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

科技探索之路p2-3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。选择性必修三《生物技术与工程》第1章发酵工程第1节传统发酵技术的应用从社会中来p4“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?

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。指人们利用

，在适宜条件下，将原料通过

转化为人类所需要的产物的过程。微生物微生物的代谢有氧发酵[醋酸发酵]厌氧发酵[酒精发酵、乳酸发酵]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(一)发酵一、发酵与传统发酵技术p5（1）概念：（2）原理：（3）类型：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。（1）概念：（2）特点：

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。固体发酵：泡菜、粮食白酒、腐乳等半固体发酵：豆豉、酱、酱油等一、发酵与传统发酵技术p5(二)传统发酵技术（3）实例——腐乳腐乳是我国古代劳动人民创造的一种大豆发酵食品，其口感细腻、味道鲜美、易于消化吸收、耐保存，一直受到人们的喜爱。一、发酵与传统发酵技术p5(二)传统发酵技术（3）实例——腐乳①菌种：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，其生殖方式为孢子生殖，代谢类型是异养需氧型。

②原理：蛋白质脂肪小分子的肽氨基酸甘油脂肪酸毛霉等微生物产生+脂肪酶蛋白酶+一、发酵与传统发酵技术p5(二)传统发酵技术一、发酵与传统发酵技术直接利用空气中的毛霉孢子或者直接接种毛霉（15-18℃，一定湿度）析出豆腐中的水分，使豆腐变硬；抑制杂菌生长，避免豆腐块腐败变质。含水量70%左右为宜。过高：不易成形过低：不利于毛霉生长卤汤包括酒（12%）和香辛料。酒：抑制微生物生长，并使腐乳有独特香味香辛料：调味、防腐杀菌让豆腐长出毛霉加盐腌制加卤汤装瓶密封腌制制腐乳坯

③制作过程一、发酵与传统发酵技术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?分析传统发酵技术的优点和缺点。（4）优缺点优点：操作简单，成本较低，便于家庭式或作坊式生产。缺点：生产条件不易控制，易受杂菌污染；天然菌种品质各异，而且纯度不高等。一、发酵与传统发酵技术直接接种优良的毛霉菌种，制作腐乳属于传统发酵技术吗？说明理由？不属于，直接利用天然存在的（空气中毛霉孢子）制作腐乳才属于传统发酵技术。同理：直接加入酵母菌制作馒头也不属于传统发酵技术，使用前一次发酵保存下来的面团制作馒头的才算。针对训练1.

下列关于传统发酵技术的叙述，错误的是A.传统发酵常常是固体发酵或者半固体发酵B.传统发酵利用的微生物一般为天然存在的单一菌种C.传统饮食中的酱油、醋、泡菜等可通过传统发酵获得D.传统发酵存在杂菌情况不明、过程控制缺乏标准等问题解题点

现代发酵工程所用大多为单一菌种，有杂菌污染会影响产量，培养基和设备需严格灭菌；而传统发酵技术很难实现单一菌种的利用，B错误。√2.下列关于腐乳制作原理的叙述，错误的是A.腐乳制作实质就是利用发酵技术，将大分子有机物分解为小

分子有机物的过程B.腐乳制作中，起作用的微生物多为异养型真菌C.传统发酵利用的是天然存在的菌种，所生产食品安全性更高D.家庭自制腐乳时，一般不需单独接种菌种解题点传统发酵利用的是天然存在的菌种，没有经过严格的灭菌，所生产食品安全性较低，C错误。√针对训练阅读P5-P6相关内容：思考泡菜制作过程中涉及的主要微生物、生物种类、形态结构、代谢类型、菌种来源、繁殖方式、最适生长温度、发酵原理、注意事项等。二、尝试制作传统发酵食品——泡菜p5-6二、尝试制作传统发酵食品——泡菜p5-6(一)制作泡菜2.原理：1.菌种：3.菌种来源：乳酸菌（原核生物）异养厌氧型乳酸链球菌、乳酸杆菌空气、土壤、植物体表、人或动物肠道内①代谢类型：②种类：③分布：C6H12O62C3H6O3（乳酸）+能量酶乳酸链球菌（球状）

乳酸杆菌（杆状）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p6不断积累0.4%-0.8%植物体表面天然的乳酸菌p6。二、尝试制作传统发酵食品——泡菜p6(一)制作泡菜4.制作过程：配制盐水原料处理、蔬菜装坛加盐水封坛发酵装至半坛时，加入蒜瓣、生姜及其他香辛料，继续装至八成满；配制5%-20%的盐水，盐水煮沸，冷却待用；过高：乳酸菌发酵受抑制，泡菜风味差；过低：杂菌易繁殖，导致泡菜变质。杀菌除氧①发酵初期，酵母菌等较活跃，发酵产物中有较多CO2，防止发酵液溢出坛外；②防止盐水未完全淹没菜料而导致菜料变质腐烂。将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过菜料，盖好坛盖；创造无氧环境向坛盖边缘的水槽中注满水，并常向水槽中补充水；温度控制发酵时间；1.某同学腌制的泡菜“咸而不酸”，请分析产生上述结果最可能的原因？可能是食盐浓度过高，抑制乳酸菌生长，产生乳酸较少，导致泡菜未能正常发酵（也可能是由于温度较低）。2.某同学将泡菜坛洗净，晾干后倒入少许白酒，并将白酒均匀涂抹在泡菜坛的内壁上，白酒有什么作用？白酒可抑制杂菌的生长，防止泡菜变质；它也是一种调味剂，可增加醇香感。“陈泡菜水”中含有纯度较高的乳酸菌，这相当于接种乳酸菌，可减少腌制时间。3.某同学在制作泡菜时，向泡菜坛中加入一些“陈泡菜水”的目的是什么？二、尝试制作传统发酵食品——泡菜p64.泡菜发酵过程中，是不是乳酸菌单独发酵的结果？乳酸积累，pH过低；乳酸菌的生长也受到抑制，乳酸菌数量减少。发酵初期多种微生物（如大肠杆菌、酵母菌）进行有氧呼吸，产生较多的CO2，坛沿水槽内有气泡放出。此阶段是形成无氧环境的过程。发酵中期发酵后期主要是乳酸菌的发酵过程，其他微生物的生长受到抑制。二、尝试制作传统发酵食品——泡菜p65.某同学在用质量百分比为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，结果如图所示。据图分析，从亚硝酸盐的含量来看，你认为该泡菜在什么时间食用比较合适，为什么？发酵10天后食用比较合适，因为这时亚硝酸盐含量已经降到较低水平。0481220162435791113发酵时间/d亚硝酸盐含量/(mg/kg)二、尝试制作传统发酵食品——泡菜p6①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(0.3～0.5g)，会发生中毒，甚至死亡。（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亚硝酸盐在特定条件下（适宜的pH、温度和一定的微生物作用），会转变成致癌物——亚硝胺。

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，与N-1-萘基乙二胺盐酸盐结合变为玫瑰红色。亚硝酸盐溶液的浓度越高，颜色越深，将显色反应后的样品与已知浓度的标准显色液进行比色，进而估算出亚硝酸的含量。亚硝酸盐含量检测原理亚硝酸钠标准显色液二、尝试制作传统发酵食品——泡菜p6二、尝试制作传统发酵食品——泡菜p66.泡菜制作过程中乳酸菌、乳酸、亚硝酸盐的含量变化：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（乳酸菌比其他杂菌更耐酸。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）7.与生活的联系（1）为什么日常生活中要多吃新鲜蔬菜，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。（2）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

的发酵作用，乳酸菌

而抗生素能够杀死或抑制乳酸菌。二、尝试制作传统发酵食品——泡菜p61.泡菜是指为了利于长时间存放而经过发酵的蔬菜。它是一种在低浓度盐水中泡制的乳酸发酵加工品。其制作流程如下：新鲜蔬菜→整理→洗涤→切分→晾干→入坛→加盐水泡制→密闭发酵→成品。下列叙述正确的是()。

A.泡菜主要靠泡菜液的高渗透压来抑制腐败微生物的生长和繁殖B.制作过程污染严重等问题会使泡菜易腐烂变质C.盐水加热煮沸后应立即加入陈泡菜液，以防止杂菌污染D.制作泡菜时要选择新鲜的原料，且为创设无氧环境，泡菜坛要装满B针对训练2.某人利用乳酸菌制作泡菜，因操作不当泡菜腐烂。下列原因中不正确的是（

）A.罐口密闭缺氧，不会抑制了乳酸菌的生长繁殖B.罐口封闭不严，氧气抑制了乳酸菌的生长繁殖C.罐口封闭不严，氧气抑制了其他腐生菌的生长繁殖D.罐口封闭不严，促进了好氧腐生菌的生长繁殖C针对训练二、尝试制作传统发酵食品——果酒p6(二)制作果酒和果醋①菌种：1.制作果酒附着在葡萄皮上的野生型酵母菌（真核生物）代谢类型：异养兼性厌氧型②原理：a.有氧条件下，酵母菌通过有氧呼吸大量繁殖：b.无氧条件下，酵母菌通过无氧呼吸产生酒精：C6H12O62C2H5OH＋2CO2+能量

酶C6H12O6＋6O2＋6H2O

6CO2＋12H2O+能量酶③温度控制：④气体控制：18～30℃，酿酒酵母菌繁殖最适为28℃左右。前期有氧，酵母菌大量繁殖；后期无氧，酵母菌进行酒精发酵。繁殖方式主要为出芽生殖将发酵瓶、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左右将瓶盖拧松一次（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监测。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;先洗再除枝梗：避免葡萄破损，减少杂菌污染①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；②防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出。无需多次。防止表面的野生型酵母菌减少，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⑤方法步骤二、尝试制作传统发酵食品——果酒p7二、尝试制作传统发酵食品——果醋p7(二)制作果酒和果醋①菌种：2.制作果醋空气中的醋酸菌（原核生物）代谢类型：异养需氧型②原理：a.在氧气、糖源充足时，将糖分解成醋酸：b.当缺少糖源时，将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸：③温度控制：④气体控制：最适为30～35℃需要充足的氧气C6H12O6+2O22CH3COOH（乙酸）+2H2O+2CO2+能量酶C2H5OH

+O2CH3COOH（乙酸）+H2O+能量酶将发酵瓶、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;器具消毒冲洗葡萄榨汁装瓶果酒发酵果醋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30-35℃，时间为7-8d。空气中的醋酸菌会进入果酒发酵液中大量繁殖二、尝试制作传统发酵食品——果醋p7⑤方法步骤充气口排气口出料口在醋酸发酵时连接充气泵，充入无菌空气；制酒时关闭。排出酒精发酵时产生的CO2；与排气管相连的长而弯曲的胶管，可有效阻止空气中微生物的进入，避免来自空气的微生物污染。便于取样，及时检测发酵情况。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打开打开便于取样检测关闭关闭进一步改进：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。二、尝试制作传统发酵食品——果酒和果醋p7实验装置：2.在制作果酒和果醋的过程中，发酵液分别有哪些变化？其中最明显变化发生在发酵后多少天？引起变化原因是什么？1.怎样判断果酒、果醋的制作是否成功呢？①果酒：闻、品尝、用酸性条件下的重铬酸钾溶液检测（橙色→灰绿色）②果醋：闻、品尝、使用pH试纸检测和比较发酵前后的pH、观察醋酸菌膜是否形成①果酒：出现

；发酵液

出现气泡，最明显的变化10天左右；发酵液颜色

（原因：紫色葡萄皮花青素进入发酵液。）加深变成深红色酒味会②果醋：出现

；发酵液

出现气泡；

发酵完成时，在发酵液的液面会出现一层菌膜，是

膜。酸味不会醋酸菌二、尝试制作传统发酵食品——果酒和果醋p7二、尝试制作传统发酵食品——果酒和果醋p73.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？还有乳酸菌、醋酸菌等微生物。绝大多数微生物因缺O2和酸性环境而受抑制。乳酸菌可能分解果酒中的糖、甘油、酒石酸等，使果酒变质。通过调节发酵的温度、果酒的pH等来控制乳酸菌的含量。制果酒过程中尽量减少O2含量，可抑制醋酸菌生长繁殖。通过调节发酵的温度、果酒的pH等控制醋酸菌的含量。二、尝试制作传统发酵食品——果酒和果醋p74.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？不会，随醋酸发酵进行，发酵液的pH、发酵温度等均不利于酵母菌的生长繁殖，酵母菌活性很低。打开瓶盖后，空气中的醋酸菌会进入大量繁殖，其他的菌因不适应环境条件而不能繁殖。

人工接种醋酸菌。买一瓶醋，打开暴露于空气，之后在醋的表面会有一层醋酸菌膜，用这层薄膜进行接种可加快果醋制作。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：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

查阅关于果酒和果醋工业化生产的工艺流程，比较自己制作果酒和果醋的方法与这些流程有哪些异同。在此基础上，请思考：当把少量制作转化为大规模生产时，需要解决哪些实际问题？你能从中体会到技术与工程的区别和联系吗？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。工程、技术与科学的不同——科学以“发现”为核心，技术以“发明”为核心，工程以“建造”和“产品”为核心。技术要通过工程设计等环节，将一系列相关技术体系化地组合起来，才能转化应用在工程中，大规模生产人们需要的产品。到社会中去小结：腐乳、泡菜、果酒、果醋制作的比较腐乳泡菜果酒果醋微生物代谢方式生物学分类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15-18℃，酒精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原核生物真核生物原核生物原核生物异养厌氧型异养兼性厌氧型异养需氧型异养需氧型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。下列叙述正确的是（）A．乳酸菌通过乳酸发酵可以产生乳酸和CO2B．豆腐在卤汁中发酵的过程中没有杂菌繁殖C．制作果醋和泡菜主要利用乳酸菌的乳酸发酵D．使用的菌种都具有细胞壁、核糖体、DNA和RNAD针对训练2.果酒、果醋、腐乳和泡菜都属于具有独特风味的发酵食品，下列有关叙述正确的是（

）A．在果酒发酵后期要保持瓶盖打开保证酵母菌的繁殖B．糖源充足时醋酸菌可将葡萄汁中的糖分解成乙醛C．成品腐乳表面的黏性物质主要由毛霉等细菌产生D．亚硝酸盐的含量变化与泡菜腌制时间的长短有关D针对训练3.图甲是果酒和果醋发酵的装置图，图乙是果酒和果醋制作过程中发生的物质变化。下列叙述不正确的是（

）A.用甲装置制作果酒时，加入酵母菌后，一直关紧阀a，适时打开阀b几秒钟B.用甲装置制作果醋时，阀a要关闭，阀b要持续打开C.乙图中过程②只能发生在缺氧条件下D.过程③和④都需要氧气的参与B针对训练4.在制作发酵食品的学生实践中，控制发酵条件至关重要。下列相关叙述正确的有(

)A．泡菜发酵后期，尽管乳酸菌占优势，但仍有其他菌繁殖，需开盖放气B．制作果酒的葡萄汁不宜超过发酵瓶体积的2/3，制作泡菜的盐水要淹没全部菜料C．葡萄果皮上有酵母菌和醋酸菌，制作好葡萄酒后，可直接通入无菌空气制作葡萄醋D．果酒与果醋发酵时温度宜控制在18～25℃，泡菜发酵时温度宜控制在30～35℃B针对训练课堂小结一、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