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1、 面面包包和和酸酸奶奶，或者馒馒头头夹夹着着腐腐乳乳，是很多人喜欢的早餐。你知道吗?这些食品的制作都离不开微生物发酵。那么，制制作作不不同同的的发发酵酵食食品品，需需要要的的微微生生物物一一样样吗吗?如如何何分分离离和和培培养养微微生生物物呢呢?除了上述可以通过传统发酵技术生产的食品，啤啤酒酒、味味精精乃乃至至胰胰岛岛素素等等药药物物的的工工业业化化生生产产，也利用了微生物的发酵。然而，工业化大规模生产在菌种的选育和培养、发酵条件的控制等方面比传统发酵生产要复杂得多，需要通过发酵工程来实现。那么，发发酵酵工工程程的的流流程程是是怎怎样样的的?它它用用到到的的技技术术与与传传统统发发酵酵技技术术
2、有有什什么么不不同同?发酵工程在社会和经济中有哪些应用?01发酵与传统发酵技术发酵与传统发酵技术从传统发酵技术到发酵工程自然发酵或曲种传代的固体发酵法生产其他食品，但不明其原理科技探索之路科技探索之路 战国中山酒战国中山酒1850年约9000年前法国巴斯德证明酒精发酵是由活的酵母菌引起的，从而将酵母菌与建发酵联系起来1897年20世纪40年代科学家发现酶在酵母菌发酵中的作用，了解了发酵的本质。发酵向工业化生产方向发展抗生素发酵工业兴起从传统发酵技术到发酵工程科学家用微生物生产谷氨酸，开始人工诱变特定微生物。酶、多糖、维生素工业兴起科技探索之路科技探索之路 20世纪70年代1957年发酵工程进入
3、定向育种的新阶段20世纪80年代对发酵过程进行综合研究，能够自动记录和发酵过程的全部参数传统发酵技术的应用发酵工程发酵工程思考:1.什么是传统发酵技术?2.什么是发酵?3.身边的传统发酵食品有哪些?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、卤汁等发酵物种的微生物进行发酵，制作食品的技术。人们利用微微生生物物，在适宜的条件下，将原料通过微微生生物物的的代代谢谢转化为人人类类所所需需要要的的产产物物的过程。01发酵与传统发酵技术发酵与传统发酵技术原料原料人类所需产物人类所需产物适宜的条件适宜的条件微生物代谢微生物代谢01发酵与传统发酵技术发酵与传统发酵技术腐乳、豆瓣酱、酱油
4、、醋、泡菜、豆豉、馒头、酒等 说明1:不同微生物的遗传物质不同，导致其细胞内催化反应的酶不同，进而导致代谢途径有差异；底物为葡萄糖的情况下，酵母菌、乳酸菌、醋酸菌发酵的产物各不相同。说明2：同一种微生物处于不同环境条件下时，代谢途径也会出现差异。如底物为葡萄糖的情况下，酵母菌在有氧、无氧条件下的代谢产物不同。01发酵与传统发酵技术发酵与传统发酵技术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。原因：操作操作简单、便于家庭式或作坊式生、便于家庭式或作坊式生产。02尝试制作传统发酵食品尝试制作传统发酵食品食品食品原料原料豆腐蔬菜牛奶葡萄（水果）果酒（水果）发酵菌种酵菌种毛霉
5、、酵母菌乳酸菌、酵母菌乳酸菌酵母菌醋酸菌菌种来源菌种来源空气中的孢子蔬菜表面水果表面空气中菌种特点菌种特点好氧的真菌厌氧的细菌厌氧的细菌兼性厌氧真菌好氧的细菌发酵温度酵温度15-18C18-30C30-35C发酵原理酵原理毛霉分泌的胞外酶将豆腐中的脂肪和蛋白质分解为小分子物质。乳酸菌将糖类分解为乳酸；无氧条件下，将糖类分解酒精和二氧化碳；在有氧条件下，将糖分解为乙酸；或是直接将乙醇乙醛乙酸。学科活学科活动:传统发酵食品争霸酵食品争霸赛活活动内容内容:利用所学知识制作传统发酵食品,如果酒、果醋或泡菜。活活动要求要求:1.要有过程性记录(照片或视频)2.在食品容器上贴标签(标明制作人、原料、菌种、
6、时间)活活动时间:2月19日-3月12日品品鉴内容内容:包括但不限于食品色泽、气味等乳酸菌是原核生物、二分裂、异养厌氧型；自然界分布广泛，空气、土壤、植物体表、人或动物肠道内部。发酵原理：在无氧的情况下能将葡萄糖分解成乳酸。发酵期间，乳酸不断积累，当它的质量分数为0.4%0.8%时，泡菜的口味和品质最佳。小知识：泡菜制作温度不能过高、食盐含量不能过低、腌制时间不能过短。02尝试制作传统发酵食品尝试制作传统发酵食品泡菜的制作泡菜的制作乳酸链球菌（制作泡菜）C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+能量酶酶乳酸杆菌（制作酸奶）原理原理1.为何只装至八分满？02尝试制作传统发酵食品尝试制作传统发酵食品
7、泡菜的制作泡菜的制作封封坛发酵酵 配置配置盐水水 原料原料处理、蔬菜装理、蔬菜装坛 加加盐水水 用清水和食盐配制质量百分比为5 5%-20%-20%的盐水，并将盐盐水水煮煮沸沸，冷却冷却待用；1.盐水浓度过高或过低会怎样？2.将盐水煮沸的目的是？将新鲜蔬菜洗洗净净，切块，混匀，晾干后装入泡菜坛内；装至半坛时，加入蒜瓣、生姜及其他香香辛辛料料，继续装装至八成至八成满满；向坛盖边缘的水水槽槽中中注注满满水水，并在发酵过程中注意 经经常常向向水水槽槽中中补补充充水水；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；创造无氧环境创造无氧环境盐的作用盐的作用盐浓度过低盐
8、浓度过低盐浓度过高盐浓度过高调味，抑制微生物生长调味，抑制微生物生长杂菌大量繁殖杂菌大量繁殖口味不佳口味不佳如何判断你腌制的泡菜是否成功？色泽如何？口味如何？1.泡菜质量可以根据泡菜的色色泽和和风味味进行初步的评定；2.可以通过在显微镜下观察乳酸菌的形态；3.根据亚硝酸硝酸盐的含量来评定；4.根据不同时期泡菜坛中乳酸菌的数量乳酸菌的数量 来评定。一般来说，腌制成功的泡菜汤清亮，无梅花浮膜，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。02尝试制作传统发酵食品尝试制作传统发酵食品泡菜的制作泡菜的制作白膜白膜为什么泡菜坛内有时会长一层白膜，这层白膜是怎么形成的？形成白膜是由于产膜酵母
9、的繁殖。酵母菌是兼性厌氧微生物，泡菜发酵液营养丰富，其表面氧气含量也很丰富，适合酵母菌的繁殖。02尝试制作传统发酵食品尝试制作传统发酵食品泡菜的制作泡菜的制作 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（摄入总量达到0.30.5g时），甚至死亡（摄入总量达到3g时）。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。膳食中的绝大部分亚硝酸盐随尿排出，只有在特定的条件下才会转变成致癌物亚硝胺，亚硝胺对动物还具有致畸和致突变作用（亚硝酸盐本身不是致癌物质）。【拓展知识，知识积累】亚硝酸盐氧化氧化维生
