面包和酸奶，或者饅頭夾著腐乳，是很多人喜歡的早餐。你知道嗎？這些食品的制作離不開微生物發(fā)酵。那么，制作不同的發(fā)酵食品，需要的微生物一樣嗎？如何分離和培養(yǎng)微生物呢？

除了上述可以通過傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)的食品，啤酒、味精乃至胰島素等藥物的工業(yè)化生產(chǎn)，也利用了微生物的發(fā)酵。然而，工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)在菌種的選育和培養(yǎng)、發(fā)酵條件的控制等方面比傳統(tǒng)發(fā)酵生產(chǎn)要復(fù)雜得多，需要通過發(fā)酵工程來實(shí)現(xiàn)。那么，發(fā)酵工程的流程是怎樣的？它用到的技術(shù)與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)有什么不同？發(fā)酵工程在社會和經(jīng)濟(jì)中有哪些應(yīng)用？發(fā)酵工程是指利用微生物的特定功能，通過現(xiàn)代工程技術(shù)，規(guī)模化生產(chǎn)對人類有用的產(chǎn)品。它涉及菌種的選育和培養(yǎng)、產(chǎn)物的分離和提純等方面?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)了酶在酵母菌發(fā)酵中的作用，逐漸了解發(fā)酵的本質(zhì)。微生物的分離和純化技術(shù)使發(fā)酵工藝不斷完善，傳統(tǒng)的固體發(fā)酵開始向半固體和液體發(fā)酵。1897年用微生物生產(chǎn)谷氨酸獲得成功，酶制劑、多糖、維生素發(fā)酵工業(yè)興起。1957年科學(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(jì)算機(jī)技術(shù)對發(fā)酵過程進(jìn)行綜合研究，更加合理地控制發(fā)酵過程。20世紀(jì)80年代以后法國微生物學(xué)家巴斯德通過實(shí)驗(yàn)證明酒精發(fā)酵是由活的酵母菌引起的，從而將酵母菌與發(fā)酵聯(lián)系起來。1857年利用發(fā)酵工程大規(guī)模生產(chǎn)青霉素，隨著鏈霉素、金霉素和土霉素等抗生素的發(fā)現(xiàn)及生產(chǎn)，抗生素發(fā)酵工業(yè)興起。20世紀(jì)40年代基因工程、細(xì)胞工程等發(fā)展，使發(fā)酵工程進(jìn)入定向育種的新階段。如人胰島素和干擾素大量生產(chǎn)。20世紀(jì)70年代以后190019401960185019801970約9000年前我們祖先就會利用微生物將谷物、水果發(fā)酵為含酒精的飲料。（自然發(fā)酵或曲種傳代的固定發(fā)酵，不明白其原理）從傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)到發(fā)酵工程科技探索之路生物學(xué)（人教版）選擇性必修三

生物技術(shù)與工程第1節(jié)傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用第一章發(fā)酵工程發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)《事物紀(jì)原》稱:"不知杜康何世人，而古今多言其始造酒也。"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(shù)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(dú)酌無相親。舉杯邀明月，對影成三人。唐-李白《月下獨(dú)酌》發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)1857年，法國微生物學(xué)家巴斯德證明了酒精發(fā)酵是由活的酵母菌引起的。此后，人們才開始了解發(fā)酵的本質(zhì)。發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)一、發(fā)酵1.概念：是指人們利用微生物，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。2.原理：不同的微生物具有產(chǎn)生不同代謝物的能力，利用它們就可生產(chǎn)出人們所需要的多種產(chǎn)物。(1)不同微生物具有產(chǎn)生不同代謝物的能力如:底物為葡萄糖，無氧條件下，酵母菌進(jìn)行酒精發(fā)酵，而乳酸菌進(jìn)行乳酸發(fā)酵。(2)同一種微生物處于不同環(huán)境條件下，代謝途徑也會出現(xiàn)差異。如:底物為葡萄糖的情況下，酵母菌在有氧、無氧條件下的代謝產(chǎn)物不同。發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)一、發(fā)酵1.概念：是指人們利用微生物，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。2.原理：不同的微生物具有產(chǎn)生不同代謝物的能力，利用它們就可生產(chǎn)出人們所需要的多種產(chǎn)物。3.發(fā)酵類型好氧發(fā)酵厭氧發(fā)酵醋酸發(fā)酵、谷氨酸發(fā)酵酒精發(fā)酵、乳酸發(fā)酵注意：對微生物而言，“發(fā)酵”在有氧和無氧條件下都能進(jìn)行。必修1(P94)中提到的“酵母菌、乳酸菌等微生物的無氧呼吸也叫作發(fā)酵”是狹義的發(fā)酵概念。

