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第一章 发酵工程
第1节 传统发酵技术（第二课时）
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
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。
思考·讨论：
1、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？
2、它们的制作方法有什么不同？
（一）酒精发酵：
1.菌种：
酵母菌
（单细胞真核）
2.原理：
酵母菌（视频）
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
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
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：
C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2
酶
C6H12O6＋6O2 6CO2＋6H2O
酶
菌种来源：自然发酵的菌种主要是附着在新鲜水果（如葡萄）的果皮表面的野生酵母菌
尝试制作传统发酵食品
尝试制作传统发酵食品
2. 菌种：
醋酸菌
原核生物（好氧细菌）
①.生殖方式：
二分裂生殖
②.代谢类型：
异养需氧型
③.最适条件：
多数醋酸菌的最适生长温度为30～35℃。pH呈酸性。
④.应用：
食醋、果醋等
⑤.菌种来源：
空气中的野生醋酸菌或人工接种的醋酸菌
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。
(二）醋酸发酵
在变酸的酒的表面观察到的菌膜，就是醋酸菌在液面大量繁殖而形成的。
（三）制作果酒和果醋
1.制作原理
（1）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，在它们作用下，水果可以发酵成果酒。
（2)酵母菌在有氧条件下，进行有氧呼吸，大量繁殖；
酵母菌在无氧条件下能进行酒精发酵。
酶
反应式：
C6H12O6+6O2+6H2O→6CO2+12H2O+能量
C6H12O6 →2C2H5OH（酒精）+2 CO2+能量
酶
C2H5OH+O2 →CH3COOH（醋酸）+H2O+能量
酶
(3)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 +2O2→2CH3COOH+ 2CO2+2H2O+能量
酶
“糖制醋”
“酒变醋”
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）
2.材料用具
3.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
去除表面灰尘、污物
防止野生菌种数量减少，影响发酵
避免葡萄破损，减少被杂菌污染的机会
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，
排出发酵产生的气体（CO2）
防止空气中杂菌及O2进入而污染发酵液
实例②：制作果酒和果醋
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
榨汁装瓶
酒精发酵
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。
（3）材料用具
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
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.
温度控制在18-30℃发酵的原因：
因为果皮表面附着的野生酵母菌可能有很多种，所以提供了适合多种酵母菌生长的温度范围。另外，控制温度在一个较大范围内比较简单易行。
酒精含量达到12%—16%时，发酵几乎停止，原因是：
a 酵母菌被酒精杀死
b营养物质被耗尽；pH影响了酶的活性
尝试制作传统发酵食品
实例②：制作果酒和果醋
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
⑩ 如何检测果酒的发酵情况
（检测是否产生酒精）？
重铬酸钾
醋酸菌从何而来？
打开瓶盖，盖上纱布，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，该温度下酵母菌代谢缓慢。
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。
1.闻味、品尝、显微镜观察酵母菌
2.用酸性条件下的重铬酸钾溶液检测
（橙色→灰绿色）
防止外来杂菌和灰尘的污染
尝试制作传统发酵食品
二、尝试制作传统发酵食品
实例②：制作果酒和果醋
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
如何检测果醋的发酵情况？
①.闻味、品尝、观察醋酸菌膜是否形成
②.显微镜观察醋酸菌；
③.使用pH试纸检测检测和比较发酵前后的pH值；
实例②：制作果酒和果醋
尝试制作传统发酵食品
4.实验分析与思考
（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？
a.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了CO2；
b.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；
