资源简介

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第二节
发酵工程为人类提供多样化生物产品
第1章 发酵工程
选择性必修3
学 习 目 标
1、结合微生物发酵的实例，基于结构与功能、物质与能量等观念，阐明现代发酵技术的基本原理。
2、在制作发酵食品、模拟发酵过程调控等探究过程中，记录和分析微生物发酵过程的动态变化，
阐释微生物发酵的调控过程。
3、关注发酵工程产品的应用，能对发酵技术在生产、生活中的应用提出初步构想。
发酵工程：
传统发酵以生产食品为主，现代发酵产品则涉及人们生产与生活的方方面面，如减少白色污染的可降解塑料聚乳酸、缓解能源危机的燃料乙醇、防治疾病的抗生素和疫苗……发酵工程是利用微生物的生命活动大量生产人们所需产品的工程技术体系。
醋、酱油、味精是厨房必备的调味品，你知道它们都是发酵而来的吗？你可以初步了解酱油的制作过程。
材料阅读：酱油的制作
思考与讨论：
1. 根据已有知识分析，米曲霉在发酵制酱曲的过程中起了什么作用？
2. 在发酵池发酵制酱醅的过程中，必须控制哪些条件才能满足乳酸菌和酵母的发酵？
3. 为什么大豆、小麦等原料经过发酵，能产生酱油特有的鲜味？
1．运用传统发酵技术生产多种食品
果酒
　
果酒是以新鲜水果或果汁为原料、经酵母发酵而成的、含有一定酒精的发酵酒。果酒在发酵过程中发生了一系列复杂的生化反应，最终形成果酒独特的风味和色泽。
记载葡萄采摘及葡萄酒酿造过程的埃及金字塔壁画
果酒的制作：
果酒的制作
1.菌种：酵母菌，属异养兼气型微生物。
在有氧条件下，酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖；在无氧条件下，酵母菌进行酒精发酵。
2.原理：酵母菌无氧呼吸产生酒精
3.反应式：葡萄糖 → 2乙醇＋2CO2+少量能量
酶
果酒制作
4.条件：
①温度是酵母菌生长和发酵的重要条件，
18-25℃适合酵母菌酒精发酵；
②发酵期间通过打开出气管，间或放气几次；
③发酵瓶装入葡萄汁后留有l/3的空间。
目的是先让酵母菌进行有氧呼吸快速繁殖，耗尽氧气后再进行酒精发酵；其次，防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液的溢出。
果酒的制作：
果醋
　
果醋是在果酒基础上，进行醋酸发酵酿制而成的饮料醋，兼具水果和醋的香味。果醋中含有机酸、氨基酸、醇类及多种维生素等成分，营养丰富。
果醋的制作：
果醋的制作
　
1.菌种：醋酸菌，属异养需氧型细菌。
2.原理：当氧气充足时，醋酸菌将乙醇变为乙醛，再变为醋酸（酒变醋）。3.条件：醋酸菌的最适生长温度30-35℃，需适时通入无菌空气，充气口和排气口都打开。4. 果酒和果醋制作的流程：
制作果酒和果醋的流程示意图
果醋的制作：
探究 · 实验：1-4果酒和果醋的制作
▲实验目标：
掌握果酒和果醋的制作原理；学习果酒和果醋的制作方法
▲实验原理：
果酒的制作利用了酵母在有氧和无氧条件下的不同生理过程。在有氧条件下，酵母将有机物彻底分解为二氧化碳和水，大量繁殖；在无氧条件下，则进行酒精发酵。果醋是在果酒基础上，利用醋酸菌进行发酵酿制而成。醋酸菌是好氧菌，在氧气充足条件下，可将果酒中乙醇转化为乙醛，再将乙醛转化为醋酸。
▲材料器具：
新鲜、成熟的葡萄或苹果等水果、培养好的酿酒酵母和醋酸菌、烧杯、广口瓶等。
探究 · 实验：1-4果酒和果醋的制作
▲实验步骤：
一、果酒的制作
1 . 将去梗的水果洗净后捣碎，用榨汁机榨汁，
或用纱布滤出果汁。
2 . 将果汁迅速倒入灭过菌的发酵瓶内， 留出 1/3 的空间，按照 10% 的体积比加入酵母培养物，塞好瓶塞，夹紧进气管和出气管，在 18~25 ℃条件下厌氧发酵10~12 d。发酵期间通过打开出气管，间或放气几次。
3 . 待发酵结束后，用玻璃酒精计检测酒精含量。果酒的酒精度一般在 1 5°以下。
4 . 将酒液过滤，装入经消毒的玻璃瓶中，完成果酒的制作。
5 . 记录果酒的色泽、香气等特征。
探究 · 实验：1-4果酒和果醋的制作
▲实验步骤：
二、果醋的制作
1 . 将制作好的果酒按照 10% 的体积比加入醋酸菌液，
塞好瓶塞。打开进气管和出气管，在 30~35 ℃条件
下发酵3~4 d。
2 . 待发酵结束后，用pH计测定果醋的pH。果醋的pH一般约为3。
3 . 记录果醋的外观、香气等特征。
▲结果分析：
1 . 与 表 1-7 列出的果酒鉴定指标作比较，看看你制作的果酒是否成功？
2 . 在制作果酒和果醋的过程中，你认为可以从哪些方面防止产物被污染？
酸奶的制作
酸奶
酸奶是以牛奶为主要原料，经乳酸菌发酵生产的一种具有较高营养价值的特殊风味产品。用于酸奶发酵的乳酸菌主要是德氏乳杆菌保加利亚亚种和唾液链球菌嗜热亚种。发酵过程中，牛奶中的糖类、蛋白质被分解成更易消化和吸收的小分子物质，还可产生多种维生素。同时，由于乳酸菌可将牛奶中的乳糖转化成乳酸，因此，酸奶还适合乳糖不耐受的人群饮用。
酸奶的制作
酸奶的制作
1.菌种：乳酸菌，属于异养厌氧型细菌。
2.原理：乳酸菌在发酵过程中产生乳酸，乳酸可以使牛奶中的蛋白质凝固，同时产生酸奶独特的风味物质。
3.条件：将接种后的原料置于40~42℃的恒温培养箱中保温 4~6h。
4.过程：原料配置→消毒→冷却→接种→保温→后熟。
探究 · 实验：1-5酸奶的制作
▲实验目标：
掌握酸奶的制作方法；了解微生物在生产实践中的应用。
▲实验原理：
乳酸菌在发酵过程中产生乳酸，乳酸可以使牛奶中的蛋白质凝固，同时产生酸奶独特的风味物质。
▲材料器具：
优质全脂奶粉或新鲜牛奶、蔗糖、新鲜优质酸奶或市售酸奶菌粉（含活菌）、250mL 三角烧瓶、恒温水浴锅、恒温培养箱、冰箱等。
探究 · 实验：1-4果酒和果醋的制作
▲实验步骤：
1.原料配制：将 30 g 全脂奶粉加入三角烧瓶中，再加5g 蔗糖和 70 mL 蒸馏水；或在 100 mL 新鲜牛奶中加入5g 蔗糖，摇匀，用封口膜封好三角烧瓶的瓶口。
2.消毒：将上述三角烧瓶置于 85~90 ℃的恒温水浴锅中消毒 15 min，注意要将瓶中液体部分完全浸没在热水中，并不时摇动。
3.冷却：将消毒好的三角烧瓶用冷水冲洗其外壁，冷却至 45 ℃左右。
4.接种：开启封口膜，按约 10% 比例将新鲜酸奶作为菌种或按 0.1%~1% 的比例将酸奶菌粉接入冷却后的原料中，充分搅匀，封好封口膜。
5.保温：将接种后的原料置于 40~42 ℃的恒温培养箱中保温 4~6 h（具体时间视凝乳速度而定），待凝固后从恒温培养箱中取出，停止发酵。
6.后熟：已形成凝固态的酸奶在 4 ℃左右的低温下保持12~24 h。
7. 感官评定：记录酸奶的色泽、组织状态、气味和滋味等特征。
探究 · 实验：1-4果酒和果醋的制作
▲结果分析：
1 . 好的酸奶外观色泽均匀一致，呈乳白色，组织均匀细腻，无大块颗粒，具有酸奶特有的香味且酸甜可口。你制作的酸奶达到这个标准了吗？
2 . 若酸奶发酵中污染了杂菌，酸奶会出现什么现象？
如果出现杂菌污染，乳清就会析出过多。除此之外，酸奶凝固也会不结实，并有气泡和异味出现。
2．发酵工程是生产特定产品的现代生物工程技术体系
微生物菌种
发酵工业依靠微生物的生命活动，能在生产设备中把各种原料转化成产品。发酵生产所用的菌种是具有特定功能的微生物。利用这些特定功能可以生产人们所需的各种产品。菌种是发酵工业的灵魂。目前，工业生产应用的优良菌种绝大多数是从自然界中分离得到野生型菌株，再经过筛选、纯化和诱变育种后才选育成功的。
2．发酵工程是生产特定产品的现代生物工程技术体系
生物反应器　
生物工程中为微生物或动植物细胞的生长代谢提供场所，使其大量积累目的产物的装置称为生物反应器。
举例：青霉素主要通过微生物发酵进行生产
生产青霉素
1.青霉素的培养基：碳源（是工业用葡萄糖
或淀粉的酶水解物）、氮源（为玉米浆、硫
酸铵或氨水）、无机盐（硫酸钠和磷酸二氢钾）
2.温度：黄青霉生长的最适温度为 30 ℃，青
霉素的最适温度是 20 ℃
3.pH：6.5 左右。
4.条件：青霉素发酵对溶解氧水平比较敏感，溶解氧水平主要与无菌空气的通气量及搅拌转速密切相关。发酵过程中还会产生较多泡沫，需要补入消泡剂
3．发酵工程产品在多个领域具有重要应用价值
发酵工程与食品工业
1.黄原胶和结冷胶等微生物多糖可作为食品增稠剂;
2.谷氨酸等可作为食品鲜味剂;
3.β- 胡萝卜素可作为着色剂和营养强化剂;
4.经大规模培养的乳酸菌等益生菌可直接食用，改善肠道健康。
3．发酵工程产品在多个领域具有重要应用价值
发酵工程与医药工业　
红霉素、头孢霉素和万古霉素等的大量生产和应用，使人类在细菌性传染病的治疗上获得了极大的进步。
来源于微生物的基因工程药物是通过基因工程构建的菌种发酵生产的生物活性物质。
3．发酵工程产品在多个领域具有重要应用价值
发酵工程与能源环境
应用微生物技术将天然有机物中贮存的化学能转化为人类所需的可再生、不污染环境、有利于生态平衡的新型能源，已成为缓解能源危机和解决环境污染的重要途径。
一、选择题
1．酵母菌和醋酸菌异化作用的类型分别是（ ）
①需氧型　②厌氧型　③兼性厌氧型
A．①③
B．③①
C．②①
D．②③
B
练习
2.制果醋时，要适时通过充气口进行充气是因为（ ）
A．醋酸菌是好氧菌，将酒精变成醋酸时需要氧气的参与
B．酵母菌进行酒精发酵时需要氧气
C．通气可防止发酵液霉变
D．防止发酵时产生的二氧化碳气体过多而引起发酵瓶的爆裂
A
练习
THANKS
谢谢观看
选择性必修3

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