人教版（2019）高中生物学 选择性必修三 生物技术与工程 1.1传统发酵技术的应用课件PPT

第一章 发酵工程Fermentation Engineering讲授者：庸人望月汉代砖刻上的酿酒图我国古代酿酒作坊的绘画作品从传统发酵技术到发酵工程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。后来,人们通过自然发酵和曲种传代的固体发酵生产酱油、醋、豆豉、腐乳和酸奶等发酵食品。巴斯德证明：酒精发酵是由活的酵母菌引起的。科学家发现了酶在酵母菌发酵中的作用,逐步了解发酵的本质。微生物的分离和纯化技术得到了应用，作坊式手工生产向工业化生产方向发展。在厌氧发酵技术的基础上，建立了深层通气液体发酵技术。实现青霉素生产产业化。通过人工诱变特定微生物，获得具有更高生产能力的突变类型。基因工程和细胞工程等的发展，使发酵工程进入定向育种的新阶段。人类能自动记录和控制发酵过程的全部参数，大批量合理生产发酵产物。发酵工程的定义：是指利用微生物的特定功能，通过现代生物技术，规模化生产对人类有用的产品。发酵技术在生产实践中产生科学研究探知其中本质和规律科学研究促进技术的发展改进科学理论和技术发展的一定程度，就会进入工程应用阶段自动化，精确化（工业化，大规模）第1节传统发酵技术的应用讲授者：庸人望月1.能阐明发酵与传统发酵技术的内涵。2.能解释制作泡菜、果酒和果醋的原理。3.能尝试制作泡菜、果酒和果醋。教学目标一、发酵与传统发酵技术资料1：9000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2：夏禹时期，已有了关于杜康造酒的传说。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3：1857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。究竟什么是发酵呢？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。（2）类型：（1）概念：醋酸发酵、谷氨酸发酵酒精、乳酸发酵 不同的微生物具有产生不同代谢产物的能力，利用它们可以生产出人们所需要的多种产物。1.发 酵观看视频，结合p5中间有关于腐乳的制作过程，回答以下问题。问1.制作原理是什么？问2.制作腐乳利用了哪些微生物？这些微生物来自哪里？毛霉（起主要作用）、酵母和曲霉等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。（1）概念：（2）类型泡菜、粮食白酒、腐乳等豆豉、酱、酱油等 2.传统发酵技术【思考辨析】2.传统发酵食品是以单一菌种的固体发酵和半固体发酵为主吗？1.使用买的袋装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算。混合菌种1.乳酸发酵应用的微生物：乳酸菌（1）代谢类型：异养厌氧型（2）作用：在无氧情况下能将葡萄糖分解成乳酸（3）应用：乳制品的发酵、泡菜的腌制二、尝试制作传统发酵食品（原核生物）（4）常见类型：乳酸链球菌、乳酸杆菌2.酒精发酵酵母菌用于酿酒、制作馒头和面包等（真核生物）异养兼性厌氧型（1）代谢类型：（2）作用：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，酵母菌进行酒精发酵（3）应用：（4）最适生长温度：约为28℃应用的微生物：3.醋酸发酵醋酸菌当氧气、糖源都充足时，将糖分解成乙酸;（原核生物）（1）代谢类型：异养需氧型（2）作用：当缺少糖源时，将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变成乙酸可用于制作各种风味的醋（3）应用：（4）最适生长温度：30～35℃应用的微生物：1.发酵原理（1）利用 来进行发酵：植物体表面天然的乳酸菌（2）发酵期间，乳酸会 ，当它的质量分数为_____________时，泡菜的口味、品质最佳；不断积累0.4%-0.8%（3）发酵条件适宜的________；根据室内温度控制发酵时间；严格控制________条件。温度厌氧18～20℃ （一）制作泡菜2.制作泡菜的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；蔬菜处理、装坛将新鲜蔬菜洗净，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；加盐水将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过全部菜料，盖好坛盖；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。 思 考：1.配制盐水时以下物质或操作的作用或目的：①盐的作用：调味、抑制其他微生物生长②盐水浓度要适宜的目的：过高，乳酸发酵受抑制，泡菜风味差；过低，杂菌易繁殖，导致泡菜变质③煮沸的目的：杀菌除氧④冷却的目的：为了不影响乳酸菌的生命活动（2）为什么泡菜坛只能装八成满？