1.1 传统发酵技术的应用（第1课时） 课件-2025-2026学年高二下学期人教版生物选择性必修3

学习要求 1.上课：不低头、不眯眼、不讲话 2.作业：先看书、再做题、对答案 3.课后：及时问问题，保证每周1小时滚动复习 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 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 人的胚胎 2 第1章 第1节 人教版 选择性必修3 3 你知道哪些发酵产品？ 啤酒 葡萄酒 豆豉 泡菜 陈醋 腐乳 酸奶 老面馒头 酱油 味精 不同的产品，利用的都是一些特定的微生物，具体是利用微生物的什么作用呢？ 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。（P5) 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， 因此利用它们就可以生产出人们所需要的多种产物。 （同一种微生物处于不同环境条件下，代谢途径也会出现差异） 发酵 ③类型： 需氧发酵 厌氧发酵 醋酸发酵 乳酸发酵 酒精发酵 固体发酵 液体发酵 半固体发酵 发酵的实质就是微生物在有氧或无氧条件下的细胞呼吸 淀粉变成葡萄糖，再变成酒精 微生物代谢就是细胞呼吸 固体：泡菜、粮食白酒、腐乳等 半固体：豆豉、酱、酱油等 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、卤汁等发酵物中微生物进行发酵、制作食品的技术 传统发酵技术 菌种差异、杂菌情况不明，发酵过程的控制缺乏标准， 品质不稳定，通常是家庭式或作坊式 发酵工程 微生物培养，筛选单一菌种，再接种到物料中发酵 优势：缩短发酵时间，确保品质稳定 操作简单易上手 有利于传承文化 生产条件不易控制 容易受杂菌污染 生产效率低 阅读教材第2－3页，思考以下问题： 1、哪位科学家首先将发酵与微生物联系在了一起？ 2、为什么利用发酵工程大规模生产青霉素需要建立深层通气液体发酵技术？3、随着科技进步，发酵工业经历了怎样的转变？ 科学家发现了酶在酵母菌发酵中的作用，逐渐了解发酵的本质。微生物的分离和纯化技术使发酵工艺不断完善，传统的固体发酵开始向半固定和液体发酵。 1897年 人工诱变特定微生物，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，更加合理地控制发酵过程。 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，使发酵工程进入定向育种的新阶段。如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。 （自然发酵或曲种传代的固定发酵，不明白其原理） 从传统发酵技术到发酵工程 一、腐乳的制作 1.发酵原理： 蛋白质 小分子肽 + 氨基酸 蛋白酶 腐乳 2.菌种： 、 和 等，其中起主要作用的是 。 酵母 曲霉 毛霉 毛霉 代谢类型： 异养需氧型 适宜温度： 15-18℃ 脂肪 甘油 + 脂肪酸 脂肪酶 真核生物 生物学分类： 孢子生殖 生殖方式： 9 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 让毛霉等产生蛋白酶和脂肪酶 加盐腌制 析出豆腐中的水分、抑制杂菌生长，加速发酵。 过多影响口味，过少腐败变质 加卤汤装瓶 卤汤包括酒和香辛料 酒（12%）： 过高： 过低： 香辛料： 密封腌制 方法：随豆腐层数加高增加盐用量，接近瓶口表面，铺厚一点 调味，防腐杀菌。 抑制微生物生长， 并使腐乳具有独特香味； 会延长腐乳成熟的时间 不足以抑制微生物生长，可能导致豆腐腐败。 玻璃瓶要用沸水消毒，封瓶时瓶口通过酒精灯火焰防止瓶口污染。 一、腐乳的制作 卤汤中酒的含量应控制在12%左右 10 腐乳的特点：味道鲜美，有机物种类 ，含量 ，营养价值高，易于消化吸收，而腐乳本身又便于保存。 增加 减少 一、腐乳的制作 1.菌种： 乳酸菌 （细菌、原核生物） a.菌种分布： b.代谢类型： c.菌种种类： 异养厌氧型 空气、土壤、植物体表、人或动物肠道内 乳酸链球菌、乳酸杆菌 2.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。 C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+能量 酶 d.生殖方式： 二分裂生殖 二、泡菜的制作 12 3.方法步骤： 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 盐浓度过低 盐浓度过高 煮沸的目的 冷却的目的 ①调味 ②抑制微生物（杂菌）生长 杂菌易繁殖，导致泡菜变质 乳酸发酵受抑制，口味不佳 ①杀菌 ②除氧 防止影响乳酸菌的生命活动 二、泡菜的制作 泡菜坛漏气，会使需氧型微生物大量繁殖，引起蔬菜腐烂 13 配制盐水 原料处理、蔬菜装坛 将新鲜蔬菜（如萝卜、黄瓜和豌豆等）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； ②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； ③留有一定空间，也更方便拿取泡菜。 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 3.方法步骤： 二、泡菜的制作 14 你腌制的泡菜成功吗？