1.1傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用【知識(shí)精研】高二下學(xué)期生物人教版選擇性必修3

傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)發(fā)酵工程生產(chǎn)發(fā)酵食品(面包、酸奶、腐乳等)工業(yè)化生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)品(啤酒、味精、胰島素等)第1章發(fā)酵工程科技探索之路我們的祖先就會(huì)利用微生物將谷物、水果等發(fā)酵成含酒精的飲料。約9000年前20世紀(jì)70年代以后1857年1897年20世紀(jì)80年代1957年20世紀(jì)40年代巴斯德證明酒精發(fā)酵是由活的酵母菌引起的?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)了酶在酵母菌發(fā)酵中的作用。微生物的分離和純化技術(shù)得到了應(yīng)用，作坊式手工生產(chǎn)向現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)方向發(fā)展。在厭氧發(fā)酵技術(shù)的基礎(chǔ)上，建立了深層通氣液體發(fā)酵技術(shù)。通過(guò)人工誘變特定微生物，獲得具有更高生產(chǎn)能力的突變類(lèi)型。基因工程和細(xì)胞工程等的發(fā)展，使發(fā)酵工程進(jìn)入定向育種的新階段。科學(xué)家開(kāi)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(duì)發(fā)酵過(guò)程進(jìn)行綜合研究，以更加合理地控制發(fā)酵過(guò)程。究竟什么是發(fā)酵呢？最初可能是發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)存的糧食水果會(huì)自然發(fā)酵變成酒，因而逐漸摸索出釀酒技術(shù)的。1.1傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)

的應(yīng)用發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)01指人們利用________，在適宜條件下，將原料通過(guò)_____________轉(zhuǎn)化為人類(lèi)所需要的___________的過(guò)程。微生物的代謝微生物產(chǎn)物_____________________________________________，因此利用它們就可以生產(chǎn)出人們所需要的多種產(chǎn)物。不同的微生物具有產(chǎn)生不同代謝產(chǎn)物的能力一、發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)（一）發(fā)酵1.概念：2.原理：提出問(wèn)題：閱讀p4頁(yè)，從社會(huì)中來(lái)，思考，葡萄酒和葡萄醋都是以葡萄為原料發(fā)酵而來(lái)的飲品。為什么一個(gè)會(huì)生成酒，一個(gè)會(huì)生成醋呢？3.類(lèi)型：醋酸發(fā)酵、谷氨酸發(fā)酵酒精發(fā)酵、乳酸發(fā)酵好氧(需氧）發(fā)酵厭氧發(fā)酵氧氣需求解決問(wèn)題：葡萄酒和葡萄醋都是以葡萄為原料發(fā)酵而來(lái)的飲品。為什么一個(gè)會(huì)生成酒，一個(gè)會(huì)生成醋呢？古時(shí)候沒(méi)有滅菌技術(shù)手段的情況下，葡萄酒放久了為什么會(huì)變酸呢？1.制作腐乳利用了哪些微生物？這些微生物來(lái)自哪里？2.腐乳制作的原理是什么？3.什么是傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)？使用酵母制作饅頭屬于傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)嗎？任務(wù)一閱讀教材P5內(nèi)容，思考并解決以下問(wèn)題：(3min)腐乳制作蛋白質(zhì)小分子肽+氨基酸蛋白酶(1)原料：含水量為70%的豆腐。直接利用原材料中天然存在的微生物。(2)參與發(fā)酵的微生物，如________、______和______等，其中起主要作用的是______。味道鮮美，易于消化吸收，又便于保存。脂肪甘油+脂肪酸脂肪酶一、發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)酵母菌曲霉毛霉毛霉(3)發(fā)酵原理：(4)特點(diǎn)：生物學(xué)分類(lèi)：代謝類(lèi)型：生殖類(lèi)型：適宜溫度：異養(yǎng)需氧型孢子生殖15-18℃真核生物讓豆腐長(zhǎng)出毛霉直接利用空氣中的毛霉孢子或者直接接種毛霉（15-18℃，一定濕度）目的：讓毛霉等產(chǎn)生蛋白酶和脂肪酶加鹽腌制加鹵湯裝瓶鹵湯包括酒和香辛料酒（12%）：抑制微生物生長(zhǎng)，并使腐乳具有獨(dú)特香味；香辛料：調(diào)味，防腐殺菌。密封腌制*鹵湯中酒的含量在12%左右的原因：過(guò)高會(huì)延長(zhǎng)腐乳成熟的時(shí)間，過(guò)低不足以抑制微生物生長(zhǎng)，可能導(dǎo)致豆腐腐敗。方法：隨豆腐層數(shù)加高增加鹽用量，接近瓶口表面，鋪厚一點(diǎn)目的：析出豆腐中的水分、抑制微生物生長(zhǎng)一、發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)(5)制作流程：腐乳制作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(lái)的面團(tuán)、鹵汁等發(fā)酵物中微生物進(jìn)行發(fā)酵，制作食品的技術(shù)。一、發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)（二）傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)1.概念：2.類(lèi)型：固體發(fā)酵半固體發(fā)酵泡菜、糧食白酒、腐乳等豆豉、醬、醬油等【思考】使用酵母制作饅頭屬于傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)嗎？不屬于；使用前一次發(fā)酵保存下來(lái)的面團(tuán)進(jìn)行的才算?；旌暇N針對(duì)訓(xùn)練1.

