1.1 传统发酵技术的应用（2课时）(课件共38张PPT)

(共38张PPT)
第1章 发酵工程
第1节 传统发酵技术的应用
科技探索之路
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。
约9000年前
20世纪70年代以后
1857年
1897年
20世纪80年代
1957年
20世纪
40年代
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。微生物的分离和纯化技术得到了应用，作坊式手工生产向现代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。
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。
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。
发酵工程
指利用微生物的特定功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品。 它涉及菌种的选育和培养、产物的分离和提纯等方面。
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。
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
从社会中来
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。
（1）概念：
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，因此利用它们就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）特点：
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
以混合菌种的固体发酵及半固体发酵为主；通常是家庭式或作坊式的。
【思考】每年进行同样的操作，但是每年制作的腐乳或豆瓣酱的口感都不完全相同，有些年份甚至制作不成功，你知道这是为什么吗？
提示　发酵的生产条件不易控制，容易受杂菌污染。
【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作用原理：
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
异养厌氧型
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
（细菌，原核生物）
乳制品的发酵、泡菜的腌制
同化作用：
新陈代谢的过程
异化作用：
从外界环境中获取营养物质，将营养物质转变成自身的组成物质，储存能量的过程，分为自养型和异养型；
（物质代谢）
把组成自身的一部分物质分解，把代谢的终产物排出体外，释放能量的过程，分为需氧型、厌氧型和兼性厌氧型。
（能量代谢）
2.酒精发酵
（1）应用的微生物：
①生物类型：
②生殖方式：
④分布：
③代谢类型：
⑥应用：
（2）原理：
C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+能量
酶
酵母菌
异养兼性厌氧型
在无氧情况下，进行酒精发酵
含糖量较高的蔬菜、水果表面
单细胞真菌
酿酒、制作馒头和面包
酵母菌的出芽生殖
⑤作用：
出芽生殖为主，不利条件下进行孢子生殖。【均为无性生殖】
（酿酒酵母的最适生长温度为28℃左右）
3.醋酸发酵
（1）应用的微生物：
①代谢类型：
②途径：
③应用：
C6H12O6+2O2 →2CH3COOH+2H2O+2CO2+能量
C2H5OH+O2 →CH3COOH+H2O+能量
（2）原理：
酶
酶
醋酸菌
异养好氧型
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
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。
舌尖上的中国——四川泡菜
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：
④盐水冷却后使用的目的：
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
⑤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。
为了不影响乳酸菌的生命活动
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？
【注意】泡菜在腌制过程中会有亚硝酸盐产生，
膳食中的亚硝酸盐一般不会危害人体健康，但如
果摄入过量，会发生中毒，甚至死亡。
（3）如何判断你腌制的泡菜是否成功？色泽如何？口味如何？
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。
根据亚硝酸盐的含量来评定；
根据不同时期泡菜坛中乳酸菌的数量来评定。
可以通过在显微镜下观察乳酸菌的形态；
4.结果分析和评价
二、尝试制作传统发酵食品——制作泡菜
【导学案P3】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，结果如图，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？
11天后食用比较好，此时亚硝酸盐含量低。
盐浓度过高，杀死了乳酸菌等微生物。
“陈泡菜水”含纯度较高的乳酸菌，可快速发酵产生乳酸。
√
×
×
×
×
√
(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】
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
（三）制作果酒和果醋
1.制作原理
（1）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，在它们作用下，水果可以发酵成果酒。
（2)酵母菌在有氧条件下，进行有氧呼吸，大量繁殖；
酵母菌在无氧条件下能进行酒精发酵。
酶
反应式：
C6H12O6+6O2+6H2O→6CO2+12H2O+能量
C6H12O6 →2C2H5OH（酒精）+2 CO2+能量
酶
C2H5OH+O2 →CH3COOH（醋酸）+H2O+能量
酶
(3)醋酸菌在氧气、糖源充足时,将糖分解成醋酸;
当缺少糖源时，将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸。
C6H12O6 +2O2→2CH3COOH+ 2CO2+2H2O+能量
酶
②洗洁精、体积分数70﹪的酒精、发酵瓶、纱布和榨汁机等
①新鲜的水果（如葡萄、苹果、山楂和龙眼等）
2.材料用具
3.制作流程
器具消毒
将发酵瓶、榨汁机等器具用洗洁精清洗干净，并用体积分数为70%的酒精消毒，晾干备用
冲洗葡萄
取新鲜葡萄，用清水冲洗1-2次，再去除枝梗和腐烂的籽粒，沥干
榨汁装瓶
用榨汁机榨取葡萄汁，将葡萄汁装入发酵瓶（注意：要留有大约1/3的空间），盖好瓶盖
酒精发酵
将温度控制在18-30℃进行发酵，在发酵过程中，每隔12h左右将瓶盖拧松一点（注意：不是打开瓶盖），此后再拧紧瓶盖。发酵时间为10-12d.
