【公開課】+傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的應用課件高二下學期生物人教版選擇性必修3

第1章發(fā)酵工程第1節(jié)傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的應用【從社會中來】詩中提及的葡萄酒是人類利用微生物發(fā)酵制作而來的。通過微生物的發(fā)酵作用還可以制作葡萄醋。葡萄酒和葡萄醋都是以葡萄為原料發(fā)酵而來的飲品，為什么一個是醇厚濃郁、耐人尋味的酒，一個卻是酸味柔和、口感綿長的醋呢？它們的制作方法有什么不同？你想不想自己動手制作葡萄酒和葡萄醋呢？

葡萄酒和葡萄醋都是由葡萄發(fā)酵而來，但是一個經(jīng)酵母菌無氧呼吸產(chǎn)生了酒精，另一個經(jīng)醋酸菌有氧呼吸產(chǎn)生了乙酸，因此兩者口感不同。約9000年前，我們的祖先就會利用微生物將谷物，水果等發(fā)酵成含酒精的飲料。1857年，法國微生物學家巴斯德通過實驗證明，酒精發(fā)酵是由活的酵母菌引起的。從傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)到發(fā)酵工程科學家發(fā)現(xiàn)了酶在酵母菌發(fā)酵中的作用。1897年用微生物生產(chǎn)谷氨酸獲得成功，酶制劑、多糖、維生素發(fā)酵工業(yè)興起。1957年科學家開始運用數(shù)學、動力學、化學工程原理以及計算機技術(shù)對發(fā)酵過程進行綜合研究。20世紀80年代法國微生物學家巴斯德通過實驗證明酒精發(fā)酵是由活的酵母菌引起的。1857年利用發(fā)酵工程大規(guī)模生產(chǎn)青霉素，抗生素發(fā)酵工業(yè)興起。20世紀40年代基因工程、細胞工程等發(fā)展，人胰島素和干擾素大量生產(chǎn)。20世紀70年代以后190019401960185019801970約9000年前我們祖先就會利用微生物將谷物、水果發(fā)酵為含酒精的飲料。011.發(fā)酵（1）概念：（2）原理：不同的微生物具有產(chǎn)生不同代謝物的能力，因此利用它們就可以生產(chǎn)出人們所需要的多種產(chǎn)物。（3）類型：需氧發(fā)酵厭氧發(fā)酵如：醋酸發(fā)酵、谷氨酸發(fā)酵如：酒精發(fā)酵、乳酸發(fā)酵人們利用微生物，在適宜的條件下，將原料通過微生物的代謝轉(zhuǎn)化為人類所需要的產(chǎn)物的過程。一、發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)1.腐乳的制作原理是什么？蛋白質(zhì)小分子肽+氨基酸蛋白酶2.制作腐乳利用了哪些微生物？這些微生物來自哪里？直接利用原材料中天然存在的微生物。2.實例：腐乳的制作閱讀教材第5頁，回答下列問題：多種微生物參與了豆腐的發(fā)酵，如酵母、曲霉和毛霉等，其中起主要作用的是毛霉。味道鮮美，易于消化吸收，又便于保存。3.腐乳有什么特點？毛霉：代謝類型：生殖方式：絲狀真菌異養(yǎng)需氧型孢子生殖（真核生物）讓豆腐上長出毛霉加鹽腌制加鹵湯裝瓶密封腌制制腐乳坯4.制作流程含水量70%左右為宜，含水量過高不易成形，過低不利于毛霉生長。利用干棕葉（或稻草）上的毛霉孢子，在15-18℃條件下，讓豆腐上長出毛霉加鹽可以析出豆腐中的水，使豆腐變硬，鹽也能抑制微生物的生長

，避免豆腐塊腐敗變質(zhì)。鹵湯是由酒（12%）及各種香辛料配置而成，抑制微生物的生長同時使腐乳有獨特的香味。3.傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)（1）概念：直接利用原材料中天然存在的微生物，或利用前一次發(fā)酵保存下來的面團、鹵汁等發(fā)酵物中的微生物進行發(fā)酵、制作食品的技術(shù)。（2）類型：以混合菌種的固體發(fā)酵及半固體發(fā)酵為主，通常是家庭式或作坊式的。（3）發(fā)酵產(chǎn)品：腐乳、醬、醬油、醋、泡菜和豆豉（chǐ）等?！舅伎肌棵磕赀M行同樣的操作，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，你知道這是為什么嗎？生產(chǎn)條件不易控制，容易受雜菌污染。（4）缺點：生產(chǎn)效率較低，產(chǎn)物不單一等。1.乳酸發(fā)酵應用的微生物：乳酸菌（1）代謝類型：異養(yǎng)厭氧型（2）作用：在無氧情況下能將葡萄糖分解成乳酸（3）應用：乳制品的發(fā)酵、泡菜的腌制二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品（原核生物）（4）常見類型：乳酸鏈球菌、乳酸桿菌C6H12O62C3H6O3（乳酸）酶+能量

