资源简介

(共38张PPT)
目录 /CONTENTS
01
发酵工程
02
细胞工程
03
基因工程
04
生物技术的安全性与伦理问题
发酵工程是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。
第1章 发酵工程
从传统发酵技术到发酵工程
科学家发现了酶在酵母菌发酵中的作用。
1897年
用微生物生产谷氨酸获得成功，酶制剂、多糖、维生素发酵工业兴起。
1957年
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。
20世纪80年代
法国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。
1857年
利用发酵工程大规模生产青霉素，抗生素发酵工业兴起。
20世纪40年代
基因工程、细胞工程等发展，人胰岛素和干扰素大量生产。
20世纪70年代以后
1900
1940
1960
1850
1980
1970
约9000年前
我们祖先就会利用微生物将谷物、水果发酵为含酒精的饮料。
【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。
——（唐·王翰）
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，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？它们的制作方法有什么不同？你想不想自己动手制作葡萄酒和葡萄醋呢？
1.1 传统发酵技术的应用
目录：
发酵与传统发酵技术
1
尝试制作传统发酵食品
2
一、制作泡菜
二、制作果酒和果醋
01
1.发酵
（1）概念：
（2）原理：
不同的微生物具有产生不同代谢物的能力，因此利用它们就可以生产出人们所需要的多种产物。
（3）类型：
需氧发酵
厌氧发酵
如：醋酸发酵、谷氨酸发酵
如：酒精发酵、乳酸发酵
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。
一、发酵与传统发酵技术
1.腐乳的制作原理是什么？
蛋白质
小分子肽+氨基酸
蛋白酶
2.制作腐乳利用了哪些微生物？这些微生物来自哪里？
直接利用原材料中天然存在的微生物。
2.实例：腐乳的制作
阅读教材第5页，回答下列问题：
多种微生物参与了豆腐的发酵，如酵母、曲霉和毛霉等，其中起主要作用的是毛霉。
味道鲜美，易于消化吸收，又便于保存。
3.腐乳有什么特点？
毛霉：
代谢类型：
生殖方式：
丝状真菌
异养需氧型
孢子生殖
（真核生物）
让豆腐上长出毛霉
加盐腌制
加卤汤装瓶
密封腌制
制腐乳坯
3.制作流程
含水量70%左右为宜，含水量过高不易成形，过低不利于毛霉生长。
利用干棕叶（或稻草）上的毛霉孢子，在15-18℃条件下，让豆腐上长出毛霉
加盐可以析出豆腐中的水，使豆腐变硬，盐也能抑制微生物的生长 ，避免豆腐块腐败变质。
卤汤是由酒（12%）及各种香辛料配置而成，抑制微生物的生长同时使腐乳有独特的香味。
4.传统发酵技术
（1）概念：
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存下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术。
（2）类型：
以混合菌种的固体发酵及半固体发酵为主，通常是家庭式或作坊式的。
（3）发酵产品：
腐乳、酱、酱油、醋、泡菜和豆豉（chǐ）等。
【思考】每年进行同样的操作，但是每年制作的腐乳口感都不完全相同，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。
（4）缺点：
生产效率较低，产物不单一等。
（1）发酵是指人们利用微生物，在缺氧的条件下，将原料通过微
生物的代谢转化为人类所需要的产物 （ 　　）
（2）毛霉主要通过产生蛋白酶分解蛋白质参与腐乳发酵 （ 　 ）
（3）腐乳制作利用了毛霉等真菌的有氧呼吸 （　 　）
判断常考语句，澄清易混易错
1.乳酸发酵
应用的微生物：
乳酸菌
（1）代谢类型：
异养厌氧型
（2）作用：
在无氧情况下能将葡萄糖分解成乳酸
（3）应用：
乳制品的发酵、泡菜的腌制
二、尝试制作传统发酵食品
乳酸链球菌
乳酸杆菌
（原核生物）
（4）常见类型：
乳酸链球菌、乳酸杆菌
C6H12O6
2C3H6O3（乳酸）
酶
+能量
①利用_______________________来进行发酵；
制作泡菜
（1）发酵原理：
植物体表面天然的乳酸菌
②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%
③相关反应式
C6H12O6
酶
2C3H6O3（乳酸）+能量
（2）发酵条件
适宜的_____；根据室内温度控制_________
严格控制_____条件；
温度
厌氧
发酵时间
（3）制作流程
配制盐水
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；
原料处理、蔬菜装坛
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；
加盐水
将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过菜料，盖好坛盖
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；
（4）结果分析与评价
①盐的作用：
调味，抑制其他微生物生长
②盐水浓度要适宜的目的：
过高，乳酸发酵将受抑制；过低，杂菌易繁殖，导致泡菜变质
③盐水煮沸的目的：
杀菌，去除水中的溶解氧
④盐水冷却后使用的目的：
为了不影响乳酸菌的生命活动
⑤泡菜坛子使用之前要检查密封性的目的：
给泡菜坛内创造无氧环境，严格控制厌氧条件
⑥用水密封泡菜坛的目的：
给泡菜坛内创造无氧环境，严格控制厌氧条件
⑦以上说明泡菜制作需要什么条件？
说明泡菜制作需要在无氧条件下进行（即厌氧条件）
⑧泡菜制作过程中，是否只有乳酸菌起作用？
不是，还有一些酵母菌和大肠杆菌
⑨为什么泡菜坛只能装八分满？
在泡菜发酵初期，由蔬菜表面带入的大肠杆菌、酵母菌等较为活跃，它们可进行发酵，发酵产物中有较多的CO2，如果泡菜坛装得太满，发酵液可能会溢出坛外；
另外，泡菜坛装得太满，会使盐水不太容易完全淹没菜料，从而导致坛内菜料变质腐烂；
（防止由于产生CO2而导致发酵液溢出坛外；
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）
(6)你腌制的泡菜成功吗？色泽如何？口味如何
泡菜好吃，但不宜多吃，
泡菜中亚硝酸盐会危及人体健康
(5)从开始制作到泡菜质量最佳这段时间内，泡菜逐渐变酸，泡菜坛中乳酸菌和其他杂菌的消长规律是什么？