下列關(guān)于傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的敘述，錯(cuò)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(guò)傳統(tǒng)發(fā)酵獲得D.傳統(tǒng)發(fā)酵存在雜菌情況不明、過(guò)程控制缺乏標(biāo)準(zhǔn)等問(wèn)題解題點(diǎn)

現(xiàn)代發(fā)酵工程所用大多為單一菌種，有雜菌污染會(huì)影響產(chǎn)量，培養(yǎng)基和設(shè)備需嚴(yán)格滅菌；而傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)單一菌種的利用，B錯(cuò)誤?！?.下列關(guān)于腐乳制作原理的敘述，錯(cuò)誤的是A.腐乳制作實(shí)質(zhì)就是利用發(fā)酵技術(shù)，將大分子有機(jī)物分解為小分子有機(jī)物的過(guò)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(shí)，一般不需單獨(dú)接種菌種解題點(diǎn)傳統(tǒng)發(fā)酵利用的是天然存在的菌種，沒(méi)有經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的滅菌，所生產(chǎn)食品安全性較低，C錯(cuò)誤。√針對(duì)訓(xùn)練練習(xí)與應(yīng)用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(cuò)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(wú)氧條件下產(chǎn)生酒精D.制作果醋利用了醋酸菌在無(wú)氧條件下產(chǎn)生醋酸D1.油炸臭豆腐是我國(guó)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）鹵汁中的乳酸菌和芽孢桿菌不存在競(jìng)爭(zhēng)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。（）嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品02二嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品傳統(tǒng)發(fā)酵食品常利用的微生物乳酸菌酵母菌醋酸菌（一）乳酸發(fā)酵：1.菌種：乳酸菌（原核生物）異養(yǎng)厭氧型空氣、土壤、植物體表、人或動(dòng)物腸道內(nèi)乳酸鏈球菌、乳酸桿菌乳酸鏈球菌（球狀）

乳酸桿菌（桿狀）2.原理：在無(wú)氧的情況下能將葡萄糖分解成乳酸。C6H12O62C3H6O3（乳酸）+能量酶a.菌種分布：b.代謝類(lèi)型：c.菌種種類(lèi)：實(shí)例——泡菜的制作二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品發(fā)酵期間，乳酸會(huì)___________，當(dāng)它的質(zhì)量百分比為_(kāi)___________時(shí)，泡菜的口味、品質(zhì)最佳。不斷積累0.4%-0.8%異養(yǎng)兼性厭氧型含糖量較高的蔬菜、水果表面釀酒、制作饅頭和面包植物體表面天然的酵母菌①代謝類(lèi)型：④應(yīng)用：②分布：③適宜生長(zhǎng)的溫度：18～30°C（真核）二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品（二）酒精發(fā)酵：（1）菌種來(lái)源：酵母菌有氧條件下，酵母菌通過(guò)有氧呼吸大量繁殖：無(wú)氧條件下，酵母菌通過(guò)無(wú)氧呼吸產(chǎn)生酒精：C6H12O62C2H5OH＋2CO2+能量酶C6H12O6＋6H2O＋6O26CO2＋12H2O+能量酶（2）原理：前期需氧，后期無(wú)氧。（三）醋酸發(fā)酵：空氣中的醋酸菌代謝類(lèi)型：異養(yǎng)需氧型☆原核生物。（變酸的酒的表面形成的菌膜）（2）原理C6H12O6＋2O22CH3COOH＋2CO2＋2H2O+能量酶①當(dāng)氧氣、糖源充足時(shí)：②當(dāng)缺少糖源時(shí)：醋酸菌二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品C2H5OH＋O2

