1.1传统发酵技术的应用课件-2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

第1节传统发酵技术的应用第1章发酵工程科技探索之路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。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、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。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。图1-1汉代砖刻上的酿酒图图1-2展示我国古代酿酒作坊的绘画作品图1-3酵母菌科技探索之路1857年，法国微生物学家巴斯德证明，酒精发酵是由活的酵母菌引起的。否则糖类是不可能变成酒精的。1897年，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。20世纪40年代，利用发酵工程生产青霉素成为研究的主攻方向，抗生素发酵工业兴起。1957年，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。20世纪70年代以后，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。20世纪80年代，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，以更加合理地控制发酵过程。？

“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？葡萄酒和葡萄醋都是由葡萄发酵而来，但是葡萄酒是经酵母菌无氧呼吸产生了酒精，葡萄醋是经醋酸菌有氧呼吸产生了乙酸（醋酸），因此口感不同。究竟什么是发酵呢？古代酿酒的方法:：图1-1汉代砖刻上的酿酒图图1-2展示我国古代酿酒作坊的绘画作品利用附着在谷物、水果等表面的微生物自然发酵成含酒精的饮料。图1-3酒仙---李白1857年，法国的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。一、发酵与传统发酵技术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：好氧发酵（需氧发酵）厌氧发酵醋酸发酵、谷氨酸发酵酒精发酵、乳酸（泡菜、酸奶）发酵指人们利用微生物，在适宜条件下，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。一、发酵与传统发酵技术*必修1中提到的发酵特指“微生物的无氧呼吸”，是狭义的发酵概念（一）发酵：（二）传统发酵技术：1.概念：2.类型：固体发酵半固体发酵泡菜、粮食白酒、腐乳等豆豉、酱、酱油等混合菌种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。生产条件不易控制，易受杂菌污染，生产效率较低，产物不单一等。3.缺点：一、发酵与传统发酵技术4.实例：腐乳的制作

（1）原料：含水量为70%的豆腐。（2）参与发酵的微生物：

、

和

等，其中起主要作用的是

。（3）发酵原理

：酵母曲霉毛霉毛霉丝状真菌电子显微镜下的毛霉正在发酵的豆腐坯蛋白质小分子的肽+氨基酸蛋白酶/肽酶脂肪

甘油+脂肪酸脂肪酶一、发酵与传统发酵技术含水量70%为宜，含水量高不易成形，过低不利于毛霉生长。味道鲜美，有机物种类增加，含量减少，营养价值高，易于消化吸收，而腐乳本身又便于保存。a.菌种来源：空气中的毛霉b.代谢类型：异养需氧型c.生殖方式：孢子生殖d.适宜温度：15-18℃（二）传统发酵：（4）操作步骤：让豆腐长出毛霉加盐腌制加卤汤装瓶密封腌制制腐乳坯一、发酵与传统发酵技术4.实例：腐乳的制作

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）目的：让毛霉等产生蛋白酶和脂肪酶加盐腌制目的：析出豆腐中的水分、抑制不需要的微生物生长加卤汤瓶卤汤包括酒和香辛料酒：抑制微生物生长，并使腐乳具有独特香味；香辛料：调味，防腐杀菌密封腌制卤汤中酒的含量应控制在12%左右，过高会延长腐乳成熟的时间，过低不足以抑制微生物生长，可能导致豆腐腐败方法：随豆腐层数加高增加盐用量，接近瓶口表面，铺厚一点前期发酵后期发酵让豆腐长出毛霉（二）传统发酵：（4）操作步骤：一、发酵与传统发酵技术4.实例：腐乳的制作

思考辨析1.使用酵母制作馒头属于传统发酵技术吗？No。传统发酵技术是指直接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。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。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？接种优良毛霉菌种算吗？前者属于，后者是直接利用菌种进行的发酵，不属于传统发酵技术。制作简单且成本低。优点：缺点：①天然菌种品质各异，而且生产效率较低，产物不单一，纯度不高。②生产条件不易控制，易受杂菌污染。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。二、尝试制作传统发酵食品传统发酵食品制作所利用的微生物制作果酒制作果醋酵母菌-真菌醋酸菌-细菌制作泡菜乳酸菌-细菌代谢类型：分类：生殖方式：分布：菌种来源：种类：异养厌氧型原核生物（细菌）二分裂2.泡菜发酵的原理

C6H12O62C3H6O3（乳酸）酶+能量乳酸菌（25-45℃）空气、土壤、植物体表、人或动物肠道内发酵期间，乳酸会不断积累，当它的质量百分比为0.4%-0.8%时，泡菜的口味、品质最佳。1.菌种（一）泡菜的制作

乳酸链球菌、乳酸杆菌植物体表面天然的乳酸菌材料用具：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。亚硝酸盐的含量低无氧环境3.制作过程

