•美食中的酿造技术

——转化的灵感

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改变生活的生物技术

数千年前生物技术就出现在人类生活中：

面包、奶酪、啤酒、酱油及其他食品的传统

生产工艺—基于发酵的传统生物技术（生物转化）

古埃及人酿造啤酒（4500年前）

古希腊妇女制作面包（6000年前）

中世纪的啤酒酿造

公元前8000年到公元前6000年，最早的啤酒是由苏美尔人在幼发拉底河和底格里斯河两

岸（目前伊拉克位置）上开始酿造的。他们浸泡大麦和二粒小麦，使其发芽，从而酿造初

一种营养丰富、不易腐坏，并能使人兴奋的饮料—啤酒。

Beer：啤酒，

Bere：大麦，古撒克逊人文字

古老的生物技术：酒文化的伊始

酿造出好的啤酒不难，但明白其中的门道是另一回事

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发酵（fermentation）：是一种厌氧作用，有机物分解的过程，能将

糖汁变成酒。

乳酸发酵（lactic acid fermentation)：在酿酒的过程中味道有点

酸，但产生的酸性环境，能抑制很多微生物的生长，延长了保质期。

酒精(alcohol)：糖经过酵母发酵产生的终产物

我们的祖先用啤酒、葡萄酒、或醋饮来解渴，发酵—这种古老的生物技术为人们提

供了新鲜刺激而又干净卫生的饮品。这样具有革命性意义的技术应该一代代传承下去。

酿造出好的啤酒不难，但明白其中的门道是另一回事

发酵：革命性、古老的生物技术传承至今

Antonie van Leeuwenhoek，安东尼 范 列文虎克（1632-1723）：商人，看

到眼镜工匠打磨镜片，就做了一放大200倍的特殊镜片，观察到一滴水中有不

计其数的小动物在游动。第一个用自己研制的显微镜从啤酒中观察到黄色酵母

菌团的人，也是第一个看到细菌的人，当时酵母菌广泛用于酿酒和做面包。

列文虎克用自己制作的单透显微镜，200倍放大

列文虎克画的第一张细菌图片

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啤酒生产工艺

发酵：啤酒酵母将糖（葡萄糖）转化成乙醇

啤酒花的作用？

啤酒酵母

改变生活的生物技术

麦芽 啤酒花

啤酒酵母

发酵

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时至今日，

啤酒酿造的

原料依然是

酵母、水、

麦芽和啤酒

花

微生物学和现代生物技术之父—

路易斯·巴斯德（ Louis Pasteur）

一切发酵过程都是微生物作用的结果

酒是酵母发酵作用产生的

巴氏消毒法

所有的生命都源于生命（All life comes

from life)—巴斯德（1860年）

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熟啤酒和生啤酒的差异？

改变生活的生物技术

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改变生活的生物技术

发酵（fermentation）：微生物在无氧条件下，分解各种有

机物、产生能量的一种方式。发酵技术用于制酒、豆类发酵

食品等，是一种厌氧作用，能将糖汁变成酒。

转化的核心：微生物发酵

葡萄糖 乙醇 + 二氧化碳 无氧（厌氧）

C6H12O6 C2H5OH CO2

无氧发酵

酵 母

糖的代谢（Metabolism）

（1）无氧条件下：发酵代谢，酵母不繁殖，产生乙醇

（2）有氧条件下：呼吸代谢，酵母繁殖，产生大量能量

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葡萄糖 + 氧气 二氧化碳 + 水 + 能量

改变生活的生物技术

C6H12O6 O2 CO2 H2O ATP

有氧呼吸

酵母

生物体主要营养物质：

蛋白质：氨基酸组成

糖类（碳水化合物）：葡萄糖、果糖等单糖构成

脂类

维生素、无机盐等

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酿造—将原料中的蛋白质、糖类等营养物质通过 微生物的代谢作用转化成氨基酸、乙醇、有机酸 等成分。

改变生活的生物技术

改变生活的生物技术

面包是如何变得松软香甜的?

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• 面包制作技术的诞生晚于酿酒技术。早先的面包又瘪又硬

• 公元6000年前,埃及面包师利用发酵的生面团(sourdough)制作出了松软可口的面包。

• 生面团中的有效成分是乳酸杆菌和耐酸酵母菌（酿酒酵母，假丝酵母和毕赤酵母）

埃及人制作面包的壁画

改变生活的生物技术

改变生活的生物技术

• 面包独特的香味和口感，是发酵过程中的副产物造成的。

• 酵母和乳酸杆菌会利用面包中的糖（主要是麦芽糖和蔗糖）产生二氧化碳使面团膨胀，并变得松软。

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改变生活的生物技术

糖的分解

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蔗糖（葡萄糖+果糖）

麦芽糖（葡萄糖+葡萄糖）

改变生活的生物技术

• 乳酸杆菌产生乳酸和醋酸。

• 在发酵过程中，蛋白质被酶降解成氨基酸，乳酸杆菌能够将精氨酸转变为鸟氨酸。鸟氨酸在烘烤过程中转化为2-乙酰-1-吡咯啉，这是一种香味物质。

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面包的香味是怎么来的？

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生物转化 ：奶变酸奶

• 酸奶是以新鲜的牛奶为原料，经过巴氏杀菌，添加有益菌，经发酵后，再冷却灌

装的一种牛奶制品。

• 全世界的科学家都已证实了酸奶的神奇特性。它除了是一种基本食品外，还是药

物、解毒剂和长寿的妙方。

• 历史证据显示，酸奶作为食品至少有4500多年的历史了，早期，游牧民族装在羊

皮袋里的奶受到依附在袋的细菌自然发酵，而成为奶酪。

• 公元前2000多年前，在希腊东北部和保加利亚地区的古代色雷斯人也掌握了酸奶

的制作技术。他们最初使用的也是羊奶。后来，酸奶技术被古希腊人传到了欧洲

的其它地方

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生物转化 ：奶变酸奶背后的秘密

• 保加利亚乳杆菌（Lactobacillus bulgaricus），被冠

以国名，属于乳杆菌属热乳酸杆菌亚属，是典型的来

自乳的乳酸菌。

• 1905年，你年仅27岁的保加利亚科学家斯塔门·格里

戈罗夫发现了一种可以使奶发酵的细菌，并建立了以

科学方法生产酸奶的工艺技术。他曾在法国和瑞士学

习自然科学和医学，并在瑞士接触到了当时世界上最

先进的细菌实验室。

• 1908年诺贝尔奖获得者俄国科学家伊力亚·梅契尼科

夫对３６个国家人口寿命数据进行对比后发现，保加

利亚的百岁老人比例最高。发现长寿人群有着经常饮

用含有益生菌的发酵牛奶的传统。正式提出了“酸奶

长寿”的理论。保加利亚乳杆菌繁衍至今已经遍布世

界。

保加利亚乳杆菌属于革兰低阳性，厌氧性菌。菌体长2-9μm，宽0.5-0.8μm，单个体呈长杆状或成链，两端钝圆，不具运动性，也不会产生孢子。在牛奶上培养，菌落为无色到淡白色，通常呈不光滑棉花状，直径1mm~3mm

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为纪念保加利亚人格里哥罗夫(Стамён Григоров

1978－1945)于1905年分离发现保加利亚乳酸杆菌，

2005年保加利亚发行了一套保加利亚乳酸杆菌发现

100周年纪念邮票

生物转化 ：奶变酸奶背后的秘密

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• 保加利亚市场上的好酸奶：每立方厘米酸奶当中要有８００万个“保加利亚乳杆菌”；

• 酸奶可以发酵乳糖，将其变成乳酸，促进肠胃中食物残渣的分解和吸收。它还可以分解乳蛋白，抑制肠胃中致病菌和腐败菌的生长。

• 最新研究发现，保加利亚乳杆菌还有抗癌的作用，主要因为它能改善肠道菌群状态，活化免疫功能，抑制致癌物质的产生。

保加利亚酸奶博物馆：世界首家

改变生活的生物技术

• 乳糖在乳糖酶的作用下，将乳糖分解为2分子单糖（半乳糖+葡萄糖）。

• 单糖在乳酸菌的作用下生成乳酸。

• 乳酸使奶中酪蛋白胶粒中的胶体磷酸钙转变成可溶性磷酸钙，从而使酪蛋白胶粒的稳定性下降，并在PH4．6 -4 ．7时，酪蛋白发生凝集沉淀，形成酸奶。 19

酸奶形成的原理

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生物转化 ：奶变酸奶背后的秘密

• 酸奶的发酵过程使奶中糖、蛋白质有20%左右被水解

成为小的分子（如半乳糖和乳酸、小的肽链和氨基酸

等），

• 奶中脂肪含量一般是3%-5%。经发酵后，乳中的脂

肪酸可比原料奶增加2倍，这些变化使酸奶更易消化

和吸收，各种营养的利用率得以提高

• 酸奶由纯牛奶发酵而成，除保留了鲜牛奶的全部营养

成分外，在发酵过程中乳酸菌还可以一产生人体营养

所必须的多种维生素，如VB1、VB2、VB6、VB12等

• 保加利亚乳杆菌耐受乳酸的最大量为2％，理论上乳

酸菌经同型发酵途径每消耗1mol葡萄糖会转化生成

2mol乳酸和2mol ATP，若产生2％乳酸需要消耗约2

％葡萄糖，而总糖消耗量应为3％~4％或略高才能满

足保加利亚乳杆菌的营养要求。

保加利亚乳杆菌属于革兰低阳性，厌氧性菌。菌体长2-9μm，宽0.5-0.8μm，单个体呈长杆状或成链，两端钝圆，不具运动性，也不会产生孢子。在牛奶上培养，菌落为无色到淡白色，通常呈不光滑棉花状，直径1mm~3mm

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• 乳酸菌可分为18个属，其中乳杆菌、链球菌、明串珠菌

和乳酸乳球菌等属的菌株可以产胞外多糖；

• 乳酸菌分泌多糖到细胞，形成荚膜多糖粘附于细胞表面

或以粘质多糖形式存在于细胞周边培养基中；

• 胞外多糖能改善产品的黏度和质地，天然增稠剂；

• 目前报道的产胞外多糖的主要的乳杆菌菌株有德式保加

利亚乳杆菌、瑞士乳杆菌、干酪乳杆菌干酪亚种、开菲

尔乳杆菌、嗜酸乳杆菌、鼠李糖乳杆菌和清酒乳杆菌等；

• 乳杆菌胞外多糖的产量不高，德氏保加利亚乳杆菌

NCFFB2772约为25mg/L。

生物转化 ：奶变酸奶背后的秘密

保加利亚菌：能产胞外多糖

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• 保加利亚乳杆菌能产生特殊的香气，使酸奶等独具风味。

• 据研究，这种特有的风味是其在发酵过程中产生的乙醛、

双乙酰（丁二酮）、丙酮、3-羟基丁酮和挥发性酸形成

的；

• 其中，双乙酰、乙醛这二种风味物质在4℃冷藏后含量有

较大变化，一般在12h和2h达到最高；

• 实验发现组合菌的产香能力普遍高于单菌株的平均水平，

虽然个别风味物质含量可能小于单菌株的水平，但总体

的感官性能还是高于单菌株；

生物转化 ：奶变酸奶背后的秘密

保加利亚菌：产香

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• 保加利亚乳杆菌产酸能力2%，耐酸能力2%，抑制了其他微生物的生长

• 保加利亚乳杆菌经发酵，将乳糖转化为乳酸：首先乳糖被β-半乳糖苷酶

分解为葡萄糖和半乳糖，接着葡萄糖通过糖酵解途径被转换成二分子丙

酮酸，再经乳酸脱氢酶催化，还原生成乳酸。

• 半乳糖以转化依次生成半乳糖—1—磷酸、葡萄糖—1—磷酸、葡萄糖—

6—磷酸，最后进入糖酵解途径，也被转换成二分子丙酮酸，然后被还原

为乳酸。

• 大量的实验已证实，菌体发酵乳糖，生成的乳酸使乳的pH值下降，当pH

值下降至4.5时，酪蛋白沉淀，乳凝固。酸奶也正是利用这一原理来生产

的；

生物转化 ：奶变酸奶背后的秘密

保加利亚菌：产酸

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2006年法科学家在PNAS上公布酸奶中保加利亚乳杆菌的基因序列

生物转化 ：奶变酸奶背后的秘密

• 某些细菌可以让牛奶变成酸奶。这些细菌在消耗牛奶中糖分的同时，产生了一

种可以使牛奶结块的酸性物质。它们还使其它细菌无法寄生在酸奶之中，从而

防止酸奶变质。此外，通过把牛奶中的一些蛋白质分解成小块，这些细菌使酸

奶具有了一种独特的味道；

• 在保加利亚乳杆菌的基因组内共有２７０个这种遭到破坏的基因，它们被称为

假基因。德古什特说：“发现这么多假基因令人吃惊。”保加利亚乳杆菌的基

因组内只有１５６２个活动基因，而且有迹象表明，许多基因彻底消失了。

• 保加利亚乳杆菌在失去一些基因的同时获得了另外一些基因。其基因组中的一

大部分基因似乎来自于一种不同类型的细菌

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生物转化 ：奶变酸奶背后的秘密

酸奶中其他微生物： • 酸奶中，常含有两种菌，“嗜热链球菌” 和“保加利

亚乳杆菌”；

• 嗜热链球菌是链球菌属的一种；

• 两种菌存在“共生作用”，能够促进产酸速度，让酸

奶正常凝固，而且会产生比较好的风味。

• 用这两种菌混合培养制成发酵剂，然后加到牛奶当中，

在40〜42度的温度下保温培养几个小时，就可以把液

态牛奶做成凝固的酸奶。

• “嗜热链球菌”能利用半乳糖、葡萄糖、果糖、乳糖、

蔗糖，产生L-乳酸和叶酸。

• “嗜热链球菌”能产生β-半乳糖苷酶乳糖，降解乳糖，

一些不耐受牛奶的人身体内就是缺乏了这一种酶。

嗜热链球菌

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生物转化 ：奶变酸奶背后的秘密

酸奶中其他微生物：双歧杆菌

• 双歧杆菌是肠内最有益的菌群，双歧杆菌数量的减少和消失是“不健康”状态的标志。

• 婴儿出生后3～4天肠道内即出现双歧杆菌，为婴幼儿

的肠道健康提供独特的保护作用，婴幼儿双歧杆菌数量占约肠内细菌总量的25%；

• 65岁以上的老人，双歧杆菌数量则减少到仅占7.9%,而

产气荚梭菌、大肠杆菌等腐败细菌大量增加；到了老年肠道内充满腐败细菌，双歧杆菌几乎消失。腐败细菌在肠道中分解食物成分，产生氨气、胺类、硫化氨、粪臭素、吲哚、

• 酚类以及亚硝胺等有毒物质，人体长期吸收这些毒素，会加速衰老，诱发癌症，引起动脉硬化、肝脏障碍

• 等疾病

双歧杆菌

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生物转化 ：奶变酸奶背后的秘密

益生菌：

LGG菌 LGG正式名称为鼠李糖乳杆菌，1983年由美国北卡罗来纳

州立大学两名美国教授自健康人体分离出来，并获得专利。ＬＧＧ菌

种具有活性强、耐胃酸的特点，能够在肠道中定殖长达两周。

LABS菌 LABS益生菌群所包含的4种益生菌是L－保加利亚乳杆菌、

A－嗜酸乳杆菌、B－双歧杆菌、S－嗜热链球菌。它的优点在于所含

的嗜酸乳杆菌和双歧杆菌，可以在人体内定殖、成活。

e＋菌 含有4种乳酸菌，保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌、嗜酸乳杆菌

和双歧杆菌。每克活性e＋菌酸奶含有活性益生菌100万个。

改变生活的生物技术

• 高温灭菌。

• 加入乳酸杆菌和链球菌。菌种来源于干菌或者酸奶。

• 在适宜温度（35-45度）下培养。 28

酸奶的制作

改变生活的生物技术

• 奶酪（其中的一类也叫干酪）是一种发酵的牛奶制品，其性质与常见的酸牛奶有相似之处，都是通过发酵过程来制作的，也都含有可以保健的乳酸菌，但是奶酪的浓度比酸奶更高，近似固体食物，营养价值也因此更加丰富。

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奶酪是通过微生物发酵而获得的美食

希腊羊奶酪 法国库洛米耶奶酪 加热中的瑞士奶酪

改变生活的生物技术

• 将奶加热灭菌，接入乳酸菌及霉菌的起始培养物，将乳糖转化为乳酸。

• 达到一定酸度后，加入凝乳酶。凝乳酶使奶中酪蛋白变性凝结，成为固体的凝乳。将凝块与液体的乳清分离，切成小块后干燥，即成生奶酪。

• 乳酸菌和霉菌在奶酪中继续发酵，分解蛋白和糖分，提供了特殊的味道。

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奶酪的制作

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传统的酿造酱油：

利用自然界中天然存在的多菌种制曲

浸泡大豆→大豆入甄→蒸闷大豆（将大豆蒸一天，加盖闷一夜）→出甄摊凉（将大豆冷却）→混和面粉→晾盖制曲→移曲料入晒露缸→加盐水→日晒夜露（4－5 年）→酱坯成熟，放入“秋子”浸出酱油→勾兑灭菌澄清→成品

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现代酿造酱油

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改变生活的生物技术

蛋白质的来源

肉类 豆类 牛奶

霉菌

酵母菌

杆菌

酱油酿造过程中曲：

单菌种：米曲霉菌

混合菌种：米曲霉菌，乳酸菌，酵母。可以加速发酵，发酵过程持续旺盛，产品色泽鲜明，滋味醇美，香气馥郁

酱油主要成分：

氨基酸、有机酸、糖类、盐、酯类、色素

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改变生活的生物技术

几个问题

1、什么是现代生物技术？

2、五粮液是如何酿造出来的？

其中有哪些主要的微生物？

这些微生物进行了哪些生化反应，将粮

食变成乙醇？

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改变生活的生物技术

学生自己动手酿造

葡萄酒展示：

酿造过程 之等待

酿造过程 之等待

酿造过程 之等待

酿造过程 之最终成品

参与葡萄酒酿造的菌种及形态

参与葡萄酒酿造的菌种及形态

酵母菌在无氧条件或低氧浓度条件下,消耗谷物、水果等碳水化合物原料, 为自身提供能量

并产生酒精与二氧化碳。

我们在显微镜下观察到的酵母菌

酿酒过程中的化学反应

制作原理：酵母菌先在有氧条件下大量繁殖 再在无氧条件下进行酒精发酵

前期：有氧呼吸

后期：无氧呼吸

出芽生殖，增加酵母菌数量

产生酒精

C6H12O6+6O2+6H2O → 6CO2+12H2O+能量 酶

C6H12O6 →2C2H5OH+2 CO2+能量 酶