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选择性必修三《生物技术与工程》
第1章 发酵工程
第1节 传统发酵技术的应用
科技探索之路p2-3
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，之后微生物的分离和纯化技术得到了应用。
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年代以后
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，从而将酵母菌与发酵联系起来。
1857年
利用发酵工程大规模生产青霉素，随着链霉素、金霉素和土霉素等抗生素的发现及生产，抗生素发酵工业兴起。
20世纪40年代
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。
(一) 发酵
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。
2.原理：
1.概念：
有氧发酵（ ）
厌氧发酵（ ）
醋酸发酵
酒精发酵、乳酸发酵
3.类型：
不同的微生物具有产生不同代谢产物的能力。
醋酸杆菌
酵母菌
一、发酵与传统发酵技术p5
一、发酵与传统发酵技术p5
(二) 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。
2.类型：
1.概念：
操作简单、便于家庭式或作坊式生产（优点）
3.优缺点：
固体发酵和半固体发酵。
4.产品：
腐乳、泡菜、酸奶、酒、醋、酱、酱油、豆豉、面包、馒头等
酱油
醋
泡菜
豆豉
酱
生产条件不易控制，容易受杂菌污染（缺点）
一、发酵与传统发酵技术p5
腐乳的制作
2.原理：
1.菌种：
3.过程：
毛霉（主要）、酵母菌、曲霉等。
蛋白质
小分子肽 + 氨基酸
蛋白酶/肽酶
脂肪 甘油 + 脂肪酸
脂肪酶
电子显微镜下的毛霉
让豆腐
长出毛霉
加盐腌制
加卤汤装瓶
密封腌制
制腐乳坯
15-18℃
二、尝试制作传统发酵食品——泡菜p5-6
(一)制作泡菜
2.原理：
1.菌种：
3.菌种来源：
乳酸菌（原核生物）
异养厌氧型
乳酸链球菌、乳酸杆菌
空气、土壤、植物体表、人或动物肠道内
①代谢类型：
②种类：
③分布：
C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+能量
酶
乳酸链球菌（球状）
乳酸杆菌（杆状）
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%
植物体表面天然的乳酸菌p6。
二、尝试制作传统发酵食品——泡菜p6
(一)制作泡菜
4.制作过程：
配制盐水
原料处理、蔬菜装坛
加盐水
封坛发酵
装至半坛时，加入蒜瓣、生姜及其他香辛料，继续装至八成满；
配制5%-20%的盐水，盐水煮沸，冷却待用；
过高：乳酸菌发酵受抑制，泡菜风味差；
过低：杂菌易繁殖，导致泡菜变质。
杀菌除氧
①发酵初期，酵母菌等较活跃，发酵产物中有较多CO2，防止发酵液溢出坛外；
②防止盐水未完全淹没菜料而导致菜料变质腐烂。
将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过菜料，盖好坛盖；
创造无氧环境
向坛盖边缘的水槽中注满水，并常向水槽中补充水；温度控制发酵时间；
二、尝试制作传统发酵食品——泡菜p6
(一)制作泡菜
5.泡菜制作过程中乳酸菌、乳酸、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）
二、尝试制作传统发酵食品——泡菜p8
典例：（教材P8拓展应用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，亚硝酸盐含量低。
盐浓度高，杀死了乳酸菌等微生物，发酵温度过低等原因导致泡菜未能正常发酵。
“陈泡菜水”含乳酸菌，可快速发酵产生乳酸
二、尝试制作传统发酵食品——果酒p6
(二)制作果酒和果醋
①菌种：
1.制作果酒
附着在葡萄皮上的野生型酵母菌（真核生物）
代谢类型：
异养兼性厌氧型
②原理：
a.有氧条件下，酵母菌通过有氧呼吸大量繁殖：
b.无氧条件下，酵母菌通过无氧呼吸产生酒精：
C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2+能量
酶
C6H12O6＋6O2 ＋6H2O 6CO2＋12H2O+能量
酶
③温度控制：
④气体控制：
18～30℃，酿酒酵母菌繁殖最适为28℃左右。
前期需氧，后期无氧。
繁殖方式主要为出芽生殖
二、尝试制作传统发酵食品——果醋p7
(二)制作果酒和果醋
①菌种：
2.制作果醋
空气中的醋酸菌（原核生物）
代谢类型：
异养需氧型
②原理：
a.在氧气、糖源充足时，将糖分解成醋酸：
b.当缺少糖源时，将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸：
