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

人教版高中生物学 选择性必修3《生物技术与工程》 第1章 第1节 传统发酵技术的应用 1.简述传统发酵技术的特点,说出常见的传统发酵食品。 2.概述微生物发酵的基本原理。 3.尝试制作泡菜、果酒和果醋,说出传统发酵技术应用的优点与不足。 教学目标 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 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。 从传统发酵技术到发酵工程 情境导入 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。 （3）类型： （1）概念： （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。 醋酸发酵、谷氨酸发酵 酒精发酵、乳酸发酵 需氧发酵： 厌氧发酵： 乙醇 乳酸 氨基酸（谷氨酸钠） 醋酸 ①不同微生物的遗传物质不同，导致其细胞内催化反应的酶不同，进而导致代谢途径有差异； ②同一种微生物处于不同环境条件下时，代谢途径也会出现差异。 如底物为葡萄糖，无氧条件下，酵母菌进行酒精发酵，而乳酸菌进行乳酸发酵。 如底物为葡萄糖的情况下，酵母菌在有氧、无氧条件下的代谢产物不同。 2.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： ①固体发酵 泡菜、粮食白酒、腐乳等 ②半固体发酵 豆豉、酱、酱油等 混合菌种 发酵与传统发酵技术 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。 混合菌种 酱 酱油 豆豉 醋 泡菜 腐乳 2.传统发酵技术 发酵与传统发酵技术 (3)实例： 腐乳制作 2.传统发酵技术 发酵与传统发酵技术 (3)实例： 腐乳制作 ①原理： 酵母、曲霉和毛霉等多种微生物 (主要是毛霉) 蛋白质 脂肪 小分子肽+ 氨基酸 蛋白酶/肽酶 脂肪酶 甘油 + 脂肪酸 毛霉：丝状真菌，生殖方式为孢子生殖，代谢类型是异养需氧型。 显微镜下的毛霉 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 随豆腐层数加高增加盐用量，接近瓶口表面，铺厚一点。 目的：析出豆腐中的水分、抑制不需要的微生物生长 过高：影响风味 过低：不足以抑制微生物生长 酒（12%）：抑制微生物生长，并使腐乳具有独特香味； 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 香辛料：调味，防腐杀菌。 玻璃瓶洗净后用沸水消毒； 封瓶时瓶口通过酒精灯火焰防止瓶口污染。 ②制作流程 让豆腐长出毛霉 加盐腌制 加卤汤装瓶 密封腌制 前期发酵 后期发酵 发酵与传统发酵技术 发酵与传统发酵技术 ③特点 【思考】每年进行同样的操作,但每年制作的腐乳或豆瓣酱的口感都不完全相同，有些年份甚至制作不成功，为什么？分析传统发酵技术的优、缺点。 制作简单且成本低 优点 天然菌种品质各异，而且纯度不高 缺点一 生产条件不易控制，易受杂菌污染 缺点二 直接接种毛霉不属于传统发酵技术 尝试制作传统发酵食品 一、制作泡菜 1.菌种： 乳酸菌（原核生物） 生殖方式： 代谢类型： 种类： 菌种分布： 二分裂 异养厌氧型 乳酸链球菌、乳酸杆菌 空气、土壤、植物体表、人或动物肠道 2.发酵原理： C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+能量 酶 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。 乳酸链球菌 乳酸杆菌 尝试制作传统发酵食品 配制盐水 用清水和食盐配制质量分数为5%~20%的盐水，并将盐水煮沸，冷却待用。 盐的作用： 冷却的目的： 煮沸的目的： ①调味 ②抑制微生物生长 浓度过低：杂菌易繁殖，导致泡菜变质 浓度过高：乳酸发酵受抑制，口味不佳 杀菌；除氧 防止影响乳酸菌的生命活动 3. 泡菜的制作过程： 尝试制作传统发酵食品 配制盐水 原料处理 蔬菜装坛 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。 问题2：为什么泡菜坛需装至八成满？ 尝试制作传统发酵食品 问题1：为什么要选择新鲜蔬菜？ 蔬菜中含有大量的硝酸盐，若放置时间过长，蔬菜中的硝酸盐易被微生物还原成亚硝酸盐，增加泡菜中的亚硝酸盐含量。 发酵初期酵母菌等较活跃，产物中有较多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，导致菜料变质腐烂；留有一定空间，也更方便拿取泡菜。 配制盐水 原料处理 蔬菜装坛 加盐水 封坛发酵 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，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。 创造无氧环境 注：温度过高、食盐用量不足10％、腌制时间过短，容易造成细菌大量繁殖，亚硝酸盐含量增加。 一般在腌制10天后，亚硝酸盐的含量开始下降。 尝试制作传统发酵食品 4.泡菜制作过程中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的含量变化： 乳酸菌 乳酸 亚硝酸盐 发酵初期 发酵中期 发酵后期 曲线模型 少 （O2抑制乳酸菌的活动） 少 增加（硝酸盐还原菌的作用） 最多 （乳酸抑制其他菌活动） 增多 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，抑制其活动） 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） 尝试制作传统发酵食品 5.