① 发酵初期，酵母菌等较为活跃，发酵产物中有较多的CO2，防止发酵液溢出坛外；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；③留有一定空间，更方便拿取泡菜。（3）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。 NO3- NO2-亚硝酸盐为强氧化剂，能够把血液中的血红蛋白（Fe2+）转变为高铁血红蛋白（Fe3+），从而导致缺氧性中毒症状； 膳食中的绝大部分亚硝酸盐随尿排出，但在适宜的pH、温度和一定的微生物作用下会转变成致癌物质亚硝胺（霉变的食品亚硝胺可增至数十倍至数百倍）亚硝酸盐硝酸还原酶 亚硝酸盐为白色粉末，外观与食盐相似，有咸味，易溶于水，可作食品添加剂。 自然界中，亚硝酸盐分布广泛，蔬菜、咸菜、豆粉中均含有。 在泡菜的腌制过程中会有亚硝酸盐产生。一般不会危害人体健康。但是，总量达到0.3～0.5g时会引起中毒；达到3g时会死亡。 发酵初期，泡菜中微生物生长很快，将蔬菜中硝酸盐还原成亚硝酸盐，蔬菜中酚类物质和维生素C等将亚硝酸盐氧化。总体来说，生成的亚硝酸盐大于被氧化的，亚硝酸盐的含量逐步上升。 微生物代谢活动将氧气消耗殆尽，泡菜坛中的环境不利于乳酸菌以外的其他微生物生长，生成的亚硝酸盐减少。同时，蔬菜中亚硝酸盐含量由于被氧化而减少。因此，亚硝酸盐的含量会逐渐下降并趋于一个相对稳定的数值。 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）（二）制作果酒和果醋1.原理 许多新鲜水果（如葡萄）的果皮表面附着有大量的不同种类的野生酵母菌。在这些酵母菌的作用下，水果可以发酵成果酒。在有氧的条件下，果酒经醋酸菌的作用还可以进一步发酵成果醋。制作果酒制作果醋酵母菌醋酸杆菌真菌细菌菌种繁殖方式和代谢类型真核生物原核生物异养兼性厌氧型异养需氧型30—35℃出芽生殖二分裂前期需氧，后期不需氧一直需氧约为28 ℃先清洗，再去梗：避免葡萄破损，减少杂菌污染①发酵初期提供有氧条件，利于酵母菌快速繁殖；②防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出。无需多次。防止菌种减少，影响发酵探索·实践——制作果酒和果醋排出气体防止杂菌污染空气中的醋酸菌会进入并大量繁殖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？①果酒：发酵液 出现气泡；随着发酵时间延长，紫色葡萄皮的 更多的进入发酵液,使葡萄酒呈 色。会花青素深红②果醋：一般 （会或不会） 出现气泡 ，发酵完成时，在发酵液的液面会出现一层菌膜，是 菌膜。不会醋酸菌【思 考】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？①制酒过程中，还会存有 等微生物 ； 乳酸菌、醋酸菌②控制乳酸菌数量 ： 控制醋酸菌数量 ：调节发酵的温度、pH调节发酵的温度、pH等；减少O2含量、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不利于酵母菌生长打开瓶盖后，让空气中的醋酸菌在发酵液中大量繁殖。在工业上 , 人工接种醋酸菌。在我们制作时 , 可以买一瓶醋暴露空气中，待表面形成醋酸膜时，取膜接种，加快制作。4.醋酸菌从何而来？采用什么措施可以加快果醋的制作？4.如何评价果酒的制作是否成功？ 闻一闻，尝一尝有没有酒味 用酸性重铬酸钾检测是否含有酒精5.如何评价果醋的制作是否成功？ 看一看有无菌膜的形成 闻一闻，尝一尝有没有醋味 检测比较醋酸发酵前后的pH值酵母菌醋酸菌主要是毛霉乳酸菌酵母菌无氧呼吸产生酒精醋酸菌有氧呼吸产生醋酸毛霉产生蛋白酶和脂肪酶乳酸菌无氧呼吸产生乳酸真核生物真核生物原核生物原核生物异养兼性厌氧型 异养需氧型 异养需氧型 异养厌氧型 18～30 ℃，无氧30～35℃，需氧常温，无氧15~18℃, 需氧一、概念检测1. 油炸臭豆腐是我国一些地方的风味小吃。制作时需要将豆腐浸入含有乳酸菌、芽抱杆菌等微生物的卤汁中发酵。判断下列相关表述是否正确。（1）卤汁中的乳酸菌和芽抱杆菌不存在竞争关系。 （ ）（2）乳酸菌发酵产生了乳酸和CO2。（ ）（3）微生物发酵产生了不同的代谢物使得该臭豆腐具有特殊的味道。（ ）××√例：某同学设计如下果酒、果醋制作的发酵装置,请分析图中各结构的作用及使用方法。(1)该装置的使用方法使用该装置制作果酒时,应该__________;制作果醋时,应将充气口连接气泵,输入__________________。 (2)各部位的作用①充气口:连接充气泵充入__________________。 ②排气口:排出微生物代谢产生的CO2。排气管下端离发酵液有一段距离,外部要弯曲,并尽量保证管口向下,可以____________________________。③出料口:便于取样检测,及时监测发酵进行的情况。氧气(无菌空气)防止空气中微生物的进入　关闭充气口氧气(无菌空气)