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1、目录/C ONTENTS01发酵工程02细胞工程03 基因工程04生物技术的安全性与伦理问题 发酵工程是指利用微生物的特定功能,通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品。它涉及菌种的选育和培养、产物的分离和提纯等方面。我们身边都有哪些发酵产品呢？发酵工程传统发酵从传统发酵技术到发酵工程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。通过人工诱变特定微生物，获得具有更高生产能力的突变类型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
2、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。究竟什么是发酵呢？第1章 发酵工程第1节 传统发酵技术的应用从社会中来“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，
3、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？它们的制作方法有什么不同？你想不想自己动手制作葡萄酒和葡萄醋呢？葡萄酒和葡萄醋都是由葡萄发酵而来，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。601发酵与传统发酵技术资料一：约9000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，已有了关于杜康造秫酒的传说。酿酒技术给古代人民的生活也增添了丰富色彩。图1-1 汉代砖刻上的酿酒图图1-2 展示我国古代酿酒作坊的绘画作品图1-3 酒仙-李白701发酵与传统发酵技术资料二：1857年，法国的微生物学家巴斯德通过实验
4、证明，酒精发酵是由活的酵母菌引起的。酵母菌巴斯德801发酵与传统发酵技术资料三：我国酿造白酒的工艺在世界上独树一帜，白酒一般是以谷物为原料，加酒曲发酵而成的。研究人员用显微镜观察酒曲，发现酒曲内含有根霉、曲霉、毛霉、酵母菌、乳酸菌、醋酸菌等几十种微生物。1、酒曲是什么?2、酿酒加酒曲的目的是什么?微生物使原料通过微生物的代谢转化为人类所需的产物。思考：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
5、、谷氨酸发酵酒精发酵、乳酸（泡菜、酸奶）发酵（4）实质 微生物的氧化分解（有氧或无氧条件）一、发酵与传统发酵技术微生物的代谢类型同化类型异化类型自养型异养型厌氧型需氧型兼性厌氧型（1）实例：腐乳的制作参与的微生物多种微生物参与了豆腐的发酵，如酵母、曲霉和毛霉等，其中起主要作用的是毛霉。毛霉是一种丝状真菌（真核生物），其生殖方式为孢子生殖，代谢类型是异养需氧型。腐乳制作的原理味道鲜美，易于消化吸收，又便于保存。蛋白质小分子肽+氨基酸蛋白酶脂肪 甘油+脂肪酸脂肪酶2.传统发酵技术让豆腐上长出毛霉加盐腌制加卤汤装瓶密封腌制制腐乳坯腐乳制作的流程含水量70%左右为宜，含水量过高不易成形，过低不利于毛霉
6、生长。利用干棕叶（或稻草）上的毛霉孢子，在15-18条件下，让豆腐上长出毛霉加盐可以析出豆腐中的水，使豆腐变硬，盐也能抑制微生物的生长，避免豆腐块腐败变质。卤汤是由酒（12%）及各种香辛料配置而成，抑制微生物的生长同时使腐乳有独特的香味。13 13尝试制作传统发酵食品-腐乳（2）传统发酵技术概念：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。类型：传统发酵以混合菌种的固体发酵及半固体发酵为主，通常是家庭式或作坊式的。固体发酵（泡菜、粮食白酒、腐乳等）半固体发酵（豆豉、酱、酱油等）发酵产品：利用传统发酵技术制作的食品有酒、腐乳、
7、酱、酱油、醋、泡菜和豆豉（ch）等。生产条件不易控制，容易受杂菌污染，生产效率较低，产物不单一等。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。缺点：1601发酵与传统发酵技术【思考】每年进行同样的操作，但是每年制作的腐乳的口感都不完全相同，有些年份甚至制作不成功，你知道这是为什么吗？缺点：生产条件不易控制，容易受杂菌污染，生产效率较低等。主要食品：【思考辨析】1.使用酵母制作馒头属于传统发酵技术吗？不属于2.直接利用空气中毛霉孢子制作腐乳属于传统发酵技术吗？属于3.下列有关传统发酵技术的叙述，正确的是（）A.发酵所用的微生物均为原核生物 B.不同发酵产品所用原料必定不同 C.传
8、统发酵均需在通气条件下进行 D.发酵所用菌种都是天然存在的微生物D使用前一次发酵保存下来的面团进行的才算。【问题探究1】结合教材中腐乳发酵和下述一种豆瓣酱的制作过程，回答以下问题：煮黄豆 冷却后在黄豆表面抹上一层面粉 发酵 加盐、加水 在烈日下暴晒、搅动，进一步发酵。（1）制作腐乳利用了哪些微生物？这些微生物来自哪里？制作腐乳利用了空气中存在的 等微生物，其中起主要作用的是。（2）参与豆瓣酱发酵的微生物来自。（3）每年进行同样的操作，但是每年制作的腐乳或豆瓣酱的口感都不完全相同，有些年份甚至制作不成功，你知道这是为什么吗？发酵的生产条件不易控制，且容易受 污染。酵母、曲霉、毛霉空气毛霉杂菌（1
9、）发酵是指人们利用微生物，在缺氧的条件下，将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物（）（2）毛霉主要通过产生蛋白酶和脂肪酶分解蛋白质与脂肪参与腐乳发酵（）（3）腐乳制作利用了毛霉等真菌的有氧呼吸（）判断常考语句，澄清易混易错（2）原理：C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+能量酶乳酸菌（一）乳酸发酵（制作泡菜）1.应用的微生物：二、尝试制作传统发酵食品原核生物 生物类型：异养厌氧型代谢类型：二分裂生殖方式：分布:种类：广泛分布于空气、土壤、植物体表、人或动物的肠道内乳酸链球菌和乳酸杆菌 乳酸链球菌（球状）乳酸杆菌（杆状）在无氧的情况下能将葡萄糖分解成乳酸3.发酵条件：适宜的；根据室内温度
10、控制发酵时间，严格控制 条件。温度厌氧4.生产应用：用于乳制品的发酵、泡菜的腌制。5.应用实例制作泡菜一、制作泡菜的原理1.菌种的来源：利用植物体表面天然的乳酸菌；2.发酵期间，乳酸会不断的积累，当它的质量百分比为0.4%0.8%时，泡菜的口味、品质最佳。反应式：C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+能量酶制作传统发酵食品制作泡菜3.发酵原理：在无氧的情况下能将葡萄糖分解成乳酸二、材料用具2.调味品：如花椒、八角、生姜、蒜瓣及其他香辛料、白酒、白砂糖和盐。3.泡菜坛或其他密封性良好的罐子。1.各种新鲜蔬菜（因为亚硝酸盐的含量低）均可，一般用白菜、黄瓜、豇豆、胡萝卜、白萝卜等。泡菜坛子使用之前
11、要检查密封性的目的：给泡菜坛内创造无氧环境，严格控制厌氧条件舌尖上的中国四川泡菜三、方法步骤配制盐水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；原料处理、蔬菜装坛将新鲜蔬菜洗净，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；（1）盐的作用：（2）盐水浓度要适宜的目的：（3）盐水煮沸的目的：调味；抑制其他微生物生长过高：口味不佳，乳酸菌发酵受到抑制；过低：杂菌易繁殖，导致泡菜变质。杀灭其中杂菌；去除水中的溶解氧（1）为什么只能装八成满？（P6）防止发酵初期酵母菌等产生 CO2造成发酵液溢出坛外；防止因装太满使盐水
12、未完全淹没菜料 而导致菜料变质腐烂。留有一定的空间，方便拿取泡菜加盐水将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过菜料，盖好坛盖封坛发酵向坛盖边缘的水槽中注满水，并在发酵过程中注意经常向水槽中补充水；根据室内温度控制发酵时间；给坛内创造无氧环境泡菜制作需要在无氧条件下进行 冷却的目的：为了不影响乳酸菌的生命活动注意：泡菜发酵一段时候后可能会出现白色的膜，是产膜酵母菌繁殖形成的；用水密封泡菜坛的目的（P6）：以上说明泡菜制作需要什么条件？1.用水密封泡菜坛的目的是什么？这说明泡菜制作需要什么条件？目的是给泡菜坛内创造无氧环境，这说明泡菜制作需要在无氧条件下进行。2.为什么泡菜坛只能装八成满？四、结果分
13、析和评价 在泡菜发酵初期，由蔬菜表面带入的大肠杆菌、酵母菌等较为活跃，它们可进行发酵，发酵产物中有较多的CO2，如果泡菜坛装得太满，发酵液可能会溢出坛外；另外，泡菜坛装得太满，会使盐水不太容易完全淹没菜料，从而导致坛内菜料变质腐烂；泡菜坛留有一定的空间，也更方便拿取泡菜。（防止由于产生CO2而导致发酵液溢出坛外；防止因装太满使盐水未完全淹没菜料而导致菜料变质腐烂）3.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；一般来说，腌制成功的泡菜汤清亮
14、，无霉花浮膜，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。泡菜虽好吃，但不宜多吃，泡菜中的亚硝酸盐会危及人体健康。1.亚硝酸盐为白色粉末，外观与食盐相似，有咸味，易溶于 水，可作食品添加剂。2.亚硝酸盐分布广泛，蔬菜、咸菜、豆粉中均含有。3.膳食中的亚硝酸盐一般不会危害人体健康，绝大部分亚硝酸盐只是“过客”，随尿排出。4.当人体摄入的亚硝酸盐总量达到0.3g0.5g时，会引起中毒，当摄入总量达 到3g时，会引起死亡。蔬菜水果亚硝酸盐pH、温度微生物亚硝胺硝酸盐硝酸盐还原菌维生素C、E和酚类物质注意：发酵温度高；食盐用量过低；发酵时间短容易导致硝酸还原菌大量增殖，产生较多的亚硝酸
15、盐人类的某些癌症与亚硝胺(化学致癌因子)有关拓展：亚硝酸盐五、进一步探究 泡菜在腌制过程中会有亚硝酸盐产生；膳食中的亚硝酸盐一般不会危害人体健康，但如果人体摄入过量，会发生中毒，甚至死亡；1.泡菜制作过程中影响亚硝酸盐含量的因素哪些？腌制方法、腌制时间长短、温度高低某同学在制作泡菜前，查阅资料得知，可以向泡菜坛中加些“陈泡菜水”，在用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，请你帮他分析问题。据图分析，从亚硝酸盐含量来看，你认为该泡菜在什么时间食用比较合适？为什么？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？加入“陈泡菜水”的目的是什
16、么？10天后食用比较好，因为此时亚硝酸盐含量已经降到较低水平。食盐浓度过高，发酵温度过低等原因导致未正常发酵。“陈泡菜水”含乳酸菌，相当于接种乳酸菌，可快速发酵产生乳酸。【现学现用】（拓展应用P8,2）发酵时期乳酸菌 乳酸 亚硝酸盐发酵初期发酵中期发酵后期变化曲线少（O2抑制乳酸菌活动）少增加（硝酸盐还原菌的作用）最多（乳酸积累，抑制其他菌活动）增多达到最多后开始下降（硝酸盐还原菌受抑制，部分亚硝酸盐被分解）减少（乳酸积累，pH下降，抑制乳酸菌活动）继续增多，最后保持稳定下降至保持相对稳定（硝酸盐还原菌被完全抑制）拓展：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1、为什么含有抗生素的牛奶不能发酵为酸奶？牛奶发酵为酸奶主要依靠乳酸菌的发酵作用，而抗生素能够杀死或抑制乳酸菌。2、为什么要多吃新鲜蔬菜，不吃存放时间过长、变质的蔬菜？有些蔬菜，如小白菜和萝卜等含有丰富的硝酸盐。当这些蔬菜放置过久时发生变质（发黄、腐烂）或者煮熟后存放太久时，蔬菜中的硝酸盐会被微生物还原成亚硝酸盐，危害人体健康。拓展：【联系生活】【误区警示】泡菜制作的两个易错点（1）误认为只有乳酸菌发酵：前期主要是有氧发酵消耗氧气，形成无氧环境，后期主要是乳酸发酵。（2）误认为泡菜制作全过程都是无氧发酵，蔬菜装坛能装满：装八成满，防止早期发酵产生的CO2使发酵液溢出。