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1、第1章 发酵工程第1节 传统发酵技术的应用科学家发现了酶在酵母菌发酵中的作用，之后微生物的分离和纯化技术得到了应用。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。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。1857年利用发酵工程大规模生产青霉素，随着链霉素、金霉素和土霉素等抗生素的发现及生产，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
2、 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。科技探索之路：从传统发酵技术到发酵工程指人们利用，在适宜条件下，将原料通过 转化为人类所需要的 的过程。1.概念：微生物 微生物的代谢产物(一)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。3.类型：好氧发酵厌氧发酵eg醋酸发酵、谷氨酸发酵eg酒精发酵、乳酸发酵氧气需求一、发酵与传统发酵技术 实例：制作腐乳 原料：豆腐。参与发酵的微生物：_、_和_等，其中起主要作用的是_。发酵原理：经过微生物的发酵，豆腐中的蛋白质被分解成。酵母菌 曲
3、霉 毛霉毛霉小分子的肽和氨基酸毛霉：分布广泛代谢类型：异养好氧型生殖类型：孢子生殖适宜温度：1518（此外，微生物还可以产生脂肪酶，将脂肪分解为脂肪酸和甘油）一、发酵与传统发酵技术 实例：制作腐乳匍匐菌丝直立菌丝一、发酵与传统发酵技术 实例：制作腐乳让豆腐长出毛霉直接利用空气中的毛霉孢子或者直接接种毛霉（15-18，一定湿度）目的：让毛霉等产生蛋白酶和脂肪酶加盐腌制目的：析出豆腐中的水分、抑制不需要的微生物生长加卤汤瓶卤汤包括酒和香辛料酒：抑制微生物生长，并使腐乳具有独特香味；香辛料：调味，防腐杀菌密封腌制卤汤中酒的含量应控制在12%左右，过高会延长腐乳成熟的时间，过低不足以抑制微生物生长，可
4、能导致豆腐腐败方法：随豆腐层数加高增加盐用量，接近瓶口表面，铺厚一点前期发酵后期发酵一、发酵与传统发酵技术(二)传统发酵技术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留下来的面团、卤汁等发酵物中微生物进行发酵，制作食品的技术。1.概念：2.类型：固体发酵、半固体发酵一、发酵与传统发酵技术泡菜口感脆生，开胃提神，是家喻户晓的一种佐餐菜肴。韩国泡菜相传是从我国传入的，堪称韩国“第一菜”。(一)制作泡菜1.菌种：乳酸菌(1)菌种来源：植物体表面天然的乳酸菌(2)代谢类型：异养厌氧型(3)种类：乳酸链球菌、乳酸杆菌（原核生物）2.原理：C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+能量酶当它的质量
5、百分比为0.4%0.8%时，泡菜的口味、品质最佳。乳酸链球菌（球状）乳酸杆菌（杆状）二、尝试制作传统发酵食品3.方法步骤配制盐水 用清水和食盐配制质量分数为5%20%的盐水，并将盐水煮沸，冷却待用。将新鲜蔬菜（如萝卜、黄瓜和豌豆等）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。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。将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过菜料，盖好坛盖。蔬菜加工、装坛加盐水封坛发酵二、尝试制作传统发酵食品(1)配制盐水：用清水和食盐配制质量分数5%20%的盐水，并将盐
6、水煮沸，冷却待用。调味、抑制其他微生物生长 温馨提示：盐的浓度过高，乳酸发酵受到抑制，泡菜风味差；浓度过低，杂菌易繁殖，导致泡菜变质。杀灭水中的微生物,并除去水中溶解氧。避免高温杀死乳酸菌等微生物。3.方法步骤(2)蔬菜加工：将新鲜蔬菜洗净，切成块状或条状，混匀，晾干。(3)蔬菜装坛：将晾干的蔬菜装入泡菜坛内，装至半坛时，放入蒜瓣、生姜及其他香辛料，继续装至八成满。放置时间过长，蔬菜中的硝酸盐易还原成亚硝酸盐，不益人体健康。密封性好，目的是创造无氧环境，有利于乳酸菌的发酵。防止发酵初期酵母菌等产生CO2造成发酵液溢出。3.方法步骤(4)加盐水：将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过全部菜料，盖
7、好坛盖。(5)封坛发酵：向坛盖边沿的水槽中注满水，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。保证坛内乳酸菌发酵所需的无氧环境。若温度过高，易滋生杂菌，导致泡菜变质；若温度过低，不利于乳酸菌发酵，使发酵时间延长。3.方法步骤 膳食中的绝大部分亚硝酸盐随尿排出，但在适宜的pH、温度和一定的微生物作用下会转变成致癌物质亚硝胺（霉变的食品中亚硝胺可增至数十倍至数百倍）。亚硝酸盐为强氧化剂，能够把血液中的低铁血红蛋白转变为高铁血红蛋白，从而导致缺氧性中毒症状。亚硝胺具有致癌作用，对动物具有致畸和致突变作用。人类的某些癌症与亚硝胺(化学致癌因子)有关。4.进一步探究4.进一步探究(1
8、)亚硝酸盐含量上升发酵初期，坛内适宜环境有利于硝酸盐还原菌的繁殖，使得硝酸盐被大量还原成亚硝酸盐；下降随着腌制时间的延长，乳酸菌大量繁殖产生乳酸，抑制硝酸盐还原菌的生长，同时亚硝酸盐可被微生物氧化。注：泡菜制作时，需要注意控制食盐用量、腌制时间和温度。4.进一步探究(2)乳酸菌含量发酵初期，有氧气，生长受抑制；无氧条件下乳酸菌繁殖乳酸积累，pH下降，抑制自身生长。(3)乳酸含量4.进一步探究(4)发酵初期有间歇性气泡冒出，原因？之后逐渐停止，原因？发酵初期大肠杆菌、酵母菌等呼吸作用产生CO2随着乳酸积累，抑制上述杂菌的生长，且乳酸菌产乳酸的过程不产生CO2(5)泡菜坛内有时会长一层“白膜”，原
9、因？由于酵母菌的繁殖(6)制作泡菜过程中，有机物的干重和种类如何改变？减少 增加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，结果如图，请你帮他分析问题。(1)据图分析，从亚硝酸盐含量来看，发酵第_天食用比较合适，理由 是_。13第13天亚硝酸盐含量较低拓展应用(2)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_。(3)加入“陈泡菜水”的目的是_ _。盐浓度过高，或发酵温度过低抑制了乳酸菌发酵增加乳酸菌数量，可快速发酵产生乳酸拓展应用1.果酒酵母菌(真核)菌种来源：代谢类型：异养兼性厌氧型附着
10、在水果等表面的野生型酵母菌二、尝试制作传统发酵食品(二)制作果酒和果醋(1)菌种：(2)温度：一般酒精发酵1830，酿酒酵母菌繁殖最适约为28。二、尝试制作传统发酵食品(二)制作果酒和果醋(3)原理有氧条件下，酵母菌通过有氧呼吸大量繁殖：无氧条件下，酵母菌通过无氧呼吸产生酒精：C6H12O6 2C2H5OH2CO2 酶C6H12O66O2 6CO26H2O酶(4)气体控制：前期需氧，后期无氧。1.果酒2.果醋醋酸菌(原核)菌种来源：代谢类型：异养需氧型空气中的醋酸菌二、尝试制作传统发酵食品(二)制作果酒和果醋(1)菌种：(2)温度：多数醋酸菌繁殖最适为3035。2.果醋二、尝试制作传统发酵食品
11、(二)制作果酒和果醋O2充足、糖源充足时：O2充足、缺少糖源时：C6H12O62O2 2CH3COOH2CO22H2O；酶C2H5OHO2 CH3COOHH2O。酶(3)原理(4)气体控制：需要充足的氧气。“糖制醋”“酒制醋”(1)用具消毒：将发酵瓶、榨汁机等器具用洗洁精清洗干净，并用体积分数为70%的酒精消毒，晾干备用。二、尝试制作传统发酵食品(二)制作果酒和果醋3.方法步骤防止发酵液被污染(2)挑选、冲洗葡萄：先用清水冲洗12次，再去除枝梗和腐烂的籽粒，沥干。3.方法步骤不能反复冲洗：防止洗掉葡萄皮上的野生酵母菌，导致发酵时间延长 先清洗再去枝梗：避免除去枝梗时引起葡萄破损，增加被杂菌污染
12、的机会的机会。3.方法步骤a.防止发酵液溢出；b.酵母菌可以进行有氧呼吸大量繁殖。会。(3)榨汁：用榨汁机榨取葡萄汁，将葡萄汁装入发酵瓶中，留有大约1/3空间，盖好瓶盖。3.方法步骤排出酵母菌无氧呼吸产生的CO2，防止发酵瓶爆裂(4)果酒发酵：发酵温度严格控制在1830，时间控制在10-12d，每隔12 h左右将瓶盖拧松一次。3.方法步骤创造有氧环境，进行醋酸发酵。(5)果醋发酵打开瓶盖，盖上一层纱布，发酵温度为3035，时间为78d。防止灰尘污染(1)制作果酒和果醋时，发酵液发生的变化及原因发酵液出现泡沫的原因？4.归纳总结导P70葡萄酒呈红色的原因？发酵液出现菌膜的原因？4.归纳总结导P7
13、0(1)制作果酒和果醋时，发酵液发生的变化及原因在制作果醋的过程中，酵母菌是否还会继续发酵？随着醋酸发酵的进行，发酵液的pH、温度等均不利于酵母菌的生长繁殖，因此酵母菌活性很低。在缺氧、呈酸性的条件下，酵母菌可以生长繁殖，而绝大多数微生物生长受抑制。为什么葡萄汁一般不需要灭菌处理？(2)结果评价与检查4.归纳总结导P70(3)发酵装置的分析装置图 结构 作用充气口醋酸发酵时连接充气泵，输入_；制果酒时关闭充气口排气口 用来排出_长而弯曲的胶管_出料口便于取料，及时监测发酵进行的情况无菌空气CO2防止空气中微生物的污染出料口排气口充气口发酵产品所需菌种生物分类代谢类型 适宜温度发酵对氧的需求泡菜果酒果醋乳酸菌原核真核原核醋酸菌酵母菌1830 室温异养需氧型异养兼性厌氧型异养厌氧型前期需氧，后期无氧不需氧3035 一直需氧(三)制作泡菜、果酒、果醋的微生物及其代谢特点二、尝试制作传统发酵食品(四)存在问题1.利用天然菌种，存在菌种差异、杂菌情况不明，发酵过程控制缺乏标准易造成发酵食品品质不一。2.工业大规模生产：先通过微生物培养技术获得单一菌种，再将它们接种到物料中进行发酵，从而缩短发酵时间，确保品质稳定。泡菜制作果酒和果醋的制作