资源简介

生物技术与工程
发酵工程
基因工程
重组DNA技术的基本工具
传统发酵技术的运用
选择性必修3《生物技术与工程》
细胞工程
生物技术的安全性与伦理问题
微生物的培养技术及运用
动物细胞工程
植物细胞工程
基因工程的基本操作程序
基因工程的运用
蛋白质工程的原理和运用
转基因产品的安全性
发酵工程及其运用
胚胎工程
关注生殖性克隆人、禁止生物武器
第1章 发酵工程
自然发酵或曲种传代的固体发酵法生产其他食品，但不明其原理
战国中山酒
1850年
约9000年前
法国巴斯德证明酒精发酵是由活的酵母菌引起的，从而将酵母菌与建发酵联系起来
1897年
20世纪40年代
科学家发现酶在酵母菌发酵中的作用，了解了发酵的本质。发酵向工业化生产方向发展
抗生素发酵工业兴起
科技探索之路
第1章 发酵工程
科技探索之路
科学家用微生物生产谷氨酸，开始人工诱变特定微生物。酶、多糖、维生素工业兴起
20世纪70年代
1957年
发酵工程进入定向育种的新阶段
20世纪80年代
对发酵过程进行综合研究，能够自动记录和控制发酵过程的全部参数
重组胰岛素生产
第1章 发酵工程
第1节 传统发酵技术的应用
01
02
03
学习
目标
掌握传统发酵技术的概念和特点，说出常见的传统发酵食品。（生命观念）
掌握制作泡菜、果酒和果醋的原理及操作时应注意的问题，体验制作泡菜、果酒和果醋的过程;说出传统发酵技术的优点与不足。（科学探究、科学思维）
关注食品安全和健康的生活方式。（社会责任）
从社会中来
?
“葡萄美酒夜光杯，欲饮琵琶马上催。醉卧沙场君莫笑，古来征战几人回。”诗中提及的葡萄酒是人类利用微生物发酵制作而来的。通过微生物的发酵作用还可以制作葡萄醋，葡萄酒和葡萄醋都是以葡萄为原料发酵而来的饮品。
问题1：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？
葡萄酒和葡萄醋都是由葡萄发酵而来，但是前者经酵母菌无氧呼吸产生了酒精，后者经醋酸菌有氧呼吸产生了醋酸，因此口感不同。
从社会中来
?
问题2:阅读以下资料,回答酒曲是什么,酿酒加酒曲的目的是什么?
资料一：夏禹时期,已有了关于杜康秫酒的传说。我国酿造白酒的工艺在世界上独树一帜,白酒一般是以谷物为原料,加酒曲发酵而成的。
资料二：1857年,法国的微生物学家巴斯德通过实验证明，酒精发酵是由活的酵母菌引起的。
资料三：研究人员用显微镜观察酒曲,发现酒曲内含有根霉、曲霉、毛霉、酵母菌、乳酸菌、醋酸菌等几十种微生物。
酒曲：
酿酒加酒曲的目的：
微生物
使原料通过微生物的代谢转化为人类所需的产物。
一、发酵与传统发酵技术
【自主学习】请同学们自主阅读教材P5，思考完成问题。
1.请比较发酵与传统发酵技术的异同。
2.请思考腐乳制作的菌种是什么？原理？
3.每年进行同样的操作，但是每年制作的腐乳或豆瓣酱的口感都不完全相同，有些年份甚至制作不成功，你知道这是为什么吗？
4.使用酵母制作馒头属于传统发酵技术吗？
一、发酵与传统发酵技术
（一）发酵：
1.概念：
2.原理：
不同的微生物具有产生不同代谢产物的能力，因此利用它们既可以生产出人们所需要的多种产物。
3.类型：
好氧发酵
厌氧发酵
醋酸发酵、谷氨酸发酵
酒精发酵、乳酸发酵
氧气需求
指人们利用微生物，在适宜条件下，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。
一、发酵与传统发酵技术
（二）传统发酵：
1.概念：
2.类型：
固体发酵
半固体发酵
粮食白酒、腐乳等
豆豉、酱、酱油等
混合菌种
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。
（二）传统发酵：
一、发酵与传统发酵技术
3.实例--腐乳制作
（2）原理：
酵母、曲霉和毛霉等多种微生物
(毛霉起主要作用)
蛋白质
脂肪
小肽
氨基酸
甘油
脂肪酸
+
+
脂肪酶
蛋白酶
（1）菌种：
酵母，曲霉和毛霉（主要）等
a.菌种来源：
空气中的毛霉
b.代谢类型：
异养需氧型
c.生物类型：
单细胞的丝状真菌（真核生物）
一、发酵与传统发酵技术
3.实例--腐乳制作
（3）制作过程：
直接利用空气中的毛霉孢子或者直接接种毛霉（15-18℃，一定湿度）
目的：让毛霉等产生蛋白酶和脂肪酶
加盐腌制
目的：析出豆腐中的水分、抑制不需要的微生物生长
加卤汤瓶
卤汤包括酒和香辛料
