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

第1章 发酵工程 面包和酸奶，或者馒头夹着腐乳，是很多人喜欢的早餐。你知道吗？这些食品的制作都离不开微生物发酵。那么，制作不同的发酵食品，需要的微生物一样吗？如何分离和培养微生物呢？ 除了上述可以通过传统发酵技术生产的食品，啤酒、味精乃至胰岛素等药物的工业化生产，也利用了微生物的发酵。然而，工业化大规模生产在菌种的选育和培养、发酵条件的控制等方面比传统发酵生产要复杂得多，需要通过发酵工程来实现。那么，发酵工程的流程是怎样的？它用到的技术与传统发酵技术有什么不同？发酵工程在社会和经济中有哪些应用？ 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。 发酵工程：是指利用微生物的特定功能，，规模化生产人类所需产品 的综合性生物工程，它涉及菌种的选育和培养、产物的分 离和提纯等方面。 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 第1节 传统发酵技术的运用 02 概述微生物发酵的基本原理。 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。 简述传统发酵技术的特点，说出常见的传统发酵食品。 目标 01 03 学习目标 6 葡萄美酒夜光杯， 欲饮琵琶马上催。 醉卧沙场君莫笑， 古来征战几人回。 诗中提及的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？你想不想自己动手制作呢？ 葡萄及葡萄酒 从社会中来 约9000年前，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。 酿酒技术给古代人民的生活增添了丰富的色彩。许多古老的酿酒工艺一直保留并延续至今。 汉代砖刻上的酿酒图 展示我国古代酿酒作坊的绘画作品 现代发酵产品 古代酿酒的方法： 利用附着在谷物、水果等表面的微生物自然发酵。 1857年，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。此后，人们才开始了解发酵的本质。 还记得巴斯德在哪里讲过吗？ ? 一、发酵与传统发酵技术 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。 （3）类型： （1）概念： 需氧发酵（ ） 厌氧发酵（ ） 醋酸发酵、谷氨酸发酵 酒精、乳酸（泡菜、酸奶）发酵 1、发酵 （2）原理： 不同的微生物具有产生不同代谢产物的能力，因此利用它们既可以生产出人们所需要的多种产物。 一、发酵与传统发酵技术 （1）实例——腐乳 ① 原料： 。 ② 参与发酵的微生物：_____、_____和_____等，其中起主要作用的 是 。 ③ 发酵原理： 经过微生物的发酵，豆腐中的蛋白质被分解成_________________。 酵母 曲霉 毛霉 毛霉 小分子的肽和氨基酸 2、传统发酵技术 一、发酵与传统发酵技术 豆腐 腐乳制作 一、发酵与传统发酵技术 一 发酵与传统发酵技术 ④制作过程： 直接利用原材料中天然存在的微生物。 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 2、传统发酵技术 一、发酵与传统发酵技术 （1）实例——腐乳 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留下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵，制作食品的技术。 （2）概念： （3）特点： 2、传统发酵技术 一、发酵与传统发酵技术 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。 豆豉 泡菜 陈醋 腐乳 酱油 16 现学现用 1、使用酵母制作馒头（ ） 2、使用前一次发酵保存下来的面团发面（ ） 3、利用空气中毛霉孢子制作腐乳（ ） 4、直接接种毛霉制作腐乳（ ） 下列做法是否属于传统发酵技术？ 是 是 否 否 1、下列关于传统发酵食品的叙述，不正确的是(　　) A．传统发酵产品需要多种多样的微生物 B．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 C．传统发酵食品以单一菌种的固体发酵和半固体发酵为主 D．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 巩固练习 传统发酵技术没有接种菌种，而是利用了天然存在的菌种。 18 乳酸链球菌（球状） 乳酸杆菌（杆状） （一）发酵类型： (1)菌种： 乳酸菌 （原核生物） a.代谢类型： b.菌种分布： c.常见种类： 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： 在无氧的情况下乳酸菌能将葡萄糖分解成乳酸 C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+能量 酶 二、尝试制作传统发酵食品 d.应用： 乳制品的发酵、泡菜的腌制等。 1、乳酸发酵： 在有氧条件下: (1)菌种： 酵母菌 （真核生物） a.代谢类型： b.菌种分布： c.最适生长温度： 异养兼性厌氧型 含糖量较高的蔬菜、水果表面。 约为28℃ (2)原理： 二、尝试制作传统发酵食品 d.应用： 酿酒、制作馒头和面包等。 酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖。 在无氧条件下: 酵母菌能进行酒精发酵 C6H12O6＋6H2 O＋6O2 6CO2＋12H2 O＋能量 酶 C6H12O6 2C2H5 OH（酒精）＋2CO2＋能量 酶 （一）发酵类型： 2、酒精发酵： 当氧气、糖源充足时: (1)菌种： 醋酸菌 （原核生物） a.代谢类型： b.最适生长温度： c.