1.1传统发酵技术的应用

目录/CONTENTS01发酵工程02细胞工程03基因工程04生物技术的安全性与伦理问题

发酵工程是指利用微生物的特定功能,通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品。它涉及菌种的选育和培养、产物的分离和提纯等方面。第1章发酵工程从传统发酵技术到发酵工程科学家发现了酶在酵母菌发酵中的作用。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。1857年利用发酵工程大规模生产青霉素，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190019401960185019801970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。【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、耐人寻味的酒，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？1.1传统发酵技术的应用目录：发酵与传统发酵技术1

尝试制作传统发酵食品2一、制作泡菜二、制作果酒和果醋011.发酵（1）概念：（2）原理：不同的微生物具有产生不同代谢物的能力，因此利用它们就可以生产出人们所需要的多种产物。（3）类型：需氧发酵厌氧发酵如：醋酸发酵、谷氨酸发酵如：酒精发酵、乳酸发酵人们利用微生物，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1.腐乳的制作原理是什么？蛋白质小分子肽+氨基酸蛋白酶2.制作腐乳利用了哪些微生物？这些微生物来自哪里？直接利用原材料中天然存在的微生物。2.实例：腐乳的制作阅读教材第5页，回答下列问题：多种微生物参与了豆腐的发酵，如酵母、曲霉和毛霉等，其中起主要作用的是毛霉。味道鲜美，易于消化吸收，又便于保存。3.腐乳有什么特点？毛霉：代谢类型：生殖方式：丝状真菌异养需氧型孢子生殖（真核生物）让豆腐上长出毛霉加盐腌制加卤汤装瓶密封腌制制腐乳坯4.制作流程含水量70%左右为宜，含水量过高不易成形，过低不利于毛霉生长。利用干棕叶（或稻草）上的毛霉孢子，在15-18℃条件下，让豆腐上长出毛霉加盐可以析出豆腐中的水，使豆腐变硬，盐也能抑制微生物的生长

，避免豆腐块腐败变质。卤汤是由酒（12%）及各种香辛料配置而成，抑制微生物的生长同时使腐乳有独特的香味。3.传统发酵技术（1）概念：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、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术。（2）类型：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。（3）发酵产品：腐乳、酱、酱油、醋、泡菜和豆豉（chǐ）等。【思考】每年进行同样的操作，但是每年制作的腐乳口感都不完全相同，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。（4）缺点：生产效率较低，产物不单一等。（1）发酵是指人们利用微生物，在缺氧的条件下，将原料通过微

生物的代谢转化为人类所需要的产物

（

）（2）毛霉主要通过产生蛋白酶分解蛋白质参与腐乳发酵

（

）（3）腐乳制作利用了毛霉等真菌的有氧呼吸

（

）判断常考语句，澄清易混易错解析现代发酵工程所用大多为单一菌种，有杂菌污染会影响产量，培养基和设备需严格灭菌；而传统发酵技术很难实现单一菌种的利用，B错误。√2.(2021·通化县高级中学高二期中)下列关于腐乳制作原理的叙述，错误的是A.腐乳制作实质就是利用发酵技术，将大分子有机物分解为小分子有

机物的过程B.腐乳制作中，起作用的微生物多为异养型真菌C.传统发酵利用的是天然存在的菌种，所生产食品安全性更高D.家庭自制腐乳时，一般不需单独接种菌种解析传统发酵利用的是天然存在的菌种，没有经过严格的灭菌，所生产食品安全性较低，C错误。√1.乳酸发酵应用的微生物：乳酸菌（1）代谢类型：异养厌氧型（2）作用：在无氧情况下能将葡萄糖分解成乳酸（3）应用：乳制品的发酵、泡菜的腌制二、尝试制作传统发酵食品（原核生物）（4）常见类型：乳酸链球菌、乳酸杆菌C6H12O62C3H6O3（乳酸）酶+能量

乳酸链球菌（球状）乳酸杆菌（杆状）2.酒精发酵酵母菌用于酿酒、制作馒头和面包等（真核生物）异养兼性厌氧型（1）代谢类型：（2）作用：在有氧条件下，酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖在无氧条件下，酵母菌进行酒精发酵（3）应用：（4）最适生长温度：约为28℃酶C6H12O62C2H5OH+2CO2+能量应用的微生物：3.醋酸发酵醋酸菌当氧气、糖源都充足时，将糖分解成乙酸;C6H12O6＋2O22CH3COOH＋2H2O＋2CO2＋能量酶C2H5OH＋O2CH3COOH＋H2O＋能量酶（原核生物）（1）代谢类型：异养需氧型（2）作用：当缺少糖源时，将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变成乙酸可用于制作各种风味的醋（3）应用：（4）最适生长温度：30～35℃应用的微生物：1.用水密封泡菜坛的目的是什么？这说明泡菜制作需要什么条件？2.为什么泡菜坛只能装八成满？

思考·讨论：阅读教材第6页，思考下列问题：1.发酵原理（1）利用

来进行发酵：植物体表面天然的乳酸菌C6H12O62C3H6O3（乳酸）+能量酶（2）发酵期间，乳酸会

，当它的质量分数为_____________时，泡菜的口味、品质最佳；不断积累0.4%-0.8%（3）发酵条件适宜的________；根据室内温度控制发酵时间；严格控制________条件。温度厌氧18～20℃一、制作泡菜2.制作泡菜的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；蔬菜处理、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；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。1.配制盐水时以下物质或操作的作用或目的：①盐的作用：调味、抑制其他微生物生长②盐水浓度要适宜的目的：过高，乳酸发酵受抑制，泡菜风味差；③煮沸的目的：杀菌除氧④冷却的目的：为了不影响乳酸菌的生命活动过低，杂菌易繁殖，导致泡菜变质

思考：（3）用水密封泡菜坛的目的是什么？这说明泡菜制作需要什么条件？给泡菜坛内创造无氧环境无氧条件（2）为什么泡菜坛只能装八成满？①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；②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。③留有一定空间，更方便拿取泡菜。你腌制的泡菜成功吗？色泽如何？口味如何？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。泡菜虽好吃，但不宜多吃，泡菜中亚硝酸盐会危及人体健康。

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，甚至死亡。（1）亚硝酸盐亚硝酸盐为白色粉末，外观与食盐相似，有咸味，易溶于水，可作食品添加剂。

自然界中，亚硝酸盐分布广泛，蔬菜、咸菜、豆粉中均含有。

一般不会危害人体健康。但是，总量达到0.3～0.5g时会引起中毒；达到3g时会死亡。亚硝酸盐含量的测定氧化维生素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)（2）亚硝胺亚硝胺具有致癌作用，对动物具有致畸和致突变作用。

发酵初期，泡菜中微生物生长很快，将蔬菜中硝酸盐还原成亚硝酸盐，蔬菜中酚类物质和维生素C等将亚硝酸盐氧化，总体来说，生成的亚硝酸盐大于被氧化的，亚硝酸盐的含量逐步上升。

微生物代谢活动将氧气消耗殆尽，泡菜坛中的环境不利于乳酸菌以外的其他微生物生长，生成的亚硝酸盐减少。同时，蔬菜中亚硝酸盐含量由于被氧化而减少。因此，亚硝酸盐的含量会逐渐下降并趋于一个相对稳定的数值。

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，你认为该泡菜在什么时间食用比较合适？为什么？在发酵10天后食用比较合适，因为此时亚硝酸盐含量已经降到较低水平。（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？“陈泡菜水”中含有纯度较高的乳酸菌，加入“陈泡菜水”相当于接种乳酸菌。可能是食盐浓度过高、发酵温度过低等原因导致泡菜未能正常发酵。舌尖上的中国——四川泡菜1.《舌尖上的中国》讲述四川泡菜时曾强调“腌泡菜也有大讲究”。下列有关泡菜制作的叙述，正确的是A.泡菜制作过程中食盐用量越低越有利于乳酸菌的生长B.制作泡菜时泡菜坛要密封，主要目的是避免外界杂菌的污染C.蔬菜应新鲜，若放置时间过长，蔬菜中的亚硝酸盐含量会升高D.将配制好的盐水煮沸后冷却待用，冷却的目的是降低水中氧气的含量√解析制作泡菜过程中食盐用量过低易造成杂菌大量繁殖，A错误；制作泡菜时泡菜坛要密封，主要是为乳酸菌的生长繁殖创造无氧条件，B错误；盐水煮沸后冷却的目的是避免高温杀死乳酸菌，D错误。2.(2021·辽宁辽阳市高二期末)下列关于泡菜制作的叙述，不正确的是A.可用体积分数为70%的酒精对泡菜坛进行消毒B.加入“陈泡菜水”能提供菌种C.发酵过程中干物质的量减少D.发酵过程需要保持有氧条件解析乳酸菌是异养厌氧型微生物，发酵过程需要为乳酸菌提供无氧环境，D错误。√3.(2021·山东日照市高二期中)中国酸菜历史悠久，早在北魏的《齐民要术》中就记载了用白菜等原料腌制酸菜的多种方法。酸菜不仅口感好，而且对人体有益。下列说法错误的是A.酸菜制作过程中，主要起作用的微生物是乳酸菌B.制作泡菜时腌制时间过长会引起细菌大量繁殖C.真空包装的酸菜可能会因杂菌污染而发生“胀袋”D.腌制过程中，坛中水分会因蔬菜细胞渗透失水而增多√解析温度过高、食盐用量过低、腌制时间过短，容易造成细菌大量繁殖，而腌制时间过长，由于发酵产物乳酸不断积累，pH降低，不利于细菌大量繁殖，B错误。1234567891011121315161718144.(2021·四川绵阳月考)某人利用乳酸菌制作泡菜，因操作不当导致泡菜腐烂，其原因可能是①密闭缺氧的环境抑制了乳酸菌的生长繁殖②密封不严，氧气抑制了乳酸菌的生长繁殖③密封不严，氧气抑制了其他厌氧微生物的生长繁殖④密封不严，氧气促进了好氧微生物的生长繁殖A.①③ B.②④ C.②③ D.①④解析缺氧环境有利于乳酸菌的生长繁殖，如果密封不严，则会抑制乳酸菌的生长繁殖，促进好氧微生物的生长繁殖，①③错误、②④正确。√01发酵与传统发酵技术目录/CONTENTS一、制作泡菜二、制作果酒和果醋1.为什么果酒发酵瓶要留1/3的空间？2.在果酒发酵过程中，为什么每隔12小时左右将瓶盖拧松一次？

思考·讨论：阅读教材第7页，回答下列问题：二、制作果酒和果醋1.制作果酒的微生物真核生物（1）

菌种来源：（2）

代谢类型：单细胞真菌含糖量较高的水果、蔬菜表面异养兼性厌氧型在有氧条件下，酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖酶酶C6H12O6+6O2+6H2O→6CO2+12H2O+能量C6H12O6→2C2H5OH+2CO2+能量在无氧条件下，酵母菌能进行酒精发酵——酵母菌（4）生产应用：（3）发酵条件：制作果酒时将温度控制在

进行发酵。温度：氧气：制作果酒时，酵母菌先在

的情况下大量繁殖；

后在

下，进行酒精发酵。氧气充足无氧条件18～30℃最适生长温度约为28℃可用于酿酒、制作馒头和面包等酶C6H12O6→2C2H5OH+2CO2+能量2.制作果醋的微生物原核生物——醋酸菌（1）

菌种来源：（2）

代谢类型：空气中的醋酸菌变酸的酒的表面形成的菌膜异养需氧型（3）发酵条件：温度：氧气：将温度控制在

进行发酵。30～35℃需要在充足的氧气条件下醋酸菌对

氧气的含量很敏感，当进行深层发酵时，即使短时间中断通入氧气

，也会引起醋酸菌的

死亡

。（4）发酵原理：①当氧气、糖源充足时：②当缺少糖源时：C6H12O6＋2O2→2CH3COOH＋2CO2＋2H2O酶“糖制醋”将乙醇转变成乙醛，再将乙醛变为乙酸酶C2H5OH＋O2

→

CH3COOH

＋H2O“酒变醋”（5）生产应用：可用于制作各种风味的醋3.制作果酒和果醋的原理许多新鲜水果（如葡萄）的果皮表面附着有大量的不同种类的野生酵母菌。在这些酵母菌的作用下，水果可以发酵成果酒。4.材料用具在有氧的条件下，果酒经醋酸菌的作用还可以进一步发酵成果醋。果酒：C6H12O62C2H5OH

+2CO2+能量酶果醋：C2H5OH

+O2CH3COOH(乙酸)

+H2O+能量酶新鲜的水果、洗洁精、体积分数为70%的酒精、发酵瓶、纱布和榨汁机等。5.果酒和果醋的制作流程挑选葡萄冲洗榨汁酒精发酵醋酸发酵果酒果醋第一步：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

的酒精消毒，晾干备用。70%酒精擦拭的目的是：防止器具的

污染。杂菌第二步：挑选、冲洗葡萄取新鲜葡萄，用清水冲洗

次，再去除枝梗和腐烂的籽粒，沥干。1-2①

（填“能”或“不能”）使用清水多次冲洗或者用酒精擦拭消毒。不能防止葡萄表面的酵母菌菌种被冲洗掉或被杀死。②应先冲洗葡萄，后去除枝梗？避免去除枝梗时引起葡萄的破损，增加杂菌污染的机会。（注意：要留有大约

的空间）第三步：榨汁装瓶用榨汁机榨取葡萄汁，将葡萄汁装入发酵瓶中，盖好瓶盖。1/3①留1/3空间的目的？②盖好瓶盖的目的？先让酵母菌进行有氧呼吸，快速繁殖，耗尽O2后，再进行酒精发酵；防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出。防止杂菌进入，创造发酵环境。第四步：酒精发酵将温度控制在

进行发酵。在发酵过程中，每隔

左右将瓶盖

一次（注意：不是打开瓶盖），此后再拧紧瓶盖。发酵时间为

。可通过从发酵瓶口取样来对发酵的情况进行检测。18～30℃12h拧松10～12d①瓶盖拧松的目的？为了放出

，防止发酵瓶爆裂。②不能拧开的原因？防止

和

进入发酵瓶。CO2O2杂菌排气口充气口出料口①充气口？②排气口？应封闭充气口需要打开，及时排气排气口通过用一个长而弯曲的胶管与瓶身相连目的？是防止空气中

微生物的污染发酵装置巴斯德的鹅颈瓶实验③出料口？用来

取样

检验发酵进程，可以

检验酒味、酒精的含量、进行酵母菌的镜检

等。第五步：醋酸发酵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

，时间为

。30～35℃7～8d①打开瓶盖盖上纱布目的？②该温度条件下，酵母菌代谢

（填“较快”或“缓慢”）。创造

的环境和

菌进入发酵瓶。缓慢有氧醋酸菌①充气口？应连接气泵，输入无菌氧气；②排气口？③出料口？应要及时

打开

；用来

取样

检验发酵进程。6.结果分析与评价（1）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？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CO2；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。如果是用紫色葡萄制作葡萄酒，随着发酵时间的延长，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。果醋发酵过程中一般不会出现气泡，发酵完成时，在发酵液的液面上会出现一层菌膜，这是醋酸菌膜。在制作果酒和果醋的过程中，发酵液分别有哪些变化？（2）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响吗？如果有，如何避免这种影响？果酒制作过程中除了酵母菌，还有乳酸菌、醋酸菌等微生物。乳酸菌可能分解果酒中的糖、甘油、酒石酸等，从而使果酒变质。可以通过调节发酵的温度、果酒的pH等来控制乳酸菌的含量。在有氧的情况下，醋酸菌能把糖分解成醋酸；在缺少糖源的情况下，乙醇便是醋酸菌的碳源和能源，它将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为醋酸。由于醋酸菌在有氧的条件下才能进行旺盛的代谢活动，因此在制作果酒的过程中尽量减少O2含量，可以抑制醋酸菌的生长繁殖。此外，通过调节发酵的温度、果酒的pH等同样可以控制醋酸菌的含量。（3）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、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。（4）醋酸菌从何而来？采用什么措施可以加快果醋的制作？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。我们制作果醋时，可以先买一瓶醋，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（实际上是醋酸菌），用这层薄膜进行接种可以明显缩短制作果醋的时间。在工业上，后期醋的发酵需要人工接种醋酸菌。（5）分析比较果酒、果醋制作中发酵装置图中各结构的作用无菌空气关闭CO2微生物【归纳总结】果酒、果醋制作过程中防止杂菌污染的措施（1）榨汁机、发酵瓶等器具要用洗洁精清洗干净并用体积分数为70%的酒精消毒，晾干。（2）清洗葡萄时要先冲洗后去除枝梗和腐烂的籽粒，以避免除去枝梗时引起葡萄破损，增加被杂菌污染的机会。（3）用带盖的瓶子制作果酒时，每隔12h左右排气时只需拧松瓶盖，不要完全揭开瓶盖。（1）常见的乳酸菌有乳酸链球菌和乳酸杆菌

（

）（2）酿酒酵母的最适生长温度约为28℃（

）（3）当氧气不充足、缺少糖源时，醋酸菌将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为乙酸

（

）（4）制作果醋的温度比制作果酒的温度高

（

）（5）在葡萄酒的制作过程中，采摘的葡萄应反复冲洗，且要先除枝梗再冲洗

（

）判断常考语句，澄清易混易错【到社会中去】少量制作转向大规模生产时，会遇到许多新问题。例如，少量制作果醋时，不需要专门的搅拌装置。而大规模生产果醋时，由于发酵罐容积很大，就需要安装搅拌器，以保障醋酸菌对O2的需求。可见在大规模生产发酵产品时，需要进行更为全面周详的考虑，如考虑原料的来源与选样、菌种的选育与培养、发酵设备的选择、发酵条件的自动化控制、发酵产品的质量控制、成本价格等。自