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第一章 发酵工程
第1节 传统发酵技术的应用
第一课时
“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。”
从社会中来
葡萄酒和葡萄醋是人类以葡萄为原料利用微生物发酵制作而来的，它们的制作方法有什么不同？你想不想自己动手制作呢？
葡萄及葡萄酒
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。
约9000年前
20世纪70年代以后
1857年
1897年
20世纪80年代
1957年
20世纪
40年代
巴斯德证明酒精发酵是由活的酵母菌引起的。
科学家发现了酶在酵母菌发酵中的作用。微生物的分离和纯化技术得到了应用，作坊式手工生产向现代工业化生产方向发展。
在厌氧发酵技术的基础上，建立了深层通气液体发酵技术。
通过人工诱变特定微生物，获得具有更高生产能力的突变类型。
基因工程和细胞工程等的发展，使发酵工程进入定向育种的新阶段。
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，以更加合理地控制发酵过程。
科技探索之路
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）类型：
1）概念：
需氧发酵（ ）
厌氧发酵（ ）
醋酸发酵、谷氨酸发酵、腐乳发酵
酒精、乳酸（泡菜、酸奶）发酵
3）产品：
1、发酵：
4）发酵的实质：
发酵与传统发酵技术
一
微生物在有氧或无氧条件下的细胞呼吸，是一个物质氧化分解的过程。
2、传统发酵技术：
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）类型：
固体发酵（ ）
半固体发酵（ ）
泡菜、粮食白酒、腐乳等
3）产品：
豆豉、酱、酱油等
腐乳、酱、酱油、醋和豆豉，泡菜、粮食白酒等
发酵与传统发酵技术
一
【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？
发酵的生产条件不易控制，容易受杂菌污染。
发酵与传统发酵技术
一
4）传统发酵技术的优点：
①操作简单，适用于家庭式或作坊式生产；②它是文化的传承等。
5）传统发酵技术的缺点：
①生产条件不易控制，②产品容易受杂菌污染，③生产效率较低等。
2、传统发酵技术：
实例
腐乳的制作
相关菌种
发酵原理
发酵条件
发酵与传统发酵技术
一
1、菌种：
酵母，曲霉和毛霉等（主要是毛霉）
空气中的毛霉
②代谢类型：
异养需氧型
③生殖方式：
孢子生殖(无性生殖)
2、制作原理
3、反应式：
④菌种来源：
味道鲜美，易于消化吸收，而腐乳本身又便于保存。
氨基酸
脂肪 甘油+脂肪酸
脂肪酶
①生物分类（真原核？）：
真核
毛霉是一种丝状真菌（真核生物）
微生物的代谢类型
同化类型
异化类型
自养型
异养型
厌氧型
需氧型
兼性厌氧型
毛霉
让豆腐上长出毛霉
加盐腌制
加卤汤装瓶
密封腌制
4、制作流程
封瓶时瓶口通过酒精灯火焰防止瓶口污染
温度控制15-18℃；豆腐的水分控制在70％左右
盐作用：①抑制微生物生长，避免腐败变质。②调味。
过高：影响风味
过低：易腐败
卤汤（香辛料+酒精）作用：①防腐杀菌，②增加风味（调味）。含酒量：12%，
过高，时间延长；
过低，易腐败。