应用： 异养需氧型 30～35℃ (2)原理： 二、尝试制作传统发酵食品 能将糖分解成乙酸。 当缺少糖源时: 能将乙醇转化成乙醛，再将乙醛变成乙酸。 C6H12O6＋2O2 2CH3COOH（乙酸）＋2H2 O＋2CO2＋能量 酶 C2H5OH＋O2 CH3COOH（乙酸）＋H2O＋能量 酶 （一）发酵类型： 3、醋酸发酵： 可用于制作各种风味的醋。 “糖制醋” “酒制醋” 1、制作泡菜 二、尝试制作传统发酵食品 （二）制作传统发酵食品： 1、制作泡菜 (1)制作原理 ①利用植物体表面天然的乳酸菌； ②发酵期间，乳酸会不断的积累，当它的质量分数为0.4%～0.8%时， 泡菜的口味、品质最佳。 ③反应式： 二、尝试制作传统发酵食品 （二）制作传统发酵食品： C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+能量 酶 食盐、清水、新鲜蔬菜、蒜瓣、生姜及其他香辛粉、泡菜坛或其他密封性良好的罐子。 23 （2）材料用具： 亚硝酸盐的含量低 为什么要选择新鲜蔬菜？ 二、尝试制作传统发酵食品 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。 1、制作泡菜 （二）制作传统发酵食品： （3）方法步骤： ①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； ②防止因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，方便拿取泡菜。 创造无氧环境 不影响乳酸菌的生命活动 调味；抑制其他微生物生长 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 向坛盖边缘的水槽中注满水，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； 将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过菜料，盖好坛盖； 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； 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； 配制 盐水 蔬菜处理装坛 加盐水 封坛 发酵 （3）方法步骤： 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 （O2抑制乳酸菌活动） 少 增加 （硝酸盐还原菌的作用） 最多 （乳酸抑制其他菌活动） 增多 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，抑制其活动） 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） （4）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 亚硝酸盐是硝酸盐还原菌促进硝酸盐还原形成的 2、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”；在用质量分数为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 （5）进一步探究： P8：拓展应用 回答下列有关泡菜制作的问题： (1)制作泡菜时，所用盐水要煮沸，其目的是______________________ 。 为了缩短制作时间，有人还会在冷却后的盐水中加入少量陈泡菜液， 加入陈泡菜液的目的是________________。 (2)泡菜制作过程中，乳酸发酵过程即乳酸菌进行___________的过程。 该过程发生在乳酸菌的_____________中。 (3)泡菜制作过程中影响亚硝酸盐含量的因素有 、 和 __________等。 (4)从开始制作到泡菜质量最佳这段时间内，泡菜液逐渐变酸，这段时间内 泡菜坛中乳酸菌和其他杂菌的消长规律是_________________________ ， 原因是__________________。 杀灭盐水中的微生物并除去水中氧气 增加乳酸菌的数量　 无氧呼吸 细胞质基质　 温度 腌制时间　 食盐用量　 乳酸菌数量增多，杂菌数量减少　 乳酸菌比杂菌更耐酸 现学现用 29 二 尝试制作传统发酵食品 2、制作果酒和果醋 二、尝试制作传统发酵食品 （二）制作传统发酵食品： 2、制作果酒和果醋 (1)制作原理 ①许多新鲜水果（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。 ②在有氧的条件下，果酒经醋酸菌的作用还可以进一步发酵成果醋。 ③反应式： 二、尝试制作传统发酵食品 （二）制作传统发酵食品： C6H12O6 2C2H5 OH（酒精）＋2CO2＋能量 酶 C2H5OH＋2O2 CH3COOH（乙酸）＋H2O＋能量 酶 食盐、清水、新鲜蔬菜、蒜瓣、生姜及其他香辛粉、泡菜坛或其他密封性良好的罐子。 31 ①新鲜的水果（如葡萄、苹果、山楂和龙眼等）。 ②洗洁精、体积分数70%的酒精、发酵瓶、纱布和榨汁机等。 （2）材料用具： 二、尝试制作传统发酵食品 （二）制作传统发酵食品： 2、制作果酒和果醋 （3）方法步骤： 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; 去除表面灰尘、污物 避免葡萄破损， 减少被杂菌污染的机会 ①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； ②防止发酵过程中产生的 CO2造成发酵液溢出。 防止野生菌种数量减少，影响发酵 排出气体 防止杂菌污染 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 （3）方法步骤： 器具消毒 冲洗葡萄 榨汁装瓶 果酒发酵 果醋发酵 二 尝试制作传统发酵食品 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，发酵液中会产生气泡，这是因为酵母菌发酵产生CO2；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。 （4）结果分析与评价： 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。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。 （4）结果分析与评价： 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。 （4）结果分析与评价： 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。 （4）结果分析与评价： ⑤果酒制作过程中，在不灭菌的情况下，酵母菌是如何成为优势菌种的？ 发酵后期在缺氧和酸性发酵液中，绝大多数微生物的生命活动受到抑制， 而酵母菌可以适应这一环境成为优势菌种 a.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； b.处理葡萄时应先冲洗再去除枝梗； c.排气时只需拧松瓶盖，不要打开瓶盖 ⑥在果酒和果醋制作中，哪些做法可防止发酵液被污染？ （4）结果分析与评价： 项目 果酒制作 果醋制作 发酵菌种 菌种来源 菌种代谢类型 菌种细胞类型 发酵原理 在有氧条件下： 在无氧条件下： 氧气、糖源都充足时： 缺少糖源时： 发酵 条件 温度 时间 氧气 酵母菌 小结1：果酒制作与果醋制作的比较 醋酸菌 主要是附着在葡萄皮上的野生型酵母菌 异养兼性厌氧型 异养需氧型 真核细胞 原核细胞 C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量 酶 C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+少量能量 酶 空气中的野生型醋酸菌 C6H12O6+2O2 2CH3COOH+2H2O+2CO2+能量 酶 C2H5OH+O2 CH3COOH+H2O+能量 酶 18～30℃ 30～35℃ 10-12d 7-8d 初期需氧，后期不需氧 需要氧气 (1)酵母菌通过有氧呼吸可以大量繁殖，通过无氧呼吸可以产生酒精 ( ) (2)各种葡萄都可以酿制出红葡萄酒 ( ) (3)由于醋酸菌对氧气的含量相当敏感，所以在醋酸发酵过程中要始终 通入氧气( ) (4)只有在糖源充足的情况下才能进行醋酸发酵 ( ) (5)果酒发酵的温度一般控制在30～35 ℃，果醋发酵的温度一般控制在 18～30 ℃( ) (6)在利用葡萄发酵生产果酒的后期，加入醋酸菌即可产生乙酸 ( ) √ × √ × × × 现学现用 【典例】果酒和果醋含丰富的有机酸、氨基酸、维生素，有良好的营养 和保健作用，受到消费者的喜爱。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 。 （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 。 冲洗沥干 酒精发酵 之后 是否有以核膜为界的细胞核 让酵母菌在有氧条件下大量繁殖 ① 充气口 醋酸菌是需氧型细菌，发酵过程需要氧气的参与 二、尝试制作传统发酵食品 （三）传统发酵食品的缺点： 存在 、 和 等问题，往往会造成发酵食品的品质不一。 菌种差异 杂菌情况不明 发酵过程的控制缺乏标准 二 尝试制作传统发酵食品 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 原核生物 真核生物 异养厌氧型 异养需氧型 异养兼性厌氧型 18~30℃ 30~35℃ 30-40℃ 乳制品的发酵、泡菜 酿酒、发面 制醋 C6H12O6 2C3H6O3（乳酸） 酶 +能量 C6H12O6→2C2H5OH＋2CO2＋能量 酶 C6H12O6→2C2H5OH＋2CO2＋能量 酶 C2H5OH＋O2→CH3COOH＋H2O＋能量 酶 小结2：泡菜制作、果酒制作与果醋制作的比较 练习与应用 45 随堂练习 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、芽抱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抱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 随堂练习 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 D 一、概念检测 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。 提示：腐乳、泡菜、酱、豆豉等都是生活中常见的传统发酵食品。 随堂练习 二、拓展应用 随堂练习 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一直由捆绑在 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醋？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。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。 二、拓展应用 谢谢聆听! 同学们辛苦啦！ 50 Lavf58.51.100 Lavf58.45.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.33.100 Content Adaptive Encoding 3.0 Lavf58.33.100 Content Adaptive Encoding 3.0 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $