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发酵与传统发酵技术
果酒和果醋的制作
泡菜的制作
第一章 发酵工程
03
02
01
“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。 ” 葡萄酒和葡萄醋是人类以葡萄为原 料利用微生物发酵制作而来的,它们 的制作方法有什么不同?你想不想自
葡萄及葡萄酒
己动手制作呢?
从社会中来
约9000年前
我们的祖先就会利用微生物 (酵母菌) 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 他食品,如酱油、醋、豆豉、腐 乳和酸奶等。
这种传统的发酵技术( 自然 发酵和曲种传代发酵) 促进了中 华名族特有的饮食文化的形成, 但在几千年的时间里人们并不明 白其中的原理。
3000年前古埃及人采摘葡萄酿酒场景的壁画
科技探索之路
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。
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
科技探索之路
酒精发酵的本质:酵母菌细胞中的酿酶将糖类 通过发酵变成酒精和CO2。
1857年,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,从
而将酵母菌与发酵联系起来。 术得到了应用,发酵生产的工艺和设备
20世纪40年代,利用发酵工程大 规模生产青霉素成为研究的主攻方向。 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 深层通气液体发酵技术,使青霉素的 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 及生产,抗生素发酵工业兴起。(发 酵工程大规模生产抗生素阶段)
1957年,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(诱变育种选育菌种) 。之后,酶制剂、多糖、维生素发 酵工业相继兴起。
科技探索之路
20世纪70年代后,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(基因工程、 细胞工程等方法定向培育菌种)。
例如运用基因工程可以将动植 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 产人们所需要的产品,如人胰岛素、 干扰素等。
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 (现代生物技术和计算机技术高度 结合的现代工业发酵)。目前,人 类已经能够自动记录和控制发酵过 程的全部参数。
科技探索之路
从社会中来
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?
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。
葡萄及葡萄酒
陈醋
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
一、发酵与传统发酵技术
酱油
葡萄酒
泡菜
啤
酒
的分离和提纯等方面。
豆豉
辣白菜
毛豆腐
发面团
腐乳
酸奶
1.发酵
⑴概念: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。
⑵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
它们既可以生产出人们所需要的多种产物。
对微生物而言, “发酵”在有氧和无氧条件下都能进行。
必修一中提到的发酵特指“微生物的无氧呼吸”,是狭义的发酵概念。
一、发酵与传统发酵技术
醋酸发酵
酒精发酵、乳酸发酵
好氧发酵
厌氧发酵
⑶类型:氧气需求
2.传统发酵技术
⑴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。
⑵类型:{ 酵 (泡 )
⑶实例:腐乳
①原料: 豆腐
②参与发酵的微生物: 酵母菌、曲霉和毛酶等,其中起主要作用的是毛霉。
③发酵原理: 经过微生物的发酵,豆腐中的蛋白质被分解成小分子的肽和
氨基酸。 微生物还可以产生脂肪酶,将脂肪分解为脂肪酸和甘油。
)
等
油等
腐乳
酱
酒、
酱、
食白
豉、
粮
(豆
菜、
半固体发
固体发酵
一、发酵与传统发酵技术
加卤汤瓶
酒:抑制微生物生长,并使腐乳具有 独特香味;
香辛料:调味,防腐杀菌
卤汤包括 酒和香辛料
卤汤中酒的含量应控制在12%左右,过高会延长腐乳成熟的 时间,过低不足以抑制微生物生长,可能导致豆腐腐败。
一、发酵与传统发酵技术
方法:随豆腐层数加高 增加盐用量,接近瓶口 表面,铺厚一点
让豆腐长 出毛霉
直接利用空气中的毛霉 孢子或者直接接种毛霉 (15-18℃ , 一定湿度)
目的:析出豆腐中 的水分、 抑制不需 要的微生物生长
目的:让毛霉等产生
蛋白酶和脂肪酶
密封腌制
加盐腌制
④制作流程
1.制作泡菜微生物—— 乳酸菌
⑴生物类型: 原核生物
⑵新陈代谢类型: 异养厌氧型
⑶种类: 乳酸链球菌、乳酸杆菌等
⑷分布:
在自然界分布广泛,空气、土壤、植物体表、人或动物的肠道。
⑸代谢过程: 在无氧的情况下能将葡萄糖分解成乳酸
二、尝试制作传统发酵食品:制作泡菜
C6H12O6 酶 > 2C3H6O3 (乳酸) +能量
2.泡菜坛的选择
⑴选择标准:
选择火候好、无裂纹、无
砂眼、坛沿深、盖子吻合 的泡菜坛。
⑵检查方法:
坛口向上,压入水中,看坛内壁有无渗水现象。
⑶泡菜坛子使用之前要检查密封性的目的:
给泡菜坛内创造无氧环境,严格控制厌氧条件。
坛沿深、盖子 吻合好
无裂纹、无砂眼
火候好
将新鲜蔬菜(如萝卜、黄瓜和豌豆等) 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。
向坛盖边沿的 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。
将冷却好的盐水缓缓倒入坛中,使 ,
用清水和食盐配制质量分数为 并将盐水煮沸,冷却待用。 5%-20%
的盐水,
过高:乳酸发酵受抑制,泡菜风味差;
过低:杂菌易繁殖,导致泡菜变质。
原料处理 蔬菜装坛
盖好坛盖。 创造无氧环境
配制盐水
加盐水
封坛发酵
盐水没过全部菜料
3.方法步骤
二、尝试制作传统发酵食品:制作泡菜
泡菜制作中的注意事项
①在泡菜发酵初期,由蔬菜表面带入的大肠杆菌、酵母菌等 较为活跃,它们可以进行发酵,发酵产物中有较多的二氧化碳, 如果泡菜坛装的太满,发酵液可能会溢出坛外。
②另外,泡菜坛装的太满,会使盐水不太容易完全淹没菜料, 从而导致坛内菜料变质腐烂。
③泡菜坛留有一定的空间,也更方便拿取泡菜。
4.结果分析与评价
⑴用水密封泡菜坛的目的是什么?这说明泡菜
二、尝试制作传统发酵食品:制作泡菜
给泡菜坛内创造无氧环境
⑵为什么泡菜坛只能装八成满?
