第1節(jié)

傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用第1章發(fā)酵工程生物技術(shù)與工程發(fā)酵工程基因工程重組DNA技術(shù)的基本工具傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用細(xì)胞工程生物技術(shù)的安全性與倫理問題微生物的培養(yǎng)技術(shù)及應(yīng)用動(dòng)物細(xì)胞工程植物細(xì)胞工程基因工程的基本操作程序基因工程的應(yīng)用蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的安全性發(fā)酵工程及其應(yīng)用胚胎工程關(guān)注生殖性克隆人、禁止生物武器科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了酶在酵母菌發(fā)酵中的作用，之后微生物的分離和純化技術(shù)得到了應(yīng)用。1897年用微生物生產(chǎn)谷氨酸獲得成功，酶制劑、多糖、維生素發(fā)酵工業(yè)興起。1957年科學(xué)家開始運(yùn)用數(shù)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、化學(xué)工程原理以及計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)發(fā)酵過程進(jìn)行綜合研究。20世紀(jì)80年代以后巴斯德通過實(shí)驗(yàn)證明酒精發(fā)酵是由活的酵母菌引起的，從而將酵母菌與發(fā)酵聯(lián)系起來。1857年利用發(fā)酵工程大規(guī)模生產(chǎn)青霉素，隨著鏈霉素、金霉素和土霉素等抗生素的發(fā)現(xiàn)及生產(chǎn)，抗生素發(fā)酵工業(yè)興起。20世紀(jì)40年代基因工程、細(xì)胞工程等發(fā)展，人胰島素和干擾素大量生產(chǎn)。20世紀(jì)70年代以后190019401960185019801970約9000年前我們祖先就會(huì)利用微生物將谷物、水果發(fā)酵為含酒精的飲料。

科技探索之路：從傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)到發(fā)酵工程戰(zhàn)國中山酒微生物發(fā)酵問題探討如何制作？發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)1早期釀酒技術(shù)漢代磚刻上的釀酒圖腐爛的水果有酒味1.概念：指人們利用

，在適宜條件下，將原料通過

轉(zhuǎn)化為人類所需要的產(chǎn)物的過程。發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)2發(fā)酵原料（復(fù)雜的分子）適宜的條件微生物代謝人類所需產(chǎn)物（簡(jiǎn)單分子）(乙醇、乙酸、乳酸、氨基酸、抗生素、酶制劑等)微生物的細(xì)胞呼吸微生物微生物的代謝乙醇乳酸氨基酸（谷氨酸鈉）醋酸實(shí)質(zhì)2.原理：不同的微生物具有產(chǎn)生不同代謝產(chǎn)物的能力發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)2發(fā)酵同一種微生物處于不同環(huán)境條件下時(shí)，代謝途徑也會(huì)出現(xiàn)差異。如酵母菌在無氧和有氧條件下的代謝途徑不同。3.類型：發(fā)酵類型醋酸發(fā)酵、谷氨酸發(fā)酵酒精、乳酸（泡菜、酸奶）發(fā)酵發(fā)酵是否需要O2需氧發(fā)酵厭氧發(fā)酵泡菜1.概念：直接利用原材料中

，或利用

保留下來的面團(tuán)、鹵汁等發(fā)酵物中的微生物進(jìn)行發(fā)酵，制作食品的技術(shù)。發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)3傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)醬醬油醋泡菜豆豉2.類型：固體發(fā)酵半固體發(fā)酵混合菌種腐乳天然存在的微生物前一次發(fā)酵3.實(shí)例：腐乳的制作發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)3傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)正在發(fā)酵的豆腐坯顯微鏡下的毛霉（1）菌種：酵母曲霉毛霉a.菌種來源：空氣中的毛霉b.代謝類型：異養(yǎng)需氧型c.生殖方式：孢子生殖d.適宜溫度：15-18℃（2）發(fā)酵原理：蛋白質(zhì)小分子肽+氨基酸蛋白酶/肽酶腐乳味道鮮美，有機(jī)物種類

，含量

，營養(yǎng)價(jià)值高，易于消化吸收，而腐乳本身又便于保存。脂肪

脂肪酶甘油+脂肪酸增加減少1、每年進(jìn)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？分析傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。2、接種優(yōu)良毛霉菌種制作腐乳屬于傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)嗎？直接利用空氣中毛霉孢子制作腐乳屬于傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)，

若直接接種毛霉，則不屬于?！舅伎肌?jī)?yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單、適用于家庭式或作坊式生產(chǎn)，是文化的傳承。①天然菌種品質(zhì)各異，而且生產(chǎn)效率較低，產(chǎn)物不單一，純度不高。②生產(chǎn)條件不易控制，易受雜菌污染。缺點(diǎn)：制作泡菜1.菌種：乳酸菌（細(xì)菌、原核生物）a.菌種分布：b.代謝類型：c.菌種種類：異養(yǎng)厭氧型空氣、土壤、植物體表、人或動(dòng)物腸道內(nèi)乳酸鏈球菌、乳酸桿菌2.原理：乳酸鏈球菌乳酸桿菌無氧：乳酸菌將糖分解為乳酸。C6H12O62C3H6O3（乳酸）+能量酶d.生殖方式：二分裂生殖新鮮蔬菜制作泡菜3.材料用具：亞硝酸鹽的含量低壇沿深、蓋子吻合好；無裂紋、無砂眼檢查方法：

壇口向上，壓入水中，看壇內(nèi)壁有無滲水現(xiàn)象。不合格的泡菜壇為什么會(huì)引起蔬菜的腐爛？泡菜壇漏氣，會(huì)使需氧型微生物大量繁殖，引起蔬菜腐爛。4.方法步驟：配制鹽水

用清水和食鹽配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%~20%的鹽水，并將鹽水煮沸，冷卻待用。鹽的作用鹽濃度過低鹽濃度過高煮沸的目的冷卻的目的①調(diào)味

②抑制微生物（雜菌）生長雜菌易繁殖，導(dǎo)致泡菜變質(zhì)乳酸發(fā)酵受抑制，口味不佳①殺菌

②除氧防止影響乳酸菌的生命活動(dòng)制作泡菜4.方法步驟：配制鹽水原料處理、蔬菜裝壇制作泡菜洗，切，晾干裝壇；半壇時(shí)加香辛料，裝至八成滿。發(fā)酵初期，酵母菌等較為活躍，發(fā)酵產(chǎn)物中有較多的CO2，防止發(fā)酵液溢出壇外；②防止因裝太滿使鹽水未完全淹沒菜料而導(dǎo)致菜料變質(zhì)腐爛；③留有一定空間，方便拿取泡菜。？加鹽水封壇發(fā)酵倒鹽水，鹽水沒過菜料，蓋。壇蓋水槽注滿水，經(jīng)常補(bǔ)充水，控制發(fā)酵時(shí)間。創(chuàng)造無氧環(huán)境制作泡菜（1）你腌制的泡菜成功嗎？色澤如何？口味如何？泡菜質(zhì)量可以根據(jù)泡菜的色澤和風(fēng)味進(jìn)行初步的評(píng)定；通過在顯微鏡下觀察乳酸菌的形態(tài)和數(shù)目；根據(jù)亞硝酸鹽的含量來評(píng)定；失敗成功5.結(jié)果分析形成白膜是由于

的繁殖。酵母菌是兼性厭氧微生物，泡菜發(fā)酵液營養(yǎng)豐富，其表面O2含量也很豐富，適合酵母菌的繁殖。5.結(jié)果分析注意：泡菜發(fā)酵過程中，不是乳酸菌單獨(dú)發(fā)酵的結(jié)果：乳酸積累，pH過低；乳酸菌的生長也受到抑制，數(shù)量減少。多種微生物（如大腸桿菌、酵母菌）進(jìn)行有氧呼吸，產(chǎn)生較多的CO2，壇沿水槽內(nèi)有氣泡放出。此階段是形成無氧環(huán)境的過程。發(fā)酵初期發(fā)酵中期發(fā)酵后期主要是乳酸菌的發(fā)酵過程，PH降低，其他微生物的生長受到抑制。產(chǎn)膜酵母（2）白膜?6.進(jìn)一步探究——測(cè)定亞硝酸鹽制作泡菜膳食中的亞硝酸鹽一般不會(huì)危害人體健康。但是，總量達(dá)到0.3～0.5g時(shí)會(huì)引起中毒；達(dá)到3g時(shí)會(huì)死亡。亞硝酸鹽為強(qiáng)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(dǎo)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(huì)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）。硝酸鹽硝酸鹽還原菌亞硝酸鹽適宜的pH、溫度和一定的微生物作用亞硝胺亞硝胺具有致癌作用，對(duì)動(dòng)物具有致畸和致突變作用。維生素C等泡菜制作過程中，乳酸菌、乳酸及亞硝酸鹽的含量變化發(fā)酵時(shí)期乳酸菌乳酸亞硝酸鹽發(fā)酵初期發(fā)酵中期發(fā)酵后期曲線模型少（有氧氣，乳酸菌的活動(dòng)受到抑制）少增加（硝酸鹽還原菌的作用）最多（乳酸抑制

其他菌活動(dòng)）積累增多（PH下降）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，可能抑制其活動(dòng)）繼續(xù)增多（PH繼續(xù)下降）下降至相對(duì)穩(wěn)定（硝酸鹽還原菌持續(xù)被抑制）（拓展應(yīng)用p8）（1）（2）（3）10天后食用比較好，因?yàn)榇藭r(shí)亞硝酸鹽含量已經(jīng)降到較低水平?？赡苁鞘雏}濃度不合適、發(fā)酵溫度過低等原因?qū)е屡莶宋茨苷０l(fā)酵“陳泡菜水”中含有純度較高的乳酸菌，可快速發(fā)酵產(chǎn)生乳酸。硝酸鹽還原菌的作用乳酸抑制其他菌的活動(dòng)制作果酒和果醋1.菌種：酵母菌真核生物（單細(xì)胞真菌）①分布：含糖較高的水果、蔬菜表面②代謝類型：異養(yǎng)兼性厭氧型有氧條件下，酵母菌通過有氧呼吸

：無氧條件下，酵母菌通過無氧呼吸

：C6H12O62C2H5OH＋2CO2+能量酶C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O+能量

酶③最適生長溫度：釀酒酵母：28℃；野生酵母：18~30℃1.果酒制作的原理（多種酵母菌）大量繁殖產(chǎn)生酒精②當(dāng)缺少糖源時(shí)則將

。①當(dāng)O2、糖源都充足時(shí)能將

；制作果酒和果醋2.果醋制作的原理（醋酸發(fā)酵）（1）菌種：醋酸菌①代謝類型：異養(yǎng)需氧型（3）原理：②最適生長溫度：30-35℃（2）主要微生物及來源：

空氣中的醋酸菌或人工接種的醋酸菌C6H12O6+2O2酶2CH3COOH（醋酸）+2H2O+2CO2+能量C2H5OH+O2酶CH3COOH（醋酸）+H2O+能量糖分解成醋酸乙醇轉(zhuǎn)化為乙醛，再將乙醛變?yōu)榇姿幔?xì)菌：原核生物）醋酸桿菌C6H12O62C2H5OH(酒精)+CO2+能量酶2O22CH3COOH(醋酸)+2H2O+能量酶+酒精發(fā)酵：無氧，28℃醋酸發(fā)酵：有氧，30~35℃酒精發(fā)酵→醋酸發(fā)酵制作果酒和果醋如何在同一裝置中既能進(jìn)行酒精發(fā)酵又能進(jìn)行醋酸發(fā)酵？3.方法步驟器具消毒體積分?jǐn)?shù)為70%的酒精清水沖洗1-2次，去除枝梗和腐爛的籽粒，瀝干榨汁，裝瓶（注意：要留有大約1/3的空間），蓋酒精發(fā)酵沖洗葡萄榨汁裝瓶18-30℃，隔12h將蓋擰松后再擰緊（注意：不是打開瓶蓋）。10-12d.消毒去除表面灰塵、污物避免沖洗掉附著在葡萄皮上的野生酵母菌避免葡萄破損，減少被雜菌污染的機(jī)會(huì)a.先讓酵母菌進(jìn)行有氧呼吸，快速繁殖，耗盡O2后，再進(jìn)行酒精發(fā)酵；b.防止發(fā)酵過程中產(chǎn)生的CO2造成發(fā)酵液溢出排出產(chǎn)生的CO2，防止爆裂防止雜菌污染作用目的去梗前打開瓶蓋，蓋上紗布開蓋，蓋紗布，進(jìn)行葡萄醋的發(fā)酵。溫度:30-35℃，時(shí)間:7-8d。果醋檢測(cè)果酒檢測(cè)從發(fā)酵瓶口取樣檢測(cè)a.聞b.品嘗c.用酸性條件下的重鉻酸鉀溶液：橙色→灰綠色醋酸菌從何而來？a.聞；b.品嘗；c.使用pH試紙檢測(cè)前后的pH值；d.觀察醋酸菌膜是否形成；空氣中的醋酸菌會(huì)進(jìn)入果酒發(fā)酵液中大量繁殖，其他的菌因不適應(yīng)環(huán)境條件（不能利用乙醇）而不能繁殖3.方法步驟（檢測(cè)是否產(chǎn)生酒精）在葡萄酒的制作過程中，發(fā)酵液會(huì)產(chǎn)生氣泡，這是因?yàn)榻湍妇l(fā)酵產(chǎn)生CO2；開始發(fā)酵后，CO2產(chǎn)生越來越多，會(huì)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(shí)間的延長，由果皮進(jìn)入發(fā)酵液的花青素會(huì)越來越多，因而發(fā)酵液的顏色會(huì)逐漸加深變成深紅色。4.結(jié)果分析與評(píng)價(jià)制作果酒和果醋C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O+能量

酶C2H5OH+O2酶CH3COOH（醋酸）+H2O+能量果醋發(fā)酵過程中一般不會(huì)出現(xiàn)氣泡，發(fā)酵完成時(shí)，在發(fā)酵液的液面上會(huì)出現(xiàn)一層菌膜，這是醋酸菌膜。（1）果酒中除了酵母菌，還有

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)。可以通過調(diào)節(jié)

、

等來控制乳酸菌的含量。醋酸菌可以利用果汁中的糖進(jìn)行醋酸發(fā)酵，在制作果酒的過程中可以通過

，抑制醋酸菌的生長繁殖。4.結(jié)果分析與評(píng)價(jià)制作果酒和果醋乳酸菌、醋酸菌發(fā)酵的溫度果酒的pH盡量減少O2含量（2）隨著醋酸發(fā)酵的進(jìn)行，發(fā)酵液的

、

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(shí)驗(yàn)條件下，當(dāng)打開瓶蓋后，空氣中的醋酸菌會(huì)進(jìn)入發(fā)酵液中大量繁殖，其他的菌因

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(shí)，可以先買一瓶醋，將其打開暴露于空氣中，一段時(shí)間后在醋的表面會(huì)有一層薄膜（實(shí)際上是醋酸菌），用這層薄膜進(jìn)行接種可以明顯縮短制作果醋的時(shí)間。4.結(jié)果分析與評(píng)價(jià)制作果酒和果醋pH發(fā)酵溫度不適應(yīng)環(huán)境條件（3）果酒發(fā)酵與果醋發(fā)酵的裝置比較p8結(jié)構(gòu)作用酒精發(fā)酵時(shí)狀態(tài)醋酸發(fā)酵時(shí)狀態(tài)充氣口排氣口出料口通入空氣關(guān)閉打開，并接入氣泵排出CO2打開打開便于取樣監(jiān)測(cè)關(guān)閉關(guān)閉思考：1.為什么排氣口膠管長而彎曲？防止空氣中微生物的污染可以在充氣口填充棉花或者安裝其他過濾裝置，以防止充入的氣體攜帶外來雜菌污染發(fā)酵液等2.