传统发酵技术的应用高二下生物人教版选择性必修3

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。为什么一个是醇厚浓郁、耐心寻味的酒，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。约9000年前，我们的祖先就会利用微生物将谷物、水果等发酵为含酒精的饮料。后来，人们通过自然发酵或曲种传代的固体发酵方法生产其它食品，如酱油、醋、豆豉、腐乳核酸奶等。这种传统发酵技术促进了中华民族特有的饮食文化的形成，但在几年前里，人们并不明白其中的原理。战国时期的盛酒的青铜器和其中的酒3000多年前埃及人采摘葡萄酿酒的壁画1857年，法国生物学家巴斯德（L.Pasteur，1822-1895）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。1897年，科学家发现了酶在酵母菌发酵中的作用，逐渐了解了发酵的本质。之后的30多年间，微生物的分离和纯化技术不断完善，传统的固体发酵开始向半固体发酵和液体发酵演变。同时，作坊式的手工生产向近代工业化生产方向发展。利用微生物生产的新产品，如酒精、柠檬酸和淀粉酶等不断出现。20世纪40年代，利用发酵工程大规模生产青霉素成为主攻方向。由于青霉素产生菌是需氧型的，科学家在厌氧发酵技术的基础上，建立了深层通气发酵技术，使青霉素生产实现了产业化。不久，随着链霉素、金霉素和土霉素等抗生素的发现和生产，抗生素发酵工业兴起。1957年的生产青霉素所用的发酵罐1957年，利用微生物生产谷氨酸获得成功。20世纪60年代，科学家通过研究微生物的代谢途径，继续改进发酵技术，通过人工诱变特定微生物，获得了具有更高生产能力的突变类型。之后，酶制剂、多糖、维生素发酵工作相继兴起。生产氨基酸的工厂一角20世纪70年代以后，基因工程、细胞工程等的发展，使发酵工程进入了定向育种的新阶段。例如，运用基因工程将动植物的基因转移到微生物中，获得具有特殊生产能力的微生物，大量生产人们需要的产品，如人胰岛素、干扰素等。生产人胰岛素的车间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工程进行综合研究，以及更加合理地控制发酵过程。目前，人们已经能够记录和控制发酵的全部参数。人类最初可能是发现储存的水果会自然发酵变成酒，因而逐渐摸索出酿酒技术一、发酵与传统发酵技术1.酒曲是什么?2.酿酒加酒曲的目的是什么?

酒曲中带有多种微生物，微生物所分泌的酶可以将谷物中的淀粉，蛋白质等转变成糖、氨基酸等，有利于酵母菌进行酒精发酵。发酵指人们利用微生物，在适宜的条件下，将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物的过程。一、发酵与传统发酵技术霉豆腐（毛霉）实质：微生物在有氧或无氧条件下的细胞呼吸，是一个物质氧化分解的过程。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。传统发酵技术直接利用原材料中的天然存在的微生物，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。传统发酵以混合菌种的固体及半固体发酵为主（家庭式或作坊式的）酒、酱、酱油、醋、泡菜、豆豉是传统饮食文化的重要组成部分一、发酵与传统发酵技术知识拓展Intellectualdevelopment固体发酵、半固体发酵和液体发酵固体发酵微生物在几乎没有可流动水的湿固体培养基上生长的发酵方式酒曲、堆肥、青贮饲料的发酵(传统发酵),厌氧菌发酵居多优点：污染环境少，耗能低；缺点：发酵慢，难控制液体发酵微生物在有完全流动性的液体中生长的发酵方式现代工业发酵(发酵工程)，好氧菌发酵居多适用面广、易于机械化和自动化生产半固体发酵介于固体和液体发酵之间，其发酵的基质具有一定流动性腐乳制作原理酵母、曲霉和毛霉等多种微生物(毛霉起主要作用)蛋白质脂肪小肽氨基酸甘油脂肪酸++脂肪酶蛋白酶毛霉是一种丝状真菌，其生殖方式为孢子生殖，代谢类型是异养需氧型。使得腐乳味道鲜美，易于消化吸收。一、发酵与传统发酵技术传统发酵技术的特点：混合菌种发酵固体发酵及半固体发酵家庭式或作坊式传统发酵技术的优点：操作简单、传承文化传统发酵技术的缺点：生产条件不易控制容易受杂菌污染、生产效率低【思考】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？生产条件不易控制，容易受杂菌污染二、尝试制作传统发酵食品乳酸发酵乳酸菌是（耐氧型）厌氧细菌，在无氧条件下能将葡萄糖分解为乳酸，可用于乳制品发酵、泡菜腌制等乳酸菌在自然界中分布广泛，空气、土壤、植物体表、人和动物的肠道内都有乳酸菌常见的乳酸菌有乳酸链球菌和乳酸杆菌2C3H6O3（乳酸）＋能量C6H12O6酶酒精发酵酵母菌是一种单细胞真菌，属于兼性厌氧微生物，能够在无氧条件下进行酒精发酵，可用于酿酒、制作馒头和面包酵母菌能以多种糖类作为物质和能量来源，因此在一些含糖量高的水果、蔬菜表面经常可以发现酵母菌酿酒酵母的最适生长温度约28℃3.1.1.2尝试制作传统发酵食品2C2H5OH（酒精）＋2CO2＋能量C6H12O6酶醋酸发酵醋酸菌是好氧细菌，当O2、糖源都充足时能将糖分解为醋酸；当缺少糖源时则将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为醋酸。可用于制作各种风味的醋醋酸菌分布广泛多数醋酸菌的最适生长温度为30～35℃二、尝试制作传统发酵食品2CH3COOH（醋酸）＋2CO2＋2H2O＋能量C6H12O6＋2O2酶CH3COOH（醋酸）＋H2O＋能量C2H5OH＋O2酶探究·实践——配制泡菜蔬菜装至半坛，加蒜、生姜及其它香辛料。再装蔬菜至八成满。将盐水倒入坛中，没过全部菜料，盖坛。向坛盖边沿的水槽注满水。3.装坛配制泡菜盐水（5%~20%），煮沸，冷却1.配制泡菜盐水新鲜蔬菜洗净、切条状或块状，晾干2.准备蔬菜、香辛料水槽中适时补充水。4.发酵问题：传统泡菜制作的乳酸菌从哪里来？

配制泡菜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曲线模型少（O2抑制乳酸菌活动）少增加（硝酸盐还原菌的作用）最多（乳酸抑制其他菌活动）增多下降（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，抑制其活动）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）泡菜发酵过程中，乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的含量变化进一步探究泡菜腌制过程中会有亚硝酸盐产生，如果人体摄入过量亚硝酸盐，会发生中毒，甚至死亡。膳食中的亚硝酸盐一般不会危害人体健康，但是，当人体摄入的亚硝酸盐总量达到0.3～0.5g时，会引起中毒，当摄入总量达到3g时，会引起死亡。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(适宜的pH、温度和一定的微生物作用)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。氧化维生素C、E和酚类物质亚硝胺硝酸盐亚硝酸盐还原细菌等微生物(硝酸还原菌产生硝酸还原酶)进一步探究——测定亚硝酸盐在盐酸酸化条件下，亚硝酸盐与对氨基苯磺酸发生重氮化反应后，再与N-1－萘基乙二胺盐酸盐结合生成玫瑰红溶液。将经过反应显色后的待测样品与标准液比色，即可计算出样品中的亚硝酸盐含量。亚硝酸钠标准显色液实验原理：比色法问题：自制葡萄酒储存不当会变酸，这是什么原因导致的？你有办法让葡萄酒尽量不变酸吗？清水洗，再去除枝梗和腐烂籽粒，沥干发酵瓶、榨汁机洗净，消毒，晾干备用盖盖，18~30℃发酵，每12h拧松瓶盖一次，再拧紧。发酵10~12天。通过发酵瓶口取样检测发酵情况。榨取葡萄汁，装入发酵瓶中，留1/3空隙3.榨汁1.准备葡萄2.准备发酵瓶等4.酒精发酵打开瓶盖，盖上纱布。30~35℃发酵7~8天5.醋酸发酵问题：传统发酵中，酵母菌和醋酸菌来自哪里？探究·实践——配制果酒和果醋二、尝试制作传统发酵食品传统发酵技术中利用了天然存在的菌种。菌种差异、杂菌情况不明和发酵过程控制缺乏标准，会造成食品品质不一。未缩短发酵实践，确保品质稳定，工业上通过纯培养物进行发酵。有3位同学分别采用了3种不同的发酵装置来制作果醋。A同学用的是带盖的塑料瓶；B同学用的是没有盖的塑料瓶，在发酵过程中无盖的瓶口一直由捆绑在瓶口的8层纱布覆盖；C同学则设计了如右图所示的发酵装置。结合果醋的制作原理，你认为哪一种发酵装置更适合制作果醋？该如何使用？你还