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

该高中生物学课件聚焦发酵工程之传统发酵技术，涵盖葡萄酒、腐乳、泡菜等制作流程，微生物的代谢特点及发酵原理。以唐诗《凉州词》及生活问题导入，串联传统发酵到发酵工程的发展历程，通过流程图、对比表格和问题讨论搭建学习支架。 其亮点在于实验导向的探究实践，含豆腐乳、泡菜制作视频及果酒果醋检测实验，用表格对比菌种、条件体现生命观念，问题讨论培养科学思维，联系亚硝酸盐危害强化态度责任。学生可动手实践深化理解，教师能借丰富资源提升教学效率。

第1章 发酵工程 第1节 传统发酵技术的应用 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。 科技探索之路：从传统发酵技术到发酵工程 【科技探索之路】从传统发酵技术到发酵工程 3 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,以更加合理地控制发酵过程。 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，使发酵工程进入了定向育种的新阶段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 我们的祖先就会利用微生物将谷物、水果等发酵为含酒精的饮料和其他食品。但人们并不明白其中的原理。 科技探索之路：从传统发酵技术到发酵工程 我国战国时期盛酒的铜器和其中的酒 从社会中来 “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。”（唐·王翰）《凉州词二首·其一》 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葡萄酒和葡萄醋呢？ 《月下独酌》（ 唐·李白）花间一壶酒，独酌无相亲。 举杯邀明月，对影成三人。 一、发酵 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。夏禹时期，已有了关于少康（即杜康）造秫酒的传说。酿酒技术给古代人民的生活增添了丰富的色彩。 图1-1 汉代砖刻上的酿酒图 我国古代酿酒作坊的绘画作品 “何以解忧，唯有杜康” 1.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。 2.原理 不同的微生物具有产生不同代谢物的能力 一、发酵与传统发酵技术 3.类型 需氧发酵 厌氧发酵 ：醋酸发酵、谷氨酸发酵 ：酒精发酵、乳酸（泡菜、酸奶）发酵 4.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的过程 联系生活 资料一：千百年来，腐乳一直受到人们的喜爱。这是因为经过微生物的发酵，豆腐中的蛋白质被分解成小分子的肽和氨基酸，味道鲜美，易于消化吸收，而腐乳本身便于保存。多种微生物参与了的豆腐的发酵，如酵母、曲霉和毛霉等，其中起主要作用的是毛霉。 资料二：豆瓣酱的制作流程 煮黄豆→冷却后在黄豆表面抹上一层面粉→发酵→加盐加水→在烈日下暴晒、搅动，进一步发酵 1、制作腐乳有哪些微生物发挥作用？这些微生物来自哪里？ 2、参与豆瓣酱发酵的微生物来自哪里？ 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、特点： 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。 3、类型： 固体发酵 半固体发酵 ：泡菜、腐乳等 ：豆豉、酱、酱油、醋等 酱油 5、缺点： 生产条件不易控制，产品容易受杂菌污染，生产效率较低，产物不单一等。 4、优点： 制作简单且成本低 泡菜 豆腐乳制作过程视频 尝试制作传统发酵食品 ①菌种： 酵母，曲霉和毛霉等，毛霉（真核） a.菌种来源： 空气中的毛霉孢子 b.代谢类型： 异养需氧型 c.生殖方式： 孢子生殖 ②制作原理： d.适宜温度： 15-18℃ 味道鲜美，易于消化吸收，而腐乳本身又便于保存。 豆腐乳制作 豆腐发酵中的毛霉 脂 肪 甘油+脂肪酸 脂肪酶 蛋白质 小分子肽+氨基酸 蛋白酶 ③腐乳制作的流程： 制腐乳坯 让豆腐长出毛霉 加盐腌制 加卤汤装瓶 密封腌制 豆腐乳制作 ③腐乳制作的流程 制腐乳坯 让豆腐长出毛霉 加盐腌制 加卤汤装瓶 密封腌制 含水量70%为宜， 含水量高不易成形，过低不利于毛霉生长。 析出豆腐中的水分，使豆腐块变硬；抑制微生物生长，避免腐败变质。 过高：影响风味 过低：易腐败变质 防腐杀菌，增加口味。 香辛料：调味，防腐杀菌 含酒量：12%， 过高：成熟时间延长； 过低：易腐败变质。 利用干棕叶（或稻草）上的毛霉孢子，在15-18℃条件下，让豆腐上长出毛霉 直接接种优良的毛霉菌种，制作腐乳属于传统发酵技术吗？说明理由？ 不属于 泡菜制作过程视频 尝试制作传统发酵食品 制作泡菜 ①菌种： 乳酸菌 a.菌种来源： b.代谢类型： c.种 类： d.发酵条件： 无氧、18～20℃ 植物体表面天然的乳酸菌 异养厌氧型 乳酸链球菌、乳酸杆菌 乳酸杆菌 乳酸链球菌 ☆乳酸菌为原核生物。 ②发酵原理： C6H12O6 →2C3H6O3（乳酸）+ 能量 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制作的流程： 配制盐水 蔬菜处理装坛 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； 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； 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；定期测泡菜pH、亚硝酸盐含量。 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 创造无氧环境 发酵初期，酵母菌、大肠杆菌等较为活跃，产生CO2较多，防止发酵液溢出 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。 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？ ①作用： 调味；抑制其他微生物生长 ②浓度适宜： ③煮沸： 配制盐水 蔬菜处理装坛 加盐水 封坛 发酵 ③制作的流程： 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； pH为3.5~3.8食用 亚硝酸盐低时食用 制作泡菜 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 ④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。 ②用水密封泡菜坛的目的是什么？ 思考·讨论： ①加入的“老盐水”是什么？ ③以上说明泡菜制作需要什么条件？ 