资源简介

(共45张PPT)
第1节 传统发酵技术的应用
计划课时：3课时
第一章 发酵工程
选修一简介
1、教材
2、高考要求
发酵工程
【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。
一、发酵与传统发酵技术
1857年，法国微生物学家巴斯德证明了酒精发酵是由活的酵母菌引起的，并发明了巴氏消毒法。此后，人们才开始了解发酵的本质。
一、发酵与传统发酵技术--发酵
【发酵】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。
醋酸发酵、谷氨酸发酵
酒精、乳酸（泡菜、酸奶）发酵
类型
根据氧气需求情况
需氧发酵
厌氧发酵
根据生成产物种类
醋酸发酵
酒精发酵
乳酸发酵
对微生物而言，“发酵”在有氧和无氧条件下都能进行；
而对其他生物来说，“发酵”一般就是指无氧条件下的细胞呼吸。
科技探索之路
约9000年前，我们的祖先就会利用微生物将谷物、水果等发酵为含酒精的饮料。后来，人们通过自然发酵或曲种传代的固体发酵方法生产其他食品，如酱油、醋、豆豉、腐乳和酸奶等。这种传统发酵技术促进了中华民族特有的饮食文化的形成，但在几千年的时间里，人们并不明白其中的原理。
1857年，法国微生物学家巴斯德（L.Pasteur，1822—1895）通过实验证明，酒精发酵是由活的酵母菌引起的，从而将酵母菌与发酵联系起来。
1897年，科学家发现了酶在酵母菌发酵中的作用，逐渐了解了发酵的本质。之后的30多年间，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。同时，作坊式的手工生产向近代工业化生产方向发展。利用微生物生产的新产品，如酒精、柠檬酸和淀粉酶等不断出现。
科技探索之路
20世纪40年代，利用发酵工程大规模生产青霉素成为研究的主攻方向。由于青霉素产生菌是需氧型的，科学家在厌氧发酵技术的基础上，建立了深层通气液体发酵技术，使青霉素的生产实现了产业化。不久，随着链霉素、金霉素和土霉素等抗生素的发现及生产，抗生素发酵工业兴起。
1957年，用微生物生产谷氨酸获得成功。20世纪60年代，科学家通过研究微生物的代谢途径，继续改进发酵技术，通过人工诱变特定微生物，获得了具有更高生产能力的突变类型。之后，酶制剂、多糖、维生素发酵工业相继兴起。
20世纪70年代以后，基因工程、细胞工程等的发展，使发酵工程进入了定向育种的新阶段。例如，运用基因工程可以将动植物的基因转移到微生物中，获得具有特殊生产能力的微生物，大量生产人们所需要的产品，如人胰岛素、干扰素等。
20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。
一、发酵与传统发酵技术--传统发酵技术
【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存下来的发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术。
【方式】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。
【发酵产品】果酒、腐乳、酱、酱油、醋、泡菜、豆豉等。
葡萄美酒夜光杯，欲饮琵琶马上催
——唐.王翰《凉州词》
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。
汉代砖刻上的酿酒图
制造葡萄酒似乎非常容易，不需人类的操作，只要过熟的葡萄掉落在地上，内含于葡萄的酵母就能将葡萄变成葡萄酒。但是经过数千年经验的累积，现今葡萄酒的种类不仅繁多，且酿造过程复杂，有各种不同的繁琐细节。
一、葡萄的选择
产地、筛选、年份
二、酒桶（橡木桶）的选择
橡木桶培养、类型(美国橡木桶比法国橡木桶赋予葡萄酒更强的橡木香气)、干燥橡木材的方式
、橡木桶的规格(大规格的橡木桶接触葡萄酒的橡木面少，因此渗取物质少) 、橡木桶的新旧。
三、发酵工艺细节
低温、发酵、补充加糖、澄清、装配等
四、酒瓶的选择
现代葡萄酒酿造工艺
法国葡萄酒的酒瓶
知识框架
一、与果酒制作有关的微生物
二、制作原理
三、实验装置
四、制作流程
一、与果酒制作有关的微生物
背景知识：生物的新陈代谢类型
1、同化作用
（1）自养型
（2）异养型
2、异化作用
（1）厌氧型
（2）需氧型
如人的同化作用类型：异养型
人的异化作用类型：需氧型
人的新陈代谢类型：异养需氧型
二、尝试酿酒
1.与果酒制作有关的微生物
（1）酵母菌
①代谢特点：单细胞真菌，代谢类型为异养兼性厌氧型；无氧时进行酒精发酵。
②发酵原理（反应简式）
酵母菌先在有氧条件下大量繁殖，再在无氧条件下进行酒精发酵
③生产应用：可用于酿酒、制作馒头和面包等。
④适宜温度：酿酒酵母的最适生长温度约为28℃。
⑤分 布：在一些含糖量较高的水果、蔬菜表面。
C6H12O6
酶
2C2H5OH（酒精）+2CO2+能量
活动：家里有酿酒经历的同学说一下流程及注意事项？
2.制作传统发酵食品——果酒流程
挑选葡萄
冲洗
榨汁
装瓶
酒精发酵
选择新鲜的葡萄。
榨汁前先将葡萄冲洗（目的是洗去灰尘）并除去枝梗。
1、冲洗不能过度，为什么？
