1.1传统发酵技术课件-2025-2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

目录 /CONTENTS 01 发酵工程 02 细胞工程 03 基因工程 04 生物技术的安全性与伦理问题 从传统发酵技术到发酵工程 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。 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，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、3000年前 我们祖先就会利用微生物将谷物、水果发酵为含酒精的饮料。 古埃及人采摘葡萄酿酒。 1-1 传统发酵技术 从社会中来 “葡萄美酒夜光杯，欲饮琵琶马上催。醉卧沙场君莫目笑，古来征战几人回。”（唐·王翰）诗中提及的葡萄酒是古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？ 普通就葡萄酒 知识梳理 一、发酵与传统发酵技术 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，已有了关于杜康造秫（shú）酒的传说。 人类最初可能是发现储存的水果会自然发酵变成酒，因而逐渐摸索出酿酒技术——体现出古代人民的劳动智慧。 ▲图1-1 汉代砖刻上的酿酒图 ▲图1-2 我国古代酿酒作坊的绘画作品 6 知识梳理 一、发酵与传统发酵技术 1857年，法国微生物学家巴斯德证明了酒精发酵是由活的酵母菌引起的。此后，人们才开始了解发酵的本质。 7 知识梳理 一、发酵与传统发酵技术 1、概念： （一）发酵 人们利用微生物，在适宜的条件下，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： 3、类型： 不同的微生物具有产生不同代谢产物的能力，因此利用它们就可以生产出人们所需要的多种产物。 （1）需氧发酵 （2）厌氧发酵 4、发酵制品实例：腐乳的制作 8 知识梳理 一、发酵与传统发酵技术 4、发酵制品实例：腐乳的制作 （一）发酵 （1）参与的微生物： 多种微生物参与了豆腐的发酵，如酵母、曲霉和毛霉等，其中起主要作用的是毛霉。 （2）腐乳制作的原理： ①蛋白质在蛋白酶分解成小分子肽和氨基酸。 ②脂肪被脂肪酶分解成甘油和脂肪酸。 毛霉等微生物产生蛋白酶、脂肪酶，分解有机物。 9 知识梳理 一、发酵与传统发酵技术 （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存下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术。 2、类型： 传统发酵以混合菌种的固体发酵及半固体发酵为主。 3、优缺点： 酒、腐乳、酱、酱油、醋、泡菜和豆豉等。 （2）缺点：生产条件不易控制，容易受杂菌污染，生产效率较低，产 物不单一等。 （1）优点：操作简单、便于家庭式或作坊式生产 4、产品实例： 10 知识梳理 二、尝试制作传统发酵食品 1、菌种： （一）制作泡菜 乳酸菌 （1）特征： （2）代谢类型： （3）发酵原理： （4）分布： （5）常见种类： 异养厌氧型 乳酸链球菌和乳酸杆菌（用于制作酸奶） C6H12O6 2C3H6O3 酶 +能量 单细胞原核生物 空气、土壤、植物体表、人或动物的肠道 2、制作泡菜： （1）原理： 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。 发酵过程中，乳酸会不断积累，当它的质量分数为0.4~0.8％时，泡菜的口味、品质最佳。 （2）材料： 食盐、清水、新鲜蔬菜、蒜瓣、生姜及其它香辛料等。 11 知识梳理 二、尝试制作传统发酵食品 2、制作泡菜： （一）制作泡菜 （3）步骤： 配制盐水 原料处理 装坛 封坛发酵 12 知识梳理 知识梳理 知识梳理 二、尝试制作传统发酵食品 1、制作泡菜： （一）制作泡菜 （3）步骤： 用清水和食盐配置质量分数为5%-20%的盐水，并将盐水煮沸，冷却待用。 盐具有杀菌、析出蔬菜中的水分、调味等作用。 盐的用量不能过高也不能过低。过高乳酸发酵受抑制，导致泡菜的风味差；过低，杂菌易繁殖，导致泡菜变质。 盐水煮沸有两大作用：一是除去水中的氧气，二是杀灭盐水中的其他细菌。 冷却的目的是保证乳酸菌等微生物的生命活动不受影响。 15 知识梳理 二、尝试制作传统发酵食品 1、制作泡菜： （一）制作泡菜 （3）步骤： 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，放入蒜瓣、生姜及其他香辛料，继续装至八成满。 在泡菜发酵初期，发酵产物中有较多的CO2，如果泡菜坛装得太满，发酵液可能会溢出坛外。 泡菜坛装得太满，会使盐水不太容易完全淹没菜料，从而导致坛内菜料变质腐烂。 可向坛内加入少量白酒，防止泡菜变质。 泡菜坛留有一定的空间，也更方便拿取泡菜。 16 知识梳理 二、尝试制作传统发酵食品 2、制作泡菜： （一）制作泡菜 （3）步骤： 将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过全部菜料，盖好坛盖。 向坛盖边沿的水槽中注满水，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。 