 3 蔬菜 装坛 4 放入 香辛料 5 倒入冷却盐水 6 密封 腌制 7 制作泡菜 3. 方法步骤 配制盐水 1 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； 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 新鲜蔬菜准备 2 调味，抑制微生物生长 防止影响乳酸菌的生命活动 将新鲜蔬菜洗净，切成块状或条状，混合均匀，晾干； 泡菜坛清洗消毒 3 洗净晾干，倒入白酒消毒，倒掉白酒后倒置备用。 制作泡菜 3. 方法步骤 蔬菜装坛 4 将准备好的蔬菜切条装入坛中，装至半坛。 放入香辛料 5 放入蒜瓣、生姜及其他香辛料，继续装至八成满。 倒入冷却盐水 6 将将冷却水缓慢倒入坛中，使盐水没过全部菜料。 密封腌制 7 向坛盖边沿的水槽中注满水，发酵过程中经常向水槽中补充水。 制作泡菜 ① 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？ 加水 用水密封泡菜坛的目的是给泡菜坛内创造无氧环境，这说明泡菜制作需要在无氧条件下进行。 4. 结果分析 制作泡菜 4. 结果分析 ② 为什么泡菜坛只能装入八成满？ 在泡菜发酵初期，由蔬菜表面带入的大肠杆菌、酵母菌等较为活跃，它们可进行发酵，发酵产物中有较多的CO2，如果泡菜坛装的太满，发酵液可能会溢出坛外。 另外，泡菜坛装的太满，会使盐水不太容易完全淹没菜料，从而导致坛内菜料变质腐烂。 泡菜坛留有一定的空间，也更方便拿取泡菜。 制作泡菜 4. 结果分析 ③ 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； 根据亚硝酸盐的含量来评定； 可以通过乳酸菌的形态和数目； 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。 制作泡菜 5. 进一步探究 亚硝酸盐 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。 制作过程中亚硝酸盐含量的变化 腌制方法、时间长短和温度高低等条件对亚硝酸盐含量的影响 制作泡菜 亚硝酸盐 ① 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。 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 维生素C、E和酚类物质 亚硝胺具有致癌作用，对动物具有致畸和致突变作用。 制作泡菜 亚硝酸盐 ② 设计实验跟踪检测泡菜在制作过程中亚硝酸盐含量的变化 实验原理 在盐酸酸化条件下，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含量。 比色法 亚硝酸钠标准显色液 制作泡菜 测定亚硝酸盐含量的操作 配制溶液 制备泡菜样品处理液 配制一系列 标准液 比色 制作泡菜 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。 3 5 7 9 11 13 0 4 8 12 16 20 24 发酵时间/d 亚硝酸盐含量/(mg/kg) (1) 据图分析，从亚硝酸盐含量来看，你认 为该泡菜在什么时间食用比较合适？为 什么？ 13天后食用比较好，亚硝酸盐含量低。 制作泡菜 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。 3 5 7 9 11 13 0 4 8 12 16 20 24 发酵时间/d 亚硝酸盐含量/(mg/kg) (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？ 盐浓度高，杀死了乳酸菌等微生物。 制作泡菜 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。 3 5 7 9 11 13 0 4 8 12 16 20 24 发酵时间/d 亚硝酸盐含量/(mg/kg) (3) 加入“陈泡菜水”的目的是什么？ “陈泡菜水”含乳酸菌，可快速发酵产生乳酸。 制作泡菜 泡菜发酵过程中，不是乳酸菌单独发酵的结果： 注 乳酸积累，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，产生气泡。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，其他微生物的生长受到抑制。 制作泡菜 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： 注 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 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） 制作果酒和果醋 1. 实验原理 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。在有氧条件下，果酒经醋酸菌的作用还可以进一步发酵成果醋。 + C6H12O6 酶 2C2H5OH (酒精) + 2CO2+ 能量 2O2 2CH3COOH (醋酸) + 2H2O+ 能量 酶 制作果酒和果醋 2. 实验材料 新鲜的水果（如葡萄、苹果、山楂和龙眼等） 洗洁精 体积分数为70%的酒精 发酵瓶 纱布 榨汁机 制作果酒和果醋 3. 方法步骤 发酵瓶 清洗消毒 1 新鲜葡萄准备 2 葡萄榨汁 3 葡萄汁装瓶 4 果酒发酵 5 果醋发酵 6 制作果酒和果醋 3. 方法步骤 发酵瓶清洗消毒 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。 新鲜葡萄准备 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。 去除表面灰尘、污物 防止野生菌种数量减少，影响发酵 制作果酒和果醋 3. 方法步骤 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。 葡萄榨汁 3 葡萄汁装瓶 4 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。 a.提供O2，酵母菌快速繁殖后酒精发酵 b. 缓存CO2，防止发酵液溢出 制作果酒和果醋 3. 方法步骤 将温度控制18~30℃进行发酵。在发酵过程中，每隔12h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10~12d。可通过从发酵瓶口取样来对发酵情况进行检测。 果醋发酵 6 a. 排出气体 b. 防止O2进入和杂菌污染 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 制作果酒和果醋 3. 