备战高考生物一轮复习优质课件 第32讲 传统发酵技术的应用与发酵工程

这是一份备战高考生物一轮复习优质课件 第32讲 传统发酵技术的应用与发酵工程，共60页。PPT课件主要包含了传统发酵技术的应用，发酵工程及其应用，1概念，微生物，微生物的代谢，2原理，产生不同代谢产物，3类型，好氧发酵，厌氧发酵等内容，欢迎下载使用。
一、发酵与传统发酵技术
人们利用 ，在 的条件下，将原料通过 转化为人类所需要的产物的过程。
不同的微生物具有 的能力，因此利用它们就可以生产出人们所需要的多种产物。
发酵的实质就是微生物在有氧或无氧条件下的细胞呼吸，是一个物质氧化分解的过程。
直接利用原材料中 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。
泡菜、粮食白酒、腐乳等
酵母、曲霉和毛霉等多种微生物(毛霉起主要作用)
①毛霉是一种丝状真菌，其生殖方式为孢子生殖， 代谢类型是异养需氧型。
使得腐乳味道鲜美，易于消化吸收。
（5）传统发酵技术的优点
（6）传统发酵技术的缺点
生产条件不易控制容易受杂菌污染、生产效率低
空气、土壤、植物体表、人或动物肠道内
在无氧的情况下能将葡萄糖分解成乳酸
植物体表面的天然的乳酸菌来进行发酵，在无氧的条件下，乳酸菌将糖分解为乳酸。发酵期间，乳酸不断积累，当它的质量分数为0.4%~0.8%时，泡菜的口味和品质最佳。
新鲜蔬菜(萝卜、黄瓜、白菜、豇豆等)
其他香辛料(花椒、辣椒等)
为什么要选择新鲜蔬菜？
蔬菜中含有大量的硝酸盐，若放置时间过长，蔬菜中的硝酸盐易被还原亚硝酸盐，增加泡菜中的亚硝酸盐含量。
为什么含有抗生素的牛奶不能发酵为酸奶？
牛奶发酵为酸奶主要依靠乳酸菌的发酵作用，而抗生素能够杀死或抑制乳酸菌。
杂菌易繁殖，导致泡菜变质
乳酸发酵受抑制，口味不佳
防止影响乳酸菌的生命活动
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。
在泡菜发酵初期，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同时留有一定空间，也更方便拿取泡菜。
为什么泡菜坛只能装八成满？
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？
用水密封泡菜坛的目的是给泡菜坛内创造无氧环境，这说明泡菜制作需要在无氧条件下进行。
如果加一些已经腌制过的泡菜汁更好，相当于接种已经扩增的乳酸菌，可减少腌制时间。
2.为什么泡菜坛内有时会长一层白膜，这层白膜是怎么形成的？
形成白膜是由于产膜酵母的繁殖。酵母菌是兼性厌氧微生物，泡菜发酵液营养丰富，其表面氧气含量也很丰富，适合酵母菌的繁殖。
如何判断你腌制的泡菜是否成功？色泽如何？口味如何？
1.泡菜质量可以根据泡菜的色泽和风味进行初步的评定；
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。
3.根据亚硝酸盐的含量来评定；
4.根据不同时期泡菜坛中乳酸菌的数量来评定。
2.可以通过在显微镜下观察乳酸菌的形态；
（5）制作泡菜的注意事项
腌制过程中，要注意控制腌制的时间、温度和食盐的用量。
温度过高、食盐用量不足10％、腌制时间过短，容易造成细菌大量繁殖，亚硝酸盐含量增加。一般在腌制10天后，亚硝酸盐的含量开始下降。
（6）泡菜发酵过程中，乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的含量变化
少（O2抑制乳酸菌活动）
增加（硝酸盐还原菌的作用）
最多（乳酸抑制其他菌活动）
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，抑制其活动）
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）
（7）进一步探究——测定亚硝酸盐
泡菜腌制过程中会有亚硝酸盐产生，如果人体摄入过量亚硝酸盐，会发生中毒，甚至死亡。
膳食中的亚硝酸盐一般不会危害人体健康，但是，当人体摄入的亚硝酸盐总量达到0.3～0.5g时，会引起中毒，当摄入总量达到3g时，会引起死亡。 膳食中的绝大部分亚硝酸盐随尿排出，只有在特定的条件下(适宜的pH、温度和一定的微生物作用)才会转变成致癌物——亚硝胺，亚硝胺对动物还具有致畸和致突变作用。
在盐酸酸化条件下，亚硝酸盐与对氨基苯磺酸发生重氮化反应后，再与N-1－萘基乙二胺盐酸盐结合生成玫瑰红溶液。将经过反应显色后的待测样品与标准液比色，即可计算出样品中的亚硝酸盐含量。
设计实验跟踪检测泡菜在制作过程中亚硝酸盐含量的变化。
真核生物（单细胞真菌）
酿酒酵母：28℃；野生酵母：18~30℃
（多以出芽生殖为主，分裂生殖、孢子生殖）
附着在葡萄皮上的野生型酵母菌。
有氧条件下，酵母菌通过有氧呼吸大量繁殖：
