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 基因工程的运用 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 说说我们日常生活中常见的食品中哪些是发酵食品： 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 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。 发酵 1、概念：人们利用 ，在适宜的条件下，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 2、原理：不同的微生物具有产生 的能力，利用它们就可以生产出人们所需要的多种产物。 不同代谢物 不同的微生物代谢途径有差异； 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。 原料 人类所需产物 适宜的条件 微生物代谢 (复杂分子) 氨基酸、抗生素 蛋白质、多糖 发酵 3、类型: 好氧发酵 厌氧发酵 氧气需求 醋酸发酵、谷氨酸发酵 酒精发酵、乳酸发酵 人教版 选择性必修3 第1章 第1节 7 一、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。 酱 酱油 醋 泡菜 豆豉 腐乳 2、类型： 固体发酵（泡菜、粮食白酒、腐乳等） 半固体发酵（豆豉、酱、酱油等） 一、传统发酵技术 4、实例: 腐乳的制作 一、传统发酵技术 4、实例: 腐乳的制作 (1)原理： 蛋白质 小分子肽+氨基酸 蛋白酶/肽酶 脂肪 脂肪酶 甘油 + 脂肪酸 (2)参与发酵的微生物： 毛霉 酵母、曲霉和毛霉等，主要是毛霉（真核） 酵母菌 曲霉 毛霉：分布广泛 代谢类型：异养好氧型 生殖类型：孢子生殖 适宜温度：15~18℃ 正在进行发酵的豆腐坯 4、实例: 腐乳的制作 【思考1】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。 操作简单、传承文化 生产条件不易控制；易受杂菌污染、生产效率低 【缺点】 【优点】 【思考2】若直接接种优良的毛霉菌种制作腐乳，属于传统发酵技术吗？ 传统发酵技术是直接利用空气中毛霉孢子制作腐乳， 因此直接接种毛霉不属于传统发酵技术。 同理：直接加入酵母菌制作馒头 传统发酵技术，使用前一次发酵保存下来的面团制作馒头 传统发酵技术。 不属于 属于 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 随堂演练 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 随堂演练 二、尝试制作传统发酵食品 (一) 制作泡菜 (一) 制作泡菜 二、尝试制作传统发酵食品 1、菌种： 乳酸菌（原核生物） 乳酸链球菌 乳酸杆菌 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 应用： 制作泡菜、酸奶 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。 (一) 制作泡菜 二、尝试制作传统发酵食品 3、材料用具： 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。 问题1：为什么要选择新鲜蔬菜？ 亚硝酸盐含量低 问题2：泡菜坛子使用之前要检查密封性的目的是什么？ 给泡菜坛内创造无氧环境，严格控制厌氧条件 坛沿深、盖子吻合好；无裂纹、无砂眼 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。 (一) 制作泡菜 4、方法步骤： 配制盐水 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； 杀菌除氧 不影响乳酸菌的生命活动 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； 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。 (一) 制作泡菜 4、方法步骤： 加盐水 将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过菜料，盖好坛盖； 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； 创造无氧环境 (一) 制作泡菜 5、结果分析： 如何判断腌制的泡菜是否成功？色泽如何？口味如何？ 失败 成功 ①泡菜质量可以根据泡菜的色泽和风味进行初步的评定； ②可以通过在显微镜下观察乳酸菌的形态； ③根据不同时期泡菜坛中乳酸菌的数量来评定； ④根据亚硝酸盐的含量来评定。 