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

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？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。从传统发酵技术到发酵工程科学家发现了酶在酵母菌发酵中的作用，之后微生物的分离和纯化技术得到了应用。1897年用微生物生产谷氨酸获得成功，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。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，人胰岛素和干扰素大量生产。20世纪70年代以后190019401960185019801970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。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（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。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。发酵的实质就是微生物在有氧或无氧条件下的细胞呼吸，是一个物质氧化分解的过程。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）腐乳制作的原理味道鲜美，易于消化吸收，又便于保存。蛋白质小分子肽+氨基酸蛋白酶脂肪酶一、发酵与传统发酵技术脂肪甘油+脂肪酸让豆腐上长出毛霉加盐腌制加卤汤装瓶密封腌制制腐乳坯（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。（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、酱、酱油、醋、泡菜和豆豉（chǐ）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。微生物的代谢类型同化类型异化类型自养型异养型厌氧型需氧型兼性厌氧型（一）制作泡菜1.制作泡菜的微生物原核生物（2）

生产运用：用于乳制品的发酵、泡菜的腌制。(3)分布:（4）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和乳酸杆菌乳酸链球菌乳酸杆菌——乳酸菌二、尝试制作传统发酵食品生物类型：(1)乳酸菌异养厌氧型代谢类型：二分裂生殖方式：二、尝试制作传统发酵食品（5）

发酵原理：在无氧的情况下能将葡萄糖分解成乳酸C6H12O62C3H6O3（乳酸）+能量酶（6）发酵条件：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（一）制作泡菜1.制作泡菜的微生物——乳酸菌二、二、尝试制作传统发酵食品舌尖上的中国——四川泡菜亚硝酸盐的含量低乳酸含量0.4%~0.8%时，口味、品质最佳。①原理：②菌种来源：③材料用具：C6H12O62C3H6O3（乳酸）+能量酶植物体表面天然的乳酸菌新鲜蔬菜、调味品、泡菜坛或其他密封性良好的罐子2.制作泡菜二、尝试制作传统发酵食品二、尝试制作传统发酵食品③材料用具(2)调味品：如花椒、八角、生姜、蒜瓣及其他香辛料、白酒、白砂糖和盐。（3）泡菜坛或其他密封性良好的罐子。(1)各种新鲜蔬菜均可，一般用白菜、洋白菜、黄瓜、豇豆、胡萝卜、白萝卜等。1、配置盐水清水与盐配置质量分数为5﹪-20﹪的盐水，配制好后煮沸冷却。①盐的作用：②盐水浓度要适宜的目的：③盐水煮沸的目的：④盐水冷却后使用的目的：为了不影响乳酸菌的生命活动调味，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，去除水中的溶解氧④制作流程2、新鲜蔬菜处理、装坛蔬菜处理：

将鲜菜修整、洗涤、阳光下晾晒，到菜表皮萎焉时收下，切分成条状或片状。装坛：泡菜坛消毒，将蔬菜混合均匀，装入泡菜坛内，装至半坛时放入蒜、生姜及其他香辛料，继续装至八成满3、倒冷却盐水将冷却好的盐水缓缓倒入，使盐水没过全部菜料，盖好坛盖。4、封坛发酵盖好坛盖。向坛盖边沿的水槽中注满水，以保证坛内乳酸菌所需的无氧环境。在发酵过程中，要注意经常补充水槽中的水。1、配置盐水2、新鲜蔬菜处理、装坛3、倒冷却盐水4、封坛发酵如果加一些陈泡菜汁更好，相当于接种乳酸菌，减少腌制时间④制作流程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，无霉花浮膜，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。泡菜虽好吃，但不宜多吃，泡菜中的亚硝酸盐会危及人体健康。3、结果分析1、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？水封闭坛口起着使坛内与坛外空气隔绝的作用，这是最简易的造成无氧环境的方法。说明乳酸菌进行乳酸发酵需无氧环境。2、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。4、你腌制的泡菜成功吗？色泽如何？口味如何?泡菜好吃，但不宜多吃，泡菜中亚硝酸盐会危及人体健康3、从开始制作到泡菜质量最佳这段时间内，泡菜逐渐变酸，泡菜坛中乳酸菌和其他杂菌的消长规律是什么？