无氧条件下，酵母菌通过无氧呼吸产生酒精：
原核生物（单细胞细菌）
②缺少糖源、氧气充足时：
当缺少糖源时，将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸。
新鲜水果的果皮表面附着有大量不同种类的野生酵母菌；
在酵母菌的作用下，水果可以发酵成果酒。
在有氧条件下果酒经醋酸菌作用可以进一步发酵成果醋。
2C2H5OH(酒精)+CO2+能量
2CH3COOH(醋酸)+2H2O+能量
酒精发酵：无氧，28℃
醋酸发酵：有氧，30~35℃
酒精发酵 → 醋酸发酵
新鲜水果(葡萄、苹果、山楂、龙眼等)
体积分数为70%的酒精
1.新鲜葡萄用清水冲洗的主要目的是什么？ 冲洗次数不宜太多，为什么？
冲洗次数不宜太多避免冲洗掉附着在葡萄皮上的野生酵母菌。
冲洗的主要目的是洗去浮尘；
2.为什么先冲洗葡萄再除去枝梗？
避免除去枝梗时引起葡萄破损，增加被杂菌污染的机会。
在发酵液装瓶后为什么要保持1/3的剩余空间？
利于酵母菌进行有氧呼吸快速繁殖， 耗尽氧气后再进行酒精发酵
B.防止发酵过程中产生的CO2造成 发酵液的溢出。
（1）在果酒发酵阶段每隔12h拧松瓶盖一次， 其原因是什么？
在果酒发酵过程中产生CO2 ，防止瓶内气压过高引起爆裂。
（2）拧松瓶盖后再将瓶盖拧紧， 原因是什么？
防止进入O2，影响酒精发酵
（3）为什么将温度控制在18-30℃进行发酵？
因为果皮表面附着的野生酵母菌可能有很多种，所以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。
打开瓶盖并盖上一层纱布的目的是什么？
制造有氧条件，进行醋酸发酵
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？
在葡萄酒的制作过程中，发酵液中会产生气泡，这是因为酵母菌发酵产生CO2；如果是用紫色葡萄制作葡萄酒，随着发酵时间的延长，由果皮进入发酵液的花青素会越来越多，因而发酵液的颜色会逐渐加深变成深红色。果醋发酵过程中一般不会出现气泡，发酵完成时，在发酵液的液面上会出现一层菌膜，这是醋酸菌膜。
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？
果酒中除了酵母菌，还有乳酸菌、醋酸菌等微生物。
乳酸菌可能会分解果酒中的有机物，使果酒变质。可以通过调节发酵的温度、果酒的pH等来控制乳酸菌的含量。
醋酸菌在有氧的条件下会将乙醇转化为醋酸，从而影响果酒发酵，在果酒制作的过程中尽量减少O2含量，从而抑制醋酸菌的繁殖。也可以通过调节发酵的温度、果酒的pH等同样可以控制醋酸菌的含量。
3.在制作果醋的过程中，酵母菌是否还会继续发酵？醋酸菌 从何而来？采用什么措施可以加快果醋的制作？
随着醋酸发酵的进行，发酵液的pH、发酵温度等均不利于酵母菌的生长繁殖，因此酵母菌活性很低。当打开瓶盖后，空气中的醋酸菌会进入发酵液中大量繁殖，其他的菌因不适应环境条件而不能繁殖。
在工业上，后期醋的发酵需要人工接种醋酸菌。我们制作果醋时，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(实际上是醋酸菌)，用这层薄膜进行接种可以明显缩短制作果醋的时间。
4.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）
5.如何检测果醋的发酵情况？
a.闻； b.品尝； c.观察醋酸菌膜是否形成。d.使用pH试纸检测检测和比较发酵前后的pH值；
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。
原材料中天然存在或面团、卤汁等发酵物中的微生物
有氧或无氧条件下的物质氧化分解
生产人们需要的各种发酵产品
果酒、果醋、泡菜、酱油等的制作
操作简单，便于家庭式或作坊式生产，是文化的传承等
生产条件不易控制，容易受杂菌污染，生产效率较低等。
主要是附着在葡萄皮上的野生型酵母菌
28℃（18-30℃）
植物体表面天然的乳酸菌
(1)腐乳的制作仅是毛霉参与了豆腐的发酵( )(2)泡菜坛的选择、发酵过程中坛沿要注满水都有利于泡菜的 无氧发酵( )(3)制作泡菜过程中,有机物的干重和种类将减少( )(4)传统发酵以混合菌种的固体发酵及半固体发酵为主( )(5)酵母菌是嗜温菌，所以果酒发酵所需的最适温度高于 果醋发酵温度( )(6)在果酒发酵后期松松瓶盖的间隔时间可延长( )(7)在家庭中用新鲜葡萄制作果酒时，需给发酵装置适时排气( )(8)在制作葡萄酒的过程中，应先去除葡萄的枝梗， 再进行反复冲洗( )
2.葡萄酒的制作离不开酵母菌。下列说法错误的是(　　) A.无氧条件下酵母菌能存活但不能大量繁殖 B.自然发酵制作葡萄酒时起主要作用的菌是野生型酵母菌 C.葡萄酒的颜色是葡萄皮中的色素进入发酵液形成的 D.制作过程中随着发酵的进行发酵液中糖含量增加
