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

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 第1章　发酵工程 问题探讨 “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）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？ 葡萄酒和葡萄醋都是由葡萄发酵而来； 葡萄酒：经酵母菌的无氧呼吸产生了酒精； 葡萄醋：经醋酸菌有氧呼吸产生了醋酸。 一、发酵与传统发酵技术 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）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 2、传统发酵技术： 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。 1）概念： 2）类型： 3）产品： 腐乳、酱、酱油、醋、泡菜、豆豉。 腐乳 参与发酵的微生物：如酵母、曲霉和毛霉等。 发酵原理：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。 传统发酵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。 思考辨析：使用酵母制作馒头属于传统发酵技术吗？ 不属于；使用前一次发酵保存下来的面团进行的才算 传统发酵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。其中起主要作用的是毛霉。 4 例1、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。 传统发酵技术没有接种菌种，而是利用了天然存在的菌种。 5 例2．豆豉是中国传统特色发酵豆制品，是以黑豆或黄豆为主要原料，利用毛霉、曲霉或者细菌中蛋白酶的作用，分解大豆蛋白质，一段时间后，再用加盐、加酒、干燥等方法，延缓发酵而成。下列相关分析错误的是 (　) A．毛霉和细菌在结构上最大的区别是有无以核膜为界限的细胞核 B．豆豉富含蛋白质、各种氨基酸及多种维生素，具有一定的营养价值 C．加盐、加酒会改变蛋白质的空间结构，使其不能与双缩脲试剂反应 D．发酵过程离不开多种蛋白质的参与 解析：毛霉属于真核生物，细菌属于原核生物，两者在结构上最大的区别是有无以核膜为界限的细胞核，A正确；豆豉是中国传统特色发酵豆制品，富含蛋白质、各种氨基酸及多种维生素，具有一定的营养价值，B正确；加盐、加酒会改变蛋白质的空间结构，但不会破坏肽键，所以仍能与双缩脲试剂反应，C错误；发酵过程离不开多种蛋白质(蛋白酶、脂肪酶等)的参与，D正确。 C 解析：毛霉属于真核生物，细菌属于原核生物，两者在结构上最大的区别是有无以核膜为界限的细胞核，A正确；豆豉是中国传统特色发酵豆制品，富含蛋白质、各种氨基酸及多种维生素，具有一定的营养价值，B正确；加盐、加酒会改变蛋白质的空间结构，但不会破坏肽键，所以仍能与双缩脲试剂反应，C错误；发酵过程离不开多种蛋白质(蛋白酶、脂肪酶等)的参与，D正确。 6 3、传统发酵常见菌种 （1）乳酸菌 种类： 分布： 代谢类型： 生殖方式： 应用： 发酵原理（反应简式）： 常见的有乳酸链球菌和乳酸杆菌(原核生物) 空气、土壤、植物体表、人或动物的肠道等 异养厌氧型，在无氧的情况下能将葡萄糖分解成乳酸 二分裂 酸奶、泡菜等。 为什么含有抗生素的牛奶不能发酵为酸奶？ （2）酵母菌 代谢类型： 发酵原理（反应简式）： 分布： 生殖方式： 应用： 最适生长温度： 异养兼性厌氧型，无氧情况下能进行酒精发酵 在一些含糖量较高的水果、蔬菜的表面。 ①出芽生殖（无性生殖）：在环境条件适宜时； ②孢子生殖（有性生殖）：环境条件不适宜时。 酿酒、制作馒头、面包等 约为28℃ 8 （3）醋酸菌 代谢类型： 发酵原理（反应简式）： 应用： 最适生长温度： 异养需氧型（原核生物）； 当O2、糖源都充足时，能将糖分解成醋酸； 当缺少糖源时则将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为醋酸。 制作各种风味的醋 2C2H5OH+O2 → 2CH3CHO（乙醛）+2H2O 30～35℃。 