制作需要什么条件?
无氧条件
⑶从开始制作到泡菜质量最佳这段时间内,泡菜逐渐变酸,泡
菜坛中乳酸菌和其他杂菌的消长规律是什么?原因?
乳酸菌数量增多,杂菌数量减少;
因为乳酸菌比其他杂菌更耐酸。
⑷泡菜制作过程中影响亚硝酸盐含量的因素有哪些?
温度高低,腌制方法,时间长短,食盐用量等。
二、尝试制作传统发酵食品:制作泡菜
5.进一步探究
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。
⑴亚硝酸盐
亚硝酸盐为强氧化剂,能够把血液中的低铁血红蛋白转
变为高铁血红蛋白,从而导致缺氧性中毒症状。
膳食中的绝大部分亚硝酸盐随尿排出,但在适宜的pH、
温度和一定的微生物作用下会转变成致癌物质亚硝胺(霉变的 食品中亚硝胺可增至数十倍至数百倍)。
二、尝试制作传统发酵食品:制作泡菜
⑵亚硝胺的毒性
动物实验表明: 亚硝胺具有致癌作用,对动物具有致畸
和致突变作用。研究表明:人类的某些癌症与亚硝胺(化学 致癌因子)有关。
⑶亚硝胺生成
细菌等微生物 (硝酸还原菌产生硝酸还原酶)
硝酸盐 亚硝酸盐 亚硝胺
在适宜的pH、温度和一
维生素C、E和酚类物质 硝酸盐会转化为亚硝胺
化
原
氧
还
二、尝试制作传统发酵食品:制作泡菜
定的微生物作用下, 亚
发酵时期 乳酸菌 乳酸
亚硝酸盐
发酵初期 少(有氧气,乳酸菌的活 动受到抑制) 少
增加(硝酸盐还原菌的作用)
发酵中期 最多 (乳酸抑制其他菌活动) 积累、 增多、 pH下降
下降(硝酸盐还原菌受抑制,
部分亚硝酸盐被分解)
发酵后期 减少(乳酸继续积累, pH 继续下降,抑制其活动) 继续增多, pH继续下降
下降至相对稳定(硝酸盐还原 菌被完全抑制)
曲线模型
⑷泡菜制作过程中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐含量的变化情况分析
1.制作果酒微生物——酵母菌
⑴生物类型: 单细胞真菌
⑵分布: 在一些含糖量较高的水果、蔬菜表面。
⑶新陈代谢类型: 异养兼性厌氧型
⑷生产应用: 可用于酿酒、制作馒头和面包等。
⑸影响因素: 温度是影响酵母菌生长的重要因素, 酿酒酵母的
最适生长温度约为28℃。
⑹代谢过程:
二、尝试制作传统发酵食品:制作果酒和果醋
2C2H5OH(酒精)+2CO2+能量
C6H12O6
酶
>
⑷生产应用: 可用于制作各种风味的醋。
⑸最适生长温度: 多数醋酸菌的最适生长温度为30—35 ℃。
⑹代谢过程: C6H12O6+2O2 酶 2CH3COOH(醋酸)+2H2O+2CO2+能量 C2H5OH+O2 酶 CH3COOH(醋酸)+H2O+能量
当O2、糖源都充足时,将糖分解成乙酸;
当缺少糖源时则将乙醇转化为乙醛,再将乙醛变为乙酸。
2.制作果醋微生物——醋酸菌
⑴生物类型: 好氧细菌
⑵新陈代谢类型: 异养需氧型
⑶代谢特点:
二、尝试制作传统发酵食品:制作果酒和果醋
微生物繁殖方式和代谢特点
菌种 生物 代谢 适宜 繁殖 发酵对氧 名称 分类 类型 温度 方式 的需求
乳酸菌 原核生物 异养厌氧 18—20℃ 二分裂 密闭不需氧 酵母菌 真核生物 异养 兼性厌氧 18—30℃ 出芽生殖 前期需氧, 后期不需氧 醋酸菌 原核生物 异养需氧 30—35℃ 二分裂 一直需氧 项目 果酒制作
果醋制作
发 酵 菌 种 来源 附着在葡萄皮上的野生型 酵母菌
人工接种醋酸菌
生物类型 单细胞真核生物
单细胞原核生物
繁殖方式 出芽生殖、孢子生殖
二分裂生殖
代谢类型 异养兼性厌氧型
异养需氧型
3.制作原理: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, 在它们作用下, 水果可以发酵成果酒。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。
二、尝试制作传统发酵食品:制作果酒和果醋
⑴70%的酒精的作用: 消毒
⑵冲洗葡萄的目的:
去除表面灰尘、污物。
⑶冲洗1-2次即可,能否 反复冲洗,为什么?
不能,防止野生菌种数量 减少,影响发酵。
⑷为什么去梗前冲洗:
避免葡萄破损,减少被杂 菌污染的机会。
冲洗葡萄
取新鲜葡萄,用清水冲洗1-2 次,再去除枝梗和腐烂的籽粒, 沥干。
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。
器具消毒
4.方法步骤
V
⑸葡萄汁装入发酵瓶时,
为何要留有1/3的空间?
①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。
②防止发酵过程中产生的
CO2造成发酵液溢出。
⑹每隔12h左右将瓶盖拧
松一点的目的:
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。
冲洗葡萄
取新鲜葡萄,用清水冲洗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。
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。
排出产生的CO2气体。
⑺拧松但不打开的目的:
防止杂菌污染。
器具消毒
4.方法步骤
⑻如何检测果酒的发酵情况
(检测是否产生酒精)?
①闻; ②品尝; ③用酸性条件下的 重铬酸钾溶液检测橙色→灰绿色。
⑼醋酸菌从何而来?
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 利用乙醇)而不能繁殖。
①闻; ②品尝;
③使用pH试纸检测检测和比较发酵前后的pH值; ④观察醋酸菌膜是否形成;
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。
可通过从发酵瓶口取样来 对发酵的情况进行检测。
⑽如何检测果醋的发酵情况?
果酒检测
果醋检测
4.方法步骤
制作果酒与果醋的比较
项目 果酒 果醋
发 温度 18~30 ℃ 30~35 ℃
酵 时间 10~12 d 7~8 d
条 氧气 前期需氧,后期无氧 一直需要充足氧气
件 pH 酸性 酸性
检测 酒精与酸性的重铬酸钾溶液反应呈现灰绿色 反应液pH下降
联系 醋酸发酵可以在酒精发酵的基础上进行,酒精发酵为醋酸发酵提供原料。
在果酒和果醋的发酵过程中,酵母菌进行有氧呼吸的目的是使酵母菌大
量繁殖。 醋酸菌是异养需氧菌,对氧气的含量非常敏感,当进行深层发酵 时,即使只是短时间中断通入氧气,也会引起醋酸菌的死亡。
结构 用法或作用 制作果酒
制作果醋
充气口 关闭,制造无氧环境进行酒精发酵
连接充气泵充入无菌空气
排气口 打开,排出酒精发酵产生的CO2
打开,排出醋酸发酵产生的CO2
出料口 均可用来取样检测微生物的数量、发酵液的pH等,并放出发酵液
2.该装置还能继续改进吗?
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。
果酒发酵与果醋发酵的装置比较
1.为什么排气口胶管长而弯曲?
防止空气中微生物的污染。
本节知识回扣
1.什么叫发酵? 2.参与腐乳发酵的微生物有?起主要作用的微生物是?
3.什么叫传统发酵?传统发酵主要分为哪两种?
4.参与泡菜发酵的微生物是?分为哪两类?代谢类型?
5.泡菜制作的原理?反应式?
6.制作泡菜的的盐水浓度?为什么要煮沸?为什么煮沸后要冷却待用?
7.为什么制作泡菜时,坛中的原料一般装八成满?
8.为什么制作泡菜时,盐水要没过全部菜料?坛盖边缘的水槽要注满水?
9.酵母菌的代谢类型?果酒制作的原理?两个反应式?
10.家里制作果酒时,酵母菌来自哪里?
11.制作果汁时,什么时期去除枝梗和腐烂的籽粒?
12.榨取的葡萄汁在装瓶时要留有大约1/3的空间,为什么?
13.制作果酒的发酵过程中,温度控制在什么范围?酿酒酵母的最适生长温 度为多少? P6,14.醋酸菌的代谢类型?果醋制作的原理?两个反应式?
15.制作果醋时的发酵温度控制在什么范围?