酒：抑制微生物生长，并使腐乳具有独特香味；
香辛料：调味，防腐杀菌
密封腌制
方法：随豆腐层数加高增加盐用量，接近瓶口表面，铺厚一点
让豆腐长出毛霉
一、发酵与传统发酵技术
问题3:每年进行同样的操作，但是每年制作的腐乳或豆瓣酱的口感都不完全相同，有些年份甚至制作不成功，你知道这是为什么吗？
生产条件不易控制，容易受杂菌污染，生产效率较低等。
问题4: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。
　随堂训练　
1. 下列关于传统发酵技术的叙述，错误的( )
A.传统发酵常常是固体发酵或者半固体发酵
B.传统发酵利用的微生物一般为天然存在的单一菌种
C.传统饮食中的酱油、醋、泡菜等可通过传统发酵获得
D.传统发酵存在杂菌情况不明、过程控制缺乏标准等问题
　随堂训练　
2.下列关于腐乳制作原理的叙述，错误的是( )
A.腐乳制作实质就是利用发酵技术，将大分子有机物分解为小分子有机物的过程
B.腐乳制作中，起作用的微生物多为异养型真菌
C.传统发酵利用的是天然存在的菌种，所生产食品安全性更高
D.家庭自制腐乳时，一般不需单独接种菌种
二、尝试制作传统发酵食品
【自主学习】请同学们自主阅读教材P5-6相关内容，思考完成问题：
1.制作传统泡菜的原理？
2.在泡菜制作过程中盐水煮沸的目的是什么？冷却的目的是什么？
3.为什么泡菜坛只能装八成满？
4.用水密封泡菜坛的目的是什么？这说明泡菜制作需要什么条件？
5.发酵初期会有气泡冒出，但气泡的产生逐渐停止，试分析原因？
二、尝试制作传统发酵食品
（一）乳酸发酵：
1.菌种：
乳酸菌
（原核生物）
a.菌种分布：
b.代谢类型：
c.菌种种类：
异养厌氧型
自然界分布广泛，空气、土壤、植物体表、人或动物肠道内
乳酸链球菌、乳酸杆菌
2.原理：
在无氧的情况下能将葡萄糖分解成乳酸
C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+能量
酶
乳酸链球菌（球状）
乳酸杆菌（杆状）
二、尝试制作传统发酵食品
（一）乳酸发酵：
3.实例：泡菜的制作
（1）材料用具：
亚硝酸盐的含量低
食盐、清水、新鲜蔬菜、蒜瓣、生姜及其他香辛料、泡菜坛或其他密封性良好的罐子等。
一般不危害健康；摄入总量达到0.3～0.5g时，会引起中毒，达3g时会引起死亡。
二、尝试制作传统发酵食品
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
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；
创造无氧环境
将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过菜料，盖好坛盖；
向坛盖边缘的水槽中注满水，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；
不影响乳酸菌的生命活动
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；
（2）泡菜制作步骤：
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；
防止因太满使盐水未完全淹没菜料而导致菜料变质腐烂；
留有一定空间，方便拿取泡菜。
二、尝试制作传统发酵食品
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}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（O2抑制乳酸菌活动）
少
增加（硝酸盐还原菌的作用）
最多（乳酸抑制其他菌活动）
增多
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，
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）
　随堂训练　
3.关于泡菜的制作，正确的是( )
A.泡菜制作过程中会产生致癌物质——亚硝酸
B.泡菜制作过程中会冒气泡，这是乳酸菌无氧呼吸产生的 ????????????
C.若制作的泡菜咸而不酸，可能是因为食盐过多抑制了乳酸菌的繁殖
D.发酵时间越久，泡菜的口感等品质越好
?
