微生物发酵及其应用

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发酵食品:农副产品的原料利 用发酵方法生产和加工制作的 食品。
2020/4/16
微生物的应用
• 请说出几种发酵食品 • 面酱、腐乳、面包、馒头、酒酿、豆豉、霉干菜、
酸菜、泡菜、酱、酿造食醋、酿造酱油、各种酒类 、酸奶、奶酪
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微生物的应用
• 酒类:包括果酒、啤酒、白酒及其他酒均是 利用酿酒酵母,在厌氧条件下进行发酵,将 葡萄糖转化为酒精生产的。白酒经过蒸馏, 因此酒的主要成分是水和酒精,以及一些加 热后易挥发物质,如各种酯类、其他醇类和 少量低碳醛酮类化合物。果酒和啤酒是非蒸 馏酒,发酵时酵母将果汁中或发酵液中的葡 萄糖,转化为酒精,而其他营养成分会部分 被酵母利用,产生一些代谢产物,如氨基酸 、维生素等,也会进入发酵的酒液中。因此 ,果酒和啤酒营养价值较高。
能源物质。
思考: 自养型和异养型微生物分别能利用哪类碳源物质?
碳源能否为微生物提供能量? 2020/4/16
(二)氮源
1、什么是氮源?有哪些营养物质可做为氮源? 常最用的氮源是什么?氮源有什么作用?
2、含C、H、O、N的化合物是碳源、还是氮源?
概念
来源
氮 源
凡能为微 生物提供 所需氮元 素的营养 物质
3、作用:一般是酶和核酸的组成成分。
4、原因:缺乏合成这些物质所需的酶或合成能力有限。 一些天然物质如酵母膏、蛋白胨、动植物组织提
取液等,可以为微生物提供生长因子。
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4、灭菌和接种
• 发酵工程所用的菌种大多是单一的纯种 ,整个发酵过程中不能混入杂菌。这是 为什么呢?
▪在发酵过程中如混入其他微生物,将与菌种 形成竞争关系,对发酵过程造成不良影响。 ▪例如:如果在谷氨酸发酵过程中混入放线菌, 则放线菌分泌的抗生素就会使大量的谷氨酸 棒状杆菌死亡。如果在青霉素生产过程中污 染了杂菌,这些杂菌则会分泌青霉素酶,将 合成的青霉素分解掉。
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(一)碳源
阅读课本相关内容,完成学习提纲:
概念 概念
来源 来源
最常用来 最源常用来源
作作用用
凡能为 无机碳源:
碳微生物 碳 源提供所 源 需碳元
CO2、NaHCO3
有机碳源:
素的营 糖类、脂肪酸、花
养物质 生粉饼、石油。
糖类 尤其是 葡萄糖
①主要构成细 胞物质和一些
代谢产物; ②有些是主要
求高;生产规模大;技术发展速度快;菌种的生产能力大幅度提高
,新产品、新技术、新设备的应用达到前所未有的程度。 ) 生物技术产业阶段 ( 20世纪70年代利用构建的基因
工程菌
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二、什么是发酵?发酵食品 P41
• 发酵:在一定条件下,利用微生物的生命活动大
量生成或积累特定代谢产物或菌体的过程。
无机氮源:分子态氮 、氨、铵盐、硝酸 盐。
有机氮源:尿素、牛 肉膏、蛋白胨、氨 基酸等。
2020/பைடு நூலகம்/16
最常用 来源
作用
主要用于合 铵盐、 成蛋白质、 硝酸盐 核酸以及含
。 氮的代谢产 物。
(三)生长因子
1、概念:有的微生物不可缺少的微量有机物 就叫做生长因子。
2、主要包括维生素、氨基酸和碱基等。
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1、举例说出利用微生物发酵生产的5种食品
啤酒、果酒、食醋、面包、酸奶、腐乳、 豆豉、霉干菜、酸菜、酱油、酸味剂、甜 味剂
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食品添加剂是指为改 善食品品质、防腐等 需要而加入食品中的 化学合成或天然物质, 只要食品添加剂的使 用符合国家有关规定, 它对人体便是无害的。
单细胞蛋白是利用淀粉或维生素的水解液,制糖工业的 废液,石化产品等为原料,通过发酵获得大量的微生物菌体, 所以不是特指微生物的某种蛋白质或抗生素;单细胞蛋白含 有丰富的蛋白质,如真菌蛋白可作为食品。
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练习
• 谷氨酸棒状杆菌的培养液常采用的灭菌
方法是( A)
A.高压蒸汽灭菌 B.高温灭菌 C.加入抗生素灭菌 D.酒精灭菌
B.消毒和灭菌实质上是相同的
C.接种环用灼烧法灭菌
D.常用灭菌的方法有加热法、过滤法、紫 外线法、化学药品法
1.灭菌是指采用强烈的理化因素杀死一定环境中所有微生物的细胞、 芽孢和孢子的措施,是彻底杀死。消毒是一种采用较温和的理化因素,杀 死物体表面或内部一部分对人体有害的病原菌,而对被消毒物体基本无害 的措施,是部分杀灭。2.常用灭菌方法:物理杀菌的常用方法:高温、 辐射、超声波和激光等;化学杀菌常用方法:表面消毒剂和化学治疗剂, 如抗生素,中草药有效成分。
• (1)该过程表明啤酒酵母异化作用的特点是

• (2)初期,酵母菌迅速繁殖的主要方式是

• (3)经测定酵母菌消耗的糖中,98.5%形成了酒精和其他发
酵产物,其余1.5%则是用于

• (4)请写出由麦芽糖→葡萄糖→酒精的反应方程式。
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练习
• 关于单细胞蛋白叙述正确的是( B)
A.是从微生物细胞中提取的蛋白质 B.通过发酵生产的微生物菌体 C.是微生物细胞分泌的抗生素 D.单细胞蛋白不能作为食品
• 在啤酒生产过程中,发酵是重要环节。生产过程大致如下: 将经过灭菌的麦芽汁充氧,接入啤酒酵母菌菌种后输人发酵 罐。初期,酵母菌迅速繁殖,糖度下降,产生白色泡沫,溶 解氧逐渐耗尽。随后,酵母菌繁殖速度迅速下降,糖度加速 降解,酒精浓度渐渐上升,泡沫不断增多。当糖浓度下降到 一定程度后,结束发酵。最后分别输出有形物质和鲜啤酒。 根据上述过程,回答以下问题:
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微生物的应用
• 醋:食品店或超市出售的醋中,除了白醋是 由化学合成的食品级醋酸勾兑的外,其他的 则是由醋酸菌在好氧条件下发酵,将固体发 酵产生的酒精转化为醋酸生产的。由于使用 的微生物菌种或曲种的差异,在葡萄糖发酵 过程中会产生乳酸或其他有机酸,因而使醋 有不同的风味。
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食品的添加剂
发酵生产的历史
• 原始发展阶段
人类利用微生物酿制发酵食品的历史 1、远古时代,自然发酵 2、对自然发酵现象经过长期观察,思考模仿, 发现含糖的物质或甜的东西会发酵产生酒—有计 划进行人工酿酒
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发酵生产的历史
• 原始发展阶段(距今4000多年发酵技术原
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微生物的应用
• 醪糟:又称酒酿,是大米经蒸煮后,接种根 霉,在好氧条件下,发酵生产的含低浓度酒 精和不同糖分的食品。根霉在生长时会产生 大量的淀粉酶,将大米中的淀粉水解成葡萄 糖,同时利用部分葡萄糖发酵产生酒精。由 于使用的根霉菌种不同,可以生产不同酒精 度、不同甜度和不同香味的醪糟。
单细胞蛋白是利用淀粉或维生素的水解液,制糖工业的 废液,石化产品等为原料,通过发酵获得大量的微生物菌体, 所以不是特指微生物的某种蛋白质或抗生素;单细胞蛋白含 有丰富的蛋白质,如真菌蛋白可作为食品。
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练习
• 关于灭菌和消毒的不正确的理解是( B)
A.灭菌是指杀灭环境中的一切微生物的细 胞、芽孢和孢子
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微生物的应用
• 泡菜:请参看《生物技术实践》的专题1的 课题3(乳酸菌)
• 腐乳:请参看《生物技术实践》的专题1的 课题2(毛霉、青霉、酵母、曲霉等)
• 酸菜:与泡菜类似。
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发酵食品的生产
• 现代发酵生产
• 采用现代化工程技术手段,利用微生物的某些特 定功能,为人类生产有用的产品,或直接把微生 物应用于工业生产过程的一种新技术。
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微生物的应用
• 酱:以大豆和少量面粉为原料,蒸煮后在空 气中自然发酵。发酵过程主要是能够产生蛋 白酶、脂肪酶和淀粉酶的霉菌,将大豆中的 蛋白质、脂肪、淀粉分解,产生出氨基酸、 多肽、甘油、脂肪酸等多种物质。这些物质 使酱具有独特的酱香味。
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微生物的应用
• 酸奶:牛奶在厌氧条件下,由乳酸菌发酵, 将乳糖分解,并进一步发酵产生乳酸和其他 有机酸,以及一些芳香物质和维生素等;同 时蛋白质也部分水解。因此,酸奶是营养丰 富、易消化,少含乳糖,是适合于有乳糖不 适应症者的优良食品。
微生物的应用
• 酱油:酱油生产以大豆为主要原料,其他有 麦麸、小麦、玉米等,将上述原料经粉碎制 成固体培养基,在好氧条件下,利用产生蛋 白酶的霉菌,如黑曲霉进行发酵。微生物在 生长过程中会产生大量的蛋白酶,将培养基 中的蛋白质水解成小分子的肽和氨基酸,然 后淋洗、调制成酱油产品。酱油富含氨基酸 和肽,具有特殊香味。
• 参观学校食堂,现场体验馒头的制作过程
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组织好探究性学习
• 书本上的实验
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书本实验的拓展
• 不同温度对酵母菌发酵的影响 • 不同pH对酵母菌发酵的影响 • 矿质元素对酵母菌发酵的影响 • 不同营养物质对酵母菌发酵的影响
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微生物的应用
• 面包:现在的面包均是利用活性干酵母(面 包酵母)经活化后,与面粉混合发酵,再加 入各种添加剂,经烤制生产的。面粉发酵后 淀粉结构发生改变,变得易于消化、营养易 于吸收。
2020/4/16
微生物的应用
• 馒头:以前做馒头的面粉是经自然发酵后蒸 制的,如果连续使用面肥发酵,经几代发酵 ,微生物会因生长优势而单一化。发酵的菌 种一般多为乳酸菌。因为发酵产酸,在蒸制 前要用碱中和酸,制得的馒头才松软适口、 带有特殊香味。现在,大批量生产是采用干 酵母发酵,所以不产酸,不需要再用碱中和 即可蒸制。
2020/4/16
▪ 扩大培养与发酵生产过程中的培养有何不同呢?
▪扩大培养是为了让菌体在短时期内快速增殖,而发 酵过程中的培养是为了获得代谢产物,目的不同采 用的培养条件就有可能不同。 ▪例如:在酒精发酵过程中,扩大培养是为了促使酵 母菌快速增殖,因此是在有氧条件下进行。而在发 酵产生酒精的过程中则必须在无氧条件下进行以获 得大量的酒精
2020/4/16
发酵工程
2020/4/16
啤酒制造工艺流程
发酵工程
2020/4/16
啤酒制造工艺流程
三、发酵食品的生产: 1、菌种的选育
2020/4/16
2、菌种的扩大培养
▪ 如何得到发酵生产所需要的大量菌体来 缩短生产周期呢?
经过多次的扩大培养。
▪ 如何对菌种进行扩大培养呢? 扩大培养是将培养到对数期的菌体分开, 分头进行培养,以促使菌体数量快速增 加,能在短时间里得到大量的菌体。
2020/4/16
注重生物科学史的学习
• 让学生对微生物的发酵有一个感性认识 • 通过现代发酵产品明确发酵过程其实和
人们日常生活联系非常紧密 • 从发酵过程发展史的介绍使学生体会到
科学技术是从生产实践中产生的
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落实STS相互联系的教育
• 从现代发酵技术的发展来看都和STS相 关
• 结合腐乳制作体验并认同科学技术和日 常生活的联系
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3、培养基的配制
• 要进行发酵生产,有了优良的菌种还需 要有与菌种相适应的培养基。在配制培 养基时应该注意哪些事情呢?
▪(1)根据不同的菌种,应选择不同的材料配制 培养基。配制的培养基应满足微生物在碳源、氮 源、生长因子、水、无机盐等方面的营养要求, 并为微生物提供适宜的pH。 ▪(2)培养基的营养要协调,以利于产物的合成。 ▪(3)培养基在满足微生物的营养需求的基础上 应尽量降低生产成本,以得到更高的经济效益。
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本节课和新课标的联系
• 实施建议 • 评价建议 • 教科书编写建议 • 课程资源的利用与开发建议
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实施建议
• 教学建议 • 深化对课程理念的认识 • 全面落实课程目标 • 组织好探究性学习 • 加强实验和其他实践活动的教学 • 落实STS相互联系的教育 • 注意学科间的联系 • 注重生物科学史的学习
▪ 有了用于生产的充足的菌体,在接种时要注意什 么事项呢?
接2020种/4/16过程中要注意防止杂菌污染。
▪ 那如何防止杂菌的污染呢?
要在发酵前对培养基和发酵设施进行严格 的灭菌处理。
▪ 怎样才算灭菌彻底呢?
用高温、高压的方式,杀死所有杂菌的胞体、 芽孢和孢子。
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5、分离和提纯
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始,顶多是家庭小制作,技术进步缓慢,完全是经验
式的,并不知道其中的原理 。)
•传统发酵工业阶段(19世纪末—20世纪20年 代人们才开始了解发酵现象的本质 ,采用开放式的发酵方式, 生产过程较为简单,对生产设备要求不高,规模一般不大 。)
传统微生物发酵中,发酵的作用?
2020/4/16
现代发酵工业阶段( 20世纪40-50年代生产技术要
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