2026届四川省高三生物一轮复习课件：传统发酵技术的应用、发酵工程及其应用

第48课时 传统发酵技术的应用、发酵工程及其应用 1 问题清单： 什么是发酵？什么是传统发酵技术？传统发酵技术的特点和优点、缺点？ 列表比较或构图梳理制作传统泡菜、果酒、酒变醋过程中涉及的主要菌种、菌种来源及特点、发酵原理（反应简式）、发酵条件（氧气、温度等）？ 梳理传统发酵制作泡菜、果酒、果醋的具体流程： ①泡菜制作的盐水配制比例、盐水要煮沸后冷却的目的是什么？如果加陈泡菜水，目的是什么？泡菜坛装八成满的原因？泡菜制作过程中乳酸菌数量、乳酸含量、亚硝酸盐含量的变化及原因？泡菜坛内长一层白膜(产膜酵母)的原因? ②先冲洗葡萄再除去枝梗的原因？留1/3空间的原因？每隔12h左右拧松瓶盖的目的？拧松而不是打开瓶盖的原因？若用教材P8的发酵装置制作果酒充气口与排气口如何设置？如何检测酒精？ ③酒变醋的发酵条件如何改变？醋制成后表面的白色菌膜是什么？ 发酵 发酵工程 发酵是指人们利用微生物，在适宜的条件下，将原料通过微生物代谢转化为人类所需的产物的过程。 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。 原料 人类所需产物 适宜的条件 微生物代谢 发酵与发酵工程 01 什么是发酵？ 3 传统发酵技术 霉豆腐 醋 酱油 豆豉 泡菜 直接利用原材料中天然存在的微生物 前一次发酵保存下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物 操作简单易上手 有利于传承文化 生产条件不易控制 容易受杂菌污染 生产效率低 传统发酵技术与应用 02 混合菌种的固体或半固体发酵；家庭式或作坊式 什么是传统发酵技术？传统发酵技术的特点和优点、缺点？ 4 让豆腐上长出毛霉 加盐 腌制 加卤汤 装瓶 密封 腌制 环境中 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(毛霉起主要作用) 创造毛霉生长环境 防止杂菌污染，避免豆腐的腐败 由酒及各种香辛料置成，抑制微生物的生长同时增加风味和口感 实例1：腐乳的制作 传统发酵技术与应用 02 5 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 传统发酵技术与应用 02 6 菌种名称 生物分类 代谢类型 适宜温度 繁殖方式 发酵对氧的需求 乳酸菌 酵母菌 醋酸菌 真核生物 异养 兼性厌氧 出芽生殖 前期需氧， 后期不需氧 原核生物 异养需氧 30—35℃ 二分裂 一直需氧 原核生物 异养厌氧 二分裂 密闭不需氧 28℃ 原理 过程 C2H5OH+O2 →CH3COOH（醋酸）+H2O+能量 酶 ②-1酵母菌先在有氧条件下大量繁殖 ②-2再在无氧条件下进行酒精发酵 C6H12O6+6O2+6H2O→6CO2+12H2O+能量 酶 C6H12O6 →2C2H5OH（酒精）+2CO2+能量 酶 ③-1醋酸菌在氧气、糖源充足时,将糖分解成醋酸 C6H12O6 +2O2→2CH3COOH+ 2CO2+2H2O+能量 酶 ③-2当缺少糖源时，将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸 ①乳酸菌在无氧条件下将糖分解成乳酸 C6H12O6 →2C3H6O3（乳酸）+能量 酶 传统发酵技术与应用 02 列表比较制作传统泡菜、果酒、酒变醋过程中涉及的主要菌种、菌种来源及特点、发酵原理（反应简式）、发酵条件（氧气、温度等）？ 7 实例2：泡菜的制作 步骤 称取食盐 清洗蔬菜 配置盐水 清洗、修整、切条、晾干 泡菜盐水 香辛料 发酵 成品 盐的作用 盐浓度过低 盐浓度过高 冷却的目的 调味，抑制微生物生长 杂菌大量繁殖 口味不佳 防止影响乳酸菌的生命活动 Tips1 向坛盖边沿的水槽中注满水，发酵过程中经常补充，给泡菜坛内创造无氧环境 Tips2 装坛后加一些已经制好的泡菜汁----相当于接种发酵微生物，可缩短腌制时间。 Tips3 传统发酵技术与应用 02 泡菜制作的盐水配制比例、盐水要煮沸后冷却的目的是什么？如果加陈泡菜水，目的是什么？泡菜坛装八成满的原因？ 