第1章

發酵工程概念：發酵工程是指利用微生物的特定功能，規模化生產人類所需產品的綜合性生物工程。它涉及菌種的選育和培養、產物的分離和提純等方面。科技探索之路·從傳統發酵技術到發酵工程戰國時期盛酒的銅器和酒自然發酵或曲種傳代的固體發酵生產其他食品，但不明其原理.約9000年前1857年法國巴斯德證明酒精發酵是由活的酵母菌引起的，從而將酵母菌與發酵聯系起來.1897年科學家發現酶在酵母菌發酵中的作用，了解了發酵的本質,發酵向工業化生產方向發展.20世紀40年代抗生素發酵工業興起通過人工誘變特定微生物，獲得具有更高生產能力的突變類型。酶制劑、多糖、維生素發酵工業興起.1957年20世紀70年代基因工程和細胞工程等的發展，使發酵工程進入定向育種的新階段。20世紀80年代人類能自動記錄和控制發酵過程的全部參數，大批量合理生產發酵產物。科技探索之路·從傳統發酵技術到發酵工程1.1.1傳統發酵技術的應用本節聚焦：1.什么是傳統發酵技術？2.制作腐乳、泡菜、果酒和果醋的原理是什么？3.怎樣制作腐乳、泡菜？怎樣制作果酒和果醋？發酵011.概念：是指人們利用

，在適宜的條件下，

將原料通過

轉化為人類所需要的產物的過程。2.原理：不同的微生物具有產生

代謝物的能力，

因此利用它們就可以生產出人們所需要的多種產物。3.類型：①

發酵：如醋酸發酵、谷氨酸發酵；

②

發酵：如酒精發酵、乳酸發酵；

微生物微生物的代謝不同需氧厭氧酵母菌植物無氧呼吸產生酒精是不是發酵?思考不是。必修1中提到的發酵特指“微生物的無氧呼吸”，是狹義的發酵概念。傳統發酵技術011.概念：直接利用

中天然存在的微生物，或利用

保存

下來的面團、鹵汁等發酵物中的微生物進行發酵、制作食品的技術。2.類型：傳統發酵以

菌種的

發酵及

發酵為主，

通常是

式或

式的。使用酵母制作饅頭屬于傳統發酵技術嗎？思考不是。原材料前一次發酵固體半固體家庭作坊混合使用前一次發酵保存下來的面團進行發酵的才算。傳統發酵技術01霉豆腐醋醬油豆豉泡菜上圖都是利用傳統發酵技術制作的食品，傳統發酵技術有什么缺點？思考生產條件

，容易受

污染，生產效率

，食品安全性

等。不易控制雜菌低低嘗試制作傳統發酵食品·腐乳02【資料1】腐乳的制作過程(適宜溫度：15-18℃)閱讀書本P5，找出制作腐乳過程涉及的微生物有哪些？并思考為什么腐乳比豆腐更容易被消化吸收？思考嘗試制作傳統發酵食品·腐乳021.參與的微生物：

、

和

等，其中起主要作用的是

。2.腐乳的特點：豆腐中的蛋白質被

分解成小分子的

和

，味道鮮美，易于消化吸收，便于保存。酵母曲霉毛霉毛霉蛋白酶肽氨基酸【補充】毛霉①分類地位：

生物；②代謝類型：

型；來源于環境(空氣)中真核異養需氧豆腐發酵中的毛霉電子顯微鏡下的毛霉嘗試制作傳統發酵食品·腐乳02每年進行同樣的操作，但是每年制作的腐乳口感都不一樣，而且不一定成功，這是為什么？思考①菌種差異；②雜菌情況不明；③發酵過程的控制缺乏標準。嘗試制作傳統發酵食品·泡菜03閱讀書本P5-6，制作泡菜的菌種來源是什么？制作泡菜的原理是什么？思考【資料2】泡菜制作在我國已有數千年歷史，白蘿卜、紅蘿卜、小黃瓜等均可作為泡菜的原料，經發酵后在口感上比新鮮蔬菜更爽脆，既好吃，又助消化。嘗試制作傳統發酵食品·泡菜031.菌種來源：植物體表面天然的