2、"冲洗"和"去枝梗"不能颠倒顺序，为什么？
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，为什么要消毒？
将葡萄汁装入发酵瓶，要留大约1/3的空间，为什么？
制作葡萄酒的过程中，将温度严格控制在18-25℃，时间控制在10-12d左右，并对发酵的情况进行及时监测，注意及时拧松瓶盖，为什么？
果酒
二、尝试制作传统发酵食品
2.制作传统发酵食品——果酒
二、尝试制作传统发酵食品
2.制作传统发酵食品——果酒
实验结果（结果评价）：
发酵后取样，可通过嗅味和品尝进行初步鉴定。还可通过显微镜观察酵母菌，并用重铬酸钾溶液检验酒精的存在。
二、尝试制作传统发酵食品
2.制作传统发酵食品——果酒
【思考1】此发酵装置中的充气口、排气口和出料口分别有哪些作用。结合果酒。果醋的制作原理你认为应该如何使用这个发酵装置
【思考2】为什么排气口要通过一个长而弯曲的胶管与瓶身连接
分析∶充气口是在醋酸发酵时连接充气泵进行充气用的；排气口是在酒精发酵时用来排出CO2的；出料口是用来取样的；使用该装置制酒时，应该关闭充气口；制醋时，应将充气口连接气泵，输入氧气
目的是防止空气中微生物的污染，其作用类似巴斯德的鹅颈瓶。
改进：请思考与教材器具不同之处及其优点
二、尝试制作传统发酵食品
2.制作传统发酵食品——制作果酒与果醋
体验酿酒
1、实验材料及用具：水果、75%酒精溶液、酵母粉、白砂糖。
2、分组：6人左右一组，设小组长。
3、实验步骤：
（1）75%酒精溶液擦拭消毒：实验者双手、矿泉水瓶
（2）清洗水果（橙子或橘子不用冲洗，只需剥皮、掰成小块）
（3） 榨汁
（4）分装2瓶：瓶1：加入少许酵母粉、适量白砂糖，留出2/3空间
瓶2：不加其他材料，留出2/3空间
（5）贴标签（注明材料、日期、小组名）、清洁桌面
4、发酵情况监测：各小组长负责，发酵瓶保管在课室（周末时切记带回家），及时放气，前5天约3、4小时放一次，下周开始则半天到1天放一次。
5、成果展示
思考：酿酒时如果密封不好，往往发酸，为什么？
2.与果醋制作有关的微生物
（2）醋酸菌
①代谢特点：好氧细菌，代谢类型为异养需氧型；当O2、糖源都充足时，能将糖分解成醋酸；当缺少糖源时则将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为醋酸。多数醋酸菌的最适生长温度为30～35℃。
②发酵原理（反应简式）
C6H12O6+2O2
酶
2CH3COOH（醋酸）+2H2O+2CO2+能量
C2H5OH+O2
酶
CH3COOH（醋酸）+H2O+能量
二、尝试制作传统发酵食品
2.制作传统发酵食品——制作果酒与果醋流程
挑选葡萄
冲洗
榨汁
装瓶
酒精发酵
醋酸发酵
通气
果酒
果醋
制葡萄醋的过程中，将温度严格控制在30-35℃，时间控制在7-8d左右，并注意适时通过充气口充气。
二、尝试制作传统发酵食品
2.制作传统发酵食品——制作果酒与果醋
实验结果（结果评价）：
首先可通过观察菌膜的形成、嗅味和品尝进行初步鉴定，再通过检测和比较发酵液在发酵前后的pH变化做进一步鉴定。还可通过显微镜观察发酵液是否有醋酸菌，并统计其数量做进一步的鉴定。
1．果酒的制作离不开酵母菌，在配制酵母菌的培养基时，常添加一定浓度的葡萄糖液，如果葡萄糖浓度过高，反而会抑制酵母菌的生长。其原因最可能是 （ ）
A．葡萄糖被合成了淀粉 B．酵母菌细胞失水
C．改变了培养液的pH D．酵母菌发生了变异
2．下列哪项操作会引起发酵液受污染，使发酵失败（ ）
A．榨汁机用温水进行清洗，并晾干 B．发酵瓶先用温水清洗，再用75%的酒精擦拭后晾干使用
C．葡萄先去除枝梗，再冲洗多次 D．每次排气时，只需拧松瓶盖，不能将盖完全揭开
3．酒厂在利用酵母菌酿酒的过程中，经检测活菌数量适宜，但却不产生酒精，应该采取的措施是
A．降低温度 B．隔绝空气 C．加缓冲液 D．加新鲜培养基
课后作业：
1、上报小组分组情况给科代表，再次核实是否已准备好水果及两个水瓶
2、完成作业
新课引入
二、尝试制作传统发酵食品
1.传统发酵食品制作所利用的微生物
（1）乳酸菌
①代谢特点：厌氧细菌，代谢类型为异养厌氧型；在无氧的情况下能将葡萄糖分解成乳酸。
②发酵原理（反应简式）
③生产应用：可用于乳制品的发酵、泡菜的腌制等。
④分布：广泛分布于空气、土壤、植物体表、人或动物的肠道内。
⑤常见类型：乳酸链球菌和乳酸杆菌。
C6H12O6
酶
2C3H6O3（乳酸）+能量
二、尝试制作传统发酵食品
2.制作传统发酵食品——制作泡菜
原料加工
配制盐水
装坛
封坛发酵
成品
选取新鲜的蔬菜（如萝卜、黄瓜和豇豆等），进行修整、洗涤和晾晒，切分成条状或片状。
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。
装至半坛时，放入蒜瓣、生姜及其他香辛料，继续装至八成满。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。（泡菜坛的选择∶应选择火候好、无裂纹、无砂眼、坛沿深、盖子吻合好）
盖好坛盖，在坛盖边沿的水槽中注满水，以保证坛内乳酸发酵所需的无氧环境，并注意在发酵中经常补水。发酵时间长短主要受室内温度的影响。
在腌制过程中，要控制腌制的时间、温度和食盐的用量。温度过高、食盐用量过低、腌制时间过短，容易造成细菌大量繁殖，亚硝酸盐含量增加。
二、尝试制作传统发酵食品
2.制作传统发酵食品——制作泡菜
①发酵初期∶主要以大肠杆菌和酵母菌较为活跃，它们进行乳酸发酵和微弱的酒精发酵，发酵产物为乳酸、乙醇、醋酸和二氧化碳等。
泡菜发酵过程的变化
②发酵中期∶乳酸不断积累，pH下降，无氧状态形成，乳酸菌开始活跃，并进行乳酸发酵。大肠杆菌、霉菌等杂菌的活动受到抑制。
③发酵后期∶乳酸含量继续增加，当乳酸含量达到1.2%以上时，乳酸菌的活性受抑制，发酵速度逐渐变缓甚至停止。
二、尝试制作传统发酵食品
2.制作传统发酵食品——制作泡菜
思考 1、下图表示泡菜发酵过程中乳酸菌数量、亚硝酸盐含量、乳酸含量的变化。图①～③纵轴标识依次应为
乳酸菌数量
亚硝酸盐含量
乳酸含量
思考2、为什么泡菜坛内有时会长一层白膜，你认为这层白膜是怎么形成的
形成白膜是由于________的繁殖。泡菜发酵液营养丰富，其表面氧气含量也很丰富，适合________繁殖。
思考3、变酸的酒表面会形成一层菌膜，是由于________的繁殖。
酵母菌
酵母菌
醋酸菌
二、尝试制作传统发酵食品
2.制作传统发酵食品——制作果酒与果醋
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
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——25℃
30-35℃
10-12d
7-8d
初期需氧，后期不需氧
需要氧气
二、尝试制作传统发酵食品
2.制作传统发酵食品——制作果酒与果醋
【思考3】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？
提示：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。
【思考4】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
提示：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。
二、尝试制作传统发酵食品
2.制作传统发酵食品——制作果酒与果醋
【思考5】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
提示：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。
二、尝试制作传统发酵食品
2.制作传统发酵食品——制作果酒与果醋
【思考6】如何证明"葡萄汁转化成葡萄酒是酵母菌发酵所致"
将等量葡萄汁分别装入 A、B 两个发酵瓶，高压蒸汽灭菌处理。
A 发酵瓶接种一定量的酵母菌菌液，
B 组不接种或接种等量的灭菌处理过的酵母菌菌液，
发酵一段时间后，检测酒精的生成情况。
练习与应用
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。（ ）
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
二、拓展题
1.请举例说说你身边的传统发酵食品有哪些，它们的制作原理是什么。有机会的话，你也可以尝试做一做。
豆豉是中国传统特色发酵豆制品调味料。豆豉以黑豆或黄豆为主要原料，利用毛霉、曲霉或者细菌蛋白酶的作用分解大豆蛋白质，达到一定程度时，用加盐、加酒、干燥等方法，抑制酶的活力，延缓发酵过程而制成。
豆豉的种类较多，按加工原料分为黑豆豉和黄豆豉，按口味可分为咸豆豉、淡豆豉、干豆豉和水豆豉。具有和胃、除烦、祛寒的功效，并且对减少血中胆固醇、降低血压也有一定帮助。
豆豉，最早的记载见于汉代刘熙《释名·释饮食》一书中。
练习与应用
二、拓展题
2.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，结果见右栏曲线图。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
应该在发酵10天后食用比较合适，因为这时亚硝酸盐含量已经降到较低的水平。
可能是食盐浓度过高、发酵温度过低等原因导致泡菜未能正常发酵。
"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。
练习与应用
二、拓展题
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同学用了没有盖的塑料瓶，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
提示：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泵进行充气，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。
进一步改进∶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。
本节结束 谢谢大家

展开更多......

收起↑