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(共29张PPT)
1.1 传统发酵技术的应用
（第1课时）
发酵工程
传统发酵技术
发酵工程
产生发酵食品
(面包、酸奶、腐乳等)
工业化生产发酵产品
(啤酒、味精、胰岛素等)
需要什么微生物
如何培养微生物
如何分离微生物
什么是发酵工程
发酵工程的流程
发酵工程的应用
发酵工程
发酵工程是指利用微生物的特定功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类由用的产品，它涉及菌种的选育和培养，产物的分离和提纯等方面。
我们的祖先就会利用微生物将谷物、水果等发酵为含酒精的饮料。后来，人们通过自然发酵或曲种传代的固体发酵方法生产其他食品，如酱油、醋、豆豉、腐乳和酸奶等。
这种传统发酵技术促进了中华民族特有的饮食文化的形成，但在几千年的时间里，人们并不明白其中的原理。
科技探索之路
我国战国时期盛酒的铜器和其中的酒
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。
1850
巴斯德正在做实验
从传统发酵技术到发酵工程
约9000年前
1857年
科技探索之路
从传统发酵技术到发酵工程
抗生素发酵工业兴起
科学家发现酶在酵母菌发酵种的作用，之后微生物的分离和纯化技术得到了应用。
1900
电镜下的酿酒酵母（照片经后期人工上色处理）
1940
第一批青霉素发酵罐
1897年
20世纪40年代
科技探索之路
从传统发酵技术到发酵工程
对发酵工程进行综合研究能够自动记录和发酵过程的全部参数
用微生物生产谷氨酸
人工诱变特定微生物
酶、多糖、维生素工业兴起
1960
1970
1980
发酵工程进入定向育种的新阶段
发酵生产干扰素的车间
1957年
20世纪70年代以后
20世纪80年代
第1节
传统发酵技术的应用
什么是传统发酵技术？
制作泡菜、果酒和果醋的原理是什么？
怎样制作泡菜？怎样制作果酒和果醋？
从生活中来
“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。
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？
② 它们的制作方法有什么不同？
从生活中来
葡萄酒和葡萄醋都是由葡萄发酵而来的，但是一个经酵母菌无氧呼吸产生了酒精，另一个经醋酸菌有氧呼吸产生了醋酸，因此口感不同。
葡萄
酒精
酵母菌，无氧呼吸
醋酸
醋酸菌，有氧呼吸
一、发酵与传统发酵技术
1. 早期酿酒技术
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。
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。
汉代砖刻上的酿酒图
展示我国古代酿酒作坊的绘画作品
一、发酵与传统发酵技术
2. 发酵的概念
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。
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。
原料
（复杂的分子）
适宜的条件
微生物代谢
人类所需产物
（简单分子）
法国微生物学家巴斯德
一、发酵与传统发酵技术
3. 发酵的原理
微生物
代谢
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。
微生物的代谢的某些产物
(乙醇、乳酸、氨基酸、抗生素、酶制剂等)
微生物的有氧呼吸和无氧呼吸
人类所需产物
一、发酵与传统发酵技术
4. 传统发酵技术
① 实例：腐乳的制作原理
蛋白质
小肽 + 氨基酸
脂肪
甘油 + 脂肪酸
酵母、曲霉和毛霉等多种微生物的发酵，其中其主要作用的是毛霉。
正在发酵的豆腐坯
一、发酵与传统发酵技术
4. 传统发酵技术
② 概念
像这样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、制作食品的技术一般称为传统发酵技术。
酱
酱油
醋
泡菜
豆豉
一、发酵与传统发酵技术
4. 传统发酵技术
③ 特点
传统发酵以混合菌种的固体发酵及半固体发酵为主。
④ 优点
操作简单、传承文化
⑤ 缺点
生产条件不易控制，容易受杂菌污染，生产效率低
拓展：微生物的发酵类型
发酵是否需要O2
好氧发酵
厌氧发酵
固态发酵
