资源简介

(共48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。
发酵工程：是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；
从社会中来
啤
酒
葡萄酒
毛豆腐
豆豉
泡菜
陈醋
腐乳
酸奶
发面团
酱油
辣白菜
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。”（唐·王翰）诗中提及的葡萄酒是人类利用微生物发酵制作而来的。通过微生物的发酵作用还可以制作葡萄醋。葡萄酒和葡萄醋都是以葡萄为原料发酵而来的饮品，为什么一个是醇厚浓郁、耐人寻
味的酒，一个却是酸味柔和、口感绵长的醋呢？它们的制作方法有什么不同？你想不想自己动手制作葡萄酒和葡萄醋呢？
葡萄酒和葡萄醋都是由葡萄发酵而来，但是一个经酵母菌无氧呼吸产生了酒精，另一个经醋酸菌有氧呼吸产生了醋酸，因此口感不同。
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。
（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。
对微生物而言，“发酵”在有氧和无氧条件下都能进行。
必修一（P94）中提到的发酵特指“微生物的无氧呼吸”，是狭义的发酵概念。
（1）实例——腐乳
①原料：豆腐。
②多种参与发酵的微生物：____、____和____等，其中起主要作用的是____。
③发酵原理：在豆腐的发酵过程中，毛霉等微生物产生的蛋白酶能将豆腐的______分解成小分子的____________，脂肪酶可将脂肪水解为________________，味道鲜美，易于消化吸收。
酵母
曲霉
毛霉
毛霉
肽和氨基酸
2、传统发酵技术
蛋白质
甘油和脂肪酸
丝状真菌、孢子生殖、异养需氧型、发酵的温度为15～18 ℃。
④制作流程
让豆腐长出毛霉
直接利用空气中的毛霉孢子（15-18℃，一定湿度）
目的：让毛霉等产生蛋白酶和脂肪酶
加盐腌制
目的：析出豆腐中的水分、抑制不需要的微生物生长
加卤汤装瓶
卤汤包括酒和香辛料
酒：抑制微生物生长，并使腐乳具有独特香味；
香辛料：调味，防腐杀菌
密封腌制
卤汤中酒的含量应控制在12%左右，过高会延长腐乳成熟的时间，过低不足以抑制微生物生长，可能导致豆腐腐败
方法：随豆腐层数加高增加盐用量，接近瓶口表面，铺厚一点
正在进行发酵的豆腐胚
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：
2、传统发酵技术
传统的发酵以___________的___________和__________为主，通常是___________或___________的。
混合菌种
固体发酵
半固体发酵
家庭式
作坊式
思考辨析：使用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才算。
例如：直接利用空气中毛霉孢子制作腐乳属于传统发酵技术，
若直接接种毛霉，则不属于。
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。
制作传统泡菜
二、尝试制作传统发酵食品
1.乳酸发酵
（1）应用的微生物：
②代谢类型：
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
异养厌氧微生物
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
①生物类型：
原核生物
（2）原理：
C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+能量
酶
发酵期间，乳酸会___________，当它的质量百分比为____________时，泡菜的口味、品质最佳；
不断积累
0.4%-0.8%
乳酸链球菌（球状）
乳酸杆菌（杆状）
植物体表面天然的乳酸菌在无氧情况下能将葡萄糖分解成乳酸
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。
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？
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
⑦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。
⑧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。
⑨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
⑩ 从开始制作到泡菜质量最佳这段时间内，泡菜逐渐变酸，泡菜坛中乳酸菌和其他杂菌的消长规律是什么？原因？
泡菜制作过程中影响亚硝酸盐含量的因素有哪些？
乳酸菌数量增多，杂菌数量减少；因为乳酸菌比其他杂菌更耐酸。
温度高低，腌制方法，时间长短，食盐用量等。
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)
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。
到生活中去
【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）
2.酒精发酵
（1）应用的微生物：
①代谢类型：
②生殖方式
③分布：
④生物类型：
⑤应用：
酵母菌
异养兼性厌氧型
主要出芽生殖
含糖量较高的蔬菜、水果表面
一类单细胞真菌（真核生物）
酿酒、制作馒头和面包
酵母菌的出芽生殖
⑥菌种来源：
Ⅱ工厂发酵：为了提高果酒的品质，更好地抑制其他微生物的生长，可直接在果汁中添加人工培养的酵母菌
Ⅰ自然发酵：主要是附着在葡萄皮上的野生型酵母菌
C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+能量
酶
酵母菌在有氧条件下能大量繁殖，增加酵母菌数量;
在无氧条件下通过无氧呼吸产生酒精，反应式如下：
（2）果酒的制作原理
C6H12O6+6O2+6H2O 6CO2+12H2O+能量
酶
果酒制作前期，需要氧气；果酒制作后期，严格厌氧；
“先通气后密封，先有水后有酒”
1、为什么在酒精发酵过程中往往“先通气后密封”？
“通气”的目的是使酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖 ，增加酵母菌的数量。“密封”的目的是使酵母菌进行无氧呼吸产生酒精 。
2、酒精发酵过程中发生“先来水后来酒”现象，其原因是什么？
酵母菌首先进行有氧呼吸产生了水，然后进行无氧呼吸才产生酒精。
3、葡萄酒呈现深红色的原因？
在发酵过程中葡萄皮的色素进入到发酵液中。
（3）果酒发酵的条件
① 温度：
② 氧气：
③ pH：
④ 时间：
酿酒酵母的最适生长温度为28℃左右，酒精发酵时将温度严格控制在18℃～30℃。
前期需O2 ，后期无氧。
呈酸性。（4.0～5.8）
10～12天
3.醋酸发酵
（1）应用的微生物：
②代谢类型：
③生殖方式：
④应用：
醋酸菌
酿醋
①生物类型：
原核生物
异养需氧型
分裂生殖（二分裂）
二分裂生殖
①若氧气、糖源充足时，醋酸菌将葡萄汁中的糖分解成醋酸，其反应式：
②若氧气充足、缺少糖源，醋酸菌将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸，其反应式：
酶
2C2H5OH+O2 →2CH3CHO（乙醛）+2H2O+能量
酶
2CH3CHO+O2 →2CH3COOH（醋酸）+能量
2.果醋制作原理
C6H12O6+2O2 2CH3COOH+2CO2+2H2O+能量
酶
（4）果醋发酵的条件：
① 温度：
② 需要充足的氧气
③ pH：
④ 时间：
多数醋酸菌的最适生长温度为30～35℃ ，醋酸发酵时将温度严格控制在此范围内。
呈酸性。
7~8天
器具消毒
冲洗葡萄
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。
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。
果酒与果醋的制作过程
①冲洗的目的？能否连续冲洗，为什么？先去梗还是先冲洗,为什么？
不能反复冲洗以免菌种流失。
应该先冲洗，然后再除去枝梗，避免葡萄破损，减少被杂菌污染的机会。
除去污物
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。
②葡萄汁装入发酵瓶时，为何要留有1/3的空间？
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.暂时存储发酵产生的CO2，防止发酵液的溢出。
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。
③发酵过程中，每隔12h左右将瓶盖拧松一次（注意不是打开瓶盖）为什么？
排出发酵过程中产生CO2 ，防止瓶内气压过高引起爆裂。
此后再将瓶盖拧紧，目的是
防止进入O2，继续进行酒精发酵
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。
①发酵后取样，通过嗅味和品尝进行初步鉴定。
②用显微镜观察酵母菌，并用重铬酸钾检测酒精的存在与否。
检测果酒的制作是否成功
重铬酸钾法检测发酵液中的酒精
重铬酸钾
酸性条件下，重铬酸钾与酒精反应成灰绿色
打开瓶盖，盖上纱布
果醋检测
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。
2、果醋的制作是否成功
①通过观察菌膜的形成、嗅味和品尝进行初步鉴定。
②检测和比较醋酸发酵前后的pH值。
③在显微镜下观察发酵液中是否有醋酸菌，并统计其数量作进一步鉴定。
分析发酵装置：
充气口
排气口
出料口
①充气口的作用
是为果酒制作的前期和果醋制作全过程提供氧气。
②排气口的作用是
排出发酵过程产生的CO2
③出料口的作用是
便于取样检查和放出发酵液
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
便于取样监测
关闭
关闭
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
下图甲是果酒和果醋发酵的装置图，图乙是果酒和果醋制作过程中发生的物质变化。下列有关叙述中，正确的是
甲　　
A. 甲装置可先用于果醋的制作，后用于果酒的制作
B. 用甲装置制作果酒时，要加入适量的酵母菌，且一直关紧阀b
C. 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
D. 过程③和④都需要氧气的参与，但反应场所不同
乙
D
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，发酵液会产生气泡，这是因为酵母菌发酵产生CO2；开始发酵后，CO2产生越来越多，会使发酵液出现“沸腾”现象，在发酵的10天后，这种现象最明显。
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。
乳酸菌可能分解果酒中的糖、甘油、酒石酸等，从而使果酒变质。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。
果汁中的糖也是醋酸菌重要的碳源和能源。在有氧的情况下，醋酸菌能把糖分解成醋酸；在缺少糖源的情况下，乙醇便是醋酸菌的碳源和能源，它将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为醋酸。
由于醋酸菌在有氧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尽量减少O2含量，可以抑制醋酸菌的生长繁殖。
此外，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。
（7）结果分析与评价
二.尝试制作传统发酵食品
1.传统发酵食品 ：制作果酒和果醋
2
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。
在我们的实验条件下，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。
（7）结果分析与评价
二.尝试制作传统发酵食品
1.传统发酵食品 ：制作果酒和果醋
2

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