发酵与传统发酵技术
一
制腐乳胚
接种
毛霉
(1) 我们平常吃的豆腐，哪种适合用来做腐乳？水分过多会如何？
含水量为70%左右的豆腐适于作腐乳。(老豆腐)
用含水量过高的豆腐制腐乳，不易成形。过少不利于毛霉的生长。
(2) 为什么发酵的温度为15～18 ℃？
此温度不适于细菌、酵母菌和曲霉的生长，而适于毛霉生长。
(3) 吃腐乳时，你会发现腐乳外部有一层致密的“皮”。这层“皮”
是怎样形成的呢？它对人体有害吗？它的作用是什么？
“皮”是前期发酵时在豆腐表面上生长的白色菌丝（直立菌丝和匍匐菌丝），它能使腐乳成形。“皮”对人体无害。
5、思考
发酵与传统发酵技术
一
(1) 控制好材料的用量
a. 腌制时注意控制盐的用量
盐的浓度过低不足以抑制微生物生长，可能导致豆腐腐败变质；
浓度过高会影响腐乳的口味。
b. 卤汤中酒的含量应控制在 12%左右
酒精含量过高将会延长腐乳成熟的时间；含量过低不足以抑制微生物生长，可能导致豆腐腐败。
(2) 防止杂菌污染
a. 用来腌制腐乳的玻璃瓶，洗刷干净后要用沸水消毒。
b. 装瓶时，操作要迅速小心,且要逐层加盐，离瓶口表面的盐要铺厚一些。
c. 封瓶时，最好将瓶口通过酒精灯的火焰，防止瓶口被污染。
6、操作提示
发酵与传统发酵技术
一
酒精含量过高时，腐乳成熟的时间为何会延长？
臭豆腐为什么“闻着臭，吃着香”？
形成氨基酸等小分子物质，以及NH3和少量的H2S
吃着香
闻着臭
酒精含量过高，对蛋白酶具有明显的抑制作用
制作原理
实验设计
主要微生物
根霉
酵母
结果分析与评价
毛霉
蛋白酶
蛋白质
小分子肽和氨基酸
腐 乳
是怎么炼成的
曲霉
机理
脂肪酶
脂肪
甘油和脂肪酸
让豆腐上长出毛霉
加盐腌制
加卤汤装瓶
密封腌制
操作提示
控制盐酒的用量
防止杂菌污染
腐乳
（1）发酵是指人们利用微生物，在缺氧的条件下，将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物 （ 　　）
（2）毛霉主要通过产生蛋白酶分解蛋白质参与腐乳发酵 （ 　 ）
（3）腐乳制作利用了毛霉等真菌的有氧呼吸 （　 　）
1、判断常考语句，澄清易混易错
跟踪训练
跟踪训练
2、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
√
跟踪训练
3、下列关于腐乳制作原理的叙述，错误的是
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
√
4、下列关于“腐乳的制作”的实验，叙述正确的是( )
A．控制发酵温度的主要目的是腐乳调味
B．腐乳制作后期加入香辛料和料酒有防腐作用
C．毛霉的主要作用是分解脂肪和淀粉
D．成品腐乳表面的粘性物质主要由细菌产生
B
A. 加盐主要是为了调节水分，利于毛霉生长
B. 加料酒主要是为了灭菌，避免腐乳变质
C. 发酵过程中起主要作用的是乳酸杆菌
D. 实验室制作的腐乳不宜直接食用
D
保证毛霉的生长
分解蛋白质和脂肪
毛霉－真菌
抑制杂菌生长；独特香味
析出水分，使其变硬；抑制微生物生长
毛霉
5、下列关于中学“腐乳的制作”实验，叙述正确的是( )
跟踪训练
6、关于“腐乳的制作”实验，下列叙述错误的是( 　　)
A. 将腐乳坯堆积起来会导致堆内温度升高，影响毛霉生长
B. 腐乳坯若被细菌污染，则腐乳坯表面会出现黏性物
C. 勤向腐乳坯表面喷水，有利于毛霉菌丝的生长
D. 装坛阶段加入料酒，可有效防止杂菌污染
C
适合做腐乳的豆腐含水量为70%左右，适于毛霉菌丝生长。勤向腐乳坯表面喷水，含水量增多，不利于腐乳成形
7、吃腐乳时，腐乳外部有一层致密的 “皮”，它是由什么形成的( )
A. 腐乳外层蛋白质凝固形成 B. 细菌繁殖形成
C. 人工加配料形成 D.霉菌菌丝繁殖于表面而形成
D
跟踪训练
实例：泡菜的制作
尝试制作传统发酵食品
二
韩国泡菜相传是从我国传入的，堪称韩国“第一菜”。
尝试制作传统发酵食品
二
在我国四川、东北、湖南、湖北、河南、广东、广西等地民间均有自制泡菜的习惯。
鲜嫩清脆，可以增进食欲，帮助消化与吸收。
但是腌制食品少吃，多吃新鲜蔬菜
怎样成为一棵合格的泡菜？
乳酸菌是糖类分解成为乳酸的一类细菌的总称。常见的有：
乳酸链球菌（球状）
乳酸杆菌（杆状）
尝试制作传统发酵食品
二
（一）制作泡菜的微生物
—乳酸菌
在自然界分布广泛，空气、土壤、植物体表、人或动物肠道内部
异养厌氧型
为什么含有抗生素的牛奶不能发酵为酸奶？
牛奶发酵为酸奶主要依靠乳酸菌的发酵作用，而抗生素能够杀死或抑制乳酸菌。
原核生物
二分裂
1、分类：
4、代谢类型：
3、繁殖方式：
2、分布：
尝试制作传统发酵食品
5、生产运用：
用于乳制品的发酵、泡菜的腌制。
二
6、由于菌种不同，代谢途径不同，生成的产物有所不同，
将乳酸发酵又分为同型乳酸发酵、异型乳酸发酵 。
同型乳酸发酵
异型乳酸发酵
C6H12O6 2 C3H6O3 + 能量
酶
C6H12O6 2 C3H6O3 + 能量（乳酸菌）
酶
C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2 + 能量(酵母菌等)
酶
产物只有乳酸
产物除乳酸，
还有乙醇和CO2等
7、发酵条件：
适宜的 ；根据室内温度控制发酵时间，
严格控制 条件。
温度
厌氧
尝试制作传统发酵食品
二
食品添加剂
（二）亚硝酸盐
1、理化性质：
粉末，易溶于 ，有咸味。
白色
水
2、食品生产中的用途：
3、分布广泛
蔬菜中平均含量为 ，
咸菜中平均含量为 ，
4mg/Kg
7mg/Kg
能抑制肉毒杆菌的生长，色泽鲜嫩，为发色剂和防腐剂。
尝试制作传统发酵食品
二
4、与人体健康关系：
（1）当摄入的总量达到 时，会引起中毒，
当摄入的总量达到 时，会引起死亡。
0.3~0.5 g
3 g
（3）膳食中的绝大部分亚硝酸盐随 排出，只有在特定的条件下才会转变成致癌―― ，亚硝胺对动物还具有致畸和致突变作用。
尿
亚硝胺
（2）亚硝酸盐是一类氧化剂，能够把血液中携带氧的低铁血红蛋白
转变为高铁血红蛋白，从而导致缺氧性中毒症状。
尝试制作传统发酵食品
二
5、我国食品卫生标准：
亚硝酸盐在适宜的PH，温度和一定微生物的作用下转变成致癌物质亚硝胺，因此，霉变的食品亚硝胺可增至数十倍至数百倍。
食品类型 肉制品 酱腌菜 婴儿奶粉
亚硝酸盐的残留量(mg/Kg)
≤30
≤ 20
≤ 2
蔬菜水果
亚硝酸盐
pH、温度
微生物
亚硝胺
硝酸盐
硝酸盐还原菌
维生素C、E
和酚类物质
注意：发酵温度高；食盐用量过低；发酵时间短容易导致硝酸还原菌大量增殖，产生较多的亚硝酸盐
尝试制作传统发酵食品
二
为什么日常生活中要多吃新鲜蔬菜，不吃存放时间过长、变质的蔬菜？
有些蔬菜，如小白菜和萝卜等，含有丰富的硝酸盐。当这些蔬菜放置过久发生变质（发黄、腐烂）或者煮熟后存放太久时，蔬菜中的硝酸盐会被微生物还原成亚硝酸盐，危害人体健康。
尝试制作传统发酵食品
二
舌尖上的中国——四川泡菜
尝试制作传统发酵食品
二
亚硝酸盐的含量低
乳酸含量0.4%~0.8%时，口味、品质最佳。
1、原理：
2、菌种来源：
3、材料用具：
C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+ 能量
酶
植物体表面天然的乳酸菌
(三) 制作泡菜
新鲜蔬菜、调味品、泡菜坛或其他密封性良好的罐子
尝试制作传统发酵食品
二
3、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。
4、泡菜制作流程
选择原料
修整、洗涤、晾晒、切分成条状或片状
加入调味料，装坛
测定亚硝酸盐含量
成品
发酵
称取食盐
配制盐水
泡菜盐水
尝试制作传统发酵食品
二
修整、洗涤、下晾晒，萎蔫后，切分成条状或片状。
将经过处理的蔬菜混合均匀，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，再徐徐注入配好的盐水，使盐水没过全部菜料，盖好坛盖。
清水与盐的质量比为5%-20%盐水煮沸冷却备用
材料选择
泡菜制作
测定亚硝酸盐含量
泡菜坛
原料
原料处理
配制盐水
装坛
封坛发酵
火候好、无裂纹、无砂眼、坛沿深、盖子吻合好
质地新鲜，无虫咬，无烂痕斑点
盖好坛盖。在坛盖边沿的水槽中注满水，密封发酵。发酵过程中，注意经常向水槽中补充水。发酵时间受 温度 因素的影响。
泡菜制作
原料处理
配制盐水
装坛
封坛发酵
加热煮沸：杀菌，除去水中的氧气
盐的作用：灭菌、调味、析水
冷却：保证乳酸菌等微生物的生命活动不受影响
加入一碗老坛水
可减少腌制时间
原因：相当于接种了乳酸菌
用量过高，乳酸发酵受抑制，泡菜风味差；
用量过低，杂菌易繁殖，导致泡菜变质。
创造无氧环境
动物实验表明：
研究表明：
亚硝胺具有致癌作用，对动物具有致畸和致突变作用
人类的某些癌症与亚硝胺(化学致癌因子)有关
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)
封坛发酵:泡菜发酵的阶段
发酵前期：
蔬菜刚入坛时，表面带入的微生物，主要是以不抗酸的大肠杆菌和酵母菌等较为活跃，它们发酵产生较多的乳酸、酒精、醋酸和二氧化碳等，二氧化碳以气泡形式从水槽内放出，逐渐使坛内形成嫌气状态。硝酸盐还原菌的作用使得坛内亚硝酸盐含量增加。
（异型发酵）
此时泡菜液的含酸量约为0.3%～0.4%，是泡菜初熟阶段，
其菜质咸而不酸、有生味。
由于前期乳酸的积累，pH下降，嫌气状态的形成，乳酸杆菌进行活跃的同型乳酸发酵，乳酸积累，pH达3.5~3.8。大肠杆菌、酵母菌、霉菌等的活动受到抑制。这一期为完全成熟阶段，乳酸含量为0.4%～0.8%，泡菜有酸味且清香品质最好。硝酸盐还原菌受抑制，部分亚硝酸盐被氧化，含量降低。
发酵中期：
（同型发酵）
继续进行乳酸发酵，乳酸积累达1.2％以上时，乳酸杆菌的活性受到抑制，发酵速度逐渐变缓甚至停止。此阶段泡菜酸度过高、风味不协调。硝酸盐还原菌被完全抑制，亚硝酸盐下降至相对稳定。
发酵后期：
发酵时期 乳酸菌 乳酸 亚硝酸盐含量
发酵初期
发酵中期
发酵后期
变化曲线
泡菜腌制过程中，乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的变化
少
少
增加
最多
下降
增多、
pH下降
继续增多，
pH继续下降
下降至相对稳定
减少
(氧气抑制乳酸菌活动)
(乳酸积累抑制杂菌污染)
(乳酸继续积累，PH继续下降，抑制自身活动)
(硝酸还原菌的作用)
(硝酸还原菌被抑制，部分亚硝酸盐被分解)
(硝酸还原菌被完全抑制)
1. 泡菜发酵初期发酵坛的水槽内会间歇性有气泡冒出，试分析气泡产生的原因。
气泡是由于酵母菌等微生物进行细胞呼吸产生CO2形成的。
2. 为什么泡菜坛内有时会长一层白膜？
酵母菌是兼性厌氧微生物，泡菜发酵液营养丰富，其表面氧气含量较高，适合酵母菌繁殖。大量酵母菌聚集在发酵液表面形成一层白膜。
思考
3. 发酵过程中定期测定亚硝酸盐含量的原因是什么？
发酵的不同时期亚硝酸盐的含量会发生变化，及时检测是为了把握食用泡菜的最佳时机
（1）用显微镜观察腌制泡菜盐水中的乳酸菌：
（2）泡菜腌制过程中亚硝酸盐含量变化的趋势：
5、结果分析与评价
用高倍镜观察，乳酸菌呈链球状或杆状，无核
泡菜中亚硝酸盐的含量将上升后下降，最后趋于稳定。
注：检验泡菜品质不可用品尝法，以防中毒，检验乳酸可用PH试纸检测
尝试制作传统发酵食品
二
5、结果分析
（1）用水封闭泡菜坛的目的是什么？这说明泡菜制作需什么条件？
水封闭坛口起着使坛内与坛外空气隔绝的作用，这是最简易的造成无氧环境的方法。说明乳酸菌进行乳酸发酵需无氧环境。
（2）什么泡菜坛只能装八成满？
A. 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，它们可以进行发酵，发酵产物中有较多的二氧化碳，如果泡菜坛装的太满，发酵液可能会溢出坛外。
B. 另外，泡菜坛装的太满，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。
C. 泡菜坛留有一定的空间，也更方便拿取泡菜。
尝试制作传统发酵食品
二
（4）你腌制的泡菜成功吗？色泽如何？口味如何
泡菜好吃，但不宜多吃，
泡菜中亚硝酸盐会危及人体健康
（3）从开始制作到泡菜质量最佳这段时间内，泡菜逐渐变酸，泡菜坛
中乳酸菌和其他杂菌的消长规律是什么？
乳酸菌数量增多，杂菌数量减少；因为乳酸菌比其他杂菌更耐酸。
尝试制作传统发酵食品
二
练一练：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？
13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
“陈泡菜水”含乳酸菌，可快速发酵产生乳酸
课堂练习
下图为泡菜的制作及测定亚硝酸盐含量的实验流程示意图，请据图回答：
(1) 制作泡菜宜选用新鲜的蔬菜或其他原料，原因是 。
(2) 制备泡菜的盐水中清水与盐的质量比约为 ，盐水需煮沸并冷却
后才可使用，原因是 ；
。
试说明盐在泡菜制作中的作用： 。
(3) 泡菜风味形成的关键在于 的加入。
亚硝酸盐的含量低
5%-20%
加热煮沸是为了杀灭杂菌
冷却之后使用是为了保证乳酸菌等微生物的生命活动不受影响
调味、脱水及杀菌
调味料
(4) 泡菜的制作方法不当，很容易造成泡菜变质，甚至发霉变味，
试分析可能的原因：
(5) 发酵过程中应定期测定亚硝酸盐的含量，原因是
泡菜坛子密封不严或取食工具不卫生，或盐的比例过小，都会引起杂菌滋生、泡菜变质。
发酵不同时期亚硝酸盐的含量会发生变化，及时检测是为把握取食泡菜的最佳时机。

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