1.1 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

目錄/CONTENTS01發(fā)酵工程02細胞工程03基因工程04生物技術(shù)的安全性與倫理問題約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。夏禹時期，已有了關(guān)于少康（即杜康）造秫酒的傳說。人類最初可能是發(fā)現(xiàn)儲存的水果會自然發(fā)酵變成酒，因而逐漸摸索出釀酒技術(shù)的。釀酒技術(shù)給古代人民的生活增添了豐富的色彩。我國具有悠久的釀酒文化和歷史，許多古老的釀酒工藝一直保留并延續(xù)至今。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節(jié)傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的應用

什么是傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)？制作泡菜、果酒和果醋的原理是什么？怎樣制作泡菜？怎樣制作果酒和果醋？本節(jié)聚焦：第1章

發(fā)酵工程指人們利用微生物，在適宜條件下，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：（二）傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)：不同的微生物具有產(chǎn)生不同代謝產(chǎn)物的能力直接利用原材料中天然存在的微生物，或利用前一次發(fā)酵保留下來的面團、鹵汁等發(fā)酵物中微生物進行發(fā)酵，制作食品的技術(shù)。（2）類型：固體發(fā)酵（泡菜、糧食白酒、腐乳等）半固體發(fā)酵（豆豉、醬、醬油等）（1）概念：一、發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)發(fā)酵的實質(zhì)就是微生物在有氧或無氧條件下的細胞呼吸閱讀教材，思考問題1.腐乳在制作的過程中蛋白質(zhì)發(fā)生什么變化，進而使豆腐變得味道鮮美而利于消化？2.有哪些微生物參與了豆腐的發(fā)酵？是哪種微生物起主要作用？3.參與發(fā)酵的微生物如何獲得？1、腐乳的制作一、發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)1、腐乳的制作（1）原理：蛋白質(zhì)小肽氨基酸酵母、曲霉和毛霉等多種微生物所合成并分泌出的(毛霉起主要作用)+蛋白酶毛霉——a.菌種來源：空氣中b.代謝類型：異養(yǎng)需氧型c.生殖方式：孢子生殖

生物真核一、發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)1、腐乳的制作（2）制作過程：一、發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)1、腐乳的制作（3）優(yōu)缺點：優(yōu)點：操作簡單，適用于家庭式或作坊式生產(chǎn)，它是文化的傳承等。缺點：生產(chǎn)條件不易控制，產(chǎn)品容易受雜菌污染，生產(chǎn)效率較低等。一、發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)思考：接種優(yōu)良毛霉菌種制作腐乳屬于傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)嗎？直接利用空氣中毛霉孢子制作腐乳屬于傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)，

若直接接種毛霉，則不屬于?！踞槍τ柧殹?．下列關(guān)于傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的敘述，錯誤的是A.傳統(tǒng)發(fā)酵常常是固體發(fā)酵或者半固體發(fā)酵B.傳統(tǒng)發(fā)酵利用的微生物一般為天然存在的單一菌種C.傳統(tǒng)飲食中的醬油、醋、泡菜等可通過傳統(tǒng)發(fā)酵獲得D.傳統(tǒng)發(fā)酵存在雜菌情況不明、過程控制缺乏標準等問題2．下列關(guān)于腐乳制作原理的敘述，錯誤的是A.腐乳制作實質(zhì)就是利用發(fā)酵技術(shù)，將大分子有機物分解為小分子有機物的過程B.腐乳制作中，起作用的微生物多為異養(yǎng)型真菌C.傳統(tǒng)發(fā)酵利用的是天然存在的菌種，所生產(chǎn)食品安全性更高D.家庭自制腐乳時，一般不需單獨接種菌種選B：現(xiàn)代發(fā)酵工程所用大多為單一菌種，有雜菌污染會影響產(chǎn)量，培養(yǎng)基和設(shè)備需嚴格滅菌；而傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)很難實現(xiàn)單一菌種的利用，B錯誤。C：傳統(tǒng)發(fā)酵利用的是天然存在的菌種，沒有經(jīng)過嚴格的滅菌，所生產(chǎn)食品安全性較低，C錯誤。閱讀教材，思考問題1.制作傳統(tǒng)泡菜利用什么微生物發(fā)酵？微生物的來源？2.制作過程中如何創(chuàng)設(shè)適合相應微生物代謝的條件？3.泡菜腌制成功與否該如何檢測？2、泡菜的制作一、發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)（1）原理：C6H12O6

2C3H6O3（乳酸）酶+（少量）能量乳酸菌在無氧情況下，將葡萄糖分解成乳酸。乳酸菌——

型空氣、土壤、植物體表、人或動物腸道內(nèi)乳制品的發(fā)酵(如酸奶)、泡菜的制作等。①

代謝類型：②

菌種分布：③

應用：異養(yǎng)厭氧乳酸鏈球菌（球狀）

乳酸桿菌（桿狀）

生物原核2、泡菜的制作若牛奶含抗生素，則不能發(fā)酵為酸奶（原因：抗生素能殺死乳酸菌）（2）制作過程：配制鹽水蔬菜處理裝壇加鹽水封壇發(fā)酵將新鮮蔬菜洗凈，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；將冷卻好的鹽水緩緩倒入壇中，使鹽水沒過菜料，蓋好壇蓋；向壇蓋邊緣的水槽中注滿水，在發(fā)酵過程中注意向水槽中補充水；根據(jù)室內(nèi)溫度控制發(fā)酵時間；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；(1)調(diào)味；(2)抑制其他微生物生長(1)殺死雜菌；(2)除去溶氧避免影響乳酸菌活動過高：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)。亞硝酸鹽含量低創(chuàng)造無氧環(huán)境，有利于乳酸菌發(fā)酵2、泡菜的制作(1)泡菜發(fā)酵初期，大腸桿菌、酵母菌等較為活躍，產(chǎn)生較多的CO2，防止發(fā)酵液溢出壇外；(2)防止因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，方便拿取泡菜。（2）制作過程：2、泡菜的制作（2）制作過程：思考：發(fā)酵初期會有氣泡冒出，但氣泡的產(chǎn)生逐漸停止，試分析原因？乳酸積累，pH過低；乳酸菌的生長也受到抑制，乳酸菌數(shù)量減少。發(fā)酵速度減慢甚至停止。發(fā)酵初期多種微生物（如大腸桿菌、酵母菌）進行有氧呼吸，產(chǎn)生較多的CO2，壇沿水槽內(nèi)有氣泡放出。此階段是形成無氧環(huán)境的過程。發(fā)酵中期發(fā)酵后期主要是乳酸菌的發(fā)酵過程，其他微生物的生長受到抑制。2、泡菜的制作白膜（3）結(jié)果分析和評價：2、泡菜的制作泡菜質(zhì)量可以根據(jù)泡菜的色澤和風味進行初步的評定；此外，還可以檢測乳酸菌形態(tài)和數(shù)量、亞硝酸鹽的含量等。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。失敗成功乳酸積累到質(zhì)量百分比為___________時，泡菜的口味、品質(zhì)最佳。0.4%-0.8%（4）進一步探究：亞硝酸鹽亞硝酸鹽為強氧化劑，能夠把血液中的低鐵血紅蛋白轉(zhuǎn)變?yōu)楦哞F血紅蛋白，從而導致缺氧性中毒癥狀。硝酸鹽硝酸鹽還原菌亞硝酸鹽適宜的pH、溫度和一定的微生物作用亞硝胺維生素C、E和酚類物質(zhì)亞硝胺具有致癌作用，對動物具有致畸和致突變作用。2、泡菜的制作（4）進一步探究：2、泡菜的制作

某同學在制作泡菜前，査閱資料得知，可以向泡菜壇中加入一些“陳泡菜水”；在用質(zhì)量百分比為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)果見右欄曲線圖。(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？發(fā)酵10天后，亞硝酸鹽含量降到較低水平。(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？可能是食鹽濃度不適合、發(fā)酵溫度過低等原因?qū)е屡莶宋茨苷０l(fā)酵。(3)加入“陳泡菜水”的目的是什么？加入“陳泡菜水”相當于接種乳酸菌。發(fā)酵時期乳酸菌乳酸亞硝酸鹽發(fā)酵初期發(fā)酵中期發(fā)酵后期曲線模型（4）進一步探究：2、泡菜的制作少（有氧氣，乳酸菌受抑制）最多（無氧且乳酸抑制雜菌，乳酸菌繁殖）減少（乳酸積累，pH下降，乳酸菌受抑制）增加（硝酸鹽還原菌代謝活躍）下降（硝酸鹽還原菌受抑制，部分亞硝酸鹽被分解）下降至相對穩(wěn)定（硝酸鹽還原菌被完全抑制）乳酸菌、乳酸及亞硝酸鹽的含量變化少積累增多，pH下降繼續(xù)增多，pH繼續(xù)下降1.判斷?？颊Z句，澄清易混易錯。(1)制作傳統(tǒng)泡菜是利用植物體表面天然的乳酸菌來進行發(fā)酵的 ()(2)發(fā)酵期間，乳酸會不斷積累，當它的質(zhì)量分數(shù)為0.04%～0.08%時，泡菜的口味、品質(zhì)最佳

()(3)選材裝至半壇時，放入蒜瓣、生姜及其他香辛料，繼續(xù)裝滿

()(4)制備泡菜時，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，后期應嚴格保持無氧條件()(6)泡菜在腌制過程中會有亞硝酸鹽產(chǎn)生，腌制方法、時間長短和溫度高低等條件都對亞硝酸鹽的含量有影響 ()√××××√2．下列關(guān)于泡菜制作的敘述錯誤的是（

）A．泡菜壇中蔬菜裝量不能超過2/3，以防發(fā)酵液溢出B．泡菜的制作過程中可能有多種微生物參與發(fā)酵C．適量的食鹽水和酸性條件可以抑制雜菌的生長D．腌制泡菜時如果加入一些陳泡菜汁，可以縮短腌制時間A3、果酒、果醋的制作酵母菌——

型一些含糖量較高的水果、蔬菜表面。釀酒、制作饅頭和面包。①

代謝類型：②

菌種分布：③

應用：異養(yǎng)兼性厭氧

生物。真核（1）酒精發(fā)酵

原理：酵母菌在有氧條件下進行有氧呼吸，大量繁殖；C6H12O6+6O2+6H2O6CO2+12H2O+能量在無氧條件下進行酒精發(fā)酵C6H12O62C2H5OH（酒精）+2CO2+少量能量酶酶釀酒酵母的最適生長溫度為28℃野生酵母：18~30℃一、發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)3、果酒、果醋的制作醋酸菌——

型空氣中。制作各種風味的醋。①

代謝類型：②

菌種分布：③

應用：異養(yǎng)需氧

生物。原核（2）醋酸發(fā)酵

原理：醋酸菌在氧氣、糖源充足時，能將糖分解成乙酸；C6H12O6＋2O22CH3COOH(乙酸)＋2CO2＋2H2O+能量在缺少糖源時，能將乙醇轉(zhuǎn)化成乙醛，再將乙醛變成乙酸C2H5OH＋O2CH3COOH(乙酸)＋H2O+能量酶酶多數(shù)醋酸菌的最適生長溫度為30～35℃一、發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)C6H12O62C2H5OH(酒精)+CO2+能量酶2O22CH3COOH(醋酸)+2H2O+能量酶+酒精發(fā)酵：無氧，28℃醋酸發(fā)酵：有氧，30~35℃酒精發(fā)酵→醋酸發(fā)酵制作果酒和果醋如何在同一裝置中既能進行酒精發(fā)酵又能進行醋酸發(fā)酵？3、果酒、果醋的制作（3）制作過程：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;用榨汁機榨取葡萄汁，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℃進行發(fā)酵，在發(fā)酵過程中，每隔12h左右將瓶蓋擰松一點（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。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)酵除灰去污，無需多次。避免表面的野生型酵母菌減少，影響發(fā)酵先洗再除枝梗：避免葡萄破損，減少雜菌污染①創(chuàng)造有氧條件，利于酵母菌快速繁殖；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。排出CO2，防止爆裂防止雜菌污染將發(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;用榨汁機榨取葡萄汁，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℃進行發(fā)酵，在發(fā)酵過程中，每隔12h左右將瓶蓋擰松一點（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。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。3、果酒、果醋的制作（3）制作過程：空氣中的醋酸菌會進入果酒發(fā)酵液中大量繁殖；供氧；防止雜菌污染結(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，并接入氣泵排出發(fā)酵中產(chǎn)生的氣體打開打開便于取樣監(jiān)測關(guān)閉關(guān)閉防止空氣中微生物的污染。思考：排氣口要通過一個長而彎曲的膠管與瓶身連接，為什么？3、果酒、果醋的制作（3）制作過程：果酒發(fā)酵與果醋發(fā)酵的裝置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3、果酒、果醋的制作（4）結(jié)果分析和評價：①在制作果酒和果醋的過程中，發(fā)酵液分別有哪些變化？氣泡果酒發(fā)酵時會產(chǎn)生CO2；果醋發(fā)酵過程中一般不會出現(xiàn)氣泡。呼吸作用產(chǎn)生的能量大部分以熱能形式散失。用紫色葡萄制酒，果皮進入發(fā)酵液的花青素會越來越多，因而變成深紅色。產(chǎn)熱顏色菌體數(shù)量pH菌落酵母菌數(shù)目初期增多，后期可能下降CO2溶于發(fā)酵液而使pH下降。果醋發(fā)酵完成時，在發(fā)酵液的液面上會出現(xiàn)一層菌膜，這是醋酸菌落。葡萄糖減少、pH減小、酒精增多3、果酒、果醋的制作（4）結(jié)果分析和評價：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？還有乳酸菌、醋酸菌等微生物。乳酸菌能將糖分解為甘油、乳酸等，從而使果酒變質(zhì)?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)發(fā)酵的溫度、pH等來控制乳酸菌含量；醋酸菌在有氧的情況下，能把糖分解成醋酸或者把乙醇轉(zhuǎn)化為乙醛進而轉(zhuǎn)化為醋酸?？梢酝ㄟ^減少O2含量、調(diào)節(jié)發(fā)酵溫度、pH來控制醋酸菌含量。3、果酒、果醋的制作（4）結(jié)果分析和評價：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？隨著醋酸發(fā)酵的進行，發(fā)酵液的PH、發(fā)酵溫度等均不利于酵母菌的生長繁殖，因此酵母菌活性很低。

在我們的實驗條件下，當打開瓶蓋后，空氣中的醋酸菌會進入發(fā)酵液中大量繁殖，其他的菌因不適應環(huán)境條件而不能繁殖。

在工業(yè)上，后期醋的發(fā)酵需要人工接種醋酸菌。我們制作果醋時，可以先買一瓶醋，將其打開暴露于空氣中，一段時間后在醋的表面會有一層薄膜（實際上是醋酸菌），用這層薄膜進行接種可以明顯縮短制作果醋的時間。3、果酒、果醋的制作（4）結(jié)果分析和評價：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？隨著醋酸發(fā)酵的進行，發(fā)酵液的PH、發(fā)酵溫度等均不利于酵母菌的生長繁殖，因此酵母菌活性很低。

在我們的實驗條件下，當打開瓶蓋后，空氣中的醋酸菌會進入發(fā)酵液中大量繁殖，其他的菌因不適應環(huán)境條件而不能繁殖。

在工業(yè)上，后期醋的發(fā)酵需要人工接種醋酸菌。我們制作果醋時，可以先買一瓶醋，將其打開暴露于空氣中，一段時間后在醋的表面會有一層薄膜（實際上是醋酸菌），用這層薄膜進行接種可以明顯縮短制作果醋的時間。3、果酒、果醋的制作（4）結(jié)果分析和評價：如何檢測果酒和果醋的制作是否成功？果酒：a.聞

b.品嘗

c.用酸性條件下的重鉻酸鉀溶液檢測果醋：a.聞

b.品嘗

c.使用pH試紙檢測檢測和比較發(fā)酵前后的pH值

d.觀察醋酸菌膜是否形成?！踞槍τ柧殹?．圖甲是果酒和果醋發(fā)酵的裝置圖，圖乙是果酒和果醋制作過程中發(fā)生的物質(zhì)變化。下列敘述不正確的是

A.用甲裝置制作果酒時，加入酵母菌后，一直關(guān)緊閥a，適時打開閥b幾秒鐘B.用甲裝置制作果醋時，閥a要關(guān)閉，閥b要持續(xù)打開C.乙圖中過程②只能發(fā)生在缺氧條件下D.過程③和④都需要氧氣的參與答案：B解題點甲裝置中,閥a控制進氣,閥b控制排氣,制作果醋所需的微生物是醋酸菌,醋酸菌是好氧菌。乙圖中過程②是無氧呼吸的第二階段,過程③表示有氧呼吸的第二和第三階段。腐乳泡菜果酒果醋微生物生物分類代謝類型反應原理溫度、氧氣要求酵母菌醋酸菌主要是毛霉乳酸菌酒精發(fā)酵產(chǎn)生酒精和CO2醋酸發(fā)酵產(chǎn)生醋酸蛋白酶將蛋白質(zhì)分解將糖類分解成乳酸真菌真菌細菌細菌異養(yǎng)兼性厭氧型異養(yǎng)需氧型異養(yǎng)需氧型異養(yǎng)厭氧型15～18℃，有氧條件常溫，無氧條件18～30℃，先通氣后無氧30～35℃，通入氧氣小結(jié)【注】酵母菌、醋酸菌、毛霉、乳酸菌的最適溫度不同的直接原因是這三種微生物體內(nèi)

不同，而根本原因是

。酶的最適溫度控制這三種酶合成的DNA不同1.【考點速覽·診斷】(1)果醋發(fā)酵時，發(fā)酵液產(chǎn)生的氣泡量明顯少于果酒發(fā)酵時。(2021·江蘇卷)(

)(2)果醋發(fā)酵時，用重鉻酸鉀測定醋酸含量變化時，溶液灰綠色逐日加深。(2021·江蘇卷，14D)(

)(3)酵母菌和醋酸桿菌均以有絲分裂的方式進行增殖。(2021·遼寧卷，8B)(

)(4)酵母菌和醋酸桿菌發(fā)酵過程中控制通氣的情況不同。(2021·遼寧卷，8C)(

)(5)葡萄酒的顏色是葡萄皮中的色素進入發(fā)酵液形成的。(2021·山東卷，12C)(

)(6)利用乳酸菌制作酸奶過程中，先通氣培養(yǎng)，后密封發(fā)酵。

(2019·江蘇卷，9A)(

)(7)果醋制作過程中發(fā)酵液pH逐漸降低，果酒制作過程中情況相反。

(2019·江蘇卷，9C)(

)√××√√××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。⑴鹵汁中的乳酸菌和芽抱桿菌不存在競爭關(guān)系。

（

）⑵乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)生了乳酸和CO2。（

）⑶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。（

）2．傳統(tǒng)發(fā)酵食品的制作需要各種各樣的微生