3.利用菠萝蜜制作果醋的大致流程为：先在灭菌的果肉匀浆中接种酵母菌，发酵6天后，再接入活化的醋酸菌，发酵5天。下列有关叙述错误的是(　　) A.乙醇既是乙酸发酵的底物，又可以抑制杂菌繁殖 B.酵母菌和醋酸菌均以有丝分裂的方式进行增殖 C.酵母菌和醋酸菌发酵过程中控制通气的情况不同 D.接入醋酸杆菌后，应适当升高发酵温度
4.中国的许多传统美食制作过程蕴含了生物发酵技术。 下列叙述正确的是(　　) A.泡菜制作过程中，酵母菌将葡萄糖分解成乳酸 B.馒头制作过程中，酵母菌进行呼吸作用产生CO2 C.米酒制作过程中，将容器密封可以促进酵母菌生长 D.酸奶制作过程中，后期低温处理可产生大量乳酸菌
5. 某同学在制作泡菜前，查阅资料得知，可以向泡菜坛中加入一些“陈泡菜水”；在用质量百分比为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，结果见曲线图。请你帮他分析相关问题。
（1）据图分析，从亚硝酸盐的含量来看， 你认为泡菜在什么时间食用比较 合适？为什么？
应该在发酵11天后食用比较合适，因为此时的亚硝酸盐含量已经降到较低的水平。
（2）加入“陈泡菜水”的目的是什么？
“陈泡菜水”中含有纯度较高的乳酸菌，加入“陈泡菜水”相当于接种乳酸菌。
6.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？该如何使用？你还能继续改进这种装置吗？
C同学的装置更适合制作果醋。 出料口可以用来取样;充气口可以在发酵时连接充气系进行充气，从而有利于醋酸菌更好地进行有氧呼吸，提高发酵效率;排气口可以用来排出在发酵过程中产生的气体，它通过一个长而弯曲的胶管与瓶身连接，其目的是防止空气中微生物的污染。
防止空气中微生物的污染
填充棉花或者安装其他过滤装置
是指利用 的特定功能，通过现代工程技术， 生产对人类有用的产品。它涉及 、 等方面。
二、发酵工程基本环节分析
性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得。
工业发酵罐的体积一般为及时立方米到几百立方米，接入的菌种总体积需要几立方米到几十立方米。
将培养到增长速率最快时期的菌体分开，再进行培养。
①根据菌种的代谢类型，选择不同的材料配制培养基。
②配置的培养基应包括微生物生长所需的碳源、氮源、 水、无机盐及特殊营养要求。
③应尽量降低生产成本，以得到更高的经济效益。
④配置的培养基要经过反复试验才能大规模应用。
发酵工程一般使用液体培养基。
①发酵工程所用的菌种大多数是单一菌种。
杂菌与菌种之间形成种间竞争关系使产量下降或杂菌产生的代谢物抑制菌种的生长使产量下降。
在青霉素生产过程中如果污染了杂菌，杂菌分泌青霉素酶就会将青霉素分解掉。
要在发酵过程中随时取样，检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程；
及时添加必需的营养物质组分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发酵产物；
严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等发酵条件，已获得所需的发酵产物。
使微生物与发酵液混合均匀，加快O2的溶解以及散热
温度、pH、溶解氧、灌压、通气量、搅拌、泡沫和营养等
及时添加必需的营养组分
②发酵过程中为什么还要控制发酵条件呢？
环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，而且会影响微生物代谢物的形成。
例如：谷氨酸的发酵生产：在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸；在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。
适当的提取、分离和纯化措施
分离、提纯产物的方法措施：
1.在产物分离和提纯方面，发酵工程与传统发酵技术相比 有哪些改进之处？
传统发酵技术获得的产物一般是成分复杂的混合物，一般不会再对产物进行分离和提纯处理，或者仅采用简单的沉淀、过滤等方法来分离和提纯产物。
在发酵工程中使用的分离和提纯产物的方法较多。初分离阶段，常采用沉淀、萃取、膜分离、吸附和离子交换等方法，进一步纯化阶段，会采用液相层析法、结晶法等方法。最后需要进行质量检查，合格后才能成为正式产品。
2.在进行发酵生产时，排出的气体和废弃培养液等能直接 排放到外界环境中吗？为什么？
不能。发酵生产时，微生物及其代谢物中都可能含有危害环境的物质。要进行二次清洁或灭菌处理后才能排放。
产物专一生产条件温和原料来源丰富且价格低廉废弃物对环境污染小且容易处理
