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

导：发酵为我们的生活增添色彩，你知道哪些产品是发酵产生的吗？你想自己动手制作毛豆腐、泡菜、葡萄酒吗？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。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。后来通过自然发酵或曲种传代的固体发酵法生产其他食品，但不明其原理。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，从而将酵母菌与建发酵联系起来。1897年，科学家发现酶在酵母菌发酵中的作用，了解了发酵的本质。之后微生物分离和纯化技术得到应用，发酵生产的工艺和设备不断完善，传统固体发酵向半固体和液体发酵演变。作坊式手工生产向近代工业化生产方向发展。20世纪40年代，利用发酵工程大规模生产青霉素成为研究主攻方向。在厌氧发酵技术基础上建立深层通气液体发酵技术，青霉素生产产业化。随着链霉素、金霉素和土霉素等抗生素的发现和生产，抗生素发酵工业兴起。1957年，用微生物生产谷氨酸获得成功。通过研究微生物代谢途径，继续改进发酵技术，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。之后，酶制剂、多糖、维生素发酵工业相继兴起。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。运用基因工程将动植物基因转移到微生物中，获得具有特殊生产能力的微生物，大量生产人类所需产品，如人胰岛素、干扰素等。20世纪80年代，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。目前人类已经能够自动记录和控制发酵过程的全部参数。197019801960185019001940约9000年前科技探索之路第1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、果酒和果醋的原理是什么？3、怎样制作泡菜？怎样制作果酒和果醋？1一、发酵与传统发酵技术发酵（1）发酵:（2）原理：是指人们利用_______，在_____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适宜微生物的代谢

_____________________________________________，

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：不同的微生物具有产生不同代谢产物的能力好氧发酵厌氧发酵醋酸发酵酒精发酵、乳酸发酵氧气需求回顾旧知必修一《分子与细胞》P94当中对发酵的解释。指的是狭义的“发酵”对微生物而言，“发酵”在有氧和无氧条件下都能进行。例如：在本课开始了解的葡萄酒（无氧）及葡萄醋（有氧）。传统发酵技术（1）概念：直接利用原材料中

，或利用

发酵保留下来的

、

等

进行发酵，制作食品的技术。天然存在的微生物前一次面团卤汁发酵物中微生物（2）方式:固体发酵（粮食白酒、泡菜、腐乳等）半固体发酵（豆豉、酱、酱油等）（3）实例:①原料：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：经过微生物的发酵，豆腐中的蛋白质被分解成__________________。酵母曲霉毛霉毛霉小分子的肽和氨基酸此外，微生物还可以产生脂肪酶，将脂肪分解为脂肪酸和甘油④制作流程让豆腐长出毛霉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，防腐杀菌加卤汤瓶密封腌制方法：随豆腐层数加高增加盐用量，接近瓶口表面，铺厚一点正在进行发酵的豆腐胚目的：析出豆腐中的水分、抑制不需要的微生物生长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，可能导致豆腐腐败基础检测使用酵母制作馒头属于传统发酵技术吗？使用前一次发酵保存下来的面团进行的才算。例如：直接利用空气中毛霉孢子制作腐乳属于传统发酵技术，若直接接种毛霉，则不属于。注意说明传统的腐乳制作过程中，豆腐块上生长的毛霉来自空气中的毛霉孢子；现代的腐乳生产是在无菌条件下，将优良的毛霉菌种直接接种在豆腐上，这样可以避免其他菌种的污染，保证产品质量。在选择优良菌种时，应注意所选菌种应具备以下特点：①不生产毒素；②生长繁殖快、且抗杂菌力强;③生长的温度范围大，不受季节的限制；④有蛋白酶、脂肪酶和肽酶等酶系；⑤产品气味正常良好。1.制作泡菜的原理（1)利用植物体表面天然的乳酸菌；(2)发酵期间，乳酸会不断的积累，当它的质量百分比为0.4%~0.8%时，泡菜的口味、品质最佳。（3）反应式：C6H12O6→2C3H6O3（乳酸）+能量酶二、尝试制作传统发酵食品2.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)各种蔬菜（选新鲜蔬菜或其他原料，因为亚硝酸盐的含量低）均可，一般用白菜、洋白菜、黄瓜、豇豆、胡萝卜、白萝卜等。舌尖上的中国——四川泡菜3.制作流程配制盐水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；原料处理、蔬菜装坛将新鲜蔬菜洗净，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，加入蒜瓣、生姜及其他香辛料，继续装至八成满；①盐的作用：②盐水浓度要适宜的目的：③盐水煮沸的目的：调味；抑制其他微生物生长过高：口味不佳，亚硝酸盐含量高；过低：杂菌易繁殖，导致泡菜变质。杀灭微生物；去除水中的溶解氧④为什么泡菜坛只能装八分满？

在泡菜发酵初期，酵母菌等较为活跃，发酵产物中有较多的CO2，防止发酵液溢出坛外；

防止因装太满使盐水未完全淹没菜料而导致菜料变质腐烂；同时留有一定空间，也更方便拿取泡菜。加盐水将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过菜料，盖好坛盖封坛发酵向坛盖边缘的水槽中注满水，并在发酵过程中注意经常向水槽中补充水；根据室内温度控制发酵时间；给泡菜坛内创造无氧环境，严格控制厌氧条件泡菜制作需要在无氧条件下进行⑤用水密封泡菜坛的目的：⑥以上说明泡菜制作需要什么条件？⑦为什么在泡菜制作过程中要保持无氧环境？制作泡菜所用的菌种是乳酸菌，乳酸菌是一种厌氧菌，只有在无氧环境中才会进行乳酸发酵。⑧如何制造泡菜制作中的“无氧环境”？a.选择的泡菜坛要有很好的气密性；b.加入蔬菜后要注入盐水并没过全部菜料；c.盖上坛盖后要在坛盖边沿的水槽中注满清水。⑨制作泡菜往往要加入一些白酒，加入白酒有什么作用？白酒可抑制泡菜表面杂菌的生长，它也是一种调味剂，可增加醇香感。⑩泡菜制作过程中，是否只有乳酸菌起作用？不是，还有一些酵母菌和大肠杆菌4.泡菜的制作过程分析

泡菜在发酵期间，由于乳酸菌的发酵作用，发酵产物乳酸不断积累，因此可以根据微生物的活动情况和乳酸积累量，将泡菜发酵过程分为三个阶段。(1)发酵初期：蔬菜刚入坛时，其表面带入的微生物，主要以不抗酸的大肠杆菌和酵母菌等较为活跃,坛内尚有留存的O2，

等微生物呼吸作用，产生较多的CO2,

会有气泡从坛沿水槽内间歇性地放出，从而使坛内逐渐形成厌氧状态，

发酵开始。酵母菌乳酸(2)发酵中期：由于初期乳酸发酵使乳酸不断积累，pH下降，厌氧状态形成，乳酸菌开始活跃，并产生大量乳酸，乳酸的积累量可达到0.6%～0.8%，pH为3.5～3.8。这一期间为泡菜完全成熟阶段，泡菜有酸味而且清香。试分析此时期坛内其他微生物的活动情况及原因：①由于pH的不适，大肠杆菌、酵母菌和霉菌的活动受到抑制；②由于氧气耗尽，需氧型微生物的活动受到抑制.(3)发酵后期：在此期间继续进行乳酸发酵，乳酸含量继续增加，可达1.0%以上。当乳酸含量达到1.2%以上时，发酵速度会逐渐变缓甚至停止，主要原因是______________________________。此阶段泡菜酸度过高，风味已不协调。pH过低，乳酸菌的活动受到抑制泡菜好吃，但不宜多吃，泡菜中亚硝酸盐会危及人体健康5、泡菜腌制中亚硝酸盐产生资料:发酵初期，泡菜中微生物生长很快，将蔬菜中硝酸盐还原成亚硝酸盐，蔬菜中酚类物质和维生素C等将亚硝酸盐氧化，总体来说，生成的亚硝酸盐大于被氧化的，亚硝酸盐的含量逐步上升。微生物代谢活动将氧气消耗殆尽，泡菜坛中的环境不利于乳酸菌以外的其他微生物生长，生成的亚硝酸盐减少。同时，蔬菜中硝酸盐含量由于被氧化而减少，因此，亚硝酸盐的含量会逐渐下降并趋于一个相对稳定的数值。注意：亚硝酸盐本身并不致癌，亚硝酸盐会转化为亚硝胺（致癌、致畸和致突变）作用。氧化维生素C、E和酚类物质亚硝胺硝酸盐亚硝酸盐还原细菌等微生物(硝酸还原菌产生硝酸还原酶)【典例】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。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？13天后食用比较好，亚硝酸盐含量低盐浓度高，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小结：泡菜腌制中乳酸菌、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）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？（三）制作果酒和果醋1.制作原理（1）许多新鲜水果（如葡萄）的果皮表面附着有大量的不同种类的野生酵母菌，在它们作用下，水果可以发酵成果酒。（2)酵母菌在有氧条件下，进行有氧呼吸，大量繁殖；酵母菌在无氧条件下能进行酒精发酵。酶反应式：C6H12O6+6O2+6H2O→6CO2+12H2O+能量C6H12O6→2C2H5OH（酒精）+2CO2+能量酶C2H5OH+O2→CH3COOH（醋酸）+H2O+能量酶(3)醋酸菌在氧气、糖源充足时,将糖分解成醋酸;当缺少糖源时，将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸。C6H12O6+2O2→2CH3COOH+2CO2+2H2O+能量酶

②洗洁精、体积分数70﹪的酒精、发酵瓶、纱布和榨汁机等①新鲜的水果（如葡萄、苹果、山楂和龙眼等）2.材料用具3.制作流程器具消毒将发酵瓶、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、污物防止野生菌种数量减少，影响发酵避免葡萄破损，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，排出气体防止杂菌污染打开瓶盖，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醋酸菌从何而来？⑩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；打开瓶盖后，空气中的醋酸菌会进入果酒发酵液中大量繁殖，其他的菌因不适应环境条件（不能利用乙醇）而不能繁殖4.实验分析与思考①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？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，应注意控温；d.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；e.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；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；③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、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，不会继续发酵。在工业上，后期醋的发酵需要人工接种醋酸菌；或者买一瓶醋，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（即醋酸菌膜），用这层薄膜进行接种亦可；④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？发酵后期在缺氧和酸性发酵液中，绝大多数微生物的生命活动受到抑制，而酵母菌可以适应这一环境成为优势菌种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⑤在果酒和果醋制作中，哪些做法可防止发酵液被污染？5、设计果酒发酵与果醋发酵装置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查和放出发酵液关闭关闭思考：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。发酵瓶小结1：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【典例】果酒和果醋含丰富的有机酸、氨基酸、维生素，有良好的营养和保健作用，受到消费者的喜爱。请根据果酒和果醋的制作流程和装置回答有关问题:（1）图中A过程指

,B过程是指

,去除葡萄的枝梗应在A过程

(填“之前”或“之后”)。（2）图中酒精发酵和醋酸发酵中涉及的主要微生物在细胞结构上的主要区别是

。（3）从装置图可以看出，加入发酵瓶中的果浆只占发酵瓶的2/3，目的是

。（4）制果醋时，要适时通过[]

进行充气，原因是

。冲洗沥干酒精发酵之后是否有以核膜为界的细胞核让酵母菌在有氧条件下大量繁殖①充气口醋酸菌是需氧型细菌，发酵过程需要氧气的参与到社会中去

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的和联系吗？大规模生产时需要进行更为全面周详的考虑，如原料的来源于选择、菌种的培育与选择、发酵的设备、发酵条件的自动化控制，以及如何严格控制杂菌污染；等等。此外无论葡萄酒或葡萄醋，实验时所建设的发酵液，都不是商品意义上的产品。在实际生产中还需沉淀过滤、灭菌装瓶等获得成品酒或醋。葡萄酒还需在一定设施和条件下（如橡木桶和地窖）进行后续发酵，以获得特定的风味和色泽。左：葡萄酒窖；中：啤酒酒窖；右：白酒酒窖

技术与工程：工业上大规模生产时通常会先通过微生物培养技术获得单一菌种，再将它们接种到物料中发酵。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、芽抱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抱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D练习与应用一、概念检测1.请举例说说你身边的传统发酵食品有哪些，它们的制作原理是什么。有机会的话，你也可以尝试做一做。提示：腐乳、泡菜、酱、豆豉等都是生活中常见的传统发酵食品。二、拓展应用练习与应用3.有3位同学分别采用了3种不同的发酵装置来制作果醋。A同学用的是带盖的塑料瓶；B同学用了没有盖的塑料瓶，在发酵过程中无盖的瓶口一直由捆绑在瓶口的8层纱布覆盖；C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作果醋？你还能继续改进这种装置吗？C同学的装置更适合制作果醋。出料口可以用来取样；充气口可以在发酵时连接充气泵进行充气，从而有利于醋酸菌更好地进行有氧呼吸，提高发酵效率；排气口可以用来排出在发酵过程中产生的气体，它通过一个长而弯曲的胶管与瓶身连接，其目的是防止空气中微生物的污染。进一步改进：可以在充气口