發(fā)酵工程為人類提供多樣化生物產(chǎn)品（課件）-高二生物（滬科版2020選擇性必修3）

第二節(jié)發(fā)酵工程為人類提供多樣化生物產(chǎn)品第1章發(fā)酵工程選擇性必修3學(xué)習(xí)目標(biāo)1、結(jié)合微生物發(fā)酵的實例，基于結(jié)構(gòu)與功能、物質(zhì)與能量等觀念，闡明現(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)的基本原理。2、在制作發(fā)酵食品、模擬發(fā)酵過程調(diào)控等探究過程中，記錄和分析微生物發(fā)酵過程的動態(tài)變化，闡釋微生物發(fā)酵的調(diào)控過程。3、關(guān)注發(fā)酵工程產(chǎn)品的應(yīng)用，能對發(fā)酵技術(shù)在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用提出初步構(gòu)想。發(fā)酵工程：

傳統(tǒng)發(fā)酵以生產(chǎn)食品為主，現(xiàn)代發(fā)酵產(chǎn)品則涉及人們生產(chǎn)與生活的方方面面，如減少白色污染的可降解塑料聚乳酸、緩解能源危機的燃料乙醇、防治疾病的抗生素和疫苗……發(fā)酵工程是利用微生物的生命活動大量生產(chǎn)人們所需產(chǎn)品的工程技術(shù)體系。

醋、醬油、味精是廚房必備的調(diào)味品，你知道它們都是發(fā)酵而來的嗎？你可以初步了解醬油的制作過程。材料閱讀：醬油的制作思考與討論：

1.根據(jù)已有知識分析，米曲霉在發(fā)酵制醬曲的過程中起了什么作用？

2.在發(fā)酵池發(fā)酵制醬醅的過程中，必須控制哪些條件才能滿足乳酸菌和酵母的發(fā)酵？

3.為什么大豆、小麥等原料經(jīng)過發(fā)酵，能產(chǎn)生醬油特有的鮮味？1．運用傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)多種食品果酒

果酒是以新鮮水果或果汁為原料、經(jīng)酵母發(fā)酵而成的、含有一定酒精的發(fā)酵酒。果酒在發(fā)酵過程中發(fā)生了一系列復(fù)雜的生化反應(yīng)，最終形成果酒獨特的風(fēng)味和色澤。記載葡萄采摘及葡萄酒釀造過程的埃及金字塔壁畫果酒的制作：果酒的制作1.菌種：酵母菌，屬異養(yǎng)兼氣型微生物。在有氧條件下，酵母菌進行有氧呼吸，大量繁殖；在無氧條件下，酵母菌進行酒精發(fā)酵。2.原理：酵母菌無氧呼吸產(chǎn)生酒精

3.反應(yīng)式：葡萄糖→2乙醇＋2CO2+少量能量酶果酒制作4.條件：①溫度是酵母菌生長和發(fā)酵的重要條件，18-25℃適合酵母菌酒精發(fā)酵；②發(fā)酵期間通過打開出氣管，間或放氣幾次；③發(fā)酵瓶裝入葡萄汁后留有l(wèi)/3的空間。

目的是先讓酵母菌進行有氧呼吸快速繁殖，耗盡氧氣后再進行酒精發(fā)酵；其次，防止發(fā)酵過程中產(chǎn)生的CO2造成發(fā)酵液的溢出。果酒的制作：果醋

果醋是在果酒基礎(chǔ)上，進行醋酸發(fā)酵釀制而成的飲料醋，兼具水果和醋的香味。果醋中含有機酸、氨基酸、醇類及多種維生素等成分，營養(yǎng)豐富。果醋的制作：果醋的制作

1.菌種：醋酸菌，屬異養(yǎng)需氧型細(xì)菌。2.原理：當(dāng)氧氣充足時，醋酸菌將乙醇變?yōu)橐胰僮優(yōu)榇姿幔ň谱兇祝?.條件：醋酸菌的最適生長溫度30-35℃，需適時通入無菌空氣，充氣口和排氣口都打開。4.果酒和果醋制作的流程：制作果酒和果醋的流程示意圖果醋的制作：探究·實驗：1-4果酒和果醋的制作▲實驗?zāi)繕?biāo)：

