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第一节 传统发酵技术的应用
科技探索之路：从传统发酵技术到发酵工程
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。
“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？
葡萄酒和葡萄醋都是由葡萄发酵而来，但是一个经酵母菌无氧呼吸产生了酒精，另一个经醋酸菌有氧呼吸产生了醋酸，因此口感不同。
葡萄及葡萄酒
从社会中来
一、发酵与传统发酵技术
1、发酵技术历史悠久
2、发酵
3、腐乳的制作
4、传统发酵技术
1、发酵技术历史悠久
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。
汉代砖刻上的酿酒图
展示我国古代酿酒作坊的绘画作品
2、发酵
1857年，法国微生物学家巴斯德证明了酒精发酵是由活的酵母菌引起的。此后，人们才开始了解发酵的本质。
(1)发酵本质的发现
(2)发酵的概念
是指人们利用微生物，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。
不同的微生物具有产生不同代谢物的能力，因此利用它们就可以产生出人们所需要的多种产物。
(3)发酵的原理
3、腐乳的制作
腐乳是我国古代劳动人民创造出的一种经过微生物发酵制作的大豆食品。
（1）腐乳的概念
（2）腐乳发酵的微生物
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。毛霉是一种丝状真菌，其生殖方式为孢子生殖，代谢类型是异养需氧型。
（3）腐乳发酵的原理
蛋白质
小分子肽+氨基酸
蛋白酶
脂 肪
甘油+脂肪酸
脂肪酶
（1）概念
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，一般称为传统发酵技术。
（2）特点
①以混合菌种的固体发酵及半固体发酵为主
②通常是家庭式或作坊式的。
4、传统发酵技术
（3）传统发酵技术制作的食品
除腐乳外，传统发酵技术制作的食品还有酱、酱油、醋、泡菜和豆豉等，它们是我国传统饮食文化的重要组成部分。
二、尝试制作传统发酵食品
1、 制作泡菜
2、制作果酒和果醋
1、 制作泡菜
（1）制作泡菜的微生物
（2）制作泡菜的原理
（3）制作泡菜的材料用具
（4）制作泡菜的步骤
（5）结果分析与评价
（6）进一步探究
（1）制作泡菜的微生物
制作传统泡菜是利用植物体表面天然的乳酸菌来进行发酵的。发酵期间，乳酸会不断积累，当它的质量分数为0.4%~0.8%时，泡菜的口味、品质最佳。
乳酸菌是厌氧菌，在无氧的情况下能将葡萄糖分解成乳酸，可用于乳制品的发酵、泡菜的腌制等。
乳酸菌种类很多，在自然界中分布广泛，空气、土壤、植物体表、人或动物肠道内都有乳酸菌分布。
常见到的乳酸菌有乳酸链球菌和乳酸杆菌。
乳酸链球菌（球状）
乳酸杆菌（杆状）
（2）制作泡菜的原理
乳酸菌在无氧条件下将葡萄糖分解成乳酸。
C6H12O6 →2C3H6O3（乳酸）+能量
酶
（3）制作泡菜的材料用具
食盐、清水、新鲜蔬菜、蒜瓣、生姜及其它香辛料、泡菜坛或其它密封性良好的罐子等。
（4）制作泡菜的步骤
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。煮沸盐水的目的：杀灭盐水中的微生物并除去水中氧气
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。
向坛盖边缘的水槽中注满水，并在发酵过程中应经常向水槽中补充水；
根据室内温度控制发酵时间。
将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过菜料，盖好坛盖。
原料处理、蔬菜装坛
加盐水
封坛发酵
配制盐水
原料处理、蔬菜装坛
加盐水
封坛发酵
（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？
目的是给泡菜坛内创造无氧环境，这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？
在泡菜发酵初期，由蔬菜表面带入的大肠杆菌、酵母菌等较为活跃，它们可进行发酵，发酵产物中有较多的CO2，如果泡菜坛装得太满，发酵液可能会溢出坛外。另外，泡菜坛装得太满，会使盐水不太容易完全淹没菜料，从而导致坛内菜料变质腐烂。泡菜坛留有一定的空间，也更方便拿取泡菜。
一般来说，腌制成功的泡菜汤清亮，无梅花浮膜，菜质脆嫩度适口，酸甜咸味适宜，具有一定的香气，咀嚼后无渣等。
③你腌制的泡菜成功吗？色泽如何？口味如何？
（6）进一步探究
1.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。
【练一练】
课本P8
1.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？
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？
3.加入“陈泡菜水”的目的是什么？
10天后食用比较好，亚硝酸盐含量低。
盐浓度高，杀死了乳酸菌等微生物;发酵温度低。
“陈泡菜水”含有纯度较高的乳酸菌，相当于接种乳酸菌。
4.影响亚硝酸盐含量（增加）的因素有那些呢？
影响亚硝酸盐含量（增加）的因素：温度（过高）、食盐用量（过低）、腌制时间（过短）。
2、 制作果酒和果醋
（1）制作果酒和果醋的微生物
（2）制作果酒和果醋的原理
（3）制作果酒和果醋的材料用具
（4）制作果酒和果醋的步骤
（5）结果分析与评价
（6）进一步探究
许多新鲜水果（如葡萄）的果皮表面附着有大量的不同种类的野生酵母菌。在这些酵母菌的作用下，水果可以发酵成果酒。
酵母菌是一类单细胞真菌，能以多种糖类作为营养物质和能量的来源，因此在一些含糖量较高的水果、蔬菜表面经常可以发现酵母菌的存在。
酵母菌是兼性厌氧微生物，在无氧条件下能进行酒精发酵，可用于酿酒、制作馒头和面包等。
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。
（1）制作果酒和果醋的微生物
在有氧条件下，果酒经醋酸菌的作用还可以进一步发酵成果醋。
醋酸菌是好氧菌，当O2、糖源都充足时能通过复杂的化学反应将糖分解成乙酸；当缺少糖源时则直接将乙醇转化为乙醛，再将乙醛转变为乙酸。
醋酸菌可用于制作各种风味的醋。
多数醋酸菌的最适生长温度为30~35 C。
（2）制作果酒和果醋的原理
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
醋酸菌在氧气、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
C6H12O6 →2C2H5OH（酒精）+2 CO2+能量
酶
C6H12O6 +2O2→2CH3COOH+ 2CO2+2H2O+能量
酶
C2H5OH+O2 →CH3COOH（醋酸）+H2O+能量
酶
新鲜的水果（如葡萄、苹果、山楂和龙眼等）、洗洁精、70%的酒精、发酵瓶、纱布和榨汁机等。
（3）制作果酒和果醋的材料用具
（4）制作果酒和果醋的步骤
器具消毒
冲洗葡萄
榨汁装瓶
果酒检测
酒精发酵
果醋发酵
果醋检测
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。
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。
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【为什么？】 （注意：不是打开瓶盖【为什么？】 ），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。
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。
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【为什么？】），盖好瓶盖。
（5）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？
在葡萄酒的制作过程中，发酵液会产生气泡，这是因为酵母菌发酵产生CO2；开始发酵后，CO2产生越来越多，会使发酵液出现“沸腾”现象，在发酵的10天后，这种现象最明显。
如果是用紫色葡萄制作葡萄酒，随着发酵时间的延长，由果皮进入发酵液的花青素会越来越多，因而发酵液的颜色会逐渐加深变成深红色。果醋发酵过程中一般不会出现气泡，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。
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？
果酒中除了酵母菌，还有乳酸菌、醋酸菌等微生物。
乳酸菌可能分解果酒中的糖、甘油、酒石酸等，从而使果酒变质。可以通过调节发酵的温度、果酒的pH等来控制乳酸菌的含量。
果汁中的糖也是醋酸菌重要的碳源和能源。在有氧的情况下，醋酸菌能把糖分解成醋酸；在缺少糖源的情况下，乙醇便是醋酸菌的碳源和能源，它将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为醋酸。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O2含量，可以抑制醋酸菌的生长繁殖；此外，通过调节发酵的温度、果酒的pH等同样可以控制醋酸菌的含量。
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。
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。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（实际上是醋酸菌），用这层薄膜进行接种可以明显缩短制作果醋的时间。
④你制作的果酒和果醋的口味如何？如果你对结果不满意，应该如何改进？
制作成功的葡萄酒爽口，柔和，有浓郁的果香味。
制作成功的果醋有特有的果香，酸味柔和，稍有甜味，不涩。
如果对制作结果不满意，应从制作过程全面考虑改进措施，如严格控制发酵条件，发酵所用装置要进行清洗、晾干、消毒等。
⑤冲洗1～2次即可，能否连续冲洗，为什么？为什么去梗前冲洗？
⑥葡萄汁装入发酵瓶时，为何要留有1/3的空间？
A.先让酵母菌进行有氧呼吸，快速繁殖，耗尽O2后，再进行酒精发酵；
B.防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出。
不能，防止果皮表面的野生菌种数量减少。
避免葡萄破损，减少被杂菌污染的机会
（6）进一步探究
【练一练】
课本P8
有三位同学分别采用了三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。出料口可以用来取样；充气口可以在发酵时连接充气泵进行充气，从而有利于醋酸菌更好地进行有氧呼吸，提高发酵效率；排气口可以用来排出在发酵过程中产生的气体，它通过一个长而弯曲的胶管与瓶身连接，其目的是防止空气中微生物的污染。
进一步改进：可以在充气口填充棉花或者安装其他过滤装置，以防止充入的气体携带外来杂菌污染发酵液等。
查阅关于果酒和果醋工业化生产的工艺流程，比较自己制作果酒和果醋的方法与这些流程有哪些异同。在此基础上，请思考：当把少量制作转化为大规模生产时，需要解决哪些实际问题？你能从中体会到技术与工程的区别的和联系吗？
少量制作转向大规模生产时，会遇到许多新问题。例如，少量制作果醋时，不需要专门的搅拌装置。而大规模生产果醋时，由于发酵罐容积很大，就需要安装搅拌器，以保障醋酸菌对O2的需求。可见在大规模生产发酵产品时，需要进行更为全面周详的考虑，如考虑原料的来源与选样、菌种的选育与培养、发酵设备的选择、发酵条件的自动化控制、发酵产品的质量控制、成本价格等。
自己制作的果酒和果醋并非商品意义上的产品。在实际生产中还需要经过沉淀、过滤、灭菌、装瓶等过程才能获得成品酒或醋。果酒还需要在一定条件下进行后续发酵，以获得特定的风味和色泽。
通过深入思考，可以感悟到，工程、技术与科学的不同——科学以“发现”为核心，技术以“发明”为核心，工程以“建造”和“产品”为核心。技术要通过工程设计等环节，将一系列相关技术体系化地组合起来，才能转化应用在工程中，大规模生产人们需要的产品。
到社会中去
帮范儿
再会

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