资源简介

(共46张PPT)
这些食品的制作都离不开微生物发酵。
制作不同的发酵食品，需要的微生物一样吗？
如何分离和培养微生物呢？
发酵工程的流程是怎样的？
它用到的技术与传统发酵技术有什么不同？
什么是发酵工程？
发酵工程是指利用 的特定功能，通过 技术，
生产对 有用的产品。它涉及菌种的 和 、
产物的 和 等方面。
微生物
现代工程
规模化
人类
选育
培养
分离
提纯
从社会中来
与酒有关的诗句
“葡萄美酒夜光杯，欲饮琵琶马上催。
醉卧沙场君莫目笑，古来征战几人回。”
（唐·王翰）《凉州词二首·其一》
科技探索之路
约9000年前，我们的祖先就会利用微生物将谷物、
水果等发酵为含酒精的饮料。后来，人们通过自然发酵
或曲种传代的固体发酵方法生产其他食品，如酱油、醋
、豆豉、腐乳和酸奶等。这种传统发酵技术促进了中华
民族特有的饮食文化的形成，但在几千年的时间里，人
们并不明白其中的原理。
1857年，法国微生物学家巴斯德(1822-1895)通过实验证明，酒精发酵是由活的酵母菌引起的，从而将酵母菌与发酵联系起来。
1897年，科学家发现了酶在酵母菌发酵中的作用，
逐渐了解了发酵的本质。之后的30多年间，微生物的分
离和纯化技术得到了应用，发酵生产的工艺和设备不断
完善，传统的固体发酵开始向半固体发酵和液体发酵演
变。同时，作坊式的手工生产向近代工业化生产方向发展。利用微生物生产的新产品，如酒精、柠檬酸和淀粉酶等不断出现。
20世纪40年代，利用发酵工程大规模生产青霉素成为研究的主攻方向。由于青霉素产生菌是需氧型的，科学家在厌氧发酵技术的基础上，建立了深层通气液体发酵技术，使青霉素的生产实现了产业化。不久，随着链霉素、金霉素和土霉素等抗生素的发现及生产，抗生素发酵工业兴起。
1957年，用微生物生产谷氨酸获得成功。20世纪60年代，科学家通过研究微生物的代谢途径，继续改进发酵技术，通过人工诱变特定微生物，获得了具有更高生产能力的突变类型。之后，酶制剂、多糖、维生素发酵工业相继兴起。
20世纪70年代以后，基因工程、细胞工程等的发展，使发酵工程进入了定向育种的新阶段。例如，运用基因工程可以将动植物的基因转移到微生物中，获得具有特殊生产能力的微生物，大量生产人们所需要的产品，如人胰岛素、干扰素等。
20世纪80年代，科学家开始运用数学、动力学、化学工程原理以及计算机技术对发酵过程进行综合研究，以更加合理地控制发酵过程。目前，人类已经能够自动记录和控制发酵过程的全部参数。
部分发酵工程产品
第一章 发酵工程
第1节 传统发酵技术的应用
一、发酵与传统发酵技术
约9000年前，我们的祖先就会利用微生物将谷物、水果等发酵成含酒精的饮料。夏禹时期，已有了关于杜康造秫（shú）酒的传说。
图1-1 汉代砖刻上的酿酒图
图1-2 展示我国古代酿酒作坊的绘画作品
1857年，法国微生物学家巴斯德证明了酒精发酵是由活的酵母菌引起的，并发明了巴氏消毒法。此后，人们才开始了解发酵的本质。
一、发酵与传统发酵技术
（一）发酵
(1)概念:
指人们利用 ，在适宜条件下，将原料通过
转化为人类所需要的产物的过程。
微生物
微生物的代谢
(2)类型
有氧发酵
[醋酸发酵、谷氨酸发酵]
厌氧发酵
[酒精、乳酸（泡菜、酸奶）发酵]
(3)原理：
a.不同微生物的遗传物质不同，导致其细胞内催化反应的酶
不同，进而导致代谢途径有差异；
如底物为葡萄糖，无氧条件下，
酵母菌进行 发酵，而乳酸菌进行 发酵。
酒精
乳酸
b.同一种微生物处于不同环境条件下时，代谢途径也会出现
差异。
如底物为葡萄糖的情况下，酵母菌在有氧、无氧条件下的代谢产物 。
不同
发酵的实质就是微生物在有氧或无氧条件下的 ，是一个物质
的过程。
细胞呼吸
氧化分解
（二）传统发酵技术
实例:
腐乳的制作
原理：
蛋白质
脂肪
小肽
氨基酸
甘油
脂肪酸
酵母、曲霉和毛霉等多种微生物
+
+
蛋白酶
脂肪酶
(毛霉起主要作用)
毛霉是一种丝状真菌，其生殖方式为孢子生殖，
代谢类型是异养需氧型。
(1)概念:
（二）传统发酵技术
直接利用 ，
或利用 面团、卤汁等发酵物中
进行发酵，制作食品的技术。
原材料中天然存在的微生物
前一次发酵保留下来的
微生物
(2)类型:
固体发酵（混合菌种）
半固体发酵
(3)优缺点:
操作简单、便于家庭式或作坊式生产
（优点）
生产条件不易控制，容易受杂菌污染
（缺点）
(4)相关食品：
二、尝试制作传统发酵食品
（一）泡菜的制作
1. 菌种：
乳酸菌
原核生物（细菌）
a.生殖方式：
分裂生殖（二分裂）
b.代谢类型：
异养厌氧型
c.种类：
乳酸链球菌、乳酸杆菌
d.分布：
空气、土壤、植物体表、人或动物肠道内部
2. 发酵原理：
在 的情况下能将葡萄糖分解成 。
无氧
乳酸
C6H12O6
2C3H6O3（乳酸）
酶
+能量
乳酸杆菌（制作酸奶）
乳酸链球菌（制作泡菜）
（一）泡菜的制作
（一）泡菜的制作
泡菜制作原理
的乳酸菌来进行发酵，在无氧的条件下，乳酸菌将糖分解为乳酸。
植物体表面的天然
发酵期间，乳酸不断积累，当它的质量分数为 时，
泡菜的口味和品质最佳。
0.4%—0.8%
材料用具
食盐、清水、新鲜蔬菜、蒜瓣、生姜及其它香辛料、泡菜坛或其它密封性良好的罐子等。
方法步骤：
配制盐水
用清水和食盐配制质量分数为 的盐水，并将
盐水 ，冷却待用。
5%~20%
煮沸
【思考1】盐的用量能不能过高或过低？
不能。盐的用量要适宜。
盐的用量过高，制备的盐水浓度会过高，乳酸菌会失水死亡，
导致不产生乳酸或产生的乳酸过少，从而使得泡菜“咸而不酸”。
盐的用量过低，杂菌易繁殖，导致泡菜变质。
方法步骤：
配制盐水
用清水和食盐配制质量分数为 的盐水，并将
盐水 ，冷却待用。
5%~20%
煮沸
【思考2】盐水为什么要煮沸后冷却待用？
煮沸的作用
①除去水中的O2
②杀灭盐水中的其他杂菌
冷却的目的：
保证乳酸菌等微生物的生命活动不受影响。
方法步骤：
配制盐水
将新鲜蔬菜（如萝卜、黄瓜和豌豆等） ，切成块状或条状，混合均匀， 后装入泡菜坛内；装至半坛时，加入蒜瓣、生姜及其他香辛料，继续装至 。
原料处理、蔬菜装坛
洗净
晾干
八成满
【思考3】为什么泡菜坛只能装八成满？
在泡菜发酵初期，酵母菌等较为活跃，发酵产物中有较多的CO2，防止发酵液溢出坛外；
②防止因装太满使盐水未完全淹没菜料而导致菜料变质腐烂
③同时留有一定空间，也更方便拿取泡菜。
用清水和食盐配制质量分数为 的盐水，并将
盐水 ，冷却待用。
5%~20%
煮沸
方法步骤：
将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水 ，盖好坛盖。
加盐水
配制盐水
将新鲜蔬菜（如萝卜、黄瓜和豌豆等） ，切成块状或条状，混合均匀， 后装入泡菜坛内；装至半坛时，加入蒜瓣、生姜及其他香辛料，继续装至 。
