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传统发酵
发酵工程
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、产物的分离和提纯等方面。
科学家发现了酶在酵母菌发酵中的作用，之后微生物的分离和纯化技术得到了应用。
1897年
用微生物生产谷氨酸获得成功，酶制剂、多糖、维生素发酵工业兴起。
1957年
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。
20世纪80年代以后
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。
1857年
利用发酵工程大规模生产青霉素，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。
20世纪40年代
基因工程。细胞工程等发展，人胰岛素和干扰素大量生产。
20世纪70年代以后
1900
1940
1960
1850
1980
1970
约9000年前
我们祖先就会利用微生物将谷物、水果发酵为含酒精的饮料。
科技探索之路：从传统发酵技术到发酵工程
第1章 发酵工程
第1节 传统发酵技术的应用
从社会中来
“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？你想不想自己动手制作葡萄酒和葡萄醋呢？
（一）发酵
1、概念：
指人们利用微生物，在适宜条件下，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。
2、原理：
不同的微生物具有产生不同代谢产物的能力
3、类型：
需氧发酵（ ）
厌氧发酵（ ）
醋酸发酵、谷氨酸发酵
酒精发酵、乳酸（泡菜、酸奶）发酵
联系生活
资料一：千百年来，腐乳一直受到人们的喜爱。这是因为经过微生物的发酵，豆腐中的蛋白质被分解成小分子的肽和氨基酸，味道鲜美，易于消化吸收，而腐乳本身便于保存。多种微生物参与了的豆腐的发酵，如酵母、曲霉和毛霉等，其中起主要作用的是毛霉。
资料二：豆瓣酱的制作流程
煮黄豆→冷却后在黄豆表面抹上一层面粉→发酵→加盐加水→在烈日下暴晒、搅动，进一步发酵
提出问题：
1、制作腐乳用了哪些微生物？这些微生物来自哪里？
2、参与豆瓣酱发酵的微生物来自哪里？
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。
1、概念：
2、特点：
【思考】每年进行同样的操作，但是每年制作的腐乳或豆瓣酱的口感都不完全相同，有些年份甚至制作不成功，你知道这是为什么吗？
（二）传统发酵技术
以混合菌种的固体发酵及半固体发酵为主，通常是家庭式或作坊式的。
3、缺点：
生产条件不易控制，产品容易受杂菌污染，生产效率较低等。
①菌种：
酵母，曲霉和毛霉等，毛霉（真核）
a.菌种来源：
空气中的毛霉孢子
b.代谢类型：
异养需氧型
c.生殖方式：
孢子生殖
②制作原理：
d.适宜温度：
15-18℃
味道鲜美，易于消化吸收，而腐乳本身又便于保存。
氨基酸
4、实例——腐乳
③方法步骤
含水量70%为宜，
含水量高不易成形，
过低不利于毛霉生长。
析出豆腐中的水分，使豆腐块变硬；抑制微生物生长，避免腐败变质。
过高：影响风味
过低：易腐败变质
接种
毛霉
防腐杀菌，增加口味。
含酒量：12%，
过高：成熟时间延长；
过低：易腐败变质。
产品:
果醋
酱
油
豆豉
泡菜
腐乳
二、尝试制作传统发酵食品
（一）制作泡菜
1、菌种：
乳酸菌
①菌种来源：
植物体表面天然的乳酸菌
②代谢类型：
异养厌氧型
③种类：
乳酸链球菌、乳酸杆菌
（原核生物）
乳酸链球菌（球状）
乳酸杆菌（杆状）
④应用：
制作泡菜、酸奶等
2.发酵原理：
在无氧的情况下能将葡萄糖分解成乳酸
C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+能量
酶
发酵期间，乳酸会___________，当它的质量百分比为____________时，泡菜的口味、品质最佳
不断积累
0.4%-0.8%
乳酸链球菌（球状）
乳酸杆菌（杆状）
亚硝酸盐的含量低
3、材料用具：
食盐、清水、新鲜蔬菜、蒜瓣、生姜及其他香辛料、泡菜坛或其他密封性良好的罐子等。
舌尖上的中国
四川泡菜
1、加入的“老盐水”是什么？
2、“老盐水”中只有一种微生物么？
3、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？
思考·讨论：
基于以上视频资料，回答下列问题：
将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过菜料，盖好坛盖；
4. 方法步骤：
5%-20%的盐水
配制盐水
原料处理、蔬菜装坛
加盐水
封坛发酵
向坛盖边缘的水槽中注满水，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；
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。
杀菌除氧
创造无氧环境
发酵初期，酵母菌、大肠杆菌等较为活跃，产生CO2较多，防止发酵液溢出
防止因装太满使盐水未完全淹没菜料而导致菜料变质腐烂；
同时留有一定空间，也更方便拿取泡菜。
发酵初期会有气泡冒出，但气泡的产生逐渐停止，试分析原因？
①作用：
调味；抑制其他微生物生长
②浓度适宜：
③煮沸：
注：
①制作泡菜有时加入白酒：
抑制杂菌生长；调味
②制作泡菜时，不光乳酸菌起作用，还有酵母菌、大肠杆菌等
③加入“陈泡菜水”：
提供乳酸菌菌种，快速发酵产生乳酸
④泡菜发酵阶段：
a.发酵初期：大肠杆菌、酵母菌等较活跃，利用O2，产生CO2，有气泡从坛沿水槽中
间歇性放出，逐渐形成厌氧状态，乳酸菌开始发酵；
b.发酵中期：由于乳酸发酵，乳酸不断积累、PH降低，厌氧状态形成，乳酸菌活跃，
产生大量乳酸；同时，酵母菌、大肠杆菌等活动受抑制，由于O2耗尽，需氧型微生
物受抑制。这一时期为泡菜完全成熟阶段。
c.发酵后期：继续进行乳酸发酵，乳酸含量继续增多，当PH过低时，乳酸菌活动受抑
制，发酵速度缓慢甚至停止。
5.进一步探究
某同学在制作泡菜时，用质量百分比为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，结果见曲线图。请分析回答：
（1）据图分析，从亚硝酸盐的含量来看，你认为该泡菜在什么时间食用比较合适 为什么
10天后；因为这时亚硝酸盐含量已经降到较低的水平
（2）泡菜制作过程中影响亚硝酸盐含量的因素哪些？
腌制方法（如食盐用量）、时间长短、温度高低
（3）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？
盐浓度高，杀死了乳酸菌等微生物
在什么情况下，亚硝酸盐会转化为亚硝胺？
适宜的pH、温度和一定的微生物作用
氧化
维生素C、E和酚类物质
亚硝胺
硝酸盐
亚硝酸盐
还原
细菌等微生物
(硝酸还原菌产生硝酸还原酶)
6. 泡菜发酵过程中，乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的含量变化：
时期 乳酸菌 乳酸 亚硝酸盐
发酵前期
发酵中期
发酵后期
变化曲线
少（O2抑制乳酸菌活动）
少
增加（硝酸盐还原菌的作用）
最多（乳酸菌比其他杂菌更耐酸。乳酸积累，抑制其他菌活动）
增多
达到最多后开始下降（硝酸盐还原菌受抑制，部分亚硝酸盐被分解）
减少（乳酸积累，pH下降，抑制乳酸菌活动）
继续增多，
最后保持稳定
下降至保持相对稳定（硝酸盐还原菌被完全抑制）
（二）制作果酒
兼性厌氧型真菌
在无氧情况下进行酒精发酵
含糖量较高的蔬菜、水果表面
酿酒、制作馒头和面包
植物体表面天然的酵母菌（真核）
①代谢类型：
②作用：
⑤应用：
③分布：
酵母菌
④适宜温度和时间：
约为28℃，10-12d
1.菌种：
有氧条件下，酵母菌通过有氧呼吸大量繁殖：
无氧条件下，酵母菌通过无氧呼吸产生酒精：
3.温度控制：
一般酒精发酵18～30℃，酿酒酵母最适生长温度为28℃左右
4.气体控制：
前期需氧，后期无氧。
2. 原理：
C6H12O6+6O2+6H2O
酶
6CO2+12H20+能量
C6H12O6
酶
2C2H5OH（酒精）+2CO2+能量
C6H12O6 + 2O2 2CH3COOH（乙酸）+ 2H2O + 2CO2 + 能量
酶
异养好氧细菌
30~35℃,7-8d
各种风味的醋
①代谢类型：
②作用：
③适宜温度和时间：
醋酸菌
④应用：
在氧气、糖源充足时，将糖分解成醋酸；
当缺少糖源时，将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸。
C2H5OH + O2 CH3COOH（乙酸）+ H2O + 能量
酶
2. 原理：
1.菌种：
空气中的醋酸菌（原核）
（三）制作果醋
②洗洁精、体积分数70%的酒精、发酵瓶、纱布和榨汁机等
①新鲜的水果（如葡萄、苹果、山楂和龙眼等）
3.材料用具
4.制作流程
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
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
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.
①70%的酒精的作用：
②冲洗的目的：
③冲洗1-2次即可，能否反复冲洗，
为什么？
④为什么去梗前冲洗：
⑤葡萄汁装入发酵瓶时，为何要留有1/3的空间？
⑥每隔12h左右将瓶盖拧松一点的目的：
⑦拧松但不打开的目的：
消毒
防止野生菌种数量减少，影响发酵
以防葡萄汁流失和破损导致杂菌污染
a.提供O2，酵母菌快速繁殖后酒精发酵
b. 缓存CO2，防止发酵液溢出
不能，
排出气体
防止O2进入和杂菌污染
去除表面灰尘、污物
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。
果醋检测
果酒检测
可通过从发酵瓶口取样来对发酵的情况进行检测
⑧如何检测果酒的发酵情况？
a.闻
b.品尝
c.用酸性条件下的重铬酸钾溶液检测橙色→灰绿色
⑨醋酸菌从何而来？
⑩如何检测果醋的发酵情况？
a.闻；b.品尝；
c.使用pH试纸检测检测和比较发酵前后的pH值；
d.观察醋酸菌膜是否形成；
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
5.果酒发酵与果醋发酵的装置
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
便于取样监测
关闭
关闭
防止空气中微生物的污染
排气口要通过一个长而弯曲的胶管与瓶身连接，为什么？
注：
1、作过程中发酵液的变化：
①制酒有气泡：酵母菌呼吸产生CO2
②开始发酵后，CO2增多，发酵液“沸腾”
③发酵时产热，温度升高，应控制温度
④发酵时果皮中的色素进入发酵液，使发酵液呈现一定的颜色
⑤果醋发酵后，表面出现一层菌膜
2、制果酒时，在不灭菌的情况下，酵母菌成为优势种的原因？
在缺氧、呈酸性的发酵液中，绝大多数微生物生命活动受抑制
3、果酒制作中还会出现乳酸菌、醋酸菌等，可能使果酒变质。可通过调节发酵
的温度、果酒的pH来控制，醋酸菌还可减少O2含量
4、制果酒→制果醋改变的条件：①升温 ②通气
发酵 产品 所需 菌种 生物 分类 代谢类型 适宜温度 发酵对氧
的需求
泡菜 ______ 原核 生物 ________ 18～20 ℃ 密闭不需氧
果酒 ______ ____ ____ 异养 兼性厌氧 _________ 前期需氧，
后期不需氧
果醋 ______ ____ ____ ________ _________ 一直需氧
乳酸菌
酵母菌
醋酸菌
异养厌氧
真核
生物
原核
生物
异养需氧
18～30 ℃
30～35 ℃
制作泡菜、果酒、果醋的微生物及其代谢特点

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