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

健博雅智

第1节

传统发酵技术的应用（第1课时）

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、禁止生物武器导课：2min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。

科技探索之路：从传统发酵技术到发酵工程战国中山酒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？果醋你想不想自己动手制作葡萄酒和葡萄醋呢？目标引领1.区分发酵与传统发酵2.明确发酵类型及原理3.能结合生活实例，认识传统发酵技术应用自主学习:完成预习梳理及检测1早期酿酒技术夏禹时期，已有了关于夏少康（即杜康）造秫（shú）酒的传说。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的。汉代砖刻上的酿酒图腐烂的水果有酒味教师精讲环节【资料一】我国酿造白酒的工艺在世界上独树一帜，白酒一般是以谷物为原料，加酒曲发酵而成的。【资料三】研究人员用显微镜观察酒曲，发现酒曲内含有根霉、曲霉、毛霉、酵母菌、乳酸菌、醋酸菌等几十种微生物。【资料二】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。1.酒曲是什么?2.酿酒加酒曲的目的是什么?酒曲是含有多种微生物的米糠或麦麸。发酵与传统发酵技术3.酒精发酵的实质是什么?酒精发酵的实质就是酵母菌的无氧呼吸。酒曲粮食微生物酒精产生酶（淀粉）1.概念：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。发酵与传统发酵技术2发酵原料（复杂的分子）适宜的条件微生物代谢人类所需产物（简单分子）微生物代谢：微生物代谢产生的某些产物(乙醇、乙酸、乳酸、氨基酸、抗生素、酶制剂等)发酵的实质就是微生物在有氧或无氧条件下的细胞呼吸人类所需产物：微生物微生物的代谢乙醇乳酸氨基酸（谷氨酸钠）醋酸2.原理：不同的微生物具有产生不同代谢产物的能力，因此利用它们既可以生产出人们所需要的多种产物发酵与传统发酵技术2发酵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。如酵母菌在无氧和有氧条件下的代谢途径不同。3.类型：发酵类型醋酸发酵、谷氨酸发酵酒精、乳酸（泡菜、酸奶）发酵发酵是否需要O2需氧发酵厌氧发酵泡菜1.概念：直接利用原材料中

，或利用

保留下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵，制作食品的技术。发酵与传统发酵技术3传统发酵技术酱酱油醋泡菜豆豉2.类型：固体发酵半固体发酵混合菌种腐乳天然存在的微生物前一次发酵5.实例：腐乳的制作发酵与传统发酵技术3传统发酵技术正在发酵的豆腐坯显微镜下的毛霉（1）菌种：

、

和

等，其中起主要作用的是

。酵母曲霉毛霉毛霉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℃（2）发酵原理：蛋白质小分子肽+氨基酸蛋白酶/肽酶脂肪

脂肪酶腐乳味道鲜美，有机物种类

，含量

，营养价值高，易于消化吸收，而腐乳本身又便于保存。甘油+脂肪酸增加减少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目的：析出豆腐中的水分、抑制不需要的微生物生长加卤汤装瓶卤汤包括酒和香辛料酒（12%）：过高：过低：香辛料：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5.实例：腐乳的制作（3）操作步骤：调味，防腐杀菌。抑制微生物生长，并使腐乳具有独特香味；会延长腐乳成熟的时间不足以抑制微生物生长，可能导致豆腐腐败。玻璃瓶洗刷干净后要用沸水消毒。1、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。2、接种优良毛霉菌种制作腐乳属于传统发酵技术吗？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。【思考】优点：操作简单、适用于家庭式或作坊式生产，是文化的传承。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。缺点：观看视频，讨论P100问题并文成进一步探究任务8min教师点评总结：制作泡菜1.菌种：乳酸菌（细菌、原核生物）a.菌种分布：b.代谢类型：c.菌种种类：异养厌氧型空气、土壤、植物体表、人或动物肠道内乳酸链球菌、乳酸杆菌2.原理：乳酸链球菌乳酸杆菌植物体表面的天然的乳酸菌来进行发酵，在无氧的条件下，乳酸菌将糖分解为乳酸。发酵期间，乳酸不断积累，当它的质量分数为0.4%—0.8%时，泡菜的口味和品质最佳。C6H12O62C3H6O3（乳酸）+能量酶d.生殖方式：二分裂生殖食盐、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。3.材料用具：亚硝酸盐的含量低坛沿深、盖子吻合好；无裂纹、无砂眼检查方法：

坛口向上，压入水中，看坛内壁有无渗水现象。不合格的泡菜坛为什么会引起蔬菜的腐烂？泡菜坛漏气，会使需氧型微生物大量繁殖，引起蔬菜腐烂。4.方法步骤：配制盐水

用清水和食盐配制质量分数为5%~20%的盐水，并将盐水煮沸，冷却待用。盐的作用盐浓度过低盐浓度过高煮沸的目的冷却的目的①调味

②抑制微生物（杂菌）生长杂菌易繁殖，导致泡菜变质乳酸发酵受抑制，口味不佳①杀菌

②除氧防止影响乳酸菌的生命活动4.方法步骤：配制盐水原料处理、蔬菜装坛将新鲜蔬菜（如萝卜、黄瓜和豌豆等）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。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；②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；③留有一定空间，也更方便拿取泡菜。思考：为什么泡菜坛需装至八成满？加盐水封坛发酵将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过菜料，盖好坛盖。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。创造无氧环境（1）你腌制的泡菜成功吗？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；通过在显微镜下观察乳酸菌的形态和数目；根据亚硝酸盐的含量来评定；