原料处理、蔬菜装坛
洗净
晾干
八成满
用清水和食盐配制质量分数为 的盐水，并将
盐水 ，冷却待用。
5%~20%
煮沸
没过菜料
【思考4】为什么盐水要没过菜料？
防止菜料变质腐烂，创造无氧环境。
方法步骤：
将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水 ，盖好坛盖。
加盐水
配制盐水
将新鲜蔬菜（如萝卜、黄瓜和豌豆等） ，切成块状或条状，混合均匀， 后装入泡菜坛内；装至半坛时，加入蒜瓣、生姜及其他香辛料，继续装至 。
原料处理、蔬菜装坛
洗净
晾干
八成满
用清水和食盐配制质量分数为 的盐水，并将
盐水 ，冷却待用。
5%~20%
煮沸
没过菜料
向坛盖边缘的水槽中 ，并在发酵过程中注意经常向水槽中补充水，根据室内温度控制发酵时间；
封坛发酵
注满水
【思考5】为什么坛盖边沿的水槽中要注满水并经常补充水？
保证坛内乳酸菌发酵所需的无氧环境。
【思考6】温度过高或过低有什么影响？
温度过高，则易滋生杂菌；
温度过低，则发酵时间延长；
发酵温度最好控制在26~36℃
结果分析和评价：
如何判断腌制的泡菜是否成功？
1.泡菜质量可以根据泡菜的色泽和风味进行初步的评定；
2.可以通过在显微镜下观察乳酸菌的形态；
4.根据亚硝酸盐的含量来评定。
3.根据不同时期泡菜坛中乳酸菌的数量来评定。
一般来说，腌制成功的泡菜汤清亮，无霉花浮膜，菜质脆嫩度适口，酸甜咸味适宜，具有一定的香气，咀嚼后无渣等。
进一步探究
泡菜在腌制过程中会有亚硝酸盐产生。膳食中的亚硝酸盐一般不会危害人体健康，但如果人体摄入过量，会发生中毒，甚至死亡。
亚硝酸盐
1.亚硝酸盐分布广泛，蔬菜、咸菜、豆粉中均含有。亚硝酸盐
为白色粉末，易溶于水，可作食品添加剂。
2.膳食中的亚硝酸盐一般不会危害人体健康，但是，当人体摄入的亚硝酸盐总量达到0.3～0.5g时，会引起中毒，当摄入总量达到3g时，会引起死亡。(亚硝酸盐为强氧化剂，能够把血液中的低铁血红蛋白转变为高铁血红蛋白，从而导致缺氧性中毒症状。)
3.膳食中的绝大部分亚硝酸盐随尿排出，只有在特定的条件下才会转变成致癌物—亚硝胺，亚硝胺对动物还具有致畸和致突变作用
（亚硝酸盐本身不是致癌物质）。
练习与应用
2. 某同学在制作泡菜前，查阅资料得知，可以向泡菜坛中加入一些“陈泡菜水”；在用质量百分比为5％的食盐水制、作泡菜时，他在不同时间测定了泡菜中亚硝酸盐的含量，结果见曲线图。请你帮他分析相关问题。
硝酸盐
亚硝酸盐
还原
硝酸盐还盐菌
发酵初期，坛内环境有利于硝酸盐还原菌的繁殖，这些细菌可以促进硝酸盐还原为亚硝酸盐。
但随着腌制时间的延长，乳酸菌大量繁殖，对硝酸盐还原菌产生一定的抑制作用，使其生长繁殖受到抑制，而且部分亚硝酸盐被分解，造成泡菜中亚硝酸盐含量又有所下降，并趋于一个相对稳定的数值。
（1）据图分析，从亚硝酸盐的含量来看，
你认为泡菜在什么时间食用比较合适？
为什么？
应该在发酵11天后食用比较合适，因为此时的亚硝酸盐含量已经降到较低的水平。
（2）他第一次制作出的泡菜“咸而不酸”，造成这个结果最可能的原因
是什么？
可能是食盐浓度过高、发酵温度过低等原因导致泡菜未能正常发酵。
（3）加入“陈泡菜水”的目的是什么？
“陈泡菜水”中有纯度较高的乳酸菌，加入“陈泡菜水”相当于接种乳酸菌。
泡菜制作过程中，乳酸菌、乳酸及亚硝酸盐的含量变化
发酵时期 乳酸菌 乳酸 亚硝酸盐
发酵初期
发酵中期
发酵后期
曲线模型
少
（有氧气，乳酸菌
的活动受到抑制）
少
增加
（硝酸盐还原菌的作用）
最多
（乳酸抑制
其他菌活动）
积累增多
（PH下降）
下降
（硝酸盐还原菌受抑制，
部分亚硝酸盐被分解）
减少
（乳酸积累，
PH下降，抑制其活动）
继续增多
（PH继续下降）
下降至相对稳定
（硝酸盐还原菌被完全抑制）
【与生活联系】
1.为什么日常生活中要多吃新鲜蔬菜，不吃存放时间过长、变质的蔬菜？
有些蔬菜，如小白菜和萝卜等含有丰富的硝酸盐。当这些蔬菜放置过久时发生变质（发黄、腐烂）或者煮熟后存放太久时，蔬菜中的硝酸盐会被微生物还原成亚硝酸盐，危害人体健康。
2.为什么含有抗生素的牛奶不能发酵为酸奶？
牛奶发酵为酸奶主要依靠 的发酵作用，
乳酸菌
而抗生素能够杀死或抑制乳酸菌。
（二）果酒的制作
二、尝试制作传统发酵食品
（二）果酒的制作
1. 菌种：
酵母菌
真核生物
a.生殖方式：
无性生殖（出芽生殖、分裂生殖、孢子生殖）
b.代谢类型：
异养兼性厌氧型
c.最适生长温度：
酿酒酵母：28℃；野生酵母：18~30℃
2. 发酵原理：
（单细胞真菌）
①菌种：
附着在葡萄皮上的野生型酵母菌。
②发酵过程：
a.有氧条件下，酵母菌通过有氧呼吸大量繁殖：
C6H12O6＋6O2 6CO2＋6H2O+能量
酶
b.无氧条件下，酵母菌通过无氧呼吸产生酒精：
C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2+能量
酶
（二）果酒的制作
果酒制作原理
葡萄的果皮表面附着有大量的不同种类的野生酵母菌。在这些酵母菌的作用下，水果可以发酵成果酒。
材料用具
新鲜的葡萄、洗洁精、70%的酒精、发酵瓶、和榨汁机等。
方法步骤：
器具消毒
将发酵瓶、榨汁机等器具用洗洁精 ，并用
消毒， 备用。
清洗干净
体积分数为70%的酒精
晾干
冲洗葡萄
取新鲜葡萄，用 1-2次，再 和腐烂的籽粒，沥干。
清水冲洗
去除枝梗
【思考1】清水冲洗的目的是什么？能不能反复冲洗？
冲洗的目的是洗去浮尘，
但不能反复冲洗，因为果皮表面附着大量的野生菌种，反复冲洗会减少菌种的数量，延长发酵时间。
【思考2】能不能先去除枝梗再冲洗？
不能，应先冲洗，再去除枝梗和腐烂的籽粒，
以避免去除枝梗和腐烂的籽粒时引起葡萄破损，增加
被杂菌污染的机会。
方法步骤：
器具消毒
将发酵瓶、榨汁机等器具用洗洁精 ，并用
消毒， 备用。
清洗干净
体积分数为70%的酒精
晾干
冲洗葡萄
取新鲜葡萄，用 1-2次，再 和腐烂的籽粒，沥干。
清水冲洗
去除枝梗
榨汁装瓶
用榨汁机榨取葡萄汁，将葡萄汁装入发酵瓶（注意：要留有大约 的空间），盖好瓶盖。
1/3
【思考3】发酵瓶要留有大约1/3的空间的目的是什么？
①给酵母菌提供氧气，有利于酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖；
②防止发酵旺盛时产生大量的CO2造成发酵液溢出。
方法步骤：
器具消毒
将发酵瓶、榨汁机等器具用洗洁精 ，并用
消毒， 备用。
清洗干净
体积分数为70%的酒精
晾干
冲洗葡萄
取新鲜葡萄，用 1-2次，再 和腐烂的籽粒，沥干。
清水冲洗
去除枝梗
榨汁装瓶
用榨汁机榨取葡萄汁，将葡萄汁装入发酵瓶（注意：要留有大约 的空间），盖好瓶盖。
1/3
酒精发酵
将温度控制在 进行发酵，在发酵过程中，每隔12h左右将瓶盖 一点，（注意： ）
此后再拧紧瓶盖。发酵时间为 。
18～30℃
拧松
10～12d
【思考4】为什么要将温度控制在18～30℃进行发酵？
因为果皮表面附着的野生酵母菌可能有很多种，所以提供了适合多种酵母菌生长的温度范围。
另外，控制温度在一个较大范围内比较简单易行。
不是打开瓶盖
方法步骤：
器具消毒
将发酵瓶、榨汁机等器具用洗洁精 ，并用
消毒， 备用。
清洗干净
体积分数为70%的酒精
晾干
冲洗葡萄
取新鲜葡萄，用 1-2次，再 和腐烂的籽粒，沥干。
清水冲洗
去除枝梗
榨汁装瓶
用榨汁机榨取葡萄汁，将葡萄汁装入发酵瓶（注意：要留有大约 的空间），盖好瓶盖。
1/3
酒精发酵
将温度控制在 进行发酵，在发酵过程中，每隔12h左右将瓶盖 一点，（注意： ）此后再拧紧瓶盖。发酵时间为 。
18～30℃
拧松
10～12d
【思考5】为什么每隔12h左右要将瓶盖拧松一次？为什么不能打开瓶盖？
不是打开瓶盖
拧松瓶盖是为了排出发酵产生的CO2，防止瓶内气压过大，引起发酵装置爆裂。
不能打开瓶盖，以防止空气中的杂菌进入而污染发酵液。
方法步骤：
器具消毒
将发酵瓶、榨汁机等器具用洗洁精 ，并用
消毒， 备用。
清洗干净
体积分数为70%的酒精
晾干
冲洗葡萄
取新鲜葡萄，用 1-2次，再 和腐烂的籽粒，沥干。
清水冲洗
去除枝梗
榨汁装瓶
用榨汁机榨取葡萄汁，将葡萄汁装入发酵瓶（注意：要留有大约 的空间），盖好瓶盖。
1/3
酒精发酵
将温度控制在 进行发酵，在发酵过程中，每隔12h左右将瓶盖 一点，（注意： ）此后再拧紧瓶盖。发酵时间为 。
18～30℃
拧松
10～12d
不是打开瓶盖
果酒检测
可通过从发酵瓶口取样来对发酵的情况进行检测。
【回顾】怎么检验酒精的存在？
可利用在酸性条件下重铬酸钾与酒精反应呈现灰绿色来检验。。
二、尝试制作传统发酵食品
（三）果醋的制作
1. 菌种：
醋酸菌
原核生物
a.生殖方式：
分裂生殖（二分裂）
b.代谢类型：
异养需氧型
c.最适生长温度：
30～35 ℃
2. 发酵原理：
（单细胞细菌）
发酵过程：
a.当氧气、糖源充足时：
b.当缺少糖源、氧气充足时：
需要充足的氧气
C6H12O6＋2O2 2CH3COOH＋2CO2＋2H2O+能量
酶
（乙酸）
C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O+能量
酶
（乙醇）
（三）果醋的制作
在果酒发酵的基础上制作果醋：
果酒发酵
醋酸发酵
打开
纱布
当葡萄酒制作完成后， 瓶盖，盖上一层 ，进行葡萄醋的发酵。发酵温度为 ，时间为 。
30～35℃
7～8d
【思考】为什么要打开瓶盖，盖上纱布？
醋酸菌是好氧菌，在将乙醇变为乙酸时需要氧气的参与，因此要打开瓶盖；
盖上纱布，即是为了 ；也是为了 。
通气
防止外来杂菌和灰尘的污染
结果分析和评价：
1.在制作果酒和果醋的过程中，发酵液分别有哪些变化？
在葡萄酒的制作过程中，发酵液中会产生气泡，这是因为酵母菌发酵产生CO2；如果是用紫色葡萄制作葡萄酒，随着发酵时间的延长，由果皮进入发酵液的花青素会越来越多，因而发酵液的颜色会逐渐加深变成深红色。
果醋发酵过程中一般不会出现气泡，发酵完成时，在发酵液的液面上会出现一层菌膜，这是醋酸菌膜。
2.在制作果酒的过程中，除了酵母菌，是否还有其他微生物生长？
它们会对果酒发酵产生影响吗？如果有，如何避免这种影响？
结果分析和评价：
果酒中除了酵母菌，还有乳酸菌、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，从而使果酒变质。可以通过调节发酵的温度、果酒的pH等来控制乳酸菌的含量。
果汁中的糖也是醋酸菌重要的碳源和能源。在有氧的情况下，醋酸菌能把糖分解成醋酸；在缺少糖源的情况下，乙醇便是醋酸菌的碳源和能源，它将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为醋酸。
由于醋酸菌在有氧的条件下才能进行旺盛的代谢活动，因此在制作果酒的过程中尽量减少O2含量，可以抑制醋酸菌的生长繁殖。
此外，通过调节发酵的温度、果酒的pH等同样可以控制醋酸菌的含量。
3.在制作果醋的过程中，酵母菌是否还会继续发酵？醋酸菌从何而来？
采用什么措施可以加快果醋的制作？
结果分析和评价：
随着醋酸发酵的进行，发酵液的PH、发酵温度等均不利于酵母菌的生长繁殖，因此酵母菌活性很低。
在我们的实验条件下，当打开瓶盖后，空气中的醋酸菌会进入发酵液中大量繁殖，其他的菌因不适应环境条件而不能繁殖。
在工业上，后期醋的发酵需要人工接种醋酸菌。我们制作果醋时，可以先买一瓶醋， 将其打开暴露于空气中，一段时间后在醋的表面会有一层薄膜（实际上是醋酸菌），用这层薄膜进行接种可以明显缩短制作果醋的时间。
果酒和果醋的发酵装置的设计
(1)设计思路
可开闭的充气口
在 发酵时连接 进行充气。
醋酸菌
充气泵
从而有利于醋酸菌更好地进行 ，
提高发酵效率；
有氧呼吸
排气口
可以用来排出 时产生的 ;
酒精发酵
CO2
长而弯曲的胶管
排气口连接一个长而弯曲的胶管目是： 。
防止空气中微生物的污染
出料口
因要对发酵的情况进行及时监测，设计出料口，方便用来 。
取样
果酒和果醋的发酵装置的设计
(2)该装置的使用方法
结构 酒精发酵时状态 醋酸发酵时状态
充气口
排气口
出料口
关闭
打开
关闭
打开，
并接入气泵
打开
关闭
可以在充气口填充棉花或者安装其他过滤装置，
以防止充入的气体携带外来杂菌污染发酵液等。
在上述传统发酵食品的制作过程中，我们 接种菌种，而是利用了天然存在的菌种。
菌种差异、杂菌情况不明和发酵过程的控制缺乏标准等，往往会造成发酵食品的品质不一。
为了缩短发酵时间，确保品质稳定，工业上大规模生产时，通常会先通过 获得单一菌种，再将它们接种到物料中进行发酵。
家庭制作传统发酵食品通常都不是纯种发酵。
微生物培养技术
没有
练习与应用
1.油炸臭豆腐是我国一些地方的风味小吃。制作时需要将豆腐浸入含有乳酸菌、芽孢杆菌等微生物的卤汁中发酵。判断下列相关表述是否正确。
（1）卤汁中的乳酸菌和芽孢杆菌不存在竞争关系。（ ）
（2）乳酸菌发酵产生了乳酸和CO2。（ ）
（3）微生物发酵产生了不同的代谢物使得该臭豆腐具有特殊的味道。（ ）
×
×
√
2.传统发酵食品的制作需要各种各样的微生物。下列相关叙述错误的是（ ）
A.腌制泡菜利用了乳酸菌的乳酸发酵
B.制作腐乳利用了毛霉等产生的蛋白酶
C.制作果酒利用了酵母菌在无氧条件下产生酒精
D.制作果醋利用了醋酸菌在无氧条件下产生醋酸
D

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