CH3COOH＋H2O+能量酶（1）菌種來(lái)源：（3）發(fā)酵條件溫度：氧氣：將溫度控制在30～35℃進(jìn)行發(fā)酵。需要在充足的氧氣條件下。亞硝酸鹽的含量低，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富。食鹽、清水、新鮮蔬菜、蒜瓣、生姜及其他香辛料、泡菜壇或其他密封性良好的罐子等。二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品（一）乳酸發(fā)酵：實(shí)例——泡菜的制作（1）材料用具：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。將冷卻好的鹽水緩緩倒入壇中，使鹽水沒(méi)過(guò)菜料，蓋好壇蓋。配制鹽水原料處理、蔬菜裝壇加鹽水封壇發(fā)酵向壇蓋邊緣的水槽中注滿(mǎn)水，并在發(fā)酵過(guò)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。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(mǎn)。二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品（2）制作步驟：過(guò)高：乳酸發(fā)酵受抑制，泡菜風(fēng)味差。過(guò)低：雜菌易繁殖，導(dǎo)致泡菜變質(zhì)。殺菌、除氧不影響乳酸菌的生命活動(dòng)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；防止因太滿(mǎn)使鹽水未完全淹沒(méi)菜料而導(dǎo)致菜料變質(zhì)腐爛；留有一定空間，方便拿取泡菜。創(chuàng)造無(wú)氧環(huán)境發(fā)酵時(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（乳酸積累，抑制其他菌活動(dòng)）增多達(dá)到最多后開(kāi)始下降（硝酸鹽還原菌受抑制，部分亞硝酸鹽被分解）泡菜腌制過(guò)程中乳酸菌、乳酸和亞硝酸鹽的變化減少(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(duì)穩(wěn)定（硝酸鹽還原菌被完全抑制）亞硝酸鹽是硝酸鹽還原菌促進(jìn)硝酸鹽還原形成的