乳酸鏈球菌（球狀）乳酸桿菌（桿狀）2.酒精發(fā)酵酵母菌用于釀酒、制作饅頭和面包等（真核生物）異養(yǎng)兼性厭氧型（1）代謝類型：（2）作用：在有氧條件下，酵母菌進行有氧呼吸，大量繁殖在無氧條件下，酵母菌進行酒精發(fā)酵（3）應用：（4）最適生長溫度：約為28℃酶C6H12O62C2H5OH+2CO2+能量應用的微生物：3.醋酸發(fā)酵醋酸菌當氧氣、糖源都充足時，將糖分解成乙酸;C6H12O6＋2O22CH3COOH＋2H2O＋2CO2＋能量酶C2H5OH＋O2CH3COOH＋H2O＋能量酶（原核生物）（1）代謝類型：異養(yǎng)需氧型（2）作用：當缺少糖源時，將乙醇轉(zhuǎn)化為乙醛，再將乙醛變成乙酸可用于制作各種風味的醋（3）應用：（4）最適生長溫度：30～35℃應用的微生物：1.發(fā)酵原理（1）利用

來進行發(fā)酵：植物體表面天然的乳酸菌C6H12O62C3H6O3（乳酸）+能量酶（2）發(fā)酵期間，乳酸會

，當它的質(zhì)量分數(shù)為_____________時，泡菜的口味、品質(zhì)最佳；不斷積累0.4%-0.8%（3）發(fā)酵條件適宜的________；根據(jù)室內(nèi)溫度控制發(fā)酵時間；嚴格控制________條件。溫度厭氧18～20℃一、制作泡菜2.制作泡菜的方法步驟配制鹽水用清水和食鹽配制質(zhì)量分數(shù)為5%-20%的鹽水，并將鹽水煮沸，冷卻待用；蔬菜處理、裝壇將新鮮蔬菜洗凈，切成塊狀或條狀，混合均勻，晾干后裝入泡菜壇內(nèi)；裝至半壇時，加入蒜瓣、生姜及其他香辛料，繼續(xù)裝至八成滿；加鹽水將冷卻好的鹽水緩緩倒入壇中，使鹽水沒過全部菜料，蓋好壇蓋；封壇發(fā)酵向壇蓋邊緣的水槽中注滿水，并在發(fā)酵過程中注意經(jīng)常向水槽中補充水；根據(jù)室內(nèi)溫度控制發(fā)酵時間。

思考：1.配制鹽水時以下物質(zhì)或操作的作用或目的：①鹽的作用：調(diào)味、抑制其他微生物生長②鹽水濃度要適宜的目的：過高，乳酸發(fā)酵受抑制，泡菜風味差；過低，雜菌易繁殖，導致泡菜變質(zhì)③煮沸的目的：殺菌除氧④冷卻的目的：為了不影響乳酸菌的生命活動（2）為什么泡菜壇只能裝八成滿？①發(fā)酵初期，酵母菌等較為活躍，發(fā)酵產(chǎn)物中有較多的CO2，防止發(fā)酵液溢出壇外；②防止因裝太滿使鹽水未完全淹沒菜料而導致菜料變質(zhì)腐爛；③留有一定空間，更方便拿取泡菜。（3）用水密封泡菜壇的目的是什么？這說明泡菜制作需要什么條件？給泡菜壇內(nèi)創(chuàng)造無氧環(huán)境無氧條件你腌制的泡菜成功嗎？色澤如何？口味如何？一般來說，腌制成功的泡菜湯清亮，無梅花浮膜，菜質(zhì)脆嫩度適口，酸甜咸味適宜，具有一定的香氣，咀嚼后無渣等。泡菜雖好吃，但不宜多吃，泡菜中的亞硝酸鹽會危及人體健康。