　随堂训练　
4.回答下列有关泡菜制作的问题：
(1)制作泡菜时，所用盐水煮沸，其目的是____________。为了缩短制作时间，有人还会在冷却后的盐水中加入少量陈泡菜液，加入陈泡菜液的目的是_______________________。
(2)泡菜制作过程中，乳酸发酵过程即为乳酸菌进行__________的过程。该过程发生在乳酸菌的__________中。
(3)泡菜制作过程中影响亚硝酸盐含量的因素有____________、__________和__________等。
(4)从开始制作到泡菜质量最佳这段时间内，泡菜液逐渐变酸，这段时间内泡菜坛中乳酸菌和其他杂菌的消长规律是 ______________________ ， 原因是__________________。
杀灭杂菌
增加乳酸菌的数量
无氧呼吸
细胞质
温度
腌制时间
食盐用量
乳酸菌数量增多，杂菌数量减少
乳酸菌比杂菌更耐酸
二、尝试制作传统发酵食品
（二）酒精发酵：
1.菌种：
酵母菌
（单细胞真菌）
a.代谢类型：
b.最适生长温度：
兼性厌氧型
2.原理：
c.运用：
酿酒、制作馒头和面包
28℃（酿酒酵母）
在有氧条件下：
酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖
C6H12O6+6O2+6H2O 6CO2+12H2O+能量
酶
在无氧条件下：
酵母菌能进行酒精发酵
C6H12O6 2C2H5OH（酒精）+2CO2+能量
酶
二、尝试制作传统发酵食品
（三）醋酸发酵：
1.菌种：
醋酸菌
（原核细菌）
a.代谢类型：
b.最适生长温度：
异养需氧型
2.原理：
c.运用：
可用于制作各种风味的醋
30～35℃
当氧气、糖源充足时：
能将糖分解成乙酸
“糖制醋”
C6H12O6＋2O2 2CH3COOH（乙酸）＋2CO2＋2H2O+能量
酶
当缺少糖源时：
能将乙醇转化成乙醛，再将乙醛变成乙酸
“酒制醋”
酶
C2H5OH ＋O2
CH3COOH （乙酸）＋ H2O+能量
二、尝试制作传统发酵食品
1.制作果酒、果醋的方法步骤？
2.果酒和果醋的制作冲洗的目的是什么？
3.为什么先冲洗葡萄再去除去枝梗？
4.为什么果酒发酵瓶要留有大约1/3的空间？
5.为什么将温度控制在18-30℃进行发酵？
6.在果酒发酵过程中，为什么每隔12小时左右将瓶盖拧松一次？
7.如何检测果酒和果醋的制作是否成功？
【自主学习】请同学们自主阅读教材P6-7相关内容，思考完成问题：
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。可从发酵瓶口取样对发酵情况进行检测。
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。
制造有氧条件，进行醋酸发酵；又减少空气中的尘土污染
防止氧气进入
（三）果酒和果醋的制作：
（三）果酒和果醋的制作：
思考1：如何检测果酒和果醋的制作是否成功？
果酒：
果醋：
a.闻
b.品尝
c.用酸性条件下的重铬酸钾溶液检测
a.闻
b.品尝
c.使用pH试纸检测检测和比较发酵前后的pH值
d.观察醋酸菌膜是否形成
二、尝试制作传统发酵食品
（三）果酒和果醋的制作：
二、尝试制作传统发酵食品
思考2：在制作果酒和果醋的过程中，发酵液分别有哪些变化？引起变化的原因是什么？
产生气泡，酵母菌发酵产生CO2；
②产热，会使发酵液温度上升，应注意控温；
③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；
④果醋发酵完成时，在发酵液的液面上会出现一层菌膜，这是醋酸菌膜。
（三）果酒和果醋的制作：
二、尝试制作传统发酵食品
思考3：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？
还有乳酸菌、醋酸菌等微生物。
可以通过减少O2含量、调节发酵温度、pH来控制醋酸菌含量。
③可以通过调节发酵的温度、pH等来控制乳酸菌含量；
②在有氧的情况下，醋酸菌能把糖分解成醋酸或者把乙醇转化为乙醛进而转化为醋酸，从而影响果酒品质。
（三）果酒和果醋的制作：
二、尝试制作传统发酵食品
思考4：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？
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，不会继续发酵。
在工业上，后期醋的发酵需要人工接种醋酸菌。或者买一瓶醋，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（即醋酸菌膜），用这层薄膜进行接种亦可。
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。
（三）果酒和果醋的制作：
二、尝试制作传统发酵食品
出料口
充气口
排气口
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
胶管长而弯的目的：
通入空气
关闭
打开，并接入气泵
排出CO2
打开
打开
便于取样监测
关闭
关闭
防止空气中杂菌感染
思考5：该装置有不足之处吗？我们该如何改进呢？
拓展延伸
果酒制作与果醋制作的比较
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}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
　随堂训练　
5.下图所示为制作果酒和果醋的流程，下列相关叙述错误的是
(　　)
　挑选葡萄→①→榨汁→酒精发酵→乙酸发酵
　　　　　　　　　 　 ↓　　↓
　 　　　　　　　　 　 ②　　③
A．①为冲洗，目的是去掉葡萄表面的污物，但冲洗次数不能过多
B．②为果酒，酒精发酵过程中要严格控制氧气和温度
C．③为果醋，乙酸发酵过程中要间断通气
D．②的制作过程中既涉及有氧呼吸又涉及无氧呼吸
　随堂训练　
6.下列评价果酒和果醋制作是否成功的方法中，不合理的是(?? )
A.通过观察相关微生物的数量变化进行鉴定
B.通过向果酒发酵液中加入酸性重铬酸钾试剂进行鉴定
C.通过检测果醋发酵前后发酵液的pH变化进行鉴定
D.通过检测果酒发酵后发酵液的温度变化进行鉴定

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