1.1 传统发酵技术的应用（第1课时）课件 2024—2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

该高中生物学课件聚焦发酵工程中传统发酵技术的应用，涵盖乳酸菌、酵母菌等微生物的代谢特点，以及泡菜、果酒、果醋的制作原理与流程。通过“从社会中来”诗句导入，衔接古代发酵到现代发酵工程的发展脉络，构建知识支架帮助学生系统理解。 其亮点在于以生命观念认识微生物结构与代谢，通过科学探究设计发酵实验并分析亚硝酸盐含量变化，结合态度责任关注食品安全。如泡菜制作步骤解析、典例分析等，理论联系实践，学生能深化理解，教师可提升教学效率。

从传统发酵技术到发酵工程 ①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。 ②1857年，巴斯德证明酒精发酵是由活的酵母菌引起的。(巴斯德发现，利用酵母菌酿酒的时候，如果发酵容器存在氧气，酒精的产生会停止，这就是所谓的巴斯德效应。) 【科技探索之路】 ③1897年，科学家发现了酶在酵母菌发酵中的作用。微生物的分离和纯化技术得到了应用，发酵生产的工艺和设备不断完善，传统的固体发酵开始向半固体发酵和液体发酵演变，作坊式手工生产向现代工业化生产方向发展。 ④20世纪40年代，在厌氧发酵技术的基础上，建立了深层通气液体发酵技术。 ⑤1957年，通过人工诱变特定微生物，获得具有更高生产能力的突变类型。 ⑥20世纪70年代以后，基因工程和细胞工程等的发展，使发酵工程进入定向育种的新阶段。 ⑦20世纪80年代，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，以更加合理地控制发酵过程，目前人类已经能够自动记录和控制发酵过程的全部参数。 传统发酵 发酵工程 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； 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。 葡萄酒和葡萄醋是人类以葡萄为原料利用微生物发酵制作而来的，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 葡萄酒和葡萄醋都是由葡萄发酵而来，但是一个经酵母菌无氧呼吸产生了酒精，另一个经醋酸菌有氧呼吸产生了醋酸，因此口感不同。 从社会中来 课标内容要求 核心素养对接 举例说明日常生活中的某些食品是运用传统发酵技术生产的。 1．生命观念：运用结构功能观认识乳酸菌、酵母菌和醋酸菌的结构特点和代谢特点。 2．科学探究：运用发酵原理，设计并完成利用天然菌种制作泡菜、果酒和果醋的实验探究并对实验结果进行分析和评价。 3．社会责任：关注食品安全和健康的生活方式。 第1节　传统发酵技术的应用（1） 第1章　发酵工程 阅读教材P4-8，思考以下问题： 思考·讨论： 什么是传统发酵技术? 制作泡菜、果酒和果醋的原理是什么? 怎样制作泡菜?怎样制作果酒和果醋? 本节聚焦 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 【课题背景】 一、发酵与传统发酵技术 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。 （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，因此利用它们可以生产出人们所需要的多种产物。 （4）产品： （1）实例——腐乳 ①原料：豆腐。 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 蛋白质 小分子肽+氨基酸 蛋白酶 脂 肪 甘油+脂肪酸 脂肪酶 【典例】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 解析：传统发酵菌种来自自然界中的微生物(天然存在的菌种)，通常以混合菌种为主，没有接种菌种，没有经过严格灭菌，C错误。 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、卤汁等发酵物中微生物进行发酵，制作食品的技术。 （2）概念： （3）类型： 固体发酵（ ） 半固体发酵（ ） 泡菜、粮食白酒、腐乳等 豆豉、酱、酱油等 2、传统发酵技术 制作果酒 制作果醋 酵母菌-真菌 醋酸菌-细菌 制作泡菜 乳酸菌-细菌 乳酸链球菌 乳酸杆菌 （ 制作酸奶） 二、尝试制作传统发酵食品 （一）发酵类型 二、尝试制作传统发酵食品 1.乳酸发酵 （1）应用的微生物： （2）原理： C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+能量 酶 ①代谢类型： ②作用： ④种类： ③分布广泛： ⑤应用： 乳酸菌 厌氧微生物 在无氧情况下能将葡萄糖分解成乳酸 空气、土壤、植物体表、人或动物肠道 乳酸链球菌、乳酸杆菌 乳制品的发酵、泡菜的腌制 乳酸链球菌（制作泡菜） 乳酸杆菌（制作酸奶） 2.酒精发酵 （1）应用的微生物： ①代谢类型： ②作用： ③分布： ④特点： ⑤应用： （2）原理： C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+能量 酶 酵母菌 兼性厌氧型 在无氧情况下，进行酒精发酵 含糖量较高的蔬菜、水果表面 一类单细胞真菌 酿酒、制作馒头和面包 酵母菌的出芽生殖 3.醋酸发酵 （1）应用的微生物： ①代谢类型： ②作用： ③应用： C6H12O6+2O2 →2CH3COOH+2H2O+2CO2+能量 C2H5OH+O2 →CH3COOH+H2O+能量 （2）原理： 酶 酶 醋酸菌 好氧型 在氧气、糖都充足时，能将糖分解成醋酸；在缺糖时，能将乙醇转化成乙醛，在将乙醛变成醋酸 酿醋 （二）制作泡菜 （二）制作泡菜 1.制作泡菜的原理 （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，当它的质量百分比为0.4%~0.8% 时，泡菜的口味、品质最佳。 （3）反应式： C6H12O6 →2C3H6O3（乳酸）+能量 酶 2.材料用具 （2）调味品：如花椒、八角、生姜、蒜瓣及其他香辛料、白酒、白砂糖 和盐。 （3）泡菜坛或其他密封性良好的罐子。 (1)各种蔬菜（选新鲜蔬菜或其他原料，因为亚硝酸盐的含量低）均可，一般用白菜、洋白菜、黄瓜、豇豆、胡萝卜、白萝卜等。 3.制作流程 配制盐水 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； 原料处理、蔬菜装坛 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； ①盐的作用： ②盐水浓度要适宜的目的： ③盐水煮沸的目的： 调味；抑制其他微生物生长 过高：口味不佳，亚硝酸盐含量高； 过低：杂菌易繁殖，导致泡菜变质。 杀灭微生物；去除水中的溶解氧 ④为什么泡菜坛只能装八分满？ 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； 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；同时留有一定空间，也更方便拿取泡菜。 加盐水 将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过菜料，盖好坛盖 封坛发酵 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； 给泡菜坛内创造无氧环境， 严格控制厌氧条件 泡菜制作需要在无氧条件下进行 ⑤用水密封泡菜坛的目的： ⑥以上说明泡菜制作需要什么条件？ ⑦为什么在泡菜制作过程中要保持无氧环境？ 制作泡菜所用的菌种是乳酸菌，乳酸菌是一种厌氧菌，只有在无氧环境中才会进行乳酸发酵。 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.泡菜的制作过程分析 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， 等微生物呼吸作用，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。 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、酵母菌和霉菌的活动受到抑制； 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 泡菜好吃，但不宜多吃，泡菜中亚硝酸盐会危及人体健康 5、泡菜腌制中亚硝酸盐产生 资料: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，部分亚硝酸盐被分解，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。 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) 【典例】某同学在制作泡菜前，查阅资料得知，可以向泡菜坛中加些“陈泡菜水”，在用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，请你帮他分析问题。 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？ 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？ 3、加入“陈泡菜水”的目的是什么？ 13天后食用比较好，亚硝酸盐含量低 盐浓度高，杀死了乳酸菌等微生物 “陈泡菜水”含乳酸菌，可快速发酵产生乳酸 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 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。 Lavf58.51.100 $