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

第1节 传统发酵技术的应用 第1章 发酵工程 生活导入 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。 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？ 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。 问题2：它们的制作方法有什么不同？ 一、发酵与传统发酵技术 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 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。 一、发酵与传统发酵技术 （一）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： 需氧发酵 [醋酸发酵、谷氨酸发酵] 厌氧发酵 [酒精、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，因此利用它们可以生产出人们所需要的多种产物 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。 一、发酵与传统发酵技术 （二）传统发酵 1.概念: 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 3.实例: 腐乳的制作 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。（操作简单） ·腐乳的制作 腐乳是我国古代劳动人民创造的一种大豆发酵食品，其口感细腻、味道鲜美、易于消化吸收、耐保存的特性一直受到我们的喜爱。 ·腐乳的制作 （1）原理： 蛋白质 小分子的肽和氨基酸 蛋白酶 脂肪 甘油和脂肪酸 脂肪酶 （2）菌种： ☆大分子物质被分解为小分子物质是腐乳口感细腻的原因。 毛霉 酵母、曲霉和毛霉等，主要是毛霉（真核） 酵母菌 曲霉 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。 ·腐乳的制作 （3）制作过程★： 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，接近瓶口处最厚（容易被杂菌污染） 一、发酵与传统发酵技术 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。 思考：使用酵母制作馒头属于传统发酵技术吗？ 随堂演练 1．下列关于发酵与传统发酵技术的叙述，正确的是(　　) A．发酵过程中有机物的干重和种类均减少 B．传统发酵技术都是直接利用天然原料中的微生物 C．传统发酵以混合菌种的固体发酵及液体发酵为主 D．发酵是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 D 微生物代谢会消耗有机物，导致有机物的干重减少，但会有中间物质产生，有机物种类会增加 传统发酵技术是指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发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术 传统发酵以混合菌种的固体发酵和半固体发酵为主 2.下列关于腐乳发酵原理的叙述，不正确的是(　　) A．腐乳发酵有多种微生物参与，如毛霉、酵母、曲霉等 B．发酵后期需要密封腌制，由此可推知毛霉为厌氧微生物 C.发酵过程中，蛋白质被分解成小分子的肽和氨基酸 D．发酵过程中毛霉和曲霉为种间竞争关系 B 毛霉为异养需氧微生物，将豆腐装入坛中并加卤汤后就需将瓶口密封，而不是发酵后期密封腌制，后期发酵利用的是其在生长过程中产生的酶 随堂演练 二、尝试制作传统发酵食品 二、尝试制作传统发酵食品 （一）制作泡菜 1.材料用具: 亚硝酸盐的含量低 食盐、清水、新鲜蔬菜、蒜瓣、生姜及其他香辛料、泡菜坛或其他密封性良好的罐子等。 思考：为什么要选择新鲜蔬菜？ 二、尝试制作传统发酵食品 （一）制作泡菜 2.菌种: 3.原理: 乳酸菌 ①菌种来源： 植物体表面天然的乳酸菌 ②代谢类型： 异养厌氧型 ③种类： 乳酸链球菌、乳酸杆菌 （原核生物） 在无氧的情况下能将葡萄糖分解成乳酸★ C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+能量 酶 发酵期间，乳酸会___________，当它的质量百分比为____________时，泡菜的口味、品质最佳 不断积累 0.4%-0.8% 乳酸链球菌（球状） 乳酸杆菌（杆状） 4.泡菜制作步骤★: 17 配制 盐水 蔬菜处理装坛 加盐水 封坛 发酵 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 泡菜发酵初期，大肠杆菌、酵母菌等较为活跃，产生较多的CO2，防止发酵液溢出坛外； 防止因太满使盐水未完全淹没菜料而导致菜料变质腐烂； 留有一定空间，方便拿取泡菜。 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； 创造无氧环境 将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过菜料，盖好坛盖； 向坛盖边缘的水槽中注满水，在发酵过程中注意向水槽中补充水；根据室内温度控制发酵时间； 不影响乳酸菌的生命活动 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； （一）制作泡菜 二、尝试制作传统发酵食品 （一）制作泡菜 5.