1.1传统发酵技术的应用(第1课时）(课件共32张PPT)

(共32张PPT)
从传统发酵技术到发酵工程
①约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。
②1857年，巴斯德证明酒精发酵是由活的酵母菌引起的。(巴斯德发现，利用酵母菌酿酒的时候，如果发酵容器存在氧气，酒精的产生会停止，这就是所谓的巴斯德效应。)
【科技探索之路】
③1897年，科学家发现了酶在酵母菌发酵中的作用。微生物的分离和纯化技术得到了应用，发酵生产的工艺和设备不断完善，传统的固体发酵开始向半固体发酵和液体发酵演变，作坊式手工生产向现代工业化生产方向发展。
④20世纪40年代，在厌氧发酵技术的基础上，建立了深层通气液体发酵技术。
⑤1957年，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。
⑥20世纪70年代以后，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。
⑦20世纪80年代，科学家开始运用数学、动力学、化学工程原理以及计算机技术对发酵过程进行综合研究，以更加合理地控制发酵过程，目前人类已经能够自动记录和控制发酵过程的全部参数。
课标内容要求 核心素养对接
举例说明日常生活中的某些食品是运用传统发酵技术生产的。 1．生命观念：运用结构功能观认识乳酸菌、酵母菌和醋酸菌的结构特点和代谢特点。
2．科学探究：运用发酵原理，设计并完成利用天然菌种制作泡菜、果酒和果醋的实验探究并对实验结果进行分析和评价。
3．社会责任：关注食品安全和健康的生活方式。
第1节　传统发酵技术的应用
第1章　发酵工程
葡萄美酒夜光杯，
欲饮琵琶马上催。
醉卧沙场君莫笑，
古来征战几人回。
从社会中来
葡萄酒和葡萄醋是人类以葡萄为原料利用微生物发酵制作而来的，它们的制作方法有什么不同？你想不想自己动手制作呢？
葡萄及葡萄酒
约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。
酿酒技术给古代人民的生活增添了丰富的色彩。许多古老的酿酒工艺一直保留并延续至今。
汉代砖刻上的酿酒图
展示我国古代酿酒作坊的绘画作品
现代发酵产品
【课题背景】
一、发酵与传统发酵技术
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。
（3）类型：
（1）概念：
需氧发酵（ ）
厌氧发酵（ ）
醋酸发酵、谷氨酸发酵
酒精、乳酸（泡菜、酸奶）发酵
1、发酵
（2）原理：
不同的微生物具有产生不同代谢产物的能力，因此利用它们既可以生产出人们所需要的多种产物。
（1）实例——腐乳
①原料：豆腐。
②参与发酵的微生物：____、____和____等，其中起主要作用的是____。
③发酵原理：经过微生物的发酵，豆腐中的蛋白质被分解成__________________。
酵母
曲霉
毛霉
毛霉
小分子的肽和氨基酸
氨基酸
2、传统发酵技术
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。
（2）概念：
（3）类型：
固体发酵（ ）
半固体发酵（ ）
泡菜、粮食白酒、腐乳等
豆豉、酱、酱油等
2、传统发酵技术
【典例】下列关于传统发酵食品的叙述，不正确的是(　　)
A．传统发酵产品需要多种多样的微生物
B．腐乳的制作直接利用了原料中天然存在的毛霉、酵母等微生物
C．传统发酵食品以单一菌种的固体发酵和半固体发酵为主
D．腐乳的制作需通过微生物的代谢把蛋白质转化为人需要的氨基酸
C
解析：传统发酵菌种来自自然界中的微生物(天然存在的菌种)，通常以混合菌种为主，没有接种菌种，没有经过严格灭菌，C错误。
1.乳酸发酵
（一）发酵类型
（1）应用的微生物：
（2）原理：
C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+能量
酶
①代谢类型：
②作用：
④种类：
③分布广泛：
⑤应用：
乳酸链球菌（球状）
乳酸杆菌（杆状）
乳酸菌
二、尝试制作传统发酵食品
厌氧微生物
在无氧情况下能将葡萄糖分解成乳酸
