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第1章 发酵工程
第1节 传统发酵技术的应用
发酵
资料一：约9000年前，我们的祖先就会利用微生物将谷物、水果等发酵成含酒精的饮料。夏禹时期，已有了关于杜康造秫酒的传说。
图1-1 汉代砖刻上的酿酒图
图1-2 展示我国古代酿酒作坊的绘画作品
发酵
资料二：1857年，法国的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。
酵母菌
巴斯德
发酵
1概念：
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
不同微生物具有产生不同代谢物的能力，因此利用它们就可以生产出人们所需要的多种产物
传统发酵技术
腐乳
1、腐乳制作原理：
蛋白质
小分子肽+氨基酸
蛋白酶
2、参与的微生物：
酵母、曲霉、毛霉等，
毛酶：真核生物，异养需氧型
传统发酵技术
1.概念：
像这种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
2类型：
传统发酵以混合菌种的固体发酵及半固体发酵为主
尝试制作传统发酵食品---泡菜
1. 应用的微生物：
乳酸菌
① 原核生物、异养厌氧型
②分布： 空气、土壤、植物体表、人或动物肠道
③种类： 常见乳酸链球菌、乳酸杆菌
乳酸杆菌（杆状）
乳酸链球菌（球状）
2. 原理：
C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+ 能量
酶
制作传统泡菜利用植物体表面天然的乳酸菌来进行发酵。发酵期间，乳酸会不断积累，当它的质量分数为乳酸含量0.4%~0.8%时，口味、品质最佳。
尝试制作传统发酵食品---泡菜
3. 材料用具：
食盐，清水，新鲜蔬菜，蒜瓣，生姜以及其他香辛料，泡菜坛或其他密封性良好的罐子等
4. 方法步骤：
尝试制作传统发酵食品---泡菜
配制
盐水
用清水和食盐配制质量百分比为5%-20%的盐水，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。
盐水煮沸
杀菌、除氧
4. 方法步骤：
尝试制作传统发酵食品---泡菜
蔬菜处理装坛
将新鲜蔬菜洗净，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；
装至八成满
泡菜发酵初期，大肠杆菌、酵母菌等较为活跃，产生较多的CO2，防止发酵液溢出坛外；
发酵
加盐水
将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过菜料，盖好坛盖；
盐水没过菜料
创造无氧环境
尝试制作传统发酵食品---泡菜
发酵
封坛
发酵
向坛盖边缘的水槽中注满水，在发酵过程中注意向水槽中补充水；根据室内温度控制发酵时间；
水槽中注满水
创造无氧环境
尝试制作传统发酵食品---泡菜
发酵
尝试制作传统发酵食品---泡菜
5. 结果分析与评价：
1.用水密封泡菜坛的目的是什么？这说明泡菜制作需要什么条件？
创造无氧环境。说明泡菜制作需要在无氧条件下进行
2.为什么泡菜坛只能装八成满？
泡菜发酵初期，大肠杆菌、酵母菌等较为活跃，产生较多的CO2，防止发酵液溢出坛外；
防止因太满使盐水未完全淹没菜料而导致菜料变质腐烂；
留有一定空间，方便拿取泡菜。
发酵
尝试制作传统发酵食品---泡菜
6. 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
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
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（乳酸积累，pH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
发酵
尝试制作传统发酵食品---泡菜
6. 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
结论：温度过高，食盐用量不足，腌制时间过短，容易造成 细菌大量繁殖，亚硝酸盐含量增加
发酵
尝试制作传统发酵食品---泡菜
2.某同学在制作泡菜前，查阅资料得知，可以向泡菜坛中加些“陈泡菜水”；在用5%的食盐水制作泡菜时，他在不同时间测定了泡菜中亚硝酸盐的含量，结果见右栏曲线图，请你帮他分析问题。
（1）据图分析，从亚硝酸盐含量来看，你认为泡菜在什么时间食用比较合适？为什么？
发酵10天后食用，因为这时亚硝酸盐含量已经降到较低水平
发酵
尝试制作传统发酵食品---泡菜
某同学在制作泡菜前，查阅资料得知，可以向泡菜坛中加些“陈泡菜水”；在用5%的食盐水制作泡菜时，他在不同时间测定了泡菜中亚硝酸盐的含量，结果见右栏曲线图，请你帮他分析问题。
（2）他第一次制作出的泡菜“咸而不酸”，造成这个结果最可能的原因是什么？
可能是食盐浓度不合适，发酵温度过低等原因导致泡菜未能正常发酵。
发酵
尝试制作传统发酵食品---泡菜
某同学在制作泡菜前，查阅资料得知，可以向泡菜坛中加些“陈泡菜水”；在用5%的食盐水制作泡菜时，他在不同时间测定了泡菜中亚硝酸盐的含量，结果见右栏曲线图，请你帮他分析问题。
（3）加入“陈泡菜水”的目的是什么？
“陈泡菜水”含有纯度较高的乳酸菌，加入“陈泡菜水”相当于接种乳酸菌
发酵
尝试制作传统发酵食品---果酒
1. 应用的微生物：
酵母菌
① 真核生物、异养兼性厌氧型
②分布： 含糖量较高的水果，蔬菜表面
2.原理：
酵母菌是兼性厌氧微生物，在无氧条件下能进行酒精发酵
C6H12O6 2C2H5OH（酒精）+ 2CO2+ 能量
酶
注意：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°C
3.菌种来源：
果皮表面附着有大量不同种类的野生酵母菌
发酵
4.材料用具
新鲜水果，洗洁精，体积分数为70%的酒精，发酵瓶，纱布和榨汁机
尝试制作传统发酵食品---果酒
发酵
5.实验步骤
器具消毒
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;
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;
1-2次
无需多次。防止菌种减少，影响发酵
先洗，再除去枝梗
避免葡萄破损，减少杂菌污染
尝试制作传统发酵食品---果酒
发酵
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;
留有大约1/3的空间
①有氧条件，利于酵母菌快速繁殖；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。
尝试制作传统发酵食品---果酒
发酵
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。可通过从发酵瓶口取样来对发酵的情况进行检测。
瓶盖拧松一点
排除CO2，防止O2和杂菌进入
尝试制作传统发酵食品---果酒
发酵
6.如何评价果酒的制作是否成功？
闻一闻，尝一尝有没有酒味
用重铬酸钾检测是否含有酒精
橙色
灰绿色
尝试制作传统发酵食品---果酒
发酵
果酒制作过程中酵母菌、酒精和PH变化情况分析
发酵时期 酵母菌 酒精 PH
发酵前期
发酵中期
发酵后期
有氧呼吸，大量繁殖
中期无氧，增加缓慢，最后稳定
酒精含量较高，酵母菌大量死亡
低
酵母菌无氧呼吸，酒精含量增加
酵母菌大量死亡，酒精含量不再增加
下降
下降
下降，最后稳定
尝试制作传统发酵食品---果酒
发酵
尝试制作传统发酵食品---果醋
1. 应用的微生物：
醋酸菌
①原核生物，异养需氧型
②最适生长温度：
30～35℃。
2.原理：
①当氧气、糖源充足时，能将糖分解成乙酸;
C6H12O6＋2O2 2CH3COOH（乙酸）＋2CO2＋2H2O+能量
酶
②当缺少糖源时，能将乙醇转化成乙醛，再将乙醛变成乙酸
酶
C2H5OH ＋O2
CH3COOH （乙酸）＋ H2O+能量
发酵
3.实验步骤：
器具消毒
冲洗葡萄
榨汁装瓶
酒精发酵
乙酸发酵
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。
乙酸发酵
盖上一层纱布
提供充足的O2
打开瓶盖
空气中的醋酸菌会进入果酒发酵液中大量繁殖
尝试制作传统发酵食品---果醋
尝试制作传统发酵食品---果醋
4.如何评价果醋的制作是否成功？
看一看有无菌膜的形成
闻一闻，尝一尝有没有醋味
检测比较醋酸发酵前后的pH值
结果分析与评价
1.在制作果酒和果醋的过程中，发酵液分别有哪些变化？其中最明显的变化发生在发酵后多少天？引起变化的原因是什么？
①果酒：发酵液（会或不会） 出现气泡 ；
紫色葡萄皮的 进 入 发 酵液,使葡萄酒呈 色。
最明显的变化：发酵后10天后
会
花青素
深红色
②果醋：一般 （会或不会） 出现气泡 ，
发酵完成时，在发酵液的液面会出现一层菌膜，是 菌膜。
不会
醋酸菌
发酵
2.在制作果酒的过程中，除了酵母菌，是否还有其他微生物生长？它们会对果酒发酵产生影响吗？如果有，如何避免这种影响？
结果分析与评价
还有乳酸菌、醋酸菌等微生物。
乳酸菌能将糖分解为甘油、酒石酸等，从而使果酒变质。
可以通过调节发酵的温度、pH等来控制乳酸菌含量；
在有氧的情况下，醋酸菌能把糖分解成醋酸或者把乙醇转化为乙醛进而转化为醋酸。
可以通过减少O2含量、调节发酵温度、pH来控制醋酸菌含量。
发酵
结果分析与评价
3.在制作果醋的过程中，酵母菌是否还会继续发酵？醋酸菌从何而来？采用什么措施可以加快果醋的制作？
随着醋酸发酵的进行，发酵液的pH、发酵温度等均不利于酵母菌的生长繁殖，因此酵母菌活性很低，不会继续发酵。
在我们的实验条件下，当打开瓶盖后，空气中的醋酸菌会进入发酵液中大量繁殖，其他的菌因不适应环境条件而不能繁殖。
在工业上，后期醋的发酵需要人工接种醋酸菌。或者买一瓶醋，将其打开暴露于空气中，一段时间后在醋的表面会有一层薄膜（即醋酸菌膜），用这层薄膜进行接种亦可。
1.油炸臭豆腐是我国一些地方的风味小吃。制作时需要将豆腐浸入含有乳酸菌、芽孢杆菌等微生物的卤汁中发酵。判断下列相关表述是否正确。
（1）卤汁中的乳酸菌和芽孢杆菌不存在竞争关系。（ ）
（2）乳酸菌发酵产生了乳酸和CO2。（ ）
（3）微生物发酵产生了不同的代谢物使得该臭豆腐具有特殊的味道。（ ）
√
×
×
练习与应用
一.概念检测
2.传统发酵食品的制作需要各种各样的微生物。下列相关叙述错误的是（ ）
A. 腌制泡菜利用了乳酸菌的乳酸发酵
B.制作腐乳利用了毛霉等产生的蛋白酶
C.制作果酒利用了酵母菌在无氧条件下产生酒精
D.制作果醋利用了醋酸菌在无氧条件下产生醋酸
D
3、有3位同学分别采用了3种不同的发酵装置来制作果醋。A同学用的是带盖的塑料瓶；B同学用的是没有盖的塑料瓶，在发酵过程中无盖的瓶口一直由捆绑在瓶口的8层纱布覆盖；C同学则设计了如右图所示的发酵装置。结合果醋的制作原理，你认为哪一种发酵装置更适合制作果醋？你还能继续改进这种装置吗？
C同学的装置更适合制作果醋。
防止空气中微生物的污染
结构 作用 酒精发酵时状态 醋酸发酵
时状态
充气口
排气口
出料口
通入空气
关闭
打开，
并接入气泵
排出CO2
打开
打开
便于取样检测
关闭
关闭
填充棉花或者安装其他过滤装置
二拓展应用

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