一般来说，腌制成功的泡菜汤清亮，无浮沫，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。 6.泡菜发酵过程中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐含量的变化 发酵时期 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（有氧气，乳酸菌的活动受到抑制） 少 增加（硝酸盐还原菌的作用） 最多（乳酸抑制其他菌活动） 减少（乳酸积累，pH下降，抑制其活动） 积累增多，pH下降 继续增多，pH继续下降 下降（硝酸盐还原菌受抑制，部分亚硝酸盐被分解） 下降至相对稳定（硝酸盐还原菌被完全抑制） (一) 制作泡菜 亚硝酸盐为强氧化剂，能够把血液中的低铁血红蛋白转变为高铁血红蛋白，从而导致缺氧性中毒症状。 膳食中的绝大部分亚硝酸盐随尿排出，但在适宜的pH、温度和一定的微生物作用下会转变成致癌物质亚硝胺（霉变的食品中亚硝胺可增至数十倍至数百倍）。 亚硝酸盐 亚硝胺具有致癌作用，对动物具有致畸和致突变作用。人类的某些癌症与亚硝胺(化学致癌因子)有关。 亚硝胺的毒性 (一) 制作泡菜 【思考-讨论】 1、泡菜制作过程中，是否只有乳酸菌起作用？ 不是，还有一些酵母菌和大肠杆菌 3.某同学在制作泡菜时，向泡菜坛中加入一些“陈泡菜水”的目的是什么？ 4.某同学腌制的泡菜“咸而不酸”，请分析产生上述结果最可能的原因？ 酵母菌是兼性厌氧微生物，泡菜发酵液营养丰富，其表面氧气含量也很丰富，适合酵母菌的繁殖。 泡菜的白膜——酵母菌 “陈泡菜水”中含有纯度较高的乳酸菌，这相当于接种乳酸菌，可减少腌制时间。 盐水浓度太高会抑制微生物的代谢。 (一) 制作泡菜 2.为什么泡菜坛内有时会长一层白膜，这层白膜是怎么形成的？ 例1.(2023·广东茂名调研)我国制作泡菜历史悠久。《中馈录》中记载：“泡盐菜法，定要覆水坛。此坛有一外沿如暖帽式，四周内可盛水；坛口覆一盖，浸于水中，……则所泡之菜不得坏矣。泡菜之水，用花椒和盐煮沸，加烧酒少许。……。如有霉花，加烧酒少许。坛沿外水须隔日一换，勿令其干。”下列说法错误的是 (　　) A.“坛口覆一盖，浸于水中”有利于保持坛内的无氧环境 B.“泡菜之水，用花椒和盐煮沸”的目的之一是消毒杀菌 C.“霉花”主要由酵母菌增殖形成，酵母菌往往来自蔬菜 D.“坛沿外水须隔日一换，勿令其干”以保证坛内适宜湿度 D 随堂演练 例2.回答下列有关泡菜制作的问题： (1)制作泡菜时，所用盐水煮沸，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，乳酸发酵过程即为乳酸菌进行_________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______________________________________________________。 除去氧气；杀灭杂菌 增加乳酸菌的数量 无氧呼吸 细胞质基质 发酵温度 发酵时间 食盐用量 乳酸菌数量增多，杂菌数量减少 乳酸积累pH降低，抑制了杂菌的生命活动，而乳酸菌比杂菌更耐酸。 随堂演练 生殖方式： 代谢类型： 最适生长温度： 菌种分布： 发酵原理： (二) 制作果酒和果醋 1、制作果酒的菌种： ——酵母菌 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℃ （单细胞真菌） 有氧条件下，酵母菌通过有氧呼吸大量繁殖： 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＋6H2O＋6O2 6CO2＋6H2O+能量 酶 (二) 制作果酒和果醋 2、制作果醋的菌种： （原核生物） ——醋酸菌 生殖方式： 代谢类型： 最适生长温度： 菌种分布： 发酵原理： 异养需氧型 分裂生殖（二分裂） 空气中 30~35℃ 氧气、糖源充足时： 缺少糖源、氧气充足时： C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O。 酶 “糖制醋” “酒变醋” 酶 C6H12O6＋2O2 2CH3COOH＋2CO2＋2H2O； (二) 制作果酒和果醋 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℃ (二) 制作果酒和果醋 3、材料用具： 新鲜的葡萄、洗洁精、70%的酒精、榨汁机、发酵瓶和纱布等。 (二) 制作果酒和果醋 4、方法步骤： 4、方法步骤： 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。 器具消毒 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。 冲洗葡萄 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。 (1)冲洗的目的： (2)冲洗1-2次即可，能否反复冲洗，为什么？ (3)为什么先冲洗，再去梗？ 去除表面灰尘、污物 防止野生菌种数量减少，影响发酵 不能; 避免葡萄破损，减少被杂菌污染的机会 4、方法步骤： 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1/3的空间），盖好瓶盖。 (4)葡萄汁装入发酵瓶时，为何要留有1/3的空间？ a.防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出 b.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； 4、方法步骤： 果酒发酵 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。 (5)在果酒发酵阶段每隔12h拧松瓶盖一次，其原因是什么？ 在果酒发酵过程中产生CO2 ，防止瓶内气压过高引起爆裂。 (6)拧松瓶盖后再将瓶盖拧紧，原因是什么？ 防止杂菌和O2进入发酵瓶 果酒检测 可通过从发酵瓶口取样来对发酵的情况进行检测。 (7)如何检测果酒的发酵情况（检测是否产生酒精）？ A.闻味、品尝； B.用酸性条件下的重铬酸钾溶液检测（橙色→灰绿色） 4、方法步骤： 4、方法步骤： 果醋发酵 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。 (8)醋酸菌从何而来？采用什么措施可以加快果醋的制作？ 打开瓶盖后，空气中的醋酸菌会进入果酒发酵液中大量繁殖，其他的菌因不适应环境条件（不能利用乙醇）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明显缩短制作果醋的时间。 4、方法步骤： 果醋发酵 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。 (9)在醋酸发酵完成时，在发酵液的液面上会出现一层菌膜，这层菌膜是什么？其出现在发酵液的液面上说明了什么？ 菌膜是醋酸菌菌膜；其出现在发酵液液面上说明其是好氧细菌。 a.闻； b.品尝； c.使用pH试纸检测检测和比较发酵前后的pH值； d.观察醋酸菌膜是否形成； (10)如何检测果醋的发酵情况？ (11)在制作果醋的过程中，酵母菌是否还会继续发酵？ 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。 4、方法步骤： 果醋发酵 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。 (二) 制作果酒和果醋 5、结果分析： (1)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？ ①在葡萄酒的制作过程中，发酵液(会或不会) 产生气泡，这是因为酵母菌发酵产生 ;如果是用紫葡萄制作葡萄酒，随着发酵时间的延长，由果皮进入发酵液的 会越来越多，因而发酵液的颜色会逐渐加深变成 。 ②果醋发酵过程中一般 (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。 ③最明显的变化：发酵后10天后 会 花青素 深红色 不会 醋酸菌 CO2 (3)在传统酿酒过程中，一般不需严格的灭菌过程，是因为__________ ____________________________________________________________ _________。 在缺氧、呈酸性的发酵液中，酵母菌可以生长繁殖，绝大多数其他微生物无法适应而受到抑制 (二) 制作果酒和果醋 5、结果分析： “通气”的目的是使酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖。 “密封”的目的是使酵母菌进行无氧呼吸产生酒精。 前期：酵母菌进行有氧呼吸产生了水， 后期：酵母菌进行无氧呼吸产生酒精。 (2)酒精发酵过程中发生“先来水后来酒”现象，其原因是什么？ (1)为什么在酒精发酵过程中往往“先通气后密封”？ (二) 制作果酒和果醋 5、结果分析： (4)在果酒和果醋制作中，哪些做法可防止发酵液被污染？ a.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； 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。 (5)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。 (二) 制作果酒和果醋 5、结果分析： 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。 可以通过尽量减少O2含量(抑制醋酸菌的生长繁殖)、调节发酵温度、pH来控制醋酸菌含量。 