【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、第一章第一章 发酵工程发酵工程第1节传统发酵技术的应用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。科技探索之路科技探索之路从传统发酵技术到发酵工程约9000年前20世纪70年代以后1857年1897年20世纪80年代1957年20世纪40年代巴斯德证明酒精发酵是由活的酵母菌引起的。科学家发现了酶在酵母菌发酵中的作用。微生物的分离和纯化技术得到了应用，作坊式手工生产向现代工业化生产方向发展。在厌氧发酵技术的基础上，建立了深层通气液体发酵技术。通过人工诱变特定微生物，获得具有更高生产能力的突变类型。基因工程和细胞工程等的发展，使发酵工程进入定向育种的新阶段。科学家开始运用数学、动力学

2、、化学工程原理以及计算机技术对发酵过程进行综合研究，以更加合理地控制发酵过程。对微生物而言，对微生物而言，“发酵发酵”在有氧和无氧条件下都能进行。在有氧和无氧条件下都能进行。必修一必修一（P P9494）中提到的发酵特指中提到的发酵特指“微生物的无氧呼吸微生物的无氧呼吸”，是狭义的发酵概念。，是狭义的发酵概念。一.发酵与传统发酵技术人们利用微生物，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。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。3. 类型需氧发酵需氧发酵厌氧发酵厌氧发酵醋酸发酵醋酸发酵谷氨酸发酵谷

3、氨酸发酵酒精发酵酒精发酵乳酸发酵乳酸发酵 (一) 发酵操作简单、便于家庭式或作坊式生产（优点）腐乳的制作1. 实例：2. 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。(二) 传统发酵技术3. 类型固体发酵固体发酵半固体发酵半固体发酵蛋白质蛋白质 小分子肽小分子肽 + + 氨基酸氨基酸蛋白酶蛋白酶让豆腐上让豆腐上长出毛霉长出毛霉加盐加盐腌制腌制加卤汤加卤汤 装瓶装瓶密封密封腌制腌制(1) 原理：来自于：来自于：毛霉毛霉( (主要主要) )、酵母、曲霉等、酵母、曲霉等(2) 制作过程：【思考】每年进行同样的操作，但是每年制作

4、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？生产条件不易控制，容易受杂菌污染（缺点）一.发酵与传统发酵技术注意说明注意说明传统传统的腐乳制作过程中，豆腐块上生长的的腐乳制作过程中，豆腐块上生长的毛霉毛霉来自来自空气中的空气中的毛霉孢子毛霉孢子；现代现代的腐乳生产是在的腐乳生产是在无菌条件无菌条件下，将优良的下，将优良的毛霉菌种毛霉菌种直接接直接接种在豆腐上种在豆腐上，这样可以，这样可以避免其他菌种的污染避免其他菌种的污染，保证产品质量。，保证产品质量。P8【概念检测概念检测】 1、油炸臭豆腐是我国油炸臭豆腐是我国一些地方的风味小吃。制作时需要将豆一些地方的风味

5、小吃。制作时需要将豆腐浸入含有乳酸菌、芽孢杆菌等微生物的卤汁中发酵。判断下列腐浸入含有乳酸菌、芽孢杆菌等微生物的卤汁中发酵。判断下列相关表述是否正确。相关表述是否正确。（1）卤汁中的乳酸菌和芽孢杆菌不存在竞争关系。（ ）（2）乳酸菌发酵产生了乳酸和CO2。（ ）（3）微生物发酵产生了不同的代谢物使得该臭豆腐具有特殊的味道。（ ）当当质量百分比为质量百分比为0.4%0.8%时，时，泡菜的口味、品质最佳。泡菜的口味、品质最佳。（1） 原理：（2） 应用的微生物：(一) 泡菜的制作C6H12O6 2C3H6O3（乳酸乳酸）+ + 能量能量酶酶代谢类型：代谢类型：作用：作用：种类：种类：分布：分布：应

6、用：应用：乳酸菌厌氧型厌氧型细菌细菌在无氧情况下能将葡萄糖分解成乳酸在无氧情况下能将葡萄糖分解成乳酸空气、土壤、植物体表、人或动物肠道空气、土壤、植物体表、人或动物肠道乳酸链球菌、乳酸杆菌乳酸链球菌、乳酸杆菌乳制品乳制品的发酵的发酵、泡菜泡菜的腌制的腌制植物体表面天然的乳酸菌植物体表面天然的乳酸菌二.尝试制作传统发酵食品舌尖上的中国四川泡菜（3 3）方法步骤：）方法步骤：配制盐水配制盐水用清水和食盐配制质量分数为用清水和食盐配制质量分数为5%5% 20%20%的盐水，并将盐水的盐水，并将盐水煮沸煮沸，冷却待用。，冷却待用。向坛盖向坛盖边缘的水槽中注满水边缘的水槽中注满水，并在发酵过程中，并在发

7、酵过程中注意经常注意经常向水槽中向水槽中补充水补充水，根据室内温度控制发酵时间根据室内温度控制发酵时间；将将冷却好冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过菜料没过菜料，盖好盖好坛盖坛盖。原料处理、原料处理、蔬菜装坛蔬菜装坛加盐水加盐水封坛发酵封坛发酵将将新鲜新鲜蔬菜（如萝卜、黄瓜和豌豆等）洗净，切成块状蔬菜（如萝卜、黄瓜和豌豆等）洗净，切成块状或条状，混合均匀，或条状，混合均匀，晾干后晾干后装入泡菜坛内；装至装入泡菜坛内；装至半坛时半坛时，加入加入蒜瓣、生姜及其他香辛料蒜瓣、生姜及其他香辛料，继续，继续装至八成满装至八成满。思考讨论思考讨论1.1.用水密封泡菜坛的目的是什

8、么？这说明泡菜制作需要什么条件？用水密封泡菜坛的目的是什么？这说明泡菜制作需要什么条件？2.2.为什么泡菜坛只能装八成满？为什么泡菜坛只能装八成满？3.3.从开始制作到泡菜质量最佳这段时间内，泡菜逐渐变酸，泡菜坛中乳从开始制作到泡菜质量最佳这段时间内，泡菜逐渐变酸，泡菜坛中乳酸菌和其他杂菌的消长规律是什么？原因？酸菌和其他杂菌的消长规律是什么？原因？（4）结果分析与评价用水密封泡菜坛的目的是什么？这说明泡菜制作需要什么条件？给泡菜坛内创造无氧环境无氧条件为什么泡菜坛只能装八成满？A.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，发酵产物中有较多的二氧化碳，如果泡

9、菜坛装的太满，发酵液可能会溢出坛外。B.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。C.泡菜坛留有一定的空间，也更方便拿取泡菜。二.尝试制作传统发酵食品 从开始制作到泡菜质量最佳这段时间内，泡菜逐渐变酸，泡菜坛中乳酸菌和其他杂菌的消长规律是什么？原因？乳酸菌数量增多，杂菌数量减少；因为乳酸菌比其他杂菌更耐酸。（4）结果分析与评价二.尝试制作传统发酵食品(5)实验分析与思考:盐的作用：盐水浓度要适宜的目的：盐水煮沸的目的：盐水冷却后使用的目的：泡菜坛子使用之前要检查密封性的目的：调味，抑制其他微生物生长过高，乳酸发酵将受抑制；过低，杂菌易繁殖，导致泡菜变质杀菌，

10、去除水中的溶解氧为了不影响乳酸菌的生命活动给泡菜坛内创造无氧环境，严格控制厌氧条件二.尝试制作传统发酵食品 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。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。（6）进一步探究 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

11、数百倍）。亚硝酸盐二.尝试制作传统发酵食品时期乳酸菌乳酸亚硝酸盐发酵前期前期发酵中期中期发酵后期后期变化曲线少少（O2抑制乳酸菌活动）抑制乳酸菌活动）少少增加增加（硝酸盐还原菌的作用）（硝酸盐还原菌的作用）最多最多（乳酸菌比其他杂菌（乳酸菌比其他杂菌更耐酸。乳酸更耐酸。乳酸积累，抑制积累，抑制其他菌活动）其他菌活动）增多增多达到最多后开始下降达到最多后开始下降（硝酸盐还原菌受抑制，硝酸盐还原菌受抑制，部分亚硝酸盐被分解部分亚硝酸盐被分解）减少减少（乳酸积累，（乳酸积累，pH下下降，抑制乳酸菌活动）降，抑制乳酸菌活动）继续增多，继续增多，最后保持稳定最后保持稳定下降至保持相对稳定下降至保持相对稳

12、定（硝酸盐还原菌被完全抑制）（硝酸盐还原菌被完全抑制）二.尝试制作传统发酵食品泡菜制作过程中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐含量的变化情况分析例1.（拓展应用P8,2）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，结果见右栏曲线图，请你帮他分析问题。二.尝试制作传统发酵食品（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。盐浓

13、度高，杀死了乳酸菌等微生物。“陈泡菜水”含乳酸菌，可快速发酵产生乳酸。 “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？ 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。葡萄葡萄及葡萄酒及葡萄酒 从社会中来（1）微生物酵母菌（果酒）和

14、醋酸菌（果醋）二.尝试制作传统发酵食品1.传统发酵食品 ：制作果酒和果醋2酵母菌A.是单细胞真菌，真核生物，呈圆形、椭圆形等。B.酵母菌的繁殖方式主要为无性生殖（出芽生殖、分裂生殖、孢子 生殖），但多以出芽方式进行。C.酵母菌分布在含糖较高的偏酸环境中，如水果等。 （1）微生物酵母菌（果酒）和醋酸菌（果醋）二.尝试制作传统发酵食品1.传统发酵食品 ：制作果酒和果醋2醋酸菌A.原核生物，新陈代谢类型为异养需氧型。B.醋酸菌的繁殖方式为二分裂。C.应用：食醋、果醋（2）原理： 果酒：C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + 能量酶果醋： C6H12O6 +2O2 2CH3COOH(乙酸)

15、+ 2H2O + 2CO2 + 能量 C2H5OH +O2 CH3COOH(乙酸) + H2O + 能量酶酶二.尝试制作传统发酵食品1.传统发酵食品 ：制作果酒和果醋2（3）果酒发酵的条件 温度：酿酒酵母的最适生长温度为28左右，酒精发酵时将温 度严格控制在1830。 氧气：前期需O2 ，后期无氧。 pH：呈酸性。（5.06.0） 时间： 1012天（4）果醋发酵的条件： 温度：多数醋酸菌的最适生长温度为3035 ，醋酸发酵时将温度严格控制在此范围内。 需要充足的氧气 pH：呈酸性。 时间： 78天二.尝试制作传统发酵食品1.传统发酵食品 ：制作果酒和果醋2器具消毒冲洗葡萄榨汁装瓶果酒检测酒精

16、发酵打开瓶盖，盖上纱布果醋检测将发酵瓶、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。将温度控制在1830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1012d。可通过从发酵瓶口取样来对发酵的情况进行检测。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3035，时间为78d。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。（5）果酒与果醋的制作过程二.尝试制作传统发酵食品【思考讨论】【思考讨

17、论】冲洗冲洗1 12 2次即可，能否连续冲洗，为什么？为什么去梗前冲洗？次即可，能否连续冲洗，为什么？为什么去梗前冲洗？葡萄汁装入发酵瓶时，为何要留有葡萄汁装入发酵瓶时，为何要留有1/31/3的空间？的空间？在果酒和果醋制作中，哪些做法可防止发酵液被污染？在果酒和果醋制作中，哪些做法可防止发酵液被污染？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？发生在发酵后多少天？引起变化的原因是什么？（P7P7）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？它们会对在制作果

18、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？果酒发酵产生影响吗？如果有，如何避免这种影响？（P7P7）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？什么措施可以加快果醋的制作？（P7P7）如何检测果酒如何检测果酒和果醋和果醋的发酵情况的发酵情况？冲洗12次即可，能否连续冲洗，为什么？为什么去梗前冲洗？不能，防止果皮表面的野生菌种数量减少。去梗前冲洗可避免葡萄破损，减少被杂菌污染的机会。葡萄汁装入发酵瓶时，为何要留有1/3的空间？

19、A.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；B.防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出。【思考讨论】【思考讨论】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。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

20、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。【思考讨论】【思考讨论】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？（P7P7） 果酒中除了酵母菌，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。 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

21、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。【思考讨论】【思考讨论】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？（P7P7） 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。 在我们的实验条件下，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

22、件而不能繁殖。 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以明显缩短制作果醋的时间。【思考讨论】【思考讨论】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） 如何检测果醋的发酵情况？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。结果分析与评价（P7P7）【思考讨论】【思考讨论】P8【拓展应用拓展应用】 3、有有3位同学分别采用了位同学分别采用了3种不同的发酵装置来制作果醋。种不同的发酵装置来制作果醋。A同学同学用的是带盖的塑料瓶；用的是带盖的塑料瓶；B同学用的是没有盖的塑料瓶，在发酵过程中无同学用的是没有盖的塑料瓶，在发酵过程中无盖的瓶口一直由捆绑在瓶口的盖的瓶口一直由捆绑在瓶口的8层纱布覆盖；层纱布覆盖；C同学则设计了如右图所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示的发酵装置。结合果醋的制作原理，你认