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

生物技术与工程 发酵工程 基因工程 重组DNA技术的基本工具 传统发酵技术的应用 选择性必修3《生物技术与工程》 细胞工程 生物技术的安全性与伦理问题 微生物的培养技术及应用 动物细胞工程 植物细胞工程 基因工程的基本操作程序 基因工程的应用 蛋白质工程的原理和应用 转基因产品的安全性 发酵工程及其应用 胚胎工程 关注生殖性克隆人、禁止生物武器 第1章 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。 1900 1940 1960 1850 1980 1970 约9000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。 20世纪70年代以后 从传统发酵技术到发酵工程 从传统发酵技术到发酵工程 战国中山酒 科技探索之路 发酵是指人们利用微生物在适宜条件下将原料通过微生物代谢转化为人类所需产物的过程。 发酵工程是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。 。 啤 酒 葡萄酒 毛豆腐 豆豉 泡菜 陈醋 腐乳 酸奶 发面团 酱油 辣白菜 第1节 传统发酵技术的应用 第1章 发酵工程 第1节 传统发酵技术的应用 第1章 发酵工程 目标 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。（科学探究、科学思维） 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。(生命观念) 关注食品安全和健康的生活方式。 (社会责任) 从社会中来 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？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？ 诗句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。 凉州词二首·其一 唐·王翰 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？ 葡萄酒：酵母菌无氧呼吸产生了酒精； 葡萄醋： 醋酸菌有氧呼吸产生了醋酸。 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 [酒精发酵、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 通常是家庭式或作坊式的，具有操作简单易上手，利于传承传统饮食文化的优点。 生产条件不易控制，容易受杂菌污染， 生产效率较低， 产物不单一等缺点。 问题2：想一想传统发酵制作食品有什么优点？又有什么缺点？ 酱 酱油 醋 泡菜 豆豉 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： 腐乳制作 3.实例: 一、发酵与传统发酵技术 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 （三） 传统发酵： 腐乳制作 3.实例: 一、发酵与传统发酵技术 （三） 传统发酵： 腐乳制作 3.实例: 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3：使用酵母制作馒头属于传统发酵技术吗？ 实战训练 （1）发酵是指人们利用微生物，在缺氧的条件下，将原料通过微 生物的代谢转化为人类所需要的产物 （ 　　） （2）毛霉主要通过产生蛋白酶分解蛋白质参与腐乳发酵 （ 　 ） （3）腐乳制作利用了毛霉等真菌的有氧呼吸 （　 　） 1.判断常考语句，澄清易混易错 2.判断下列食品是传统发酵食品的是________________________________。 ①豆腐　②腐乳　③酱油　④香醋　 ⑤豆油　 ⑥泡菜 ⑦豆豉　⑧馒头　⑨米酒　⑩豆浆　 ⑪酸奶　 ⑫米饭 ②③④⑥⑦⑧⑨⑪ 问题4:同学你想不想自己动手制作泡菜和葡萄酒呢? 二、尝试制作传统发酵食品 制作果酒 制作果醋 制作泡菜 乳酸菌-细菌 乳制品的发酵、泡菜的制作 酵母菌-真菌 酿酒、制作馒头和面包等 醋酸菌-细菌 可用于制作各种风味的醋 泡菜、果酒和果醋 二、尝试制作传统发酵食品 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 合作探究：阅读教材第5～7页，完成表中发酵使用的微生物分类、代谢类型、适宜培养温度、繁殖方式和对氧的需求等。 二、尝试制作传统发酵食品 厌氧细菌，代谢类型为异养厌氧型。 乳酸杆菌 代谢特点 温度 适宜发酵温度为30～40℃。 在无氧的条件下，将葡萄糖分解成乳酸。 发酵原理 C6H12O6 2C3H6O3 (乳酸) + 能量 酶 二分裂生殖 生殖方式 乳酸链球菌 1.酸奶发酵、泡菜腌制的原理——乳酸菌发酵 二、尝试制作传统发酵食品 单细胞真菌，代谢类型为异养兼性厌氧型。 代谢特点 温度 影响酵母菌生长的重要因素，酿酒酵母的最适生长温度约为28℃。 在无氧条件下，进行酒精发酵。 发酵原理 出芽生殖或孢子生殖。 生殖方式 2. 酿酒、制作馒头和面包的原理——酵母菌厌氧发酵 C6H12O6 2C2H5OH (酒精) + 2CO2+ 能量 酶 酵母菌 二、尝试制作传统发酵食品 好氧细菌，代谢类型为异养需氧型。 代谢特点 温度 多数醋酸菌的最适生长温度为30～35℃。 生殖方式 二分裂生殖 O2、糖源都充足时，把葡萄糖分解为乙酸。 发酵原理： 3.制作醋的原理——醋酸菌好氧发酵 C6H12O6+2O2 2CH3COOH (乙酸) + 2H2O+ 2CO2+ 能量 酶 醋酸菌 C2H5OH+O2 CH3COOH (乙酸) + H2O+ 能量 酶 O2充足、糖源缺少时，将乙醇转化为乙醛，再变为乙酸。 二、尝试制作传统发酵食品 酒精发酵 → 醋酸发酵 + C6H12O6 酶 2C2H5OH (酒精) + 2CO2+ 能量 2O2 2CH3COOH (醋酸) + 2H2O+ 能量 酶 醋酸发酵：有氧，30～35℃ 酒精发酵：无氧，28℃ 二、尝试制作传统发酵食品 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 18—30℃（28℃） 30—40℃（37℃） 原理 过程 C2H5OH+O2 →CH3COOH（醋酸）+H2O+能量 酶 ②酵母菌先在有氧条件下大量繁殖 酵母菌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）+2 CO2+能量 酶 ③醋酸杆菌在氧气、糖源充足时，将糖分解成醋酸 C6H12O6 +2O2→2CH3COOH+ 2CO2+2H2O+能量 酶 醋酸杆菌当氧气、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 发酵使用的微生物分类、代谢类型、适宜培养温度、繁殖方式和对氧的需求等总结归纳： 二、尝试制作传统发酵食品 1.制作原理 植物体表面的天然的乳酸菌来进行发酵，在无氧的条件下，乳酸菌将糖分解为乳酸。发酵期间，乳酸不断积累，当它的质量分数为0.4%—0.8%时，泡菜的口味和品质最佳。 2.材料用具 食盐、清水、新鲜蔬菜、蒜瓣、生姜及其它香辛料、泡菜坛或其它密封性良好的罐子等。 （一）泡菜制作 C6H12O6 2C3H6O3 (乳酸) + 能量 酶 二、尝试制作传统发酵食品 检查方法： 坛口向上，压入水中，看坛内壁有无渗水现象。 无裂纹、无砂眼 坛沿深、盖子吻合好 泡菜坛的选择 思考：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。 （一）泡菜制作 二、尝试制作传统发酵食品 将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过菜料，盖好坛盖； 配制盐水 原料处理、蔬菜装坛 加盐水 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； 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； 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 创造无氧环境 在泡菜发酵初期，酵母菌等较为活跃，发酵产物中有较多的CO2，防止发酵液溢出坛外； 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； 同时留有一定空间，也更方便拿取泡菜。 问题5：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？ 3.制作流程： 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； 课P6 （一）制作泡菜 避免高温杀死乳酸菌 二、尝试制作传统发酵食品 （拓展应用P8,2）某同学在制作泡菜前，查阅资料得知，可以向泡菜坛中加些“陈泡菜水”，在用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，请你帮他分析问题。 （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？ 10天后食用比较好， 因为此时亚硝酸盐含量已经降到较低水平。 盐浓度高，杀死了乳酸菌等微生物。 “陈泡菜水”含乳酸菌，可快速发酵产生乳酸。 （一）制作泡菜 二、尝试制作传统发酵食品 泡菜发酵过程中，乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的含量变化 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（乳酸菌比其他杂菌更耐酸。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） （一）泡菜制作 二、尝试制作传统发酵食品 1.制作原理 2.材料用具 （二）果酒和果醋的制作 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 新鲜的葡萄、洗洁精、70%的酒精、发酵瓶、纱布和榨汁机等。 二、尝试制作传统发酵食品 （二）果酒和果醋的制作 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。 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。 