第1章

發(fā)酵工程第1節(jié)傳統(tǒng)發(fā)酵技術的應用|科技探索之路|-從傳統(tǒng)發(fā)酵技術到發(fā)酵工程發(fā)酵工程：是指利用微生物的特定功能，通過現(xiàn)代工程技術，規(guī)?；a(chǎn)對人類有用的產(chǎn)品，它涉及菌種的選育和培養(yǎng)、產(chǎn)物的分離和提純等方面。一、發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術1.發(fā)酵（1）概念：（2）原理：不同的微生物具有產(chǎn)生不同代謝產(chǎn)物的能力，因此利用它們就可以生產(chǎn)出人們所需要的多種產(chǎn)物。（3）類型：需氧發(fā)酵厭氧發(fā)酵如：醋酸發(fā)酵、谷氨酸發(fā)酵如：酒精發(fā)酵、乳酸發(fā)酵人們利用微生物，在適宜的條件下，將原料通過微生物的代謝轉(zhuǎn)化為人類所需要的產(chǎn)物的過程。一、發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術2.傳統(tǒng)發(fā)酵技術直接利用原材料中天然存在的微生物，或利用前一次發(fā)酵保留下來的面團、鹵汁等發(fā)酵物中微生物進行發(fā)酵，制作食品的技術。（1）概念：（2）類型：固體發(fā)酵（

）半固體發(fā)酵（

）泡菜、糧食白酒、腐乳等豆豉、醬、醬油等生產(chǎn)條件不易控制，容易受雜菌污染，生產(chǎn)效率較低，產(chǎn)物不單一等。缺點：一、發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術（3）實例：腐乳制作①原料：豆腐。②參與發(fā)酵的微生物：________、______和______等，其中起主要作用的是________。③發(fā)酵原理：經(jīng)過微生物的發(fā)酵，豆腐中的蛋白質(zhì)被分解成

。酵母菌曲霉毛霉毛霉小分子的肽和氨基酸（此外，微生物還可以產(chǎn)生脂肪酶，將脂肪分解為脂肪酸和甘油）毛霉：分布廣泛代謝類型：異養(yǎng)好氧型生殖類型：孢子生殖適宜溫度：15~18℃2.傳統(tǒng)發(fā)酵技術一、發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術④制作流程讓豆腐長出毛霉直接利用空氣中的毛霉孢子或者直接接種毛霉（15-18℃，一定濕度）目的：讓毛霉等產(chǎn)生蛋白酶和脂肪酶加鹽腌制鹵湯包括酒和香辛料酒：抑制微生物生長，并使腐乳具有獨特香味；香辛料：調(diào)味，防腐殺菌加鹵湯瓶密封腌制方法：隨豆腐層數(shù)加高增加鹽用量，接近瓶口表面，鋪厚一點目的：析出豆腐中的水分、抑制不需要的微生物生長【思考】每年進行同樣的操作，但是每年制作的腐乳或豆瓣醬的口感都不完全相同，有些年份甚至制作不成功，你知道這是為什么嗎？（3）實例：腐乳制作2.傳統(tǒng)發(fā)酵技術二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品1.泡菜制作（1）菌種：乳酸菌①菌種來源：植物體表面天然的乳酸菌②代謝類型：異養(yǎng)厭氧型③種類：乳酸鏈球菌、乳酸桿菌（原核生物）（2）發(fā)酵原理：在無氧的情況下能將葡萄糖分解成乳酸C6H12O62C3H6O3（乳酸）+能量酶發(fā)酵期間，乳酸會___________，當它的質(zhì)量百分比為____________時，泡菜的口味、品質(zhì)最佳。不斷積累0.4%-0.8%乳酸鏈球菌（球狀）

乳酸桿菌（桿狀）1.泡菜制作（3）方法步驟：二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品向壇蓋邊緣的水槽中注滿水，并在發(fā)酵過程中注意經(jīng)常向水槽中補充水，根據(jù)室內(nèi)溫度控制發(fā)酵時間。將新鮮蔬菜（如蘿卜、黃瓜和豌豆等）洗凈，切成塊狀或條狀，混合均勻，晾干后裝入泡菜壇內(nèi)；裝至半壇時，加入蒜瓣、生姜及其他香辛料，繼續(xù)裝至八成滿。A.在泡菜發(fā)酵初期，由蔬菜表面帶入的大腸桿菌、酵母菌等較為活躍，它們可以進行發(fā)酵，發(fā)酵產(chǎn)物中有較多的二氧化碳，如果泡菜壇裝的太滿，發(fā)酵液可能會溢出壇外。B.另外，泡菜壇裝的太滿，會使鹽水不太容易完全淹沒菜料，從而導致壇內(nèi)菜料變質(zhì)腐爛。C.泡菜壇留有一定的空間，也更方便拿取泡菜。③鹽水煮沸的目的：④鹽水冷卻后使用的目的：二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品（3）方法步驟：配制鹽水用清水和食鹽配制質(zhì)量分數(shù)為5%~20%的鹽水，并將鹽水煮沸，冷卻待用。將冷卻好的鹽水緩緩倒入壇中，使鹽水沒過菜料，蓋好壇蓋。原料處理、蔬菜裝壇加鹽水封壇發(fā)酵殺菌，去除水中的溶解氧為了不影響乳酸菌的生命活動用水密封泡菜壇的目的是什么？這說明泡菜制作需要什么條件？給泡菜壇內(nèi)創(chuàng)造無氧環(huán)境無氧條件1.泡菜制作①鹽的作用：②鹽水濃度要適宜的目的：調(diào)味，抑制其他微生物生長過高，乳酸發(fā)酵將受抑制；過低，雜菌易繁殖，導致泡菜變質(zhì)二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品從開始制作到泡菜質(zhì)量最佳這段時間內(nèi)，泡菜逐漸變酸，泡菜壇中乳酸菌和其他雜菌的消長規(guī)律是什么？原因？乳酸菌數(shù)量增多，雜菌數(shù)量減少；因為乳酸菌比其他雜菌更耐酸。（4）結(jié)果分析與評價泡菜在腌制過程中會有亞硝酸鹽產(chǎn)生。膳食中的亞硝酸鹽一般不會危害人體健康，但如果人體攝入過量，會發(fā)生中毒，甚至死亡。設計實驗跟蹤檢測泡菜在制作過程中亞硝酸鹽含量的變化，并探索腌制方法、時間長短和溫度高低等條件對亞硝酸鹽含量的影響，尋求提高泡菜質(zhì)量的措施。（5）進一步探究1.泡菜制作二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品亞硝酸鹽為強氧化劑，能夠把血液中的低鐵血紅蛋白轉(zhuǎn)變?yōu)楦哞F血紅蛋白，從而導致缺氧性中毒癥狀。膳食中的絕大部分亞硝酸鹽隨尿排出，但在適宜的pH、溫度和一定的微生物作用下會轉(zhuǎn)變成致癌物質(zhì)亞硝胺（霉變的食品中亞硝胺可增至數(shù)十倍至數(shù)百倍）。亞硝酸鹽二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品適宜的pH、溫度和一定的微生物作用氧化維生素C、E和酚類物質(zhì)硝酸鹽亞硝酸鹽還原細菌等微生物(硝酸還原菌產(chǎn)生硝酸還原酶)亞硝胺發(fā)酵初期，泡菜中微生物生長很快，將蔬菜中硝酸鹽還原成亞硝酸鹽，蔬菜中酚類物質(zhì)和維生素C等將亞硝酸鹽氧化，總體來說，生成的亞硝酸鹽大于被氧化的，亞硝酸鹽的含量逐步上升。微生物代謝活動將氧氣消耗殆盡，泡菜壇中的環(huán)境不利于乳酸菌以外的其他微生物生長，生成的亞硝酸鹽減少。同時，蔬菜中亞硝酸鹽含量由于被氧化而減少，因此，亞硝酸鹽的含量會逐漸下降并趨于一個相對穩(wěn)定的數(shù)值。亞硝酸鹽二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品時期乳酸菌乳酸亞硝酸鹽前期中期后期變化曲線少（O2抑制乳酸菌活動）少增加（硝酸鹽還原菌的作用）最多（乳酸菌比其他雜菌更耐酸。乳酸積累，抑制其他菌活動）增多達到最多后開始下降（硝酸鹽還原菌受抑制，部分亞硝酸鹽被分解）減少（乳酸積累，pH下降，抑制乳酸菌活動）繼續(xù)增多，最后保持穩(wěn)定下降至保持相對穩(wěn)定（硝酸鹽還原菌被完全抑制）泡菜制作過程中乳酸菌、乳酸和亞硝酸鹽含量的變化情況分析二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品（拓展應用P8,2）某同學在制作泡菜前，查閱資料得知，可以向泡菜壇中加些“陳泡菜水”，在用5﹪的食鹽水制作泡菜時，他在不同時間測定了泡菜中亞硝酸鹽的含量，結(jié)果見右欄曲線圖，請你幫他分析問題。（1）據(jù)圖分析，從亞硝酸鹽含量來看，你認為該泡菜在什么時間食用比較合適？為什么？（2）他第一次制作出的泡菜“咸而不酸”，造成這個結(jié)果最可能的原因是什么？（3）加入“陳泡菜水”的目的是什么？10天后食用比較好，因為此時亞硝酸鹽含量已經(jīng)降到較低水平。鹽濃度高，殺死了乳酸菌等微生物?！瓣惻莶怂焙樗峋?，可快速發(fā)酵產(chǎn)生乳酸。二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品（1）微生物——酵母菌（果酒）和醋酸菌（果醋）2.制作果酒和果醋①酵母菌A.是單細胞真菌，真核生物，呈圓形、橢圓形等。B.酵母菌的繁殖方式主要為無性生殖（出芽生殖、分裂生殖、孢子生殖），但多以出芽方式進行。C.酵母菌分布在含糖較高的偏酸環(huán)境中，如水果等。

②醋酸菌A.原核生物，新陳代謝類型為異養(yǎng)需氧型。B.醋酸菌的繁殖方式為二分裂。C.應用：食醋、果醋酵母菌醋酸菌二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品（2）原理：2.制作果酒和果醋C6H12O62C2H5OH（酒精）+2CO2+

能量酶果酒：果醋：C6H12O6+2O22CH3COOH（乙酸）+2H2O+2CO2+能量酶C2H5OH

+O2CH3COOH（乙酸）+H2O+能量酶①氧氣、糖源充足時②糖源不充足時2.制作果酒和果醋二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品（3）果酒發(fā)酵的條件

①溫度：釀酒酵母的最適生長溫度為28℃左右，酒精發(fā)酵時將溫度嚴格控制在18℃～30℃。②氧氣：前期需O2

，后期無氧。③pH：呈酸性。（5.0～6.0）④

時間：10～12天（4）果醋發(fā)酵的條件：①溫度：多數(shù)醋酸菌的最適生長溫度為30～35℃，醋酸發(fā)酵時將溫度嚴格控制在此范圍內(nèi)。②需要充足的氧氣。

③pH：呈酸性。④時間：7~8天二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品2.制作果酒和果醋（5）方法步驟：①

（填“能”或“不能”）使用清水多次沖洗或者用酒精擦拭消毒。二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品第一步：器具消毒將發(fā)酵瓶、榨汁機等器具用洗潔精清洗干凈，并用體積分數(shù)為

的酒精消毒，晾干備用。70%第二步：挑選、沖洗葡萄取新鮮葡萄，用清水沖洗

次，再去除枝梗和腐爛的籽粒，瀝干。1-2不能防止葡萄表面的酵母菌菌種被沖洗掉或被殺死。②應先沖洗葡萄，后去除枝梗？避免去除枝梗時引起葡萄的破損，增加雜菌污染的機會。（5）方法步驟：酒精擦拭的目的是：防止器具的

污染。雜菌二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品第三步：榨汁裝瓶用榨汁機榨取葡萄汁，將葡萄汁裝入發(fā)酵瓶中，蓋好瓶蓋。①留1/3空間的目的？②蓋好瓶蓋的目的？先讓酵母菌進行有氧呼吸，快速繁殖，耗盡O2后，再進行酒精發(fā)酵；防止發(fā)酵過程中產(chǎn)生的CO2造成發(fā)酵液溢出。防止雜菌進入，創(chuàng)造發(fā)酵環(huán)境。（5）方法步驟：（注意：要留有大約

的空間）1/3二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品第四步：酒精發(fā)酵將溫度控制在

進行發(fā)酵。在發(fā)酵過程中，每隔

左右將瓶蓋

一次（注意：不是打開瓶蓋），此后再擰緊瓶蓋。發(fā)酵時間為

。可通過從發(fā)酵瓶口取樣來對發(fā)酵的情況進行檢測。18～30℃12h擰松10～12d①瓶蓋擰松的目的？為了放出

，防止發(fā)酵瓶爆裂。②不能擰開的原因？防止

和

進入發(fā)酵瓶。CO2O2雜菌（5）方法步驟：二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品第五步：醋酸發(fā)酵當葡萄酒制作完成后，打開瓶蓋，蓋上一層紗布，進行葡萄醋的發(fā)酵。發(fā)酵溫度為

，時間為

。30～35℃7～8d①打開瓶蓋蓋上紗布目的？②該溫度條件下，酵母菌代謝

（填“較快”或“緩慢”）。創(chuàng)造

的環(huán)境和

菌進入發(fā)酵瓶。緩慢有氧醋酸（5）方法步驟：二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品①在制作果酒和果醋的過程中，發(fā)酵液分別有哪些變化？其中最明顯的變化發(fā)生在發(fā)酵后多少天？引起變化的原因是什么？在葡萄酒的制作過程中，發(fā)酵液會產(chǎn)生氣泡，這是因為酵母菌發(fā)酵產(chǎn)生CO2；開始發(fā)酵后，CO2產(chǎn)生越來越多，會使發(fā)酵液出現(xiàn)“沸騰”現(xiàn)象，在發(fā)酵的10天后，這種現(xiàn)象最明顯。如果是用紫色葡萄制作葡萄酒，隨著發(fā)酵時間的延長，由果皮進入發(fā)酵液的花青素會越來越多，因而發(fā)酵液的顏色會逐漸加深變成深紅色。果醋發(fā)酵過程中一般不會出現(xiàn)氣泡，發(fā)酵完成時，在發(fā)酵液的液面上會出現(xiàn)一層菌膜，這是醋酸菌膜。（6）結(jié)果分析與評價：二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品②在制作果酒的過程中，除了酵母菌，是否還有其他微生物生長？它們會對果酒發(fā)酵產(chǎn)生影響嗎？如果有，如何避免這種影響？果酒中除了酵母菌，還有乳酸菌、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，從而使果酒變質(zhì)?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)發(fā)酵的溫度、果酒的pH等來控制乳酸菌的含量。果汁中的糖也是醋酸菌重要的碳源和能源。在有氧的情況下，醋酸菌能把糖分解成醋酸；在缺少糖源的情況下，乙醇便是醋酸菌的碳源和能源，它將乙醇轉(zhuǎn)化為乙醛，再將乙醛變?yōu)榇姿帷Ｓ捎诖姿峋谟醒醯臈l件下才能進行旺盛的代謝活動，因此在制作果酒的過程中盡量減少O2含量，可以抑制醋酸菌的生長繁殖。此外，通過調(diào)節(jié)發(fā)酵的溫度、果酒的pH等同樣可以控制醋酸菌的含量。（6）結(jié)果分析與評價：二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品③在制作果醋的過程中，酵母菌是否還會繼續(xù)發(fā)酵？醋酸菌從何而來？采用什么措施可以加快果醋的制作？隨著醋酸發(fā)酵的進行，發(fā)酵液的pH、發(fā)酵溫度等均不利于酵母菌的生長繁殖，因此酵母菌活性很低。在我們的實驗條件下，當打開瓶蓋后，空氣中的醋酸菌會進入發(fā)酵液中大量繁殖，其他的菌因不適應環(huán)境條件而不能繁殖。在工業(yè)上，后期醋的發(fā)酵需要人工接種醋酸菌。我們制作果醋時，可以先買一瓶醋，將其打開暴露于空氣中，一段時間后在醋的表面會有一層薄膜（實際上是醋酸菌），用這層薄膜進行接種可以明顯縮短制作果醋的時間。（6）結(jié)果分析與評價：二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品④如何檢測果酒的發(fā)酵情況（檢測是否產(chǎn)生酒精）？A.聞B.品嘗C.用酸性條件下的重鉻酸鉀溶液檢測（橙色→灰綠色）如何檢測果醋的發(fā)酵情況？A.聞；B.品嘗；C.使用pH試紙檢測檢測和比較發(fā)酵前后的pH值；D.觀察醋酸菌膜是否形成。（6）結(jié)果分析與評價：二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品【拓展應用3】有3位同學分別采用了3種不同的發(fā)酵裝置來制作果醋。A同學用的是帶蓋的塑料瓶；B同學用的是沒有蓋的塑料瓶，在發(fā)酵過程中無蓋的瓶口一直由捆綁在瓶口的8層紗布覆蓋；C同學則設計了如右圖所示的發(fā)酵裝置。結(jié)合果醋的制作原理，你認為哪一種發(fā)酵裝置更適合制作果醋？你還能繼續(xù)改進這種裝置嗎？裝置圖結(jié)構(gòu)作用充氣口①醋酸發(fā)酵時連接充氣泵，輸入

；②制果酒時

充氣口排氣口用來排出

;

長而彎曲的膠管防止空氣中

的污染出料口便于取料，及時監(jiān)測發(fā)酵進行的情況無菌空氣關閉CO2微生物填充棉花或者安裝其他過濾裝置二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品查閱關于果酒和果醋工業(yè)化生產(chǎn)的工藝流程，比較自己制作果酒和果醋的方法與這些流程有哪些異同。在此基礎上，請思考：當把少量制作轉(zhuǎn)化為大規(guī)模生產(chǎn)時，需要解決哪些實際問題？你能從中體會到技術與工程的區(qū)別的和聯(lián)系嗎？【到社會中去】少量制作轉(zhuǎn)向大規(guī)模生產(chǎn)時，會遇到許多新問題。例如，少量制作果醋時，不需要專門的攪拌裝置。而大規(guī)模生產(chǎn)果醋時，由于發(fā)酵罐容積很大，就需要安裝攪拌器，以保障醋酸菌對O2的需求?？梢娫诖笠?guī)模生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)品時，需要進行更為全面周詳?shù)目紤]，如考慮原料的來源與選樣、菌種的選育與培養(yǎng)、發(fā)酵設備的選擇、發(fā)酵條件的自動化控制、發(fā)酵產(chǎn)品的質(zhì)量控制、成本價格等。自己制作的果酒和果醋并非商品意義上的產(chǎn)品。在實際生產(chǎn)中還需要經(jīng)過沉淀、過濾、滅菌、裝瓶等過程才能獲得成品酒或醋。果酒還需要在一定條件下進行后續(xù)發(fā)酵，以獲得特定的風味和色澤。工程、技術與科學的不同——科學以“發(fā)現(xiàn)”為核心，技術以“發(fā)明”為核心，工程以“建造”和“產(chǎn)品”為核心。技術要通過工程設計等環(huán)節(jié)，將一系列相關技術體系化地組合起來，才能轉(zhuǎn)化應用在工程中，大規(guī)模生產(chǎn)人們需要的產(chǎn)品。項目泡菜制作果酒制作果醋制作發(fā)酵菌種

菌種來源代謝類型

細胞類型發(fā)酵原理

發(fā)酵條件溫度

時間氧氣

酵母