(共33张PPT)
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。
3.1.1 传统发酵技术的应用
“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?
从社会中来
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
3.1.1.1 发酵与传统发酵技术
发酵是指人们利用微生物,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
糖类→乙醇(特殊香味、可用于防腐)
糖类→乳酸(特殊味道、可用于防腐)
蛋白质→小分子肽和氨基酸(类似高汤的鲜味)
3.1.1.1 发酵与传统发酵技术
霉豆腐(毛霉)
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、制作食品的技术一般称为传统发酵技术
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
3.1.1.1 发酵与传统发酵技术
3.1.1.2 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℃
3.1.1.2 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
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
探究实践
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?
探究实践
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
创造有利于乳酸菌生长繁殖的条件,使其快速成为优势菌群,进行乳酸发酵。
探究实践
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:
为什么泡菜盐水的盐浓度那么高?
泡菜盐水为什么要煮沸、冷却?
探究实践
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
说明:
切成条状或快块状有利于乳酸菌和菜料充分接触。
探究实践
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:
为什么蔬菜不能装满坛?盐水为什么要没过菜料?
为什么要盖坛,并向坛盖边沿的水槽注水?
探究实践
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:
怎么追踪发酵过程中蔬菜色泽、酸度、亚硝酸盐含量的变化?
探究实践
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:
若用陈泡菜水制作泡菜,是否还需要煮沸?是否还需要特别高浓度的盐水(咸到齁人)?
探究实践
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
说明:
乳酸菌逐渐成为发酵过程的优势菌群,这是因为乳酸菌耐盐、耐无氧、耐一定的酸度。高浓度的食盐、无氧环境和乳酸抑制了杂菌的生长繁殖。
探究实践
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
说明:
家庭自制泡菜时,一般直接把香辛料放在泡菜水中一并加入。
探究实践
榨取葡萄汁,装入发酵瓶中,留1/3空隙
3.榨汁
清水洗,再去除枝梗和腐烂籽粒,沥干
1.准备葡萄
发酵瓶、榨汁机洗净,消毒,晾干备用
2.准备发酵瓶等
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。
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
榨取葡萄汁,装入发酵瓶中,留1/3空隙
3.榨汁
清水洗,再去除枝梗和腐烂籽粒,沥干
1.准备葡萄
发酵瓶、榨汁机洗净,消毒,晾干备用
2.准备发酵瓶等
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。
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
创造有利于酵母菌(醋酸菌)生长繁殖的条件,使其快速成为优势菌群,进行酒精发酵(醋酸发酵)。
探究实践
榨取葡萄汁,装入发酵瓶中,留1/3空隙
3.榨汁
清水洗,再去除枝梗和腐烂籽粒,沥干
1.准备葡萄
发酵瓶、榨汁机洗净,消毒,晾干备用
2.准备发酵瓶等
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。
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:
为什么不先清洗再去除枝梗?能不能多次清洗把葡萄洗的特别干净?
探究实践
榨取葡萄汁,装入发酵瓶中,留1/3空隙
3.榨汁
清水洗,再去除枝梗和腐烂籽粒,沥干
1.准备葡萄
发酵瓶、榨汁机洗净,消毒,晾干备用
2.准备发酵瓶等
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。
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:
为什么发酵平和榨汁机要洗净、消毒呢?
探究实践
榨取葡萄汁,装入发酵瓶中,留1/3空隙
3.榨汁
清水洗,再去除枝梗和腐烂籽粒,沥干
1.准备葡萄
发酵瓶、榨汁机洗净,消毒,晾干备用
2.准备发酵瓶等
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。
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:
为什么发酵瓶要留有1/3的空隙(至少从两个方面作答)?
探究实践
榨取葡萄汁,装入发酵瓶中,留1/3空隙
3.榨汁
清水洗,再去除枝梗和腐烂籽粒,沥干
1.准备葡萄
发酵瓶、榨汁机洗净,消毒,晾干备用
2.准备发酵瓶等
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。
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:
在未产生酒精之前,需要保证发酵瓶壁和瓶口不要附着葡萄汁,否则容易滋生杂菌导致发酵失败。
探究实践
榨取葡萄汁,装入发酵瓶中,留1/3空隙
3.榨汁
清水洗,再去除枝梗和腐烂籽粒,沥干
1.准备葡萄
发酵瓶、榨汁机洗净,消毒,晾干备用
2.准备发酵瓶等
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。
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:
为什么发酵时需要拧松瓶盖?发酵早期,拧松瓶盖的频率较高,最后甚至不需要拧松瓶盖,又是为什么?
探究实践
榨取葡萄汁,装入发酵瓶中,留1/3空隙
3.榨汁
清水洗,再去除枝梗和腐烂籽粒,沥干
1.准备葡萄
发酵瓶、榨汁机洗净,消毒,晾干备用
2.准备发酵瓶等
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。
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:
可以用酸性重铬酸钾检测酒精的生成情况吗?
你准备怎么检测酒精的生成情况?
探究实践
榨取葡萄汁,装入发酵瓶中,留1/3空隙
3.榨汁
清水洗,再去除枝梗和腐烂籽粒,沥干
1.准备葡萄
发酵瓶、榨汁机洗净,消毒,晾干备用
2.准备发酵瓶等
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。
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:
为什么醋酸发酵时需要打开瓶盖,盖上纱布,同时需要调高发酵温度?
探究实践
榨取葡萄汁,装入发酵瓶中,留1/3空隙
3.榨汁
清水洗,再去除枝梗和腐烂籽粒,沥干
1.准备葡萄
发酵瓶、榨汁机洗净,消毒,晾干备用
2.准备发酵瓶等
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。
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
说明:
鲜榨葡萄的汁pH为酸性会杀死不耐酸的杂菌;发酵时的无氧条件会抑制需氧型杂菌;发酵产生的酒精也能抑制杂菌。前期的有氧呼吸则有利于酵母菌快速繁殖。
探究实践
榨取葡萄汁,装入发酵瓶中,留1/3空隙
3.榨汁
清水洗,再去除枝梗和腐烂籽粒,沥干
1.准备葡萄
发酵瓶、榨汁机洗净,消毒,晾干备用
2.准备发酵瓶等
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。
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
说明:
自制葡萄酒时,人们甚至不榨汁,直接把葡萄粒装入饮用水桶发酵。
探究实践
榨取葡萄汁,装入发酵瓶中,留1/3空隙
3.榨汁
清水洗,再去除枝梗和腐烂籽粒,沥干
1.准备葡萄
发酵瓶、榨汁机洗净,消毒,晾干备用
2.准备发酵瓶等
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。
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:
单向排气密封排气阀为什么能排二氧化碳,又能阻止氧气和杂菌?
3.1.1.2 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