资源简介

第1章 发酵工程
第1节 传统发酵技术的应用
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。
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。
第1章 第1节
人教版 选择性必修3
凉州词二首·其一
唐·王翰
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？
01
发酵与传统发酵技术
一
发酵与传统发酵技术
约9 000年前，我们的祖先就会利用微生物将谷物、水果等发酵成含酒精的饮料。夏禹时期，已有了关于少康（即杜康）造秫酒的传说。人类最初可能是发现储存的水果会自然发酵变成酒，因而逐渐摸索出酿酒技术的。酿酒技术给古代人民的生活增添了丰富的色彩。我国具有悠久的酿酒文化和历史，许多古老的酿酒工艺一直保留并延续至今。
一
发酵与传统发酵技术
1.古代酿酒的方法：
利用附着在谷物、水果等表面的微生物自然发酵。
1857年，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。此后，人们才开始了解发酵的本质。
还记得巴斯德在哪里讲过吗？
?
一、发酵与传统发酵技术
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。
（3）类型：
（1）概念：
需氧发酵（ ）
厌氧发酵（ ）
1、发酵
（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。
醋酸发酵、谷氨酸发酵
酒精发酵、乳酸（泡菜、酸奶）发酵
（同一种微生物处于不同环境条件下，代谢途径也会出现差异。）
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（泡菜、粮食白酒、腐乳等）
半固体发酵（豆豉、酱、酱油等）
2、传统发酵技术
一、发酵与传统发酵技术
蛋白质
小分子肽+氨基酸
蛋白酶
原料：
发酵原理：
（3）实例：腐乳的制作
一、发酵与传统发酵技术
2、传统发酵技术
参与微生物：
酵母、曲霉、毛霉等，起主要作用的是毛霉。
豆腐
经过微生物的发酵，豆腐中的蛋白质被分解成小分子的肽和氨基酸；脂肪被分解成小分子的甘油和脂肪酸。
脂肪
甘油+脂肪酸
脂肪酶
一
发酵与传统发酵技术
制作过程：
直接利用原材料中的天然存在的微生物。
目的：让毛霉等产生蛋白酶和脂肪酶
目的：析出豆腐中的水分、抑制不需要的微生物生长
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
02
尝试制作传统发酵食品
二
尝试制作传统发酵食品
传统发酵食品常利用的微生物
乳酸菌
酵母菌
醋酸菌
二
尝试制作传统发酵食品
乳酸菌
二
尝试制作传统发酵食品
1.乳酸发酵
（1）应用的微生物：
（2）原理：
C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+能量
酶
①代谢类型：
②作用：
④种类：
③分布广泛：
⑤应用：
乳酸菌
厌氧微生物
在无氧情况下能将葡萄糖分解成乳酸
空气、土壤、植物体表、人或动物肠道
常见为乳酸链球菌、乳酸杆菌
乳制品的发酵、泡菜的腌制
二
尝试制作传统发酵食品
酵母菌
二
尝试制作传统发酵食品
醋酸菌
二
尝试制作传统发酵食品
4.制作泡菜
（1）泡菜制作原理
植物体表面的天然的乳酸菌来进行发酵，在无氧的条件下，乳酸菌将糖分解为乳酸。发酵期间，乳酸不断积累，当它的质量分数为0.4%—0.8%时，泡菜的口味和品质最佳。
（2）材料用具
食盐、清水、新鲜蔬菜、蒜瓣、生姜及其它香辛料、泡菜坛或其它密封性良好的罐子等。
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
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。
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、杀菌
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；
（3）制作泡菜方法步骤：
创造无氧环境
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
{93296810-A885-4BE3-A3E7-6D5BEEA58F35}发酵时期
乳酸菌
乳酸
亚硝酸盐
发酵初期
少（有氧气，乳酸菌的活动受到抑制）
少
增加（硝酸盐还原菌的作用）
发酵中期
最多（乳酸抑制其他菌活动）
积累增多，pH下降
下降（硝酸盐还原菌受抑制，部分亚硝酸盐被分解）
发酵后期
减少（乳酸积累，pH下降，抑制其活动）
继续增多，pH继续下降
下降至相对稳定（硝酸盐还原菌被完全抑制）
曲线模型
亚硝酸盐是硝酸盐还原菌促进硝酸盐还原形成的
P8 课后习题--拓展应用
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。
(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？
发酵10天后，亚硝酸盐含量降到较低水平。
(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？
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。
(3) 加入“陈泡菜水”的目的是什么？
“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。
二
尝试制作传统发酵食品
（4）进一步探究：
如何判断你腌制的泡菜是否成功？色泽如何？口味如何？
泡菜质量可以根据泡菜的色泽和风味进行初步的评定；
一般来说，腌制成功的泡菜汤清亮，无梅花浮膜，菜质脆嫩度适口，酸甜咸味适宜，具有一定的香气，咀嚼后无渣等。
二
尝试制作传统发酵食品
失败
成功
（4）进一步探究：
如何判断你腌制的泡菜是否成功？色泽如何？口味如何？
泡菜质量可以根据泡菜的色泽和风味进行初步的评定；
根据亚硝酸盐的含量来评定；
根据不同时期泡菜坛中乳酸菌的数量来评定。
可以通过在显微镜下观察乳酸菌的形态；
二
尝试制作传统发酵食品
二
尝试制作传统发酵食品
2.酒精发酵
（1）应用的微生物：
①代谢类型：
②作用：
③分布：
④特点：
⑤应用：
（2）原理：
C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+能量
酶
酵母菌
兼性厌氧型真菌
在无氧情况下，进行酒精发酵
含糖量较高的蔬菜、水果表面
一类单细胞真菌
酿酒、制作馒头和面包
3.醋酸发酵
（1）应用的微生物：
①代谢类型：
②作用：
③应用：
C6H12O6+2O2 →2CH3COOH+2H2O+2CO2+能量
C2H5OH+O2 →CH3COOH+H2O+能量
（2）原理：
酶
酶
醋酸菌
好氧型细菌
在氧气、糖都充足时，能将糖分解成醋酸；在缺糖时，能将乙醇转化成乙醛，在将乙醛变成醋酸
酿醋
二
尝试制作传统发酵食品
二
尝试制作传统发酵食品
乳酸菌
酵母菌
醋酸菌
泡菜
果酒
果醋
C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+能量
酶
C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+能量
酶
C6H12O6+2O2 →2CH3COOH+2H2O+2CO2+能量
C2H5OH+O2 →CH3COOH+H2O+能量
酶
酶
5.制作果酒和果醋
二
尝试制作传统发酵食品
02
(1)所需菌种：酵母菌，属于真核生物，代谢类型为_____________。
最适生长温度约为 ___________。
(2)菌种的生活特点
①在有氧条件下，进行有氧呼吸，大量繁殖。
反应式：___________________________________________。
②在无氧条件下，进行___________。
反应式：___________________________________________。
异养兼性厌氧型
C6H12O6＋6O2＋6H2O→6CO2＋12H2O＋能量
酒精发酵
C6H12O6→2C2H5OH＋2CO2＋能量
28℃
酶
5.制作果酒和果醋——果酒
二
尝试制作传统发酵食品
酶
二
尝试制作传统发酵食品
5.制作果酒和果醋——果醋
(1)所需菌种：醋酸菌，属于原核生物，其代谢类型为___________，最适生长温度为______________。
(2)菌种的生活特点
①当氧气、________都充足时，醋酸菌将葡萄汁中的糖分解成乙酸。
反应式：___________________________________________________。
②当缺少糖源时，醋酸菌将乙醇变为________，再将乙醛变为乙酸。
反应式：___________________________________________。
糖源
乙醛
异养需氧型
30 ℃～35 ℃
C6H12O6＋2O2→2CH3COOH6＋2H2O＋2CO2＋能量
酶
C2H5OH＋O2→CH3COOH＋H2O＋能量
酶
二
尝试制作传统发酵食品
①制作原理
②材料用具
葡萄的果皮表面附着有大量的不同种类的野生酵母菌。在这些酵母菌的作用下，水果可以发酵成果酒。在有氧的条件下，果酒经醋酸菌的作用还可以进一步发酵成果醋。
新鲜的葡萄、洗洁精、70%的酒精、发酵瓶、纱布和榨汁机等。
5.制作果酒和果醋
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;
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CO2 ，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
③果酒制作步骤：
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