。2.原理：在

的情況下，乳酸菌能將葡萄糖分解成

。反應式：

。【補充】乳酸菌①分類地位：

生物；②代謝類型：

型；原核異養厭氧乳酸菌在自然界中廣泛分布，空氣、土壤、植物體表、人或動物腸道均有分布。

電鏡下的乳酸鏈球菌(左)和乳酸桿菌(右)無氧乳酸C6H12O62C3H6O3（乳酸）+能量酶注：當乳酸的質量分數為0.4%～0.8%時，泡菜的口味、品質最佳。嘗試制作傳統發酵食品·泡菜03制作傳統發酵食品:泡菜探究·實踐食鹽清水新鮮蔬菜(蘿卜、黃瓜、白菜、豇豆等)蒜瓣生姜其他香辛料(花椒等)白酒泡菜壇辣椒1.材料用具：泡菜壇的選擇：選擇無裂紋、無砂眼、壇沿深、蓋子吻合好的泡菜壇，也可以選擇其他密封良好的罐子等。嘗試制作傳統發酵食品·泡菜03制作傳統發酵食品:泡菜探究·實踐2.方法步驟：配置鹽水蔬菜處理裝壇將新鮮蔬菜（如蘿卜、黃瓜和缸豆等）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，繼續裝至

滿；用清水和食鹽配制質量分數為

的鹽水，并將鹽水

，

待用；5%～20%煮沸冷卻八成過

：乳酸發酵受抑制，泡菜風味差；過

：雜菌易繁殖，導致泡菜變質。高低殺菌除氧避免高溫殺死乳酸菌①防止發酵初期酵母菌等產生

造成發酵液溢出壇外；②防止因裝太滿使鹽水未完全淹沒菜料而導致菜料

。CO2變質腐爛嘗試制作傳統發酵食品·泡菜03制作傳統發酵食品:泡菜探究·實踐2.方法步驟：向壇蓋邊緣的水槽中

，在發酵過程中注意向水槽中補充水；根據室內

控制發酵時間；將冷卻好的鹽水緩緩倒入壇中，使鹽水

，蓋好壇蓋；加鹽水封壇發酵沒過全部菜料注滿水溫度創造無氧環境嘗試制作傳統發酵食品·泡菜03制作傳統發酵食品:泡菜探究·實踐3.結果分析：乳酸菌數量及乳酸含量隨著發酵時間的變化結果，如圖所示，請據圖分析：前期結果乳酸菌數量

，乳酸含量

；原因中期結果乳酸菌數量

，乳酸含量

；原因后期結果乳酸菌數量

，乳酸含量

；原因O2抑制乳酸菌活性乳酸抑制其他微生物乳酸積累，pH下降，抑制乳酸菌活性少少最多增多減少繼續增多，最后保持穩定嘗試制作傳統發酵食品·泡菜03制作傳統發酵食品:泡菜探究·實踐【擴展思考】為什么泡菜壇內有時會長一層白膜，這層白膜是怎么形成的？白膜形成白膜是由于產膜酵母的繁殖。酵母菌是兼性厭氧微生物，泡菜發酵液營養豐富，其表面氧氣含量也很豐富，適合酵母菌的繁殖。擴展：在泡菜的腌制過程中會有亞硝酸鹽的產生03亞硝酸鹽為白色粉末，外觀與食鹽相似，有咸味，易溶于水，可作食品添加劑。亞硝酸鹽分布廣泛，蔬菜、咸菜、豆粉中均含有。少量亞硝酸鹽不會危害人體健康，可隨尿排出，但人體攝入0.3～0.5g亞硝酸鹽時，會引起中毒，當攝入總量達到3g時，會引起死亡。擴展：在泡菜的腌制過程中會有亞硝酸鹽的產生03蔬菜水果亞硝酸鹽pH、溫度微生物亞硝胺（強致癌物）硝酸鹽硝酸鹽還原菌維生素C、E酚類物質注意：發酵溫度高、食鹽用量過低、發酵時間短容易導致硝酸鹽還原菌大量增殖，產生較多的亞硝酸鹽；標準顯色液檢測原理——比色法在酸性條件，亞硝酸鹽與特定化學物質反應，出現玫紅色。待檢液進行反應后與標準顯色液(卡)進行比較，可估算其含量。拓展應用【書本P8】某同學在制作泡菜前，查閱資料得知，可以向泡菜壇中加些“陳泡菜水”。在用質量分數為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，結果如圖。請你幫他分析下列問題：(1)據圖分析，從亞硝酸鹽含量來看，該泡菜應該在發酵

天后食用比較合適，因為此時：

.