在食品工业上的应用在医药工业上的应用在农牧业上的应用在其他方面的应用
1.在食品工业上的应用
（1）生产传统的发酵产品
（2）生产各种各样的食品添加剂
增加食品的营养，改善食品的口味、色泽和品质，有时还可以延长食品的保存期。
从生物体中提取的具有酶特性的一类化学物质。
用于食品的直接生产、改进生产工艺、简化生产过程、改善产品的品质和口味、延长食品储存期和提高产量等方面。
α-淀粉酶、β-淀粉酶、果胶酶、氨基酸肽酶和脂肪酶等。
大麦种子发芽，释放淀粉酶。
加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活。
将干燥的麦芽碾磨成麦芽粉。
产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌。
酵母菌将糖转化为酒精和CO2
杀死啤酒中的大多数微生物，延长它的保存期。
过滤、调节、分装啤酒进行出售。
酵母菌繁殖，大部分糖分解和代谢物生成。
在低温、密闭的环境下储存一段时间，形成澄清、成熟的啤酒。
1.啤酒的发酵过程分为_______和_______两个阶段；2.主发酵阶段完成______________________________________；3.后发酵的条件________________________________；4.焙烤的目的：________________________________；5.蒸煮的目的：
酵母菌的繁殖、大部分糖分解和代谢物的生成
低温、密闭的环境下储存一段时间
加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活
产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌
“精酿”啤酒与“工业”啤酒的区别
只使用麦芽、啤酒花、酵母菌和水
麦芽、啤酒花、酵母菌、水、大米、玉米、淀粉等
2.在医药工业上的应用
例如应用产黄青霉生产青霉素，用于治疗脑膜炎、骨髓炎、肺炎等。
许多微生物都能产生氨基酸，发酵工程可生产许多具有治疗作用的氨基酸。例如精氨酸可以治疗高氨血症（尿素合成障碍导致血氨浓度升高）等疾病。
利用工程菌生产生长激素释放抑制激素，用于肢端肥大症的治疗。
例如，利用工程菌生产乙肝疫苗。
发酵工程生产药物的方法
基因工程、蛋白质工程与发酵工程相结合
各种抗生素多种氨基酸多种激素多种免疫调节剂
利用微生物在代谢过程中产生的有机酸、生物活性物质等来增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长。
利用微生物代谢物抑制土壤中病原微生物的生长，从而减少病害的发生。
利用微生物或其代谢物来繁殖病虫害。
微生物农药作为　　　　 的重要手段。
微生物农药防治和化学农药防治的比较
利用微生物或代谢物进行防治
成本低、无污染，可以维持生态平衡
利用化学药剂（如杀虫剂、杀鼠剂）等进行防治
成本高，污染环境，不利于维持生态平衡
微生物含有丰富的蛋白质，而且生长繁殖速度快。
以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵获得了大量的 ，即单细胞蛋白，用单细胞蛋白制成的微生物饲料，能使家畜、家禽增重快，产奶或产蛋量显著提高。
（1）解决资源短缺和环境污染问题
利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质
（2）对极端微生物（生活在高温、高压、高盐和低温环境）的利用
利用嗜热菌、嗜盐菌生产洗涤剂嗜低温菌有助于提高热敏性产品的产量
（1）在食品工业上的应用
②生产各种各样的食品添加剂
（2）在医药工业上的应用
（3）在农牧业上的应用
（4）在其他方面的应用
(1)在发酵工程中，可通过诱变育种、基因工程育种获得菌种( )(2)发酵工程的中心环节是选育菌种( )(3)在连续培养过程中补充的同种培养液和空气须先灭菌( )(4)发酵工程中要对培养基进行灭菌,发酵设备不用灭菌( )(5)发酵罐中微生物的生长繁殖、代谢物的形成速度都与搅拌速度 有关( )(6)微生物饲料主要是利用发酵工程生产的微生物的菌体( )(7)发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种( )(8)发酵工程的产品主要包括微生物的代谢产物、酶及菌体本身( )
2.某高校采用如图所示的发酵罐进行葡萄酒主发酵过程的研究，下列叙述错误的是(　　)A.夏季生产果酒时，常需对罐体进行降温处理B.乙醇为挥发性物质，故发酵过程中空气的 进气量不宜太大C.正常发酵过程中罐内的压力不会低于大气压D.可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度 来决定何时终止发酵