③果醋制作步骤：
二
尝试制作传统发酵食品
④结果分析与评价
5.制作果酒和果醋
如何检测果酒和果醋的制作是否成功？
果酒：a.闻
b.品尝
c.用酸性条件下的重铬酸钾溶液检测
果醋：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。
（4）传统发酵技术的优点：

操作简单，适用于家庭式或作坊式生产，它是文化的传承等。
（5）传统发酵技术的缺点：
生产条件不易控制，产品容易受杂菌污染，生产效率较低等。
一、发酵与传统发酵技术
2、传统发酵技术
随堂练习（课后习题3）
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？
C同学的装置更适合制作果醋。出料口可以用来取样；充气口可以在发酵时连接充气泵进行充气，从而有利于醋酸菌更好地进行有氧呼吸，提高发酵效率；排气口可以用来排出在发酵过程中产生的气体，它通过一个长而弯曲的胶管与瓶身连接，其目的是防止空气中微生物的污染。进一步改进：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结果分析与评价
5.制作果酒和果醋
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？
在葡萄酒的制作过程中，发酵液中会产生气泡，这是因为酵母菌发酵产生CO2；如果是用紫色葡萄制作葡萄酒，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。果醋发酵过程中一般不会出现气泡，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。
二
尝试制作传统发酵食品
④结果分析与评价
5.制作果酒和果醋
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？
果酒中除了酵母菌,还有乳酸菌、醋酸菌等微生物。乳酸菌可能分解果酒中的糖、甘油、酒石酸等，从而使果酒变质。可以通过调节发酵的温度、果酒的pH等来控制乳酸菌的含量。果汁中的糖也是醋酸菌重要的碳源和能源。在有氧的情况下，醋酸菌能把糖分解成醋酸；在缺少糖源的情况下，乙醇便是醋酸菌的碳源和能源，它将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为醋酸。由于醋酸菌在有氧的条件下才能进行旺盛的代谢活动，因此在制作果酒的过程中尽量减少O2含量，可以抑制醋酸菌的生长繁殖。此外，通过调节发酵的温度、果酒的pH等同样可以控制醋酸菌的含量。
二
尝试制作传统发酵食品
④结果分析与评价
5.制作果酒和果醋
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？
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。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。在工业上,后期醋的发酵需要人工接种醋酸菌。我们制作果醋时，可以先买一瓶醋，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(实际上是醋酸菌)，用这层薄膜进行接种可以明显缩短制作果醋的时间。
二
尝试制作传统发酵食品
④结果分析与评价
5.制作果酒和果醋
4.你制作的果酒和果醋的口味如何？如果你对结果不满意，应该如何改进？
制作成功的葡萄酒爽口，柔和，有浓郁的果香味；
制作成功的果醋有特有的果香，酸味柔和，稍有甜味，不涩。
如果对制作结果不满意，应从制作过程全面考虑改进措施，如严格控制发酵条件，发酵所用装置要进行清洗、晾干、消毒等。
二
尝试制作传统发酵食品
项目
泡菜
果酒
果醋
菌种
生物学分类
代谢方式
最适温度范围
生产生活应用
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
异养厌氧型
异养需氧型
异养兼性厌氧型
18~30℃
30~35℃
30-40℃
乳制品的发酵、泡菜
酿酒、发面
制醋
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
随堂练习
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、芽抱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抱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。（ ）
×
×
√
随堂练习
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
二、拓展应用
1.请举例说说你身边的传统发酵食品有哪些，它们的制作原理是什么。有机会的话，你也可以尝试做一做。
提示：腐乳、泡菜、酱、豆豉等都是生活中常见的传统发酵食品。
随堂练习

展开更多......

收起↑