方法步骤 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。 果酒发酵 5 醋酸菌从何而来？ 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。 制作果酒和果醋 3. 方法步骤 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。 果酒发酵 5 如何检测果醋的发酵情况？ a. 闻；b. 品尝； c. 使用pH试纸检测检测和比较发酵前后的pH值； d. 观察醋酸菌膜是否形成； 制作果酒和果醋 4. 结果分析与评价 ① 在制作果酒和果醋的过程中，发酵液分别由哪些变化？ 气泡 酵母菌进行果酒发酵时会产生CO2 产热 发酵过程，分解有机物产生的能量大部分以热能形式散失 颜色 如果用紫色葡萄制作葡萄酒，随着发酵时间的延长，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。 27 制作果酒和果醋 4. 结果分析与评价 ① 在制作果酒和果醋的过程中，发酵液分别由哪些变化？ 菌体数量 初期发酵液中酵母菌数目增多，后期不再增多，甚至会下降。 CO2溶于发酵液而使pH下降 菌落 果醋发酵过程中一般不会出现气泡，发酵完成时，在发酵液的液面上会出现一层菌落，这是醋酸菌落。 pH 28 制作果酒和果醋 4. 结果分析与评价 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？ 果酒中除了酵母菌，还有乳酸菌、醋酸菌等微生物。乳酸菌可能分解果酒中的糖、甘油、酒石酸等，从而使果酒变质。可以通过调节发酵的温度、果酒的pH等来控制乳酸菌的含量。果汁中的糖也是醋酸菌重要的碳源和能源。在有氧的情况下，醋酸菌能把糖分解成醋酸；在缺少糖源的情况下，乙醇便是醋酸菌的碳源和能源，它将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为醋酸。由于醋酸菌在有氧的条件下才能进行旺盛的代谢活动，因此在制作果酒的过程中尽量减少O2含量，可以抑制醋酸菌的生长繁殖。此外，通过调节发酵的温度、果酒的pH等同样可以控制醋酸菌的含量。 29 制作果酒和果醋 4. 结果分析与评价 ③ 在制作果醋的过程中，酵母菌是否还会继续发酵？ 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，因此酵母菌活性很低。在我们的实验条件下，当打开瓶盖后，空气中的醋酸菌会进入发酵液中大量繁殖，其他的菌因不适应环境条件而不能繁殖。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。 30 制作果酒和果醋 制作果酒和果醋的发酵装置分析 充气口 排气口 出料口 在醋酸发酵时连接充气泵进行充气 排出酒精发酵时产生的CO2；与排气管相连的长而弯曲的胶管，可有效阻止空气中微生物的进入，避免来自空气的污染。 用来取样 使用该装置制作果酒时，应该关闭充气口；制作果醋时，应将充气口连接充气泵，输入无菌空气； 注 31 到社会中去 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和联系吗？从少量制作转向大规模生产时,会遇到许多新问题。 从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择、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。 32 到社会中去 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和联系吗？从少量制作转向大规模生产时,会遇到许多新问题。 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。 33 小结 项目 泡菜 果酒 果醋 菌种 生物学分类 代谢方式 最适温度范围 生产生活应用 发酵原理 乳酸菌 酵母菌 醋酸菌 原核生物 真核生物 原核生物 异养厌氧型 异养兼性厌氧型 异养需氧型 30~40℃ 18~30℃ 30~35℃ 乳制品的发酵、泡菜 酿酒、发面 制醋 C6H12O6 酶 2C3H6O3(乳酸)+能量 C6H12O6 酶 2C2H5OH(乙醇)+2CO2 + 能量 C6H12O6 酶 2C2H5OH +2CO2+能量 酶 2C2H5OH+O2 CH3COOH+2CO2+能量 34 练习与应用 1. 油炸臭豆腐是我国一些地方的风味小吃。制作时需要将豆腐浸入含有乳 酸菌、芽孢杆菌等微生物的卤汁中发酵。判断下列相关表述是否正确。 (1) 卤汁中的乳酸菌和芽孢杆菌不存在竞争关系 ( ) (2) 乳酸菌发酵产生了乳酸和CO2。 ( ) (3) 微生物发酵产生了不同的代谢物使得该臭豆腐具有特殊的味道。( ) 一、概念检测 35 练习与应用 2. 传统发酵食品的制作需要各种各样的微生物。下列相关叙述错误的是 ( ) A. 腌制泡菜利用了乳酸菌的乳酸发酵 B. 制作腐乳利用了毛霉等产生的蛋白酶 C. 制作果酒利用了酵母菌在无氧条件下产生酒精 D. 制作果醋利用了醋酸菌在无氧条件下产生醋酸 一、概念检测 D 36 练习与应用 1. 请举例说说你身边的传统发酵食品有哪些，它们的制作原理是什么。有 机会的话，你也可以尝试做一做。 二、拓展应用 泡菜：主要利用乳酸菌在无氧条件下发酵形成乳酸菌。 腐乳：主要利用毛霉将豆类中的有机物水解为短肽、氨基酸、甘油和 脂肪酸等多种营养物质。 酱油：主要利用米曲霉将产生的多种酶将有机物水解为短肽、多种氨 基酸、醛、酸、酯等。 37 练习与应用 3. 有3位同学分别采用了3种不同的发酵装置来制作果醋。A同学用的是带 盖的塑料瓶；B同学用了没有盖的塑料瓶，在发酵过程中无盖的瓶口直 由捆绑在瓶口的8 层纱布覆盖；C同学则设计了如右图所示的发酵装置。 结合果醋的制作原理，你认为哪一种发酵装置更适合制作果?你还能继 续改进这种装置吗? C同学的装置更适合制作果醋。出料口可以用来取样; 充气口可以在发酵时连接充气泵进行充气，从而有利于醋酸菌更好地进行有氧呼吸，提高发酵效率; 排气口可以用来排出在发酵过程中产生的气体，它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。 38 练习与应用 3. 有3位同学分别采用了3种不同的发酵装置来制作果醋。A同学用的是带 盖的塑料瓶；B同学用了没有盖的塑料瓶，在发酵过程中无盖的瓶口直 由捆绑在瓶口的8 层纱布覆盖；C同学则设计了如右图所示的发酵装置。 结合果醋的制作原理，你认为哪一种发酵装置更适合制作果?你还能继 续改进这种装置吗? 进一步改进：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。 39 $$