资源简介

(共32张PPT)
离不开微生物发酵
你知道的发酵食品有哪些？
你会制作吗？
汉代砖刻上的酿酒图
我国古代酿酒作坊的绘画作品
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生产酱油、醋、豆豉、腐乳和酸奶等发酵食品。
约9000年前
20世纪70年代以后
1857年
1897年
20世纪80年代
1957年
20世纪
40年代
巴斯德证明：酒精发酵是由活的酵母菌引起的。
科学家发现了酶在酵母菌发酵中的作用，逐步了解发酵的本质。
微生物的分离和纯化技术得到了应用，作坊式手工生产向工业化生产方向发展。
在厌氧发酵技术的基础上，建立了深层通气液体发酵技术，实现青霉素生产产业化。
通过人工诱变特定微生物，获得具有更高生产能力的突变类型。
基因工程和细胞工程等的发展，使发酵工程进入定向育种的新阶段。
人类能自动记录和控制发酵过程的全部参数，大批量合理生产发酵产物。
固体发酵→半固体发酵、液体发酵
厌氧发酵→深层通气液体发酵
科技探索之路：从传统发酵技术到发酵工程
第1章 发酵工程
第1节 传统发酵技术的应用
葡萄酒和葡萄醋都是以葡萄为原料发酵而来的饮品，为什么一个是醇厚浓郁、耐人寻味的酒，一个却是酸味柔和、口感绵长的醋呢？
从社会中来
一、发酵与传统发酵技术
1.发酵
①发酵：人们利用 ，在 的条件下，将原料通过
转化为人类所需要的产物的过程。
②原理： ，因此利用它们就可以生产出人们所需要的多种产物。
微生物
适宜
微生物的代谢
③类型：
不同的微生物具有产生不同代谢物的能力
好氧发酵
厌氧发酵
醋酸发酵
酒精发酵、乳酸发酵
对微生物而言，“发酵”在有氧和无氧条件下都能进行。
必修一中提到的发酵特指“微生物的无氧呼吸”，是狭义的发酵概念。
氧气需求
一、发酵与传统发酵技术
④实例：腐乳
a.微生物：
b.原理：
1.发酵
酵母、曲霉、毛霉等
毛霉：丝状真菌（具发达的白色菌丝）
【异养需氧型、孢子生殖】
豆腐发酵中的毛霉
电子显微镜下的毛霉
胞外酶
味道鲜美，易于消化吸收，又便于保存。
蛋白质 小分子的肽+氨基酸
蛋白酶
脂肪 甘油+脂肪酸
脂肪酶
一、发酵与传统发酵技术
2.传统发酵技术
直接利用原材料中天然存在的微生物，或利用前一次发酵保留下来的面团、卤汁等发酵物中微生物进行发酵，制作食品的技术。
①概念：
②类型：
固体发酵（ ）
半固体发酵（ ）
泡菜、粮食白酒、腐乳等
豆豉、酱、酱油等
豆瓣酱
醋坛
展示我国古代酿酒作坊的绘画作品
汉代砖刻上的酿酒图
腐乳中的毛霉来自哪里？
【思考】使用酵母制作馒头属于传统发酵技术吗？
不属于；
使用前一次发酵保存下来的面团进行的才算。
例如：直接利用空气中毛霉孢子制作腐乳属于传统发酵技术，
若直接接种毛霉，则不属于。
1.泡菜
韩国泡菜相传是从我国传入的，堪称韩国“第一菜”。
二、尝试制作传统发酵食品
1.泡菜
（1）菌种：
①菌种来源：
②代谢类型：
③种类：
④分裂方式：
（2）发酵原理：
乳酸菌
植物体表面天然的乳酸菌
异养厌氧型
（原核生物）
乳酸链球菌（球状）
乳酸杆菌（杆状）
乳酸链球菌、乳酸杆菌
二分裂
在无氧的情况下能将葡萄糖分解成乳酸
C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+能量
酶
发酵期间，乳酸会 ，当它的质量百分比为 时，泡菜的口味、品质最佳。
不断积累
0.4%-0.8%
a.各种蔬菜（选新鲜蔬菜或其他原料，因为亚硝酸盐的含量低）均可，一般用白菜、洋白菜、黄瓜、豇豆、胡萝卜、白萝卜等。
b.调味品：如花椒、八角、生姜、蒜瓣及其他香辛料，白酒、白砂糖和盐。
c.泡菜坛或其他密封性良好的罐子。
1.泡菜
二、尝试制作传统发酵食品
向坛盖边缘的水槽中注满水，并在发酵过程中注意向水槽中补充水；根据室内温度控制发酵时间。
将新鲜蔬菜洗净，切成块状或条状，混合均匀，晾干后装入泡菜坛内；装至半坛时，放入蒜瓣、生姜及其他香辛料，继续装至八成满。
用清水和食盐配制质量百分比为5%-20%的盐水，并将盐水煮沸，冷却待用。
将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过菜料，盖好坛盖。
配制
盐水
蔬菜处理装坛
加盐水
封坛
发酵
过高：乳酸发酵受抑制，泡菜风味差；
过低：杂菌易繁殖，导致泡菜变质。
杀菌、除氧
创造无氧环境
①泡菜发酵初期，大肠杆菌、酵母菌等较为活跃，产生较多的CO2，防止发酵液溢出坛外；
②防止因太满使盐水未完全淹没菜料而导致菜料变质腐烂；
③留有一定空间，方便拿取泡菜。
（4）泡菜制作过程
温度：
时间：
氧气：
18～20℃
15天
无氧条件
泡菜好吃，但不宜多吃，为什么？
装
压
封
（4）泡菜制作过程
标准显色液
检测原理——比色法
亚硝酸盐为白色粉末，有咸味，可作食品添加剂。
在泡菜的腌制过程中会有亚硝酸盐的产生。亚硝酸盐含量较低时，不会危害健康。当人体食入0.3-0.5克的亚硝酸盐即可引起中毒，3克导致死亡。
在酸性条件下，亚硝酸盐与特定化学物质反应，出现玫红色。待检液进行反应后与标准显色液进行比较，可估算其含量。
亚硝酸盐 亚硝胺（强致癌物）
腌制方法、时间长短、温度高低、食盐用量等都会影响亚硝酸盐的含量。
（5）亚硝酸盐含量的测定
2.某同学在制作泡菜前，査阅资料得知，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，结果见右栏曲线图。请你帮他分析相关问题。
（1）据图分析，从亚硝酸盐的含量来看，你认为该泡菜在什么时间食用比较合适？为什么？
（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？
（3）加入“陈泡菜水”的目的是什么？
应该在发酵13天后食用比较合适，因为这时亚硝酸盐含量已经降到较低的水平。
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。
“陈泡菜水”中含有纯度较高的乳酸菌，加入“陈泡菜水”相当于接种乳酸菌。
时期 乳酸菌 乳酸 亚硝酸盐
发酵前期
发酵中期
发酵后期
变化曲线
少
（O2抑制乳酸菌活动）
少
增加
（硝酸盐还原菌的作用）
最多（乳酸菌比其他杂菌更耐酸。乳酸积累，抑制其他菌活动）
增多
达到最多后开始下降（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，抑制乳酸菌活动）
继续增多，
最后保持稳定
下降至保持相对稳定（硝酸盐还原菌被完全抑制）
（6）泡菜发酵过程中，乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的含量变化：
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乳酸菌的发酵作用，而抗生素能够杀死或抑制乳酸菌。
到生活中去
2.制作果酒的微生物
（1）菌种：
①菌种来源：
②分裂方式：
③代谢类型：
二、尝试制作传统发酵食品
酵母菌（真核生物）
含糖量较高的水果、蔬菜表面
出芽生殖（主要）
异养兼性厌氧型
电镜下的酵母菌
a.在有氧条件下，酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖
酶
酶
C6H12O6 + 6O2 + 6H2O → 6CO2 + 12H2O + 能量
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 能量
b.在无氧条件下，酵母菌能进行酒精发酵
（2）发酵条件：
（3）生产应用：
制作果酒时将温度控制在 进行发酵。
a.温度：
b.氧气：
制作果酒时，酵母菌先在 的情况下大量繁殖；
后在 下，进行酒精发酵。
氧气充足
无氧条件
18~30℃
酿酒酵母最适生长温度约为28℃。
可用于酿酒、制作馒头和面包等。
二、尝试制作传统发酵食品
2.制作果酒的微生物
醋酸菌（原核生物）
空气中的醋酸菌
变酸的酒的表面形成的菌膜
异养需氧型
a.温度：
b.氧气：
将温度控制在 进行发酵。
30~35℃
需要在充足的氧气条件下。
醋酸菌对 氧气 的含量很敏感，当进行深层发酵时，即使短时间中断通入氧气，也会引起醋酸菌的死亡。
二、尝试制作传统发酵食品
3.制作果醋的微生物
（1）菌种：
①菌种来源：
②分裂方式：
③代谢类型：
（2）发酵条件：
二分裂
①当氧气、糖源充足时：
②当缺少糖源时：
C6H12O6 + 2O2 → 2CH3COOH + 2CO2 + 2H2O + 能量
酶
糖制醋
将乙醇转变成乙醛，再将乙醛变为乙酸
酶
C2H5OH + O2 → CH3COOH + H2O + 能量
酒变醋
可用于制作各种风味的醋
二、尝试制作传统发酵食品
3.制作果醋的微生物
（3）发酵原理：
（4）生产应用：
二、拓展应用
3.有3位同学分别采用了3种不同的发酵装置来制作果醋。A同学用的是带盖的塑料瓶；B同学用了没有盖的塑料瓶，在发酵过程中无盖的瓶口一直由捆绑在瓶口的8层纱布覆盖；C同学则设计了如右图所示的发酵装置。结合果醋的制作原理，你认为哪一种发酵装置更适合制作果醋？你还能继续改进这种装置吗？
A同学装置不能透气；
B同学装置透气性差。
C同学装置更适合。
结构 作用 酒精发酵时状态 醋酸发酵时状态
充气口
排气口
出料口
通入空气
关闭
打开，并接入气泵
排出CO2，
防止空气中微生物的污染
打开
打开
便于取样检查和放出发酵液
关闭
关闭
4.果酒发酵与果醋发酵的装置
二、尝试制作传统发酵食品
【思考】该装置还能继续改进吗？
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。
二、尝试制作传统发酵食品
4.果酒发酵与果醋发酵的装置
将温度控制在18-30℃进行发酵，在发酵过程中，
每隔12h左右将瓶盖拧松一点（注意：不是打开瓶盖），此后再拧紧瓶盖。发酵时间为10-12d。可通过从发酵瓶口取样来对发酵的情况进行监测。
用榨汁机榨取葡萄汁，将葡萄汁装入发酵瓶中（注意：要留有大约1/3的空间），盖好瓶盖。
当葡萄酒制作完成后，打开瓶盖，盖上一层纱布，进行葡萄醋的发酵。发酵温度为30-35℃，时间为7-8d。
将发酵瓶、榨汁机等器具用洗洁精清洗干净，并用体积分数为70%的酒精消毒，晾干备用。
取新鲜葡萄，用清水冲洗1-2次，再去除枝梗和腐烂的籽粒，沥干。
除灰去污
先清洗，再去梗：
避免葡萄破损，减少杂菌污染
①有氧条件，利于酵母菌快速繁殖；耗尽O2后，再进行酒精发酵；
②防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出。
无需多次。防止菌种减少，影响发酵
排出气体
防止杂菌污染
空气中的醋酸菌会进入果酒发酵液中大量繁殖
5.果酒与果醋制作
器具消毒
冲洗葡萄
榨汁装瓶
果酒发酵
果醋发酵
（1）在制作果酒和果醋的过程中，发酵液分别有哪些变化？
其中最明显的变化发生在发酵后多少天？引起变化的原因是什么？
①果酒：发酵液（会或不会） 出现气泡 ；
紫色葡萄皮的 进入发酵液，使葡萄酒呈 色。
②果醋：一般 （会或不会） 出现气泡 ，
发酵完成时，在发酵液的液面会出现一层菌膜，是
。
会
花青素
深红色
不会
醋酸菌膜
10天左右
二、尝试制作传统发酵食品
6.果酒与果醋结果分析与评价
①制酒过程中，还会存有 等微生物；
乳酸菌、醋酸菌
②控制乳酸菌数量：
控制醋酸菌数量：
发酵为醋酸
使果酒变质
减少O2含量、调节发酵温度、pH等。
调节发酵的温度、pH等；
（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？
（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？
不会。发酵温度、pH不利于酵母菌生长。
人工接种醋酸菌或直接打开瓶盖，让空气中的醋酸菌在发酵液中大量繁殖。
在工业上，后期醋的发酵需要人工接种醋酸菌。
（4）如何评价果酒的制作是否成功？
如何评价果醋的制作是否成功？
闻一闻，尝一尝有没有酒味
用酸性条件下的重铬酸钾溶液检测
橙色
灰绿色
观察醋酸菌膜是否形成
闻一闻，尝一尝有没有醋味
检测比较醋酸发酵前后的pH值
二、尝试制作传统发酵食品
6.果酒与果醋结果分析与评价
项目 果酒制作 果醋制作
发酵菌种 酵母菌 醋酸菌
菌种来源 传统的葡萄酒酿造采用自然发酵，菌种 主要是附着在葡萄皮上的野生型酵母菌 空气中的野生型醋酸菌或购买醋酸菌的菌种或从食醋中分离醋酸菌
发酵原理 ① 在有氧条件下： C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O+能量 ② 在无氧条件下 C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+能量 ① 氧气、糖源都充足时：
C6H12O6+2O2 2CH3COOH+2CO2+2H2O+能量
② 缺少糖源时
C2H5OH+O2 CH3COOH+H2O+能量
发酵条件 温度 一般控制在18～30℃ 30～35℃
时间 10～12d 7～8d
氧气 初期需氧，后期不需氧 始终需要氧
pH 最适pH为4.5～5.0 最适pH为5.4～6.0
酶
酶
酶
酶
7.果酒制作与果醋制作的比较
左：葡萄酒窖；中：啤酒酒窖；右：白酒酒窖
大规模生产果酒的发酵和保存
工业上大规模生产时，通常会先通过微生物培养技术获得单一菌种，再将它们接种到物料中进行发酵。
到社会中去
查阅关于果酒和果醋工业化生产的工艺流程，比较自己制作果酒和果醋的方法与这些流程有哪些异同。在此基础上，请思考：当把少量制作转化为大规模生产时，需要解决哪些实际问题？你能从中体会到技术与工程的区别的和联系吗？
在大规模生产发酵产品时，需要进行更为全面周详的考虑，如考虑原料的来源与选样、菌种的选育与培养、发酵设备的选择、发酵条件的自动化控制、发酵产品的质量控制、成本价格等。
自己制作的果酒和果醋并非商品意义上的产品。
技术要通过工程设计等环节，将一系列相关技术体系化地组合起来，才能转化应用在工程中，大规模生产人们需要的产品。
一、概念检测
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乙酸
D
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