二、尝试制作传统发酵食品 （一）制作泡菜 盐水5%--20%，煮沸、冷却 只能装八分满 (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，它们进行异型乳酸发酵和微弱的酒精发酵，发酵产物为乳酸、乙醇、醋酸和CO2等。由于有较多的CO2产生，气泡会间歇性地从坛沿水槽中放出，使坛内逐渐形成无氧状态。此时泡菜液的含酸量为0.3%～0.4%，是泡菜初熟阶段，其菜质咸而不酸、有生味。 (2)发酵中期：由于初期乳酸发酵使乳酸菌不断积累，pH下降，无氧状态形成，乳酸菌开始活跃，并进行同型乳酸发酵。这时乳酸的积累量可达到0.6%～0.8%，pH为3.5～3.8。大肠杆菌、酵母菌和霉菌等其他微生物的活动受到抑制。这一时期为泡菜完全成熟阶段，泡菜有酸味且清香。 (3)发酵后期：在此期间进行的是同型乳酸发酵，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，乳酸菌的活动受到抑制，发酵速度逐渐变缓甚至停止。此阶段泡菜酸度过高，风味不协调。 10 二、尝试制作传统发酵食品 （一）制作泡菜 （1）盐的作用？ （2）盐水（5%--20%）浓度要适宜的目的？ （3）盐水煮沸、冷却的目的？ （4）用水密封泡菜坛的目的： （5）泡菜制作过程中，是否只有乳酸菌起作用？ （6）为什么泡菜坛只能装八分满？ 调味，杀菌。 煮沸：杀菌，去除溶解氧。 冷却：不影响乳酸菌的生命活动。 过高，乳酸发酵受抑制； 过低，杂菌易繁殖，泡菜变质。 创造无氧环境 不是，还有一些酵母菌和大肠杆菌 （防止由于产生CO2而导致发酵液溢出坛外； 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） 11 (1)发酵初期：蔬菜表面带入的微生物，主要以不抗酸的大肠杆菌和酵母菌等较为活跃，发酵产物为乳酸、乙醇、醋酸和CO2等。CO2气泡会间歇性地从坛沿水槽中放出，使坛内逐渐形成无氧状态。此时泡菜液的含酸量为0.3%～0.4%，是泡菜初熟阶段，其菜质咸而不酸、有生味。 (2)发酵中期：乳酸不断积累，pH下降，无氧状态形成。这时乳酸的积累量可达到0.4%～0.8%，pH为3.5～3.8。大肠杆菌、酵母菌和霉菌等其他微生物的活动受到抑制。这一时期为泡菜完全成熟阶段，泡菜有酸味且清香。 (3)发酵后期：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，乳酸菌的活动受到抑制，发酵速度逐渐变缓甚至停止。此阶段泡菜酸度过高，风味不协调。 实验拓展——腌制中乳酸菌、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（乳酸积累，抑制其他菌活动） 增多 （ pH下降） 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） (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，它们进行异型乳酸发酵和微弱的酒精发酵，发酵产物为乳酸、乙醇、醋酸和CO2等。由于有较多的CO2产生，气泡会间歇性地从坛沿水槽中放出，使坛内逐渐形成无氧状态。此时泡菜液的含酸量为0.3%～0.4%，是泡菜初熟阶段，其菜质咸而不酸、有生味。 (2)发酵中期：由于初期乳酸发酵使乳酸菌不断积累，pH下降，无氧状态形成，乳酸菌开始活跃，并进行同型乳酸发酵。这时乳酸的积累量可达到0.6%～0.8%，pH为3.5～3.8。大肠杆菌、酵母菌和霉菌等其他微生物的活动受到抑制。这一时期为泡菜完全成熟阶段，泡菜有酸味且清香。 (3)发酵后期：在此期间进行的是同型乳酸发酵，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，乳酸菌的活动受到抑制，发酵速度逐渐变缓甚至停止。此阶段泡菜酸度过高，风味不协调。 13 拓展应用： 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，泡菜制作过程中影响亚硝酸盐含量的因素有：腌制方法、腌制时间长短、温度高低。 结果见曲线图。请你帮他分析相关问题 1.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? 可能是食盐浓度过高，抑制乳酸菌生长，产生乳酸较少（也可能是由于温度较低） 3.