目錄/CONTENTS01發(fā)酵工程02細(xì)胞工程03基因工程04生物技術(shù)的安全性與倫理問題我國古代釀酒作坊的繪畫作品漢代磚刻上的釀酒圖我國戰(zhàn)國時期盛酒的銅器和其中的酒我們的祖先就會利用微生物將谷物、水果等發(fā)酵成含酒精的飲料。后來,人們通過自然發(fā)酵和曲種傳代的固體發(fā)酵生產(chǎn)醬油、醋、豆豉、腐乳和酸奶等發(fā)酵食品。約9000年前20世紀(jì)70年代以后1857年1897年20世紀(jì)80年代1957年20世紀(jì)40年代巴斯德通過實驗證明，酒精發(fā)酵是由活的酵母菌引起的?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)了酶在酵母菌發(fā)酵中的作用,逐步了解了發(fā)酵的本質(zhì)。微生物的分離和純化技術(shù)得到了應(yīng)用，傳統(tǒng)的固體發(fā)酵開始向半固體發(fā)酵和液體發(fā)酵演變，作坊式的手工生產(chǎn)向近代工業(yè)化生產(chǎn)方向發(fā)展。在厭氧發(fā)酵技術(shù)的基礎(chǔ)上，建立了深層通氣液體發(fā)酵技術(shù)。使青霉素的生產(chǎn)實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。通過人工誘變特定微生物，獲得具有更高生產(chǎn)能力的突變類型?；蚬こ毯图?xì)胞工程等的發(fā)展，使發(fā)酵工程進(jìn)入定向育種的新階段。科學(xué)家開始運(yùn)用數(shù)學(xué)、動力學(xué)、化學(xué)工程原理以及計算機(jī)技術(shù)對發(fā)酵過程進(jìn)行綜合研究，以更加合理地控制發(fā)酵過程。從傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)到發(fā)酵工程科技探索之路固體發(fā)酵→半固體發(fā)酵、液體發(fā)酵厭氧發(fā)酵→深層通氣液體發(fā)酵第1章

發(fā)酵工程第1節(jié)

傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用（第一課時）1.發(fā)酵（1）概念：（2）原理：不同的微生物具有產(chǎn)生不同代謝產(chǎn)物的能力，因此利用它們就可以生產(chǎn)出人們所需要的多種產(chǎn)物。人們利用微生物，在適宜的條件下，將原料通過微生物的代謝轉(zhuǎn)化為人類所需要的產(chǎn)物的過程。（3）類型：需氧發(fā)酵（

）厭氧發(fā)酵（

）醋酸發(fā)酵、谷氨酸發(fā)酵酒精發(fā)酵、乳酸（泡菜、酸奶）發(fā)酵

一、發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)對微生物而言，“發(fā)酵”在有氧和無氧條件下都能進(jìn)行。自養(yǎng)型：異養(yǎng)型光能自養(yǎng)型化能自養(yǎng)型（硝化細(xì)菌）（綠色植物、藍(lán)細(xì)菌）同化作用類型需氧型：兼性厭氧型：異化作用類型厭氧型：知識拓展—生物代謝類型代謝類型：同化作用類型＋異化作用類型酵母菌乳酸菌絕大數(shù)動物、醋酸菌直接利用原材料中天然存在的微生物，或利用前一次發(fā)酵保留下來的面團(tuán)、鹵汁等發(fā)酵物中微生物進(jìn)行發(fā)酵，制作食品的技術(shù)。（1）概念：（2）類型：2.傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)一、發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)以混合菌種的固體發(fā)酵及半固體發(fā)酵為主。（3）優(yōu)點：操作簡單，便于家庭式或作坊式生產(chǎn)，它是文化的傳承等。利用傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)制作的食品有腐乳、泡菜、豆豉、醬、醬油、醋等2.傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)實例：腐乳的制作（1）參與的微生物：空氣中的酵母，曲霉和毛霉等，起主要作用的是毛霉毛霉：代謝類型：生殖方式：發(fā)酵溫度：絲狀真菌（真核生物）異養(yǎng)需氧型孢子生殖15-18℃（2）反應(yīng)原理：蛋白質(zhì)被分解味道鮮美，易于消化吸收，而腐乳本身又便于保存。蛋白質(zhì)小分子肽+氨基酸蛋白酶脂肪酶脂肪甘油+脂肪酸一、發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)讓豆腐上長出毛霉加鹽腌制加鹵湯裝瓶密封腌制制腐乳坯（3）腐乳制作的流程含水量70%左右為宜，含水量過高不易成型，過低不利于毛霉生長。利用干棕葉（或稻草）上的毛霉孢子，在15-18℃條件下，讓豆腐上長出毛霉。加鹽可以析出豆腐中的水，使豆腐變硬，鹽也能抑制微生物的生長

