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第一章 发酵工程
第1节 传统发酵技术（第一课时）
科技探索之路：从传统发酵技术到发酵工程
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。
究竟什么是发酵呢？
目录
01
一、发酵与传统发酵技术
一、发酵与传统发酵技术
1.发酵
（1）概念：
（2）原理：
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。
（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
原料
（复杂的分子）
适宜的条件
微生物代谢
人类所需产物
（简单分子）
发酵的实质就是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。
一、发酵与传统发酵技术
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（泡菜、粮食白酒、腐乳等）
半固体发酵（豆豉、酱、酱油等）
2. 传统发酵技术
对微生物而言，“发酵”在有氧和无氧条件下都能进行。
必修一（P94）中提到的发酵特指“微生物的无氧呼吸”，是狭义的发酵概念。
霉菌
一、发酵与传统发酵技术
2. 传统发酵技术
（3）传统发酵技术的优点：
操作简单，适用于家庭式或作坊式生产，它是文化的传承等。
（4）传统发酵技术的缺点：
生产条件不易控制，产品容易受杂菌污染，生产效率较低等。
一、发酵与传统发酵技术
思考辨析：
1.使用酵母制作馒头属于传统发酵技术吗？
不属于；使用前一次发酵保存下来的面团进行的才算。
例如：直接利用空气中毛霉孢子制作腐乳属于传统发酵技术，若直接接种毛霉，则不属于。
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？
发酵的生产条件不易控制，容易受杂菌污染。
自养型：
异养型：
光能自养型
化能自养型
（硝化细菌）
（绿色植物、蓝细菌）
能直接把无机物制造成有机物
自己不能制造有机物，只能以现成的有机物来维持生活。
（大多数动物）
同化作用类型
需氧型：
兼性厌氧型：
异化作用类型
厌氧型：
指在有空气的环境中才能生长繁殖的生物,包括人类、动物、植物等
必须在无分子氧的环境中才能生长繁殖的生物
是指在有氧条件下生长良好，在无氧条件下也能生长的生物
知识拓展—生物代谢类型
代谢类型：同化作用类型＋异化作用类型
一、发酵与传统发酵技术
一、发酵与传统发酵技术
2. 传统发酵技术
实例：腐乳的制作原理
（1）参与的微生物：
酵母，曲霉和毛霉等，起主要作用的是毛霉（真核）。
毛霉：
代谢类型：
生殖方式：
发酵温度：
丝状真菌
（真核生物）
异养需氧型
孢子生殖
15-18 ℃
（2）反应原理：
蛋白质被分解味道鲜美，易于消化吸收，又便于保存。
蛋白质
小分子肽+氨基酸
蛋白酶
脂肪酶
脂肪 甘油 + 脂肪酸
（为主）
一、发酵与传统发酵技术
（3）制作过程：
让豆腐长出毛霉
直接利用空气中的毛霉孢子或者直接接种毛霉（15-18℃，一定湿度（70％））
目的：让毛霉等产生蛋白酶和脂肪酶
加盐腌制
目的：析出豆腐中的水分、抑制不需要的微生物生长
加卤汤瓶
卤汤包括酒和香辛料
酒：抑制微生物生长，并使腐乳具有独特香味；
香辛料：调味，防腐杀菌
密封腌制
方法：随豆腐层数加高增加盐用量，接近瓶口表面，铺厚一点，腌制大约8天左右。
制腐乳坯
含水量70%左右为宜，含水量过高不易成形，过低不利于毛霉生长。
卤汤中酒的含量应控制在12%左右，过高会延长腐乳成熟的时间，过低不足以抑制微生物生长，可能导致豆腐腐败
瓶口酒精灯过一下
原因：前期毛霉已经产生足够蛋白酶和脂肪酶，同时密封可以防止杂菌污染
习题检测
（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 （　 　）
×
√
√
解析：微生物的细胞呼吸也称为发酵，人们利用微生物的发酵，在适宜的条件下(不一定是缺氧条件)，将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物。
目录
02
二、尝试制作传统发酵食品
二、尝试制作传统发酵食品
传统发酵食品制作所利用的微生物
制作果酒
制作果醋
酵母菌-真菌-真核生物
醋酸菌-细菌-原核生物
制作泡菜
乳酸菌-细菌-原核生物
二、尝试制作传统发酵食品
(一）乳酸发酵
1. 菌种：
乳酸菌
原核生物（细菌）
①.生殖方式：
分裂生殖（二分裂生殖）
②.代谢类型：
异养厌氧型
③.种类：
乳酸链球菌、乳酸杆菌
④.分布：
空气、土壤、植物体表、人或动物肠道内部
乳酸杆菌（制作酸奶）
乳酸链球菌（制作泡菜）
⑤.最适温度：
适宜发酵温度为30～40℃。
⑥.菌种来源：
植物体表面天然的乳酸菌
二、尝试制作传统发酵食品
实例①：泡菜的制作
韩国泡菜相传是从我国传入的，堪称韩国“第一菜”。
二、尝试制作传统发酵食品
舌尖上的中国——四川泡菜
二、尝试制作传统发酵食品
实例①：泡菜的制作
（1）菌种：
乳酸菌
来源：
植物体表面天然的乳酸菌
（原核生物）
（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%
（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。
二、尝试制作传统发酵食品
实例①：泡菜的制作
（3）材料用具
食盐，清水，新鲜蔬菜（亚硝酸盐的含量低），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。
二、尝试制作传统发酵食品
实例①：泡菜的制作
（4）方法步骤
配制盐水
用清水和食盐配制质量分数为5%-20%的盐水，并将盐水煮沸，冷却待用。
原料处理、蔬菜装坛
加盐水
封坛发酵
①盐的作用：
调味，抑制其他微生物生长
②5%-20%的盐水：
过高，口味不佳，乳酸发酵将受抑制；