半固态发酵
液态发酵
分批发酵
连续发酵
混合发酵
纯种发酵
培养基固态或液态
发酵是否连续
菌种是否单一
发酵类型
好氧发酵 厌氧发酵
定义
举例
拓展：微生物的发酵类型
1. 好氧发酵与厌氧发酵
需要不断地为微生物提供空气或O2来保证好氧微生物进行有氧呼吸和正常生长。
氨基酸、抗生素、酶制剂和多数有机酸等的生产需要经历好氧发酵。
在密封且无空气的发酵罐中进行发酵。
乳酸、啤酒、葡萄酒、白酒、沼气等生产需要厌氧发酵。
拓展：微生物的发酵类型
2. 固体发酵、半固体发酵和液体发酵
固体 发酵 微生物在几乎没有可流动水的湿固体培养基上生长的发酵方式
酒曲、堆肥、青贮饲料的发酵（传统发酵），厌氧菌发酵居多
优点：污染环境少，耗能低；缺点：发酵慢，难控制
液体 发酵 微生物在有完全流动性的体液中生长的发酵方式
现代工业发酵（发酵工程），好氧菌发酵居多
适用面广、易于机械化和自动化生产
半固体发酵 介于固体和液体发酵之间其发酵的基质具有一定流动性
拓展：微生物的发酵类型
3. 连续发酵和分批发酵
连续 发酵 以一定速度一边将新鲜的培养基添加到发酵罐内，一边将含有产物的培养液放出的发酵方式
大规模生产乙醇、单细胞蛋白、食用酵母等
优点：缩短发酵周期，提高效率；缺点：难控制、应用不广泛
分批 发酵 将所有物料一次性加入发酵罐中，然后灭菌、接种、培养，最后将整个罐的内容物放出，进行产物回收，清理罐体，重新开始新的装料发酵的发酵方式
现代工业发酵常用
优点：操作简单，易于掌握，缺点：只能在有限时间内发酵
拓展：微生物的发酵类型
4. 纯种发酵和混合发酵
混合 发酵 多种微生物混合在一起公用一种培养基进行发酵
酒曲制作、酿酒、沼气发酵等传统发酵
优点：节约成本、获得独特产品；缺点：难控制、应用不广泛
纯种 发酵 利用纯培养的单一菌株进行的发酵
现代工业发酵常用
优点：使传统发酵技术实现工业化生产
二、尝试制作传统发酵食品
1. 乳制品发酵、泡菜腌制的原理——乳酸菌发酵
厌氧细菌，代谢类型为异养厌氧型。
乳酸菌
代谢特点
分布
广泛分布于空气、土壤、植物体表、人或动物肠道内。
类型
乳酸链球菌和发酸杆菌
二、尝试制作传统发酵食品
在无氧的情况下，将葡萄糖将分解成乳酸。
发酵原理
C6H12O6
2C3H6O3 (乳酸) + 能量
酶
二分裂生殖
生殖方式
1. 乳制品发酵、泡菜腌制的原理——乳酸菌发酵
二、尝试制作传统发酵食品
酵母菌
单细胞真菌，代谢类型为异养兼性厌氧型
代谢特点
在一些含糖量较高的水果、蔬菜表面。
分布
温度
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℃
2. 酿酒、制作馒头和面包的原理——酵母菌厌氧发酵
二、尝试制作传统发酵食品
C6H12O6
2C2H5OH (酒精) + 2CO2+ 能量
酶
发酵原理
在无氧条件下，进行酒精发酵。
生殖方式
出芽生殖或孢子生殖
2. 酿酒、制作馒头和面包的原理——酵母菌厌氧发酵
二、尝试制作传统发酵食品
醋酸菌
好氧细菌，代谢类型为异养需氧型。
代谢特点
温度
多数醋酸菌的最适生长温度为30~35℃
生殖方式
二分裂生殖
3. 制作醋的原理——醋酸菌好氧发酵
二、尝试制作传统发酵食品
C6H12O6+2O2
2CH3COOH (醋酸) + 2H2O+ 2CO2+ 能量
酶
O2、糖源都充足时，把糖分解为醋酸
C2H5OH+O2
CH3COOH (醋酸) + H2O+ 能量
酶
发酵原理
O2充足、糖源缺少时，将乙醇转化为乙醛，再变为醋酸。
3. 制作醋的原理——醋酸菌好氧发酵
二、尝试制作传统发酵食品
酒精发酵 → 醋酸发酵
+
C6H12O6
酶
2C2H5OH (酒精) + 2CO2+ 能量
2O2
2CH3COOH (醋酸) + 2H2O+ 能量
酶
醋酸发酵：有氧，30~35℃
酒精发酵：无氧，28℃
随堂练习
1. 下列叙述错误的是 (　　)
A.醋酸菌在无氧条件下利用乙醇产生乙酸
B.酵母菌在无氧条件下利用葡萄汁产生酒精
C.制作泡菜利用了乳酸菌的乳酸发酵
D.制作腐乳利用了毛霉等微生物的蛋白酶
A
随堂练习
2. 如表所列微生物与其特点、应用等对应完全正确的是（　　）
D
选项 微生物种类 细胞类型 发酵条件 应用
A 酵母菌 真核细胞 有氧 酿酒
B 毛霉 真核细胞 无氧 制腐乳
C 醋酸菌 真核细胞 有氧 制醋
D 乳酸菌 原核细胞 无氧 制泡菜

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