，避免豆腐塊腐敗變質(zhì)。鹵湯是由酒（12%）及各種香辛料配置而成。酒：抑制微生物生長，并使腐乳具有獨特香味；香辛料：調(diào)味，防腐殺菌鹵湯中酒的含量應(yīng)控制在12%左右，過高會延長腐乳成熟的時間，過低不足以抑制微生物生長，可能導(dǎo)致豆腐腐敗傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的缺點：生產(chǎn)條件不易控制，產(chǎn)品容易受雜菌污染，生產(chǎn)效率較低等。問題：每年進(jìn)行同樣的操作,但是每年制作的腐乳或豆瓣醬的口感都不完全相同，有些年份甚至制作不成功,你知道這是為什么嗎?一、發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品的影響因素：（1）微生物的種類：不同的微生物所含的酶不同，催化的代謝過程不同（2）原料的差異（3）發(fā)酵條件應(yīng)用1．下列關(guān)于傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的敘述，錯誤的是A．傳統(tǒng)發(fā)酵常常是固體發(fā)酵或者半固體發(fā)酵B．傳統(tǒng)發(fā)酵利用的微生物一般為天然存在的單一菌種C．傳統(tǒng)飲食中的醬油、醋、泡菜等可通過傳統(tǒng)發(fā)酵獲得D．傳統(tǒng)發(fā)酵存在雜菌情況不明、過程控制缺乏標(biāo)準(zhǔn)等問題√應(yīng)用2．(2024·四川成都高三期末)腐乳是用豆腐發(fā)酵形成的，其味道鮮美，下列關(guān)于腐乳的敘述，錯誤的是A．腐乳味道鮮美與發(fā)酵過程中產(chǎn)生的小分子物質(zhì)有關(guān)B．腐乳的“皮”是豆腐表面生長的毛霉菌絲C．腐乳腌制過程中加鹽的目的是為避免豆腐腐敗變質(zhì)D．在腐乳發(fā)酵后期進(jìn)行密封腌制處理利于毛霉的繁殖√毛霉的代謝類型為異養(yǎng)需氧型，腐乳發(fā)酵后期密封處理不利于毛霉繁殖二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品1.菌種：乳酸菌（原核生物）2.代謝類型：異養(yǎng)厭氧型3.常見種類：乳酸鏈球菌、乳酸桿菌（一）制作泡菜5.應(yīng)用：用于乳制品的發(fā)酵、泡菜的腌制