色泽如何？口味如何？ 泡菜质量可以根据泡菜的色泽和风味进行初步的评定； 通过在显微镜下观察乳酸菌的形态和数目； 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，无梅花浮膜，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 成功 4.结果分析 二、泡菜的制作 15 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？ 形成白膜是由于 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O2含量也很丰富，适合酵母菌的繁殖。 白膜 产膜酵母 4.结果分析 二、泡菜的制作 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。 16 二、泡菜的制作 发酵前期：蔬菜刚入坛时，表面带入的微生物主要是以不抗酸的大肠杆菌和酵母菌等较为活跃，它们进行发酵产生较多的乳酸、酒精、醋酸和二氧化碳等，二氧化碳以气泡从水槽内放出。 发酵中期：由于乳酸的积累，pH下降，乳酸杆菌活跃，乳酸积累。大肠杆菌、酵母菌、霉菌等的活动受到抑制。 发酵后期：继续进行乳酸发酵，乳酸含量继续上升，乳酸杆菌的活性受到抑制，发酵速度逐渐变缓甚至停止。 二、泡菜的制作 腌制过程中，要注意控制腌制的时间、温度和食盐的用量。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。 亚硝酸盐是硝酸盐还原菌促进硝酸盐还原形成的 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 数量少 (有O2，乳酸菌活动受抑制) 数量最多 (乳酸抑制其它菌活动) 减少(乳酸继续积累，pH继续下降，抑制其活动) 少 积累增多， pH下降 继续增多， pH继续下降 含量增加 (硝酸盐还原菌的作用) 含量下降 (硝酸盐还原菌受抑制，部分亚硝酸盐被分解) 含量下降至相对稳定 (硝酸盐还原菌被完全抑制) 二、泡菜的制作 4.结果分析 二、泡菜的制作 4.结果分析 p8某同学向泡菜坛中加些“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， （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。 可能是食盐浓度不合适、发酵温度过低等原因导致泡菜未能正常发酵 “陈泡菜水”中含有纯度较高的乳酸菌，可快速发酵产生乳酸。 硝酸盐还原菌的作用 乳酸抑制其他菌的活动 二、泡菜的制作 在盐酸酸化条件下，亚硝酸盐与对氨基苯磺酸发生重氮化反应后，再与N-1－萘基乙二胺盐酸盐结合生成玫瑰红溶液。将经过反应显色后的待测样品与标准液比色，即可计算出样品中的亚硝酸盐含量。 21 1.菌种： 酵母菌 真核生物（单细胞真菌） ① 分布： 含糖较高的水果、蔬菜表面 ② 代谢类型： 异养兼性厌氧型 有氧条件下，酵母菌通过有氧呼吸 ： 无氧条件下，酵母菌通过无氧呼吸 ： C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2 +能量 酶 C6H12O6＋6O2 6CO2＋6H2O+能量 酶 ③最适生长温度： 28℃； 果酒制作的原理 大量繁殖 产生酒精 三、果酒和果醋的制作 酵母菌是能发酵糖类的各种真菌的统称，包括酿酒酵母、假丝酵母、球拟酵母、红酵母等 22 ②当缺少糖源时则将 。 ①当O2、糖源都充足时能将 ； （1）菌种： 醋酸菌 ①代谢类型： 异养需氧型 （3）醋酸发酵原理： ②最适生长温度： 30 - 35℃ （2）参与醋酸发酵的主要微生物及来源： 空气中的醋酸菌或人工接种的醋酸菌 C6H12O6+2O2 酶 2CH3COOH（醋酸）+2H2O+2CO2+能量 C2H5OH+O2 酶 CH3COOH（醋酸）+H2O+能量 糖分解成醋酸 乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为醋酸 （细菌：原核生物） 果醋制作的原理 三、果酒和果醋的制作 如何在一个装置里又能进行酒精发酵，又能进行醋酸发酵？ 23 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℃ 酒精发酵 → 醋酸发酵 如何在同一装置中既能进行酒精发酵又能进行醋酸发酵？ 三、果酒和果醋的制作 24 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; 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; 除灰去污 不能先去，枝梗，避免葡萄破损，减少杂菌污染 ①有氧条件，利于酵母菌快速繁殖；耗尽O2后，再进行酒精发酵； ②防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出。 无需多次。防止菌种减少，影响发酵 排出CO2 ，防止爆裂 防止杂菌污染 器具消毒 冲洗葡萄 榨汁装瓶 果酒发酵 三、果酒和果醋的制作 二 尝试制作传统发酵食品 如何检测果酒和果醋的制作是否成功？ 果酒：a.闻 b.品尝 c.用酸性条件下的重铬酸钾溶液检测 果醋：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。 