提供乳酸菌菌种，快速发酵产生乳酸 制作泡菜 ⑤如何制造泡菜制作中的“无氧环境”？ a.选择的泡菜坛要有很好的气密性；b.加入蔬菜后要注入盐水并没过全部菜料； c.盖上坛盖后要在坛盖边沿的水槽中注满清水。 ⑥制作泡菜往往要加入一些白酒，加入白酒有什么作用？ 白酒可抑制泡菜表面杂菌的生长，它也是一种调味剂，可增加醇香感。 ⑦泡菜制作过程中，是否只有乳酸菌起作用？ 不是，还有一些酵母菌和大肠杆菌 ⑧ 泡菜发酵过程中，乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的含量变化： 时期 乳酸菌 乳酸 亚硝酸盐 发酵前期 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（乳酸菌比其他杂菌更耐酸。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） 制作泡菜 联系生活 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。 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 (硝酸还原菌产生硝酸还原酶) 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。 【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？ 10天后；因为这时亚硝酸盐含量已经降到较低的水平 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 制作果酒和果醋 制作果酒和果醋 ①菌种： 植物体表面天然的酵母菌（真核）； 醋酸菌（原核） ①代谢类型： 兼性厌氧型 异养好氧细菌 ②作用： 在无氧情况下进行酒精发酵 在氧气、糖源充足时，将糖分解成醋酸； 当缺少糖源时，将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸。 ③适宜温度和时间： 18～30℃最适28℃ 30~35℃,7-8d ④应用： 各种风味的醋 酿酒、制作馒头和面包 ②发酵原理： C6H12O6+6O2+6H2O 6CO2+12H2O+能量 酶 C6H12O6 2C2H5OH（酒精）+2 CO2+能量 酶 C2H5OH+O2 CH3COOH（醋酸）+H2O+能量 酶 C6H12O6 +2O2 2CH3COOH+ 2CO2+2H2O+能量 酶 ①70%的酒精的作用： ②冲洗的目的： ③冲洗1-2次即可，能否反复冲洗， 为什么？ 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？ ⑥每隔12h左右将瓶盖拧松一点的目的： ⑦拧松但不打开的目的： ③制作的流程： 制作果酒和果醋 器具消毒 冲洗葡萄 榨汁装瓶 酒精发酵 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 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. 消毒 防止野生菌种数量减少，影响发酵 以防葡萄汁流失和破损导致杂菌污染 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 不能， 排出气体 防止O2进入和杂菌污染 去除表面灰尘、污物 果酒检测 打开瓶盖盖上纱布 果醋检测 制作果酒和果醋 ③制作的流程： 可通过从发酵瓶口取样来对发酵的情况进行检测 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。 ⑧如何检测果酒的发酵情况 （检测是否产生酒精）？ 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？ 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 ⑩如何检测果醋的发酵情况？ a.闻；b.品尝； c.使用pH试纸检测检测和比较发酵前后的pH值； d.观察醋酸菌膜是否形成； ④实验分析与思考 制作果酒和果醋 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？ a.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了CO2； b.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； c.发酵过程产热，会使发酵液温度上升，应注意控温； d.发酵过程中，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； e.果醋发酵完成后，发酵液的液面上会出现一层菌膜，即醋酸菌膜； 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？ ④实验分析与思考 制作果酒和果醋 还有一些乳酸菌和醋酸菌； 乳酸菌能将糖分解为甘油、酒石酸等，从而使果酒变质，而在有氧的情况下，醋 酸菌能把糖分解成醋酸或者把乙醇转化为乙醛进而转化为醋酸。 可以通过调节发酵的温度、pH等来控制乳酸菌含量； 可以通过减少O2含量、调节发酵温度、pH来控制醋酸菌含量； 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？ 不会。发酵温度、pH不利于酵母菌生长；当打开瓶盖后，空气中的醋酸菌会进入发酵液 人工接种醋酸菌可以明显缩短制作果醋的时间。 ⑤设计果酒发酵与果醋发酵装置 制作果酒和果醋 ⑤设计果酒发酵与果醋发酵装置 思考： 1.为什么排气口胶管长而弯曲？ 2.该装置还能继续改进吗？ 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。 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 发酵 产品 所需 菌种 生物 分类 代谢类型 适宜温度 发酵对氧 的需求 泡菜 原核 生物 18～20 ℃ 密闭不需氧 果酒 异养 兼性厌氧 前期需氧， 后期不需氧 果醋 一直需氧 乳酸菌 酵母菌 醋酸菌 异养厌氧 真核生物 原核生物 异养需氧 18～30 ℃ 30～35 ℃ 制作泡菜、果酒、果醋的微生物及其代谢特点 课堂小结： 到社会中去 传统发酵食品的制作的局限性？如何解决？ 在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缺乏标准等，往往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。 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.20.100 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $