1.3发酵工程为人类提供多样的生物产品课件-2025-2026学年高二下学期生物浙科版选择性必修3

第三节 发酵工程为人类提供 多样的生物产品 你知道生活中哪些食品、饮料及调味品是通过微生物发酵生产的？ 在游牧社会出现了的奶酒，大概是最早制成的发酵饮料 。我国也是酱油生产最早的国家，据史书记载，远在西周时期就能以肉类、鱼类生产各种酱。北魏时期的《齐民要术》记载了用曲霉制酱的方法和技艺，还记载了酸奶的制作。在西周我国就有高粱米酒变醋的传说。 某些食品、饮料及调味品是运用传统发酵技术生产的 发酵产品 原料 菌种 发酵产品 原料 菌种 面包 小麦面粉 酿酒酵母 酱油 小麦、蚕豆、 薯、米 曲霉、酵母菌、乳酸菌 糯米酒 糯米 酵母菌、霉菌、 食醋 米、麦、薯等 醋酸菌、曲霉、酵母菌 酸奶 牛奶、羊奶 乳酸菌 豆腐乳 大豆、冷榨豆粕 曲霉、毛霉、根霉 葡萄酒 葡萄 酵母菌、纤细杆菌 泡菜 菜、瓜果蔬鲜 乳酸菌、明串珠菌 黄酒 糯米、黍米、 粳米 青霉、毛霉、 根霉、酵母菌 奶酪 牛奶 乳杆菌、乳球菌 啤酒 大麦、酒花 酿酒酵母 味精 糖蜜、淀粉、 葡萄糖和玉米浆 谷氨酸棒杆菌 β-胡萝卜素 淀粉、豆粉、 无机盐 三孢布拉氏霉 表1-2 酿制常见的发酵食品、饮料和调味品的原料及菌种 酵母菌只是对进行出芽生殖的真核、单细胞微生物的统称。已知的酵母菌至少有56属，约500多种。是一种______________(填呼吸类型)微生物，通过厌氧呼吸将葡萄糖氧化为___________。 布拉达酵母 酿酒酵母 香槟酵母 兼性厌氧型 乙醇和CO2 乳酸菌则是对能够发酵糖类产生乳酸的一类革兰氏阳性细菌的统称，已知的乳酸菌约有430多种。这些微生物一般为厌氧、兼性厌氧或微好氧。 植物乳杆菌 沙克乳酸杆菌 明串珠菌菌 革兰氏染色法（Gram staining）可将细菌分为两大类，即革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌。这两种细菌的差别在于细胞壁的成分不同。通过结晶紫初染和碘液媒染后，在细胞壁内形成了不溶于水的结晶紫与碘的复合物，革兰氏阳性菌由于其细胞壁较厚、肽聚糖网层次较多且交联致密，故遇乙醇脱色处理时，因失水反而使网孔缩小，，因此能把结晶紫与碘复合物牢牢留在壁内，使其仍呈紫色；而革兰氏阴性菌因其细胞壁薄、肽聚糖层薄且交联度差，在遇脱色剂后，薄而松散的肽聚糖网不能阻挡结晶紫与碘复合物的流出，因此脱色后呈无色，再经沙黄等红色染料复染，就使革兰氏阴性菌呈红色 。 革兰氏阳性菌G+ 革兰氏阴性菌G- 造成不同发酵制品的风味与营养物质有差异的原因是？ ① 微生物的种类（关注菌种中不同菌株遗传上的差异） ② 发酵条件 ③ 微生物的种间关系（混菌发酵，互利、竞争、排斥） ④ 发酵原料 某些食品、饮料及调味品是运用传统发酵技术生产的 温度、酸碱度、湿度、发酵时间、渗透压 菌种指的是用于发酵、研究的微生物(不是分类学上的基本单位)可以分为酵母菌、霉菌、细菌、放线菌四类。菌株是同种微生物的统称，如酵母菌包括酿酒酵母、香槟酵母等菌株 利用酵母菌、醋酸制果酒果醋 1.制备发酵装置及处理材料。 （1）制备装置。在矿泉水瓶盖上戳一个小洞，将可弯折吸管的短臂插入小洞， 再用凡士林密封吸管与小洞的连接处。待装入葡萄、盖好盖子后，再将吸管的 长臂插入水中阻止氧气进入。 弯曲玻璃管 1.排出发酵产生的C02，减小瓶内气压； 2.防止氧气进入，保证无氧发酵条件； 3.防止被空气中的杂菌进入造成污染； （2）处理材料。将葡萄用清水洗净、晾干后，挤碎并连皮一同放入编号1、2的 两个矿泉水瓶中。所放入的葡萄体积不要超过矿泉水瓶的1/2。为提高酒精 产量，可在两个矿泉水瓶中适当添加白糖（蔗糖）。注意：矿泉水瓶中一定 不要加水(防止杂菌污染)； 1.为什么挤碎处理? 2.瓶中葡萄的体积为什么体积不要超过矿泉水瓶体积的1/2? 使酵母菌与葡萄充分接触，利于吸收营养物质。 ①提供部分氧气促进酵母菌的需氧呼吸,进而大量繁殖提供更多的菌种； ②保证发酵过程中不会有葡萄汁溢出，避免发酵液损失和瓶口发生杂菌污染。 2.提高甜度 ２.发酵。 1号矿泉水瓶中加用温水调匀后的干酵母，2号对照，矿泉水瓶中不加干酵母， 其他处理同1号。盖好盖子后，将吸管长臂插入水中以阻止氧气进入。在25℃ 左右的环境中发酵。每天定时观察矿泉水瓶内葡萄的变化以及吸管长臂排出气 泡的速度。7-10天后，待不再有气体产生，停止发酵。 活化酵母 1.发酵温度过低、过高会造成什么影响？ 2.发酵初期，因为微生物的呼吸使发酵瓶内出现负压（压力减小），为什么？ 温度过低发酵时间延长。温度过高，霉菌滋生，产生霉变的味道。 需氧呼吸消耗了大量氧气，产生的二氧化碳溶解度又较大，易溶入发酵液，所以瓶内气压变小出现负压。 用小刀在矿泉水瓶壁(液面之上)戳—小洞，将瓶中的上清液倒入相同编号的另一干净矿泉水瓶中，置于冰箱４℃冷藏室中静置保存，即得到自制的葡萄果酒。 1.葡萄果酒呈现深红色的原因是？ 2.置于冰箱４℃冷藏室中静置保存的目的是？ 3.随着发酵程度的加深，发酵液的密度会逐渐降低？ 葡萄皮中的色素进入到发酵液中，说明发酵原料会影响色泽。 低温比常温下保存时间更长。 葡萄糖氧化成酒精和二氧化碳，酒精的密度比糖的密度小。 ２.发酵。 选取酒味较重的一瓶，用小刀在发酵液面以上的瓶壁戳一小洞，放置在温暖的环境中。24ｈ后打开瓶盖就会闻到果酒在有氧条件发酵产生的果醋的气味。 醋酸菌是好氧型细菌，给果酒通入空气，醋酸菌在有氧条件下将酒精氧化生成醋酸。 1.制作果醋时，为什么要给发酵好的微生物通入空气？ 酒精发酵和醋酸发酵的区别和联系 区别 醋酸发酵 酒精发酵 微生物 醋酸菌 酵母菌 是否需氧 严格需氧 前期______,后期______ 温度 25℃ 联系 需氧 厌氧 酒精发酵为醋酸发酵提供营养物质 30~35℃ 当堂练习 1.利用酵母菌酿酒时，从开始便持续向发酵罐内通人无菌空气，结果是（ ） A.酵母菌大量死亡，酒精减产 B.酵母菌数量不变，酒精产量不变 C.酵母菌数量增多，酒精减产 D.酵母菌数量增多，不产生酒精 2.葡萄酒呈现红色的原因是（ ） A.在发酵过程中产生了红色的物质 B.在发酵的最后程序中，加入了红色的食用色素 C.红色葡萄皮中的色素溶解在发酵液中 D.酒精发酵的最终产物C2H50H是红色的 3.在适宜的温度条件下,在下列装置中都放入干酵母 (内有活酵母菌),其中适于 产生酒精的装置是 ( ) 4．葡萄发酵可产生葡萄酒,请利用相关的知识回答下列问题. (1)甲、乙、丙三名同学将葡萄榨成汁后, 分别装入相应的发酵瓶中,在适宜的 条件下进行发酵,如图所示.发酵过程中,每隔一段时间均需排气一次。据图 分析, 甲同学和丙同学的操作有误,丙同学的错误是___________ ,导致发酵 中出现的主要异常现象是___________________________________________。 (2)在上述制作葡萄酒的过程中,假设乙同学的某一步骤操作错误导致发酵瓶瓶 塞被冲开, 该错误操作可能是_________________________________。 注:各发酵瓶的左侧管为充气管,侧管为排气管 5.(2017·浙江11月选考)回答与酿酒和制醋有关的问题： (1)为了获得优良的酿酒红曲霉菌株，将原菌株的孢子诱变处理后制成较稀浓度 的单孢子悬液，这样做的目的是在培养时有利于获得________。 (2)大米经蒸煮、红曲霉菌糖化后，用某酿酒酵母进行酒精发酵，发酵完毕后得 到新鲜红曲酒，酒中乙醇浓度不超过15%。其主要原因是当发酵液中的乙醇浓 度接近15%时，________ A.乙醇氧化逐渐增强直至平衡　 B.葡萄糖分解逐渐增强直至平衡　 C.乙醇氧化逐渐减弱直至停止　 D.葡萄糖分解逐渐减弱直至停止)。 单菌落 D 6..制作果醋时，必须控制的发酵条件是（ ） A.温度18～25℃，适时通气 B.温度18～25℃，隔绝通气 C.温度30～35℃，隔绝空气 D.温度30～35℃，适时通气 7.如图所示为制作果酒果醋的装置.下列叙述错误的是( ) A．甲、乙两装置都可用来制作果酒 B．在制作果醋时,用乙装置更有利于果醋的生成 C．在用甲装置制作果酒的后期(酒精生成阶段), 要保证瓶盖彻底密封 D．用乙装置制作果醋的过程中,要适时通过充口充气 利用乳酸菌发酵制作泡菜 脆爽泡菜 爽口好开胃 追根溯源，话说历史 早在3100多年前的商代，《诗经》中就出现了“菹”(zū )字，意为酸菜、腌菜。北魏贾思勰的《齐民要术》一书也有制作泡菜的叙述。 泡菜的制作是我国悠久而精湛的烹饪遗产之一。 泡菜是一种风味独特的乳酸发酵制品，原料多样，制作简便。其富含维生素及钙、铁、磷等矿物质，其中豆类还含有丰富的全价蛋白。在泡制过程中，蔬菜常温保持，B族维生素和维生素C不会受到破坏，比起炒菜营养价值更高。泡菜还富含乳酸，可刺激消化腺分泌消化液，帮助食物消化吸收，增加身体抵抗力。 发酵原理 泡菜是利用附生在蔬菜表面的植物乳杆菌、短乳杆菌和明串珠菌等发酵制成的。这些微生物一般为厌氧、兼性厌氧或微好氧菌。它们的发酵产物不仅有乳酸，还会有醇、酯等，因而使泡菜具有特殊的风味。 乳酸菌 在无氧 的条件下发酵 其中也有亚硝酸(HN02)产生。 亚硝酸盐在体内合成亚硝胺而诱发癌症； 亚硝酸盐将血红蛋白氧化为高铁血红蛋白，使血液的载氧能力降低； 导致肾小腺肾小球肥大。 泡菜的制作过程中,下列对不同时期泡菜坛中乳酸菌含量的叙述中,正确的是( ) A.制作泡菜初期并无乳酸菌的存在 B.腌制过程中,乳酸菌含量会逐渐增多并达到最高峰,然后下降 C.腌制后期乳酸菌含量会急剧下降 D.腌制的全过程乳酸菌的含量不变,活性不同 泡菜发酵过程中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐含量的变化分析 项目 乳酸菌 乳　酸 亚硝酸盐 初期 少(有氧气,乳酸菌活动受抑制) 少 增加(硝酸盐还原菌的作用) 中期 最多(乳酸抑制其他菌活动) 增多, pH下降 下降(硝酸盐还原菌受抑制, 部分亚硝酸盐被分解) 后期 减少(乳酸继续积累,pH继续 下降,抑制自身活动) 继续增多, pH继续下降 下降至相对稳定 (硝酸盐还原菌被完全抑制) 泡菜腌制过程中，乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐相对含量(或数量)的变化 相对含量（数量） 0 发酵时间 A B C 乳酸 亚硝酸盐 乳酸菌 初期 中期 后期 轻尝一口 酸脆爽口 Fresh Vegetables 泡菜的制作过程 各种新鲜蔬菜均可，一般用白菜、黄瓜、柿子椒、萝卜等。 添加的调味品，如花椒、八角等。 白酒。 食糖和盐。 