（一）泡菜的制作

配制盐水蔬菜处理装坛加盐水封坛发酵过高：乳酸发酵受抑制，泡菜风味差，造成泡菜“咸而不酸”；过低：杂菌易繁殖，导致泡菜变质。杀菌、除氧防止发酵初期杂菌（大肠杆菌、酵母菌等）产生较多的CO2，造成发酵液溢出坛外；防止因太满使盐水未完全淹没菜料而导致菜料变质腐烂；留有一定空间，方便拿取泡菜。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，放入蒜瓣、生姜及其他香辛料，继续装至八成满；创造无氧环境将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过全部菜料，盖好坛盖；向坛盖边沿的水槽中注满水，并在发酵过程中注意向水槽中补充水；根据室内温度控制发酵时间。防止杀死坛中的乳酸菌等重要微生物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；4.泡菜制作步骤调味，抑制其他微生物生长（1）泡菜坛的选择：坛沿深、盖子吻合好无裂纹、无砂眼火候好检查方法：将坛口向上，压入水中，看坛内壁有无渗水现象。5.泡菜制作的注意事项（2）腌制的条件：

①要注意控制时间、温度和食盐的用量。

②温度过高、食盐用量过低、腌制时间过短，容易造成细菌大量繁殖，

亚硝酸盐含量增加。5.泡菜制作的注意事项硝酸盐硝酸盐还原菌亚硝酸盐适宜的pH、温度和一定的微生物作用亚硝胺维生素C、E和酚类物质亚硝胺具有致癌作用，对动物具有致畸和致突变作用。

亚硝酸盐一般不会危害人体健康。但是，总量达到0.2～0.5g时会引起中毒；达到3g时会死亡。

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。

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，亚硝酸盐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数百倍）。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形成玫瑰红色染料。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目测比较，进而估算出亚硝酸盐的含量。（1）泡菜质量可以根据泡菜的色泽和风味进行初步的评定。（2）可以通过在显微镜下观察乳酸菌的形态。（4）根据亚硝酸盐的含量来评定。（3）根据不同时期泡菜坛中乳酸菌的数量来评定。

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。如何判断腌制的泡菜是否成功？6.结果分析和评价1.为什么泡菜坛内有时会长一层白膜，这层白膜是怎么形成的？

酵母菌是兼性厌氧微生物，泡菜发酵液营养丰富，其表面氧气含量也很丰富，适合酵母菌的繁殖。泡菜的白膜——酵母菌“陈泡菜水”含纯度较高的乳酸菌，相当于接种乳酸菌，可减少腌制时间。2.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？3.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？【思考-讨论】盐水浓度太高，抑制微生物的代谢。4.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。泡菜发酵过程中，乳酸菌、乳酸和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注意少

(有O2，乳酸菌活动受抑制)少增加

(硝酸盐还原菌的作用)最多

(乳酸抑制其他菌活动)积累、增多、pH下降下降

(硝酸盐还原菌受抑制，部分亚硝酸盐被分解)减少

(乳酸继续积累，pH继续下降，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)亚硝酸盐是硝酸盐还原菌促进硝酸盐还原形成的，不是硝化细菌氧化铵形成的【情景探究】如图是泡菜在腌制过程中，乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的变化规律，据图分析：

(1)从生物间的相互关系和条件变化分析，乳酸菌呈现这种变化规律的原因是什么？(2)乳酸含量开始很低，中后期急剧增加的原因是什么？(3)分析亚硝酸盐的含量变化的原因？初期：大肠杆菌、酵母菌、硝酸盐还原菌利用氧气，创造无氧环境，乳酸菌开始活动；中期：乳酸菌产生了大量乳酸，其他细菌活动受到抑制，乳酸菌活动增强；后期：由于乳酸的积累，乳酸菌活动也受到抑制，乳酸菌数量下降。初期有氧气，乳酸菌活动较弱，中后期氧气含量减少，乳酸菌大量繁殖，乳酸迅速积累。发酵初期，乳酸菌和乳酸的量都比较少，而由于硝酸盐还原菌的活动，亚硝酸盐含量逐渐增加；后期由于硝酸盐还原菌受抑制，同时形成的亚硝酸盐又被分解，因而亚硝酸盐含量下降。泡菜发酵过程中，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、硝酸盐还原菌）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。注意：与生活的联系1.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。1.判断常考语句，澄清易混易错。(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)发酵期间，乳酸会不断积累，当它的质量分数为0.04%～0.08%时，泡菜的口味、品质最佳()(3)选材装至半坛时，放入蒜瓣、生姜及其他香辛料，继续装满

