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

第1章 发酵工程 Chapter 1 fermentation engineering 自然发酵或曲种传代的固体发酵法生产其他食品，但不明其原理 战国中山酒 1850年 约9000年前 法国巴斯德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 1897年 20世纪40年代 科学家发现酶在酵母菌发酵中的作用，了解了发酵的本质。发酵向工业化生产方向发展 抗生素发酵工业兴起 科技探索之路 科学家用微生物生产谷氨酸，开始人工诱变特定微生物。酶、多糖、维生素工业兴起 20世纪70年代 1957年 发酵工程进入定向育种的新阶段 20世纪80年代 对发酵过程进行综合研究，能够自动记录和发酵过程的全部参数 重组胰岛素生产 科技探索之路 第1章 发酵工程 第1节 传统发酵技术的应用 01 02 03 掌握制作泡菜、果酒和果醋的原理及操作时应注意的问题，体验制作泡菜、果酒和果醋的过程;说出传统发酵技术的优点与不足。（重、难点） 掌握传统发酵技术的概念和特点，说出常见的传统发酵食品。（重点） 关注食品安全和健康的生活方式。 （社会责任） 学习目标 5 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。 问题1：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？ 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。 问题2:它们的制作方法有什么不同？ 从社会中来 01 发酵与传统发酵技术 一、发酵与传统发酵技术 （一）古代酿酒的方法： 图1-1 汉代砖刻上的酿酒图 图1-2 展示我国古代酿酒作坊的绘画作品 利用附着在谷物、水果等表面的微生物自然发酵。 图1-3 酒仙---李白 一、发酵与传统发酵技术 （二） 发酵： 1.概念: 指人们利用 ，在适宜条件下，将原料通过 转化为人类所需要的产物的过程。 微生物 微生物的代谢 3.类型 有氧发酵 [醋酸发酵、谷氨酸发酵] 厌氧发酵 [酒精、乳酸（泡菜、酸奶）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 （三） 传统发酵： 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.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 混合菌种 一、发酵与传统发酵技术 （三） 传统发酵： 3.实例: 腐乳制作 （1）原理： 蛋白质 脂肪 小肽 氨基酸 甘油 脂肪酸 酵母、曲霉和毛霉等多种微生物 + + 蛋白酶 脂肪酶 (毛霉起主要作用) 毛霉是一种丝状真菌，其生殖方式为孢子生殖， 代谢类型是异养需氧型。 一、发酵与传统发酵技术 （三） 传统发酵： 3.实例: 腐乳制作 一、发酵与传统发酵技术 （三） 传统发酵： 3.实例: 腐乳制作 让豆腐长出毛霉 直接利用空气中的毛霉孢子或者直接接种毛霉（15-18℃，一定湿度） 目的：让毛霉等产生蛋白酶和脂肪酶 加盐腌制 目的：析出豆腐中的水分、抑制不需要的微生物生长 加卤汤装瓶 卤汤包括酒和香辛料 酒（12%）：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。 密封腌制 卤汤中酒的含量在12%左右的原因：过高会延长腐乳成熟的时间，过低不足以抑制微生物生长，可能导致豆腐腐败。 方法：随豆腐层数加高增加盐用量，接近瓶口表面，铺厚一点 一、发酵与传统发酵技术 （三） 传统发酵： 3.实例: 腐乳制作 制作简单且成本低 优点 天然菌种品质各异，而且纯度不高 缺点一 生产条件不易控制，易受杂菌污染 缺点二 问题3：每年进行同样的操作,但是每年制作的腐乳或豆瓣酱的口感都不完全相同，有些年份甚至制作不成功,你知道这是为什么吗?分析传统发酵技术的优点和缺点。 一、发酵与传统发酵技术 （三） 传统发酵： 3.实例: 腐乳制作 使用前一次发酵保存下来的面团进行的才算。 例如：直接利用空气中毛霉孢子制作腐乳属于传统发酵技术， 若直接接种毛霉，则不属于。 问题4：使用酵母制作馒头属于传统发酵技术吗？ 02 尝试制作传统发酵食品 二、尝试制作传统发酵食品 合作探究二：请同学们自主阅读教材P6~7，小组合作思考讨论完成问题。 1.在泡菜制作过程中盐水煮沸的目的是什么？冷却的目的是什么？ 2.为什么泡菜坛只能装八成满？ 3.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？ 4.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？ 5.泡菜发酵过程中，乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的含量变化。 二、尝试制作传统发酵食品 （一）制作泡菜： 1.材料用具: 亚硝酸盐的含量低 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。 问题6:为什么要选择新鲜蔬菜？ 二、尝试制作传统发酵食品 （一）制作泡菜： 2.菌种: 乳酸菌 ①菌种来源： 植物体表面天然的乳酸菌 ②代谢类型： 异养厌氧型 ③种类： 乳酸链球菌、乳酸杆菌 （原核生物） 3.原理: 在无氧的情况下能将葡萄糖分解成乳酸 C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+能量 酶 发酵期间，乳酸会___________，当它的质量百分比为____________时，泡菜的口味、品质最佳 不断积累 0.4%-0.8% 乳酸链球菌（球状） 乳酸杆菌（杆状） 二、尝试制作传统发酵食品 （一）制作泡菜： 舌尖上的中国——四川泡菜（视频） 21 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； 4.泡菜制作步骤： 二、尝试制作传统发酵食品 （一）制作泡菜： 5.泡菜制作的注意事项： （1）泡菜坛的选择： 坛沿深、盖子吻合好；无裂纹、无砂眼 检查方法： 坛口向上，压入水中，看坛内壁有无渗水现象。 不合格的泡菜坛为什么会引起蔬菜的腐烂？ 泡菜坛漏气，会使需氧型微生物大量繁殖，引起蔬菜腐烂。 （2）腌制的条件： ①要注意控制时间、温度和食盐的用量。 ②温度过高、食盐用量过低、腌制时间过短，容易造成细菌大量繁殖，亚硝酸盐含量增加。 二、尝试制作传统发酵食品 （一）制作泡菜： 结果分析和评价： 1.泡菜质量可以根据泡菜的色泽和风味进行初步的评定； 2.可以通过在显微镜下观察乳酸菌的形态； 4.根据亚硝酸盐的含量来评定。 3.根据不同时期泡菜坛中乳酸菌的数量来评定。 一般来说，腌制成功的泡菜汤清亮，无霉花浮膜，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。 问题7:如何判断腌制的泡菜是否成功？ 二、尝试制作传统发酵食品 （一）制作泡菜： 6.进一步探究： 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。 二、尝试制作传统发酵食品 （一）制作泡菜： 6.进一步探究： 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) 在发酵11天后食用比较合适，因为此时亚硝酸盐含量已经降到较低的水平。 可能是食盐浓度过高，抑制乳酸菌生长，产生乳酸较少，导致泡菜未能正常发酵（也可能是由于温度较低）。 问题8: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？ 问题9: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？ “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 （一）制作泡菜： 6.进一步探究： 泡菜发酵过程中，不是乳酸菌单独发酵的结果： 注 乳酸积累，pH过低；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，产生较多的CO2，坛沿水槽内有气泡放出。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。 二、尝试制作传统发酵食品 泡菜制作过程中，乳酸菌、乳酸及亚硝酸盐的含量变化 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 （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） 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） 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） 与生活的联系 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。 2.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 的发酵作用， 乳酸菌 而抗生素能够杀死或抑制乳酸菌。 一、尝试制作传统发酵食品 (三)果酒和果醋的制作： 一、尝试制作传统发酵食品 （一）酒精发酵： 1.菌种： 酵母菌 （单细胞真核） 有氧呼吸 无氧呼吸 馒头、面包在有氧条件下的膨胀 无氧条件下酵母菌的酒精发酵 代谢类型 酵母菌 兼性厌氧型 一、尝试制作传统发酵食品 （一）酒精发酵： 1.菌种： 酵母菌 （单细胞真核） 酵母菌（视频） a.生殖方式： 无性生殖 b.代谢类型： 异养兼性厌氧型 c.最适生长温度： 酿酒酵母：28℃； 野生酵母：18~30℃ 2.原理： 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 （二）醋酸发酵： 一、尝试制作传统发酵食品 1.菌种： 醋酸菌 30~35℃ 各种风味的醋 ②代谢类型 ③适宜温度 ④应用 异养需氧型 2.原理： 当氧气、糖源充足时 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 糖制醋 酒制醋 C6H12O6＋2O2 2CH3COOH（乙酸）＋2CO2＋2H2O+能量 酶 酶 C2H5OH ＋O2 CH3COOH （乙酸）＋ H2O+能量 （原核生物） 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 一、尝试制作传统发酵食品 (三)果酒和果醋的制作： 1.实验原理： 一、尝试制作传统发酵食品 (三)果酒和果醋的制作： 2.材料用具： 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 一、尝试制作传统发酵食品 (三)果酒和果醋的制作： 3.果酒制作实验步骤： 器具消毒 将发酵瓶、榨汁机等器具用洗洁精 ，并用 消毒， 备用。 清洗干净 体积分数为70%的酒精 晾干 冲洗葡萄 取新鲜葡萄，用 1-2次，再 和腐烂的籽粒，沥干。 清水冲洗 去除枝梗 问题2:清水冲洗的目的是什么？能不能反复冲洗？ 冲洗的目的是洗去浮尘，但不能反复冲洗，因为果皮表面附着大量的野生菌种，反复冲洗会减少菌种的数量，延长发酵时间。 问题3:先冲洗葡萄还是先去除枝梗？ 应先冲洗，再去除枝梗和腐烂的籽粒，以避免去除枝梗和腐烂的籽粒时引起葡萄破损，增加被杂菌污染的机会。 一、尝试制作传统发酵食品 (三)果酒和果醋的制作： 器具消毒 将发酵瓶、榨汁机等器具用洗洁精 ，并用 消毒， 备用。 清洗干净 体积分数为70%的酒精 晾干 冲洗葡萄 取新鲜葡萄，用 1-2次，再 和腐烂的籽粒，沥干。 清水冲洗 去除枝梗 榨汁装瓶 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 的空间），盖好瓶盖。 1/3 问题4:发酵瓶要留有大约1/3的空间的目的是什么？ ①给酵母菌提供氧气，有利于酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖； ②防止发酵旺盛时产生大量的CO2造成发酵液溢出。 3.果酒制作实验步骤： 一、尝试制作传统发酵食品 器具消毒 将发酵瓶、榨汁机等器具用洗洁精 ，并用 消毒， 备用。 清洗干净 体积分数为70%的酒精 晾干 冲洗葡萄 取新鲜葡萄，用 1-2次，再 和腐烂的籽粒，沥干。 清水冲洗 去除枝梗 榨汁装瓶 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 的空间），盖好瓶盖。 1/3 酒精发酵 将温度控制在 进行发酵，在发酵过程中，每隔12h左右将瓶盖 一点，（注意： ） 此后再拧紧瓶盖。发酵时间为 。 18～30℃ 拧松 10～12d 不是打开瓶盖 问题5:为什么要将温度控制在18～30℃进行发酵？ 果皮表面附着的野生酵母菌可能有很多种，所以提供了适合多种酵母菌生长的温度范围。 3.果酒制作实验步骤： 一、尝试制作传统发酵食品 问题6:为什么每隔12h左右要将瓶盖拧松一次？为什么不能打开瓶盖？ （1）拧松瓶盖是为了排出发酵产生的CO2，防止瓶内气压过大，引起发酵装置爆裂。 （2）不能打开瓶盖，以防止空气中的杂菌进入而污染发酵液。 3.果酒制作实验步骤： 一、尝试制作传统发酵食品 (三)果酒和果醋的制作： 4.在果酒发酵的基础上制作果醋： 果酒发酵 醋酸发酵 打开 纱布 当葡萄酒制作完成后， 瓶盖，盖上一层 ，进行葡萄醋的发酵。发酵温度为 ，时间为 。 30～35℃ 7～8d 醋酸菌是好氧菌，在将乙醇变为乙酸时需要氧气的参与，因此要打开瓶盖； 盖上纱布，即是为了 ；也是为了 。 通气 防止外来杂菌和灰尘的污染 问题7:为什么要打开瓶盖，盖上纱布？ 问题8:怎样判断果酒、果醋的制作是否成功呢？ 一、尝试制作传统发酵食品 (三)果酒和果醋的制作： 问题8:怎样判断果酒、果醋的制作是否成功呢？ 果酒： 果醋： 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） a.闻 b.品尝 c.使用pH试纸检测和比较发酵前后的pH值 d.观察醋酸菌膜是否形成 一、尝试制作传统发酵食品 (三)果酒和果醋的制作： 5.结果分析和评价： 问题9: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？ 在制作果酒的过程中，除了酵母菌外，果酒中还有乳酸菌、醋酸菌等微生物。乳酸菌可能分解果酒中的糖等，从而使果酒变质。可以通过改变 、 等控制乳酸菌的含量。醋酸菌可以将糖或乙醇转化为乙酸，由于醋酸菌在_______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_____________________，可以抑制醋酸菌的生长繁殖。此外，通过改变________ 、 等同样可以控制醋酸菌的含量。 发酵的温度 果酒的pH 有氧 尽量减少氧气含量 发酵的温度 果酒的pH 一、尝试制作传统发酵食品 (三)果酒和果醋的制作： 5.结果分析和评价： 问题11: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。 打开瓶盖后，空气中的醋酸菌会进入发酵液中大量繁殖，其他的菌种因不适应环境条件而不能繁殖。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，用这层薄膜进行接种可以明显缩短制作果醋的时间。 一、尝试制作传统发酵食品 (三)果酒和果醋的制作： 出料口 充气口 排气口 拓展延伸 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 胶管长而弯的目的： 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 防止空气中杂菌感染 问题12：该装置有不足之处吗？我们该如何改进呢？ 项目 泡菜制作 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： 氧气充足、缺少糖源时： 发酵 条件 温度 时间 氧气 酵母菌（孢子生殖、出芽生殖） 传统的葡萄酒酿造采用自然发酵，主要是附着在葡萄皮上的野生型酵母菌 异养兼性厌氧型 真核细胞 C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量 酶 C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+少量能量 酶 一般控制在18-30℃，最适合温度28℃左右。 10-12d 初期需氧，后期不需氧 醋酸菌（二分裂） 异养需氧型 原核细胞 空气中的野生型醋酸菌或购买醋酸菌的菌种或从食醋中分离醋酸菌 C6H12O6+2O2 2CH3COOH+2H2O+2CO2+能量 酶 C2H5OH+O2 CH3COOH+H2O+能量 酶 7-8d 需要氧气 乳酸菌（二分裂） 植物体表面天然的乳酸菌 异养厌氧型 原核细胞 C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+能量 酶 在无氧的情况下： 18—20℃ 不需要氧气 8-10d 30-35℃ 课堂小结 Lavf58.33.100 Content Adaptive Encoding 3.0 $