第一章

發(fā)酵工程第1節(jié)

傳統(tǒng)發(fā)酵技術的應用【本節(jié)聚焦】1.什么是傳統(tǒng)發(fā)酵技術?2.制作泡菜、果酒和果醋的原理是什么？3.怎樣制作泡菜？怎樣制作果酒和果醋？生物技術與工程發(fā)酵工程基因工程重組DNA技術的基本工具傳統(tǒng)發(fā)酵技術的應用

選擇性必修3《生物技術與工程》細胞工程生物技術的安全性與倫理問題微生物的培養(yǎng)技術及應用動物細胞工程植物細胞工程基因工程的基本操作程序基因工程的運用蛋白質工程的原理和應用轉基因產(chǎn)品的安全性發(fā)酵工程及其應用胚胎工程關注生殖性克隆人、禁止生物武器【科技探索之路】從傳統(tǒng)發(fā)酵技術到發(fā)酵工程《事物紀原》稱:"不知杜康何世人，而古今多言其始造酒也。"古詩詞里的美酒最初可能是發(fā)現(xiàn)儲存的糧食水果會自然發(fā)酵變成酒，因而逐漸摸索出釀酒技術的。葡萄美酒夜光杯，欲飲琵琶馬上催。醉臥沙場君莫笑，古來征戰(zhàn)幾人回。唐-王翰《涼州曲》花間一壺酒，獨酌無相親。舉杯邀明月，對影成三人。唐-李白《月下獨酌》但是直到1857年巴斯德的發(fā)現(xiàn)之前，人們并不明白釀酒其中的原理一、發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術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)酵發(fā)酵的實質就是微生物在有氧或無氧條件下的細胞呼吸，是一個物質氧化分解的過程。一、發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術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、鹵汁等發(fā)酵物中微生物進行發(fā)酵，制作食品的技術。（1）概念：（2）類型：固體發(fā)酵（泡菜、糧食白酒、腐乳等）半固體發(fā)酵（豆豉、醬、醬油等）2.傳統(tǒng)發(fā)酵技術

一、發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術（3）實例——腐乳制作①原理：蛋白質脂肪小分子的肽氨基酸甘油脂肪酸酵母、曲霉和毛霉等多種微生物所合成并分泌出的(毛霉起主要作用)++脂肪酶蛋白酶

毛霉是一種絲狀真菌，其生殖方式為孢子生殖，代謝類型是異養(yǎng)需氧型。電子顯微鏡下的毛霉一、發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術每年進行同樣的操作,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?分析傳統(tǒng)發(fā)酵技術的優(yōu)點和缺點。