加入“陈泡菜水”的目的是什么？ “陈泡菜水”中含有乳酸菌，加入“陈泡菜水”相当于接种乳酸菌。 例1、泡菜在发酵期间，由于乳酸菌的发酵作用，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。下列说法错误的是(　　) A．初期由于含有氧气且pH较高，坛内存在其他微生物的生长 B．中期由于乳酸不断积累，厌氧状态形成，乳酸菌成为优势物种 C．后期由于乳酸含量继续增加，发酵速度会逐渐变缓甚至停止 D．整个发酵过程中亚硝酸盐含量不断增加，故泡菜要尽早食用 D 例2、某同学制作泡菜时，向泡菜坛中加入一些“陈泡菜水”，并用5%的食盐水进行腌制。在不同的腌制时间测定了泡菜中亚硝酸钠的含量，结果见图。相关说法错误的是 (　　)         A．加入“陈泡菜水”的目的是提供乳酸菌 B．泡菜“咸而酸”是食盐和乳酸所致的 C．制作泡菜的过程中，有机物的干重和种类将减少 D．从图中结果可知7天后食用泡菜比较合适 C 解析：加入“陈泡菜水”的目的是提供乳酸菌菌种，A正确；如果盐浓度过高会抑制乳酸菌发酵，造成“咸而不酸”，若盐浓度过低，不足以抑制微生物生长，会造成杂菌污染，则泡菜“咸而酸”是食盐和乳酸菌发酵产生的乳酸所致的，B正确；制作泡菜的过程中，有机物的干重降低，种类将增多，C错误；由图分析可知，腌制泡菜中的亚硝酸钠在第7天时含量较低，亚硝酸钠的含量能够代表亚硝酸盐的含量，故从测定结果可知7天后食用泡菜比较合适，D正确。 16 制作果酒和果醋 当缺少糖源时则将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为醋酸。 要不要用70%的酒精消毒？ 先冲洗还是先去除枝梗？ 发酵温度？ 每隔12h左右将瓶盖拧松一点的目的？ 发酵时间？ 发酵温度？ 发酵时间？ 避免葡萄破损，减少被杂菌污染的机会 排出气体 18-30，10—12 30—35 7--8 17 ①冲洗1-2次即可，能否连续冲洗，为什么： ②葡萄汁装入发酵瓶时，为何要留有1/3的空间？ ③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？ ④如何检测果酒的发酵情况（检测是否产生酒精）？ 不能，防止果皮表面的野生菌种数量减少 先让酵母菌进行有氧呼吸，快速繁殖，耗尽O2后，再进行酒精发酵； 防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出 还有一些乳酸菌和醋酸菌； 闻、品尝、用酸性条件下的重铬酸钾溶液检测（橙色→灰绿色） （二）制作果酒 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； 18 （三）制作果醋 ①在制作果醋的过程中，酵母菌是否还会继续发酵？ ②醋酸菌从何而来？ ③采用什么措施可以加快果醋的制作？ ④在果酒和果醋制作中，哪些做法可防止发酵液被污染？ ⑤如何检测果醋的发酵情况？ 发酵温度等不利于酵母菌的生长繁殖，酵母菌活性很低； 空气中； 人工接种醋酸菌 a.发酵瓶、榨汁机等要清洗干净，并用体积分数为70%的酒精消毒； b.处理葡萄时应先冲洗再去除枝梗； c.排气时只需拧松瓶盖，不要打开瓶盖 闻；品尝；pH试纸检测检测，比较发酵前后的pH值；观察醋酸菌膜是否形成； 下图为果酒和果醋制作的实验装置图，据图分析回答下列相关问题。 (1)图中发酵瓶是否恰当？为什么？ (2)醋酸菌进行醋酸发酵时，无论是利用糖源还是酒精，甲都需要打开，请说明原因。 (3)果酒发酵时甲、乙两管应处于关闭状态，但要适时排气，为什么？ (4)若要将发酵液中的葡萄糖直接发酵产生醋酸，除需要接种醋酸菌、通入无菌空气外，还应该控制的发酵条件是什么？ 不能将排气口淹没。 醋酸菌是好氧细菌，发酵过程需要氧气，如果氧气中断则会引起醋酸菌的死亡。 防止发酵装置爆裂。 控制发酵温度，维持在30～35 ℃。 