NO3-NO2-亞硝酸鹽為強氧化劑，能夠把血液中的血紅蛋白（Fe2+）轉(zhuǎn)變?yōu)楦哞F血紅蛋白（Fe3+），從而導致缺氧性中毒癥狀；膳食中的絕大部分亞硝酸鹽隨尿排出，但在適宜的pH、溫度和一定的微生物作用下會轉(zhuǎn)變成致癌物質(zhì)亞硝胺（霉變的食品亞硝胺可增至數(shù)十倍至數(shù)百倍）亞硝酸鹽硝酸還原酶亞硝酸鹽為白色粉末，外觀與食鹽相似，有咸味，易溶于水，可作食品添加劑。

自然界中，亞硝酸鹽分布廣泛，蔬菜、咸菜、豆粉中均含有。在泡菜的腌制過程中會有亞硝酸鹽產(chǎn)生。一般不會危害人體健康。但是，總量達到0.3～0.5g時會引起中毒；達到3g時會死亡。

在什么情況下，亞硝酸鹽會轉(zhuǎn)化為亞硝胺？適宜的pH、溫度和一定的微生物作用亞硝胺硝酸鹽亞硝酸鹽還原細菌等微生物(硝酸還原菌產(chǎn)生硝酸還原酶)

發(fā)酵初期，泡菜中微生物生長很快，將蔬菜中硝酸鹽還原成亞硝酸鹽，蔬菜中酚類物質(zhì)和維生素C等將亞硝酸鹽氧化?？傮w來說，生成的亞硝酸鹽大于被氧化的，亞硝酸鹽的含量逐步上升。

微生物代謝活動將氧氣消耗殆盡，泡菜壇中的環(huán)境不利于乳酸菌以外的其他微生物生長，生成的亞硝酸鹽減少。同時，蔬菜中亞硝酸鹽含量由于被氧化而減少。因此，亞硝酸鹽的含量會逐漸下降并趨于一個相對穩(wěn)定的數(shù)值。發(fā)酵時期乳酸菌乳酸亞硝酸鹽發(fā)酵前期發(fā)酵中期發(fā)酵后期少（O2抑制乳酸菌活動）少增加（硝酸鹽還原菌的作用）最多（乳酸積累，抑制其他菌活動）增多達到最多后開始下降（硝酸鹽還原菌受抑制，部分亞硝酸鹽被分解）減少（乳酸積累，pH下降，抑制乳酸菌活動）繼續(xù)增多，最后保持穩(wěn)定下降至保持相對穩(wěn)定（硝酸鹽還原菌被完全抑制）

某同學在制作泡菜前，查閱資料得知，可以向泡菜壇中加入一些“陳泡菜水”；在用質(zhì)量分數(shù)為5%的食鹽水制作泡菜時，他在不同時間測定了泡菜中亞硝酸鹽的含量，結(jié)果如圖。請你幫他分析相關(guān)問題。（1）據(jù)圖分析，從亞硝酸鹽的含量來看，你認為該泡菜在什么時間食用比較合適？為什么？在發(fā)酵10天后食用比較合適，因為此時亞硝酸鹽含量已經(jīng)降到較低水平。（2）他第一次制作出的泡菜“咸而不酸”，造成這個結(jié)果最可能的原因是什么？（3）加入“陳泡菜水”的目的是什么？“陳泡菜水”中含有純度較高的乳酸菌，加入“陳泡菜水”相當于接種乳酸菌，可快速發(fā)酵產(chǎn)生乳酸。可能是食鹽濃度過高、發(fā)酵溫度過低等原因?qū)е屡莶宋茨苷０l(fā)酵。二、制作果酒和果醋1.原理

許多新鮮水果（如葡萄）的果皮表面附著有大量的不同種類的野生酵母菌。在這些酵母菌的作用下，水果可以發(fā)酵成果酒。在有氧的條件下，果酒經(jīng)醋酸菌的作用還可以進一步發(fā)酵成果醋。果酒：C6H12O62C2H5OH

+2CO2+能量酶果醋：C2H5OH

+O2CH3COOH(乙酸)

+H2O+能量酶制作果酒制作果醋酵母菌醋酸桿菌真菌細菌菌種名稱生物學分類代謝類型適宜溫度繁殖方式對氧的需求酵母菌醋酸菌菌種繁殖方式和代謝類型真核生物原核生物異養(yǎng)兼性厭氧型異養(yǎng)需氧型30—35℃出芽生殖二分裂前期需氧，后期不需氧一直需氧約為28℃2.材料用具新鮮的水果、洗潔精、體積分數(shù)為70%的酒精、發(fā)酵瓶、紗布和榨汁機等。3.方法步驟（1）器具消毒將發(fā)酵瓶、榨汁機等器具用洗潔精清洗干凈，并用體積分數(shù)為70%的酒精消毒，晾干備用。（2）挑選、沖洗葡萄取新鮮葡萄，用清水沖洗1-2次，再去除枝梗和腐爛的籽粒，瀝干。①

