傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用-2023-2024學(xué)年高二下學(xué)期生物選擇性必修三

目錄/CONTENTS01發(fā)酵工程02細(xì)胞工程03基因工程04生物技術(shù)的安全性與倫理問題

發(fā)酵工程是指利用微生物的特定功能,通過現(xiàn)代工程技術(shù)，規(guī)?；a(chǎn)對人類有用的產(chǎn)品。它涉及菌種的選育和培養(yǎng)、產(chǎn)物的分離和提純等方面。第1章發(fā)酵工程從傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)到發(fā)酵工程科學(xué)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(xué)家開始運(yùn)用數(shù)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、化學(xué)工程原理以及計(jì)算機(jī)技術(shù)對發(fā)酵過程進(jìn)行綜合研究。20世紀(jì)80年代法國微生物學(xué)家巴斯德通過實(shí)驗(yàn)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(jì)40年代基因工程、細(xì)胞工程等發(fā)展，人胰島素和干擾素大量生產(chǎn)。20世紀(jì)70年代以后190019401960185019801970約9000年前我們祖先就會(huì)利用微生物將谷物、水果發(fā)酵為含酒精的飲料。【從社會(huì)中來】

葡萄美酒夜光杯，欲飲琵琶馬上催。醉臥沙場君莫笑，古來征戰(zhàn)幾人回。

——（唐·王翰）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(gè)是醇厚濃郁、耐人尋味的酒，一個(gè)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(dòng)手制作葡萄酒和葡萄醋呢？1.1傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用目錄：發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)1

嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品2一、制作泡菜二、制作果酒和果醋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(shí)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(diǎn)？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3.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(shí)使腐乳有獨(dú)特的香味。4.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(tuán)、鹵汁等發(fā)酵物中的微生物進(jìn)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(jìn)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(diǎn)：生產(chǎn)效率較低，產(chǎn)物不單一等。（1）發(fā)酵是指人們利用微生物，在缺氧的條件下，將原料通過微

生物的代謝轉(zhuǎn)化為人類所需要的產(chǎn)物

（

）（2）毛霉主要通過產(chǎn)生蛋白酶分解蛋白質(zhì)參與腐乳發(fā)酵

（

）（3）腐乳制作利用了毛霉等真菌的有氧呼吸

（

）判斷?？颊Z句，澄清易混易錯(cuò)1.乳酸發(fā)酵應(yīng)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(yīng)用：乳制品的發(fā)酵、泡菜的腌制二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品乳酸鏈球菌乳酸桿菌（原核生物）（4）常見類型：乳酸鏈球菌、乳酸桿菌C6H12O62C3H6O3（乳酸）酶+能量①利用_______________________來進(jìn)行發(fā)酵；制作泡菜（1）發(fā)酵原理：植物體表面天然的乳酸菌②發(fā)酵期間，乳酸會(huì)________，當(dāng)它的質(zhì)量百分比為_________時(shí)，泡菜的口味、品質(zhì)最佳；不斷積累0.4%-0.8%③相關(guān)反應(yīng)式C6H12O6酶2C3H6O3（乳酸）+能量（2）發(fā)酵條件適宜的_____；根據(jù)室內(nèi)溫度控制_________嚴(yán)格控制_____條件；溫度厭氧發(fā)酵時(shí)間（3）制作流程配制鹽水用清水和食鹽配制質(zhì)量百分比為5%-20%的鹽水，并將鹽水煮沸，冷卻待用；原料處理、蔬菜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(shí)，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(bǔ)充水；根據(jù)室內(nèi)溫度控制發(fā)酵時(shí)間；（4）結(jié)果分析與評(píng)價(jià)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)酵將受抑制；過低，雜菌易繁殖，導(dǎo)致泡菜變質(zhì)③鹽水煮沸的目的：殺菌，去除水中的溶解氧④鹽水冷卻后使用的目的：為了不影響乳酸菌的生命活動(dòng)⑤泡菜壇子使用之前要檢查密封性的目的：給泡菜壇內(nèi)創(chuàng)造無氧環(huán)境，嚴(yán)格控制厭氧條件⑥用水密封泡菜壇的目的：給泡菜壇內(nèi)創(chuàng)造無氧環(huán)境，嚴(yán)格控制厭氧條件⑦以上說明泡菜制作需要什么條件？說明泡菜制作需要在無氧條件下進(jìn)行（即厭氧條件）⑧泡菜制作過程中，是否只有乳酸菌起作用？不是，還有一些酵母菌和大腸桿菌⑨為什么泡菜壇只能裝八分滿？

在泡菜發(fā)酵初期，由蔬菜表面帶入的大腸桿菌、酵母菌等較為活躍，它們可進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵產(chǎn)物中有較多的CO2，如果泡菜壇裝得太滿，發(fā)酵液可能會(huì)溢出壇外；另外，泡菜壇裝得太滿，會(huì)使鹽水不太容易完全淹沒菜料，從而導(dǎo)致壇內(nèi)菜料變質(zhì)腐爛；

（防止由于產(chǎn)生CO2而導(dǎo)致發(fā)酵液溢出壇外；防止因裝太滿使鹽水未完全淹沒菜料而導(dǎo)致菜料變質(zhì)腐爛）(6)你腌制的泡菜成功嗎？色澤如何？口味如何?泡菜好吃，但不宜多吃，泡菜中亞硝酸鹽會(huì)危及人體健康(5)從開始制作到泡菜質(zhì)量最佳這段時(shí)間內(nèi)，泡菜逐漸變酸，泡菜壇中乳酸菌和其他雜菌的消長規(guī)律是什么？

乳酸菌數(shù)量增多，雜菌數(shù)量減少；因?yàn)槿樗峋绕渌s菌更耐酸。（7）、進(jìn)一步探究亞硝酸鹽：膳食中的亞硝酸鹽一般不會(huì)危害人體健康，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(huì)轉(zhuǎn)變成致癌物質(zhì)亞硝胺（霉變的食品中亞硝胺可增至數(shù)十倍至數(shù)百倍）。泡菜制作過程中影響亞硝酸鹽含量的因素有哪些？

溫度高低，腌制方法，時(shí)間長短，食鹽用量等。溫度過高，食鹽不足，腌制時(shí)間過短會(huì)使細(xì)菌污染、大量繁殖后，會(huì)導(dǎo)致亞硝酸鹽含量增加時(shí)期乳酸菌乳酸亞硝酸鹽發(fā)酵前期發(fā)酵中期發(fā)酵后期變化曲線少（O2抑制乳酸菌活動(dòng)）少增加（硝酸鹽還原菌的作用）最多（乳酸菌比其他雜菌更耐酸。乳酸積累，抑制其他菌活動(dòng)）增多達(dá)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(dòng)）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）泡菜制作過程中乳酸菌、乳酸和亞硝酸鹽含量的變化情況分析（拓展應(yīng)用P8,2）某同學(xué)在制作泡菜前，查閱資料得知，可以向泡菜壇中加些“陳泡菜水”，在用5﹪的食鹽水制作泡菜時(shí)，他在不同時(shí)間測定了泡菜中亞硝酸鹽的含量，結(jié)果見右欄曲線圖，請你幫他分析問題。（1）據(jù)圖分析，從亞硝酸鹽含量來看，你認(rèn)為該泡菜在什么時(shí)間食用比較合適？為什么？（2）他第一次制作出的泡菜“咸而不酸”，造成這個(gè)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？10天后食用比較好，因?yàn)榇藭r(shí)亞硝酸鹽含量已經(jīng)降到較低水平。鹽濃度高，殺死了乳酸菌等微生物。“陳泡菜水”含乳酸菌，可快速發(fā)酵產(chǎn)生乳酸。(1)制作傳統(tǒng)泡菜是利用植物體表面天然的乳酸菌來進(jìn)行發(fā)酵的 ()(2)發(fā)酵期間，乳酸會(huì)不斷積累，當(dāng)它的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.04%～0.08%時(shí)，泡菜的口味、品質(zhì)最佳