②優(yōu)缺點：（3）實例——腐乳制作優(yōu)點：操作簡單，適用于家庭式或作坊式生產(chǎn)，它是文化的傳承等。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。一、發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術直接接種優(yōu)良的毛霉菌種，制作腐乳屬于傳統(tǒng)發(fā)酵技術嗎？說明理由？不屬于，直接利用天然存在的（空氣中毛霉孢子）制作腐乳才屬于傳統(tǒng)發(fā)酵技術。同理：直接加入酵母菌制作饅頭也不屬于傳統(tǒng)發(fā)酵技術，使用前一次發(fā)酵保存下來的面團制作饅頭的才算。二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品——制作泡菜1.制作泡菜的原理（1）利用植物體表面天然的乳酸菌；（2）發(fā)酵期間，乳酸會不斷的積累，當它的質量百分比為0.4%~0.8%時，泡菜的口味、品質最佳。（3）反應式：C6H12O6→2C3H6O3（乳酸）+能量酶二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品——制作泡菜2.材料用具（2）調味品：如花椒、八角、生姜、蒜瓣及其他香辛料、白酒、白砂糖和鹽（3）泡菜壇或其他密封性良好的罐子(1)各種新鮮蔬菜（選新鮮蔬菜或其他原料，因為亞硝酸鹽的含量低）泡菜壇子使用之前要檢查密封性的目的：給泡菜壇內創(chuàng)造無氧環(huán)境，嚴格控制厭氧條件二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品觀看視頻，總結泡菜的制作步驟？二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品3.制作步驟:配制鹽水蔬菜處理裝壇加鹽水封壇發(fā)酵過高：乳酸發(fā)酵受抑制，泡菜風味差；過低：雜菌易繁殖，導致泡菜變質。殺雜菌、除溶氧泡菜發(fā)酵初期，大腸桿菌、酵母菌等較為活躍，產(chǎn)生較多的CO2，防止發(fā)酵液溢出壇外；防止因太滿使鹽水未完全淹沒菜料而導致菜料變質腐爛；留有一定空間，方便拿取泡菜。將新鮮蔬菜洗凈，切成塊狀或條狀，混合均勻，晾干后裝入泡菜壇內；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；創(chuàng)造無氧環(huán)境，有利于乳酸菌無氧發(fā)酵將冷卻好的鹽水緩緩倒入壇中，使鹽水沒過菜料，蓋好壇蓋；向壇蓋邊緣的水槽中注滿水，在發(fā)酵過程中注意向水槽中補充水；根據(jù)室內溫度控制發(fā)酵時間；不影響乳酸菌的生命活動用清水和食鹽配制質量百分比為5%-20%的鹽水，并將鹽水煮沸，冷卻待用；調味；抑制其他微生物生長二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品3.制作步驟:思考：發(fā)酵初期會有氣泡冒出，但氣泡的產(chǎn)生逐漸停止，試分析原因？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)酵速度減慢甚至停止。發(fā)酵初期多種微生物（如大腸桿菌、酵母菌）進行有氧呼吸，產(chǎn)生較多的CO2，壇沿水槽內有氣泡放出。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4.結果分析和評價：如何判斷你腌制的泡菜是否成功？色澤如何？口味如何？泡菜質量可以根據(jù)泡菜的色澤和風味進行初步的評定；根據(jù)

的含量來評定；根據(jù)不同時期泡菜壇中乳酸菌的數(shù)量來評定。可以通過在顯微鏡下觀察乳酸菌的形態(tài)；亞硝酸鹽失敗成功

一般來說，腌制成功的泡菜湯清亮，無霉花浮膜，菜質脆嫩度適口，酸甜咸味適宜，具有一定的香氣，咀嚼后無渣等。二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品5.進一步探究：亞硝酸鹽亞硝酸鹽為強氧化劑，能夠把血液中的低鐵血紅蛋白轉變?yōu)楦哞F血紅蛋白，從而導致缺氧性中毒癥狀。硝酸鹽硝酸鹽還原菌亞硝酸鹽適宜的pH、溫度和一定的微生物作用亞硝胺維生素C、E和酚類物質亞硝胺具有致癌作用，對動物具有致畸和致突變作用。課堂練習拓展應用P8

：某同學在制作泡菜前，査閱資料得知，可以向泡菜壇中加入一些“陳泡菜水”；在用質量百分比為5%的食鹽水制作泡菜時，他在不同時間測定了泡菜中亞硝酸鹽的含量，結果見右欄曲線圖。3579111304812162024發(fā)酵時間/d亞硝酸鹽含量/(mg/kg)

在發(fā)酵11天后食用比較合適，因為此時亞硝酸鹽含量已經(jīng)降到較低的水平?？赡苁鞘雏}濃度過高，抑制乳酸菌生長，產(chǎn)生乳酸較少，導致泡菜未能正常發(fā)酵（也可能是由于溫度較低）。（1）據(jù)圖分析，從亞硝酸鹽含量來看，你認為該泡菜在什么時間食用比較合適？為什么？（2）他第一次制作出的泡菜“咸而不酸”，造成這個結果最可能的原因是什么？(3)加入“陳泡菜水”的目的是什么？“陳泡菜水”中含有純度較高的乳酸菌，加入“陳泡菜水”相當于接種乳酸菌。二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品泡菜發(fā)酵過程中，乳酸菌、乳酸和亞硝酸鹽的含量變化：發(fā)酵時期乳酸菌乳酸亞硝酸鹽發(fā)酵初期發(fā)酵中期發(fā)酵后期曲線模型少（有氧氣，乳酸菌

的活動受到抑制）少增加（硝酸鹽還原菌的作用）最多（乳酸抑制

其他菌活動）積累增多（PH下降）下降（硝酸鹽還原菌受抑制，

部分亞硝酸鹽被分解）減少（乳酸積累，PH下降，抑制其活動）繼續(xù)增多（PH繼續(xù)下降）下降至相對穩(wěn)定（硝酸鹽還原菌被完全抑制）1.《舌尖上的中國》講述四川泡菜時曾強調“腌泡菜也有大講究”。下列有關泡菜制作的敘述，正確的是A.泡菜制作過程中食鹽用量越低越有利于乳酸菌的生長B.制作泡菜時泡菜壇要密封，主要目的是避免外界雜菌的污染C.蔬菜應新鮮，若放置時間過長，蔬菜中的亞硝酸鹽含量會升高D.將配制好的鹽水煮沸后冷卻待用，冷卻的目的是降低水中氧氣的含量√針對訓練易造成雜菌大量繁殖創(chuàng)造無氧條件避免高溫殺死乳酸菌二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品6.與生活的聯(lián)系：（1為什么日常生活中要多吃新鮮蔬菜，不吃存放時間過長、變質的蔬菜？

有些蔬菜，如小白菜和蘿卜等含有豐富的硝酸鹽。當這些蔬菜放置過久時發(fā)生變質（發(fā)黃、腐爛）或者煮熟后存放太久時，蔬菜中的硝酸鹽會被微生物還原成亞硝酸鹽，危害人體健康。（2）為什么含有抗生素的牛奶不能發(fā)酵為酸奶？

牛奶發(fā)酵為酸奶主要依靠

的發(fā)酵作用，乳酸菌

而抗生素能夠殺死或抑制乳酸菌。葡萄美酒夜光杯欲飲琵琶馬上催君若問酒何處來此功當屬酵母菌二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品——制作果酒果醋①許多新鮮水果的果皮表面附著有大量的不同種類的___________；野生酵母菌②在這些酵母菌的作用下，水果可以發(fā)酵成果酒（通過有氧呼吸大量繁殖，通過無氧呼吸產(chǎn)酒精）③在有氧的條件下，果酒經(jīng)醋酸菌的作用還可以進一步發(fā)酵成果醋。④相關反應式C6H12O6+6O2+6H2O酶6CO2+12H2O+能量C6H12O6酶2C2H5OH（酒精）+2CO2+能量2CH3COOH（醋酸）+2H2O+2CO2+能量C6H12O6+2O2酶C2H5OH+O2酶CH3COOH（醋酸）+H2O+能量果酒果醋1.制作原理二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品——制作果酒果醋1.制作原理菌種名稱生物學分類代謝類型適宜溫度繁殖方式對氧的需求酵母菌醋酸菌菌種繁殖方式和代謝類型真核生物原核生物異養(yǎng)兼性厭氧型異養(yǎng)需氧型30—35℃出芽生殖二分裂前期需氧，后期不需氧一直需氧約為28℃二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品——制作果酒果醋2.材料用具②洗潔精、體積分數(shù)70%的酒精、發(fā)酵瓶、紗布和榨汁機等①新鮮的水果（如葡萄、蘋果、山楂和龍眼等）二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品3.制作步驟將發(fā)酵瓶、榨汁機等器具用洗潔精清洗干凈，并用體積分數(shù)為70%的酒精消毒，晾干備用;用榨汁機榨取葡萄汁，將葡萄汁裝入發(fā)酵瓶（注意：要留有大約1/3的空間），蓋好瓶蓋;將溫度控制在18-30℃進行發(fā)酵，在發(fā)酵過程中，每隔12h左右將瓶蓋擰松一點（注意：不是打開瓶蓋），此后再擰緊瓶蓋。發(fā)酵時間為10-12d?？赏ㄟ^從發(fā)酵瓶口取樣來對發(fā)酵的情況進行檢測。取新鮮葡萄，用清水沖洗1-2次，再去除枝梗和腐爛的籽粒，瀝干;除灰去污先洗再除枝梗：避免葡萄破損，減少雜菌污染①創(chuàng)造有氧條件，利于酵母菌快速繁殖；耗盡O2后，再進行酒精發(fā)酵；②防止發(fā)酵過程中產(chǎn)生的CO2造成發(fā)酵液溢出。無需多次。防止表面的野生型酵母菌減少，影響發(fā)酵排出CO2，防止爆裂防止雜菌污染器具消毒沖洗葡萄榨汁裝瓶果酒發(fā)酵二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品將發(fā)酵瓶、榨汁機等器具用洗潔精清洗干凈，并用體積分數(shù)為70%的酒精消毒，晾干備用;用榨汁機榨取葡萄汁，將葡萄汁裝入發(fā)酵瓶（注意：要留有大約1/3的空間），蓋好瓶蓋;將溫度控制在18-30℃進行發(fā)酵，在發(fā)酵過程中，每隔12h左右將瓶蓋擰松一點（注意：不是打開瓶蓋），此后再擰緊瓶蓋。發(fā)酵時間為10-12d?？赏ㄟ^從發(fā)酵瓶口取樣來對發(fā)酵的情況進行檢測。取新鮮葡萄，用清水沖洗1-2次，再去除枝梗和腐爛的籽粒，瀝干;器具消毒沖洗葡萄榨汁裝瓶果酒發(fā)酵果醋發(fā)酵當葡萄酒制作完成后，打開瓶蓋，蓋上一層紗布，進行葡萄醋的發(fā)酵。發(fā)酵溫度為30-35℃，時間為7-8d。空氣中的醋酸菌會進入果酒發(fā)酵液中大量繁殖3.制作步驟二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品——制作果酒果醋（1）在制作果酒和果醋的過程中，發(fā)酵液分別有哪些變化？其中最明顯的變化發(fā)生在發(fā)酵后多少天？引起變化的原因是什么？①果酒：發(fā)酵液（會或不會）

出現(xiàn)氣泡；

紫色葡萄皮的

進入發(fā)酵液,使葡萄酒呈

色。②果醋：一般（會或不會）

出現(xiàn)氣泡，

發(fā)酵完成時，在發(fā)酵液的液面會出現(xiàn)一層菌膜，是

菌膜。會花青素深紅不會醋酸菌10天左右

·4.結果分析二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品——制作果酒果醋（2）在制作果酒的過程中，除了酵母菌，是否還有其他微生物生長？它們會對果酒發(fā)酵產(chǎn)生影響嗎？如果有，如何避免這種影響？①制酒過程中，還會存有

等微生物；

乳酸菌、醋酸菌②控制乳酸菌數(shù)量

：

控制醋酸菌數(shù)量

：減少O2含量、調節(jié)發(fā)酵溫度、pH調節(jié)發(fā)酵的溫度、pH等；（3）在制作果醋的過程中，酵母菌是否還會繼續(xù)發(fā)酵？醋酸菌從何而來？采用什么措施可以加快果醋的制作？不會。發(fā)酵溫度、pH不利于酵母菌生長4.結果分析當打開瓶蓋后，空氣中的醋酸菌會進入發(fā)酵液人工接種醋酸菌可以明顯縮短制作果醋的時間。二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品——制作果酒果醋（4）怎樣判斷果酒、果醋的制作是否成功呢？果酒：a.聞

b.品嘗

c.用酸性條件下的重鉻酸鉀溶液檢測（橙色→灰綠色）果醋：a.聞

b.品嘗

c.使用pH試紙檢測和比較發(fā)酵前后的pH值

d.觀察醋酸菌膜是否形成4.結果分析二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品——制作果酒果醋5.果酒發(fā)酵與果醋發(fā)酵的裝置結構作用酒精發(fā)酵時狀態(tài)醋酸發(fā)酵時狀態(tài)充氣口排氣口出料口通入空氣關閉打開，并接入氣泵排出CO2打開打開便于取樣監(jiān)測關閉關閉其目的是防止空氣中微生物的污染。排氣口要通過一個長而彎曲的膠管與瓶身連接，為什么？.圖甲是果酒和果醋發(fā)酵的裝置圖，圖乙是果酒和果醋制作過程中發(fā)生的物質變化。下列敘述不正確的是A.用甲裝置制作果酒時，加入酵母菌后，一直關緊閥a，適時打開閥b幾秒鐘B.用甲裝置制作果醋時，閥a要關閉，閥b要持續(xù)打開C.乙圖中過程②只能發(fā)生在缺氧條件下D.過程③和④都需要氧氣的參與√針對訓練解題點

甲裝置中,閥a控制進氣,閥b控制排氣,制作果醋所需的微生物是醋酸菌,醋酸菌是好氧菌。乙圖中過程②是無氧呼吸的第二階段,過程③表示有氧呼吸的第二和第三階段。項目果酒制作果醋制作發(fā)酵菌種

菌種來源菌種代謝類型

菌種細胞類型發(fā)酵原理

發(fā)酵條件溫度

時間氧氣

果酒發(fā)酵與果醋發(fā)酵的比較酵母菌醋酸菌主要是附著在葡萄皮上的野生酵母菌異養(yǎng)兼性厭氧型異養(yǎng)需氧型真核細胞原核細胞空氣中的野生醋酸菌18~30℃30-35℃10-12d7-8d初期需氧，后期不需氧需要氧氣二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品乳酸菌酵母菌醋酸菌果酒泡菜果醋二、嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品制作腐乳、泡菜、果酒、果醋的微生物及其代謝特點腐乳泡菜果酒果醋微生物分類代謝類型反應原理反應條件酵母菌醋酸菌主要是毛霉乳酸菌酵母菌無氧呼吸產(chǎn)生酒精醋酸菌有氧呼吸產(chǎn)生醋酸毛霉產(chǎn)生蛋白酶和脂肪酶乳酸菌無氧呼吸產(chǎn)生乳酸真菌真菌細菌細菌異養(yǎng)兼性厭氧型異養(yǎng)需氧型異養(yǎng)需氧型異養(yǎng)厭氧型15～18℃，有氧條件常溫，無氧條件18～30℃，先通氣后無氧30～35℃，通入氧氣到社會中去

在傳統(tǒng)發(fā)酵食品的制作過程中，我們沒有接種菌種，而是利用了天然存在的菌種。菌種差異、雜菌情況不明和發(fā)酵過程缺乏標準等，往往造成發(fā)酵食品的品質不一。為了縮短發(fā)酵時間，確保品質穩(wěn)定，工業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn)時，通常會先通過微生物培養(yǎng)技術獲得單一菌種，再將它們接種到物料中進行發(fā)酵。1.傳統(tǒng)發(fā)酵食品的制作的局限性？如何解決？課堂小結嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品：發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術：泡菜的制作發(fā)酵傳統(tǒng)發(fā)酵技術的應用傳統(tǒng)發(fā)酵技術原理探究實踐制作果酒和果醋C6H12O6→2C3H6O3（乳酸）+能量酶C2H5OH+O2→CH3COOH（醋酸）+H2O+能量酶C6H12O6+2O2→2CH3COOH+2CO2+2H2O+能量酶C6H12O6→2C2H5OH（酒精）+2CO2+能量酶練習與應用一、概念檢測2.傳統(tǒng)發(fā)酵食品的制作需要各種各樣的微生物。下列相關敘述錯誤的是

（

）A.腌制泡菜利用了乳酸菌的乳酸發(fā)酵B.制作腐乳利用了毛霉等產(chǎn)生的蛋白酶C.制作果酒利用了酵母菌在無氧條件下產(chǎn)生酒精D.制作果醋利用了醋酸菌在無氧條件下產(chǎn)生醋酸D1.油炸臭豆腐是我國一些地方的風味小吃。制作時需要將豆腐浸入含有乳酸菌、芽孢桿菌等微生物的鹵汁中發(fā)酵。判斷下列相關表述是否正確。（1）鹵汁中的乳酸菌和芽孢桿菌不存在競爭關系。（）（2）乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)生了乳酸和CO2。（）（3）微生物發(fā)酵產(chǎn)生了不同的代謝物使得該臭豆腐具有特殊的味道。（）練習與應用3.有3位同學分別采用了3種不同的發(fā)酵裝置來制作果