过低，杂菌易繁殖，导致泡菜变质。
杀灭水中的微生物，去除水中的溶解氧
③盐水煮沸的目的：
防止高温杀死入坛微生物
④盐水冷却后使用的目的：
二、尝试制作传统发酵食品
（4）方法步骤
配制盐水
原料处理、蔬菜装坛
加盐水
封坛发酵
将新鲜蔬菜（如萝卜、黄瓜和豌豆等）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。
晾干：防止泡菜变质；可用盐腌制析水
香辛料：调味和抑制微生物生长
为什么泡菜坛只能装八成满？
1.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。
2.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。
3.泡菜坛留有一定的空间，也更方便拿取泡菜。
二、尝试制作传统发酵食品
（4）方法步骤
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。
将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过全部菜料，盖好坛盖。
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，为什么呢？
给泡菜坛内创造无氧环境。
乳酸菌是一种厌氧菌，只有在无氧环境中才会进行乳酸发酵。
创造无氧环境
泡菜坛内形成白膜是由于产膜酵母的繁殖。酵母菌是兼性厌氧微生物，泡菜发酵液营养丰富，其表面氧气含量也很丰富，适合酵母菌的繁殖。
二、尝试制作传统发酵食品
注意：泡菜发酵过程中，不是乳酸菌单独发酵的结果：
乳酸积累，pH过低；乳酸菌的生长也受到抑制，乳酸菌数量减少。
发酵初期
多种微生物（如大肠杆菌、酵母菌）进行有氧呼吸，产生较多的CO2，坛沿水槽内有气泡放出。此阶段是形成无氧环境的过程。
发酵中期
发酵后期
主要是乳酸菌的发酵过程，其他微生物的生长受到抑制。
二、尝试制作传统发酵食品
实例①：泡菜的制作
二、尝试制作传统发酵食品
实例①：泡菜的制作
（5）结果分析与评价
你腌制的泡菜成功吗？色泽如何？口味如何？
泡菜质量可以根据泡菜的色泽和风味进行初步的评定；
通过在显微镜下观察乳酸菌的形态和数目；
根据亚硝酸盐的含量来评定；
一般来说，腌制成功的泡菜汤清亮，无浮沫，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。
二、尝试制作传统发酵食品
泡菜腌制中亚硝酸盐产生
亚硝酸盐为强氧化剂，能够把血液中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。
膳食中的绝大部分亚硝酸盐随尿排出，但在适宜的pH、温度和一定的微生物作用下会转变成致癌物质亚硝胺（霉变的食品中亚硝胺可增至数十倍至数百倍）。
注意：亚硝酸盐本身并不致癌，亚硝酸盐会转化为亚硝胺（致癌、致畸和致突变）作用。
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)
氧化
维生素C、E和酚类物质
亚硝胺
亚硝胺具有致癌作用
适宜的pH、
温度和一定的微生物作用
二、尝试制作传统发酵食品
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
发酵中期
发酵后期
曲线模型
少（有氧气，乳酸菌的活动受到抑制）
最多（乳酸菌比其他杂菌更耐酸。乳酸积累，抑制其他菌活动）
减少（乳酸积累，pH下降，抑制其活动）
少
积累增多，pH下降
继续增多，最后保持稳定，pH继续下降。
增加（硝酸盐还原菌的作用）
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）
下降至相对稳定（硝酸盐还原菌被完全抑制）
习题检测
例1：（拓展应用P82）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？
11—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，发酵温度过低等原因导致泡菜未能正常发酵。
“陈泡菜水”含乳酸菌，可快速发酵产生乳酸
习题检测
(1)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 ( )
(2)发酵期间，乳酸会不断积累，当它的质量分数为0.04%～0.08%时，泡菜的口味、品质最佳 ( )
(3)选材装至半坛时，放入蒜瓣、生姜及其他香辛料，继续装满 ( )
(4)制备泡菜时，盐水煮沸后可以立即使用 ( )
(5)泡菜的制作前期需要通入氧气，后期应严格保持无氧条件 ( )
(6)泡菜在腌制过程中会有亚硝酸盐产生，腌制方法、时间长短和温度高低等条件都对亚硝酸盐的含量有影响 ( )
√
×
×
×
×
√
习题检测
例2：回答下列有关泡菜制作的问题：
(1)制作泡菜时，所用盐水要煮沸，其目的是______________________________ 为了缩短制作时间，有人还会在冷却后的盐水中加入少量陈泡菜液，加入陈泡菜液的目的是________________________。
(2)泡菜制作过程中，乳酸发酵过程即乳酸菌进行___________的过程。该过程发生在乳酸菌的_____________中。
(3)泡菜制作过程中影响亚硝酸盐含量的因素有__________、________和____________等。
(4)从开始制作到泡菜质量最佳这段时间内，泡菜液逐渐变酸，这段时间内泡菜坛中乳酸菌和其他杂菌的消长规律是________________________________原因是______________________。
杀灭盐水中的微生物并除去水中氧气
增加乳酸菌的数量　
无氧呼吸
细胞质基质　
温度
腌制时间　
食盐用量　
乳酸菌数量增多，杂菌数量减少　
乳酸菌比杂菌更耐酸

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