乳酸菌数量增多，杂菌数量减少；因为乳酸菌比其他杂菌更耐酸。
（7）、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
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）
泡菜制作过程中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐含量的变化情况分析
（拓展应用P8,2）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。
（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？
（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)制作传统泡菜是利用植物体表面天然的乳酸菌来进行发酵的 ( )
(2)发酵期间，乳酸会不断积累，当它的质量分数为0.04%～0.08%时，泡菜的口味、品质最佳 ( )
(3)选材装至半坛时，放入蒜瓣、生姜及其他香辛料，继续装满 ( )
(4)制备泡菜时，盐水煮沸后可以立即使用 ( )
(5)泡菜的制作前期需要通入氧气，后期应严格保持无氧条件 ( )
(6)泡菜在腌制过程中会有亚硝酸盐产生，腌制方法、时间长短和温度高低等条件都对亚硝酸盐的含量有影响 ( )
√
×
×
×
×
√
2.酒精发酵
酵母菌
应用的微生物：
用于酿酒、制作馒头和面包等
（真核生物）
异养兼性厌氧型
（1）代谢类型：
（2）作用：
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
（3）应用：
（4）最适生长温度：
约为28℃
酶
C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+能量
方法步骤
器具消毒
将发酵瓶、榨汁机用洗洁精洗净，并用70﹪酒精消毒，晾干备用。
冲洗葡萄
取新鲜葡萄，用清水冲洗1-2次，去除枝梗和腐烂的籽粒，沥干。
榨汁装瓶
用榨汁机榨取葡萄汁将葡萄汁装入发酵瓶中，（要留大约
1／3的空间）盖好瓶盖。
酒精发酵
温度在18－300C发酵每隔
12h拧松瓶盖一次发酵时间
为10-12d，可从瓶口取样监测
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;
除灰去污
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，防止爆裂
防止杂菌污染
器具消毒
冲洗葡萄
榨汁装瓶
果酒发酵
果酒制作步骤：
排气口
充气口
出料口
①充气口？
②排气口？
应封闭充气口
需要打开，及时排气
排气口通过用一个长而弯曲的胶管与瓶身相连
目的？
是防止空气中微生物的污染
发酵装置
巴斯德的鹅颈瓶实验
③出料口？
用来取样检验发酵进程，可以 检验酒味、酒精的含量、进行酵母菌的镜检 等。
3.醋酸发酵
醋酸菌
当氧气、糖源都充足时，将糖分解成乙酸;
应用的微生物：
C6H12O6＋2O2 2CH3COOH＋2H2O＋2CO2＋能量
酶
C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O＋能量
酶
（原核生物）
（1）代谢类型：
异养需氧型
（2）作用：
当缺少糖源时，将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变成乙酸
可用于制作各种风味的醋
（3）应用：
（4）最适生长温度：
30～35℃
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;
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
果醋制作步骤：
①打开瓶盖盖上纱布目的？
②30～35℃温度条件下，酵母菌代谢 （填“较快”或“缓慢”）。
创造有氧的环境和醋酸菌进入发酵瓶。
缓慢
①充气口？
应连接气泵，输入无菌氧气 ；
②排气口？
③出料口？
应要及时 打开 ；
用来 取样 检验发酵进程。
果酒发酵与果醋发酵的装置
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
打开
打开
便于取样监测
关闭
关闭
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？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。
最明显的变化：10天后
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 菌膜。
会
花青素
深红色
不会
醋酸菌
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？
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
调节发酵的温度、pH等；
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。
如何评价果酒的制作是否成功？
闻一闻，尝一尝有没有酒味
用重铬酸钾检测是否含有酒精
如何评价果醋的制作是否成功？
灰绿色
橙色
灰绿色
看一看有无菌膜的形成
闻一闻，尝一尝有没有醋味
检测比较醋酸发酵前后的pH值
小结
泡菜 果酒 果醋
菌种
生物学分类
代谢方式
最适温度范围
发酵原理
乳酸菌
酵母菌
醋酸菌
原核生物
原核生物
真核生物
厌氧型
需氧型
兼性厌氧型
18 ~ 30℃
30 ~ 35℃
C6H12O6
2C3H6O3（乳酸）
酶
+能量
C6H12O6→2C2H5OH＋2CO2＋能量
酶
C6H12O6→2C2H5OH＋2CO2＋能量
酶
C2H5OH＋O2→CH3COOH＋H2O＋能量
酶
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
3.果酒和果醋含丰富的有机酸、氨基酸、维生素，有良好的营养和保健作用，受到消费者的喜爱。请根据果酒和果醋的制作流程和装置回答有关问题:
（1）图中A过程指 ,B过程是指 ,去除葡萄的枝梗应在A过程 (填“之前”或“之后”)。
（2）图中酒精发酵和醋酸发酵中涉及的主要微生物在细胞结构上的主要区别是 。
冲洗沥干
酒精发酵
之后
是否有以核膜为界的细胞核
（3）从装置图可以看出，加入发酵瓶中的果浆只占发酵瓶的2/3，目的是
。
（4）制果醋时，要适时通过[ ] 进行充气，原因
是 。
让酵母菌在有氧条件下大量繁殖
①
充气口
醋酸菌是需氧型细菌，发酵过程需要氧气的参与

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