1、从传统发酵技术到发酵工程 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。1857年，巴斯德证明酒精发酵是由活的酵母菌引起的。(巴斯德发现，利用酵母菌酿酒的时候，如果发酵容器存在氧气，酒精的产生会停止，这就是所谓的巴斯德效应。)【科技探索之路】1897年，科学家发现了酶在酵母菌发酵中的作用。微生物的分离和纯化技术得到了应用，发酵生产的工艺和设备不断完善，传统的固体发酵开始向半固体发酵和液体发酵演变，作坊式手工生产向现代工业化生产方向发展。20世纪40年代，在厌氧发酵技术的基础上，建立了深层通气液体发酵技术。1957年，通过人工诱变特定微生物，获得具有更高生产能力的突变
2、类型。20世纪70年代以后，基因工程和细胞工程等的发展，使发酵工程进入定向育种的新阶段。20世纪80年代，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，以更加合理地控制发酵过程，目前人类已经能够自动记录和控制发酵过程的全部参数。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。酿酒技术给古代人民的生活增添了丰富的色彩。许多古老的酿酒工艺一直保留并延续至今。汉代砖刻上的酿酒图 展示我国古代酿酒作坊的绘画作品 现代发酵产品【课题背景】一、发酵与传统发酵技术 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、3）类型：（1）概念：需氧发酵（）厌氧发酵（）醋酸发酵、谷氨酸发酵 酒精、乳酸（泡菜、酸奶）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，因此利用它们就可以生产出人们所需要的多种产物。（1）实例腐乳 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 曲霉 毛霉 毛霉 小分子的肽和氨基酸 蛋白质蛋白酶 肽；氨基酸 2、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。（2）概念：（3）类型：固体发酵（）半固体发酵（）泡菜、粮
4、食白酒、腐乳等 豆豉、酱、酱油等 2、传统发酵技术 【典例】下列关于传统发酵食品的叙述，不正确的是()A传统发酵产品需要多种多样的微生物 B腐乳的制作直接利用了原料中天然存在的毛霉、酵母等微生物 C传统发酵食品以单一菌种的固体发酵和半固体发酵为主 D腐乳的制作需通过微生物的代谢把蛋白质转化为人需要的氨基酸 C 解析：传统发酵菌种来自自然界中的微生物(天然存在的菌种)，通常以混合菌种为主，没有接种菌种，没有经过严格灭菌，C错误。1.乳酸发酵（一）发酵类型（1）应用的微生物：（2）原理：C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+能量 酶代谢类型：作用：种类：分布广泛：应用：乳酸链球菌（球状）乳酸杆菌
5、（杆状）乳酸菌 二、尝试制作传统发酵食品 厌氧微生物 在无氧情况下能将葡萄糖分解成乳酸 空气、土壤、植物体表、人或动物肠道 乳酸链球菌、乳酸杆菌 乳制品的发酵、泡菜的腌制 2.酒精发酵（1）应用的微生物：代谢类型：作用：分布：特点：应用：（2）原理：C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+能量 酶酵母菌 兼性厌氧型 在无氧情况下，进行酒精发酵 含糖量较高的蔬菜、水果表面 一类单细胞真菌 酿酒、制作馒头和面包 酵母菌的出芽生殖 3.醋酸发酵（1）应用的微生物：代谢类型：作用：应用：C6H12O6+2O2 2CH3COOH+2H2O+2CO2+能量 C2H5OH+O2 CH3COOH+H2O+能
6、量（2）原理：酶酶醋酸菌 好氧型 在氧气、糖都充足时，能将糖分解成醋酸；在缺糖时，能将乙醇转化成乙醛，在将乙醛变成醋酸 酿醋（二）制作传统泡菜（二）制作传统泡菜 1.制作泡菜的原理（1)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。（3）反应式：C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+能量酶2.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)各种蔬菜（选新鲜蔬菜或其他原料，因为亚硝酸盐的含量低）均可，一般用白菜、洋白菜、黄瓜、豇豆、胡萝卜、白萝卜
7、等。3.制作流程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；盐的作用：盐水浓度要适宜的目的：盐水煮沸的目的：调味；抑制其他微生物生长 过高：口味不佳，亚硝酸盐含量高；过低：杂菌易繁殖，导致泡菜变质。杀灭微生物；去除水中的溶解氧 为什么泡菜坛只能装八分满？在泡菜发酵初期，酵母菌等较为活跃，发酵产物中有较多的CO2，防止发酵液溢出坛外；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；同时留有一定空间，也更方便拿取泡菜。加盐水
8、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；给泡菜坛内创造无氧环境，严格控制厌氧条件 泡菜制作需要在无氧条件下进行 用水密封泡菜坛的目的：以上说明泡菜制作需要什么条件？为什么在泡菜制作过程中要保持无氧环境？制作泡菜所用的菌种是乳酸菌，乳酸菌是一种厌氧菌，只有在无氧环境中才会进行乳酸发酵。（三）制作果酒和果醋 1.制作原理（1）许多新鲜水果（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。（2)酵母菌在有氧条件下，进行有氧呼吸，大量繁殖；酵母菌在无氧条件
9、下能进行酒精发酵。酶反应式：C6H12O6+6O2+6H2O6CO2+12H2O+能量C6H12O6 2C2H5OH（酒精）+2 CO2+能量酶C2H5OH+O2 CH3COOH（醋酸）+H2O+能量酶(3)醋酸菌在氧气、糖源充足时,将糖分解成醋酸;当缺少糖源时，将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸。C6H12O6+2O22CH3COOH+2CO2+2H2O+能量酶 洗洁精、体积分数70的酒精、发酵瓶、纱布和榨汁机等 新鲜的水果（如葡萄、苹果、山楂和龙眼等）2.材料用具 3.制作流程器具消毒将发酵瓶、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，晾干备用冲洗葡萄取新鲜葡萄，用清水冲
10、洗1-2次，再去除枝梗和腐烂的籽粒，沥干榨汁装瓶用榨汁机榨取葡萄汁，将葡萄汁装入发酵瓶（注意：要留有大约1/3的空间），盖好瓶盖酒精发酵将温度控制在18-30进行发酵，在发酵过程中，每隔12h左右将瓶盖拧松一点（注意：不是打开瓶盖），此后再拧紧瓶盖。发酵时间为10-12d.70%的酒精的作用：冲洗的目的：冲洗1-2次即可，能否反复冲洗，为什么？为什么去梗前冲洗：葡萄汁装入发酵瓶时，为何要留有1/3的空间？每隔12h左右将瓶盖拧松一点的目的：拧松但不打开的目的：消毒 去除表面灰尘、污物 防止野生菌种数量减少，影响发酵 避免葡萄破损，减少被杂菌污染的机会 a.先让酵母菌进行有氧呼吸，快速繁殖，耗尽
11、O2后，再进行酒精发酵；b.防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出 不能，排出气体 防止杂菌污染 打开瓶盖，盖上纱布当葡萄酒制作完成后，打开瓶盖，盖上一层纱布，进行葡萄醋的发酵。发酵温度为30-35，时间为7-8d。果醋检测果酒检测可通过从发酵瓶口取样来对发酵的情况进行检测如何检测果酒的发酵情况（检测是否产生酒精）？a.闻 b.品尝 c.用酸性条件下的重铬酸钾溶液检测橙色灰绿色 醋酸菌从何而来？如何检测果醋的发酵情况？a.闻；b.品尝；c.使用pH试纸检测检测和比较发酵前后的pH值；d.观察醋酸菌膜是否形成；打开瓶盖后，空气中的醋酸菌会进入果酒发酵液中大量繁殖，其他的菌因不适应环境条件（不能
12、利用乙醇）而不能繁殖 4.实验分析与思考在制作果酒和果醋的过程中，发酵液分别有哪些变化？其中最明显的变化发生在发酵后多少天？引起变化的原因是什么？a.在葡萄酒的制作过程中，发酵液会产生气泡，这是因为酵母菌发酵产生了CO2；b.开始发酵后，CO2产生越来越多，会使发酵液出现“沸腾”现象，在发酵的10天后，这种现象最明显；c.发酵过程产热，会使发酵液温度上升，应注意控温；d.发酵过程中，由果皮进入发酵液的花青素会越来越多，因而发酵液的颜色会逐渐加深变成深红色；e.果醋发酵完成后，发酵液的液面上会出现一层菌膜，即醋酸菌膜；在制作果酒的过程中，除了酵母菌，是否还有其他微生物生长？它们会对果酒发酵产生影
13、响吗？如果有，如何避免这种影响？还有一些乳酸菌和醋酸菌；乳酸菌能将糖分解为甘油、酒石酸等，从而使果酒变质，而在有氧的情况下，醋酸菌能把糖分解成醋酸或者把乙醇转化为乙醛进而转化为醋酸。可以通过调节发酵的温度、pH等来控制乳酸菌含量；可以通过减少O2含量、调节发酵温度、pH来控制醋酸菌含量；在制作果醋的过程中，酵母菌是否还会继续发酵？采用什么措施可以加快果醋的制作？随着醋酸发酵的进行，发酵液的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，不会继续发酵。在工业上，后期醋的发酵需要人工接种醋酸菌；或者买一瓶醋，将其打开暴露于空气中，一段时间后在醋的表面会有一层薄膜（即醋酸菌膜），用这层
14、薄膜进行接种亦可；果酒制作过程中，在不灭菌的情况下，酵母菌是如何成为优势菌种的？发酵后期在缺氧和酸性发酵液中，绝大多数微生物的生命活动受到抑制，而酵母菌可以适应这一环境成为优势菌种 a.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；b.处理葡萄时应先冲洗再去除枝梗；c.排气时只需拧松瓶盖，不要打开瓶盖 在果酒和果醋制作中，哪些做法可防止发酵液被污染？5、设计果酒发酵与果醋发酵装置 结构作用酒精发酵时状态醋酸发酵时状态充气口排气口出料口通入空气 关闭 打开，并接入气泵 排出CO2 打开 打开 便于取样检查和放出发酵液 关闭 关闭 思考：1.为什么排气口胶管长而弯
15、曲？2.该装置还能继续改进吗？防止空气中微生物的污染 可以在充气口填充棉花或者安装其他过滤装置，以防止充入的气体携带外来杂菌污染发酵液等。小结1：实验设计流程图 无氧 有氧 项目 果酒制作 果醋制作 发酵菌种 菌种来源 菌种代谢类型 菌种细胞类型 发酵原理 在有氧条件下：在无氧条件下：氧气、糖源都充足时：缺少糖源时：发酵 条件 温度 时间 氧气 酵母菌 小结2：果酒制作与果醋制作的比较 醋酸菌 主要是附着在葡萄皮上的野生型酵母菌 异养兼性厌氧型 异养需氧型 真核细胞 原核细胞 C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量酶 C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+少量能量 酶
16、空气中的野生型醋酸菌 C6H12O6+2O22CH3COOH+2H2O+2CO2+能量酶 C2H5OH+O2CH3COOH+H2O+能量酶 28 30-35 10-12d 7-8d 初期需氧，后期不需氧 需要氧气(1)酵母菌通过有氧呼吸可以大量繁殖，通过无氧呼吸可以产生酒精 ()(2)各种葡萄都可以酿制出红葡萄酒()(3)由于醋酸菌对氧气的含量相当敏感，所以在醋酸发酵过程中要始终通入氧气()(4)只有在糖源充足的情况下才能进行醋酸发酵()(5)果酒发酵的温度一般控制在3035，果醋发酵的温度一般控制在1830()(6)在利用葡萄发酵生产果酒的后期，加入醋酸菌即可产生乙酸()【基础过关】【典例】果酒和果醋含丰富的有机酸、氨基酸、维生素，有良好的营养和保健作用，受到消费者的喜爱。请根据果酒和果醋的制作流程和装置回答有关问题:（1）图中A过程指 ,B过程是指 ,去除葡萄的枝梗应在A过程 (填“之前”或“之后”)。（2）图中酒精发酵和醋酸发酵中涉及的主要微生物在细胞结构上的主要区别是 。（3）从装置图可以看出，加入发酵瓶中的果浆只占发酵瓶的2/3，目的是 。（4）制果醋时，要适时通过 进行充气，原因是 。冲洗沥干 酒精发酵 之后 是否有以核膜为界的细胞核 让酵母菌在有氧条件下大量繁殖 充气口 醋酸菌是需氧型细菌，发酵过程需要氧气的参与