传统发酵技术的应用课件 【知识精讲精研】 高二下学期生物人教版选择性必修三

从传统发酵技术到发酵工程科学家发现了酶在酵母菌发酵中的作用。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年代以后法国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。1857年利用发酵工程大规模生产青霉素，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。究竟什么是发酵呢？1.1传统发酵技术的应用问题探讨“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?资料一：夏禹时期,已有了关于杜康秫酒的传说。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)概念：1.发酵：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(2)原理：不同的微生物具有

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。产生不同代谢产物

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(3)类型：好氧发酵厌氧发酵醋酸发酵酒精发酵、乳酸发酵氧气需求2.传统发酵技术：(1)概念：直接利用原材料中

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。天然存在(2)类型：①固体发酵泡菜、粮食白酒、腐乳等②半固体发酵豆豉、酱、酱油等(3)实例：腐乳制作①原理酵母、曲霉和毛霉等多种微生物(毛霉起主要作用)蛋白质脂肪小分子肽氨基酸甘油脂肪酸++混合菌种脂肪酶蛋白酶毛霉是一种丝状真菌，其生殖方式为孢子生殖，代谢类型是异养需氧型。让豆腐长出毛霉加盐腌制加卤汤密封腌制②制作流程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目的：析出豆腐中的水分、抑制杂菌生长酒：抑制微生物生长，并使腐乳具有独特香味；香辛料：调味，防腐杀菌封瓶时瓶口通过酒精灯火焰防止瓶口污染(4)传统发酵技术的特点：混合菌种发酵固体发酵及半固体发酵家庭式或作坊式(5)传统发酵技术的优点：操作简单、传承文化(6)传统发酵技术的缺点：生产条件不易控制容易受杂菌污染、生产效率低【思考】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？生产条件不易控制，容易受杂菌污染(一)泡菜的制作1.菌种：乳酸菌①生殖方式：二分裂③代谢类型：异养厌氧型④种类：乳酸链球菌、乳酸杆菌（原核生物）2.发酵原理：在无氧的情况下能将葡萄糖分解成乳酸C6H12O62C3H6O3（乳酸）+能量酶②菌种分布：空气、土壤、植物体表、人或动物肠道内二、尝试制作传统发酵食品(一)泡菜的制作（1）泡菜制作原理：

利用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。（2）材料用具：(一)泡菜的制作（2）材料用具：食盐清水新鲜蔬菜(萝卜、黄瓜、白菜、豇豆等)蒜瓣生姜其他香辛料(花椒、辣椒等)白酒泡菜坛为什么要选择新鲜蔬菜？蔬菜中含有大量的硝酸盐，若放置时间过长，蔬菜中的硝酸盐易被还原为亚硝酸盐，增加泡菜中的亚硝酸盐含量。（3）方法步骤：配制盐水原料处理、蔬菜装坛加盐水封坛发酵

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调味，抑制微生物生长杂菌易繁殖，导致泡菜变质乳酸发酵受抑制，口味不佳杀菌和除氧防止影响乳酸菌的生命活动(一)泡菜的制作（3）方法步骤：

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；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；为什么泡菜坛只能装八成满？配制盐水原料处理、蔬菜装坛加盐水封坛发酵(一)泡菜的制作（3）方法步骤：

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。

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。

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。创造无氧环境配制盐水原料处理、蔬菜装坛加盐水封坛发酵(一)泡菜的制作（4）结果分析和评价：如何判断你腌制的泡菜是否成功？色泽如何？口味如何？1.泡菜质量可以根据泡菜的色泽和风味进行初步的评定；

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。3.根据亚硝酸盐的含量来评定；4.根据不同时期泡菜坛中乳酸菌的数量来评定。2.可以通过在显微镜下观察乳酸菌的形态；(一)泡菜的制作（5）制作泡菜的注意事项：腌制过程中，要注意控制腌制的时间、温度和食盐的用量。

温度过高、食盐用量不足10％、腌制时间过短，容易造成细菌大量繁殖，亚硝酸盐含量增加。一般在腌制10天后，亚硝酸盐的含量开始下降。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（6）泡菜发酵过程中，乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的含量变化：少（O2抑制乳酸菌活动）少增加（硝酸盐还原菌的作用）最多（乳酸抑制其他菌活动）增多下降（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，抑制其活动）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）（7）进一步探究——测定亚硝酸盐：泡菜腌制过程中会有亚硝酸盐产生，如果人体摄入过量亚硝酸盐，会发生中毒，甚至死亡。膳食中的亚硝酸盐一般不会危害人体健康，但是，当人体摄入的亚硝酸盐总量达到0.3～0.5g时，会引起中毒，当摄入总量达到3g时，会引起死亡。膳食中的绝大部分亚硝酸盐随尿排出，只有在特定的条件下(适宜的pH、温度和一定的微生物作用)才会转变成致癌物——亚硝胺，亚硝胺对动物还具有致畸和致突变作用。（7）进一步探究——测定亚硝酸盐：在盐酸酸化条件下，亚硝酸盐与对氨基苯磺酸发生重氮化反应后，再与N-1－萘基乙二胺盐酸盐结合生成玫瑰红溶液。将经过反应显色后的待测样品与标准液比色，即可计算出样品中的亚硝酸盐含量。实验原理亚硝酸钠标准显色液比色法设计实验跟踪检测泡菜在制作过程中亚硝酸盐含量的变化。实验目的（7）进一步探究——测定亚硝酸盐：酸化：对氨基苯磺酸溶于盐酸中重氮化：亚硝酸盐+对氨基苯磺酸重氮盐酸比色：样品和标准比色液对比，估算亚硝酸盐含量显色：重氮盐+N-1－萘基乙二胺盐酸盐玫瑰红色泡菜样品实验原理比色法(二)果酒、果醋的制作一、果酒制作的原理1.菌种：①生殖方式：②代谢类型：③菌种分布：酵母菌异养兼性厌氧型真核生物（单细胞真菌）无性生殖含糖量较高的蔬菜水果表面④最适生长温度：酿酒酵母：约为28℃；野生酵母：18~30℃（多以出芽生殖为主，分裂生殖、孢子生殖）(二)果酒、果醋的制作一、果酒制作的原理2.发酵原理：①菌种：附着在葡萄皮上的野生型酵母菌。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＋2CO2+能量