某同學(xué)在制作泡菜時(shí)加入“陳泡菜水”，并在不同時(shí)間測(cè)定了泡菜中亞硝酸鹽的含量，結(jié)果如圖。請(qǐng)你幫他分析相關(guān)問(wèn)題。（1）據(jù)圖分析，從亞硝酸鹽的含量來(lái)看，你認(rèn)為該泡菜在什么時(shí)間食用比較合適？為什么？在發(fā)酵11天后食用比較合適，因?yàn)榇藭r(shí)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(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？“陳泡菜水”中含有純度較高的乳酸菌，加入“陳泡菜水”相當(dāng)于接種乳酸菌，可快速發(fā)酵產(chǎn)生乳酸?？赡苁鞘雏}濃度過(guò)高、發(fā)酵溫度過(guò)低等原因?qū)е屡莶宋茨苷０l(fā)酵。P8拓展應(yīng)用第2題（4）進(jìn)一步探究：如何判斷你腌制的泡菜是否成功？色澤如何？口味如何？泡菜質(zhì)量可以根據(jù)泡菜的色澤和風(fēng)味進(jìn)行初步的評(píng)定；一般來(lái)說(shuō)，腌制成功的泡菜湯清亮，無(wú)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(wú)渣等。二嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品失敗成功（4）進(jìn)一步探究：如何判斷你腌制的泡菜是否成功？色澤如何？口味如何？泡菜質(zhì)量可以根據(jù)泡菜的色澤和風(fēng)味進(jìn)行初步的評(píng)定；根據(jù)亞硝酸鹽的含量來(lái)評(píng)定；根據(jù)不同時(shí)期泡菜壇中乳酸菌的數(shù)量來(lái)評(píng)定?？梢酝ㄟ^(guò)在顯微鏡下觀察乳酸菌的形態(tài)；二(1)所需菌種：酵母菌，屬于真核生物，代謝類(lèi)型為_(kāi)____________。最適生長(zhǎng)溫度約為_(kāi)__________。(2)菌種的生活特點(diǎn)①在有氧條件下，進(jìn)行有氧呼吸，大量繁殖。反應(yīng)式：___________________________________________。②在無(wú)氧條件下，進(jìn)行___________。反應(yīng)式：___________________________________________。異養(yǎng)兼性厭氧型C6H12O6＋6O2＋6H2O→6CO2＋12H2O＋能量酒精發(fā)酵C6H12O6→2C2H5OH＋2CO2＋能量28℃酶制作果酒和果醋——果酒二嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品酶二嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品制作果酒和果醋——果醋(1)所需菌種：醋酸菌，屬于原核生物，其代謝類(lèi)型為_(kāi)__________，最適生長(zhǎng)溫度為_(kāi)_____________。(2)菌種的生活特點(diǎn)①當(dāng)氧氣、________都充足時(shí)，醋酸菌將葡萄汁中的糖分解成乙酸。反應(yīng)式：___________________________________________________。②當(dāng)缺少糖源時(shí)，醋酸菌將乙醇變?yōu)開(kāi)_______，再將乙醛變?yōu)橐宜?。反?yīng)式：___________________________________________。糖源乙醛異養(yǎng)需氧型30℃～35℃C6H12O6＋2O2→2CH3COOH6＋2H2O＋2CO2＋能量酶C2H5OH＋O2→CH3COOH＋H2O＋能量酶（4）操作步驟①先讓酵母菌進(jìn)行有氧呼吸，快速繁殖，耗盡O2后，再進(jìn)行酒精發(fā)酵；②防止發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的CO2造成發(fā)酵液溢出。將溫度控制在18-30℃進(jìn)行發(fā)酵，在發(fā)酵過(guò)程中，每隔12h左右將瓶蓋擰松一點(diǎn)（注意：不是打開(kāi)瓶蓋）,此后再擰緊瓶蓋。發(fā)酵時(shí)間為10-12d?？赏ㄟ^(guò)從發(fā)酵瓶口取樣來(lái)對(duì)發(fā)酵的情況進(jìn)行檢測(cè)。排出氣體防止氧氣進(jìn)入和雜菌污染將發(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。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。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。果酒發(fā)酵器具消毒沖洗葡萄榨汁裝瓶去除表面灰塵、污物防止野生菌種數(shù)量減少，影響發(fā)酵避免葡萄破損，減少被雜菌污染的機(jī)會(huì)（4）操作步驟將溫度控制在18-30℃進(jìn)行發(fā)酵，在發(fā)酵過(guò)程中，每隔12h左右將瓶蓋擰松一點(diǎn)（注意：不是打開(kāi)瓶蓋），此后再擰緊瓶蓋。發(fā)酵時(shí)間為10-12d?？赏ㄟ^(guò)從發(fā)酵瓶口取樣來(lái)對(duì)發(fā)酵的情況進(jìn)行檢測(cè)。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。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。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。果酒發(fā)酵器具消毒沖洗葡萄榨汁裝瓶果醋發(fā)酵當(dāng)葡萄酒制作完成后，打開(kāi)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。空氣中的醋酸菌會(huì)進(jìn)入果酒發(fā)酵液中大量繁殖；又減少空氣中的塵土污染。[思考1]怎樣判斷果酒、果醋的制作是否成功呢？①果酒：a.聞

b.品嘗

c.用酸性條件下的重鉻酸鉀溶液檢測(cè)（橙色→灰綠色）②果醋：a.聞

b.品嘗

c.使用pH試紙檢測(cè)和比較發(fā)酵前后的pH值

d.觀察醋酸菌膜是否形成[思考2]在制作果酒和果醋的過(guò)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；最明顯的變化：_________；紫色葡萄皮的

進(jìn)入發(fā)酵液，使葡萄酒呈______色。會(huì)花青素深紅10天左右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_________膜。不會(huì)醋酸菌[思考3]在制作果酒的過(guò)程中，除了酵母菌，是否還有其他微生物生長(zhǎng)？它們會(huì)對(duì)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(guò)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；[思考