1.1传统发酵技术的应用第1课时课件高二下学期生物人教版选择性必修3

生物技术与工程发酵工程基因工程重组DNA技术的基本工具传统发酵技术的应用

选择性必修3《生物技术与工程》细胞工程生物技术的安全性与伦理问题微生物的培养技术及应用动物细胞工程植物细胞工程基因工程的基本操作程序基因工程的应用蛋白质工程的原理和应用转基因产品的安全性发酵工程及其应用胚胎工程关注生殖性克隆人禁止生物武器发酵工程传统发酵技术发酵工程产生发酵食品(面包、酸奶、腐乳等)工业化生产发酵产品(啤酒、味精、胰岛素等)需要什么微生物如何分离微生物如何培养微生物什么是发酵工程发酵工程的流程发酵工程的应用发酵工程

发酵工程是指利用微生物的特定功能，规模化生产人类所需产品的综合性生物工程。它涉及菌种的选育和培养，产物的分离和提纯等方面。【科技探索之路】从传统发酵技术到发酵工程第一章

发酵工程第1节

传统发酵技术的应用【本节聚焦】1.什么是传统发酵技术?2.制作泡菜、酸奶、果酒和果醋的原理

是什么？3.怎样制作泡菜、酸奶、果酒和果醋？（第一课时）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。”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。思考·讨论：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？葡萄酒精酵母菌，无氧呼吸醋酸醋酸菌，有氧呼吸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，因此利用它们可以生产出人们所需要的多种产物。(3)类型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。一、发酵与传统发酵技术是指人们利用_______，在适宜的条件下，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微生物的代谢类型:酒精、醋酸、乳酸、氨基酸、抗生素、胰岛素、酶制剂等有氧呼吸和无氧呼吸人类所需产物:醋酸发酵、谷氨酸发酵酒精发酵、乳酸发酵(泡菜、酸奶)发酵是否需要O2需氧发酵:厌氧发酵:发酵≠无氧呼吸同一种微生物处于不同环境条件下时，代谢途径也会出现差异。发酵是否需要O2好氧发酵厌氧发酵固态发酵半固态发酵液态发酵分批发酵连续发酵混合发酵纯种发酵培养基固态或液态发酵是否连续菌种是否单一发酵类型知识拓展：微生物的发酵类型知识拓展：微生物的发酵类型需氧发酵厌氧发酵定义需要不断地为微生物提供空气或O2来保证好氧微生物进行有氧呼吸和正常生长。在密封且无空气的发酵罐中进行发酵举例氨基酸、抗生素、酶制剂和多数有机酸等的生产需要经历好氧发酵。乳酸、酒精、沼气等生产需要厌氧发酵。①需氧发酵与厌氧发酵②固体发酵、半固体发酵和液体发酵固体发酵微生物在几乎没有可流动水的湿固体培养基上生长的发酵方式。酒曲、堆肥、青贮饲料的发酵（传统发酵），厌氧菌发酵居多。优点：污染环境少，耗能低；缺点：发酵慢，难控制。液体发酵微生物在有完全流动性的体液中生长的发酵方式。现代工业发酵（发酵工程），好氧菌发酵居多。适用面广、易于机械化和自动化生产。半固体发酵介于固体和液体发酵之间其发酵的基质具有一定流动性。③连续发酵和分批发酵连续发酵以一定速度一边将新鲜的培养基添加到发酵罐内，一边将含有产物的培养液放出的发酵方式大规模生产乙醇、单细胞蛋白、食用酵母等优点：缩短发酵周期，提高效率；缺点：难控制、应用不广泛分批发酵将所有物料一次性加入发酵罐中，然后灭菌、接种、培养，最后将整个罐的内容物放出，进行产物回收，清理罐体，重新开始新的装料发酵的发酵方式现代工业发酵常用优点：操作简单，易于掌握，缺点：只能在有限时间内发酵混合发酵多种微生物混合在一起公用一种培养基进行发酵酒曲制作、酿酒、沼气发酵等传统发酵优点：节约成本、获得独特产品；缺点：难控制、应用不广泛纯种发酵利用纯培养的单一菌株进行的发酵现代工业发酵常用优点：使传统发酵技术实现工业化生产④纯种发酵和混合发酵2.腐乳的制作(2)参与的微生物:酵母、曲霉、毛霉等，其中起主要作用的是

。(1)原理蛋白质脂肪小分子肽氨基酸甘油脂肪酸多种微生物合成并分泌的++脂肪酶蛋白酶毛霉代谢类型:生殖方式:异养需氧型，丝状真菌（真核）孢子生殖最适温度:15～18℃电子显微镜下的毛霉正在发酵的豆腐坯(3)制作过程：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,待菌丝变成淡黄色停止发酵。10天左右,豆腐与盐的质量比约为5:1,逐层加盐,近瓶口处的盐要铺厚一些,以有效防止杂菌污染。加盐可以析出豆腐中的水,使豆腐变硬,不易酥烂;盐也能抑制微生物的生长,避免豆腐块腐败变质.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。卤汤是由水、料酒(含量控制在12%左右)和香辛料配制而成,抑制杂菌生长的同时使腐乳具有独特的风味(防腐杀菌,调节风味)让豆腐长出毛霉加盐腌制加卤汤装瓶密封腌制制腐乳坯此后,各种微生物会继续发酵,直至形成色、香、味俱佳的腐乳。影响腐乳制作的因素:项目说明水的控制含水量约70%,用含水量过高的豆腐制腐乳,不易成形。盐的控制酒的含量温度控制发酵时间控制在6个月左右香辛料目的是调节风味,也有防腐杀菌的作用盐浓度过高会影响腐乳的口味(苦咸)；盐浓度过低,不足以抑制微生物的生长,导致豆腐腐败变质。酒的含量12%左右,酒含量过高,使腐乳成熟期延长；酒含量过低,不足以抑制杂菌的生长,豆腐易腐败变质。15～18℃

,毛霉生长的最适温度3.传统发酵技术(1)概念:直接利用

，或利用

保存下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术一般称为传统发酵技术。(2)特点:以混合菌种的固体发酵(泡菜、腐乳等)及半固体发酵(酱、酱油等)为主。①天然菌种品质各异,而且纯度不高；②生产条件不易控制,易被杂菌污染等。(3)优点:原材料中天然存在的微生物前一次发酵酱酱油醋泡菜豆豉(4)缺点:操作简单,成本低,适用于家庭式或作坊式生产,是文化的传承。思考:每年进行同样的操作,但是每年制作的腐乳口感都不完全相同,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。思考辨析1.使用酵母制作馒头属于传统发酵技术吗？2.不属于,使用前一次发酵保存下来的面团制作馒头的才算。直接接种优良的毛霉菌种制作腐乳,属于传统发酵技术吗？不属于,直接利用空气中毛霉孢子制作腐乳才属于传统发酵技术。传统发酵技术的本质是微生物的天然发酵(苏教版)1.微生物的概念:2.微生物的种类:_________微生物

原核微生物:_____、_____、放线菌，

支原体、衣原体、立克次氏体等

真核微生物:

________、______、大型真菌等__________微生物

病毒:DNA病毒、RNA病毒等细胞型细菌酵母菌霉菌非细胞型蓝藻难以用肉眼观察的微小生物的统称。1.下列有关传统发酵技术的描述,正确的是(

)A.传统发酵以混合菌种的液体发酵为主B.传统发酵技术是各种微生物在有氧条件下将大分子有机物分解成小

分子有机物C.传统发酵技术的目的是获得发酵产品或更多的微生物D.果酒、果醋、泡菜等是传统发酵技术的产物知识巩固D2.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,所生产的食品品质稳定D.家庭自制腐乳时,一般不需单独接种菌种解析:传统发酵利用的是天然存在的菌种,菌种差异、杂菌情况不明和发酵过程的控制缺乏标准等,往往会造成发酵食品的品质不一,C错误。

C阅读课本第5页第3段，第6页第1段，第7页第1段，明确传统发酵食品制作所利用的微生物都有哪些？并对其代谢特点、发酵原理和生产应用等方面进行分析。果酒泡菜果醋乳酸菌酵母菌醋酸菌1.乳制品发酵、泡菜腌制的原理——乳酸菌发酵异养厌氧型细菌乳酸杆菌代谢类型:分布:广泛分布于空气、土壤、植物体表、人或动物肠道内温度:室温或30～40℃在无氧的条件下,将葡萄糖分解成乳酸发酵原理:C6H12O62C3H6O3

(乳酸)+能量酶二分裂生殖生殖方式:乳酸链球菌种类:很多,常见的有乳酸链球菌和乳酸杆菌二、尝试制作传统发酵食品CO2×异养兼性厌氧型，单细胞真菌(真核)代谢类型:分布:在一些含糖量较高的水果、蔬菜表面温度:18~30℃,酿酒酵母的最适生长温度约为28℃在无氧条件下,将葡萄糖分解成酒精发酵原理:出芽生殖或孢子生殖生殖方式:2.酿酒、制作馒头和面包的原理——酵母菌厌氧发酵C6H12O62C2H5OH(酒精)+2CO2+能量酶酵母菌异养需氧型细菌代谢类型:温度:多数醋酸菌的最适生长温度为30～35℃生殖方式:二分裂生殖O2和糖源都充足时,把葡萄糖分解为乙酸。发酵原理:3.醋的制作原理——醋酸菌需氧发酵C6H12O6+2O22CH3COOH(乙酸)+2H2O+2CO2+能量酶醋酸菌C2H5OH+O2CH3COOH(乙酸)+H2O+能量酶O2充足、糖源缺少时,将乙醇转化为乙醛,再变为乙酸。线粒体×传统发酵技术中四种常用菌种的比较项目乳酸菌酵母菌醋酸菌毛霉生物类型原核生物真核生物原核生物真核生物代谢类型异养厌氧型异养兼性厌氧型异养需氧型异养需氧型氧气条件无氧

前期需氧,后期无氧一直需氧一直需氧发酵温度室温/30~40℃18~30℃30~35℃15~18℃发酵原理生产应用制作泡菜/酸奶酿酒、发面酿醋制作腐乳

酵母菌无氧呼吸产生酒精

醋酸菌有氧呼吸产生醋酸毛霉产生蛋白酶和脂肪酶

乳酸菌无氧呼吸产生乳酸1.判断:(1)当氧气不充足、缺少糖源时,醋酸菌将乙醇变为乙醛,再将乙醛

变为乙酸。 ()(2)制作果醋的温度比制作果酒的温度高。 ()×√知识巩固2.下列传统发酵食品的生产与所用主要微生物对应正确的是(

)选项传统发酵食品微生物A果酒真核生物,酵母菌B果醋原核生物,乳酸菌C泡菜原核生物,醋酸菌D腐乳原核生物,毛霉A3.为获得优良的发酵食品,某同学在三支试管中培养了酵母菌、醋酸菌、乳酸菌。下图中甲、乙、丙三支试管的菌种(试管内深色区域表示菌种存在的位置)及其发酵食品对应正确的是(

)A.甲试管:酵母菌—果酒;乙试管:醋酸菌—果醋;丙试管:乳酸菌—泡菜B.甲试管:醋酸菌—泡菜;乙试管:乳酸菌—果酒;丙试管:酵母菌—果醋C.甲试管:醋酸菌—果醋;乙试管:乳酸菌—泡菜;丙试管:酵母菌—果酒D.甲试管:醋酸菌—果醋;乙试管:酵母菌—果酒;丙试管:乳酸菌—泡菜C4.(2024·湖北高考)制醋、制饴、制酒是我国传统发酵技术。醋酸菌属于好氧型原核生物,常用于食用醋的发酵。下列叙述错误的是(

)A.食用醋的酸味主要来源于乙酸B.醋酸菌不适宜在无氧条件下生存C.醋酸菌含有催化乙醇氧化成乙酸的酶D.葡萄糖在醋酸菌中的氧化分解发生在线粒体内D制作泡菜观看视频，总结泡菜的制作步骤1.材料用具:

食盐、清水、新鲜蔬菜、蒜瓣、生姜及其他香辛料、泡菜坛或其他密封性良好的罐子等。制作传统泡菜是利用植物体表面天然的乳酸菌来进行发酵的。发酵期间,乳酸会不断积累,当它的质量分数为0.4%~0.8%时，泡菜的口味、品质最佳。(一)制作泡菜C6H12O62C3H6O3(乳酸)+能量酶向坛盖边缘的水槽中注满水并经常补充水的目的:腌制过程会出现溶液量增多现象:配制盐水用清水和食盐配制质量百分比为5%-20%的盐水→盐水煮沸→冷却待用蔬菜处理装坛新鲜蔬菜洗净→切条块、混匀→晾干装坛;装至半坛→加调味料、香辛料→继续装至八成满调味;抑制其他微生物生长;渗出蔬菜中过多的水分杀菌；除氧装八成满原因:a.防止其他微生物发酵产生CO2而导致发酵液溢出(发酵初期,酵母菌、大肠杆菌等较为活跃,发酵产生较多CO2)b.防止因装太满使盐水未完全淹没菜料而导致菜料腐烂变质c.泡菜坛留有一定的空间，也方便拿取泡菜。加盐水封坛发酵将冷却好的盐水缓缓倒入坛中,盐水没过全部菜料→盖好坛盖向坛盖边缘的水槽中注满水→发酵过程中经常向水槽中补充水,根据室内温度控制发酵时间抑菌;创造无氧环境防止高温杀死乳酸菌增加乳酸菌的含量,缩短发酵时间隔绝空气,创造无氧环境选用新鲜蔬菜的原因:调味料、香辛料作用:亚硝酸盐含量少外界溶液浓度高,使蔬菜渗透失水过高:乳酸发酵受抑制,泡菜咸而不酸过低:杂菌易繁殖,导致泡菜变质调味;抑制杂菌生长2.方法步骤:(1)归纳泡菜制作中,哪些操作是为创造“无氧环境”的？a.选择的泡菜坛要有很好的气密性；

b.盐水煮沸后冷却待用；c.加入蔬菜后要注入盐水并没过全部菜料；

d.盖上坛盖,用水密封泡菜坛并经常补水。(2)制作泡菜往往要加入一些白酒,加入白酒有什么作用？(3)泡菜坛内有时会长一层白膜,白膜的形成原因？(4)泡菜发酵时间是否越长越好？思考泡菜制作的其他问题:白膜是由于产膜酵母菌生长繁殖形成的。酵母菌是兼性厌氧菌,泡菜液表面含有适量的O2，适合酵母菌繁殖。不是。一方面,发酵时间过长,可能产生其他有害物质；

另一方面,发酵时间过长,乳酸含量过高,口味不佳。白酒可抑制杂菌的生长,它也是一种调味剂,可增加醇香感。(5)发酵初期会有气泡冒出,但气泡的产生逐渐停止,试分析原因？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。发酵速度减慢甚至停止。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。泡菜发酵过程中，不是乳酸菌单独发酵的结果：注3.结果分析与评价:如何判断你腌制的泡菜是否成功？色泽如何？口味如何？泡菜质量可以根据泡菜的色泽和风味进行初步的评定；根据亚硝酸盐的含量来评定。根据不同时期泡菜坛中乳酸菌的数量来评定；

可以通过在显微镜下观察乳酸菌的形态；失败成功一般来说,腌制成功的泡菜汤清亮,无霉花浮沫,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。4.进一步探究:亚硝酸盐亚硝胺具有致癌作用，对动物具有致畸和致突变作用。

膳食中的亚硝酸盐一般不会危害人体健康,但如果摄入过量,会发生中毒,甚至死亡。在适宜的温度、pH和一定的微生物作用下亚硝酸盐会转变成亚硝胺(霉变的食品中亚硝胺可增至数十倍至数百倍)。检测泡菜在制作过程中亚硝酸盐含量的变化;探索腌制方法、时间长短、食盐用量和温度高低等条件对亚硝酸盐含量的影响。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。硝酸盐硝酸盐还原菌还原亚硝酸盐适宜的温度、pH和一定的微生物作用亚硝胺维生素C、E和酚类物质氧化2.某同学在制作泡菜前,査阅资料得知,可以向泡菜坛中加入一些“陈泡菜水”;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,结果见曲线图。拓展应用(教材P8)3579111304812162024发酵时间/d亚硝酸盐含量/(mg/kg)(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？发酵13天后此时亚硝酸盐含量已经降到较低的水平(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？食盐浓度过高,乳酸菌发酵受抑制(也可能是发酵温度较低)(3)加入“陈泡菜水”的目的是什么？“陈泡菜水”中含有纯度较高的乳酸菌,

加入“陈泡菜水”相当于接种乳酸菌泡菜发酵过程中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐含量的变化情况分析: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)1.加入食盐的量要合适：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。2.水要煮沸后冷却：煮沸不仅可以除去水中的氧气,还可以杀灭水中的其他微生物。3.控制严格厌氧条件的措施(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。关于制作泡菜的几个注意事项【典例】泡菜的制作容易受环境条件的影响,温度过高、食盐用量过低、腌制时间过短等,均会造成细菌大量繁殖，亚硝酸盐含量增加。某研究小组以“测定泡菜腌制过程中亚硝酸盐含量的变化”为课题开展了如下研究:①取3个泡菜坛,分别编号为A、B、C。②向3个泡菜坛内分别加入调味料和0.6kg洗净的新鲜大白菜。③向3个泡菜坛内分别加入2L浓度依次为3%、5%、7%的食盐水。④密封后置于相同的环境中发酵。⑤测定亚硝酸盐的含量。在封坛前进行第一次测定,以后定期测定,并将测定的数据绘制成曲线图,如下图所示。(1)制作泡菜的主要菌种是________，

其代谢类型是_____________。(2)该实验的自变量是________________。

实验中食盐水需煮沸并冷却后才可使用,原因是

____________________________________________________________________________。(3)图中浓度为3%的食盐水的测定结果,说明_______________________________________。(4)为了使实验结果更准确,测定亚硝酸盐含量时应_____________________。(5)我们在日常生活中应多吃新鲜蔬菜,不宜多吃腌制蔬菜的原因是

________________________________________________________________________。乳酸菌异养厌氧型食盐水的浓度煮沸是为了杀灭杂菌，冷却之后使用是为了避免高温杀死乳酸菌等发酵菌种食盐水浓度过低会导致亚硝酸盐含量过高多次测定后取平均值腌制蔬菜含有亚硝酸盐,在特定条件下会在体内转化成亚硝胺,亚硝胺具有致癌作用1.判断:(1)制作传统泡菜是利用植物体表面天然的乳酸菌来进行发酵的。

()(2)泡菜的制作前期需要通入氧气,后期应严格保持无氧条件。()(3)泡菜在腌制过程中会有亚硝酸盐产生,腌制方法、时间长短和

温度高低等条件都对亚硝酸盐的含量有影响。 ()√×√知识巩固2.家庭制作泡菜时,可选择芥菜。在发酵过程中,芥菜产生的亚硝酸盐在特定条件下会转变为致癌物——亚硝胺。下列叙述错误的是(

)A.在发酵过程中,乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的含量均会先增加后减少再

趋于稳定B.在发酵初期有气泡产生,原因是微生物呼吸作用产生了CO2和坛中存

在空气

C.制作过程中需要用食盐,其可以析出芥菜中的水分并抑制微生物生长D.原料应选用新鲜的芥菜,原因之一是新鲜的芥菜中亚硝酸盐的含量低A3.泡菜发酵过程中乳酸菌浓度和亚硝酸盐含量的变化情况如下图所示,

下列叙述错误的是(

)A.发酵中期乳酸菌浓度最高与中期乳酸菌抑制了其他微生物的活动有关B.发酵后期乳酸菌浓度降低与乳酸积累、pH下降抑制了乳酸菌活动有关C.在硝酸盐还原菌的作用下,发酵容器中硝酸盐含量在初期呈现上升趋势D.发酵容器中乳酸含量的变化趋势与亚硝酸盐含量的变化趋势一致D制作酸奶

酸奶既保留了牛奶的主要营养成分，又因为含有大量的乳酸菌而有新的生理作用。每天摄入适量的酸奶，可以抑制有害菌在肠道中的生长繁殖，从而改善肠道环境，维持肠道微生物的相对平衡。(二)制作酸奶1.实验原理:乳酸菌种(或市售酸奶);烧杯、玻璃棒、(奶瓶、天平、恒温水浴锅、恒温培养箱、冰箱、不锈钢锅);鲜牛奶或奶粉等。以牛奶为主要原料,接入一定量的菌种或市售酸奶(其中含有乳酸菌)。随着乳酸菌在牛奶中生长繁殖,牛奶中的乳糖变为乳酸,乳液的pH随之下降,乳酪蛋白发生凝集,牛奶成为酸奶。2.实验器材和试剂:制作酸奶灭菌将奶瓶等器皿放在不锈钢锅中，用沸水煮15min