酶C6H12O6＋6O2＋6H2O

6CO2＋12H2O+能量

酶②发酵过程：(二)果酒、果醋的制作二、果醋制作的原理1.菌种：①生殖方式：②代谢类型：③菌种分布：④最适生长温度：醋酸菌异养需氧型原核生物（单细胞细菌）二分裂30～35℃空气中(二)果酒、果醋的制作二、果醋制作的原理糖源、氧气都充足时：缺少糖源、氧气充足时：C6H12O6＋2O2

2CH3COOH＋2CO2＋2H2O+能量

酶2.发酵过程：C2H5OH＋O2

CH3COOH＋H2O+能量

酶需要充足的氧气。当缺少糖源时，将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸。(二)果酒、果醋的制作1.实验原理新鲜水果的果皮表面附着有大量不同种类的野生酵母菌；在酵母菌的作用下，水果可以发酵成果酒。C6H12O62C2H5OH(酒精)+2CO2+能量酶在有氧条件下果酒经醋酸菌作用可以进一步发酵成果醋。C2H5OH

+O2CH3COOH(醋酸)+H2O+能量酶(二)果酒、果醋的制作2.材料用具新鲜水果(葡萄、苹果、山楂、龙眼等)纱布体积分数为70%的酒精发酵瓶洗洁精榨汁机(二)果酒、果醋的制作3.方法步骤器具消毒冲洗葡萄榨汁装瓶果酒检测酒精发酵打开瓶盖，盖上纱布果醋检测将发酵瓶、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。全面防止杂菌污染(二)果酒、果醋的制作3.方法步骤取新鲜葡萄，用清水冲洗1-2次，再去除枝梗和腐烂的籽粒，沥干。（1）新鲜葡萄用清水冲洗的主要目的是

什么？冲洗次数不宜太多，为什么？

冲洗次数不宜太多避免冲洗掉附着在葡萄皮上的野生酵母菌。冲洗的主要目的是洗去灰尘；（2）为什么先冲洗葡萄再除去枝梗？

避免除去枝梗时引起葡萄破损，增加被杂菌污染的机会。器具消毒冲洗葡萄榨汁装瓶果酒检测酒精发酵打开瓶盖，盖上纱布果醋检测(二)果酒、果醋的制作3.方法步骤器具消毒冲洗葡萄榨汁装瓶果酒检测酒精发酵打开瓶盖，盖上纱布果醋检测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。在发酵液装瓶后为什么要保持1/3的剩余空间？利于酵母菌进行有氧呼吸快速繁殖，

耗尽氧气后再进行酒精发酵B.防止发酵过程中产生的CO2造成

发酵液的溢出(二)果酒、果醋的制作3.方法步骤器具消毒冲洗葡萄榨汁装瓶果酒检测酒精发酵打开瓶盖，盖上纱布果醋检测将温度控制在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。（1）在果酒发酵阶段每隔12h拧松瓶盖一次，

其原因是什么？

在果酒发酵过程中产生CO2

，防止瓶内气压过高引起爆裂。（2）拧松瓶盖后再将瓶盖拧紧，原因是什么？

防止进入O2，影响酒精发酵（3）为什么将温度控制在18-30℃进行发酵？

适合多种酵母菌生长的温度范围。(二)果酒、果醋的制作3.方法步骤器具消毒冲洗葡萄榨汁装瓶果酒检测酒精发酵打开瓶盖，盖上纱布果醋检测可通过从发酵瓶口取样来对发酵的情况进行检测。醋酸菌进行有氧呼吸产生醋酸(二)果酒、果醋的制作4.结果分析与评价（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，发酵液中会产生气泡，这是因为酵母菌发酵产生CO2；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。

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。(二)果酒、果醋的制作（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，还有乳酸菌、醋酸菌等微生物。乳酸菌可能会分解果酒中的有机物，使果酒变质。可以通过调节发酵的温度、果酒的pH等来控制乳酸菌的含量。

醋酸菌在有氧的条件下会将乙醇转化为醋酸，从而影响果酒发酵，在果酒制作的过程中尽量减少O2含量，从而抑制醋酸菌的繁殖。也可以通过调节发酵的温度、果酒的pH等同样可以控制醋酸菌的含量。(二)果酒、果醋的制作（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。

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。(二)果酒、果醋的制作（4）在果酒和果醋制作中，哪些做法可防止发酵液被污染？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）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）(二)果酒、果醋的制作（6）如何检测果醋的发酵情况？a.闻；

b.品尝；

c.观察醋酸菌膜是否形成。d.使用pH试纸检测和比较发酵前后的pH值；在上述传统发酵食品的制作过程中，我们没有接种菌种，而是利用了天然存在的菌种。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。为了缩短发酵时间，确保品质稳定，工业上大规模生产时，通常会先通