（填“能”或“不能”）使用清水多次沖洗。不能防止葡萄表面的酵母菌菌種被沖洗掉。②應先沖洗葡萄，后去除枝梗？避免去除枝梗時引起葡萄破損，增加被雜菌污染的機會。（3）榨汁裝瓶用榨汁機榨取葡萄汁，將葡萄汁裝入發(fā)酵瓶中，蓋好瓶蓋。留1/3的空間的目的？①先讓酵母菌進行有氧呼吸快速繁殖，耗盡O2后再進行酒精發(fā)酵；②防止發(fā)酵過程中產(chǎn)生的CO2造成發(fā)酵液溢出。（注意：要留有大約1/3的空間）（4）酒精發(fā)酵

將溫度控制在18～30℃進行發(fā)酵。在發(fā)酵過程中，每隔12h左右將瓶蓋擰松一次（注意：不是打開瓶蓋），此后再擰緊瓶蓋。發(fā)酵時間為10～12d?？赏ㄟ^從發(fā)酵瓶口取樣來對發(fā)酵的情況進行檢測。①瓶蓋擰松的目的？排出CO2，防止發(fā)酵瓶爆裂。②不能打開瓶蓋的原因？防止雜菌和O2進入發(fā)酵瓶。（5）醋酸發(fā)酵當葡萄酒制作完成后，打開瓶蓋，蓋上一層紗布，進行葡萄醋的發(fā)酵。發(fā)酵溫度為30～35℃，時間為7～8d。①打開瓶蓋蓋上紗布的目的？②該溫度條件下，酵母菌代謝_____（填“較快”或“緩慢”）。創(chuàng)造

環(huán)境和空氣中的

進入發(fā)酵液中大量繁殖。緩慢有氧醋酸菌結(jié)果分析與評價1.在制作果酒和果醋的過程中，發(fā)酵液分別有哪些變化？其中最明顯的變化發(fā)生在發(fā)酵后多少天？引起變化的原因是什么？①果酒：發(fā)酵液（會或不會）

出現(xiàn)氣泡；

紫色葡萄皮的

進入發(fā)酵液,使葡萄酒呈

色。會花青素深紅最明顯的變化：10天左右②果醋：一般（會或不會）

出現(xiàn)氣泡；

發(fā)酵完成時，在發(fā)酵液的液面會出現(xiàn)一層菌膜，是

膜。不會醋酸菌果酒發(fā)酵果醋發(fā)酵發(fā)酵菌種菌種來源菌種代謝類型菌種生物類型發(fā)酵原理發(fā)酵條件溫度時間氧氣酵母菌醋酸菌附著在新鮮水果果皮表面的野生酵母菌空氣中的醋酸菌或人工接種的醋酸菌異養(yǎng)兼性厭氧型異養(yǎng)需氧型真核生物原核生物18～30℃30～35℃10～12d7～8d前期需氧，后期不需氧始終需氧2.在制作果酒的過程中，除了酵母菌，是否還有其他微生物生長？它們會對果酒發(fā)酵產(chǎn)生影響嗎？如果有，如何避免這種影響？①制酒過程中，還有_________________等微生物；乳酸菌、醋酸菌②控制乳酸菌數(shù)量：控制醋酸菌數(shù)量：(發(fā)酵為醋酸)(使果酒變質(zhì))減少O2含量；調(diào)節(jié)發(fā)酵溫度、pH調(diào)節(jié)發(fā)酵的溫度、pH等；3.在制作果醋的過程中，酵母菌是否還會繼續(xù)發(fā)酵？醋酸菌從何而來？采用什么措施可以加快果醋的制作？不會。發(fā)酵溫度、pH不利于酵母菌生長人工接種醋酸菌或直接打開瓶蓋，讓空氣中的醋酸菌在發(fā)酵液中大量繁殖。在工業(yè)上,后期醋的發(fā)酵需要人工接種醋酸菌。如何評價果酒的制作是否成功？聞一聞、嘗一嘗有沒有酒味