①70%的酒精的作用：
②冲洗的目的：
③冲洗1-2次即可，能否反复冲洗，
为什么？
④为什么去梗前冲洗：
⑤葡萄汁装入发酵瓶时，为何要留有1/3的空间？
⑥每隔12h左右将瓶盖拧松一点的目的：
⑦拧松但不打开的目的：
消毒
去除表面灰尘、污物
防止野生菌种数量减少，影响发酵
避免葡萄破损，减少被杂菌污染的机会
a.先让酵母菌进行有氧呼吸，快速繁殖
，耗尽O2后，再进行酒精发酵；
b.防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出
不能，
排出气体
防止杂菌污染
打开瓶盖，盖上纱布
当葡萄酒制作完成后，打开瓶盖，盖上一层纱布，进行葡萄醋的发酵。发酵温度为30-35℃，时间为7-8d。
果醋检测
果酒检测
可通过从发酵瓶口取样来对发酵的情况进行检测
⑧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
⑨醋酸菌从何而来？
⑩如何检测果醋的发酵情况？
a.闻；b.品尝；
c.使用pH试纸检测检测和比较发酵前后的pH值；
d.观察醋酸菌膜是否形成；
打开瓶盖后，空气中的醋酸菌会进入果酒发酵液中大量繁殖，其他的菌因不适应环境条件（不能利用乙醇）而不能繁殖
4.实验分析与思考【导学案P6】
①在制作果酒和果醋的过程中，发酵液分别有哪些变化？
发酵 酒精发酵 醋酸发酵
气味和味道
气泡和泡沫
发酵液颜色
酒味
酸味
有气泡和泡沫
无气泡和泡沫
颜色加深变成深红色(以紫葡萄作原料)
浑浊，液面形成白色菌膜
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？
除了酵母菌，果酒中还有乳酸菌、醋酸菌等微生物。
乳酸菌可能分解果酒中的糖等，从而使果酒变质。
可以通过改变 、 等控制乳酸菌的含量。醋酸菌可以将糖或乙醇转化为乙酸，由于醋酸菌在 的条件下才能进行旺盛的代谢活动，因此在制作果酒的过程中 ，可以抑制醋酸菌的生长繁殖。此外，通过改变 、 等同样可以控制醋酸菌的含量。
发酵的温度
果酒的pH
有氧
尽量减少氧气含量
发酵的温度
果酒的pH
(3)在制作果醋的过程中，酵母菌是否还会继续发酵？
随着醋酸发酵的进行， 、 等均不利于酵母菌的生长繁殖，因此酵母菌活性很低。
发酵液的pH
发酵温度
(4)醋酸菌从何而来？采用什么措施可以加快果醋的制作？
打开瓶盖后， 的醋酸菌会进入发酵液中大量繁殖，其他的菌因 而不能繁殖。我们制作果醋时，可以先买一瓶醋，将其 ，一段时间后在醋的表面会有一层薄膜，用这层薄膜进行接种可以明显缩短制作果醋的时间。
空气中
不适应环境条件
打开暴露于空气中
5、设计果酒发酵与果醋发酵装置
结构 作用 酒精发酵时状态 醋酸发酵时状态
充气口
排气口
出料口
通入空气
关闭
打开，并接入气泵
排出CO2
打开
打开
便于取样检查和放出发酵液
关闭
关闭
思考：
1.为什么排气口胶管长而弯曲？
2.该装置还能继续改进吗？
防止空气中微生物的污染
可以在充气口填充棉花或者安装其他过滤装置，以防止充入的气体携带外来杂菌污染发酵液等。
发酵瓶
小结1：实验设计流程图
无氧
有氧
挑选葡萄
冲洗
榨汁
醋酸发酵
酒精发酵
果酒
果醋
项目 果酒制作 果醋制作
发酵菌种
菌种来源
菌种代谢类型
菌种细胞类型
发酵原理 在有氧条件下： 在无氧条件下： 氧气、糖源都充足时：
缺少糖源时：
发酵 条件 温度
时间
氧气
酵母菌
小结2：果酒制作与果醋制作的比较
醋酸菌
主要是附着在葡萄皮上的野生型酵母菌
异养兼性厌氧型
异养需氧型
真核细胞
原核细胞
C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量
酶
C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+少量能量
酶
空气中的野生型醋酸菌
C6H12O6+2O2 2CH3COOH+2H2O+2CO2+能量
酶
C2H5OH+O2 CH3COOH+H2O+能量
酶
18-30℃（28℃最适宜）
30-35℃
10-12d
7-8d
初期需氧，后期不需氧
需要氧气
左：葡萄酒窖； 中：啤酒酒窖； 右：白酒酒窖
技术与工程：工业上大规模生产时通常会先通过微生物培养技术获得单一菌种，再将它们接种到物料中发酵。
一、概念检测
2.传统发酵食品的制作需要各种各样的微生物。下列相关叙述错误的是 （ ）
A.腌制泡菜利用了乳酸菌的乳酸发酵
B.制作腐乳利用了毛霉等产生的蛋白酶
C.制作果酒利用了酵母菌在无氧条件下产生酒精
D.制作果醋利用了醋酸菌在无氧条件下产生醋酸
D
练习与应用（P8）
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、芽孢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孢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。（ ）
3、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？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。
防止空气中微生物的污染
结构 作用 酒精发酵时状态 醋酸发酵
时状态
充气口
排气口
出料口
通入空气
关闭
打开，
并接入气泵
排出CO2
打开
打开
便于取样检测
关闭
关闭
填充棉花或者安装其他过滤装置
练习与应用（P8）
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）
导学案P4
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