生物技術與工程發酵工程基因工程重組DNA技術的基本工具傳統發酵技術的運用

選擇性必修3《生物技術與工程》細胞工程生物技術的安全性與倫理問題微生物的培養技術及運用動物細胞工程植物細胞工程基因工程的基本操作程序基因工程的運用蛋白質工程的原理和運用轉基因產品的安全性發酵工程及其運用胚胎工程關注生殖性克隆人、禁止生物武器第1章

發酵工程人教版

選擇性必修三科技探索之路：從傳統發酵技術到發酵工程科學家發現了酶在酵母菌發酵中的作用，之后微生物的分離和純化技術得到了應用。開始向半固體發酵和液體發酵演變。手工生產向近代工業化生產方向發展。1897年用微生物生產谷氨酸獲得成功，人工誘變特定微生物；酶制劑、多糖、維生素發酵工業興起。1957年科學家開始運用數學、動力學、化學工程原理以及計算機技術對發酵過程進行綜合研究，以更加合理地控制發酵過程。20世紀80年代以后法國微生物學家巴斯德通過實驗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。1857年利用發酵工程大規模生產青霉素，隨著鏈霉素、金霉素和土霉素等抗生素的發現及生產，抗生素發酵工業興起。20世紀40年代基因工程、細胞工程等發展，發酵工程進入定向育種的新階段。人胰島素和干擾素大量生產。20世紀70年代以后190019401960185019801970約9000年前我們祖先就會利用微生物將谷物、水果發酵為含酒精的飲料。后來還利用自然發酵或曲種傳代的方法生產其他食品，如醬油、醋等。第1節

傳統發酵技術的運用（第一課時）本節聚焦：什么是傳統發酵技術？制作泡菜、果酒和果醋的原理是什么？怎樣制作泡菜？怎樣制作果酒和果醋？

約9000年前，我們的祖先就會利用微生物將谷物、水果等發酵成含酒精的飲料。夏禹時期，已有了關于少康（即杜康）造秫酒的傳說。

人類最初可能是發現儲存的水果會自然發酵變成酒，因而逐漸摸索出釀酒技術的。

釀酒技術給古代人民的生活增添了豐富的色彩。我國具有悠久的釀酒文化和歷史，許多古老的釀酒工藝一直保留并延續至今。漢代磚刻上的釀酒圖我國古代釀酒作坊的繪畫作品一、發酵與傳統發酵技術

1857年，法國的微生物學家巴斯德通過實驗證明，酒精發酵是由活的酵母菌引起的。

此后，人們才開始了解發酵的本質。酵母菌巴斯德一、發酵與傳統發酵技術補充與回顧：必修一P79頁“關于酶本質的探索”請同學們自主閱讀教材P5，小組合作思考討論完成問題。

一、發酵與傳統發酵技術1.請列表比較發酵與傳統發酵技術的異同。2.請思考乳腐制作的菌種是什么？原理及過程。3.每年進行同樣的操作，但是每年制作的腐乳或豆瓣醬的口感都不完全相同，有些年份甚至制作不成功，你知道這是為什么嗎？4.使用酵母制作饅頭屬于傳統發酵技術嗎？（1）概念:是指人們利用_______，在_____的條件下，將原料通過_______________轉化為人類所需要的產物的過程微生物適宜微生物的代謝1.發酵（fermentation）①主要材料——微生物②適宜的條件④微生物的代謝③原料⑤產物9一、發酵與傳統發酵技術（1）概念:是指人們利用_______，在_____的條件下，將原料通過_______________轉化為人類所需要的產物的過程微生物適宜微生物的代謝1.發酵（fermentation）原核生物界細菌放線菌①主要材料——微生物②適宜的條件④微生物的代謝③原料⑤產物乳酸桿菌醋酸桿菌大腸桿菌原生生物界變形蟲草履蟲衣藻真菌界酵母菌毛霉青霉菌10藍藻（藍細菌）、支原體、衣原體一、發酵與傳統發酵技術（1）概念:是指人們利用_______，在_____的條件下，將原料通過_______________轉化為人類所需要的產物的過程微生物適宜微生物的代謝1.發酵（fermentation）①主要材料——微生物②適宜的條件④微生物的代謝③原料⑤產物溫度、pH、濕度、氧氣等11同化作用（合成代謝，形成有機物貯存能量）異化作用（分解代謝，釋放能量）自養（光能合成、化能合成）、異養需氧型、厭氧型、兼性厭氧型。e.g.酒精：富含糖，如高粱；醬油：富含蛋白質，如大豆一、發酵與傳統發酵技術（1）概念:是指人們利用_______，在_____的條件下，將原料通過_______________轉化為人類所需要的產物的過程微生物適宜微生物的代謝1.發酵（fermentation）①主要材料——微生物②適宜的條件④微生物的代謝③原料⑤產物酒精、醋酸、氨基酸、抗生素、蛋白質（酶制劑、干擾素、胰島素等)、微生物菌體本身12一、發酵與傳統發酵技術（1）概念:（2）原理：是指人們利用_______，在_____的條件下，將原料通過_____________轉化為人類所需要的產物的過程。微生物適宜微生物的代謝_____________________________________________，因此利用它們即可以生產出人們所需要的多種產物。不同的微生物具有產生不同代謝產物的能力1.發酵（fermentation）13（3）類型：好氧發酵、厭氧發酵一、發酵與傳統發酵技術混合菌種一、發酵與傳統發酵技術直接利用原材料中天然存在的微生物，或利用前一次發酵保留下來的面團、鹵汁等發酵物中微生物進行發酵，制作食品的技術。(自然發酵、曲種傳代）（1）概念：（2）類型：固體發酵（

）半固體發酵（

）泡菜、糧食白酒、腐乳等豆豉、醬、醬油等

2.傳統發酵技術（3）實例：腐乳、泡菜、果酒果醋思考：使用酵母粉制作饅頭屬于傳統發酵技術嗎？ A.是 B.不是14（3）實例：腐乳①原料：含水量為70%的豆腐。直接利用原材料中天然存在的微生物。②參與發酵的微生物，如________、______和______等，其中起主要作用的是______。酵母菌曲霉毛霉毛霉豆腐上的白毛—毛霉匍匐菌絲直立菌絲特點：代謝類型：生殖類型：適宜溫度：分布廣泛,具有發達的菌絲異養需氧型孢子生殖15-18℃蛋白質小分子肽+氨基酸蛋白酶①原料：含水量為70%的豆腐。直接利用原材料中天然存在的微生物。②參與發酵的微生物，如________、______和______等，其中起主要作用的是______。味道鮮美，易于消化吸收，又便于保存。脂肪甘油+脂肪酸脂肪酶酵母菌曲霉毛霉毛霉③發酵原理：④特點：（3）實例：腐乳直接利用空氣中的毛霉孢子或者直接接種毛霉（15-18℃，一定濕度）目的：讓毛霉等產生蛋白酶和脂肪酶加鹽腌制目的：析出豆腐中的水分、抑制不需要的微生物生長加鹵湯瓶鹵湯包括酒和香辛料酒：抑制微生物生長，并使腐乳具有獨特香味；香辛料：調味，防腐殺菌密封腌制鹵湯中酒的含量應控制在12%左右，過高會延長腐乳成熟的時間，過低不足以抑制微生物生長，可能導致豆腐腐敗方法：隨豆腐層數加高增加鹽用量，接近瓶口表面，鋪厚一點前期發酵后期發酵⑤操作步驟：讓豆腐長出毛霉制腐乳坯含水量70%左右為宜，含水量過高不易成形，過低不利于毛霉生長問題1:每年進行同樣的操作，但是每年制作的腐乳或豆瓣醬的口感都不完全相同，有些年份甚至制作不成功，你知道這是為什么嗎？生產條件不易控制，容易受雜菌污染，生產效率較低等。問題2:使用酵母制作饅頭屬于傳統發酵技術嗎？不屬于；使用前一次發酵保存下來的面團進行的才算。例如：直接利用空氣中毛霉孢子制作腐乳屬于傳統發酵技術，

若直接接種毛霉，則不屬于。思考：----傳統發酵技術的缺點優點：操作簡單，適用于家庭式或作坊式生產，它是文化的傳承。1.下列關于傳統發酵技術的敘述，錯誤的()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.傳統飲食中的醬油、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練一練2.下列關于腐乳制作原理的敘述，錯誤的是()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練一練二、嘗試制作傳統發酵食品同學們自主閱讀教材P6~7，小組合作思考討論完成問題。

1.在泡菜制作過程中鹽水煮沸的目的是什么？冷卻的目的是什么？2.為什么泡菜壇只能裝八成滿？3.用水密封泡菜壇的目的是什么？這說明泡菜制作需要什么條件？4.發酵初期會有氣泡冒出，但氣泡的產生逐漸停止，試分析原因？5.泡菜發酵過程中，乳酸菌、乳酸和亞硝酸鹽的含量變化。二、嘗試制作傳統發酵食品（1）乳酸發酵：1.菌種：乳酸菌（原核生物）

乳酸鏈球菌（球狀）

乳酸桿菌（桿狀）2.發酵原理：在無氧的情況下能將葡萄糖分解成乳酸C6H12O62C3H6O3（乳酸）+能量酶③代謝類型：①常見分類：②分布：④應用：異養厭氧型空氣、土壤、植物體表、人或動物腸道乳酸鏈球菌、乳酸桿菌乳制品的發酵、泡菜的腌制傳統發酵食品的相關菌種（2）酒精發酵：1.菌種：酵母菌（單細胞真核）2.原理：在有氧條件下酵母菌進行有氧呼吸，大量繁殖。C6H12O6+6O2+6H2O6CO2+12H2O+能量酶在無氧條件下酵母菌能進行酒精發酵C6H12O6

2C2H5OH（酒精）+2CO2+能量酶③代謝類型：⑤發酵溫度：②分布：⑥應用：異養兼性厭氧型（真核生物）含糖量較高的蔬菜、水果表面釀酒酵母的最適生長溫度約為28℃釀酒、制作饅頭和面包

果酒①常見種類：釀酒酵母④最適生長溫度：18~30℃（3）醋酸發酵：1.菌種：醋酸菌（原核生物）①分布：③最適生長溫度或發酵溫度：④運用：2.發酵原理：當氧氣、糖源充足時能將糖分解成乙酸當缺少糖源時能將乙醇轉化成乙醛，再將乙醛變成乙酸醋酸菌（視頻）異養需氧型可用于制作各種風味的醋。30～35℃。“糖制醋”“酒制醋”C6H12O6＋2O2

2CH3COOH（乙酸）＋2CO2＋2H2O+能量酶酶C2H5OH

＋O2

CH3COOH（乙酸）＋H2O+能量②代謝類型：空氣（一）泡菜的制作（1）原理：植物體表面的天然的乳酸菌來進行發酵，在無氧的條件下，乳酸菌將糖分解為乳酸。發酵期間，乳酸不斷積累，當它的質量分數為0.4%—0.8%時，泡菜的口味和品質最佳。（2）材料用具：食鹽、清水、新鮮蔬菜、蒜瓣、生姜及其它香辛料、泡菜壇或其它密封性良好的罐子等。亞硝酸鹽的含量低，營養物質豐富。如何制作傳統發酵食品（放置時間太長，亞硝酸鹽的含量會相對較高）

蔬菜中含有硝酸鹽，但在微生物（硝酸鹽還原菌）的作用下會被還原為亞硝酸鹽。亞硝酸鹽為強氧化劑，能夠把血液中的低鐵血紅蛋白轉變為高鐵血紅蛋白，從而導致缺氧性中毒癥狀。在泡菜的腌制過程中會有亞硝酸鹽產生。一般不會危害人體健康。但是，總量達到0.3～0.5g時會引起中毒；達到3g時會死亡。①亞硝酸鹽

在適宜的pH、溫度和一定的微生物作用下，亞硝酸鹽會轉化為亞硝胺。亞硝胺具有致癌作用，對動物具有致畸和致突變作用。②亞硝胺氧化維生素C、E和酚類物質亞硝胺硝酸鹽亞硝酸鹽還原細菌等微生物(硝酸鹽還原菌產生硝酸鹽還原酶)(強致癌物)知識拓展28配制鹽水蔬菜處理裝壇加鹽水封壇發酵過高：乳酸發酵受抑制，泡菜風味差；過低：雜菌易繁殖，導致泡菜變質。殺菌、除氧泡菜發酵初期，大腸桿菌、酵母菌等較為活躍，產生較多的CO2，防止發酵液溢出壇外；防止因太滿使鹽水未完全淹沒菜料而導致菜料變質腐爛；留有一定空間，方便拿取泡菜。將新鮮蔬菜洗凈，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，繼續裝至八成滿；創造無氧環境將冷卻好的鹽水緩緩倒入壇中，使鹽水沒過菜料，蓋好壇蓋；向壇蓋邊緣的水槽中注滿水，在發酵過程中注意向水槽中補充水；根據室內溫度控制發酵時間；不影響乳酸菌的生命活動用清水和食鹽配制質量百分比為5%-20%的鹽水，并將鹽水煮沸，冷卻待用；（3）泡菜制作步驟：發酵時期乳酸菌乳酸亞硝酸鹽發酵初期發酵中期發酵后期曲線模型