结果分析：如何判断你腌制的泡菜是否成功？ ①泡菜质量可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，无霉花浮膜，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。 失败 思考：为什么泡菜坛内有时会长一层白膜？ 成功 白膜 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，其表面氧气含量丰富，适合酵母菌的繁殖。 尝试制作传统发酵食品 尝试制作传统发酵食品 二、制作果酒 1.菌种： 生殖方式： 代谢类型： 最适生长温度： 菌种分布： 2.发酵原理： 酵母菌 （单细胞真菌） 异养兼性厌氧型 无性生殖（多以出芽生殖为主、分裂生殖和孢子生殖） 含糖量较高的蔬菜、水果表面 酿酒酵母：28℃； 野生酵母：18~30℃ ①有氧条件下，酵母菌通过有氧呼吸大量繁殖： ②无氧条件下，酵母菌通过无氧呼吸产生酒精： C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2＋能量 酶 C6H12O6＋6O2 6CO2＋6H2O ＋能量 酶 尝试制作传统发酵食品 尝试制作传统发酵食品 1.菌种： 生殖方式： 代谢类型： 最适生长温度： 菌种分布： 2.发酵原理： 醋酸菌 （单细胞细菌） 异养需氧型 分裂生殖（二分裂） 空气中 30~35℃ ②缺少糖源时，则将 。 ①O2、糖源充足时，能将糖分解成醋酸； 乙醇→乙醛→醋酸 C6H12O6＋2O2 2CH3COOH（醋酸）＋2CO2＋2H2O＋能量 酶 C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O＋能量 酶 三、制作果醋 尝试制作传统发酵食品 思考：如何在同一装置中既能进行酒精发酵又能进行醋酸发酵？ C6H12O6 2C2H5OH(酒精)+CO2+能量 酶 2O2 2CH3COOH(醋酸)+2H2O+能量 酶 + 酒精发酵：无氧，28℃ 醋酸发酵：有氧，30~35℃ 尝试制作传统发酵食品 果酒、果醋的制作流程： 器具消毒 冲洗葡萄 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，用清水冲洗1-2次，再去除枝梗和腐烂的籽粒，沥干。 防止杂菌污染 冲洗的目的：洗去浮尘 注1：葡萄冲洗次数不宜太多的原因是 避免冲洗掉附着在葡萄皮上的野生酵母菌。 注2：先冲洗葡萄再除去枝梗的原因是 避免除枝梗时葡萄破损，增加被杂菌污染的机会。 尝试制作传统发酵食品 器具消毒 冲洗葡萄 榨汁装瓶 果酒发酵 用榨汁机榨取葡萄汁，将葡萄汁装入发酵瓶（留有大约1/3的空间），盖好瓶盖。 温度控制在18～30℃，发酵过程中每隔12h左右将瓶盖拧松一点（不是打开瓶盖），此后再拧紧瓶盖。发酵时间为10～12d。 注：葡萄汁装入发酵瓶时，为何要留有1/3的空间？ ①利于酵母菌进行有氧呼吸快速繁殖，耗尽O2后再进行酒精发酵 ②防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液的溢出。 发酵过程中产生CO2 ，防止瓶内气压过高引起爆裂。 防止O2进入，影响酒精发酵 注1：果酒发酵阶段每隔12h拧松瓶盖一次的原因是 注2：拧松瓶盖后再将瓶盖拧紧的原因是 尝试制作传统发酵食品 器具消毒 冲洗葡萄 榨汁装瓶 果酒发酵 果酒检测 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。 温度控制在18～30℃，发酵过程中每隔12h左右将瓶盖拧松一点（不是打开瓶盖），此后再拧紧瓶盖。发酵时间为10～12d。 注3：为什么将温度控制在18-30℃进行发酵？ 从发酵瓶口取样检测 制造有氧条件，进行醋酸发酵。 果醋发酵 果醋检测 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。 注：打开瓶盖，盖上纱布的原因是__________________________ 尝试制作传统发酵食品 结果分析与评价： （1）如何检测果酒的发酵情况（检测是否产生酒精）？ 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） （2）如何检测果醋的发酵情况？ a.闻； b.品尝； c.观察醋酸菌膜是否形成。 d.使用pH试纸检测检测和比较发酵前后的pH值； 尝试制作传统发酵食品 （3）果酒和果醋的制作过程中，发酵液分别有哪些变化？ （4）在制作果酒的过程中，是否有其他微生物生长？会对果酒发酵产生影响吗？ （5）在制作果醋的过程中，酵母菌是否还会继续发酵？如何加快果醋的制作？ 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乙酸发酵时，充气口连接气泵，输入氧气。 装置改进：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。 果酒和果醋改进装置及其分析 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.45.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf59.27.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf59.27.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $