過渡第一章

發(fā)酵工程

閱讀教材本章“科技探索之路”中的從傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)到發(fā)酵工程”，了解發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展歷程：過渡我國戰(zhàn)國時期盛酒的銅器和其中的酒巴斯德正在做實驗第一批青霉素發(fā)酵罐利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)干擾素的車間科技探索之路從傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)到發(fā)酵工程科學(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)、動力學(xué)、化學(xué)工程原理以及計算機(jī)技術(shù)對發(fā)酵過程進(jìn)行綜合研究。20世紀(jì)80年代以后法國微生物學(xué)家巴斯德通過實驗證明酒精發(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年前我們祖先就會利用微生物將谷物、水果發(fā)酵為含酒精的飲料。

指利用微生物的特定功能，通過現(xiàn)代工程技術(shù)，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。發(fā)酵工程傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)（1）定義

指人們利用微生物，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。1.發(fā)酵

（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）類型根據(jù)氧氣需求情況需氧發(fā)酵厭氧發(fā)酵根據(jù)生成產(chǎn)物種類醋酸發(fā)酵酒精發(fā)酵乳酸發(fā)酵傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)2.傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)

概念：直接利用原材料中天然存在的微生物，或利用前一次發(fā)酵保存下來的面團(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)。以混合菌種的固體發(fā)酵及半固體發(fā)酵為主,通常是家庭式或作坊式。1、制作腐乳（2）原理：酵母、曲霉和毛霉等多種微生物(毛霉起主要作用)蛋白質(zhì)脂肪小分子的肽氨基酸甘油脂肪酸++脂肪酶蛋白酶（1）微生物：酵母，曲霉和毛霉等，主要是毛霉（真核）a.菌種來源：空氣中的毛霉或干棕葉（或稻草）上的毛霉孢子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℃電子顯微鏡下的毛霉一、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品——制作腐乳（3）過程：（4）優(yōu)點：讓豆腐上長出毛香料腌制密封發(fā)酵味道鮮美，易于消化吸收，便于保存【思考】1.參與腐乳發(fā)酵的微生物來自哪里？2.每年進(jìn)行同樣的操作，但是每年制作的腐乳口感都不完全相同，有些年份甚至制作不成功，你知道這是為什么嗎？直接利用原材料中天然存在的微生物。發(fā)酵的生產(chǎn)條件不易控制。容易受雜菌污染。1、制作腐乳一、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品——制作腐乳（1）微生物：（2）原理：C6H12O62C3H6O3（乳酸）+能量酶①代謝類型：②作用：④種類：③分布廣泛：⑤應(yīng)用：乳酸菌異養(yǎng)厭氧微生物在無氧情況下能將葡萄糖分解成乳酸空氣、土壤、植物體表、人或動物腸道常見為乳酸鏈球菌、乳酸桿菌乳制品的發(fā)酵、泡菜的腌制乳酸鏈球菌（球狀）乳酸桿菌（桿狀）2.制作泡菜一、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品——制作泡菜（3）材料用具

②調(diào)味品：如花椒、八角、生姜、蒜瓣及其他香辛料、白酒、白砂糖和鹽③泡菜壇或其他密封性良好的罐子①各種新鮮蔬菜（選新鮮蔬菜或其他原料，因為亞硝酸鹽的含量低）【思考】泡菜壇子使用之前要檢查密封性的目的：給泡菜壇內(nèi)創(chuàng)造無氧環(huán)境，嚴(yán)格控制厭氧條件一、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品——制作泡菜（4）泡菜制作過程配制鹽水用清水和食鹽配制質(zhì)量百分比為5%-20%的鹽水，并將鹽水煮沸，冷卻待用；鹽水煮沸有兩大作用：一是除去水中的氧氣，二是殺滅鹽水中的其他細(xì)菌鹽水冷卻的目的是保證乳酸菌等微生物的生命活動不受影響。鹽的用量不能過高也不能過低①過高乳酸發(fā)酵受抑制，導(dǎo)致泡菜的風(fēng)味差；②過低，雜菌易繁殖，導(dǎo)致泡菜變質(zhì)。鹽的作用調(diào)味；抑制其他微生物生長一、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品——制作泡菜（4）泡菜制作過程配制鹽水原料處理、裝壇將新鮮蔬菜洗凈，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；泡菜發(fā)酵初期，大腸桿菌、酵母菌等較為活躍，產(chǎn)生較多的CO2，防止發(fā)酵液溢出壇外；防止因太滿使鹽水未完全淹沒菜料而導(dǎo)致菜料變質(zhì)腐爛；留有一定空間，方便拿取泡菜思考1：為什么泡菜壇只能裝八成滿？一、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品——制作泡菜（4）泡菜制作過程加鹽水將冷卻好的鹽水緩緩倒入壇中，使鹽水沒過菜料，蓋好壇蓋；封壇發(fā)酵配制鹽水原料處理、裝壇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(bǔ)充水；根據(jù)室內(nèi)溫度控制發(fā)酵時間。思考2：使鹽水沒過菜料以及用水密封泡菜壇的目的是什么？創(chuàng)造無氧環(huán)境等一、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品——制作泡菜如何判斷你腌制的泡菜是否成功？泡菜質(zhì)量可以根據(jù)泡菜的色澤和風(fēng)味進(jìn)行初步的評定；一般來說，腌制成功的泡菜湯清亮，無梅花浮膜，菜質(zhì)脆嫩度適口，酸甜咸味適宜，具有一定的香氣，咀嚼后無渣等。（5）結(jié)果分析和評價失敗成功一、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品——制作泡菜知識補(bǔ)充(1)泡菜在腌制過程中會有亞硝酸鹽產(chǎn)生；(2)亞硝酸鹽為白色粉末，外觀與食鹽相似，有咸味，易溶于水，可作食品添加劑。(3)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；

氧化維生素C、E和酚類物質(zhì)亞硝胺硝酸鹽亞硝酸鹽還原細(xì)菌等微生物(硝酸還原菌產(chǎn)生硝酸還原酶)蔬菜水果pH、溫度微生物致癌、致畸、致突變一、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品——制作泡菜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時期乳酸菌乳酸亞硝酸鹽發(fā)酵前期發(fā)酵中期發(fā)酵后期變化曲線少（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(dá)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）一、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品——制作泡菜一、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品——制作泡菜拓展應(yīng)用2.某同學(xué)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(rèn)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？11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煽焖侔l(fā)酵產(chǎn)生乳酸。【檢測1】泡菜在發(fā)酵期間，由于乳酸菌的發(fā)酵作用，乳酸不斷積累，因此可以根據(jù)微生物的活動情況和乳酸積累量，將泡菜發(fā)酵過程分為三個階段。下列說法錯誤的是(

)A．初期由于含有氧氣且pH較高，壇內(nèi)存在其他微生物的生長B．中期由于乳酸不斷積累，厭氧狀態(tài)形成，乳酸菌成為優(yōu)勢物種C．后期由于乳酸含量繼續(xù)增加，發(fā)酵速度會逐漸變緩甚至停止D．整個發(fā)酵過程中亞硝酸鹽含量不斷增加，故泡菜要盡早食用D【檢測2】利用卷心菜、黃瓜發(fā)酵制作泡菜過程中，乳酸菌、酵母菌細(xì)胞數(shù)量和pH的變化如圖所示。回答下列問題：(1)自然界中，常見的乳酸菌有____________________。在細(xì)胞結(jié)構(gòu)上，乳酸菌不同于酵母菌的顯著區(qū)別是____________________，在代謝過程中，酵母菌區(qū)別于乳酸菌的代謝類型是____________。乳酸鏈球菌和乳酸桿菌無核膜包被的細(xì)胞核兼性厭氧型(2)發(fā)酵初期，pH迅速下降的主要原因是______________________________。發(fā)酵中期，酵母菌通過____________(填“有氧呼吸”或“無氧呼吸”)進(jìn)行增殖。在發(fā)酵過程中，酵母菌與乳酸菌間存在競爭關(guān)系，其強(qiáng)度的變化是____________________________。(3)卷心菜發(fā)酵制作泡菜過程中，需要注意控制________________________，否則容易造成細(xì)菌大量繁殖，使___________的含量增加，影響泡菜的品質(zhì)。乳酸菌快速增殖，代謝產(chǎn)生了大量乳酸無氧呼吸由小變大，再變小腌制時間、溫度、食鹽的用量亞硝酸鹽【檢測3】泡菜發(fā)酵的微生物主要是乳酸菌，而在發(fā)酵初期，水槽內(nèi)經(jīng)常有氣泡產(chǎn)生，這些氣泡產(chǎn)生的原因及成分分別是()A．乳酸菌是兼性厭氧型微生物，初期進(jìn)行有氧呼吸產(chǎn)生CO2；氣體為CO2B．因腌制過程中的鹽進(jìn)入蔬菜使蔬菜體積縮小，氣體被排出；氣體為空氣C．發(fā)酵初期活動強(qiáng)烈的是酵母菌，其利用氧產(chǎn)生的氣體為CO2D．乳酸菌在發(fā)酵過程中產(chǎn)生了熱量，使壇內(nèi)溫度升高，空氣受熱膨脹排出；氣體為空氣C進(jìn)一步思考：泡菜壇內(nèi)液體表面會有一層白色菌膜，這是什么？酵母菌繁殖產(chǎn)生的。1.酒精發(fā)酵（1）應(yīng)用的微生物：①代謝類型：②作用：③分布：④特點：⑤應(yīng)用：（2）原理：C6H12O62C2H5OH+2CO2+能量酶酵母菌異養(yǎng)兼性厭氧型在無氧情況下，進(jìn)行酒精發(fā)酵含糖量較高的蔬菜、水果表面一類單細(xì)胞真菌釀酒、制作饅頭和面包一、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品——制作果酒果醋2.醋酸發(fā)酵（1）應(yīng)用的微生物：①代謝類型：②作用：③應(yīng)用：C6H12O6+2O2→2CH3COOH+2H2O+2CO2+能量C2H5OH+O2→CH3COOH+H2O+能量（2）原理：酶酶醋酸菌好氧型在氧氣、糖都充足時，能將糖分解成醋酸；在缺糖時，能將乙醇轉(zhuǎn)化成乙醛，再將乙醛變成醋酸釀醋一、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品——制作果酒果醋一、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品——制作果酒果醋2.材料用具②洗潔精、體積分?jǐn)?shù)70%的酒精、發(fā)酵瓶、紗布和榨汁機(jī)等①新鮮的水果（如葡萄、蘋果、山楂和龍眼等）一、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品——制作果酒果醋3.制作流程器具消毒將發(fā)酵瓶、榨汁機(jī)等器具用洗潔精清洗干凈，并用體積分?jǐn)?shù)為70%的酒精消毒，晾干備用沖洗葡萄取新鮮葡萄，用清水沖洗1-2次，再去除枝梗和腐爛的籽粒，瀝干①70%的酒精的作用：②沖洗的目的：③沖洗1-2次即可，能否反復(fù)沖洗，為什么？④為什么去梗前沖洗：消毒防止野生菌種數(shù)量減少，影響發(fā)酵以防葡萄汁流失和破損導(dǎo)致雜菌污染不能，去除表面灰塵、污物一、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品——制作果酒果醋3.制作流程器具消毒沖洗葡萄榨汁裝瓶用榨汁機(jī)榨取葡萄汁，將葡萄汁裝入發(fā)酵瓶（注意：要留有大約1/3的空間），蓋好瓶蓋⑤葡萄汁裝入發(fā)酵瓶時，為何要留有1/3的空間？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。一、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品——制作果酒果醋3.制作流程器具消毒沖洗葡萄榨汁裝瓶⑥每隔12h左右將瓶蓋擰松一點的目的：⑦擰松但不打開的目的：果酒發(fā)酵將溫度控制在18-30℃進(jìn)行發(fā)酵，在發(fā)酵過程中，每隔12h左右將瓶蓋擰松一點（注意：不是打開瓶蓋），此后再擰緊瓶蓋。發(fā)酵時間為10-12d.排出氣體防止O2進(jìn)入和雜菌污染果酒檢測可通過從發(fā)酵瓶口取樣來對發(fā)酵的情況進(jìn)行檢測一、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品——制作果酒果醋3.制作流程果醋制作當(dāng)葡萄酒制作完成后，打開瓶蓋，蓋上一層紗布，進(jìn)行葡萄醋的發(fā)酵。發(fā)酵溫度為30-35℃，時間為7-8d。果醋檢測⑧醋酸菌從何而來？打開瓶蓋后，空氣中的醋酸菌會進(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⑨蓋上紗布的原因？減少空氣中塵土的污染一、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品——制作果酒果醋（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？①果酒：發(fā)酵液（會或不會）

出現(xiàn)氣泡；

紫色葡萄皮的

進(jìn)入發(fā)酵液,使葡萄酒呈

色。②果醋：一般（會或不會）

出現(xiàn)氣泡，

發(fā)酵完成時，在發(fā)酵液的液面會出現(xiàn)一層菌膜，是

菌膜。會花青素深紅不會醋酸菌10天左右

·4.結(jié)果分析一、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品——制作果酒果醋（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？①制酒過程中，還會存有

等微生物；

乳酸菌、醋酸菌②控制乳酸菌數(shù)量

：

控制醋酸菌數(shù)量

：減少O2含量、調(diào)節(jié)發(fā)酵溫度、pH調(diào)節(jié)發(fā)酵的溫度、pH等；（3）在制作果醋的過程中，酵母菌是否還會繼續(xù)發(fā)酵？不會。發(fā)酵溫度、pH不利于酵母菌生長4.結(jié)果分析一、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品——制作果酒果醋（4）怎樣判斷果酒、果醋的制作是否成功呢？果酒：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）果醋：a.聞b.品嘗c.使用pH試紙檢測和比較發(fā)酵前后的pH值

d.觀察醋酸菌膜是否形成4.結(jié)果分析一、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品——制作果酒果醋5.果酒發(fā)酵與果醋發(fā)酵的裝置結(jié)構(gòu)作用酒精發(fā)酵時狀態(tài)醋酸發(fā)酵時狀態(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)測關(guān)閉關(guān)閉其目的是防止空氣中微生物的污染。排氣口要通過一個長而彎曲的膠管與瓶身連接，為什么？一、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品——制作果酒果醋項目果酒制作果醋制作發(fā)酵菌種

菌種來源菌種代謝類型

菌種細(xì)胞類型發(fā)酵原理

發(fā)酵條件溫度

時間氧氣

6.果酒發(fā)酵與果醋發(fā)酵的比較項目果酒制作果醋制作發(fā)酵菌種

菌種來源菌種代謝類型

菌種細(xì)胞類型發(fā)酵原理

發(fā)酵條件溫度

時間氧氣

果酒發(fā)酵與果醋發(fā)酵的比較酵母菌醋酸菌主要是附著在葡萄皮上的野生酵母菌異養(yǎng)兼性厭氧型異養(yǎng)需氧