泡菜制作注意事项: （1）泡菜坛的选择： 坛沿深、盖子吻合好；无裂纹、无砂眼 检查方法： 坛口向上，压入水中，看坛内壁有无渗水现象。 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。 （2）腌制的条件： ①要注意控制时间、温度和食盐的用量。 ②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，亚硝酸盐含量增加。 二、尝试制作传统发酵食品 （一）制作泡菜 6.结果分析与评价: 如何判断你腌制的泡菜是否成功？色泽如何？口味如何？ ①泡菜质量可以根据泡菜的色泽和风味进行初步的评定； ③根据亚硝酸盐的含量来评定； ④根据不同时期泡菜坛中乳酸菌的数量来评定。 ②可以通过在显微镜下观察乳酸菌的形态； 一般来说，腌制成功的泡菜汤清亮，无浮膜，菜质脆嫩度适口，酸甜咸味适宜，具有一定的香气，咀嚼后无渣等。 亚硝酸盐 特点： 危害： 测定方法： 白色粉末，易溶于水 含量高时引起中毒，3g致死； 特定条件下可转为致癌物亚硝胺 比色法 在盐酸酸化的条件下亚硝酸盐与对氨基苯磺酸发生重氮反应；再与N-1-萘基乙二胺盐酸盐发生玫瑰红色反应 拓展应用（P8“拓展应用”第2题） 7.进一步探究: 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。 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）。 思考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？ 思考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？ “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。 巩固提高 泡菜发酵过程中，不是乳酸菌单独发酵的结果： 注 乳酸积累，pH过低；乳酸菌的生长也受到抑制，乳酸菌数量减少。 发酵初期 多种微生物（如大肠杆菌、酵母菌）进行有氧呼吸，产生较多的CO2，坛沿水槽内有气泡放出。此阶段是形成无氧环境的过程。 发酵中期 发酵后期 主要是乳酸菌的发酵过程，其他微生物的生长受到抑制。 巩固提高 泡菜腌制过程中，乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的变化 拓展补充 1.为什么日常生活中要多吃新鲜蔬菜，不吃存放时间过长、变质的蔬菜？ 有些蔬菜，如小白菜和萝卜等含有丰富的硝酸盐。当这些蔬菜放置过久时发生变质（发黄、腐烂）或者煮熟后存放太久时，蔬菜中的硝酸盐会被微生物还原成亚硝酸盐，危害人体健康。 2.为什么含有抗生素的牛奶不能发酵为酸奶？ 牛奶发酵为酸奶主要依靠 的发酵作用， 乳酸菌 而抗生素能够杀死或抑制乳酸菌。 二、尝试制作传统发酵食品 （二）制作果酒和果醋 1. 菌种： 酵母菌（真核生物） （1） 菌种来源： 果皮表面的野生酵母菌 （2） 代谢类型： 异养兼性厌氧型 2. 发酵原理★： 有氧条件：酵母菌大量繁殖 C6H12O6 + 6O2 + 6H2O 6CO2 + 12H2O + 能量 酶 无氧条件：酒精发酵 C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + 能量 酶 【果酒的制作】 二、尝试制作传统发酵食品 （二）制作果酒和果醋 3. 发酵条件： 前期有氧，后期无氧；28℃ 4. 发酵装置： 简易装置 带盖的瓶子 通用装置 通用发酵装置 充气口 排气口 出料口 【果酒的制作】 二、尝试制作传统发酵食品 【果醋的制作】 1. 菌种： 醋酸菌(原核生物) （1） 菌种来源： 空气中的醋酸菌 （2） 代谢类型： 异养需氧型 2. 发酵原理★： 氧气、糖源充足时： C6H12O6+2O2 2CH3COOH+2H2O+2CO2+能量 酶 糖源不充足时： C2H5OH+O2 CH3COOH+H2O+能量 酶 （二）制作果酒和果醋 二、尝试制作传统发酵食品 【果醋的制作】 （二）制作果酒和果醋 3. 发酵条件： 有氧；30~35℃ 4. 发酵装置： 简易装置 裹纱布的瓶子 通用装置 通用发酵装置 充气口 排气口 出料口 二、尝试制作传统发酵食品 （二）制作果酒和果醋 1. 实验原理： 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 二、尝试制作传统发酵食品 （二）制作果酒和果醋 2. 材料用具： 新鲜的水果（如葡萄、苹果、山楂和龙眼等） 洗洁精 体积分数为70%的酒精 发酵瓶 纱布 榨汁机 （二）制作果酒和果醋 3. 实验步骤： 器具消毒 将发酵瓶、榨汁机等器具用洗洁精 ，并用 消毒， 备用。 清洗干净 体积分数为70%的酒精 晾干 冲洗葡萄 取新鲜葡萄，用 1-2次，再 和腐烂的籽粒，沥干。 清水冲洗 去除枝梗 思考1：清水冲洗的目的是什么？能不能反复冲洗？ 冲洗的目的是洗去浮尘，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。 思考2：先冲洗葡萄还是先去除枝梗？ 应先冲洗，再去除枝梗和腐烂的籽粒，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。 （二）制作果酒和果醋 3. 实验步骤： 器具消毒 将发酵瓶、榨汁机等器具用洗洁精 ，并用 消毒， 备用。 清洗干净 体积分数为70%的酒精 晾干 冲洗葡萄 取新鲜葡萄，用 1-2次，再 和腐烂的籽粒，沥干。 清水冲洗 去除枝梗 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 的空间），盖好瓶盖。 