()(3)選材裝至半壇時(shí)，放入蒜瓣、生姜及其他香辛料，繼續(xù)裝滿

()(4)制備泡菜時(shí)，鹽水煮沸后可以立即使用

()(5)泡菜的制作前期需要通入氧氣，后期應(yīng)嚴(yán)格保持無氧條件()(6)泡菜在腌制過程中會(huì)有亞硝酸鹽產(chǎn)生，腌制方法、時(shí)間長短和溫度高低等條件都對亞硝酸鹽的含量有影響 ()√××××√2.酒精發(fā)酵酵母菌應(yīng)用的微生物：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(jìn)行有氧呼吸，大量繁殖在無氧條件下，酵母菌進(jìn)行酒精發(fā)酵（3）應(yīng)用：（4）最適生長溫度：約為28℃酶C6H12O62C2H5OH+2CO2+能量方法步驟器具消毒將發(fā)酵瓶、榨汁機(jī)用洗潔精洗凈，并用70﹪酒精消毒，晾干備用。沖洗葡萄取新鮮葡萄，用清水沖洗1-2次，去除枝梗和腐爛的籽粒，瀝干。榨汁裝瓶用榨汁機(jī)榨取葡萄汁將葡萄汁裝入發(fā)酵瓶中，（要留大約1／3的空間）蓋好瓶蓋。酒精發(fā)酵溫度在18－300C發(fā)酵每隔12h擰松瓶蓋一次發(fā)酵時(shí)間為10-12d，可從瓶口取樣監(jiān)測將發(fā)酵瓶、榨汁機(jī)等器具用洗潔精清洗干凈，并用體積分?jǐn)?shù)為70%的酒精消毒，晾干備用;用榨汁機(jī)榨取葡萄汁，將葡萄汁裝入發(fā)酵瓶（注意：要留有大約1/3的空間），蓋好瓶蓋;將溫度控制在18-30℃進(jìn)行發(fā)酵，在發(fā)酵過程中，每隔12h左右將瓶蓋擰松一點(diǎn)（注意：不是打開瓶蓋），此后再擰緊瓶蓋。發(fā)酵時(shí)間為10-12d。可通過從發(fā)酵瓶口取樣來對發(fā)酵的情況進(jìn)行檢測。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;除灰去污避免葡萄破損，減少雜菌污染①有氧條件，利于酵母菌快速繁殖；耗盡O2后，再進(jìn)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。無需多次。防止菌種減少，影響發(fā)酵排出氣體，防止爆裂防止雜菌污染器具消毒沖洗葡萄榨汁裝瓶果酒發(fā)酵果酒制作步驟：排氣口充氣口出料口①充氣口？②排氣口？應(yīng)封閉充氣口需要打開，及時(shí)排氣排氣口通過用一個(gè)長而彎曲的膠管與瓶身相連目的？是防止空氣中微生物的污染發(fā)酵裝置巴斯德的鵝頸瓶實(shí)驗(yàn)③出料口？用來取樣檢驗(yàn)發(fā)酵進(jìn)程，可以檢驗(yàn)酒味、酒精的含量、進(jìn)行酵母菌的鏡檢等。3.醋酸發(fā)酵醋酸菌當(dāng)氧氣、糖源都充足時(shí)，將糖分解成乙酸;應(yīng)用的微生物：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(dāng)缺少糖源時(shí)，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(fēng)味的醋（3）應(yīng)用：（4）最適生長溫度：30～35℃將發(fā)酵瓶、榨汁機(jī)等器具用洗潔精清洗干凈，并用體積分?jǐn)?shù)為70%的酒精消毒，晾干備用;用榨汁機(jī)榨取葡萄汁，將葡萄汁裝入發(fā)酵瓶（注意：要留有大約1/3的空間），蓋好瓶蓋;將溫度控制在18-30℃進(jìn)行發(fā)酵，在發(fā)酵過程中，每隔12h左右將瓶蓋擰松一點(diǎn)（注意：不是打開瓶蓋），此后再擰緊瓶蓋。發(fā)酵時(shí)間為10-12d?？赏ㄟ^從發(fā)酵瓶口取樣來對發(fā)酵的情況進(jìn)行檢測。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;器具消毒沖洗葡萄榨汁裝瓶果酒發(fā)酵果醋發(fā)酵當(dāng)葡萄酒制作完成后，打開瓶蓋，蓋上一層紗布，進(jìn)行葡萄醋的發(fā)酵。發(fā)酵溫度為30-35℃，時(shí)間為7-8d?？諝庵械拇姿峋鷷?huì)進(jìn)入果酒發(fā)酵液中大量繁殖果醋制作步驟：①打開瓶蓋蓋上紗布目的？②30～35℃溫度條件下，酵母菌代謝

（填“較快”或“緩慢”）。創(chuàng)造有氧的環(huán)境和醋酸菌進(jìn)入發(fā)酵瓶。緩慢①充氣口？應(yīng)連接氣泵，輸入無菌氧氣

；②排氣口？③出料口？應(yīng)要及時(shí)打開；用來取樣檢驗(yàn)發(fā)酵進(jìn)程。果酒發(fā)酵與果醋發(fā)酵的裝置結(jié)構(gòu)作用酒精發(fā)酵時(shí)狀態(tài)醋酸發(fā)酵時(shí)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打開打開便于取樣監(jiān)測關(guān)閉關(guān)閉結(jié)果分析和評(píng)價(jià)：（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(huì)或不會(huì)）

出現(xiàn)氣泡；

紫色葡萄皮的

進(jìn)入發(fā)酵液,使葡萄酒呈

色。最明顯的變化：10天后②果醋：一般（會(huì)或不會(huì)）

出現(xiàn)氣泡，

發(fā)酵完成時(shí)，在發(fā)酵液的液面會(huì)出現(xiàn)一層菌膜，是

菌膜。會(huì)花青素深紅色不會(huì)醋酸菌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(huì)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，還會(huì)存有

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(huì)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(huì)。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(píng)價(jià)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(píng)價(jià)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

小結(jié)泡菜果酒果醋菌種生物學(xué)分類代謝方式最適溫度范圍發(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厭氧型需氧型兼性厭氧型18~30℃30~35℃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1.油炸臭豆腐是我國一些地方的風(fēng)味小吃。制作時(shí)需要將豆腐浸入含有乳酸菌、芽孢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