8 实例2：泡菜的制作 步骤 称取食盐 清洗蔬菜 配置盐水 清洗、修整、切条、晾干 泡菜盐水 香辛料 发酵 成品 亚硝酸盐 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) 化学致癌因子 形成白膜是由于产膜酵母的繁殖。酵母菌是兼性厌氧微生物，泡菜发酵液营养丰富，其表面氧气含量也很丰富，适合酵母菌的繁殖。 泡菜坛内有时一层白膜是怎么形成的？ 传统发酵技术与应用 02 亚硝酸盐在生活中广泛分布，摄入过多，会引起中毒。 9 传统发酵技术与应用 02 泡菜制作过程中乳酸菌数量、乳酸含量、亚硝酸盐含量的变化及原因？ 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 10 实例3：果酒和果醋的制作 步骤 葡萄汁装入发酵瓶(留1/3空间) 清水缓冲,次数不宜太多 每12h瓶盖拧松一次再拧紧，从瓶口取样检测发酵情况 避免洗掉野生酵母菌 在果酒发酵过程中产生CO2 ，防止瓶内气压过高引起爆裂。 提示：①在果酒的制作中，除酵母菌，还有乳酸菌、醋酸菌等微生物生长。乳酸菌可能分解果酒中的有机物，使其变质。醋酸菌在有氧的条件下会将乙醇转化为醋酸，从而影响果酒发酵， ②醋酸菌是一种好氧细菌，在发酵过程中始终需要氧气，如果氧气中断则会引起醋酸菌的死亡。 传统发酵技术与应用 02 先冲洗葡萄再除去枝梗的原因？留1/3空间的原因？每隔12h左右拧松瓶盖的目的？拧松而不是打开瓶盖的原因？ 11 实例3：果酒和果醋的制作 在制作果醋过程中，酵母菌是否会继续发酵？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。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。我们制作果酷时,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),用这层海膜进行接种可以明显缩短制作果醋的时间。 传统发酵技术与应用 02 酒变醋的发酵条件如何改变？醋制成后表面的白色菌膜是什么？ 12 小积累 果酒和果醋改进装置及其分析 充气口 出料口 在乙酸发酵时连接充气泵进行充气 用来取样 排出酒精发酵时产生的CO2；与排气管相连的长而弯曲的胶管，可有效地阻止空气中的微生物的进入，避免感染 排气口 装置使用： ①酒精发酵时，充气口关闭；排气口排除二氧化碳。 ②醋酸发酵时，充气口连接气泵，输入氧气。 传统发酵技术与应用 02 若用教材P8的发酵装置制作果酒充气口与排气口如何设置？如何检测酒精？ 13 O2的需求 小积累 微生物发酵的类型 培养基状态 发酵是否连续 好氧 发酵 特点 需要不断地为微生物提供无菌空气或O2来保证好氧微生物进行有氧呼吸和正常生长。 实例 氨基酸、抗生素（青霉素）、酶制剂和多数有机酸等的生产需要经历好氧发酵。 厌氧 发酵 特点 在密封且无空气的发酵罐中进行发酵 实例 乳酸、啤酒、葡萄酒、白酒、沼气等生产需要厌氧发酵 传统发酵技术与应用 02 14 培养基状态 小积累 微生物发酵的类型 O2的需求 发酵是否连续 固体 发酵 微生物在几乎没有可流动水的湿固体培养基上生长的发酵方式 酒曲、堆肥、青贮饲料的发酵(传统发酵),厌氧菌发酵居多 优点：污染环境少，耗能低； 缺点：发酵慢，难控制 液体 发酵 微生物在有完全流动性的液体中生长的发酵方式 现代工业发酵(发酵工程)，好氧菌发酵居多 适用面广、易于机械化和自动化生产 半固体 发酵 介于固体和液体发酵之间，其发酵的基质具有一定流动性 传统发酵技术与应用 02 15 小积累 微生物发酵的类型 O2的需求 培养基状态 发酵是否连续 连续 发酵 以一定速度一边将新鲜的培养基添加到发酵罐内，一边将含有产物的培养液放出的发酵方式。 大规模生产乙醇、单细胞蛋白、食用酵母等 优点：缩短发酵周期，提高效率； 缺点：难控制、应用不广泛 分批 发酵 将所有物料一次性加入发酵罐中，然后灭菌、接种、培养，最后将整个罐的内容物放出，进行产物回收，清理罐体，重新开始新的装料发酵的发酵方式。 现代工业发酵常用 优点：操作简单，易于掌握，缺点：只能在有限时间内发酵 传统发酵技术与应用 02 16 问题清单 发酵工程的基本环节有哪些？中心环节是？发酵过程中如何了解发酵的进程、要注意什么？ 