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(共27张PPT)
1.传统发酵技术的概念
2.泡菜、果酒、果醋制作的原理和流程
3.发酵工程的流程
4.啤酒发酵的工艺流程
5.发酵工程的应用
第44讲 传统发酵技术的应用、发酵工程及其应用
1.发酵与传统发酵技术
(1)发酵：
发酵是指人们利用微生物，在适宜的条件下，将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物的过程。
原理：不同的微生物具有产生不同代谢产物的能力，因此利用它们就可以生产出人们所需要的多种产物。
类型:
根据氧气需求情况
需氧发酵
厌氧发酵
根据生成产物种类
醋酸发酵
酒精发酵
乳酸发酵
*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
传统发酵技术
霉豆腐
醋
酱油
豆豉
泡菜
直接利用原材料中天然存在的微生物
前一次发酵保存下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物
操作简单易上手
有利于传承文化
生产条件不易控制
容易受杂菌污染
生产效率低
一、传统发酵食品的制作
1.传统发酵技术
思考辨析：使用酵母制作馒头、直接接种毛霉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，直接利用空气中毛霉孢子制作腐乳的才算；
一.知识梳理 必备知识
（1）乳酸菌
①代谢特点：厌氧细菌，代谢类型为异
养厌氧型；在无氧的情况下能将葡萄糖
分解成乳酸。
②发酵原理（反应简式）
③生产应用：可用于乳制品的发酵、泡菜的腌制等。
④分布：广泛分布于空气、土壤、植物体表、人或动物的肠道内。
⑤常见类型：乳酸链球菌和乳酸杆菌。
C6H12O6
酶
2C3H6O3（乳酸）+能量
2.传统发酵食品制作所利用的微生物
一.知识梳理 必备知识
（2）酵母菌
①代谢特点：单细胞真菌，代谢类型
为异养兼性厌氧型；在无氧的情况下
能进行酒精发酵。
②发酵原理（反应简式）
③生产应用：可用于酿酒、制作馒头和面包等。
④影响因素：温度是影响酵母菌生长的重要因素，酿酒酵母的最适生长温度约为28℃。
⑤分布：在一些含糖量较高的水果、蔬菜表面。
C6H12O6
酶
2C2H5OH（酒精）+2CO2+能量
2.传统发酵食品制作所利用的微生物
一.知识梳理 必备知识
（3）醋酸菌
①代谢特点：好氧细菌，代谢类型为
异养需氧型；当O2、糖源都充足时，
能将糖分解成醋酸；当缺少糖源时则
将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为醋
酸。多数醋酸菌的最适生长温度为30～35℃。
②发酵原理（反应简式）
③生产应用：可用于制作各种风味的醋。
C6H12O6+2O2
酶
2CH3COOH（醋酸）+2H2O+2CO2+能量
C2H5OH+O2
酶
CH3COOH（醋酸）+H2O+能量
2.传统发酵食品制作所利用的微生物
一.知识梳理 必备知识
3.尝试制作传统发酵食品
(1)制作腐乳
①参与发酵的微生物：
多种微生物，如_____、_____和___________等；
②发酵原理
毛霉等微生物能产生______和_____等；
经过微生物的发酵，豆腐中的蛋白质被分解为___________________。
（*此外，微生物还可以产生脂肪酶，将脂肪分解为脂肪酸和甘油）
酵母
曲霉
毛霉（主要）
蛋白酶
肽酶
小分子的肽和氨基酸
毛霉：分布广泛
代谢类型：异养好氧型
生殖类型：孢子生殖
适宜温度：15~18℃
让豆腐上长出毛霉
加盐
腌制
加卤汤
装瓶
密封
腌制
环境中
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(毛霉起主要作用)
让毛霉等产生蛋白酶和肽酶，形成腐乳的“体”
防止杂菌污染，避免豆腐的腐败
由酒及各种香辛料置成，抑制微生物的生长同时增加风味和口感
2.腐乳的制作
一、传统发酵食品的制作
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；
4.泡菜的制作
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
原料处理、蔬菜装坛
加盐水
封坛发酵
向坛盖边缘的水槽中注满水，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；
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，加入蒜瓣、生姜及其他香辛料，继续装至八成满；
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
在泡菜发酵初期，酵母菌等较为活跃（白膜），发酵产物中有较多的CO2，防止发酵液溢出坛外；
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；
同时留有一定空间，也更方便拿取泡菜。
一、传统发酵食品的制作
避免杀死菌种
进一步探究
亚硝酸盐：膳食中的亚硝酸盐一般不会危害人体健康，绝大部分亚硝酸盐随尿排出，但在适宜的pH、温度和一定的微生物作用下会转变成致癌物质亚硝胺（霉变的食品中亚硝胺可增至数十倍至数百倍）。
泡菜制作过程中影响亚硝酸盐含量的因素有哪些？
温度高低，腌制方法，时间长短，食盐用量等。温度过高，食盐不足，腌制时间过短会使细菌污染、大量繁殖后，会导致亚硝酸盐含量增加
泡菜发酵过程中，乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的含量变化
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）
（拓展应用）某同学在制作泡菜前，查阅资料得知，可以向泡菜坛中加些“陈泡菜水”，在用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，请你帮他分析问题。
（3）加入“陈泡菜水”的目的是什么？
10天后食用比较好，
因为此时亚硝酸盐含量已经降到较低水平。
盐浓度高，杀死了乳酸菌等微生物。
“陈泡菜水”含乳酸菌，可快速发酵产生乳酸。
（1）据图分析，从亚硝酸盐含量来看，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？
5. 果酒和果醋
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;
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1/3的空间），盖好瓶盖;
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检测。
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;
去除表面灰尘、污物
避免葡萄破损，
减少被杂菌污染的机会
先让酵母菌进行有氧呼吸，快速繁殖，耗尽O2后，再进行酒精发酵；
防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出。
防止野生菌种数量减少，影响发酵
排出气体
防止杂菌污染
器具消毒
冲洗葡萄
榨汁装瓶
果酒发酵
果醋发酵
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。
空气中的醋酸菌会进入果酒发酵液中大量繁殖
一、传统发酵食品的制作
防止进入氧气
酒味
无气泡和泡沫
菌膜（醋酸菌膜）
果酒制作过程中，在不灭菌情况下，酵母菌是如何成为优势菌种？
在缺氧且呈酸性的发酵液中，酵母菌可以生长繁殖，而其他大多数微生物无法适应这一环境而受到抑制。
源于选择性必修3 P8“练习与应用·拓展应用3”
果酒和果醋改进装置及其分析
如图所示为制作果酒和果醋的发酵装置，请思考。
1.装置图中a、b、c分别指什么？其作用是什么？
a：
发酵前期充气口打开，输入无菌空气，让酵母菌增殖，后期关闭充气口进行酒精发酵，在果醋发酵时连接充气泵进行充气
排气口，排出酒精发酵时产生的CO2
出料口，用于取样检测
2.b需长而弯曲，其目的是什么？
防止空气中微生物的污染
3.图中发酵瓶中葡萄汁的量是否恰当？为什么？
不恰当，因为葡萄汁的量超过发酵瓶体积的2/3
排气管口伸入了发酵液
c：
b：
1.安徽徽州毛豆腐是通过人工接种法，使豆腐表面生长出一层白色绒毛，其中主要的微生物是毛霉。豆腐经过发酵后所含的植物蛋白转化成多种氨基酸，经烹饪后味道鲜美。有关说法错误的是（　　）
A.毛霉产生的蛋白酶和肽酶可将蛋白质最终转化为氨基酸
B.豆腐可以看作给毛霉生长提供营养物质的培养基
C.腐乳制作时，外部的“皮”是细菌繁殖形成的
D.毛霉菌与乳酸菌的区别是前者有成形的细胞核
C
2、奶酪是某些游牧民族的传统发酵制品，与常见的酸牛奶相似，都是通过发酵过程制作，但奶酪的浓度比酸奶更高，近似固体，营养价值丰富。相关叙述正确的是（ ）
A.发酵前需对原料（牛奶）、发酵罐等进行煮沸消毒
B.发酵过程中需要定时排气，避免发酵罐压力过大导致发酵液溢出
C.发酵过程中可通过添加适量抗生素，避免发酵过程受到杂菌污染
D.发酵结束后压制成块的软奶酪含水量越高越易受到杂菌污染而变质
D
发酵工程
指利用微生物的特定功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品。 它涉及菌种的选育和培养，产物的分离和提纯等方面。（教材章前语）
大规模生产发酵产品
对发酵原理的认识
微生物纯培养技术建立
密闭式发酵罐设计成功
严格控制环境条件(温度、pH、溶解氧、压强、营养物、泡沫等)
微生物的特定功能
现代化工程技术
二、发酵工程及其应用
在青霉素生产过程中如果有杂菌污染，某些杂菌会分泌青霉素酶，将青霉素分解掉。
生产柠檬酸
生产啤酒
生产味精
黑曲霉
啤酒酵母
谷氨酸
棒状杆菌
在菌种确定之后，要选择原料制备培养基。在生产实践中，培养基的配方要经过反复试验才能确定。
接种
选育菌种
制备培养基
扩大培养
灭菌
发酵罐内发酵
性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得。
工业发酵罐的体积一般为几十到几百立方米，接入的菌种总体积需要几立方米到几十立方米。所以，在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养
发酵工程中所用的菌种大多数是单一菌种，一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。因此，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。
现代发酵工程使用的大型发酵罐均有计算机控制系统，能对发酵过程中的温度、pH、溶解氧、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等进行监测和控制；还可以进行反馈控制，使发酵全过程处于最佳状态。
这是发酵工程的中心环节。在发酵过程中，要随时检测培养液中微生物的数量、产物的浓度等，以了解发酵进程。还要及时添加必需的营养组分，要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件。
环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，而且会影响微生物代谢物的形成。
1.发酵工程的基本环节
二、发酵工程及其应用
抽取样本进行检测
调节罐温
控制溶解氧
调节罐压
培养物或营养物质的加入口
观察孔
取样管
电动机
排气管
pH计
冷却水排出口
冷却夹层
发酵液
搅拌叶轮
生物传感器装置
空气入口
温度传感器和控制装置
冷却水进入口
阀门
放料管
控制培养物以一定速度进入、流出发酵罐，实现连续培养
通过肉眼观察、仪器检测等监控发酵条件以及发酵过程，抽取样品进一步检测。
使微生物与发酵液混合均匀，加快O2的溶解以及散热
P23
通过加料装置添加酸或碱进行调节，也可以在培养基中添加pH缓冲液。
电动机
排气管
pH计
冷却水排出口
冷却夹层
发酵液
搅拌叶轮
生物传感器装置
空气入口
放料管
阀门
培养物或营养物质的加入口
观察孔
取样管
温度传感器和控制装置
冷却水进入口
（1）温度：
通过发酵罐上的温度传感器
和控制装置进行监测和调整
（2）溶解氧：
通过通气量和搅拌速度加以调节。
（3）pH：
接种
选育菌种
制备培养基
扩大培养
灭菌
发酵罐内发酵
分离、提纯产物
获得产品
如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后，采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥，即可得到产品。如果产品是代谢物，可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品。
1.发酵工程的基本环节
二、发酵工程及其应用
2.啤酒的工业化生产流程
发芽
焙烤
碾磨
糖化
蒸煮
发酵
主发酵
冷却
大麦种子发芽，释放淀粉酶。
加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活。
将干燥的麦芽碾磨成麦芽粉。
淀粉分解，形成糖浆。
产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌。
酵母菌将糖转化为酒精和CO2。
杀死啤酒中的大多数微生物，延长它的保存期。
消毒
终止
后发酵
过滤
过滤、调节、分装啤酒进行出售。
二、发酵工程及其应用
1.啤酒的发酵过程分为_______ _和________ _两个阶段；
2.主发酵阶段完成
_________________________________________________；
3.后发酵的条件________________________________；
4.焙烤的目的：________________________________；
5.蒸煮的目的：
主发酵
后发酵
酵母菌的繁殖、大部分糖分解和代谢物的生成
低温、密闭的环境下储存一段时间
加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活
产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌
思考 讨论
食品添加剂
酶制剂
3.发酵工程的应用
采用基因工程的方法，将植物或动物的基因转移到微生物中，获得具有某种药物生产能力的微生物；
直接对菌种进行改造，再通过发酵技术大量生产所需要的产品。
利用工程菌发酵生产 生长激素释放抑制激素
通过诱变的高产青霉菌发酵生产青霉素
科学家还利用基因工程，将病原体的 转入适当的微生物细胞，获得的表达产物就可以 使用。
抗原基因
作为疫苗
食品添加剂
酶制剂
抗生素、干扰素、胰岛素等
嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产洗涤剂，嗜低温菌有助于提高热敏性产品的产量。
3.发酵工程的应用
产物专一
生产条件温和
原料来源丰富且价格低廉
废弃物对环境污染小且容易处理
发酵工程的特点
(1)在发酵工程中，可通过诱变育种、基因工程育种获得菌种( )
(2)分离、提纯酵母菌发酵生产的单细胞蛋白，可采用过滤、沉淀等方法( )
(3)在连续培养过程中补充的同种培养液和空气须先灭菌( )
(4)乳酸菌可以代替酵母菌用于乙醇的生产( )
(5)发酵罐中微生物的生长繁殖、代谢物的形成速度都与搅拌速度有关( )
(6)单细胞蛋白是从微生物细胞中提取出来的( )
√
√
√
×
√
×
考向　发酵工程及其应用
2.关于单细胞蛋白叙述正确的是(　　)
A．是从微生物细胞中提取的蛋白质
B．通过发酵生产的微生物菌体
C．是微生物细胞分泌的抗生素
D．单细胞蛋白不能作为食品
B
解析:单细胞蛋白是通过发酵获得的微生物菌体。

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