1.1传统发酵技术的应用课件-2025-2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

目录 /CONTENTS 01 发酵工程 02 细胞工程 03 基因工程 04 生物技术的安全性与伦理问题 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 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 第1章 发酵工程 第1节 传统发酵技术的应用 1.掌握泡菜制作过程，并分析影响泡菜腌制的条件2.掌握果酒、果醋制作的原理和过程 3.尝试设计发酵装置，并完成果酒和果醋的制作 学习目标 01 一、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： 实质： 微生物在有氧或无氧条件下的细胞呼吸，是一个物质氧化分解过程 01 一、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） 优点： 操作简单，便于家庭式或作坊式生产，是传统饮食文化的传承 缺点： 生产条件不易控制，容易受杂菌污染，生产效率较低等。 01 一、发酵与传统发酵技术 2、传统发酵技术 主要食品： 酒、腐乳、酱、酱油、醋、泡菜、豆豉等。 （1）腐乳制作原理： 蛋白质 小分子肽+氨基酸 蛋白酶 （2）参与的微生物： 酵母、曲霉、毛霉等，起主要作用的是毛霉。 脂 肪 甘油+脂肪酸 脂肪酶 02 二、尝试制作传统发酵食品 1、制作泡菜 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 （2）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） 植物体表面的天然的乳酸菌 ① 代谢类型： ②菌种分布： ③ 菌种来源： （1）菌种： 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。 02 二、尝试制作传统发酵食品 2、制作果酒 酵母菌 异养兼性厌氧型 在有氧条件下，酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖 C6H12O6+6O2+6H2O 6CO2+12H2O+能量 酶 在无氧条件下，酵母菌能进行酒精发酵 C6H12O6 2C2H5OH（酒精）+2CO2+能量 酶 （单细胞真菌） 分布在一些含糖量较高的水果、蔬菜表面。 一般控制在18～30℃，最适生长温度约28℃。 （1）菌种： （2）原理： ① 代谢类型： ③温度： ②菌种来源： 附着在葡萄皮上的野生型酵母菌。 02 3、制作果醋 醋酸菌 异养好氧型 “糖制醋” “酒制醋” ②当缺少糖源时，能将乙醇转化成乙醛，再将乙醛变成乙酸 酶 C2H5OH ＋O2 CH3COOH （乙酸）＋ H2O+能量 ①当氧气、糖源充足时，能将糖分解成乙酸; C6H12O6＋2O2 2CH3COOH（乙酸）＋2CO2＋2H2O+能量 酶 ① 代谢类型： ②最适生长温度： 30～35℃。 （原核生物） 二、尝试制作传统发酵食品 （1）菌种： （2）原理： 12 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： 盐具有杀菌、析出蔬菜中的水分、调味等作用 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； （4）结果分析和评价 二、尝试制作传统发酵食品 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 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。 二、尝试制作传统发酵食品 ----泡菜 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; 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; 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。可通过从发酵瓶口取样来对发酵的情况进行检测。 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; 除灰去污 防止先去梗时损伤葡萄，再冲洗时增加被杂菌污染的机会 ①有氧条件，利于酵母菌快速繁殖；耗尽O2后，再进行酒精发酵； ②防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出。 无需多次。防止菌种减少，影响发酵 排出CO2 ，防止爆裂 防止杂菌污染 器具消毒 冲洗葡萄 榨汁装瓶 果酒发酵 （3）果酒制作步骤： 附着的酵母菌可能有多种，提供适合多种酵母菌生长的范围，且大范围简单易行 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; 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; 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。可通过从发酵瓶口取样来对发酵的情况进行检测。 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; 器具消毒 冲洗葡萄 榨汁装瓶 果酒发酵 果醋发酵 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。 空气中的醋酸菌会进入果酒发酵液中大量繁殖，纱布防止发酵液被污染。 （4）果醋制作步骤： 18 02 如何检测果酒和果醋的制作是否成功？ 果酒：a.闻 b.品尝 c.用酸性条件下的重铬酸钾溶液检测 果醋：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。 -----果酒、果醋 二、尝试制作传统发酵食品 （5)果酒发酵与果醋发酵的装置 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 2025/9/10 其目的是防止空气中微生物的污染。 排气口要通过一个长而弯曲的胶管与瓶身连接，为什么？ -----果酒、果醋 二、尝试制作传统发酵食品 (6)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？ 在葡萄酒的制作过程中，发酵液会产生气泡，这是因为酵母菌发酵产生CO2；开始发酵后，CO2产生越来越多，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。 如果是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。 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膜，这是醋酸菌膜。 -----果酒、果醋 二、尝试制作传统发酵食品 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。 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。 6.结果分析与评价 -----果酒、果醋 二、尝试制作传统发酵食品 ③在制作果醋的过程中，酵母菌是否还会继续发酵？醋酸菌从何而来？采用什么措施可以加快果醋的制作？ 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。 6.结果分析与评价 -----果酒、果醋 二、尝试制作传统发酵食品 ④你制作的果酒和果醋的口味如何？如果你对结果不满意，应该如何改进？ 制作成功的葡萄酒爽口，柔和，有浓郁的果香味； 制作成功的果醋有特有的果香，酸味柔和，稍有甜味，不涩。 如果对制作结果不满意，应从制作过程全面考虑改进措施，如严格控制发酵条件，发酵所用装置要进行清洗、晾干、消毒等。 6.结果分析与评价 -----果酒、果醋 二、尝试制作传统发酵食品 $