发酵工程中选育菌种的方法有哪些？ 发酵工程的培养基和发酵设备都需要灭菌的原因？青霉素生产过程中污染杂菌后，产量变低的原因？ 发酵罐中冷却水进入口和排出口位置？空气入口和排气管位置？搅拌叶轮作用？ 若发酵产品是微生物本身，如何从发酵液中获得该产品？若发酵产品是微生物的代谢产物呢？ 发酵工程在食品工业上的应用：①生产酱油、柠檬酸、味精（谷氨酸）的菌种和注意事项？②啤酒生产的原理、菌种、生产流程？啤酒生产过程中焙烤、糖化、蒸煮的目的？ 发酵工程在医药工业上的应用：①生产激素：肢端肥大症是哪种激素分泌过多引起？如何治疗？②生产疫苗： 发酵工程在农牧业上的应用：①微生物肥料的作用？②微生物农药防治害虫属于什么防治？③发酵结束后如何获得单细胞蛋白？青贮饲料中添加乳酸菌的作用？ 列表比较传统发酵技术、发酵工程的区别。 发酵工程 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。（教材章前语） 大规模生产发酵产品 对发酵原理的认识 微生物纯培养技术建立 密闭式发酵罐设计成功 严格控制环境条件(温度、pH、溶解氧、压强、营养物、泡沫等) 微生物的特定功能 现代化工程技术 产物专一 生产条件温和 原料来源丰富且价格低廉 废弃物对环境污染小且容易处理 发酵工程的特点 发酵工程及其应用 03 18 选育菌种 扩大培养 接种 灭菌 配制培养基 发酵罐内发酵 分离提纯产物 获得产品 发酵工程的基本环节和发酵罐示意图 自然选育 诱变育种 基因工程育种 发酵工程及其应用 03 发酵工程的基本环节有哪些？中心环节是？发酵过程中如何了解发酵的进程、要注意什么？ 19 选育菌种 ②方法 优点：经济实惠 缺点：自发突变频率低，出现优良性状可能性小，需要时间长。 自然筛选、诱变育种或基因工程育种 自然筛选 诱变育种 优点：育种时间短、提高发酵产物纯度、减少副产物 缺点：技术要求高 扩大培养 工业发酵罐体积 (几十 ~ 几百m3) 接入的菌种体积 (几 ~ 几十m3) ①性状优良的菌种可以加速发酵过程，缩短生产周期 生产柠檬酸 生产啤酒 生产青霉素 黑曲霉 啤酒酵母 黄青霉 黑曲霉 蛋白酶 发酵工程及其应用 03 发酵工程中选育菌种的方法有哪些？ 20 配制培养基 灭菌 菌种确定之后，要选择原料制备培养基。在生产实践中，培养基的配方要经过反复试验才能确定。 ①原因 发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种。一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。 ②灭菌对象 培养基和发酵设备 ③实例 在青霉素生产过程中如果有杂菌污染，某些杂菌会分泌青霉素酶，将青霉素分解掉。 原因：杂菌与菌种之间形成种间竞争关系使产量下降或杂菌产生的代谢物质抑制菌种生长而使产量下降 发酵工程及其应用 03 发酵工程的培养基和发酵设备都需要灭菌的原因？ 青霉素生产过程中污染杂菌后，产量变低的原因？ 21 发酵罐内发酵 中心环节 ①随时检测培养液微生物数量、产物浓度，以了解发酵进程。 ③检测和控制：温度、pH、溶解氧、压强、通气量、搅拌、泡沫和营养等。 ②环境条件不仅影响微生物生长繁殖，而且会影响微生物代谢物的形成。（谷氨酸） 发酵工程及其应用 03 发酵罐中冷却水进入口和排出口位置？空气入口和排气管位置？搅拌叶轮作用？ 22 发酵工程及其应用 03 若发酵产品是微生物本身，如何从发酵液中获得该产品？若发酵产品是微生物的代谢产物呢？ 23 1.在食品工业上的应用 ①生产传统发酵产品 酱油 大豆(主要原料) 黑曲霉 (蛋白酶) 小分子肽和氨基酸 淋洗、调制 酱油的生产 谷物或水果 酿酒酵母 各种酒类 各种酒类的生产 发酵工程及其应用 03 ①生产酱油、柠檬酸、味精（谷氨酸）的菌种和注意事项？ 24 1.在食品工业上的应用 ①生产传统发酵产品 发芽 1 2 焙烤 3 碾磨 4 糖化 大麦 水 糖化罐 大麦种子发芽， 释放淀粉酶。 不想进行发芽，怎么办？ 加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活。 将干燥的麦芽碾磨成麦芽粉。 淀粉水解 形成糖浆。 发酵工程及其应用 03 ②啤酒生产的原理、菌种、生产流程？ 