乳酸桿菌（桿狀）乳酸鏈球菌（球狀）4.分布廣泛：空氣、土壤、植物體表、人或動物的腸道內(nèi)二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品在無氧的情況下能將葡萄糖分解成乳酸C6H12O62C3H6O3（乳酸）+能量酶6.原理：制作傳統(tǒng)泡菜是利用植物體表面天然的乳酸菌來進(jìn)行發(fā)酵的。（一）制作泡菜二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品發(fā)酵期間，乳酸會不斷的積累，當(dāng)它的質(zhì)量百分比為0.4%~0.8%時，泡菜的口味、品質(zhì)最佳。1.材料用具：食鹽，清水，新鮮蔬菜，蒜瓣，生姜以及其他香辛料，泡菜壇或其他密封性良好的罐子等。2.方法步驟配制鹽水用清水和食鹽配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%-20%的鹽水，并將鹽水煮沸，冷卻待用。原料處理裝壇封壇發(fā)酵①鹽的作用：調(diào)味，抑制微生物生長②5%-20%的鹽水過高：乳酸菌滲透失水生長受抑制，則乳酸發(fā)酵受抑制，泡菜咸而不酸過低：雜菌易繁殖可能導(dǎo)致泡菜變質(zhì)。殺菌及除去水中氧氣③鹽水煮沸的目的：為了不影響乳酸菌等微生物的生命活動④鹽水冷卻的目的：二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品配制鹽水原料處理裝壇封壇發(fā)酵將新鮮蔬菜（如蘿卜、黃瓜和豌豆等）洗凈，切成塊狀或條狀，混合均勻，晾干后裝入泡菜壇內(nèi)；裝至半壇時，加入蒜瓣、生姜及其他香辛料，繼續(xù)裝至八成滿。1.在泡菜發(fā)酵初期，由蔬菜表面帶入的大腸桿菌、酵母菌等較為活躍，它們可進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵產(chǎn)物中有較多的二氧化碳，如果泡菜壇裝的太滿，發(fā)酵液可能會溢出壇外。另外，泡菜壇裝的太滿，會使鹽水不太容易完全淹沒菜料，從而導(dǎo)致壇內(nèi)菜料變質(zhì)腐爛。2.泡菜壇留有一定的空間，也更方便拿取泡菜。二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品2.方法步驟亞硝酸鹽的含量較低問題：為什么泡菜壇只能裝八成滿？配制鹽水原料處理裝壇封壇發(fā)酵二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品2.方法步驟將冷卻好的鹽水緩緩倒入壇中，使鹽水沒過全部菜料，蓋好壇蓋。向壇蓋邊緣的水槽中注滿水，并在發(fā)酵過程中注意經(jīng)常向水槽中補(bǔ)充水，根據(jù)室內(nèi)溫度控制發(fā)酵時間。問題：用水密封泡菜壇的目的是什么？這說明泡菜制作需要什么條件？給泡菜壇內(nèi)創(chuàng)造無氧環(huán)境，說明泡菜制作需要在無氧條件下進(jìn)行泡菜制作的注意事項：（1）泡菜壇的選擇：壇沿深、蓋子吻合好無裂紋、無砂眼檢查方法：可將壇口向上壓入水中，看看壇內(nèi)有無滲水現(xiàn)象。二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品（2）發(fā)酵溫度：

應(yīng)保持在18—20℃左右，溫度過高易導(dǎo)致雜菌滋生；溫度過低不利于乳酸發(fā)酵，會使發(fā)酵時間延長亞硝酸鹽泡菜在腌制過程中會有亞硝酸鹽產(chǎn)生。膳食中的亞硝酸鹽一般不會危害人體健康，但如果人體攝入過量，會發(fā)生中毒，甚至死亡。3.進(jìn)一步探究二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品注意：亞硝酸鹽本身并不致癌，亞硝酸鹽會轉(zhuǎn)化為亞硝胺（致癌、致畸和致突變）作用。硝酸鹽亞硝酸鹽還原細(xì)菌等微生物(硝酸鹽還原菌產(chǎn)生硝酸還原酶)氧化維生素C、E和酚類物質(zhì)亞硝胺亞硝胺具有致癌作用適宜的pH、溫度和一定的微生物作用制作泡菜前，可以向泡菜壇中加些“陳泡菜水”；在用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的食鹽水制作泡菜時，某同學(xué)在不同時間測定了泡菜中亞硝酸鹽的含量，結(jié)果如圖，回答下列問題。(1)向泡菜壇加入“陳泡菜水”的作用是什么？(2)據(jù)圖分析，泡菜發(fā)酵時間是不是越長越好？提供乳酸菌菌種。不是；泡菜發(fā)酵時間長，亞硝酸鹽含量低，但是發(fā)酵時間過長，可能會產(chǎn)生其他有害物質(zhì)。11～13天食用比較好，此時亞硝酸鹽含量低。泡菜發(fā)酵過程中，不是乳酸菌單獨發(fā)酵的結(jié)果乳酸積累，pH過低；乳酸菌的生長也受到抑制，乳酸菌數(shù)量減少。發(fā)酵初期多種微生物（如大腸桿菌、酵母菌）進(jìn)行有氧呼吸，產(chǎn)生較多的CO2，壇沿水槽內(nèi)有氣泡放出。此階段是形成無氧環(huán)境的過程。發(fā)酵中期發(fā)酵后期主要是乳酸菌的發(fā)酵過程，其他微生物的生長受到抑制。二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品發(fā)酵初期液體表面氧氣充足，乳酸菌不能大量繁殖形成菌膜，液體表面出現(xiàn)的白膜主要是酵母菌（成膜酵母）形成的問題：為什么泡菜壇內(nèi)有時會長一層白膜？你認(rèn)為這層白膜是怎么形成的？泡菜制作過程中，乳酸菌、乳酸及亞硝酸鹽的含量變化發(fā)酵