【课件】1.1传统发酵技术的应用课件高二下学期生物人教版选择性必修3

1、目录 /CONTENTS01发酵工程02细胞工程03基因工程04生物技术的安全性与伦理问题发酵工程是指利用微生物的特定功能, ,通过现代工程技术, ,规模化生产对人类有用的产品。它涉及菌种的选育和培养、产物的分离和提纯等方面。第1章 发酵工程【从社会中来】“葡萄美酒夜光杯，欲饮琵琶马上催。醉卧沙场君莫笑，古来征战几人回。”（唐王翰）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，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？它们的制作方法有什么不同？你想不想自己动手制作葡萄酒和葡萄醋呢？

2、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。第1节 传统发酵技术的应用01发酵与传统发酵技术目录 /CONTENTS一、制作泡菜二、制作果酒和果醋究竟什么是发酵呢？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（sh）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。汉代砖刻上的酿酒图我国古代酿酒作坊图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，并发明了巴氏消毒法。此后，人们才开始了解发酵

3、的本质。01发酵与传统发酵技术1.发酵（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。（3）类型：需氧发酵厌氧发酵如：醋酸发酵、谷氨酸发酵如：酒精发酵、乳酸发酵人们利用微生物，在适宜的条件下，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。 2实例：腐乳的制作（1）参与的微生物多种微生物参与了豆腐的发酵，如酵母、曲霉和毛霉等，其中起主要作用的是毛霉。毛霉是一种丝状真菌（真核生物），其生殖方式为孢子生殖，代谢类型是异养需氧型。（2）腐乳制作的原理胞外酶味道鲜美，易于消化吸收，又便于保存。让豆腐上长出毛霉加盐腌制加卤汤装瓶密封腌制制

4、腐乳坯（3）腐乳制作的流程含水量70%左右为宜，含水量过高不易成形，过低不利于毛霉生长。利用干棕叶（或稻草）上的毛霉孢子，在15-18条件下，让豆腐上长出毛霉加盐可以析出豆腐中的水，使豆腐变硬，盐也能抑制微生物的生长 ，避免豆腐块腐败变质。卤汤是由酒（12%）及各种香辛料配置而成，抑制微生物的生长同时使腐乳有独特的香味。3.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：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的。（3）发酵产品：利用传统发酵技术制作的食品有酒、腐乳、

5、酱、酱油、醋、泡菜和豆豉（ch）等。 生产条件不易控制，容易受杂菌污染，生产效率较低，产物不单一等。缺点？【思考辨析】1.使用酵母制作馒头属于传统发酵技术吗？不属于2.直接利用空气中毛霉孢子制作腐乳属于传统发酵技术吗？属于3.下列有关传统发酵技术的叙述，正确的是 （ ） A.发酵所用的微生物均为原核生物 B.不同发酵产品所用原料必定不同 C.传统发酵均需在通气条件下进行 D.发酵所用菌种都是天然存在的微生物D使用前一次发酵保存下来的面团进行的才算。【问题探究1】结合教材中腐乳发酵和下述一种豆瓣酱的制作过程，回答以下问题： 煮黄豆 冷却后在黄豆表面抹上一层面粉 发酵 加盐、加水 在烈日下暴晒、搅

6、动，进一步发酵。（1）制作腐乳利用了哪些微生物？这些微生物来自哪里？制作腐乳利用了空气中存在的 等微生物，其中起主要作用的是 。（2）参与豆瓣酱发酵的微生物来自 。（3）每年进行同样的操作，但是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，你知道这是为什么吗？ 发酵的生产条件不易控制，且容易受 污染。酵母、曲霉、毛霉空气毛霉杂菌（1）发酵是指人们利用微生物，在缺氧的条件下，将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物 （ ）（2）毛霉主要通过产生蛋白酶分解蛋白质参与腐乳发酵 （ ）（3）腐乳制作利用了毛霉等真菌的有氧呼吸 （ ）判断常考语句，澄清易混易错01发酵与传统发酵技

7、术目录 /CONTENTS一、制作泡菜二、制作果酒和果醋一、制作泡菜1.制作泡菜的微生物原核生物（1） 菌种来源：植物体表面天然的乳酸菌分布（2） 常见类型：广泛分布于空气、土壤、植物体表、人或动物的肠道内乳酸链球菌乳酸杆菌乳酸链球菌乳酸杆菌乳酸菌（3） 代谢类型：异养厌氧型在无氧的情况下能将葡萄糖分解成乳酸C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+能量酶（4）生产应用：乳制品的发酵泡菜的腌制2.制作泡菜的发酵原理利用 来进行发酵；植物体表面天然的乳酸菌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%发酵条

8、件适宜的 ；根据室内温度控制发酵时间，严格控制 条件。温度厌氧1820 3.制作泡菜的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；原料处理、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；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。温度：时间：用量：氧气： 1820 15天清水：食盐=4：1无氧条件4.结果分析与评价（1）配制盐水操作中用清水和食盐配制质量百分比为5

9、%-20%的盐水，并将盐水煮沸，冷却待用；盐的作用：调味，抑制其他微生物生长盐水浓度要适宜的目的：过高，乳酸发酵将受抑制；盐水煮沸的目的：杀菌，去除水中的溶解氧盐水冷却后使用的目的：为了不影响乳酸菌的生命活动过低，杂菌易繁殖，导致泡菜变质（2）用水封闭泡菜坛的目的是什么？这说明泡菜制作需什么条件？火候好坛沿深、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。使坛内与坛外空气隔绝，给泡菜坛内创造无氧环境无氧条件泡菜坛子使用之前要检查密封性玻璃制作的泡菜坛（3）为什么泡菜坛只能装八成满？ 在泡菜发酵初期，由蔬菜表面带入的大肠杆菌、酵母菌等较为活跃，它们可以进行发酵，发

10、酵产物中有较多的二氧化碳，如果泡菜坛装的太满，发酵液可能会溢出坛外。 另外，泡菜坛装的太满，会使盐水不太容易完全淹没菜料，从而导致坛内菜料变质腐烂。防止由于产生CO2而导致发酵液溢出坛外；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。【误区警示】泡菜制作的两个易错点（1）误认为只有乳酸菌发酵：前期主要是有氧发酵消耗氧气，形成无氧环境，后期主要是乳酸发酵。（2）误认为泡菜制作全过程都是无氧发酵，蔬菜装坛能装满：装八成满，防止早期发酵产生的CO2使发酵液溢出。（4）你腌制的泡菜成功吗？色泽如何？口味如何？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

11、，咀嚼后无渣等。5.进一步探究泡菜在腌制过程中会有亚硝酸盐产生；膳食中的亚硝酸盐一般不会危害人体健康，但如果人体摄入过量，会发生中毒，甚至死亡。查阅资料，设计实验跟踪检测泡菜在制作过程中亚硝酸盐含量的变化，并探索腌制方法、时间长短和温度高低等条件对亚硝酸盐含量的影响，寻求提高泡菜质量的措施。（1）亚硝酸盐亚硝酸盐为白色粉末，外观与食盐相似，有咸味，易溶于水，可作食品添加剂。自然界中，亚硝酸盐分布广泛，蔬菜、咸菜、豆粉中均含有。 一般不危害健康但是，总量达到 时会引起中毒；达到 时会死亡。0.30.5g3g适宜的pH、温度和一定的微生物作用氧化维生素C、E和酚类物质亚硝胺硝酸盐亚硝酸盐还原细菌等

12、微生物(硝酸还原菌产生硝酸还原酶)（2）亚硝胺生成亚硝胺具有致癌作用，对动物具有致畸和致突变作用发酵初期，泡菜中微生物生长很快，将蔬菜中硝酸盐还原成亚硝酸盐，蔬菜中酚类物质和维生素C等将亚硝酸盐氧化，总体来说，生成的亚硝酸盐大于被氧化的，亚硝酸盐的含量逐步上升。微生物代谢活动将氧气消耗殆尽，泡菜坛中的环境不利于乳酸菌以外的其他微生物生长，生成的亚硝酸盐减少。同时，蔬菜中亚硝酸盐含量由于被氧化而减少，因此，亚硝酸盐的含量会逐渐下降并趋于一个相对稳定的数值。 （3）泡菜发酵过程中乳酸菌数量、乳酸含量和亚硝酸盐含量的变化情况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变化曲线少（O2抑制乳酸菌

13、活动）少增加（硝酸盐还原菌的作用）最多（乳酸积累，抑制其他菌活动）增多达到最多后开始下降（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，抑制乳酸菌活动）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）【问题探究2】某同学在制作泡菜前，查阅资料得知，可以向泡菜坛中加些“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，结果如图，请你帮他分析问题。（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？应 天后食用比较好，此时亚硝酸盐含量 。（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

14、什么？（3）加入“陈泡菜水”的目的是什么？“陈泡菜水”含 ，可快速发酵产生 。11天低乳酸菌乳酸可能是食盐浓度过高、发酵温度过低等原因导致泡菜未能正常发酵。相当于接种乳酸菌【制作泡菜的注意事项】（1）用于制作泡菜的蔬菜应新鲜，若放置时间过长，蔬菜中的亚硝酸盐含量相对较高。（2）用清水和食盐配制质量分数为5%20%的盐水。食盐的用量过高，乳酸发酵受抑制，泡菜风味差；用量过低，杂菌易繁殖，导致泡菜变质。（3）控制严格的厌氧条件的措施选择合适的发酵容器，如泡菜坛，这是一种既科学又简单的厌氧发酵容器。盐水煮沸后冷却待用。装坛时压实，使盐水没过全部菜料。泡菜坛用水封口不让空气进入，创造一个封闭无氧的环境

15、，发酵期间不宜开盖，并注意在发酵过程中经常向水槽中补充水。（4）控制适宜的发酵温度：温度过高易导致杂菌滋生；温度过低不利于乳酸发酵，会使发酵时间延长。（5）控制发酵时间：一般在腌制10天后，亚硝酸盐含量明显下降。但泡菜发酵时间并不是越长越好，一方面发酵时间过长，可能会产生其他有害物质；另一方面，发酵时间过长，乳酸含量过高，口味不佳。01发酵与传统发酵技术目录 /CONTENTS一、制作泡菜二、制作果酒和果醋二、制作果酒和果醋1.制作果酒的微生物真核生物（1） 菌种来源：（2） 代谢类型：单细胞真菌含糖量较高的水果、蔬菜表面异养兼性厌氧型在有氧条件下，酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖酶酶C6H12O

16、6+6O2+6H2O 6CO2+12H2O+能量C6H12O6 2C2H5OH+2 CO2+能量在无氧条件下，酵母菌能进行酒精发酵酵母菌（4）生产应用：（3）发酵条件：制作果酒时将温度控制在 进行发酵。温度：氧气：制作果酒时，酵母菌先在 的情况下大量繁殖； 后在 下，进行酒精发酵。氧气充足无氧条件1830最适生长温度约为28可用于酿酒、制作馒头和面包等酶C6H12O6 2 C2H5OH+2 CO2+能量2.制作果醋的微生物原核生物醋酸菌（1） 菌种来源：（2） 代谢类型：空气中的醋酸菌变酸的酒的表面形成的菌膜异养需氧型（3）发酵条件：温度：氧气：将温度控制在 进行发酵。3035需要在充足的氧气

17、条件下醋酸菌对 氧气 的含量很敏感，当进行深层发酵时，即使短时间 中断通入氧气 ，也会引起醋酸菌的 死亡 。（4）发酵原理：当氧气、糖源充足时：当缺少糖源时：C6H12O62O2 2CH3COOH2CO22H2O酶“糖制醋”将乙醇转变成乙醛，再将乙醛变为乙酸酶C2H5OH O2 CH3COOH H2O“酒变醋”（5）生产应用：可用于制作各种风味的醋3.制作果酒和果醋的原理许多新鲜水果（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。4.材料用具在有氧的条件下，果酒经醋酸菌的作用还可以进一步发酵成果醋。果酒：C6H12O6 2C2H5OH + 2CO

18、2 + 能量酶果醋： C2H5OH +O2 CH3COOH(乙酸) + H2O + 能量酶新鲜的水果、洗洁精、体积分数为70%的酒精、发酵瓶、纱布和榨汁机等。5.果酒和果醋的制作流程挑选葡萄冲洗榨汁酒精发酵醋酸发酵果酒果醋第一步：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 的酒精消毒，晾干备用。70%酒精擦拭的目的是：防止器具的 污染。杂菌第二步：挑选、冲洗葡萄取新鲜葡萄，用清水冲洗 次，再去除枝梗和腐烂的籽粒，沥干。1-2 （填“能”或“不能”）使用清水多次冲洗或者用酒精擦拭消毒。不能防止葡萄表面的酵母菌菌种被冲洗掉或被杀死。应先冲洗葡萄，后去除枝梗？避免去除枝梗时 引起

19、葡萄的破损，增加杂菌污染的机会。（注意：要留有大约 的空间）第三步：榨汁装瓶用榨汁机榨取葡萄汁，将葡萄汁装入发酵瓶中，盖好瓶盖。1/3留1/3空间的目的？盖好瓶盖的目的？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；防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出。防止杂菌进入，创造发酵环境。第四步：酒精发酵将温度控制在 进行发酵。在发酵过程中，每隔 左右将瓶盖 一次（注意：不是打开瓶盖），此后再拧紧瓶盖。发酵时间为 。可通过从发酵瓶口取样来对发酵的情况进行检测。183012h拧松1012d瓶盖拧松的目的？为了放出 ，防止发酵瓶爆裂。不能拧开的原因？防止 和 进入发酵瓶。CO2O2杂菌

20、排气口充气口出料口充气口？排气口？应封闭充气口 需要打开，及时排气排气口通过用 一个长而弯曲的胶管与瓶身相连 目的？是防止空气中 微生物 的污染发酵装置巴斯德的鹅颈瓶实验出料口？用来 取样 检验发酵进程，可以 检验酒味、酒精的含量、进行酵母菌的镜检 等。第五步：醋酸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 ，时间为 。303578d打开瓶盖盖上纱布目的？该温度条件下，酵母菌代谢 （填“较快”或“缓慢”）。创造 的环境和 菌进入发酵瓶。缓慢有氧醋酸菌充气口？应连接气泵，输入无菌氧气 ；排气口？出料口？应要及时 打开 ；用来 取样 检验发酵进程。6.结果分析与评

21、价（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，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。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。在制作果酒和果醋的过程中，发酵液分别有哪些变化？发酵酒精发酵醋酸发酵气味和味道有酒味有酸味气泡和泡沫有气泡和泡

22、沫无气泡和泡沫发酵液颜色颜色加深变成深红色（以紫葡萄作原料）浑浊，液面形成白色菌膜（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？果酒制作过程中除了酵母菌，还有乳酸菌、醋酸菌等微生物。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。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。由于醋酸菌在有氧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尽量减少O2含量，可以抑制醋酸菌的生长

23、繁殖。此外，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。（3）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。（4）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。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以明显缩短制作果醋的时间。在工业上，后期醋的发酵需要人工接种醋酸菌。（5）分析比较果酒、果醋制作中发酵装置图中各结构的作用

24、装置图结构作用充气口醋酸发酵时连接充气泵， 输入 ；制果酒时 充气口排气口用来排出 ; 长而弯曲的胶管防止空气中 的污染出料口便于取料，及时监测发酵进行的情况无菌空气关闭CO2微生物【归纳总结】果酒、果醋制作过程中防止杂菌污染的措施（1）榨汁机、发酵瓶等器具要用洗洁精清洗干净并用体积分数为70%的酒精消毒，晾干。（2）清洗葡萄时要先冲洗后去除枝梗和腐烂的籽粒，以避免除去枝梗时引起葡萄破损，增加被杂菌污染的机会。（3）用带盖的瓶子制作果酒时，每隔12 h左右排气时只需拧松瓶盖，不要完全揭开瓶盖。（1）常见的乳酸菌有乳酸链球菌和乳酸杆菌 （ ）（2）酿酒酵母的最适生长温度约为28 （ ）（3）当氧

25、气不充足、缺少糖源时，醋酸菌将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为乙酸 （ ）（4）制作果醋的温度比制作果酒的温度高 （ ）（5）在葡萄酒的制作过程中，采摘的葡萄应反复冲洗，且要先除枝梗再冲洗 （ ）判断常考语句，澄清易混易错【到社会中去】少量制作转向大规模生产时，会遇到许多新问题。例如，少量制作果醋时，不需要专门的搅拌装置。而大规模生产果醋时，由于发酵罐容积很大，就需要安装搅拌器，以保障醋酸菌对O2的需求。可见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。自己制作的果酒和果醋并非商品意义上的产品。在实际生产中还需要经过沉淀、过滤、灭菌、装瓶等过程才能获得成品酒或醋。果酒还需要在一定条件下进行后续发酵，以获得特定的风味和色泽。通过深入思考，可以