。10亞硝酸鹽含量已經降到比較低的水平硝酸鹽還原菌的作用。硝酸鹽還原菌受抑制，部分亞硝酸鹽被分解。03硝酸鹽還原菌被完全抑制。拓展應用【書本P8】某同學在制作泡菜前，查閱資料得知，可以向泡菜壇中加些“陳泡菜水”。在用質量分數為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，結果如圖。請你幫他分析下列問題：(2)他第一次制作出的泡菜“咸而不酸”，可能是因為：

等導致泡菜未能正常發酵。(3)加入“陳泡菜水”的目的是：

。食鹽濃度過高、發酵溫度過低接種乳酸菌，加快發酵進程注：“陳泡菜水”中含有純度較高的乳酸菌。03(1)發酵是指人們利用微生物，在缺氧的條件下，將原料通過微生物的

代謝轉化為人類所需要的產物()(2)毛霉主要通過產生蛋白酶分解蛋白質參與腐乳發酵()(3)腐乳制作利用了毛霉等真菌的有氧呼吸()隨堂小練·判斷正誤P1×√√在適宜的條件下(不一定是缺氧條件)；1．下列關于傳統發酵技術的敘述，錯誤的是()A．傳統發酵常常是固體發酵或者半固體發酵B．傳統發酵利用的微生物一般為天然存在的單一菌種C．醬油、醋、泡菜等可通過傳統發酵獲得D．傳統發酵存在雜菌情況不明、過程控制缺乏標準等問題隨堂小練·落實思維方法P2B傳統發酵技術很難實現單一菌種的利用，×；2．下列關于腐乳制作原理的敘述，不正確的是()A．腐乳制作實質就是利用發酵技術，將大分子有機物分解為小分子有機物

的過程B．腐乳制作中，起作用的微生物多為異養型真菌C．傳統發酵利用的是天然存在的菌種，所生產食品安全性更高D．家庭自制腐乳時，一般不需單獨接種菌種隨堂小練·落實思維方法P2C傳統發酵沒有經過嚴格的滅菌，所生產食品安全性較低，，×；3．以下是以泡菜壇為容器制作泡菜時的4個處理：①沸鹽水冷卻后再倒入壇中；②鹽水需要浸沒全部菜料；③蓋好壇蓋后，向壇蓋邊沿的水槽中注滿水；④檢測泡菜中亞硝酸鹽的含量。下列說法正確的是()A．①主要是為了防止菜料表面的醋酸桿菌被殺死B．②的主要目的是用鹽水殺死菜料表面的雜菌C．③是為了使氣體只能從泡菜壇排出而不能進入D．④可檢測到完整發酵過程中亞硝酸鹽含量逐漸降低隨堂小練·落實思維方法P3泡菜-乳酸菌，×；C目的是：創造無氧環境，有利于乳酸菌的無氧呼吸，×；腌制泡菜過程中亞硝酸鹽的含量先增多后減少，×；1.1.2傳統發酵技術的應用本節聚焦：1.什么是傳統發酵技術？2.制作腐乳、泡菜、果酒和果醋的原理是什么？3.怎樣制作腐乳、泡菜？怎樣制作果酒和果醋？嘗試制作傳統發酵食品·果酒04【資料3】文獻記載，葡萄酒在東漢時期已有，而唐代詩人王翰在《涼州詞》中寫有“葡萄美酒夜光杯，欲飲琵琶馬上催”的詩句，更成了人們贊美果酒的千古絕唱。還有棗酒、桑葚酒、柑橘酒、梅子酒、石榴酒、桃酒及梨酒等果酒，以甜、酸、清、香的風味特色而為歷代帝王將相、才子佳人及各兄弟民族所喜愛。閱讀書本P5-7，制作果酒的菌種來源是什么？制作果酒的原理是什么？思考嘗試制作傳統發酵食品·果酒041.菌種來源：植物體表面天然的

。2.原理：①有氧條件下，酵母菌通過有氧呼吸

：反應式：

；②無氧條件下，酵母菌通過無氧呼吸產生

：反應式：

；【補充】酵母菌①分類地位：

生物；②代謝類型：

型；真核異養兼性厭氧酵母菌含糖量較高的水果、蔬菜表面酒精大量繁殖C6H12O6+6O2+6H2O6CO2+12H2O+能量酶C6H12O62C2H5OH（酒精）+2CO2+能量酶注：釀酒酵母的最適生長溫度約為

。28℃電子顯微鏡下的酵母菌嘗試制作傳統發酵食品·果醋04【資料4】果醋最早出現在西方名著《圣經》之《舊藥金書》。三千年前的古羅馬、古埃及已懂得制作果醋，作為美容秘方之一。在1000多年前傳入中國。閱讀書本P5-7，制作果醋的菌種來源是什么？制作果醋的原理是什么？思考嘗試制作傳統發酵食品·果醋041.菌種來源：

。2.原理：①O2充足、糖源充足時：醋酸菌可以將葡萄糖分解成

；反應式：

；②O2充足、缺少糖源時：醋酸菌可以將

轉化為

，再將

變為乙酸；反應式：

；【補充】醋酸菌①分類地位：

生物；②代謝類型：

型；原核異養需氧醋酸菌乙酸乙醇乙醛乙醛酶C6H12O6+2O22CH3COOH+2CO2+2H2O+

能量酶C2H5OH

+O2CH3COOH+H2O+能量

注：多數醋酸菌的最適生長溫度為

。30～35℃來源于環境(空氣)中電鏡下的醋酸菌嘗試制作傳統發酵食品·果酒和果醋04制作傳統發酵食品:果酒和果醋探究·實踐1.材料用具：體積分數70﹪的酒精洗潔精新鮮的水果（如葡萄、蘋果、山楂和龍眼等）發酵瓶紗布和榨汁機等嘗試制作傳統發酵食品·果酒和果醋04制作傳統發酵食品:果酒和果醋探究·實踐2.方法步驟：除灰去污器具消毒沖洗葡萄榨汁裝瓶將發酵瓶、榨汁機等器具用洗潔精清洗干凈，并用體積分數為

的酒精消毒，晾干備用；取新鮮葡萄，用

沖洗

次，再去除

和腐爛的籽粒，瀝干；用榨汁機榨取葡萄汁，將葡萄汁裝入發酵瓶(注意：要留有大約

的空間)，蓋好瓶蓋；70%清水1-2無需多次。防止菌種減少，影響發酵。避免去梗時因葡萄破損而增加被

污染的機會。雜菌枝梗①便于酵母菌進行

呼吸，快速繁殖，利于隨后進行酒精發酵。②防止發酵過程中產生的

造成發酵液溢出。1/3有氧CO2嘗試制作傳統發酵食品·果酒和果醋04制作傳統發酵食品:果酒和果醋探究·實踐2.方法步驟：果醋發酵當葡萄酒制作完成后，打開瓶蓋，蓋上一層

，進行葡萄醋的發酵。發酵溫度為

℃，時間為

d。果酒發酵將溫度控制在

℃進行發酵。在發酵過程中，每隔

h左右將瓶蓋擰松一次（注意：不是打開瓶蓋），此后再擰緊瓶蓋。發酵時間為

d。可通過從發酵瓶口取樣來對發酵的情況進行檢測。18～301210～12紗布30～357～8排出氣體,防止爆裂.防止雜菌污染防止進入O2，影響酒精發酵空氣中的醋酸菌會進入果酒發酵液中大量繁殖嘗試制作傳統發酵食品·果酒和果醋04制作傳統發酵食品:果酒和果醋探究·實踐【拓展應用】有3位同學分別采用了3種不同的發酵裝置來制作果醋。A同學用的是帶蓋的塑料瓶；B同學用了沒有蓋的塑料瓶，在發酵過程中無蓋的瓶口直由捆綁在瓶口的8層紗布覆蓋；C同學則設計了如右圖所示的發酵裝置。結合果醋的制作原理，你認為哪一種發酵裝置更適合制作果酒？你還能繼續改進這種裝置嗎?C同學嘗試制作傳統發酵食品·果酒和果醋04制作傳統發酵食品:果酒和果醋探究·實踐充氣口在

發酵時連接充氣泵,進行充氣；出料口

，及時監測發酵進行的情況。排出酒精發酵時產生的

；注：長而彎曲的膠管，可有效地阻止空氣中的微生物的進入，避免污染；排氣口結構酒精發酵醋酸發酵充氣口排氣口出料口關閉定時打開，并接入氣泵定時打開打開關閉關閉醋酸便于取料CO2改進：填充棉花或者安裝其他過濾裝置，防止充入的氣體攜帶外來雜菌污染；

嘗試制作傳統發酵食品·果酒和果醋04制作傳統發酵食品:果酒和果醋探究·實踐3.結果分析：【討論1】在制作果酒和果醋的過程中，發酵液分別有哪些變化？引起變化的原因是什么？①果酒：發酵液中

出現氣泡,因為

；

如果是用紫色葡萄制作葡萄酒，隨著發酵時間的延長，發酵液的顏色會逐漸加深變成

色，因為紫色葡萄皮中的

進入發酵液。②果醋：發酵液中

出現氣泡,因為

；

發酵完成時，在發酵液的液面會出現一層菌膜，是

菌膜。會花青素深紅不會醋酸菌酵母菌發酵產生了CO2醋酸菌發酵不產生CO2嘗試制作傳統發酵食品·果酒和果醋04制作傳統發酵食品:果酒和果醋探究·實踐【討論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？它們會對果酒發酵產生影響嗎？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，會導致

；②控制乳酸菌數量：

；控制醋酸菌數量：

。

乳酸菌、醋酸菌使果酒變質調節發酵的溫度、果酒的pH、減少O2含量等；調節發酵的溫度、果酒的pH等；【資料】發酵適宜溫度酵母菌(果酒)：18-30℃醋酸菌(果醋)：30-35℃乳酸菌(泡菜)：18-20℃【資料】發酵適宜pH酵母菌(果酒)：之間醋酸菌(果醋)：之間乳酸菌(泡菜)：4.2-5之間②打開瓶蓋后，

中的醋酸菌會進入發酵液中大量繁殖，其他的菌種因不適應環境條件而不能繁殖。嘗試制作傳統發酵食品·果酒和果醋04制作傳統發酵食品:果酒和果醋探究·實踐【討論3】在制作果醋過程中，酵母菌是否會繼續發酵？醋酸菌從何而來？采用什么措施可以加快果醋的制作？①不會，因為

。空氣發酵液的pH、溫度不利于酵母菌生長③我們制作果醋時,可以先買一瓶醋，將其打開暴露于空氣中，一段時間后在醋的表面會有一層薄膜(實際上是

)，用這層薄膜進行

可以明顯縮短制作果醋的時間。醋酸菌接種嘗試制作傳統發酵食品·果酒和果醋04制作傳統發酵食品:果酒和果醋探究·實踐【討論4】如何評價果酒的制作是否成功？【討論5】如何評價果醋的制作是否成功？聞一聞，嘗一嘗有沒有酒味;用酸性重鉻酸鉀檢測是否含有酒精;橙色灰綠色看一看有無菌膜（醋酸菌菌膜）的形成；聞一聞，嘗一嘗有沒有醋味；檢測比較醋酸發酵前后的pH值；隨堂小結·嘗試制作傳統發酵食品果酒果醋腐乳泡菜微生物分類代謝類型反應原理反應條件15～18℃接種，酒精含量控制在12％左右檢