掌握果酒和果醋的制作原理；學(xué)習(xí)果酒和果醋的制作方法▲實驗原理：

果酒的制作利用了酵母在有氧和無氧條件下的不同生理過程。在有氧條件下，酵母將有機物徹底分解為二氧化碳和水，大量繁殖；在無氧條件下，則進行酒精發(fā)酵。果醋是在果酒基礎(chǔ)上，利用醋酸菌進行發(fā)酵釀制而成。醋酸菌是好氧菌，在氧氣充足條件下，可將果酒中乙醇轉(zhuǎn)化為乙醛，再將乙醛轉(zhuǎn)化為醋酸?！牧掀骶撸?/p>

新鮮、成熟的葡萄或蘋果等水果、培養(yǎng)好的釀酒酵母和醋酸菌、燒杯、廣口瓶等。探究·實驗：1-4果酒和果醋的制作▲實驗步驟：一、果酒的制作1.將去梗的水果洗凈后搗碎，用榨汁機榨汁，或用紗布濾出果汁。2.將果汁迅速倒入滅過菌的發(fā)酵瓶內(nèi)，留出1/3的空間，按照10%的體積比加入酵母培養(yǎng)物，塞好瓶塞，夾緊進氣管和出氣管，在18~25℃條件下厭氧發(fā)酵10~12d。發(fā)酵期間通過打開出氣管，間或放氣幾次。3.待發(fā)酵結(jié)束后，用玻璃酒精計檢測酒精含量。果酒的酒精度一般在15°以下。4.將酒液過濾，裝入經(jīng)消毒的玻璃瓶中，完成果酒的制作。5.記錄果酒的色澤、香氣等特征。探究·實驗：1-4果酒和果醋的制作▲實驗步驟：二、果醋的制作1.將制作好的果酒按照10%的體積比加入醋酸菌液，塞好瓶塞。打開進氣管和出氣管，在30~35℃條件下發(fā)酵3~4d。2.待發(fā)酵結(jié)束后，用pH計測定果醋的pH。果醋的pH一般約為3。3.記錄果醋的外觀、香氣等特征。▲結(jié)果分析：1.與表1-7列出的果酒鑒定指標(biāo)作比較，看看你制作的果酒是否成功？2.在制作果酒和果醋的過程中，你認(rèn)為可以從哪些方面防止產(chǎn)物被污染？

酸奶的制作酸奶

酸奶是以牛奶為主要原料，經(jīng)乳酸菌發(fā)酵生產(chǎn)的一種具有較高營養(yǎng)價值的特殊風(fēng)味產(chǎn)品。用于酸奶發(fā)酵的乳酸菌主要是德氏乳桿菌保加利亞亞種和唾液鏈球菌嗜熱亞種。發(fā)酵過程中，牛奶中的糖類、蛋白質(zhì)被分解成更易消化和吸收的小分子物質(zhì)，還可產(chǎn)生多種維生素。同時，由于乳酸菌可將牛奶中的乳糖轉(zhuǎn)化成乳酸，因此，酸奶還適合乳糖不耐受的人群飲用。

酸奶的制作酸奶的制作1.菌種：乳酸菌，屬于異養(yǎng)厭氧型細(xì)菌。2.原理：乳酸菌在發(fā)酵過程中產(chǎn)生乳酸，乳酸可以使牛奶中的蛋白質(zhì)凝固，同時產(chǎn)生酸奶獨特的風(fēng)味物質(zhì)。3.條件：將接種后的原料置于40~42℃的恒溫培養(yǎng)箱中保溫4~6h。4.過程：原料配置→消毒→冷卻→接種→保溫→后熟。探究·實驗：1-5酸奶的制作▲實驗?zāi)繕?biāo)：

掌握酸奶的制作方法；了解微生物在生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用?！鴮嶒炘恚?/p>

乳酸菌在發(fā)酵過程中產(chǎn)生乳酸，乳酸可以使牛奶中的蛋白質(zhì)凝固，同時產(chǎn)生酸奶獨特的風(fēng)味物質(zhì)?！牧掀骶撸?/p>

優(yōu)質(zhì)全脂奶粉或新鮮牛奶、蔗糖、新鮮優(yōu)質(zhì)酸奶或市售酸奶菌粉（含活菌）、250mL三角燒瓶、恒溫水浴鍋、恒溫培養(yǎng)箱、冰箱等。探究·實驗：1-4果酒和果醋的制作▲實驗步驟：1.原料配制：將30g全脂奶粉加入三角燒瓶中，再加5g蔗糖和70mL蒸餾水；或在100mL新鮮牛奶中加入5g蔗糖，搖勻，用封口膜封好三角燒瓶的瓶口。2.消毒：將上述三角燒瓶置于85~90℃的恒溫水浴鍋中消毒15min，注意要將瓶中液體部分完全浸沒在熱水中，并不時搖動。3.冷卻：將消毒好的三角燒瓶用冷水沖洗其外壁，冷卻至45℃左右。4.接種：開啟封口膜，按約10%比例將新鮮酸奶作為菌種或按0.1%~1%的比例將酸奶菌粉接入冷卻后的原料中，充分?jǐn)噭?，封好封口膜?.保溫：將接種后的原料置于40~42℃的恒溫培養(yǎng)箱中保溫4~6h（具體時間視凝乳速度而定），待凝固后從恒溫培養(yǎng)箱中取出，停止發(fā)酵。6.后熟：已形成凝固態(tài)的酸奶在4℃左右的低溫下保持12~24h。7.感官評定：記錄酸奶的色澤、組織狀態(tài)、氣味和滋味等特征。探究·實驗：1-4果酒和果醋的制作▲結(jié)果分析：1.好的酸奶外觀色澤均勻一致，呈乳白色，組織均勻細(xì)膩，無大塊顆粒，具有酸奶特有的香味且酸甜可口。你制作的酸奶達到這個標(biāo)準(zhǔn)了嗎？2.若酸奶發(fā)酵中污染了雜菌，酸奶會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？如果出現(xiàn)雜菌污染，乳清就會析出過多。除此之外，酸奶凝固也會不結(jié)實，并有氣泡和異味出現(xiàn)。2．發(fā)酵工程是生產(chǎn)特定產(chǎn)品的現(xiàn)代生物工程技術(shù)體系微生物菌種

發(fā)酵工業(yè)依靠微生物的生命活動，能在生產(chǎn)設(shè)備中把各種原料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品。發(fā)酵生產(chǎn)所用的菌種是具有特定功能的微生物。利用這些特定功能可以生產(chǎn)人們所需的各種產(chǎn)品。菌種是發(fā)酵工業(yè)的靈魂。目前，工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用的優(yōu)良菌種絕大多數(shù)是從自然界中分離得到野生型菌株，再經(jīng)過篩選、純化和誘變育種后才選育成功的。2．發(fā)酵工程是生產(chǎn)特定產(chǎn)品的現(xiàn)代生物工程技術(shù)體系生物反應(yīng)器

生物工程中為微生物或動植物細(xì)胞的生長代謝提供場所，使其大量積累目的產(chǎn)物的裝置稱為生物反應(yīng)器。舉例：青霉素主要通過微生物發(fā)酵進行生產(chǎn)生產(chǎn)青霉素1.青霉素的培養(yǎng)基：碳源（是工業(yè)用葡萄糖或淀粉的酶水解物）、氮源（為玉米漿、硫酸銨或氨水）、無機鹽（硫酸鈉和磷酸二氫鉀）2.溫度：黃青霉生長的最適溫度為30℃，青霉素的最適溫度是20℃3.pH：6.5左右。4.條件：青霉素發(fā)酵對溶解氧水平比較敏感，溶解氧水平主要與無菌空氣的通氣量及攪拌轉(zhuǎn)速密切相關(guān)。發(fā)酵過程中還會產(chǎn)生較多泡沫，需要補入消泡劑

3．發(fā)酵工程產(chǎn)品在多個領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價值發(fā)酵工程與食品工業(yè)1.黃原膠和結(jié)冷膠等微生物多糖可作為食品增稠劑;2.谷氨酸等可作為食品鮮味劑;3.β-胡蘿卜素可作為著色劑和營養(yǎng)強化劑;4.經(jīng)大規(guī)模培養(yǎng)的乳酸菌等益生菌可直接食用，改善腸道健康。3．發(fā)酵工程產(chǎn)品在多個領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價值發(fā)酵工程與醫(yī)藥工業(yè)

紅霉素、頭孢霉素和萬古霉素等的大量生產(chǎn)和應(yīng)用，使人類在細(xì)菌性傳染病的治療上獲得了極大的進步。

來源于微生物的基因工程藥物是通過基因工程構(gòu)建的菌種發(fā)酵生產(chǎn)的生物活性物質(zhì)。

3．發(fā)酵工程產(chǎn)品在多個領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價值發(fā)酵工程與能源環(huán)境

應(yīng)用微生物技術(shù)將天然有機物中貯存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為人類所需的可再生、不污染環(huán)境、有利于生態(tài)平衡的新型能源，已成為緩解能源危機和解決環(huán)境污染的重要途徑。一、選擇題1．酵母菌和醋酸菌異化作用的類型分別是（

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①需氧型