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第1章　发酵工程
第1节
传统发酵技术的应用
人教版高中生物 选择性必修3
1
简述传统发酵技术的特点，说出常见的传统发酵食品。
2
概述微生物发酵的原理(重点)。
3
尝试制作泡菜、果酒和果醋，说出传统发酵技术应用的优点与不足(重、难点)。
豆瓣酱
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目标一
发酵与传统发酵技术
资料一　夏禹时期，已有了关于杜康造秫酒的传说。我国酿造白酒的工艺在世界上独树一帜，白酒一般是以谷物为原料，加酒曲发酵而成的。
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。
资料三　研究人员用显微镜观察酒曲，发现酒曲内含有根霉、曲霉、毛霉、酵母菌、乳酸菌、醋酸菌等几十种微生物。
1．酒曲富含各种微生物和发酵菌酿酒加酒曲的目的是什么？
2．酒中除了酒精外还有其他物质吗？
酒曲与粮食混合后，这些微生物会产生淀粉酶、糖化酶、蛋白酶等，能使粮食里的淀粉、蛋白质转化成糖类、氨基酸等，在酶类物质的继续作用下，进而分解成乙醇(酒精)等。
提示　还有乙酸乙酯和其他几百甚至上千种香味物质。
活动1
阅读资料，回答问题
不同的微生物具有产生不同代谢产物的能力，因此利用它们就可以生产出人们所需要的多种产物。
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。
1.1 发酵
概念
原理
1.2 实例：腐乳的制作
蛋白质
小分子肽+氨基酸
蛋白酶
脂肪 甘油 + 脂肪酸
脂肪酶
多种微生物参与了豆腐的发酵，如酵母、曲霉和毛霉等，其中起主要作用的是毛霉。
参与的微生物
制作原理
1.3 传统发酵技术
发酵的生产条件不易控制，容易受杂菌污染。
2．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？
霉豆瓣
长毛霉的豆腐
1．制作腐乳利用的微生物来自哪里？参与豆瓣酱发酵的微生物来自哪里？
均来源于空气中。
活动2
阅读教材，回答问题
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。
传统发酵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。
利用传统发酵技术制作的食品有酒、腐乳、酱、酱油、醋、泡菜和豆豉等。
生产条件不易控制，容易受杂菌污染，生产效率较低，产物不单一等。
概念
类型
发酵产品
缺点
1.3 传统发酵技术
>
<
目标一
尝试制作传统发酵食品
1.制作泡菜的微生物
原核生物
（2）生产运用：
用于乳制品的发酵、泡菜的腌制。
（3）菌种来源：
（4）常见类型：
植物体表面天然的乳酸菌
乳酸链球菌
和 乳酸杆菌
乳酸链球菌
乳酸杆菌
——乳酸菌
生物类型：
（1）乳酸菌
异养厌氧型
代谢类型：
二分裂
生殖方式：
2.1 制作泡菜
2. 发酵原理：
乳酸菌在无氧条件下能将葡萄糖分解成乳酸
C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+能量
酶
3. 发酵条件：
适宜的温度；
根据室内温度控制发酵时间，严格控制厌氧条件。
2.1 制作泡菜
4. 材料用具
(2) 调味品：如花椒、八角、生姜、蒜瓣及其他香辛料、白酒、白砂糖和盐。
(3) 泡菜坛或其他密封性良好的罐子。
(1) 各种新鲜蔬菜均可，一般用白菜、洋白菜、黄瓜、豇豆、胡萝卜、白萝卜等。
2.1 制作泡菜
①盐的作用：
②盐水浓度要适宜的目的：
③盐水煮沸的目的：
调味；抑制其他微生物生长
过高：口味不佳，乳酸菌发酵受到抑制；
过低：杂菌易繁殖，导致泡菜变质。
杀灭其中杂菌；去除水中的氧气
5.制作流程
2.1 制作泡菜
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；
配制盐水
④为什么只能装八成满？
a.防止发酵初期酵母菌等产生CO2造成发酵液溢出坛外；
b.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。
2.1 制作泡菜
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，放入蒜瓣、生姜及其他香辛料，继续装至八成满；
配制盐水
原料处理、蔬菜装坛
5.制作流程
2.1 制作泡菜
将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过菜料，盖好坛盖
⑤冷却的目的：
为了不影响乳酸菌的生命活动
配制盐水
原料处理、蔬菜装坛
加盐水
5.制作流程
2.1 制作泡菜
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；
给坛内创造无氧环境
⑥用水密封泡菜坛的目的：
泡菜制作需要在无氧条件下进行
以上说明泡菜制作需要什么条件？
注意：泡菜发酵一段时候后可能会出现白色的膜，是产膜酵母菌繁殖形成的；
5.制作流程
亚硝酸盐为白色粉末，外观与食盐相似，有咸味，易溶于水，
可作食品添加剂。
(2) 亚硝酸盐分布广泛，蔬菜、咸菜、豆粉中均含有。
(3) 膳食中的亚硝酸盐一般不会危害人体健康，绝大部分亚硝酸盐只是“过客”，随尿排出。
(4) 当人体摄入的亚硝酸盐总量达到0.3g～0.5g时，会引起中毒，当摄入总量达到3g时，
会引起死亡。
蔬菜水果
亚硝酸盐
硝酸盐
硝酸盐还原菌
维生素C、E
和酚类物质
6. 亚硝酸盐
注意：发酵温度高；食盐用量过低；发酵时间短容易导致硝酸盐还原菌大量增殖，产生较多的亚硝酸盐
2.1 制作泡菜
泡菜发酵过程中乳酸菌数量、乳酸含量和亚硝酸盐含量的变化情况
发酵时期 乳酸菌 乳酸 亚硝酸盐
发酵初期
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）
⑴据图分析，从亚硝酸盐含量来看，你认为该泡菜在什么时间食用比较合适？为什么？
⑵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？
⑶加入“陈泡菜水”的目的是什么？
13天后食用比较好，因为此时亚硝酸盐含量低。
加盐太多，盐浓度过高，杀死了乳酸菌等微生物。
“陈泡菜水”含乳酸菌，可快速发酵产生乳酸。
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”。在用质量分数为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，结果如图。请你帮他分析下列问题：
1.3 传统发酵技术
活动3
学以致用
2.2 制作果酒和果醋
1.制作果酒的微生物
真核生物
生物类型：
酵母菌
异养兼性厌氧型
代谢类型：
适宜条件下出芽生殖
生殖方式：
在有氧条件下，酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖
C6H12O6+6O2+6H2O → 6CO2+12H2O+能量
C6H12O6 → 2C2H5OH+2 CO2+能量
在无氧条件下，酵母菌能进行酒精发酵
（1）发酵原理：
——酵母菌
酶
酶
（3）生产应用：
（2）发酵条件：
制作果酒时将温度控制在18～30℃进行发酵。
温度：
氧气：
制作果酒时，酵母菌先在氧气充足的情况下大量繁殖；后在无氧条件下，进行酒精发酵。
最适生长温度约为28℃
可用于酿酒、制作馒头和面包等
2.2 制作果酒和果醋
（4）制作流程
器具消毒
冲洗葡萄
榨汁装瓶
酒精发酵
70%的酒精的作用：
消毒
①冲洗的目的：
②冲洗1-2次即可，能否反复冲洗，为什么？
③为什么先冲洗，再去梗？
去除表面灰尘、污物
防止洗去葡萄皮表面的野生型酵母菌。
避免去梗时葡萄破损，增加被杂菌污染的机会
不能，
1.3 传统发酵技术
活动4
阅读课本P7果酒制作流程，回答下列问题
（4）制作流程
器具消毒
冲洗葡萄
榨汁装瓶
酒精发酵
①葡萄汁装入发酵瓶时，为何要留有1/3的空间？
②每隔12h左右将瓶盖拧松一点的目的：
③拧松但不打开的目的：
a.防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出
b.酵母菌进行有氧呼吸，快速繁殖，耗尽O2后，再进行酒精发酵；
排出CO2，防止发酵瓶爆裂
防止杂菌和空气倒流进入发酵瓶。
1.3 传统发酵技术
活动4
阅读课本P7果酒制作流程，回答下列问题
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？
还有乳酸菌、醋酸菌等微生物。乳酸菌可能分解果酒中的糖等，从而使果酒变质。可以通过改变发酵的温度、果酒的pH等控制乳酸菌的含量。
醋酸菌可以将糖或乙醇转化为乙酸，由于醋酸菌在有氧的条件下才能进行旺盛的代谢活动，因此在制作果酒的过程中尽量减少氧气含量，可以抑制醋酸菌的生长繁殖。此外，通过改变发酵的温度、果酒的pH等同样可以控制醋酸菌的含量。
1.3 传统发酵技术
活动4
阅读课本P7果酒制作流程，回答下列问题
2.制作果醋的微生物
（1）醋酸菌
（3）发酵条件
温度：
氧气：
将温度控制在30～35℃进行发酵。
需要在充足的氧气条件下
醋酸菌对氧气的含量很敏感，当进行深层发酵时，即使短时间 中断通入氧气 ，也会引起醋酸菌的死亡 。
原核生物
生物类型：
异养需氧型
代谢类型：
二分裂
生殖方式：
（2）菌种来源：
空气中的醋酸菌或人工接种的醋酸菌
2.2 制作果酒和果醋
（4）发酵原理：
a. 当氧气、糖源充足时：
b. 当氧气充足，缺少糖源时：
C6H12O6＋2O2 → 2CH3COOH（乙酸）＋2CO2＋2H2O
酶
将乙醇转变成乙醛，再将乙醛变为乙酸
酶
C2H5OH ＋ O2
→ CH3COOH （乙酸）＋ H2O
生产应用：
可用于制作各种风味的醋
将糖分解成乙酸
2.2 制作果酒和果醋
思考：在制作果醋的过程中，酵母菌是否还会继续发酵？
不会。发酵温度、pH不利于酵母菌生长
冲洗葡萄 榨汁装瓶 酒精发酵 醋酸发酵
清洗用具及消毒
（5）步骤：
注意：果醋发酵完成时，在发酵液的液面上会出现一层菌膜，这是醋酸菌膜
果酒
果醋
2.2 制作果酒和果醋
1.在制作果酒和果醋的过程中，发酵液分别有哪些变化？
发酵 酒精发酵 醋酸发酵
气味和味道
气泡和泡沫
发酵液颜色
酒味
酸味
有
无
颜色加深变成深红色
(以紫葡萄作原料)
浑浊，液面形成白色菌膜
1.3 传统发酵技术
活动5
实验分析与思考
3.在制作果醋的过程中，醋酸菌从何而来？采用什么措施可以加快果醋的制作？
打开瓶盖后，空气中的醋酸菌会进入发酵液中大量繁殖，其他的菌种因不适应环境条件而不能繁殖。
我们制作果醋时，可以先买一瓶醋，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，用这层薄膜进行接种可以明显缩短制作果醋的时间。
2.在制作果醋的过程中，酵母菌是否还会继续发酵？
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，很难继续发酵。
1.3 传统发酵技术
活动5
实验分析与思考
装置图 结构 作用
充气口
排气口
长而弯曲 的胶管
出料口
防止空气中微生物的污染
①醋酸发酵时连接充气泵，输入无菌空气
②制果酒时关闭充气口
用来排出CO2
便于取料，及时监测发酵进行的情况
1.3 传统发酵技术
活动6
请分析果酒、果醋制作中发酵装置图中各结构的作用
1.下列关于传统发酵技术的叙述，错误的是
A.传统发酵常常是固体发酵或者半固体发酵
B.传统发酵利用的微生物一般为天然存在的单一菌种
C.传统饮食中的酱油、醋、泡菜等可通过传统发酵获得
D.传统发酵存在杂菌情况不明、过程控制缺乏标准等问题
√
解析　现代发酵工程所用菌种大多为单一菌种，培养基和设备需严格灭菌，有杂菌污染会影响产量；而传统发酵技术很难实现单一菌种的利用，B错误。
2.下列关于腐乳制作原理的叙述，不正确的是
A.腐乳制作实质就是利用发酵技术，将大分子有机物分解为小分子有机物的过程
B.腐乳制作中，起作用的微生物多为异养型真菌
C.传统发酵利用的是天然存在的菌种，所生产的食品安全性更高
D.家庭自制腐乳时，一般不需单独接种菌种
√
解析　传统发酵利用的是天然存在的菌种，没有经过严格的灭菌，所生产的食品安全性较低，C错误。
3.《舌尖上的中国》讲述四川泡菜时曾强调“腌泡菜也有大讲究”。下列有关泡菜制作的叙述，正确的是
A.泡菜制作过程中食盐用量越低越有利于乳酸菌的生长
B.制作泡菜时泡菜坛要密封，主要目的是避免外界杂菌的污染
C.蔬菜应新鲜，若放置时间过长，蔬菜中的亚硝酸盐含量会升高
D.将配制好的盐水煮沸后冷却待用，冷却的目的是降低水中氧气的含量
√
解析　制作泡菜过程中食盐用量过低易造成杂菌大量繁殖，A错误；
制作泡菜时泡菜坛要密封，主要是为乳酸菌的生长繁殖创造无氧条件，B错误；
盐水煮沸后冷却的目的是避免高温杀死乳酸菌，D错误。
4.(2022·河南许昌高二期中)图甲是果酒和果醋发酵的装置图，图乙是果酒和果醋制作过程中发生的物质变化。下列叙述不正确的是
A.用甲装置制作果酒时，加入酵母菌后，一直关紧阀a，适时打开阀b几秒钟
B.用甲装置制作果醋时，阀a要关闭，阀b要持续打开
C.图乙中过程②只能发生在缺氧条件下
D.过程③和④都需要氧气的参与
√
解析　制作果醋所需的微生物是醋酸菌，醋酸菌是好氧细菌，所以阀a要始终打开，B错误。

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