空气、土壤、植物体表、人或动物肠道
乳酸链球菌、乳酸杆菌
乳制品的发酵、泡菜的腌制
2.酒精发酵
（1）应用的微生物：
①代谢类型：
②作用：
③分布：
④特点：
⑤应用：
（2）原理：
C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+能量
酶
酵母菌
兼性厌氧型
在无氧情况下，进行酒精发酵
含糖量较高的蔬菜、水果表面
一类单细胞真菌
酿酒、制作馒头和面包
酵母菌的出芽生殖
3.醋酸发酵
（1）应用的微生物：
①代谢类型：
②作用：
③应用：
C6H12O6+2O2 →2CH3COOH+2H2O+2CO2+能量
C2H5OH+O2 →CH3COOH+H2O+能量
（2）原理：
酶
酶
醋酸菌
好氧型
在氧气、糖都充足时，能将糖分解成醋酸；在缺糖时，能将乙醇转化成乙醛，在将乙醛变成醋酸
酿醋
（二）制作传统泡菜
（二）制作传统泡菜
1.制作泡菜的原理
（1）利用植物体表面天然的乳酸菌；
（2）发酵期间，乳酸会不断的积累，当它的质量百分比为0.4%~0.8%时，泡菜的口味、品质最佳。
（3）反应式：
C6H12O6 →2C3H6O3（乳酸）+能量
酶
2.材料用具
（2）调味品：如花椒、八角、生姜、蒜瓣及其他香辛料、白酒、白砂糖 和盐。
（3）泡菜坛或其他密封性良好的罐子。
(1)各种蔬菜（选新鲜蔬菜或其他原料，因为亚硝酸盐的含量低）均可，一般用白菜、洋白菜、黄瓜、豇豆、胡萝卜、白萝卜等。
3.制作流程
配制盐水
用清水和食盐配制质量百分比为5%-20%的盐水，并将盐水煮沸，冷却待用；
原料处理、蔬菜装坛
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；
①盐的作用：
②盐水浓度要适宜的目的：
③盐水煮沸的目的：
调味；抑制其他微生物生长
过高：口味不佳，亚硝酸盐含量高；
过低：杂菌易繁殖，导致泡菜变质。
杀灭微生物；去除水中的溶解氧
④为什么泡菜坛只能装八分满？
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；
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；
同时留有一定空间，也更方便拿取泡菜。
加盐水
将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过菜料，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；
给泡菜坛内创造无氧环境，
严格控制厌氧条件
泡菜制作需要在无氧条件下进行
⑤用水密封泡菜坛的目的：
⑥以上说明泡菜制作需要什么条件？
⑦为什么在泡菜制作过程中要保持无氧环境？
制作泡菜所用的菌种是乳酸菌，乳酸菌是一种厌氧菌，只有在无氧环境中才会进行乳酸发酵。
⑧如何制造泡菜制作中的“无氧环境”？
a.选择的泡菜坛要有很好的气密性；
b.加入蔬菜后要注入盐水并没过全部菜料；
c.盖上坛盖后要在坛盖边沿的水槽中注满清水。
⑨制作泡菜往往要加入一些白酒，加入白酒有什么作用？
白酒可抑制泡菜表面杂菌的生长，它也是一种调味剂，可增加醇香感。
⑩泡菜制作过程中，是否只有乳酸菌起作用？
不是，还有一些酵母菌和大肠杆菌
4.泡菜的制作过程分析
泡菜在发酵期间，由于乳酸菌的发酵作用，发酵产物乳酸不断积累，因此可以根据微生物的活动情况和乳酸积累量，将泡菜发酵过程分为三个阶段。
(1)发酵初期：蔬菜刚入坛时，其表面带入的微生物，主要以不抗酸的大肠杆菌和酵母菌等较为活跃,坛内尚有留存的O2， 等微生物呼吸作用，产生较多的CO2, 会有气泡从坛沿水槽内间歇性地放出，从而使坛内逐渐形成厌氧状态， 发酵开始。
酵母菌
乳酸
(2)发酵中期：由于初期乳酸发酵使乳酸不断积累，pH下降，厌氧状态形成，乳酸菌开始活跃，并产生大量乳酸，乳酸的积累量可达到0.6%～0.8%，pH为3.5～3.8。这一期间为泡菜完全成熟阶段，泡菜有酸味而且清香。
试分析此时期坛内其他微生物的活动情况及原因：
①由于pH的不适，大肠杆菌、酵母菌和霉菌的活动受到抑制；
②由于氧气耗尽，需氧型微生物的活动受到抑制.