目的是给泡菜坛内创造无氧环境，这说明泡菜制作需要在无氧条件下进行。 17 知识梳理 二、尝试制作传统发酵食品 2、制作泡菜： （一）制作泡菜 （3）步骤： 配制盐水 原料处理 装坛 封坛发酵 18 知识梳理 二、尝试制作传统发酵食品 2、制作泡菜： （一）制作泡菜 （4）结果分析与评价： 你腌制的泡菜成功吗？色泽如何？口味如何？ 观察蔬菜的色泽、发酵液的颜色，闻闻坛中有无酸味。 测定泡菜发酵液pH值，pH为3.5-3.8时，一般认为泡菜已完全成熟，这一时期泡菜有酸味而且散发清香。 19 知识梳理 二、尝试制作传统发酵食品 2、制作泡菜： （一）制作泡菜 （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。 查阅资料，设计实验跟踪检测泡菜在制作过程中亚硝酸盐含量的变化，并探索腌制方法、时间长短和温度高低等条件对亚硝酸盐含量的影响，寻求提高泡菜质量的措施。 20 知识梳理 3、泡菜发酵过程中乳酸菌数量、乳酸含量和亚硝酸盐含量的变化情况 发酵时期 乳酸菌数量 乳酸含量 亚硝酸盐含量 发酵初期 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 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） 21 拓展应用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。请你帮他分析相关问题。 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）。 （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？ “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。 知识梳理 知识梳理 二、尝试制作传统发酵食品 1、菌种： （二）制作果酒和果醋 酵母菌 （1）特征： （2）代谢类型： （3）发酵原理： （4）分布： （5）酿酒酵母的最适生长温度： 异养兼性厌氧型 28℃ 单细胞真核生物 含糖量较高的水果、蔬菜表面。 ①在有氧条件下，酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖 ②在无氧条件下，酵母菌能进行酒精发酵 酶 C6H12O6+6O2+6H2O 6CO2+12H2O+能量 酶 C6H12O6 2C2H5OH+2 CO2+能量 23 知识梳理 二、尝试制作传统发酵食品 1、菌种： （二）制作果酒和果醋 醋酸菌 （1）特征： （2）代谢类型： （3）发酵原理： （4）多数醋酸及的最适生长温度： 异养需氧型 30~35℃ 单细胞原核生物 ①在O2、糖源充足时： ②在缺少糖源时： 酶 C6H12O6+2O2 2CH3COOH+2H2O+2CO2+能量 酶 C2H5OH+O2 CH3COOH+H2O+能量 24 知识梳理 二、尝试制作传统发酵食品 2、制作果酒和果醋 （二）制作果酒和果醋 （1）原理： 许多新鲜水果（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。 在有氧的条件下，果酒经醋酸菌的作用还可以进一步发酵成果醋。 （2）材料： 新鲜的水果、洗洁精、体积分数为70%的酒精、发酵瓶、纱布和榨汁机等。 25 醋酸发酵 果酒 酒精发酵 果醋 挑选葡萄 冲洗 榨汁 30-35℃ 7-8天 知识梳理 二、尝试制作传统发酵食品 （二）制作果酒和果醋 （3）步骤： 2、制作果酒和果醋 18-30℃ 10-12天 知识梳理 二、尝试制作传统发酵食品 （二）制作果酒和果醋 （3）步骤： 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，先用清水冲洗1-2次，再去除枝梗和腐烂的籽粒，沥干。 冲洗的目的：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。 先冲洗再去枝梗的原因：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。 2、制作果酒和果醋 27 知识梳理 二、尝试制作传统发酵食品 （二）制作果酒和果醋 （3）步骤： 用榨汁机榨取葡萄汁，将葡萄汁装入发酵瓶中（注意留有大约1/3的空间）盖好瓶盖。 有利于酵母菌进行有氧呼吸，通过出芽生殖大量繁殖后代； 又防止发酵旺盛时产生大量的CO2造成发酵液溢出。 2、制作果酒和果醋 28 知识梳理 二、尝试制作传统发酵食品 （二）制作果酒和果醋 （3）步骤： 将温度控制在18-30℃进行发酵。发酵过程中，每隔12小时左右将瓶盖拧松一次（注意不是打开瓶盖），此后再拧紧瓶盖。发酵时间为10-12天。 控制在18-30℃的原因：因为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。另外，控制温度在一个较大范围内比较简单易行。 瓶盖拧松的目的：排出CO2 瓶盖不打开的原因：以防止空气中的氧气和杂菌进入。 2、制作果酒和果醋 29 知识梳理 橙红色 灰绿色 酸性重铬酸钾 酸性重铬酸钾与酒精反应 酸性条件下 如何检测酒精的存在？ 知识梳理 二、尝试制作传统发酵食品 （二）制作果酒和果醋 （3）步骤： 当葡萄酒制作完成后，打开瓶盖，盖上纱布，进行葡萄醋的发酵。发酵温度为30-35℃，时间为7-8天。 2、制作果酒和果醋 31 知识梳理 二、尝试制作传统发酵食品 （二）制作果酒和果醋 （3）步骤： 2、制作果酒和果醋 醋酸发酵 果酒 酒精发酵 果醋 挑选葡萄 冲洗 榨汁 30-35℃ 7-8天 18-30℃ 10-12天 项目 果酒制作 果醋制作 发酵菌种 菌种来源 代谢类型 细胞类型 发酵原理 发酵 条件 温度 时间 氧气 酵母菌 醋酸菌 主要是附着在葡萄皮上的野生型酵母菌 异养兼性厌氧型 异养需氧型 真核细胞 原核细胞 空气中的野生型醋酸菌 18-30℃ 30-35℃ 10-12d 7-8d 初期需氧，后期不需氧 需要氧气 知识梳理 果酒制作与果醋制作的比较 知识梳理 知识梳理 二、尝试制作传统发酵食品 （二）制作果酒和果醋 （4）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，发酵液中会产生气泡，这是因为酵母菌发酵产生CO2；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。 2、制作果酒和果醋 35 知识梳理 二、尝试制作传统发酵食品 （二）制作果酒和果醋 （4）结果分析与评价： 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。 醋酸菌可将糖源转变为醋酸。可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。调节发酵的温度、果酒的pH等同样可以控制醋酸菌的含量。 2、制作果酒和果醋 36 知识梳理 二、尝试制作传统发酵食品 （二）制作果酒和果醋 （4）结果分析与评价： 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。 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，可先买一瓶醋，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。 2、制作果酒和果醋 37 知识梳理 二、尝试制作传统发酵食品 （二）制作果酒和果醋 （4）结果分析与评价： 你制作的果酒和果醋的口味如何？如果你对结果不满意，应该如何改进？ 制作成功的葡萄酒爽口，柔和，有浓郁的果香味； 制作成功的果醋有特有的果香，酸味柔和，稍有甜味，不涩。 如果对制作结果不满意，应从制作过程全面考虑改进措施，如严格控制发酵条件，发酵所用装置要进行清洗、晾干、消毒等。 2、制作果酒和果醋 38 知识梳理 二、尝试制作传统发酵食品 （二）制作果酒和果醋 （5）制作装置： 2、制作果酒和果醋 装置图 结构 作用 充气口 ①醋酸发酵时连接充气泵，输入 ； ②制果酒时 充气口 排气口 用来排出 ; 长而弯曲的胶管 排CO2的同时，防止空气中 的污染。 出料口 便于取料，及时监测发酵进行的情况 无菌空气 关闭 CO2 微生物 39 知识梳理 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，真菌，兼性厌氧。 醋酸菌，细菌，好氧菌。 主要是毛霉，真菌，好氧。 乳酸菌，细菌，厌氧菌。 酵母菌的无氧呼吸产生酒精 18~30℃，前期有氧，后期无氧 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℃，通入氧气 品尝、pH试纸检测 蛋白酶和脂肪酶 乳酸菌无氧呼吸产生乳酸 常温，无氧条件 pH检测，亚硝酸盐的检测方法 知识梳理 知识梳理 在上述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的控制缺乏标准等，往往会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。 知识梳理 方式项目　　　 传统发酵技术 现代发酵工程 是否灭菌 不需灭菌 严格无菌条件 接种方式 菌种来自自然界中的微生物 经过筛选的优良菌种 生产条件 自然条件 严格的人工控制条件 1. 油炸臭豆腐是我国一些地方的风味小吃。制作时需要将豆腐浸入含有乳酸菌、芽孢杆菌等微生物的卤汁中发酵。判断下列相关表述是否正确。 （1）卤汁中的乳酸菌和芽孢杆菌不存在竞争关系。（ ） （2）乳酸菌发酵产生了乳酸和CO2 。 （ ） （3）微生物发酵产生了不同的代谢物使得该臭豆腐具有特殊的味道。 （ ） 练习与应用 一、概念检测 ✘ ✔ ✘ 44 2. 传统发酵食品的制作需要各种各样的微生物。下列相关叙述错误的是 （ ） A. 腌制泡菜利用了乳酸菌的乳酸发酵 B. 制作腐乳利用了毛霉等产生的蛋白酶 C. 制作果酒利用了酵母菌在无氧条件下产生酒精 D. 制作果醋利用了醋酸菌在无氧条件下产生醋酸 练习与应用 一、概念检测 D 45 1. 有三位同学分别采用了三种不同的发酵装置来制作果醋。 (1)A同学用的是带盖的塑料瓶； (2)B同学用的是没有盖的塑料瓶，在发酵过程中无盖的瓶口一直由捆绑在瓶口的8层纱布覆盖； (3)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？ 练习与应用 二、拓展应用 C同学的装置更适合制作果醋。 进一步改进：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。 46 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 $