啤酒生产过程中焙烤、糖化、蒸煮的目的？ 25 1.在食品工业上的应用 ①生产传统发酵产品 蒸煮 5 6 发酵 7 消毒 8 终止 产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌。 酵母菌将糖转化为酒精和CO2 主发酵？后发酵？ 杀死啤酒中的大多数微生物，延长它的保存期。 过滤、调节、分装啤酒进行出售。 糖浆 啤酒花 过滤 冷却 装瓶 装罐 储存罐 发酵工程及其应用 03 26 1.在食品工业上的应用 ②生产各种各样的食品添加剂 添加剂类型 举例 酸度调节剂 L-苹果酸、柠檬酸、乳酸 增味剂 5`-肌苷酸二钠、谷氨酸钠 着色剂 β-胡萝卜素、红曲黄色素 增稠剂 黄原胶、β-环状糊精、结冷胶 防腐剂 乳酸链球菌、溶菌酶 增加食品的营养 延长食品的保存期 改善食品的口味、色泽和品质 淀粉 淀粉酶 葡萄糖 黑曲霉 柠檬酸 柠檬酸合成酶 谷氨酸棒状杆菌 发酵 谷氨酸 味精 处理 氧气 发酵工程及其应用 03 27 1.在食品工业上的应用 ③生产酶制剂 酶制剂： 从生物体中提取的具有酶特性的一类化学物质。 分 类： 胞内酶和胞外酶 特 点： 易于工业化生产，便于改善工艺、提高质量。 举 例： 果胶酶；脂肪酶；α-淀粉酶；β-淀粉酶；氨基酸肽酶 发酵工程及其应用 03 除少数由动植物生产外，绝大多数通过发酵工程生产 28 2.在医药工业上的应用 ①发酵工程生产的药物 各种抗生素 多种氨基酸 多种激素 多种免疫调节剂 ②发酵工程生产的药物的方法 动植物的基因 微生物 直接改造微生物 转入 微生物 病原体的抗原基因 转入 发酵 工程 药物 药物 疫苗 发酵工程及其应用 03 ①生产激素：肢端肥大症是哪种激素分泌过多引起？如何治疗？ 29 3.在农牧业上的应用 ①生产微生物肥料 微生物肥料的原理 利用微生物在代谢过程中产生的有机酸、生物活性物质等来增进土壤肥力、改良土壤结构、促进植株生长。 利用微生物代谢物抑制土壤中病原微生物的生长，从而减少病害的的发生。 常见微生物肥料： 根瘤菌肥、固氮菌肥 发酵工程及其应用 03 ①微生物肥料的作用？ 30 3.在农牧业上的应用 ②生产微生物农药 利用微生物或其代谢物来防治病虫害 常见微生物农药： 苏云金杆菌(Bt毒蛋白): 防治80多种农林害虫 白僵菌(真菌): 防治玉米螟、松毛虫 放线菌 (井冈霉素): 防治水稻枯纹病 拓展 微生物农药防治与化学农药防治的比较 项目 微生物农药防治 化学农药防治 防治机理 利用微生物或其代谢物来防治虫害 利用化学药剂（如杀虫剂、杀鼠剂等）进行防治 优点 成本低、无污染、可以维持生态平衡 见效快，操作简单 缺点 防止速度慢 成本高、污染环境，不利于维持生态平衡 发酵工程及其应用 03 ②微生物农药防治害虫属于什么防治？ 31 3.在农牧业上的应用 ③生产微生物饲料 以微生物为发酵菌种，将饲料原料转化为微生物菌体蛋白、生物活性小肽类氨基酸、微生物活性益生菌、复合酶制剂为一体的生物发酵饲料。 单细胞蛋白：以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业废料等为原料，通过发酵获得的大量微生物菌体。含有丰富的蛋白质，还含有糖类、脂质和维生素等物质。 常见微生物饲料- 4.在其他方面的应用 a.利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质已取得成功。 解决资源短缺与环境污染问题。 b.极端微生物的利用 嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产洗涤剂 嗜低温菌有助于提高热敏性产品的产量 发酵工程及其应用 03 ③发酵结束后如何获得单细胞蛋白？青贮饲料中添加乳酸菌的作用？ 32 从传统发酵技术到发酵工程 传统发酵技术的应用 微生物纯培养技术 发酵工程及其应用 传统发酵技术与传统饮食文化 尝试制作泡菜、果酒和果醋 微生物的基本培养技术 微生物的选择培养和计数 发酵工程的基本环节 发酵工程的广泛应用 酵母菌的纯培养 土壤中分解尿素的细菌的分离与计数 筛选培养的单一菌种 天然的混合菌种 课堂小结 04 列表比较传统发酵技术、发酵工程的区别。 33 $