用重鉻酸鉀檢測是否含有酒精如何評價果醋的制作是否成功？灰綠色橙色灰綠色看一看有無菌膜的形成聞一聞、嘗一嘗有沒有醋味檢測比較醋酸發(fā)酵前后的pH值

有3位同學分別采用了3種不同的發(fā)酵裝置來制作果醋。A同學用的是帶蓋的塑料瓶；B同學用的是沒有蓋的塑料瓶，在發(fā)酵過程中無蓋的瓶口一直由捆綁在瓶口的8層紗布覆蓋；C同學則設計了如右圖所示的發(fā)酵裝置。結(jié)合果醋的制作原理，你認為哪一種發(fā)酵裝置更適合制作果醋？你還能繼續(xù)改進這種裝置嗎？C同學的裝置更適合制作果醋。結(jié)構(gòu)作用酒精發(fā)酵時狀態(tài)醋酸發(fā)酵時狀態(tài)充氣口排氣口出料口通入空氣關(guān)閉打開，并接入氣泵排出CO2打開打開便于取樣檢測關(guān)閉關(guān)閉進一步改進：可以在充氣口填充棉花或者安裝其他過濾裝置，以防止充入的氣體攜帶外來雜菌污染發(fā)酵液等。防止雜菌污染

在上述傳統(tǒng)發(fā)酵食品的制作過程中，我們沒有接種菌種，而是利用了天然存在的菌種。菌種差異、雜菌情況不明和發(fā)酵過程的控制缺乏標準等，往往會造成發(fā)酵食品的品質(zhì)不一。為了縮短發(fā)酵時間，確保品質(zhì)穩(wěn)定，工業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn)時，通常會先通過微生物培養(yǎng)技術(shù)獲得單一菌種，再將它們接種到物料中進行發(fā)酵。傳統(tǒng)發(fā)酵食品的制作的局限性？如何解決？本節(jié)小結(jié)項目泡菜果酒果醋菌種生物學分類代謝方式最適溫度范圍生產(chǎn)生活應用發(fā)酵原理乳酸菌酵母菌醋酸菌原核生物原核生物真核生物異養(yǎng)厭氧型異養(yǎng)需氧型異養(yǎng)兼性厭氧型18~30℃30~35℃30-40℃乳制品的發(fā)酵、泡菜釀酒、發(fā)面制醋C6H12O62C3H6O3（乳酸）酶+能量C6H12O6→2C2H5OH＋2CO2＋能量酶C6H12O6→2C2H5OH＋2CO2＋能量酶C2H5OH＋O2→CH3COOH＋H2O＋能量酶C2H5OH+O2→CH3COOH（醋酸）+H2O+能量酶C6H12O6→2C2H5OH（酒精）+2CO2+能量酵母菌先在有氧條件下大量繁殖再在無氧條件下進行酒精發(fā)酵C6H12O6+6O2+6H2O→6CO2+12H2O+能量酶酶3.果醋制作醋酸菌在氧氣、糖源充足時,將糖分解成醋酸C6H12O6+2O2→2CH3COOH+2CO2+2H2O+能量酶當缺少糖源時，將乙醇變?yōu)橐胰?，再將乙醛變?yōu)榇姿?.果酒制作1.泡菜制作乳酸菌在無氧條件下將糖分解成乳酸C6H12O6→2C3H6O3（乳酸）+能量酶（三）微生物的發(fā)酵反應式一、概念檢測1.油炸臭豆腐是我國一些地方的風味小吃。制作時需要將豆腐浸入含有乳酸菌、芽抱桿菌等微生物的鹵汁中發(fā)酵。判斷下列相關(guān)表述是否正確。（1）鹵汁中的乳酸菌和芽抱桿菌不存在競爭關(guān)系。（）（2）乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)生了乳酸和CO2。（）（3）微生物發(fā)酵產(chǎn)生了不同的代謝物使得該臭豆腐具有特殊的味道。（）××√即時練習2.傳統(tǒng)發(fā)酵食品的制作需要各種各樣的微生物。下列相關(guān)敘述錯誤的是（）A.腌制泡菜利用了乳酸菌的乳酸發(fā)酵B.制作腐乳利用了毛霉等產(chǎn)生的蛋白酶C.制作果酒利用了酵母菌在無氧條件下產(chǎn)生酒精D.制作果醋利用了醋酸菌在無氧條件下產(chǎn)生醋酸D即時練習二、拓展應用1.請舉例說說你身邊的傳統(tǒng)發(fā)酵食品有哪些，它們的制作原理是什么。有機會的話，你也可以嘗試做一做。提