③温度控制：
④气体控制：
最适为30～35 ℃
需要充足的氧气
C6H12O6 + 2O2 2CH3COOH（乙酸）+ 2H2O + 2CO2 + 能量
酶
C2H5OH + O2 CH3COOH（乙酸）+ H2O + 能量
酶
二、尝试制作传统发酵食品——果酒和果醋p7
3.制作过程
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;
器具消毒
冲洗葡萄
榨汁装瓶
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;
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;
不能反复冲洗，会破坏菌种
避免葡萄破损，减少被杂菌污染的机会
①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；
②防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出。
果酒发酵
(酒精发酵)
将温度控制在18-30℃进行发酵，在发酵过程中，每隔12h左右将瓶盖拧松一次（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。
排出气体
防止杂菌污染
果醋发酵
(酒精发酵)
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。
空气中的醋酸菌进入，大量繁殖
二、尝试制作传统发酵食品——果酒和果醋p8
(二)制作果酒和果醋
4.果酒发酵与果醋发酵的装置（教材P8拓展应用3）
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
其目的是防止空气中微生物的污染。
排气口要通过一个长而弯曲的胶管与瓶身连接，为什么？
填充棉花或者安装其他过滤装置
二、尝试制作传统发酵食品——果酒和果醋p7
(二)制作果酒和果醋
5.检测
果醋
果酒
a.闻 b.品尝
c.用酸性条件下的重铬酸钾溶液检测（橙色→灰绿色）
a.闻 b.品尝
c.使用pH试纸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——果酒和果醋p7
(二)制作果酒和果醋
6.结果分析与评价
(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？
发酵 酒精发酵 醋酸发酵
气味和味道
气泡和泡沫
发酵液颜色
有酒味
有酸味
有
无
紫色葡萄皮的花青素进入发酵液,使葡萄酒呈深红色。
浑浊，发酵完成时，液面形成白色菌膜，是醋酸菌膜。
最明显的变化：10天左右
二、尝试制作传统发酵食品——果酒和果醋p7
(二)制作果酒和果醋
6.结果分析与评价
(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？
还有乳酸菌、醋酸菌等微生物。绝大多数微生物
因缺O2和酸性环境而受抑制。
乳酸菌可能分解果酒中的糖、甘油、酒石酸等，使果酒变质。
通过调节发酵的温度、果酒的pH等来控制乳酸菌的含量。
制果酒过程中尽量减少O2含量，可抑制醋酸菌生长繁殖。
通过调节发酵的温度、果酒的pH等控制醋酸菌的含量。
二、尝试制作传统发酵食品——果酒和果醋p7
(二)制作果酒和果醋
6.结果分析与评价
(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，随醋酸发酵进行，发酵液的pH、发酵温度
等均不利于酵母菌的生长繁殖，酵母菌活性很低。
打开瓶盖后，空气中的醋酸菌会进入大量繁殖，
其他的菌因不适应环境条件而不能繁殖。
工业上，后期醋的发酵需要人工接种醋酸菌。
先买一瓶醋， 打开暴露于空气，之后在醋的表面会有一层醋酸菌膜，用这层薄膜进行接种可加快果醋制作。
三、课堂检测p8
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.判断下列食品是传统发酵食品的是________________________________。
①豆腐 ②腐乳 ③酱油 ④香醋 ⑤豆油 ⑥泡菜
⑦豆豉 ⑧馒头 ⑨米酒 ⑩豆浆 酸奶 米饭
②③④⑥⑦⑧⑨
√
√
√
√
√
√
√
√
四、课堂小结-腐乳、泡菜、果酒、果醋制作的比较
腐乳 泡菜 果酒 果醋
微生物
代谢方式
生物学分类
原理
反应条件
检测方法
酵母菌
醋酸菌
毛霉
乳酸菌
酵母菌的无氧呼吸产生酒精
18-30 ℃，无氧
重铬酸钾与其反应呈灰绿色
醋酸菌的有氧呼吸产生醋酸
30-35℃，通入氧气
品尝、pH试纸检测
毛霉产生蛋白酶和脂肪酶
15-18℃，酒精12％左右
乳酸菌无氧呼吸产生乳酸
常温，无氧条件
pH检测，亚硝酸盐的检测方法
原核生物
真核生物
原核生物
原核生物
异养厌氧型
异养兼性厌氧型
异养需氧型
异养需氧型

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