果酒 果醋 腐乳 泡菜 微生物类型 原理 反应条件 检测方法 酵母菌 醋酸菌 毛霉 乳酸菌 酵母菌的无氧呼吸产生酒精 28℃左右， 前期需氧，后期无氧 酸性条件下重铬酸钾与其反应呈灰绿色 醋酸菌的有氧呼吸产生醋酸 30~35℃ 需氧 品尝、pH试纸检测 毛霉等微生物产生蛋白酶和脂肪酶 15～18℃ 需氧 乳酸菌无氧呼吸产生乳酸 室温 无氧条件 pH检测，亚硝酸盐的检测 小结：果酒、果醋、腐乳、泡菜制作的区别 √ × × × × √ (1)制作传统泡菜是利用植物体表面天然的乳酸菌来进行发酵的 ( ) (2)发酵期间，乳酸会不断积累，当它的质量分数为0.04%～0.08%时，泡菜的口味、品质最佳 ( ) (3)选材装至半坛时，放入蒜瓣、生姜及其他香辛料，继续装满 ( ) (4)制备泡菜时，盐水煮沸后可以立即使用 ( ) (5)泡菜的制作前期需要通入氧气，后期应严格保持无氧条件 ( ) (6)泡菜在腌制过程中会有亚硝酸盐产生，腌制方法、时间长短和温度高低等条件都对亚硝酸盐的含量有影响 ( ) 课堂练习： 1、利用卷心菜、黄瓜发酵制作泡菜过程中，乳酸菌、酵母菌细胞数量和pH的变化如图所示。回答下列问题： (1)自然界中，常见的乳酸菌有____________________。在细胞结构上，乳酸菌不同于酵母菌的显著区别是____________________，在代谢过程中，酵母菌区别于乳酸菌的代谢类型是____________。 乳酸链球菌和乳酸杆菌　 无核膜包被的细胞核 兼性厌氧型　 (2)发酵初期，pH迅速下降的主要原因是______________________________。发酵中期，酵母菌通过____________(填“有氧呼吸”或“无氧呼吸”)进行增殖。在发酵过程中，酵母菌与乳酸菌间存在竞争关系，其强度的变化是____________________________ 。 (3)卷心菜发酵制作泡菜过程中，需要注意控制________________________，否则容易造成细菌大量繁殖，使___________的含量增加，影响泡菜的品质。 乳酸菌快速增殖，代谢产生了大量乳酸　 无氧呼吸 由小变大，再变小 腌制时间、温度、食盐的用量　 亚硝酸盐 解析：(1)自然界中，常见的乳酸菌有乳酸链球菌和乳酸杆菌。乳酸菌为由原核细胞构成的原核生物，酵母菌为由真核细胞构成的真核生物，所以在细胞结构上，乳酸菌不同于酵母菌的显著区别是无核膜包被的细胞核。乳酸菌只能进行无氧呼吸，酵母菌既能进行有氧呼吸也能进行无氧呼吸，因此在代谢过程中，酵母菌区别于乳酸菌的代谢类型是兼性厌氧型。(2)发酵初期，乳酸菌的数量远多于酵母菌，而且乳酸菌的增长速度也比酵母菌的快，说明发酵过程是在无氧条件下进行的，因此pH迅速下降的主要原因是乳酸菌快速增殖，代谢产生了大量乳酸。因发酵过程是在无氧条件下进行的，所以发酵中期，酵母菌通过无氧呼吸进行增殖。根据在发酵过程中乳酸菌与酵母菌种群数量的变化可推知，酵母菌与乳酸菌间的竞争强度的变化是由小变大，再变小。(3)在泡菜的腌制过程中，要注意控制腌制的时间、温度和食盐的用量，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，使亚硝酸盐含量增加。 24 2．回答下列有关泡菜制作的问题： (1)制作泡菜时，所用盐水要煮沸，其目的是______________________ 。为了缩短制作时间，有人还会在冷却后的盐水中加入少量陈泡菜液，加入陈泡菜液的目的是________________。 (2)泡菜制作过程中，乳酸发酵过程即乳酸菌进行___________的过程。该过程发生在乳酸菌的_____________中。 (3)泡菜制作过程中影响亚硝酸盐含量的因素有__________、________和____________等。 (4)从开始制作到泡菜质量最佳这段时间内，泡菜液逐渐变酸，这段时间内泡菜坛中乳酸菌和其他杂菌的消长规律是_________________________ ，原因是______________________。 杀灭盐水中的微生物并除去水中氧气 增加乳酸菌的数量　 无氧呼吸 细胞质基质　 温度 腌制时间　 食盐用量　 乳酸菌数量增多，杂菌数量减少　 乳酸菌比杂菌更耐酸 [解析]　(1)制作泡菜时需要先形成无菌环境，所用盐水需煮沸，以杀灭盐水中的微生物并除去水中氧气。想要缩短制作时间，应该缩短菌株的生长时间，陈泡菜液中含有一定量的乳酸菌，加入陈泡菜液可以使菌体数量扩增速度加快。(2)乳酸菌为厌氧菌，进行无氧呼吸产生乳酸，该过程只能在细胞质基质中进行。(3)温度过高、腌制时间过短、食盐用量不足等，容易造成杂菌大量繁殖，亚硝酸盐含量增加。(4)从开始制作到泡菜质量最佳这段时间内，氧气浓度逐渐降低，泡菜液逐渐变酸，不适宜杂菌生长，而适宜乳酸菌生长，因此乳酸菌数量增加，其他杂菌数量减少。 25 谢谢 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 $