據(jù)史料記載，早在公元5世紀(jì)魏代古籍中，就有腐乳生產(chǎn)工藝的記載，“干豆腐加鹽成熟后為腐乳”。到了明代我國就大量加工腐乳，而今腐乳已成長為具現(xiàn)代化工藝的發(fā)酵食品。又稱東方乳酪。事實(shí)11.制作腐乳的原料是什么？2.腐乳在制作的過程中蛋白質(zhì)發(fā)生什么變化，進(jìn)而使豆腐變得味道鮮美而利于消化？3.有哪些微生物參與了豆腐的發(fā)酵？是哪種微生物起主要作用？4.參與發(fā)酵的微生物如何獲得？

閱讀教材P5，思考:發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)4.實(shí)例：腐乳的制作（1）原理：蛋白質(zhì)

小分子的肽和氨基酸蛋白酶脂肪

甘油和脂肪酸脂肪酶大分子物質(zhì)被分解為小分子物質(zhì)是腐乳口感細(xì)膩的原因。（2）菌種：酵母菌、曲霉、毛霉等，起主要作用的是毛霉。▲

酵母菌▲

曲霉▲

毛霉▲

長毛霉的豆腐思考：腐乳與豆腐相比，所含的有機(jī)物的種類、含量、能量、營養(yǎng)價值如何變化？有機(jī)物種類增多，含量、能量減少，營養(yǎng)價值提高發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)（3）制作流程：（了解即可）酒和香辛料發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)二、傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)1.概念：直接利用原材料中天然存在的微生物，或利用前一次發(fā)酵保存下來的面團(tuán)、鹵汁等發(fā)酵物中的微生物進(jìn)行發(fā)酵、制作食品的技術(shù)。2.方式：以混合菌種的固體發(fā)酵及半固體發(fā)酵為主，通常是家庭式或作坊式的。3.食品：腐乳、酒、醋、醬、醬油、泡菜、豆豉等。4.缺點(diǎn)：生產(chǎn)條件不易控制，容易受雜菌污染，生產(chǎn)效率較低，產(chǎn)物不單一等。嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品一、制作泡菜1.菌種：乳酸菌（1）菌種來源：植物體表面天然的乳酸菌（2）代謝類型：異養(yǎng)厭氧型（3）種類：乳酸鏈球菌、乳酸桿菌（做酸奶）2.原理：乳酸菌是厭氧細(xì)菌，在無氧條件下能將葡萄糖分解成乳酸▲

乳酸桿菌▲

乳酸鏈球菌乳酸含量0.4%~0.8%時，口味、品質(zhì)最佳隨乳酸增加，pH會變小，口感變酸。C6H12O62C3H6O3（乳酸）+能量酶泡菜制作嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品3.發(fā)酵條件：無氧；18~20℃4.材料用具：（1）各種新鮮蔬菜均可，一般用白菜、洋白菜、黃瓜、豇豆、胡蘿卜、白蘿卜等；（2）調(diào)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。壇沿深、蓋子吻合好無裂紋、無砂眼、火候好檢查方法：壇口向上壓入水中，看壇內(nèi)壁有無滲水現(xiàn)象亞硝酸鹽的含量低嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品5.制作流程：配制鹽水用清水和食鹽配制質(zhì)量百分比為5%~20%的鹽水，并將鹽水煮沸，冷卻待用。①鹽的作用？調(diào)味；抑制其他微生物生長②鹽水濃度要適宜的原因？過高：過低：③鹽水煮沸的目的？殺滅其中雜菌；去除水中的氧氣?？谖恫患?，乳酸菌發(fā)酵受到抑制；雜菌易繁殖，導(dǎo)致泡菜變質(zhì)。④冷卻的目的？為了不影響乳酸菌的生命活動嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品5.制作流程：配制鹽水原料處理蔬菜裝壇將新鮮蔬菜洗凈，切成塊狀或條狀，混合均勻，晾干后裝入泡菜壇內(nèi)；裝至半壇時，放入蒜瓣、生姜及其他香辛料，繼續(xù)裝至八成滿。⑥為什么只能裝八成滿？a.防止發(fā)酵初期酵母菌等產(chǎn)生CO2造成發(fā)酵液溢出壇外；b.防止因裝太滿使鹽水未完全淹沒菜料而導(dǎo)致菜料變質(zhì)腐爛。⑤晾干？防止生水使泡菜變質(zhì)嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品5.制作流程：配制鹽水原料處理蔬菜裝壇加鹽水將冷卻好的鹽水緩緩倒入壇中，使鹽水沒過菜料，蓋好壇蓋。嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品5.制作流程：配制鹽水原料處理蔬菜裝壇加鹽水封壇發(fā)酵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。⑦用水密封泡菜壇的目的？給壇內(nèi)創(chuàng)造無氧環(huán)境注意：泡菜發(fā)酵可能會出現(xiàn)白膜，是產(chǎn)膜酵母菌繁殖形成的。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？補(bǔ)充延伸：泡菜發(fā)酵階段嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品a.發(fā)酵初期：大腸桿菌、酵母菌等較活躍，利用O2，產(chǎn)生CO2，有氣泡從壇沿水槽中間歇性放出，逐漸形成厭氧狀態(tài)，乳酸菌開始發(fā)酵；b.發(fā)酵中期：由于乳酸發(fā)酵，乳酸不斷積累、pH降低，厭氧狀態(tài)形成，乳酸菌活躍，產(chǎn)生大量乳酸；同時，酵母菌、大腸桿菌等活動受抑制，由于O2耗盡，需氧型微生物受抑制。這一時期為泡菜完全成熟階段。c.發(fā)酵后期：繼續(xù)進(jìn)行乳酸發(fā)酵，乳酸含量繼續(xù)增多，當(dāng)pH過低時，乳酸菌活動受抑制，發(fā)酵速度緩慢甚至停止。嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品某同學(xué)在制作泡菜前，查閱資料得知，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，他在不同時間測定了泡菜中亞硝酸鹽的含量，結(jié)果如圖。請你幫他分析下列問題：嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品（1）據(jù)圖分析，從亞硝酸鹽含量來看，你認(rèn)為該泡菜在什么時間食用比較合適？為什么？10天后食用比較好，因?yàn)榇藭r亞硝酸鹽含量低。（2）他第一次制作出的泡菜“咸而不酸”，造成這個結(jié)果最可能的原因是什么？加鹽太多，鹽濃度過高，殺死了乳酸菌等微生物。（3）加入“陳泡菜水”的目的是什么？“陳泡菜水”含乳酸菌，可快速發(fā)酵產(chǎn)生乳酸。P8拓展應(yīng)用2泡菜發(fā)酵過程中乳酸菌數(shù)量、乳酸含量和亞硝酸鹽含量的變化情況發(fā)酵時期乳酸菌乳酸亞硝酸鹽發(fā)酵初期少（O2抑制乳酸菌活動）少增加（硝酸鹽還原菌的作用）發(fā)酵中期最多（乳酸積累，抑制其他菌活動）增多達(dá)到最多后開始下降（硝酸鹽還原菌受抑制，部分亞硝酸鹽被分解）發(fā)酵后期減少（乳酸積累，pH下降，抑制乳酸菌活動）繼續(xù)增多，最后保持穩(wěn)定下降至保持相對穩(wěn)定（硝酸鹽還原菌被完全抑制）變化曲線泡菜發(fā)酵過程中乳酸菌數(shù)量、乳酸含量和亞硝酸鹽含量的變化情況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(zhì)的蔬菜？

有些蔬菜，如小白菜和蘿卜等含有豐富的硝酸鹽。當(dāng)這些蔬菜放置過久時發(fā)生變質(zhì)（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，而抗生素能夠殺死或抑制乳酸菌。乳酸菌嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品二、制作果酒1.菌種：酵母菌（1）菌種來源：果皮表面的野生酵母菌（2）代謝類型：異養(yǎng)兼性厭氧型▲

電鏡下的酵母菌2.原理：酵母菌是一種單細(xì)胞真菌，屬于兼性厭氧微生物，能夠在無氧條件下進(jìn)行酒精發(fā)酵，可用于釀酒、制作饅頭和面包等；在有氧條件下可大量繁殖C6H12O62C2H5OH+2CO2+能量C6H12O6+6O2+6H2O6CO2+12H2O

+能量酶酶嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品3.發(fā)酵條件：前期有氧，后期無氧；4.材料用具：28℃（釀酒酵母的最適生長溫度）（1）新鮮的水果（如葡萄、蘋果、山楂和龍眼等）；（2）洗潔精、體積分?jǐn)?shù)為70%的酒精；（3）榨汁機(jī)、發(fā)酵瓶等?！?/p>

簡易裝置▲

榨汁機(jī)▲

通用裝置充氣口排氣口出料口絕大多數(shù)酵母菌最適生長溫度：18~30℃嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品5.制作流程：器具消毒將發(fā)酵瓶、榨汁機(jī)等器具用洗潔精清洗干凈，并用體積分?jǐn)?shù)為70%的酒精消毒，晾干備用。沖洗葡萄取新鮮葡萄，用清水沖洗1~2次，再除去枝梗和腐爛的籽粒，瀝干。①沖洗的目的？去除表面灰塵、污物②沖洗1-2次即可，能否反復(fù)沖洗，為什么？不能，防止洗去葡萄皮表面的野生型酵母菌。③為什么要先沖洗再去梗？避免去梗時葡萄破損，以減少被雜菌污染的機(jī)會。嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品5.制作流程：器具消毒將發(fā)酵瓶、榨汁機(jī)等器具用洗潔精清洗干凈，并用體積分?jǐn)?shù)為70%的酒精消毒，晾干備用。沖洗葡萄取新鮮葡萄，用清水沖洗1~2次，再除去枝梗和腐爛的籽粒，瀝干。榨汁裝瓶用榨汁機(jī)榨取葡萄汁，將葡萄汁裝入發(fā)酵瓶中（注意：要留有大約1/3的空間），蓋好瓶蓋。④為何要留有1/3的空間？a.酵母菌先進(jìn)行有氧呼吸快速繁殖，耗盡O2后再進(jìn)行酒精發(fā)酵；b.防止發(fā)酵過程中產(chǎn)生的CO2造成發(fā)酵液溢出。嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品5.制作流程：器具消毒沖洗葡萄榨汁裝瓶酒精發(fā)酵將溫度控制在18~30℃進(jìn)行發(fā)酵。在發(fā)酵過程中，每隔12h左右將瓶蓋擰松一次（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^發(fā)酵瓶口取樣來對發(fā)酵的情況進(jìn)行監(jiān)測。⑤每隔12h左右將瓶蓋擰松一點(diǎn)的目的？擰松但不打開的目的？a.排出CO2，防止發(fā)酵瓶爆裂；b.防止雜菌和空氣倒流進(jìn)入發(fā)酵瓶。液面不再有氣泡產(chǎn)生，酒精發(fā)酵基本完畢。嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品

炎熱的夏季，忘記蓋蓋子的酒表面會形成一層“白膜”，而內(nèi)部沒有，酒也會發(fā)酸。它是怎樣形成的？由此你想到了什么？▲

葡萄酒表面的“白膜”這個“白膜”其實(shí)就是醋酸菌的菌落。嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品三、制作果醋1.菌種：醋酸菌（1）菌種來源：空氣中的醋酸菌（2）代謝類型：異養(yǎng)需氧型▲

電鏡下的醋酸菌2.原理：醋酸菌是好氧細(xì)菌，當(dāng)O2、糖源都充足時能將糖分解為醋酸；當(dāng)缺少糖源時則將乙醇轉(zhuǎn)化為乙醛，再將乙醛變?yōu)橐宜帷6H12O6+2O22CH3COOH+2H2O+2CO2+能量C2H5OH+O2CH3COOH+H2O+能量酶酶嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品3.發(fā)酵條件：有氧；30~35℃4.發(fā)酵裝置：▲

簡易裝置充氣口出料口排氣口▲

通用裝置嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品5.制作流程：器具消毒沖洗葡萄榨汁裝瓶酒精發(fā)酵醋酸發(fā)酵果酒果醋當(dāng)葡萄酒制作完成后，打開瓶蓋，蓋上一層紗布，進(jìn)行葡萄醋的發(fā)酵。發(fā)酵溫度為30~35℃，時間為7~8d。果酒和果醋的制作嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品6.結(jié)果分析與評價：（1）在制作果酒和果醋的過程中，發(fā)酵液分別有哪些變化？發(fā)酵酒精發(fā)酵醋酸發(fā)酵氣味和味道氣泡和泡沫發(fā)酵液顏色酒味酸味有無顏色加深變成深紅色

（以紫葡萄作原料）渾濁，液面形成白色菌膜嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品6.結(jié)