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; 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。可通过从发酵瓶口取样来对发酵的情况进行检测。 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; 去除表面灰尘、污物 避免葡萄破损， 减少被杂菌污染的机会 防止野生菌种数量减少，影响发酵 排出发酵产生的CO2，防止瓶内气压过大，引起装置爆裂。 防止杂菌污染 器具消毒 冲洗葡萄 榨汁装瓶 果酒发酵 果醋发酵 空气中的醋酸菌会进入果酒发酵液中大量繁殖 3.制作流程： 为了通气；也是为了防止外来杂菌和灰尘的污染 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 问题:怎样判断果酒、果醋的制作是否成功呢？ 二、尝试制作传统发酵食品 二、尝试制作传统发酵食品 问题1:在制作果酒和果醋的过程中，发酵液分别有哪些变化？ 气泡 酵母菌进行果酒发酵时会产生CO2。 发酵过程，分解有机物产生的能量大部分以热能形式散失。 如果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。 温度 颜色 菌体数量 pH 菌落 初期发酵液中酵母菌数目增多，后期不再增多，甚至会下降。 CO2溶于发酵液而使pH下降。 果醋发酵过程中一般不会出现气泡，发酵完成时，发酵液的液面上会出现一层白色菌膜，这是醋酸菌菌落。 （二）制作果酒和果醋 4.结果分析和评价：(课本P7) 问题2: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？ 还有乳酸菌、醋酸菌等微生物。 可以通过减少O2含量、调节发酵温度、pH来控制醋酸菌含量。 ③可以通过调节发酵的温度、pH等来控制乳酸菌含量； 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。 乳酸菌能将糖分解为甘油、酒石酸等，从而使果酒变质; 二、尝试制作传统发酵食品 （二）制作果酒和果醋 4.结果分析和评价：(课本P7) 问题3: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（不会继续发酵）。 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。 二、尝试制作传统发酵食品 （二）制作果酒和果醋 4.结果分析和评价：(课本P7) 二、尝试制作传统发酵食品 （二）制作果酒和果醋 果酒与果醋制作的过程的比较 项目 果酒 果醋 菌种 酵母菌 醋酸菌 温度 18～30 ℃ 30～35 ℃ 时间 10～12 d 7～8 d 氧气条件 前期需氧，后期不需氧 需氧 排气或充气情况 发酵旺盛期的CO2产量非常大，要及时排气，防止发酵瓶爆裂 适时通过充气口充气，保证充足的氧气条件 气味或味道 酒味 酸味 气泡和泡沫 有气泡和泡沫 无气泡和泡沫 发酵液颜色 混浊 混浊，液面形成白色菌膜 检测指标 嗅味和品尝、用酸性重铬酸钾检测酒精含量、测定pH、进行酵母菌的镜检等工作 观察菌膜的形成、嗅味和品尝、测定pH、进行醋酸菌的镜检等工作 二、尝试制作传统发酵食品 果酒制作发酵装置及各部件的作用 关闭 CO2 防止空气中微生物的污染 问题:怎样判断果酒、果醋的制作是否成功呢？ 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：该装置有不足之处吗？ 我们该如何改进呢？ 二、尝试制作传统发酵食品 （二）制作果酒和果醋 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。 二、尝试制作传统发酵食品 （二）制作果酒和果醋 一、概念检测 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、芽抱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抱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（课本P8） 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 D 练习与应用（课本P8） 本节小结 传统发酵食品 腐乳/霉豆腐 发酵与传统发酵技术： 发酵 传统发酵技术的应用 传统发酵技术 发酵原理： 探究实践： 醋酸发酵、谷氨酸发酵等需氧发酵 酒精发酵、乳酸发酵等厌氧发酵 优点：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，具有操作简单易上手，利于传承传统饮食文化。 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 让豆腐长出毛霉 加盐腌制 加卤汤装瓶 密封腌制 制腐乳坯 蛋白质 脂肪 小分子肽 氨基酸 甘油 脂肪酸 + 空气中酵母、曲霉和毛霉(异养需氧型孢子生殖)等15-18℃ 脂肪酶 制作泡菜，果酒和果醋 + Lavf58.45.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.33.100 Content 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