果酒制作和果醋制作的比较 项目 果酒制作 果醋制作 所需菌种 生物学分类 代谢类型 最适温度范围 发酵对氧的需求 原料和产物 联系 酵母菌 醋酸菌 真核生物 原核生物 异养兼性厌氧型 异养需氧型 18～30℃ 30～35℃ 前期需氧，后期不需氧 一直需氧 葡萄糖；酒精和CO2 葡萄糖或乙醇；醋酸 酒精发酵可以为醋酸发酵提供酒精 (二) 制作果酒和果醋 二、尝试制作传统发酵食品 (三) 存在问题 利用天然菌种，存在菌种差异、杂菌情况不明，发酵过程控制缺乏标准等问题，易造成发酵食品品质不一。 工业大规模生产：先通过微生物培养技术获得 菌种，再将它们接种到物料中进行发酵，从而缩短发酵时间，确保品质稳定。 单一 从社会中去 查阅关于果酒和果醋工业化生产的工艺流程，比较自己制作果酒和果醋的方法与这些流程有哪些异同。在此基础上，请思考：当把少量制作转化为大规模生产时，需要解决哪些实际问题？ 左：葡萄酒窖； 中：啤酒酒窖； 右：白酒酒窖 提示：在大规模生产发酵产品时，需要进行更为全面周详的考虑，如考虑原料的来源与选样、菌种的选育与培养、发酵设备的选择、发酵条件的自动化控制、发酵产品的质量控制、成本价格等。 随堂演练 (1)腐乳的制作仅是毛霉参与了豆腐的发酵( ) (2)泡菜坛的选择、发酵过程中坛沿要注满水都有利于泡菜的无氧发酵( ) (3)制作泡菜过程中，有机物的干重和种类将减少( ) (4)传统发酵以混合菌种的固体发酵及半固体发酵为主( ) (5)酵母菌是嗜温菌，所以果酒发酵所需的最适温度高于果醋发酵温度( ) (6)在果酒发酵后期松松瓶盖的间隔时间可延长( ) (7)在家庭中用新鲜葡萄制作果酒时，需给发酵装置适时排气( ) (8)在制作葡萄酒的过程中，应先去除葡萄的枝梗，再进行反复冲洗( ) 1.判断题 × √ × √ × √ √ × 随堂演练 2.中国的许多传统美食制作过程蕴含了生物发酵技术。 下列叙述正确的是(　　) A.泡菜制作过程中，酵母菌将葡萄糖分解成乳酸 B.馒头制作过程中，酵母菌进行呼吸作用产生CO2 C.米酒制作过程中，将容器密封可以促进酵母菌生长 D.酸奶制作过程中，后期低温处理可产生大量乳酸菌 B 3.某同学在学习了传统发酵技术的应用后，进行了酸奶制作的实践，制作步骤如下： 准备原料：市场上购得纯牛奶、原味酸奶。 工具：带盖瓶子、勺子、可调温电饭锅。 制作方法：①将瓶子(连同盖子)、勺子放在电饭锅中加热煮沸10分钟。 ②瓶子稍冷却后，向瓶子中倒入牛奶，再放入电饭锅中沸水浴加热10分钟。 ③待牛奶冷却至40 ℃左右(不烫手)时倒入牛奶量1/5的酸奶作“引子”，用勺子搅拌均匀，拧紧瓶盖。 ④将电饭锅温度调至40 ℃，继续保温7～8 h。 请回答下列问题：(1)将瓶子等煮沸的目的是_________________________。 (2)“引子”指的是酸奶中的________。 (3)待牛奶冷却后才能倒入酸奶的原因是__________________________； 将瓶盖拧紧的目的是____________________________________________。 (4)适量饮用酸奶有利于改善腹胀、消化不良等症状，其原理是__________________________________________________。 对瓶子等进行灭菌，防止杂菌污染影响发酵 乳酸菌 防止温度过高而将菌种杀死 乳酸菌是厌氧型细菌，在无氧条件下才能进行发酵 乳酸菌能分解肠道中的部分食物并且在代谢过程中不产生气体 4.有3位同学分别采用了3种不同的发酵装置来制作果醋。 A同学用的是带盖的塑料瓶； B同学用了没有盖的塑料瓶，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； 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？ C同学的装置更适合制作果醋。 随堂演练 结构 作用 酒精发酵 充气口 排气口 出料口 通入空气 关闭 排出CO2 打开 便于取样监测 关闭 排气口胶管长而弯曲可以防止空气中微生物的污染 改进：可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 课堂小结 传统发酵技术的应用 发酵与传统发酵技术 尝试制作传统发酵食品 发酵 传统发酵技术 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。 利用原料中天然的微生物，或前一次发酵保留下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵 泡菜制作 果酒制作 果醋制作 菌种 反应原理 反应条件 菌种 反应原理 反应条件 菌种 反应原理 反应条件 乳酸菌（异养厌氧型） 乳酸菌无氧呼吸产生乳酸 常温，无氧条件 酵母菌（异养兼性厌氧型） 酵母菌无氧呼吸产生酒精 18～30 ℃，先通气后无氧 醋酸菌（异养需氧型） 醋酸菌有氧呼吸产生醋酸 30～35℃，通入氧气 Lavf58.45.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $