第1章第1节 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 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。 1 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？ 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 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。 一、发酵与传统发酵技术 1.发酵 (1)概念：指人们利用_______，在_____的条件下，将原料通过____________转化为人类所需要的产物的过程。不同的微生物具有_________________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。 微生物的代谢 产生不同代谢产物 微生物 适宜 (2)类型： 按O2需求情况分 按发酵产物分 酒精发酵 乳酸发酵 谷氨酸发酵 …… 需氧发酵（醋酸发酵、谷氨酸发酵） 厌氧发酵（如酒精发酵） 以混合菌种的__________及__________为主，通常是________或________的； 一、发酵与传统发酵技术 2.传统发酵技术 (1)概念：指直接利用原材料中________的微生物，或利用___________保存下来的面团、卤汁等________中的微生物进行发酵、制作食品的技术。 天然存在 前一次发酵 发酵物 (2)类型： 固体发酵 半固体发酵 家庭式 作坊式 (3)常见产品：腐乳、酱、酱油、醋、泡菜、豆豉 二、尝试制作传统发酵食品 1.制作腐乳 (1)菌种： 多种微生物如酵母、曲霉、毛霉(主要)等 （丝状真菌、真核、异养需氧型） (2)原理： 在豆腐的发酵过程中，毛霉等微生物产生的蛋白酶能将豆腐的蛋白质分解成小分子的肽和氨基酸，脂肪酶可将脂肪水解为甘油和脂肪酸。 二、尝试制作传统发酵食品 2.制作泡菜 ①细菌、原核、异养厌氧型 (1)菌种---乳酸菌 ②在无氧情况下能将葡萄糖分解成乳酸。③常见类型有乳酸链球菌和乳酸杆菌，乳酸杆菌常用于制作酸奶。 (2)发酵原理： ①利用_______________________来进行发酵； 植物体表面天然的乳酸菌 ②发酵期间，乳酸会不断积累，当它的质量百分比为_________时，泡菜的口味、品质最佳； 0.4%-0.8% ③反应式： C6H12O6 酶 2C3H6O3（乳酸）+ 少量能量 (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； 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； 煮沸：①杀死盐水中的杂菌②排出盐水中的溶解氧 冷却：防止高温杀死发酵所需的乳酸菌 营造乳酸发酵所需的无氧环境 盐的作用：调味，抑制其他微生物生长 ①防止由于其他微生物发酵(如酵母菌、大肠杆菌等)产生CO2而导致发酵液溢出；②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 （5）进一步探究 泡菜在腌制过程中会有亚硝酸盐产生； 膳食中的亚硝酸盐一般不会危害人体健康，但如果人体摄入过量，会发生中毒，甚至死亡； 膳食中的绝大多数亚硝酸盐在人体内以“过客”的形式随尿排出，只有在特定的条件下（适宜的PH、温度和一定的微生物作用），才会转变成致癌物——亚硝胺。 动物实验表明，亚硝胺具有致癌作用，对动物具有致畸和致突变作用。研究表明，人类的某些癌症与亚硝胺有关。 （P8拓展应用2）某同学在制作泡菜前，查阅资料得知，可以向泡菜坛中加人一些“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，结果见曲线图。请你帮他分析相关问题。 (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? (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？ 10d后 亚硝酸盐含量会降低到较低水平 可能是食盐浓度不合适、发酵温度过低等导致泡菜未能正常发酵 其中含有纯度较高的乳酸菌，相当于接种乳酸菌。 (6)泡菜腌制过程中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的变化： 发酵时期 乳酸菌 乳酸 亚硝酸盐 发酵初期 少(有O2，乳酸菌活动受抑制) 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(乳酸继续积累，pH继续下降，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) 含量变化曲线 注意 亚硝酸盐是硝酸盐还原菌促进硝酸盐还原形成的，而不是硝化细菌氧化氨形成的 二、尝试制作传统发酵食品 3.制作果酒和果醋 真菌、真核、异养兼性厌氧型 (1)制作果酒的菌种---酵母菌 ②有氧条件---有氧呼吸----大量繁殖 (2)制作果酒的原理： ①许多新鲜水果的果皮表面附着有大量的不同种类的___________； 野生酵母菌 C6H12O6+6O2+6H2O 酶 6CO2+12H20+能量 C6H12O6 酶 2C2H5OH（酒精）+2CO2+少量能量 无氧条件---酒精发酵 28℃ 18～30℃ 二、尝试制作传统发酵食品 3.制作果酒和果醋 细菌、原核、异养需氧型 (3)制作果醋的菌种---醋酸(杆)菌 (4)制作果醋的原理： 30～35℃ 当O2、糖源都充足时，能将糖分解为 ； 当缺少糖源则直接将 转化为_____，再将____变为____； 乙酸 乙醇 乙醛 乙醛 乙酸 C6H12O6+2O2 酶 2CH3COOH（乙酸）+ 2H2O + 2CO2 + 能量 C2H5OH+O2 酶 CH3COOH（乙酸）+ H2O + 能量 (5)制作流程： 器具消毒 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。 冲洗葡萄 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 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1/3的空间），盖好瓶盖 防止污染发酵液 不反复冲洗：防止冲洗掉葡萄皮上的野生酵母菌 先冲洗后去除枝梗：以避免除枝梗时引起葡萄破损，增加杂菌污染的机会。 a.先让酵母菌进行有氧呼吸，快速繁殖，增加菌种数量； b.防止发酵产生的CO2造成发酵液溢出 酒精发酵 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。 “拧松”：排出酒精发酵产生的CO2 “不打开瓶盖”：防止杂菌污染 可通过从发酵瓶口取样来检测 果醋检测 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。 打开瓶盖，盖上纱布 果酒检测 “打开瓶盖”：为醋酸发酵提供有氧条件 闻气味、品尝、酸性条件下的重铬酸钾(橙色→灰绿色) 闻气味、品尝、酸碱指示剂(pH试纸) （P8拓展应用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，在发酵过程种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 在充气口填充棉花，或安装其他过滤装置，以防止充入的气体携带外来的杂菌污染发酵液等。 (6)果酒和果醋的发酵装置： 传统装置： 长而弯曲的胶管:是防止空气中的微生物污染。 改进装置： (7)结果分析与评价 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。 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。 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。 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。 【总结】果酒和果醋的制作 项目 制作果酒 制作果醋 发酵菌种 酵母菌 醋酸菌 代谢类型 异养兼性厌氧型 异养需氧型 原理/反应式 O2 前期：需氧； 后期：不需氧 一直需氧 温度 发酵温度18～30℃ （繁殖的最适温度约为28℃） 30～35℃ 发酵时间 10～12d 7～8d 产物检测 闻气味、品尝、酸性条件下的重铬酸钾(橙色→灰绿色) 闻气味、品尝、 酸碱指示剂(pH试纸) 2026/2/2 少量制作转向大规模生产时，会遇到许多新问题。例如，少量制作果醋时，不需要专门的搅拌装置。而大规模生产果醋时，由于发酵罐容积很大，就需要安装搅拌器，以保障醋酸菌对O2的需求。可见在大规模生产发酵产品时，需要进行更为全面周详的考虑，如考虑原料的来源与选样、菌种的选育与培养、发酵设备的选择、发酵条件的自动化控制、发酵产品的质量控制、成本价格等。自己制作的果酒和果醋并非商品意义上的产品。在实际生产中还需要经过沉淀、过滤、灭菌、装瓶等过程才能获得成品酒或醋。果酒还需要在一定条件下进行后续发酵，以获得特定的风味和色泽。通过深入思考，可以感悟到，工程、技术与科学的不同——科学以“发现”为核心，技术以“发明”为核心，工程以“建造”和“产品”为核心。技术要通过工程设计等环节，将一系列相关技术体系化地组合起来，才能转化应用在工程中，大规模生产人们需要的产品。 到社会中去 细胞代谢类型： 同化作用 （合成代谢） 异化作用 （分解代谢） 自养型 异养型 （可光合作用或化能合成作用的） 需氧型 厌氧型 兼性厌氧型 $