微生物发酵及其应用

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,微生物发酵及其应用,啤酒、果酒、食醋、面包、酸奶、腐乳、豆豉、霉干菜、酸菜、酱油、酸味剂、甜味剂,1,、举例说出利用微生物发酵生产的,5,种食品,食品的添加剂,食品添加剂,是指为改善食品品质、防腐等需要而加入食品中的化学合成或天然物质，只要食品添加剂的使用符合国家有关规定，它对人体便是无害的。,发酵生产的历史,原始发展阶段,人类利用微生物酿制发酵食品的历史,1,、远古时代，自然发酵,2,、对自然发酵现象经过长期观察，思考模仿，发现含糖的物质或甜的东西会发酵产生酒,有计划进行人工酿酒,发酵生产的历史,原始发展阶段（距今,4000,多年,发酵技术原始，顶多是家庭小制作，技术进步缓慢，完全是经验式的，并不知道其中的原理,。,）,传统发酵工业阶段（,19,世纪末,20,世纪,20,年代,人们才开始了解发酵现象的本质，采用开放式的发酵方式，生产过程较为简单，对生产设备要求不高，规模一般不大,。,）,传统微生物发酵中，发酵的作用？,现代发酵工业阶段（,20,世纪,40-50,年代,生产技术要求高；生产规模大；技术发展速度快；菌种的生产能力大幅度提高，新产品、新技术、新设备的应用达到前所未有的程度,。,）生物技术产业阶段（,20,世纪,70,年代,利用构建的基因工程菌,二、什么是发酵？发酵食品,P41,发酵：,在一定条件下，利用,微生物的,生命活动大量生成或积累特定,代谢产物或菌体,的过程。,发酵食品：农副产品的原料利用发酵方法生产和加工制作的食品。,微生物的应用,请说出几种发酵食品,面酱、腐乳、面包、馒头、酒酿、豆豉、霉干菜、酸菜、泡菜、酱、酿造食醋、酿造酱油、各种酒类、酸奶、奶酪,微生物的应用,酒类,：包括果酒、啤酒、白酒及其他酒均是利用酿酒酵母，在厌氧条件下进行发酵，将葡萄糖转化为酒精生产的。白酒经过蒸馏，因此酒的主要成分是水和酒精，以及一些加热后易挥发物质，如各种酯类、其他醇类和少量低碳醛酮类化合物。,果酒和啤酒是非蒸馏酒，发酵时酵母将果汁中或发酵液中的葡萄糖，转化为酒精，而其他营养成分会部分被酵母利用，产生一些代谢产物，如氨基酸、维生素等，也会进入发酵的酒液中,。因此，果酒和啤酒营养价值较高。,微生物的应用,醋,：食品店或超市出售的醋中，除了白醋是由化学合成的食品级醋酸勾兑的外，其他的则是由,醋酸菌,在好氧条件下发酵，将固体发酵产生的酒精转化为醋酸生产的。由于使用的微生物菌种或曲种的差异，在葡萄糖发酵过程中会产生乳酸或其他有机酸，因而使醋有不同的风味。,微生物的应用,酱油,：酱油生产以大豆为主要原料，其他有麦麸、小麦、玉米等，将上述原料经粉碎制成固体培养基，在好氧条件下，利用产生蛋白酶的霉菌，如,黑曲霉,进行发酵。微生物在生长过程中会产生大量的蛋白酶，将培养基中的蛋白质水解成小分子的肽和氨基酸，然后淋洗、调制成酱油产品。酱油富含氨基酸和肽，具有特殊香味。,微生物的应用,酱,：以大豆和少量面粉为原料，蒸煮后在空气中自然发酵。发酵过程主要是能够产生蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶的,霉菌,，将大豆中的蛋白质、脂肪、淀粉分解，产生出氨基酸、多肽、甘油、脂肪酸等多种物质。这些物质使酱具有独特的酱香味。,微生物的应用,酸奶,：牛奶在厌氧条件下，由,乳酸菌,发酵，将乳糖分解，并进一步发酵产生乳酸和其他有机酸，以及一些芳香物质和维生素等；同时蛋白质也部分水解。因此，酸奶是营养丰富、易消化，少含乳糖，是适合于有乳糖不适应症者的优良食品。,微生物的应用,醪糟,：又称酒酿，是大米经蒸煮后，接种,根霉,，在好氧条件下，发酵生产的含低浓度酒精和不同糖分的食品。根霉在生长时会产生大量的淀粉酶，将大米中的淀粉水解成葡萄糖，同时利用部分葡萄糖发酵产生酒精。由于使用的根霉菌种不同，可以生产不同酒精度、不同甜度和不同香味的醪糟。,微生物的应用,面包,：现在的面包均是利用,活性干酵母,（面包酵母）经活化后，与面粉混合发酵，再加入各种添加剂，经烤制生产的。面粉发酵后淀粉结构发生改变，变得易于消化、营养易于吸收。,微生物的应用,馒头,：以前做馒头的面粉是经自然发酵后蒸制的，如果连续使用面肥发酵，经几代发酵，微生物会因生长优势而单一化。发酵的菌种一般多为,乳酸菌,。因为发酵产酸，在蒸制前要用碱中和酸，制得的馒头才松软适口、带有特殊香味。现在，大批量生产是采用,干酵母,发酵，所以不产酸，不需要再用碱中和即可蒸制。,微生物的应用,泡菜,：请参看,生物技术实践,的专题,1,的课题,3,（,乳酸菌,）,腐乳,：请参看,生物技术实践,的专题,1,的课题,2,（,毛霉,、青霉、酵母、曲霉等）,酸菜,：与泡菜类似。,发酵食品的生产,现代发酵生产,采用现代化工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。,发酵工程,啤酒制造工艺流程,发酵工程,啤酒制造工艺流程,1,、菌种的选育,三、发酵食品的生产：,2,、菌种的扩大培养,经过多次的扩大培养。,扩大培养是将培养到对数期的菌体分开，分头进行培养，以促使菌体数量快速增加，能在短时间里得到大量的菌体。,如何得到发酵生产所需要的大量菌体来缩短生产周期呢？,如何对菌种进行扩大培养呢？,3,、培养基的配制,要进行发酵生产，有了优良的菌种还需要有与菌种相适应的培养基。在配制培养基时应该注意哪些事情呢？,（,1,）根据不同的菌种，应选择不同的材料配制培养基。配制的培养基应满足微生物在,碳源、氮源、生长因子、水、无机盐,等方面的营养要求，并为微生物提供适宜的,pH,。,（,2,）,培养基的营养要协调，以利于产物的合成。,（,3,）培养基在满足微生物的营养需求的基础上应尽量降低生产成本，以得到更高的经济效益。,阅读课本相关内容，完成学习提纲：,（一）,碳源,概念,来源,最常用来源,作用,碳源,概念,来源,最常用来源,作用,碳源,凡能为微生物提供所需碳元素的营养物质,无机碳源：,CO,2,、,NaHCO,3,有机碳源：,糖类、脂肪酸、花生粉饼、石油。,糖类尤其是葡萄糖,主要构成细胞物质和一些代谢产物；有些是主要能源物质。,思考：自养型和异养型微生物分别能利用哪类碳源物质？,碳源能否为微生物提供能量？,（二）氮源,1,、什么是氮源？有哪些营养物质可做为氮源？常最用的氮源是什么？氮源有什么作用？,2,、含,C,、,H,、,O,、,N,的化合物是碳源、还是氮源？,概念,来源,最常用来源,作用,氮源,凡能为微生物提供所需,氮,元素的营养物质,无机氮源：分子态氮、氨、铵盐、硝酸盐。,有机氮源：尿素、牛 肉膏、蛋白胨、氨基酸等。,铵盐、硝酸盐。,主要用于合成蛋白质、核酸以及含氮的代谢产物。,1,、概念：有的微生物不可缺少的微量有机物就叫做生长因子。,（三）生长因子,2,、主要包括维生素、氨基酸和碱基等。,3,、作用：一般是酶和核酸的组成成分。,4,、原因：缺乏合成这些物质所需的酶或合成能力有限。,一些天然物质如酵母膏、蛋白胨、动植物组织提取液等，可以为微生物提供生长因子。,4,、灭菌和接种,发酵工程所用的菌种大多是单一的纯种，整个发酵过程中不能混入杂菌。这是为什么呢？,在发酵过程中如混入其他微生物，将与菌种形成竞争关系，对发酵过程造成不良影响。,例如：如果在谷氨酸发酵过程中混入放线菌，则放线菌分泌的抗生素就会使大量的谷氨酸棒状杆菌死亡。如果在青霉素生产过程中污染了杂菌，这些杂菌则会分泌青霉素酶，将合成的青霉素分解掉。,扩大培养与发酵生产过程中的培养有何不同呢？,有了用于生产的充足的菌体，在接种时要注意什么事项呢？,扩大培养是为了让菌体在短时期内快速增殖，而发酵过程中的培养是为了获得代谢产物，目的不同采用的培养条件就有可能不同。,例如：在酒精发酵过程中，扩大培养是为了促使酵母菌快速增殖，因此是在有氧条件下进行。而在发酵产生酒精的过程中则必须在无氧条件下进行以获得大量的酒精,接种过程中要注意防止杂菌污染。,那如何防止杂菌的污染呢？,怎样才算灭菌彻底呢？,要在发酵前对培养基和发酵设施进行严格的灭菌处理。,用高温、高压的方式，杀死所有杂菌的胞体、芽孢和孢子。,5,、分离和提纯,在啤酒生产过程中，发酵是重要环节。生产过程大致如下：将经过灭菌的麦芽汁充,氧,，接入啤酒酵母菌菌种后输人发酵罐。初期，酵母菌迅速繁殖，糖度下降，产生白色泡沫，溶解,氧逐渐耗尽,。随后，酵母菌繁殖速度迅速下降，糖度加速降解，酒精浓度渐渐上升，泡沫不断增多。当糖浓度下降到一定程度后，结束发酵。最后分别输出有形物质和鲜啤酒。根据上述过程，回答以下问题：,（,1,）该过程表明啤酒酵母异化作用的特点是,。,（,2,）初期，酵母菌迅速繁殖的主要方式是,。,（,3,）经测定酵母菌消耗的糖中，,98.5,形成了酒精和其他发酵产物，其余,1.5,则是用于,。,（,4,）请写出由麦芽糖葡萄糖酒精的反应方程式。,练习,关于单细胞蛋白叙述正确的是（）,A,是从微生物细胞中提取的蛋白质,B,通过发酵生产的微生物菌体,C,是微生物细胞分泌的抗生素,D,单细胞蛋白不能作为食品,B,单细胞蛋白是利用淀粉或维生素的水解液，制糖工业的废液，石化产品等为原料，通过发酵获得大量的微生物菌体，所以不是特指微生物的某种蛋白质或抗生素；单细胞蛋白含有丰富的蛋白质，如真菌蛋白可作为食品。,练习,谷氨酸棒状杆菌的培养液常采用的灭菌方法是（）,A,高压蒸汽灭菌,B,高温灭菌,C,加入抗生素灭菌,D,酒精灭菌,A,单细胞蛋白是利用淀粉或维生素的水解液，制糖工业的废液，石化产品等为原料，通过发酵获得大量的微生物菌体，所以不是特指微生物的某种蛋白质或抗生素；单细胞蛋白含有丰富的蛋白质，如真菌蛋白可作为食品。,练习,关于灭菌和消毒的不正确的理解是（）,A,灭菌是指杀灭环境中的一切微生物的细胞、芽孢和孢子,B,消毒和灭菌实质上是相同的,C,接种环用灼烧法灭菌,D,常用灭菌的方法有加热法、过滤法、紫外线法、化学药品法,B,1,灭菌是指采用强烈的理化因素杀死一定环境中所有微生物的细胞、芽孢和孢子的措施，是彻底杀死。消毒是一种采用较温和的理化因素，杀死物体表面或内部一部分对人体有害的病原菌，而对被消毒物体基本无害的措施，是部分杀灭。,2,常用灭菌方法：物理杀菌的常用方法：高温、辐射、超声波和激光等；化学杀菌常用方法：表面消毒剂和化学治疗剂，如抗生素，中草药有效成分。,实施建议,评价建议,教科书编写建议,课程资源的利用与开发建议,本节课和新课标的联系,实施建议,教学建议,深化对课程理念的认识,全面落实课程目标,组织好探究性学习,加强实验和其他实践活动的教学,落实,STS,相互联系的教育,注意学科间的联系,注重生物科学史的学习,注重生物科学史的学习,让学生对微生物的发酵有一个感性认识,通过现代发酵产品明确发酵过程其实和人们日常生活联系非常紧密,从发酵过程发展史的介绍使学生体会到科学技术是从生产实践中产生的,落实,STS,相互联系的教育,从现代发酵技术的发展来看都和,STS,相关,结合腐乳制作体验并认同科学技术和日常生活的联系,参观学校食堂,现场体验馒头的制作过程,组织好探究性学习,书本上的实验,书本实验的拓展,不同温度对酵母菌发酵的影响,不同,pH,对酵母菌发酵的影响,矿质元素对酵母菌发酵的影响,不同营养物质对酵母菌发酵的影响,评价建议,重视学习过程中的评价,建立学生学习记录卡,在不同的教学方式中采用不同的评价策略,善于利用纸笔测验,检测知识性目标的达成,根据学生实际操作情况,评价学生的实验操作技能,从多个侧面评价学生的探究能力,通过多种途径进行情感态度价值观的评价,重视学习过程中的评价,建立学生学习记录卡,实结果的评价,同学自评和组长评价,从多个侧面评价学生的探究能力,提出问题和作出假设,-,创新,制定实验计划,实施实验计划,阐述和交流实验结果和交流,课程资源的利用与开发,充分利用学校的课程资源,积极利用社区的课程资源,适当利用学生家庭中的课程资源,广泛利用媒体资源,挖掘利用无形的课程资源,参与开发生物课程的信息技术资源,