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。3、结果分析1.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；

2.膳食中的亚硝酸盐一般不会危害人体健康，绝大部分亚硝酸盐只是“过客”，随尿排出。3.当人体摄入的亚硝酸盐总量达到0.3g～0.5g时，会引起中毒，当摄入总量达到3g时，会引起死亡。蔬菜水果亚硝酸盐pH、温度微生物亚硝胺硝酸盐硝酸盐还原菌维生素C、E和酚类物质注意：发酵温度高；食盐用量过低；发酵时间短容易导致硝酸还原菌大量增殖，产生较多的亚硝酸盐人类的某些癌症与亚硝胺(化学致癌因子)有关3.

亚硝酸盐腌制中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的变化发酵时期乳酸菌乳酸亚硝酸盐发酵前期发酵中期发酵后期变化曲线少（O2抑制乳酸菌活动）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）【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。【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①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。②盐水煮沸后冷却待用。③装坛时压实，使盐水没过全部菜料。④泡菜坛用水封口不让空气进入，创造一个封闭无氧的环境，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。三

传统发酵常见菌种——酵母菌（1）生物类型（2）代谢类型（3）分布

（4）发酵原理真核生物异养兼性厌氧型在一些________的____、____的_____含糖量较高水果蔬菜表面有氧条件：酵母菌大量繁殖。C6H12O6+6O2+6H2O6CO2+12H2O+能量酶无氧条件：酒精发酵。C6H12O62C2H5OH+2CO2+能量酶三

传统发酵常见菌种——酵母菌

（5）生产应用可用于___________、__________等酿酒制作馒头和面包影响酵母菌生长、繁殖、发酵的主要因素有哪些？温度——最适生长温度为28℃氧气——氧气充足时，大量繁殖

缺氧条件下进行酒精发酵制作果酒1.菌种来源：______________________________；2.发酵原理①许多________________

附着有大量的不同种类的___________

；②在这些酵母菌的作用下，水果可以发酵成果酒（前期通过有氧呼吸大量繁殖，后期通过无氧呼吸产酒精）；新鲜水果的果皮表面附着的野生酵母菌新鲜水果的果皮表面野生酵母菌3.发酵条件：①温度——将温度控制在________进行发酵；②氧气含量

a.氧气充足的情况下，_________；

b.无氧条件下，进行_________；18-30℃大量繁殖酒精发酵4.发酵装置：简易装置带盖的瓶子通用装置通用发酵装置充气口排气口出料口结构作用酒精发酵时状态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充气口排气口出料口排气口连接胶管长而弯曲的作用是什么？阻挡空气中杂菌进入，防止空气中杂菌污染。4.步骤器具消毒将发酵瓶、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，沥干消毒去除表面灰尘、污物不能反复冲洗，防止果皮表面的野生菌种数量减少避免葡萄破损，减少被杂菌污染的机会4.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），盖好瓶盖酒精发酵将温度控制在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.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造成发酵液溢出排出气体防止杂菌污染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.用酸性条件下的酸性重铬酸钾溶液检测（橙色→灰绿色）d.显微镜观察在制作果酒的过程中，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？a.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了CO2；b.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；c.发酵过程产热，会使发酵液温度上升；d.紫葡萄发酵过程中，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；炎热的夏季，忘记盖盖子的酒表面会形成一层“白膜”，而内部没有，酒也会发酸。这个“白膜”其实就是醋酸菌的菌落。它是怎样形成的？由此你想到了什么？三

传统发酵常见菌种——醋酸菌（1）生物类型（2）代谢类型（3）分布

（4）发酵原理原核生物异养需氧型空气1.氧气、糖源充足时C6H12O6+2O22CH3COOH+2H2O+2CO2+能量酶2.糖源不充足时C2H5OH+O2

CH3COOH+H2O+能量酶三

传统发酵常见菌种——醋酸菌（5）生产应用醋酸菌可用于制作各种风味的____醋注意：最适生长温度为30~35℃制作果醋1.菌种来源：2.发酵条件空气中的野生型醋酸菌或购买醋酸菌的菌种或从食醋中分离醋酸菌①温度——发酵温度为_______；②氧气含量30-35℃3.发酵装置：简易装置裹纱布的瓶子通用装置通用发酵装置充气口排气口出料口结构

作用果醋发酵时状态充气口排气口出料口通入空气打开排出CO2打开便于取样监测关闭充气口排气口出料口该装置还能继续改进吗？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4.步骤（以乙醇为底物的类型为例）果酒制作打开瓶盖，盖上纱布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。果醋检测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；在制作果醋的过程中，发酵液分别有哪些变化？果醋发酵完成后，发酵液的液面上会出现一层菌膜，即醋酸菌膜；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？

还有一些乳酸菌和醋酸菌；

乳酸菌能将糖分解为甘油、酒石酸等，从而使果酒变质，而在有氧的情况下，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。

可以通过调节发酵的温度、pH等来控制乳酸菌含量；

可以通过减少O2含量、调节发酵温度、pH来控制醋酸菌含量；在制作果醋的过程中，酵母菌是否还会继续发酵？采用什么措施可以加快果醋的制作？随着醋酸发酵的进行，发酵液的pH、温度等均不利于酵母菌的生长繁殖，因此酵母菌活性很低，不会继续发酵。人工接种醋酸菌；买一瓶醋打开暴露于空气中，一段时间后在醋的表面会有一层薄膜（即醋酸菌膜），可用这层薄膜进行接种；

结果分析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。发酵瓶小结1：果酒和果醋实验设计流程图无氧有氧挑选葡萄冲洗榨汁醋酸发酵酒精发酵果酒果醋项目果酒制作果醋制作发酵菌种

菌种来源菌种代谢类型

菌种细胞类型发酵原理在有氧条件下：在无氧条件下：

氧气、糖源都充足时：缺少糖源时：发酵条件温度

时间氧气

酵母菌小结2：果酒制作与果醋制作的比较醋酸菌主要是附着在葡萄皮上的野生型酵母菌异养兼性厌氧型异养需氧型真核细胞原核细胞C6H12O6+6H2O+6O2

6CO2+12H2O+能量酶C6H12O62C2H5OH+2CO2+少量能量酶空气中的野生型醋酸菌C6H12O6+2O2

2CH3COOH+2H2O+2CO2+能量酶C2H5OH+O2

CH3COOH+H2O+能量酶28℃30-35℃10-12d7-8d初期需氧，后期不需氧需要氧气果酒果醋腐乳泡菜微生物原理反应条件检测方法酵母菌醋酸菌毛霉乳酸菌酵母菌的无氧呼吸产生酒精18~30℃，无氧重铬酸钾与其反应呈灰绿色醋酸菌的有氧呼吸产生醋酸30~35℃，通入氧气品尝、pH试纸检测毛霉产生蛋白酶和脂肪酶等15～18℃接种，酒精含量控制在12％左右乳酸菌无氧呼吸产生乳酸常温，无氧条件pH检测，亚硝酸盐的检测方法小结3：练习与应用一、概念检测1.油炸臭豆腐是我国一些地方的风味小吃。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。（

）××√练习与应用一、概念检测2.传统发酵食品的制作需要各种各样的微生物。下列相关叙述错误的是

（

）A.腌制泡菜利用了乳酸菌的乳酸发酵B.制作腐乳利用了毛霉等产生的蛋白酶C.制作果酒利用了酵母菌在无氧条件下产生酒精D.制作果醋利用了醋酸菌在无氧条件下产生醋酸D1、为什么含有抗生素的牛奶不能发酵为酸奶？

牛奶发酵为酸奶主要依靠乳酸菌的发酵作用，而抗生素能够杀死或抑制乳酸菌。2、为什么要多吃新鲜蔬菜，不吃存放时间过长、变质的蔬菜？

有些蔬菜，如小白菜和萝卜等含有丰富的硝酸盐。当这些蔬菜放置过久时发生变质（发黄、腐烂）或者煮熟后存放太久时，蔬菜中的硝酸盐会被微生物还原成亚硝酸盐，危害人体健康。【联系生活】(1)酵母菌通过有氧呼吸可以大量繁殖，通过无氧呼吸可以产生酒精()(2)各种葡萄都可以酿制出红葡萄酒()(3)由于醋酸菌对