()(4)制备泡菜时，盐水煮沸后可以立即使用

()(5)泡菜的制作前期需要通入氧气，后期应严格保持无氧条件()(6)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()√××××√材料用具新鲜的水果（如葡萄、苹果、山楂和龙眼等）洗洁精体积分数为70%的酒精发酵瓶纱布榨汁机（二）果酒和果醋的制作（二）果酒和果醋的制作1.微生物：酵母菌（单细胞真菌：真核生物）(1)分布：含糖量较高的水果、蔬菜表面(2)代谢类型：异养兼性厌氧型4.应用：用于酿酒、制作馒头和面包5.酿酒酵母最适温度和时间：28℃(多数酵母菌的最适生长温度在18-30℃)，10-12d（二）制作果酒有氧条件下，酵母菌通过有氧呼吸大量繁殖：无氧条件下，酵母菌通过无氧呼吸产生酒精：

C6H12O62C2H5OH(酒精)＋2CO2+能量酶C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O+能量

酶3.参与酒精发酵的主要微生物及来源：

附着在新鲜水果果皮表面的野生酵母菌2.酒精发酵原理：②当缺少糖源时，则直接将

。①当O2、糖源都充足时，能将

；1.微生物：醋酸菌（细菌：原核生物）（1）代谢类型：异养需氧型3.醋酸发酵原理：（2）最适生长温度和时间：30-35℃，7-8d2.参与醋酸发酵的主要微生物及来源：

空气中的醋酸菌或人工接种的醋酸菌C6H12O6+2O2酶2CH3COOH（乙酸）+2H2O+2CO2+能量C2H5OH+O2酶CH3COOH（乙酸）+H2O+能量糖分解成乙酸乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为乙酸（三）制作果醋器具消毒将发酵瓶、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.①70%的酒精的作用：②冲洗的目的：③冲洗1-2次即可，能否反复冲洗，为什么？④为什么去梗前冲洗：⑤葡萄汁装入发酵瓶时，为何要留有1/3的空间？⑥每隔12h左右将瓶盖拧松一点的目的：⑦拧松但不打开的目的：消毒去除表面灰尘、污物防止洗去葡萄皮表面的野生型酵母菌避免葡萄破损，减少被杂菌污染的机会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。不能，排出产生的CO2，防止发酵瓶爆裂防止杂菌和O2进入发酵瓶4.方法步骤打开瓶盖，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⑧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⑨为什么要打开瓶盖，盖上纱布？a.闻；b.品尝；c.使用pH试纸检测前后的pH值；d.观察醋酸菌膜是否形成；打开瓶盖：为乙酸发酵提供充足的O2盖上纱布：既是为了通气，也是为了防止外来杂菌和灰尘的污染。

⑩如何检测果醋的发酵情况？4.方法步骤（1）在制作果酒和果醋的过程中，发酵液分别有哪些变化？气泡酵母菌进行果酒发酵时会产生CO2。发酵过程，分解有机物产生的能量大部分以热能形式散失。如果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。产热颜色菌体数量pH菌落初期发酵液中酵母菌数目增多，后期不再增多，甚至会下降。CO2溶于发酵液而使pH下降。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，这是醋酸菌落。5.结果分析和评价（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？还有乳酸菌、醋酸菌等微生物。

可以通过减少O2含量、调节发酵温度、pH来控制醋酸菌含量。③

可以通过调节发酵的温度、pH等来控制乳酸菌含量；

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。乳酸菌能将糖分解为甘油、酒石酸等，从而使果酒变质。5.结果分析和评价思考：果酒制作过程中，在不灭菌的情况下，酵母菌是如何成为优势菌种的？发酵后期，在缺氧和偏酸性（CO2溶于发酵液）条件下，酵母菌可以生长繁殖，而绝大多数其他微生物的生命活动受到抑制。（3）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？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。不会。发酵温度、pH不利于酵母菌生长。果酒发酵与果醋发酵的装置比较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打开打开便于取样监测关闭关闭思考：1.为什么排气口胶管长而弯曲？2.该装置还能继续改进吗？防止空气中微生物的污染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相关微生物酵母菌醋酸菌毛霉乳酸菌生物学分类代谢类型繁殖方式适宜温度主要用途【注】酵母菌、醋酸菌、毛霉、乳酸菌的最适温度不同的直接原因是这三种微生物体内酶的最适温度不同，而根本原因是控制这三种酶合成的DNA不同。真核生物原核生物真核生物原核生物异养兼性厌氧异养需氧异养需氧异养厌氧适宜条件下出芽生殖二分裂孢子生殖二分裂18〜30°C30〜35°C15〜18°C35〜40°C酿酒、发面酿醋制作腐乳制作酸奶、泡菜【传统发酵食品制作过程中所用菌种的比较】

项目果酒制作果醋制作发酵菌种

菌种来源菌种代谢类型

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C6H12O6+6H2O+6O2

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

2CH3COOH(乙酸)+2H2O+2CO2+能量酶C2H5OH+O2

CH3COOH(乙酸)+H2O+能量酶28℃（18-30℃）30-35℃10-12d7-8d初期需氧，后期不需氧始终需要氧气小结：果酒制作与果醋制作的比较课堂小结一、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