一般来说，腌制成功的泡菜汤清亮，无梅花浮膜，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。失败成功5.结果分析（2）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？形成白膜是由于

的繁殖。酵母菌是兼性厌氧微生物，泡菜发酵液营养丰富，其表面O2含量也很丰富，适合酵母菌的繁殖。白膜5.结果分析注意：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）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，PH降低，其他微生物的生长受到抑制。产膜酵母6.进一步探究——测定亚硝酸盐膳食中的亚硝酸盐一般不会危害人体健康。但是，总量达到0.3～0.5g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）。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亚硝胺具有致癌作用，对动物具有致畸和致突变作用。维生素C等泡菜制作过程中，乳酸菌、乳酸及亚硝酸盐的含量变化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曲线模型少（有氧气，乳酸菌的活动受到抑制）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（乳酸积累，PH下降，可能抑制其活动）继续增多（PH继续下降）下降至相对稳定（硝酸盐还原菌持续被抑制）（拓展应用p8）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？10天后食用比较好，因为此时亚硝酸盐含量已经降到较低水平。可能是食盐浓度不合适、发酵温度过低等原因导致泡菜未能正常发酵“陈泡菜水”中含有纯度较高的乳酸菌，可快速发酵产生乳酸。检测：比色法硝酸盐还原菌的作用乳酸抑制其他菌的活动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（细菌）。作业布置学练考P1-2健博雅智

第1节

果酒果醋制作（第2课时）

目标引领1.知道果酒果醋制作菌种和原理2.发酵流程及控制条件3.了解发酵装置简单用法自主学习10min:完成预习梳理及检测教师精讲：制作果酒和果醋1.菌种：酵母菌真核生物（单细胞真菌）①分布：含糖较高的水果、蔬菜表面②代谢类型：异养兼性厌氧型有氧条件下，酵母菌通过有氧呼吸

：无氧条件下，酵母菌通过无氧呼吸

：C6H12O62C2H5OH＋2CO2+能量酶C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O+能量

酶③最适生长温度：酿酒酵母：28℃；野生酵母：18~30℃1.果酒制作的原理（多种酵母菌）大量繁殖产生酒精②当缺少糖源时则将

。①当O2、糖源都充足时能将

；制作果酒和果醋2.果醋制作的原理（1）菌种：醋酸菌①代谢类型：异养需氧型（3）醋酸发酵原理：②最适生长温度：30-35℃（2）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（醋酸）+2H2O+2CO2+能量C2H5OH+O2酶CH3COOH（醋酸）+H2O+能量糖分解成醋酸乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为醋酸（细菌：原核生物）醋酸杆菌C6H12O62C2H5OH(酒精)+CO2+能量酶2O22CH3COOH(醋酸)+2H2O+能量酶+酒精发酵：无氧，28℃醋酸发酵：有氧，30~35℃酒精发酵→醋酸发酵制作果酒和果醋如何在同一装置中既能进行酒精发酵又能进行醋酸发酵？3.方法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），盖好瓶盖酒精发酵冲洗葡萄榨汁装瓶将温度控制在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：消毒去除表面灰尘、污物避免冲洗掉附着在葡萄皮上的野生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造成发酵液溢出排出产生的CO2，防止爆裂防止杂菌污染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？⑦拧松但不打开的目的：⑥每隔12h左右将瓶盖拧松一点的目的：③为什么葡萄冲洗次数不宜太多？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？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3.方法步骤（检测是否产生酒精）观看视频，讨论P101问题并文成进一步探究任务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？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CO2；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。如果是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。4.结果分析与评价制作果酒和果醋C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O+能量

酶C2H5OH+O2酶CH3COOH（醋酸）+H2O+能量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？果酒中除了酵母菌，还有

等微生物。乳酸菌可能分解果酒中的糖、甘油、酒石酸等，从而使果酒变质。可以通过调节

、

等来控制乳酸菌的含量。醋酸菌可以利用果汁中的糖进行醋酸发酵，在制作果酒的过程中可以通过

，抑制醋酸菌的生长繁殖。4.结果分析与评价制作果酒和果醋乳酸菌、醋酸菌发酵的温度果酒的pH尽量减少O2含量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？随着醋酸发酵的进行，发酵液的

、

等均不利于酵母菌的生长繁殖，因此酵母菌活性很低。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

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。4.结果分析与评价制作果酒和果醋pH发酵温度不适应环境条件果酒发酵与果醋发酵的装置比较p8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？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2.该装置还能继续改进吗？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

不同，而根本原因是

。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】酶的最适温度控制这三种酶合成的DNA不同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。（

）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练习与应用项目泡菜制作果酒制作果醋制作发酵菌种

菌种来源代谢类型

细胞类型发酵原理

发酵条件温度

时间氧气

酵母菌（出芽生殖）主要是附着在葡萄皮上的野生型酵母菌异养兼性厌氧型真核细胞在有氧条件下：C6H12O6+6H2O+6O2

6CO2+12H2O+能量酶在无氧条件下：C6H12O62C2H5OH+2CO2+少量能量酶28℃（18-30℃）10