(3)发酵后期：在此期间继续进行乳酸发酵，乳酸含量继续增加，可达1.0%以上。当乳酸含量达到1.2%以上时，发酵速度会逐渐变缓甚至停止，主要原因是______________________________。此阶段泡菜酸度过高，风味已不协调。
pH过低，乳酸菌的活动受到抑制
泡菜好吃，但不宜多吃，泡菜中亚硝酸盐会危及人体健康
5、泡菜腌制中亚硝酸盐产生
资料: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。
注意：亚硝酸盐本身并不致癌，亚硝酸盐会转化为亚硝胺（致癌、致畸和致突变）作用。
氧化
维生素C、E和酚类物质
亚硝胺
硝酸盐
亚硝酸盐
还原
细菌等微生物
(硝酸还原菌产生硝酸还原酶)
【典例】某同学在制作泡菜前，查阅资料得知，可以向泡菜坛中加些“陈泡菜水”，在用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，结果见右栏曲线图，请你帮他分析问题。
1、据图分析，从亚硝酸盐含量来看，你认为该泡菜在什么时间食用比较合适？为什么？
2、他第一次制作出的泡菜“咸而不酸”，造成这个结果最可能的原因是什么？
3、加入“陈泡菜水”的目的是什么？
13天后食用比较好，亚硝酸盐含量低
盐浓度高，杀死了乳酸菌等微生物
“陈泡菜水”含乳酸菌，可快速发酵产生乳酸
小结：泡菜腌制中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的变化
发酵时期 乳酸菌 乳酸 亚硝酸盐
发酵前期
发酵中期
发酵后期
变化曲线
少（O2抑制乳酸菌活动）
少
增加（硝酸盐还原菌的作用）
最多（乳酸菌比其他杂菌更耐酸。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）
√
×
×
×
×
√
(1)制作传统泡菜是利用植物体表面天然的乳酸菌来进行发酵的 ( )
(2)发酵期间，乳酸会不断积累，当它的质量分数为0.04%～0.08%时，泡菜的口味、品质最佳 ( )
(3)选材装至半坛时，放入蒜瓣、生姜及其他香辛料，继续装满 ( )
(4)制备泡菜时，盐水煮沸后可以立即使用 ( )
(5)泡菜的制作前期需要通入氧气，后期应严格保持无氧条件 ( )
(6)泡菜在腌制过程中会有亚硝酸盐产生，腌制方法、时间长短和温度高低等条件都对亚硝酸盐的含量有影响 ( )
【基础过关】
【检测1】泡菜在发酵期间，由于乳酸菌的发酵作用，乳酸不断积累，因此可以根据微生物的活动情况和乳酸积累量，将泡菜发酵过程分为三个阶段。下列说法错误的是(　　)
A．初期由于含有氧气且pH较高，坛内存在其他微生物的生长
B．中期由于乳酸不断积累，厌氧状态形成，乳酸菌成为优势物种
C．后期由于乳酸含量继续增加，发酵速度会逐渐变缓甚至停止
D．整个发酵过程中亚硝酸盐含量不断增加，故泡菜要尽早食用
D
【检测2】利用卷心菜、黄瓜发酵制作泡菜过程中，乳酸菌、酵母菌细胞数量和pH的变化如图所示。回答下列问题：
(1)自然界中，常见的乳酸菌有____________________。在细胞结构上，乳酸菌不同于酵母菌的显著区别是____________________，在代谢过程中，酵母菌区别于乳酸菌的代谢类型是____________。
乳酸链球菌和乳酸杆菌　
无核膜包被的细胞核
兼性厌氧型　