三、果酒和果醋的制作 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 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 思考： 1.为什么排气口胶管长而弯曲？ 防止空气中微生物的污染 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 2.该装置还能继续改进吗？ 三、果酒和果醋的制作 27 在葡萄酒的制作过程中，发酵液会产生气泡，这是因为酵母菌发酵产生CO2；开始发酵后，CO2产生越来越多，会使发酵液出现“沸腾”现象，在发酵的10天后，这种现象最明显。 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。 C6H12O6＋6O2 6CO2＋6H2O+能量 酶 C2H5OH+O2 酶 CH3COOH（醋酸）+H2O+能量 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。 28 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？ 在葡萄酒的制作过程中 果醋发酵过程中 ①发酵液中会产生气泡 ②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,发酵液的颜色会逐渐加深变成深红色 酵母菌发酵产生CO2 醋酸菌在发酵液表面大量繁殖形成的醋酸菌膜 ①一般不会出现气泡 ②发酵完成时，在发酵液的液面上会出现一层菌膜 结果分析与评价 三、果酒和果醋的制作 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？ 结果分析与评价 三、果酒和果醋的制作 尽量减少O2含量，可以抑制醋酸菌的生长繁殖 通过调节发酵的温度、果酒的pH等同样可以控制醋酸菌的含量 乳酸菌 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 在糖源充足的情况下，醋酸菌能把糖分解成醋酸 在缺少糖源的情况下，它将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为醋酸 果汁中的糖也是醋酸菌重要的碳源和能源。在有氧的情况下，醋酸菌能把糖分解成醋酸；在缺少糖源的情况下，乙醇便是醋酸菌的碳源和能源，它将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为醋酸。 30 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？ 结果分析与评价 三、果酒和果醋的制作 人工接种醋酸菌：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 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 31 相关微生物 酵母菌 醋酸菌 毛霉 乳酸菌 生物学分类 代谢类型 繁殖方式 适宜温度 主要用途 【注】酵母菌、醋酸菌、毛霉、乳酸菌的最适温度不同的直接原因是这三种微生物体内 不同，而根本原因是 。 真核生物 原核生物 真核生物 原核生物 异养兼性厌氧 异养需氧 异养需氧 异养厌氧 适宜条件下出芽生殖 二分裂 孢子生殖 二分裂 18 〜30°C 30〜35°C 15 〜18°C 35 〜40°C 酿酒、发面 酿醋 制作腐乳 制作酸奶、泡菜 【传统发酵食品制作过程中所用菌种的比较】 酶的最适温度 控制这三种酶合成的DNA不同 32 项目 泡菜制作 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（出芽生殖） 主要是附着在葡萄皮上的 野生型酵母菌 异养兼性厌氧型 真核细胞 在有氧条件下：C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量 酶 在无氧条件下： C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+少量能量 酶 28℃（18-30℃） 10-12d 初期需氧，后期不需氧 醋酸菌（二分裂） 异养需氧型 原核细胞 空气中的野生型醋酸菌 氧气、糖源都充足时：C6H12O6+2O2 2CH3COOH+2H2O+2CO2+能量 酶 氧气充足、缺少糖源时：C2H5OH+O2 CH3COOH+H2O+能量 酶 30-35℃ 7-8d 需要氧气 乳酸菌（二分裂） 植物体表面 天然的乳酸菌 异养厌氧型 原核细胞 C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+能量 酶 在无氧的情况下： 18-20℃ 不需要氧气 8-10d 制作泡菜、果酒和果醋的比较 33 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 34 1.【考点速览·诊断】 (1)果醋发酵时，发酵液产生的气泡量明显少于果酒发酵时。 ( ) (2)果醋发酵时，用重铬酸钾测定醋酸含量变化时，溶液灰绿色逐日加深。 ( ) (3)酵母菌和醋酸杆菌均以有丝分裂的方式进行增殖。( ) (4)酵母菌和醋酸杆菌发酵过程中控制通气的情况不同。 ( ) (5)葡萄酒的颜色是葡萄皮中的色素进入发酵液形成的。 ( ) (6)利用乳酸菌制作酸奶过程中，先通气培养，后密封发酵。 ( ) (7)果醋制作过程中发酵液pH逐渐降低，果酒制作过程中情况相反。( ) √ × × √ √ × × 35 $