10、素维生素C、E和酚类物质和酚类物质硝酸盐硝酸盐亚硝酸盐亚硝酸盐还原还原某些微生物产生硝酸还原酶硝酸还原酶化学致癌因子亚硝胺亚硝胺1.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？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是什么？3.加入“陈泡菜水”的目的是什么？13天后食用比较好，亚硝酸盐含量低天后食用比较好，亚硝酸盐含量低盐浓度高，杀死了乳酸菌等微生物盐浓度高，杀死了乳酸菌等微生物“陈泡菜水陈泡菜水”含乳酸菌，可快速发酵产生乳酸含乳酸菌，可快速发酵产生乳酸02尝试制作传统发酵食品尝试制作传统发酵食品泡菜的制作泡菜的制作 发酵初期，某些杂菌(如大
11、肠杆菌)大量增殖,其含有硝酸盐还原酶可将蔬菜中硝酸盐还原为亚硝酸盐，泡菜中的亚硝酸盐含量不断增加;但随着发酵进行，乳酸菌占据优势，pH下降，杂菌生长受到抑制，亚硝酸盐含量不断下降。发酵发酵时期时期乳酸菌乳酸菌乳酸乳酸亚硝酸盐亚硝酸盐发酵初期少(有O2，乳酸菌活动受抑制)少增加(硝酸盐还原菌的作用)发酵中期最多(乳酸抑制其它菌活动)积累增多pH下降下降(硝酸盐还原菌受抑制，部分亚硝酸盐被分解)发酵后期减少(乳酸继续积累，pH继续下降，抑制其活动)继续增多pH继续下降下降至相对稳定(硝酸盐还原菌被完全抑制)泡菜腌制过程中，乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的变化02尝试制作传统发酵食品尝试制作传统发酵食品泡菜
12、的制作泡菜的制作原理原理新鲜水果（如葡萄）的果皮表面附着有大量的不同种类的野生酵母菌，在它们作用下，水果可以发酵成果酒。C6H12O6 2C2H5OH（酒精）+2 CO2+能量酶酶在有氧条件下，酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖。酶酶C6H12O6+6O2+6H2O6CO2+12H2O+能量在无氧条件下，酵母菌能进行酒精发酵。02尝试制作传统发酵食品尝试制作传统发酵食品制作果酒和果醋制作果酒和果醋C6H12O6+2O22CH3COOH(乙酸乙酸)+H2O+2CO2+能量能量酶酶醋酸菌可通过有氧呼吸产生醋酸，生产各种风味的醋；C2H5OH+O2CH3COOH(乙酸乙酸)+H2O+能量能量酶酶原理原理器
13、具消毒器具消毒冲洗葡萄冲洗葡萄榨汁装瓶榨汁装瓶果酒果酒发酵酵果醋果醋发酵酵将将发酵瓶、榨汁机等器具用洗酵瓶、榨汁机等器具用洗洁精清洗干精清洗干净，并用体并用体积分数分数为70%的酒精消毒的酒精消毒，晾干，晾干备用。用。取新取新鲜葡萄，用清水葡萄，用清水冲洗冲洗1-2次，再去除枝梗次，再去除枝梗和腐和腐烂的籽粒，的籽粒，沥干。干。用榨汁机榨取葡萄汁，将葡萄汁装入用榨汁机榨取葡萄汁，将葡萄汁装入发酵瓶酵瓶(要要留有大留有大约1/3的空的空间)，改好瓶盖。，改好瓶盖。温度控制在温度控制在18-30进行行发酵，在酵，在发酵酵过程中，程中，每隔每隔12h左右将瓶盖左右将瓶盖拧松一点松一点(注意：不是打开
14、注意：不是打开瓶盖瓶盖)，此后再，此后再拧紧瓶盖。瓶盖。间为10-12d。可通。可通过从从发酵瓶口取酵瓶口取样来来对发酵情况酵情况进行行检测。当葡萄酒制作完成后，当葡萄酒制作完成后，打开瓶盖，盖上一打开瓶盖，盖上一层纱布布，进行葡萄醋的行葡萄醋的发酵。酵。发酵温度酵温度为30-35，时间为7-8d。02尝试制作传统发酵食品尝试制作传统发酵食品4.在果酒发酵过程中产生CO2，防止瓶内气压过高引起爆裂。在在制作果醋过程中，酵母菌是否会继续发酵？醋酸菌从何而来？采用什么措施可以制作果醋过程中，酵母菌是否会继续发酵？醋酸菌从何而来？采用什么措施可以加快果醋的制作？加快果醋的制作？随着醋酸发酵的进行，发
15、酵液的pH、发酵温度等均不利于酵母菌的生长繁殖，因此酵母菌活性很低。当打开瓶盖后，空气中的醋酸菌会进入发酵液中大量繁殖，其他的菌因不适应环境条件而不能繁殖。【想一想想一想】1.为何只冲洗何只冲洗1-2次？次？2.为何先清洗再去梗何先清洗再去梗？3.为何不在何不在发酵瓶中酵瓶中装装满葡萄汁？葡萄汁？4.为何定期何定期拧松瓶盖松瓶盖？5.进行果醋行果醋发酵酵时为何要打开瓶盖？何要打开瓶盖？1.冲洗目的是洗去杂质，避免冲洗掉附着在葡萄皮上的野生酵母菌2.避免除去枝梗时引起葡萄破损，增加被杂菌污染的机会3.留有一部分氧气，有利于酵母菌迅速繁殖，加快发酵02尝试制作传统发酵食品尝试制作传统发酵食品在制作
16、果酒和果醋的过程中，发酵液分别有哪些变化？原因是什么？发酵酒精发酵醋酸发酵气味和味道酒味酸味（嗅味和品尝）气泡和泡沫有气泡和泡沫无气泡和泡沫发酵液颜色混浊混浊，液面形成白色醋酸菌醋酸菌菌膜随着发酵时间的延长，由果皮进入发酵液的花青素增多，发酵液的颜色会逐渐加深变成深红色。果酒和果醋的果酒和果醋的发酵装置酵装置请分析最后一个分析最后一个发酵装置的三个口的用途和在不同酵装置的三个口的用途和在不同发酵酵过程中的程中的具体使用方法。具体使用方法。02尝试制作传统发酵食品尝试制作传统发酵食品制作果酒和果醋制作果酒和果醋02尝试制作传统发酵食品尝试制作传统发酵食品小积累果酒和果醋改进装置及其分析充气口出料
17、口在乙酸发酵时连接充气泵进行充气用来取样排出酒精发酵时产生的CO2；与排气管相连的长而弯曲的胶管，可有效地阻止空气中的微生物的进入，避免感染排气口酒精发酵酒精发酵 醋酸发酵醋酸发酵充气口充气口前期通气，前期通气，之后关闭之后关闭持续通气持续通气排气口排气口排出排出CO2CO2出料口出料口 取样检测取样检测 取样检测取样检测思考思考题1.在制作果酒的在制作果酒的过程中，除了酵母菌，是否程中，除了酵母菌，是否还有其他微生物生有其他微生物生长？它它们会会对果酒果酒发酵酵产生影响生影响吗？如果有，如何避免？如果有，如何避免这种影响？种影响？通通过调节发酵的温度、氧气的含量、酵的温度、氧气的含量、发酵液
18、的酵液的pH等等2.在制作果醋的在制作果醋的过程中，酵母菌是否程中，酵母菌是否还会会继续发酵？醋酸菌从何而来酵？醋酸菌从何而来？采用什么措施可以加快果醋的制作？采用什么措施可以加快果醋的制作？利用空气中的醋酸菌；利用空气中的醋酸菌；直接在直接在发酵液中接种醋表面的薄膜酵液中接种醋表面的薄膜(是由醋酸菌形成的一是由醋酸菌形成的一层菌膜菌膜)如何如何检测果酒的制作是否成功果酒的制作是否成功？发酵液酵液酒精酒精H2SO4重重铬酸酸钾实验组对照照组H2SO4重重铬酸酸钾02尝试制作传统发酵食品尝试制作传统发酵食品制作果酒和果醋制作果酒和果醋豆腐上生豆腐上生长的白毛的白毛是毛霉的白色菌是毛霉的白色菌丝盐
19、能防止能防止杂菌菌污染，染，以避免豆腐的腐以避免豆腐的腐败抑制微生物的生抑制微生物的生长同同时使腐乳有香味使腐乳有香味防止防止杂菌菌污染，染，用胶条密封瓶口用胶条密封瓶口让豆腐上豆腐上长出毛霉出毛霉加加盐、腌制、腌制加加卤汤装瓶装瓶密封、腌制密封、腌制02尝试制作传统发酵食品尝试制作传统发酵食品制作腐乳制作腐乳整整齐齐摆摆放放，上上锅锅蒸制并晾凉蒸制并晾凉切成切成3 33 31cm1cm的小块的小块撒上菌种纱布封起撒上菌种纱布封起几天后长出菌丝几天后长出菌丝加入卤汤加入卤汤在干净的容器中在干净的容器中密密封封几个月几个月逐逐层层加加盐盐摆摆放放，豆豆腐腐：盐盐5 5：1 1，腌制，腌制8 8天
20、天制作卤汤制作卤汤思考：思考：每年每年进行同行同样的操作，但是每年制作的腐乳或豆瓣的操作，但是每年制作的腐乳或豆瓣酱的口感都不完全相的口感都不完全相同，有些年份甚至制作不成功，你知道同，有些年份甚至制作不成功，你知道这是是为什么什么吗？生生产条件不易控制，容易受到条件不易控制，容易受到杂菌菌污染染02尝试制作传统发酵食品尝试制作传统发酵食品制作腐乳制作腐乳因天然菌种差异因天然菌种差异较大、大、杂菌菌污染以及染以及发酵酵过程控制缺乏程控制缺乏标准准等原因，等原因，传统发酵食品的品酵食品的品质难以保以保证。1.油炸臭豆腐是我国一些地方的油炸臭豆腐是我国一些地方的风味小吃。制作味小吃。制作时需要将豆
21、腐浸入含有乳酸菌、芽需要将豆腐浸入含有乳酸菌、芽孢杆杆菌等微生物的菌等微生物的卤汁中汁中发酵。判断下列相关表述是否正确。酵。判断下列相关表述是否正确。(1)卤汁中的乳酸菌和芽汁中的乳酸菌和芽孢杆菌不存在杆菌不存在竞争关系争关系(2)乳酸菌乳酸菌发酵酵产生了乳酸和生了乳酸和CO2(3)微生物微生物发酵酵产生了不同的代生了不同的代谢物使得物使得该臭豆腐具有特殊的味道臭豆腐具有特殊的味道2.传统发酵食品的制作需要各种各酵食品的制作需要各种各样的微生物。下列相关叙述的微生物。下列相关叙述错误的是的是()A.腌制泡菜利用了乳酸菌的乳酸腌制泡菜利用了乳酸菌的乳酸发酵酵B.制作腐乳利用了毛霉等制作腐乳利用了
22、毛霉等产生的蛋白生的蛋白酶C.制作果酒利用了酵母菌在无氧条件下制作果酒利用了酵母菌在无氧条件下产生酒精生酒精D.制作果醋利用了醋酸菌在无氧条件下制作果醋利用了醋酸菌在无氧条件下产生醋酸生醋酸巩固练习D1.下列有关毛霉在腐乳制作中的作用的叙述，正确的是下列有关毛霉在腐乳制作中的作用的叙述，正确的是()将多糖分解成葡萄糖将多糖分解成葡萄糖将蛋白将蛋白质分解成小分子的分解成小分子的肽和氨基酸和氨基酸将脂肪水解成甘油和脂肪酸将脂肪水解成甘油和脂肪酸将核酸分解成核苷酸将核酸分解成核苷酸A.B.C.D.2.制作泡菜制作泡菜时，所用的菜，所用的菜坛子必子必须密封，其原因是密封，其原因是()A.防止水分的蒸防止水分的蒸发B.防止菜叶萎蔫防止菜叶萎蔫C.乳酸菌在有氧条件下乳酸菌在有氧条件下发酵被抑制酵被抑制D.防止防止产生的乳酸生的乳酸挥发3.在果酒制作在果酒制作过程中，下列哪程中，下列哪项操作会引起操作会引起发酵液受酵液受污染染()A.榨汁机用沸水榨汁机用沸水进行清洗并晾干行清洗并晾干B.发酵瓶用温水清洗，再用酵瓶用温水清洗，再用70%的酒精擦拭并晾干的酒精擦拭并晾干C.葡萄先去除枝梗，再冲洗多次葡萄先去除枝梗，再冲洗多次D.每次排气每次排气时，只需，只需拧松瓶盖，不能将盖完全解开松瓶盖，不能将盖完全解开谷物谷物酿酒和水果酒和水果酿酒的区酒的区别