(2)发酵初期，pH迅速下降的主要原因是______________________________。发酵中期，酵母菌通过____________(填“有氧呼吸”或“无氧呼吸”)进行增殖。在发酵过程中，酵母菌与乳酸菌间存在竞争关系，其强度的变化是____________________________ 。
(3)卷心菜发酵制作泡菜过程中，需要注意控制________________________，否则容易造成细菌大量繁殖，使___________的含量增加，影响泡菜的品质。
乳酸菌快速增殖，代谢产生了大量乳酸　
无氧呼吸
由小变大，再变小
腌制时间、温度、食盐的用量　
亚硝酸盐
1．某同学制作泡菜时，向泡菜坛中加入一些“陈泡菜水”，并用5%的食盐水进行腌制。在不同的腌制时间测定了泡菜中亚硝酸钠的含量，结果见图。相关说法错误的是 (　　)




A．加入“陈泡菜水”的目的是提供乳酸菌
B．泡菜“咸而酸”是食盐和乳酸所致的
C．制作泡菜的过程中，有机物的干重和种类将减少
D．从图中结果可知7天后食用泡菜比较合适
C
【当堂训练】
2．豆豉是中国传统特色发酵豆制品，是以黑豆或黄豆为主要原料，利用毛霉、曲霉或者细菌中蛋白酶的作用，分解大豆蛋白质，一段时间后，再用加盐、加酒、干燥等方法，延缓发酵而成。下列相关分析错误的是 (　　)
A．毛霉和细菌在结构上最大的区别是有无以核膜为界限的细胞核
B．豆豉富含蛋白质、各种氨基酸及多种维生素，具有一定的营养价值
C．加盐、加酒会改变蛋白质的空间结构，使其不能与双缩脲试剂反应
D．发酵过程离不开多种蛋白质的参与
解析：毛霉属于真核生物，细菌属于原核生物，两者在结构上最大的区别是有无以核膜为界限的细胞核，A正确；豆豉是中国传统特色发酵豆制品，富含蛋白质、各种氨基酸及多种维生素，具有一定的营养价值，B正确；加盐、加酒会改变蛋白质的空间结构，但不会破坏肽键，所以仍能与双缩脲试剂反应，C错误；发酵过程离不开多种蛋白质(蛋白酶、脂肪酶等)的参与，D正确。
C
C
3、泡菜发酵的微生物主要是乳酸菌，而在发酵初期，水槽内经常有气泡产生，这些气泡产生的原因及成分分别是(　　)
A．乳酸菌是兼性厌氧型微生物，初期进行有氧呼吸产生CO2；气体为CO2
B．因腌制过程中的盐进入蔬菜使蔬菜体积缩小，气体被排出；气体为空气
C．发酵初期活动强烈的是酵母菌，其利用氧产生的气体为CO2
D．乳酸菌在发酵过程中产生了热量，使坛内温度升高，空气受热膨胀排出；气体为空气
4．回答下列有关泡菜制作的问题：
(1)制作泡菜时，所用盐水要煮沸，其目的是______________________ 。为了缩短制作时间，有人还会在冷却后的盐水中加入少量陈泡菜液，加入陈泡菜液的目的是________________。
(2)泡菜制作过程中，乳酸发酵过程即乳酸菌进行___________的过程。该过程发生在乳酸菌的_____________中。
(3)泡菜制作过程中影响亚硝酸盐含量的因素有__________、________和____________等。
(4)从开始制作到泡菜质量最佳这段时间内，泡菜液逐渐变酸，这段时间内泡菜坛中乳酸菌和其他杂菌的消长规律是_________________________ ，原因是______________________。
杀灭盐水中的微生物并除去水中氧气
增加乳酸菌的数量　
无氧呼吸
细胞质基质　
温度
腌制时间　
食盐用量　
乳酸菌数量增多，杂菌数量减少　
乳酸菌比杂菌更耐酸