材料了解一下 轻尝一口 酸脆爽口 各食材的作用： （1）制作泡菜宜选用新鲜的蔬菜或其他原料，原因是_____________________;　　　　　　　　　　　 (2) 白酒的作用：__________________________________； （3）腌制过程加入的盐水浓度是6% ： 食盐的作用是：____________________________________________; 若含盐量太低则____________，太高_______________________________, 盐水量不能过满， 否则会出现溢坛现象，试分析其原因： __________________________________________。 亚硝酸盐的含量低 萝卜等蔬菜会在盐水中发生渗透失水现象 抑制杂菌生长、调味剂增加醇香感 抑制乳酸菌自身繁殖，发酵延迟 抑制杂菌生长、渗出蔬菜中过多的水、调味 杂菌滋生 轻尝一口 酸脆爽口 1.各种菜洗净并切成3-4cm长小块。 2.将泡菜坛（无砂眼 、无裂痕 、无渗水）洗净，用开水洗坛内壁2次， 确保没有油脂附着在内壁上。 A.防止泡菜制作过程中O2进入坛内 B.防止泡菜汁液渗出，影响口感 C.防止杂菌污染 D.为使泡菜坛美观 泡菜的制作过程 消毒 轻尝一口 酸脆爽口 1.各种菜洗净并切成3-4cm长的小块。 2.将泡菜坛（无砂眼 、无裂痕 、无渗水）洗净，用开水洗坛内壁2次， 确保没有油脂附着在内壁上。 泡菜的制作过程 1.油脂长时间与水接触是非常容易氧化产生 酸败味的，影响泡菜口味。 2.油脂能提供给霉菌营养，使泡菜中乳酸菌 受杂菌污染，影响发酵。 轻尝一口 酸脆爽口 3.将蔬菜、花椒、八角、白酒等放入坛内。将盐水加入坛中，没过蔬菜，基本 装满泡菜坛。希望发酵快些，将蔬菜在开水中浸1分钟后入坛; ①发酵时间缩短； ②泡菜口感较脆 蔬菜在开水中浸1分的目的是？为什么？ a.细胞内营养物质外流，乳酸菌快速获得营养物质； b.高温抑制某些微生物的生长繁殖，阻止其产生的果胶酶 分解果胶； 4.将坛口用水封好。腌制过程中须随时加满水。 隔绝空气，营造一个无氧环境，蔬菜中天然存在的乳酸菌进行乳酸发酵，另可防止杂菌进入。如不闭封，则会有许多需氧细菌生长，蔬菜会腐烂。 轻尝一口 酸脆爽口 水封的目的是？ 5.腌制7天左右即可开坛食用，取出腌制好的泡菜后可再加入新鲜蔬菜 继续腌制。如果加入一些陈泡菜汁，可缩短腌制时间，这是因为 ______________________________。 陈泡菜汁中有较多的发酵菌 菹 1.下列不属于发酵的是（ ） A.利用需氧型青霉菌生产青霉素 B.缺氧时，人的组织细胞产生乳酸 C.利用酵母菌的厌氧呼吸获得酒精 D.利用乳酸菌制作泡菜 2.制作泡菜需要一定的地域和季节，南方少有腌制泡菜的地方，而在我国东北 地区，至少要在立冬以后才进行泡菜腌制，其原因是（ ） A.冬天温度低，其他细菌不易大量繁殖 B.冬天原料丰富 C.冬天乳酸菌易生长 D.冬天的泡菜可长期保存 发酵：借助微生物，在有氧或无氧条件下 的生命活动来制备代谢产物的过程。 B A 3.研究人员检测了不同浓度的食盐、不同发酵阶段的泡菜中的亚硝酸盐含量， 结果如图所示。据图分析，下列叙述错误的是( ) A．腌制泡菜的最佳食盐用量约为5% B．过多的食盐可能会抑制发酵作用 C．腌制初期泡菜的亚硝酸盐含量上升 D．食用泡菜最安全的是腌制后3～9天 发酵工程 https://k.sina.com.cn/article_7215248211_m1ae0ff353001015rjy.html 青霉素的问世 青霉素是指分子中含有青霉烷、能破坏细菌的细胞壁并在细菌细胞的繁殖期起杀菌作用的一类抗生素，是由青霉菌中提炼出的抗生素。 第二次世界大战爆发后，对青霉素的需求量急剧增加，迫使人们尝试将传统的固体表面培养改变为液体深层培养。为解决深层培养对无菌、通气、混合的需求，开发出了可通入无菌空气、采用机械搅拌的密封式发酵罐，使占地面积、劳动强度、能耗大大减少，而产量大幅提高。许多化学、工程学的技术也被应用于发酵工业，使青霉素的提取回收率和产品纯度大幅度提高。 随着微生物生理学、生物化学研究的深入，以及高产发酵菌株的不断选育，整个微生物发酵工业获得了迅猛的发展。 发酵工程利用现代工程技术及微生物的特定功能,工业化生产人类所需产品 微生物发酵是一个复杂的过程。鉴于菌种特性、原料和产物的特点、技术设备的可行性以及成本核算等诸多因素，现代发酵工业大多是采用好氧、液体、深层、分批及单一纯种发酵的方式组合进行的。其中，好氧以及用单一纯种微生物生产单一产品是现代发酵工业的主流。 发酵工程利用现代工程技术及微生物的特定功能,工业化生产人类所需产品 发酵原料 预处理 发酵培养基的比例 灭菌 大型发酵 代谢产物和细胞的分离 菌种 活化 扩大培养 进一步 扩大培养 代谢产物的 提纯与加工 产品 副产品或废物处理 细胞的加工 产品 代谢产物的分离 斜面 摇瓶 接种 图1-24 微生物工业发酵的基本过程 粗选、除杂、粉碎、分析或水解、加工等 添加水、无机盐、其他营养物。调节碳氧比、pH等 菌种的选育 选育高产、优质的菌种是发酵工业的前提条件。发酵工业所使用的菌种与在实验室中培养的某种目标微生物不同，需要满足以下5个条件：首先，应选择高产的菌种，使菌种的发酵产物中，需要的产物多，不需要的产物少；其次，培养基来源充足且廉价，被转化的效率高；第三，菌种发酵产物易于分离；第四，菌种对环境没有明显或潜在的危害；第五，菌种的遗传特性和生产能力稳定。 要得到符合要求的菌种，需要筛选并不断地选育或改良菌种，以保持菌种健壮纤盛的生命力。减少菌种的传代次数能减小菌种发生自发突变的概率。对于已出现衰退迹象的菌种要进行分离筛选，保留高产的菌株，用于大规模的发酵工业生产。 发酵原料 预处理 发酵培养基的比例 灭菌 大型发酵 代谢产物和细胞的分离 菌种 活化 扩大培养 进一步 扩大培养 代谢产物的 提纯与加工 产品 副产品或废物处理 细胞的加工 产品 代谢产物的分离 斜面 摇瓶 接种 图1-24 微生物工业发酵的基本过程 缩短菌种在发酵罐中 发酵的时间 粗选、除杂、粉碎、分析或水解、加工等 添加水、无机盐、其他营养物。调节碳氧比、pH等 发酵原料 预处理 发酵培养基的比例 灭菌 大型发酵 代谢产物和细胞的分离 菌种 活化 扩大培养 进一步 扩大培养 代谢产物的 提纯与加工 产品 副产品或废物处理 细胞的加工 产品 代谢产物的分离 斜面 摇瓶 接种 粗选、除杂、粉碎、分析或水解、加工等 添加水、无机盐、其他营养物。调节碳氧比、pH等 测量和控制发酵温度、pH、溶解氧等 图1-24 微生物工业发酵的基本过程 控制发酵过程是保证发酵生产高效顺利进行的重要措施 缩短菌种在发酵罐中 发酵的时间 发酵原料 预处理 发酵培养基的比例 灭菌 大型发酵 代谢产物和细胞的分离 菌种 活化 扩大培养 进一步 扩大培养 代谢产物的 提纯与加工 产品 副产品或废物处理 细胞的加工 产品 代谢产物的分离 斜面 摇瓶 接种 粗选、除杂、粉碎、分析或水解、加工等 添加水、无机盐、其他营养物。调节碳氧比、pH等 测量和控制发酵温度、pH、溶解氧等 图1-24 微生物工业发酵的基本过程 分离或提纯发酵产品是工业发酵制取产品必经步骤 缩短菌种在发酵罐中 发酵的时间 分离或提纯发酵产品 ②发酵产品是微生物的代谢产物，则可采用真空发酵、吸附发酵、萃取发酵 等方法进行提取。 ①发酵的产品是菌体本身（如酵母菌），可采用过滤、离心、沉淀等方法 发酵工程在医药、食品及其他工农业生产上有重要的应用价值 $