1/3 思考3：发酵瓶要留有大约1/3的空间的目的是什么？ ①给酵母菌提供氧气，有利于酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖； ②防止发酵旺盛时产生大量的CO2造成发酵液溢出。 器具消毒 将发酵瓶、榨汁机等器具用洗洁精 ，并用 消毒， 备用。 清洗干净 体积分数为70%的酒精 晾干 冲洗葡萄 取新鲜葡萄，用 1-2次，再 和腐烂的籽粒，沥干。 清水冲洗 去除枝梗 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 的空间），盖好瓶盖。 1/3 酒精发酵 将温度控制在 进行发酵，在发酵过程中，每隔12h左右将瓶盖 一点，（注意： ） 此后再拧紧瓶盖。发酵时间为 。 18～30℃ 拧松 10～12d 不是打开瓶盖 思考4：为什么要将温度控制在18～30℃进行发酵？ 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。 （二）制作果酒和果醋 3. 实验步骤： （二）制作果酒和果醋 3. 实验步骤： 思考5：为什么每隔12h左右要将瓶盖拧松一次？为什么不能打开瓶盖？ （1）拧松瓶盖是为了排出发酵产生的CO2，防止瓶内气压过大，引起发酵装置爆裂。 （2）不能打开瓶盖，以防止空气中的杂菌进入而污染发酵液。 （二）制作果酒和果醋 3. 实验步骤： 果酒发酵 醋酸发酵 打开 纱布 当葡萄酒制作完成后， 瓶盖，盖上一层 ，进行葡萄醋的发酵。发酵温度为 ，时间为 。 30～35℃ 7～8d 醋酸菌是好氧菌，在将乙醇变为乙酸时需要氧气的参与，因此要打开瓶盖； 盖上纱布，既是为了 ；也是为了 。 通气 防止外来杂菌和灰尘的污染 思考6：为什么要打开瓶盖，盖上纱布？ 思考7：怎样判断果酒、果醋的制作是否成功呢？ （二）制作果酒和果醋 3. 实验步骤： 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 （二）制作果酒和果醋 二、尝试制作传统发酵食品 4. 结果分析与评价: （1）在制作果酒和果醋的过程中，发酵液分别有哪些变化？ （2）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？ ①果酒：发酵液（会或不会） 出现气泡 ； 紫色葡萄皮的 进入发酵液,使葡萄酒呈 色。 最明显的变化：发酵后10天后 ②果醋：一般 （会或不会） 出现气泡 ， 发酵完成时，在发酵液的液面会出现一层菌膜，是 菌膜。 会 花青素 深红色 不会 醋酸菌 （二）制作果酒和果醋 二、尝试制作传统发酵食品 4. 结果分析与评价: （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？它们会对果酒发酵产生影响吗？如果有，如何避免这种影响？ 在制作果酒的过程中，除了酵母菌外，果酒中还有乳酸菌、醋酸菌等微生物。乳酸菌可能分解果酒中的糖等，从而使果酒变质。可以通过改变 、 等控制乳酸菌的含量。醋酸菌可以将糖或乙醇转化为乙酸，由于醋酸菌在_______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_____________________，可以抑制醋酸菌的生长繁殖。此外，通过改变________ 、 等同样可以控制醋酸菌的含量。 发酵的温度 果酒的pH 有氧 尽量减少氧气含量 发酵的温度 果酒的pH （二）制作果酒和果醋 二、尝试制作传统发酵食品 4. 结果分析与评价: （4）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。 在工业上，后期醋的发酵需要人工接种醋酸菌。或者买一瓶醋，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（即醋酸菌膜），用这层薄膜进行接种亦可以明显缩短制作果醋的时间。 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。 拓展应用 出料口 充气口 排气口 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 该装置有不足之处吗？我们该如何改进呢？ 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。 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 果酒制作与果醋制作的比较 拓展补充 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。 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 课堂小结 传统发酵技术 尝试制作传统发酵食品： 发酵 发酵与传统发酵技术： 传统发酵技术的应用 腐乳 制作 微生物 泡菜 制作 果酒 果醋 制作 酶 微生物 流程 微生物 流程 空气中的毛霉孢子 蛋白酶、脂肪酶 乳酸菌 配制盐水→原料处理，蔬菜装坛 →加盐水→封坛发酵 酵母菌、醋酸菌 器具消毒→冲洗葡萄→榨汁装瓶→酒精发酵→果醋发酵 课后习题 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。 （ ） 一、概念检测 ✘ ✔ ✘ 课后习题 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 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $