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

第一章发酵工程第1节传统发酵技术的应用葡萄美酒夜光杯，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？

葡萄酒和葡萄醋都是由葡萄发酵而来，但是一个经酵母菌无氧呼吸产生了酒精，另一个经醋酸菌有氧呼吸产生了醋酸，因此口感不同。

从社会中来凉州词资料一：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。资料二：夏禹时期，已有了关于杜康造秫酒的传说。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。资料三：1857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。资料四：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。背景知识思考：1.酒曲是什么?微生物2.酿酒加酒曲的目的是什么?使原料通过微生物的代谢转化为人类所需的产物。

3.酒中除了酒精还有其他物质的吗？还有乳酸、醋酸等物质。只是含量相对较少。一、发酵与传统发酵技术(1)概念：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。1.发酵(2)原理：不同的微生物具有产生不同代谢产物的能力不同微生物的遗传物质不同，导致其细胞内催化反应的酶不同，进而导致代谢途径有差异。如底物为葡萄糖，无氧条件下，酵母菌进行酒精发酵，而乳酸菌进行乳酸发酵。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。如底物为葡萄糖的情况下，酵母菌在有氧、无氧条件下的代谢产物不同。一、发酵与传统发酵技术(1)概念：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。1.发酵(2)原理：不同的微生物具有产生不同代谢产物的能力(3)类型需氧发酵厌氧发酵如：醋酸发酵、谷氨酸发酵如：酒精发酵、乳酸发酵对微生物而言，“发酵”在有氧和无氧条件下都能进行。必修一（P94）中提到的发酵特指“微生物的无氧呼吸”，是狭义的发酵概念。2.传统发酵技术(1)实例：腐乳①发酵原理：蛋白质小分子肽+氨基酸蛋白酶味道鲜美，易于消化吸收，又便于保存②特点：酵母，曲霉和毛霉等，主要是毛霉（真核）③参与发酵的微生物：丝状真菌（真核生物）异养需氧型孢子生殖毛霉代谢类型：生殖方式：生物类型：（无性繁殖）（2）传统发酵技术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。③类型：传统发酵以混合菌种的固体发酵及半固体发酵为主，菌种差异、杂菌情况不明和发酵过程的控制缺乏标准等⑥发酵产品：酱、酱油、醋、泡菜、豆豉、酒、腐乳等通常是家庭式或作坊式。（操作简单）④优点：⑤缺点：思考：使用酵母制作馒头属于传统发酵技术吗？不属于，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。②菌种来源：2.下列关于传统发酵技术的叙述，错误的是（）A.传统发酵常常是固体发酵或者半固体发酵B.传统发酵利用的微生物一般为天然存在的单一菌种C.传统饮食中的酱油、醋、泡菜等可通过传统发酵获得D.传统发酵存在杂菌情况不明、过程控制缺乏标准等问题B3.下列关于腐乳制作原理的叙述，不正确的是（）A.腐乳制作实质就是利用发酵技术，将大分子有机物分解为小分子有机物的过程B.腐乳制作中，起作用的微生物多为异养型真菌C.传统发酵利用的是天然存在的菌种，所生产的食品安全性更高D.家庭自制腐乳时，一般不需要单独接种菌种C1.下列有关传统发酵技术的叙述，正确的是（）

A.发酵所用的微生物均为原核生物 B.不同发酵产品所用原料必定不同

C.传统发酵均需在通气条件下进行 D.发酵所用菌种都是天然存在的微生物D课堂检测二、尝试制作传统发酵食品乳酸菌（1）菌种：（2）发酵原理：乳酸菌在无氧的情况下能将葡萄糖分解成乳酸C6H12O62C3H6O3(乳酸)+能量酶乳酸菌乳酸含量0.4%~0.8%时,口味、品质最佳①分类地位：②代谢类型：⑤种类：④分布：③应用：异养厌氧型空气、土壤、植物体表、人或动物肠道常见乳酸链球菌、乳酸杆菌乳制品的发酵、泡菜的腌制原核生物随乳酸增加，pH会变小，口感变酸。1.制作泡菜（3）发酵条件：适宜的温度，根据室内温度控制发酵时间，严格控制厌氧条件。（5）材料用具②调味品：食盐、蒜瓣、生姜、及其他香辛料（如花椒、八角等）。③泡菜坛或其他密封性良好的罐子。①各种新鲜蔬菜、清水（4）菌种来源：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（因为亚硝酸盐的含量低，若放置时间过长，蔬菜中的硝酸盐已被还原成亚硝酸盐）给泡菜坛内创造无氧环境，严格控制厌氧条件（6）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。原料处理蔬菜装坛加盐水封坛发酵①盐的作用：调味；杀菌；抑制其他微生物生长。过高：乳酸发酵将受抑制，泡菜口味不佳；过低：杂菌易繁殖，导致泡菜变质。杀菌；去除水中的溶解氧为了不影响乳酸菌等的生命活动②盐水浓度要适宜的原因：（创新P4）③盐水煮沸的目的：（创新P3）④盐水冷却后使用的目的：（创新P3）（6）方法步骤配制盐水原料处理蔬菜装坛加盐水封坛发酵将新鲜蔬菜（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。②为什么泡菜坛只能装八成满？（结果分析与评价2.）（创新P3）调味和抑制微生物生长a.防止发酵初期酵母菌等产生CO2造成发酵液溢出坛外；b.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。①香辛料：创造无氧环境（6）方法步骤配制盐水原料处理蔬菜装坛加盐水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。将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过菜料，盖好坛盖。（结果分析与评价1.）用水密封泡菜坛的目的是什么？这说明泡菜制作需要什么条件？给泡菜坛内创造无氧环境。无氧条件，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。③如何判断你腌制的泡菜成功吗？色泽如何？口味如何？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。泡菜虽好吃，但不宜多吃，泡菜中的亚硝酸盐会危及人体健康。a.泡菜质量可以根据泡菜的色泽和风味进行初步的评定。c.根据亚硝酸盐的含量来评定。b.根据不同时期泡菜坛中乳酸菌的数量来评定。（7）结果分析与评价①如何制造泡菜制作中的“无氧环境”？（措施）盐水煮沸；盐水没过菜料；向坛沿加满水并经常补充水；选择气密性良好的泡菜坛。②为什么泡菜坛只能装八成满？2.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，亚硝酸盐含量已经降到较低水平。盐浓度高，杀死了乳酸菌等微生物，发酵温度过低等原因导致泡菜未能正常发酵。“陈泡菜水”含纯度较高的乳酸菌练习与应用二.拓展应用P8加入“陈泡菜水”相当于接种乳酸菌，可快速发酵产生乳酸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）(8)进一步探究：泡菜制作过程中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的含量变化从开始制作到泡菜质量最佳这段时间内，泡菜逐渐变酸，泡菜坛中乳酸菌和其他杂菌的消长规律是什么？原因？乳酸菌数量增多，杂菌数量减少；因为乳酸菌比其他杂菌更耐酸。思考：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泡菜发酵一段时候后可能会出现白色的膜，是产膜酵母菌繁殖形成的；这时可往泡菜坛中加入适量的白酒。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。（1）制作果酒2.制作果酒和果醋酵母菌①菌种：真核生物含糖量较高的蔬菜、水果表面酿酒、制作馒头和面包分类地位：代谢类型：应用：分布：适宜温度：酿酒酵母的最适生长温度约为28℃异养兼性厌氧型(传统发酵果酒的菌种来源）(单细胞真菌)生殖方式：无性生殖有性生殖、（主要是出芽生殖）②发酵原理C6H12O62C2H5OH+2CO2+能量酶③发酵条件酿酒酵母的最适温度约为28℃。(酒精发酵)在有氧条件下，酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖在无氧条件下，酵母菌能进行酒精发酵C6H12O6+6O2+6H2O6CO2+12H2O+能量酶温度：氧气：先有氧后无氧(酵母菌大量繁殖)（2）制作果醋①菌种：空气中的醋酸菌;变酸的酒表面形成的菌膜.原核生物30~35℃制作各种风味的醋分类地位：代谢类型：适宜温度：应用：异养需氧型

C6H12O6+2O2→2CH3COOH+2H2O+2CO2+能量C2H5OH+O2→CH3COOH+H2O+能量酶酶②发酵原理：③发酵条件温度：将温度控制在30～35℃进行发酵。氧气：需要在充足的氧气条件下传统发酵果醋的菌种来源：醋酸菌（3）材料用具①新鲜的水果（如葡萄、苹果、山楂和龙眼等）②洗洁精、体积分数70%的酒精、发酵瓶、纱布和榨汁机等（4）方法步骤（含发酵装置）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，晾干备用冲洗葡萄榨汁装瓶果酒发酵(酒精检测）70%的酒精的作用：消毒，防止器具上的杂菌污染取新鲜葡萄，用清水冲洗1-2次，再去除枝梗和腐烂的籽粒，沥干。③先冲洗再去枝梗的原因：避免葡萄破损，减少被杂菌污染的机会去除表面灰尘、污物不能。防止野生菌种数量减少，影响发酵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（创新P5）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。①冲洗的目的：冲洗1-2次即可，能否反复冲洗，为什么？②不能反复冲洗的原因：（创新P5）√充气口排气口出料口有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同学用的是没有盖的塑料瓶，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？A同学B同学C同学二、拓展应用练习与应用（P8）充气口使用方法：醋酸发酵时打开；果酒发酵时关闭。作用：用来取样检测并放出发酵产物作用：排出酒精发酵时产生的CO2；排气口出料口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。进一步改进：排气管相连的胶管长而弯曲的原因：阻止空气中的杂菌污染发酵液。作用：醋酸发酵时连接充气泵进行充气（无菌空气）（4）方法步骤器具消毒冲洗葡萄榨汁装瓶果酒发酵(酒精检测）将温度控制在18-30℃进行发酵，在发酵过程中，每隔12h左右将瓶盖拧松一次（注意：不是打开瓶盖），此后再拧紧瓶盖。发酵时间为10-12d.可通过从发酵瓶口取样来对发酵的情况进行监测①每隔12h左右将瓶盖拧松一次的目的：防止空气中的杂菌及O2进入发酵液②不打开瓶盖的原因：发酵时温度控制在18-30℃的原因：果皮表面附着的野生酵母菌可能有多种，提供了适合多种酵母菌生长的温度范围。另外，控制温度在一个较大范围内比较简单易行。酒精含量达到12%─16%时，发酵几乎停止，原因：酒精浓度升高、pH降低抑制甚至杀死酵母菌;营养物质被耗尽；排出CO2防止发酵瓶爆裂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)重铬酸钾③检测酒精的方法：果酒发酵能一直进行吗？（4）方法步骤器具消毒冲洗葡萄榨汁装瓶果酒发酵(酒精检测）果醋发酵(醋酸检测）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。其他的菌种因不适应环境条件（不能利用乙醇）而不能繁殖，该温度下酵母菌代谢缓慢。果醋发酵完成时，在发酵液面上会出现一层菌膜，即醋酸菌膜。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接种空气中的醋酸菌，提供醋酸发酵所需的氧气①打开瓶盖的目的：盖上一层纱布的原因？其他杂菌会进入发酵液吗？会大量繁殖吗？阻挡空气中的尘土进入发酵液②检测果醋的方法：（5）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？发酵酒精发酵醋酸发酵气味和味道气泡和泡沫发酵液颜色10天左右有酒味有酸味有气泡和泡沫无气泡和泡沫紫色葡萄皮的花青素进入发酵液,使葡萄酒呈深红色。发酵完成时，液面形成白色菌膜，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？制酒过程中，还有_________________等微生物。

乳酸菌、醋酸菌控制乳酸菌数量：控制醋酸菌数量：调节发酵的温度、pH等。减少O2含量；调节发酵温度、pH。③在制作果醋的过程中，酵母菌是否还会继续发酵？不会。发酵温度、pH不利于酵母菌生长，因此酵母菌活性很低，很难继续发酵。醋酸菌从何而来？采用什么措施可以加快果醋的制作？传统发酵时，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，用这层薄膜进行接种可以明显缩短制作果醋的时间。在工业上,可以人工接种纯化的醋酸菌。打开瓶盖，空气中的醋酸菌进入发酵液中大量繁殖，人工接种醋酸菌在果酒和果醋制作中，哪些做法可防止发酵液被污染？（3）排气时只需拧松瓶盖，不要打开瓶盖。（1）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。（2）处理葡萄时应先冲洗再去除枝梗；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

时间氧气酵母菌传统的葡萄酒酿造采用自然发酵，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C6H12O6+6H2O+6O2

6CO2+12H2O+能量酶C6H12O62C2H5OH+2CO2+少量能量酶一般18-30℃，最适28℃左右。10-12d初期需氧，后期不需氧醋酸菌异养需氧型原核细胞空气中野生型醋酸菌C6H12O6+2O2

2CH3COOH+2H2O+2CO2+能量酶C2H5OH+O2

CH3COOH+H2O+能量酶7-8d需要氧气乳酸菌植物体表面天然的乳酸菌异养厌氧型原核细胞C6H12O62C3H6O3(乳酸)+能量酶在无氧的情况下：适宜温度不需要氧气8-10d30-35℃三、泡菜、果酒、果醋制作的比较在有氧条件下：在无氧条件下：氧气、糖源