c.发酵过程产热，会使发酵液温度上升，应注意控温；
d.酒精发酵过程中，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；
e.果醋发酵完成后，发酵液浑浊，液面上会出现一层白色菌膜，即醋酸菌膜；
（2）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，因此酵母菌活性很低。
醋酸菌从何而来？采用什么措施可以加快果醋的制作？
人工接种醋酸菌或直接打开瓶盖，让空气中的醋酸菌在发酵液中大量繁殖。
在工业上 , 后期醋的发酵需要人工接种醋酸菌。
（3）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？
还有一些乳酸菌和醋酸菌；乳酸菌能将糖分解为甘油、酒石酸等，从而使果酒变质，而在有氧的情况下，醋酸菌能把糖分解成醋酸或者把乙醇转化为乙醛进而转化为醋酸。
可以通过调节发酵的温度、pH等来控制乳酸菌含量；
可以通过减少O2含量、调节发酵温度、pH来控制醋酸菌含量；
尝试制作传统发酵食品
（4） 果酒制作过程中，在不灭菌的情况下，酵母菌是如何成为优势菌种的？
发酵后期在缺氧和酸性发酵液中，绝大多数微生物的生命活动受到抑制，而酵母菌可以适应这一环境成为优势菌种
(5)在酒精发酵过程中往往“先通气后密封”，为什么？
通气的目的是：使酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖；
密封的目的是：使酵母菌进行无氧呼吸产生酒精。
作用：使酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖，增加菌种数目
（6）在果酒和果醋制作中，哪些做法可防止发酵液被污染？
a.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；
b.处理葡萄时应先冲洗再去除枝梗；
c.排气时只需拧松瓶盖，不要打开瓶盖
尝试制作传统发酵食品
充气口
在乙酸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
用来取样检测并放出发酵产物
排气口
装置使用：
①酒精发酵时，充气口关闭；排气口排除二氧化碳。
②乙酸发酵时，充气口连接气泵，输入氧气。
出料口
果酒发酵与果醋发酵的装置
二、尝试制作传统发酵食品
排出酒精发酵时产生的CO2；与排气管相连的长而弯曲的胶管，可有效地阻止空气中的微生物的进入，避免感染
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，输入无菌空气
排出CO2
打开
打开
便于取料，及时监测发酵进行的情况，放出发酵液。
关闭
用来取样检验发酵进程，可以检验酒味、酒精的含量、进行酵母菌的镜检等。
为什么排气口胶管长而弯曲？
防止空气中微生物的污染
该装置还能继续改进吗？
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
发酵瓶只装2/3液体不装满原因？
暂时储存发酵产生的CO2，起到缓冲作用
尝试制作传统发酵食品
发酵瓶
小结1：实验设计流程图
无氧
有氧
挑选葡萄
冲洗
榨汁
醋酸发酵
酒精发酵
果酒
果醋
在上述传统发酵食品的制作过程中，我们没有接种菌种，而是利用了天然存在的菌种。菌种差异、杂菌情况不明和发酵过程的控制缺乏标准等，往往会造成发酵食品的品质不一。为了缩短发酵时间，确保品质稳定，工业上大规模生产时，通常会先通过微生物培养技术获得单一菌种，再将它们接种到物料中进行发酵。
特别提醒：
果酒和果醋制作成功的四个关键点
(1)选择新鲜的葡萄,榨汁前先将葡萄进行冲洗，再除去枝梗，以防葡萄汁流失及污染。
(2)葡萄汁装入发酵瓶时,要留有大约1/3的空间:目的是先让酵母菌进行有氧呼吸快速繁殖,耗尽瓶内O2后再进行酒精发酵,还可防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出。
(3)果酒发酵时要适时排气:防止发酵装置爆裂。果醋发酵时要及时通气：防止醋酸菌死亡。
(4)严格控制温度:18～30 ℃利于酵母菌的繁殖和酒精发酵；30-35 ℃利于醋酸菌的繁殖和果醋的发酵。
尝试制作传统发酵食品
到社会中去
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？
大规模生产时需要进行更为全面周详的考虑，如原料的来源于选择、菌种的培育与选择、发酵的设备、发酵条件的自动化控制，以及如何严格控制杂菌污染；等等。此外无论葡萄酒或葡萄醋，实验时所建设的发酵液，都不是商品意义上的产品。在实际生产中还需沉淀过滤、灭菌装瓶等获得成品酒或醋。葡萄酒还需在一定设施和条件下（如橡木桶和地窖）进行后续发酵，以获得特定的风味和色泽。
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 ℃
小结1：制作泡菜、果酒、果醋的微生物及其代谢特点
尝试制作传统发酵食品
小结2：果酒、果醋、腐乳、泡菜的比较
果酒 果醋 腐乳 泡菜
微生物
代谢方式
生物学分类
原理
反应条件
检测方法
酵母菌
醋酸菌
毛霉
乳酸菌
酵母菌的无氧呼吸产生酒精
18-30 ℃，无氧
重铬酸钾与其反应呈灰绿色
醋酸菌的有氧呼吸产生醋酸
30-35℃，通入氧气
品尝、pH试纸检测
毛霉产生蛋白酶和脂肪酶
15-18℃，酒精12％左右
乳酸菌无氧呼吸产生乳酸
常温，无氧条件
pH检测，亚硝酸盐的检测方法
原核生物
真核生物
原核生物
原核生物
异养厌氧型
异养兼性厌氧型
异养需氧型
异养需氧型
尝试制作传统发酵食品
小结3：果酒制作与果醋制作的比较
项目 果酒制作 果醋制作
发酵菌种
菌种来源
菌种代谢类型
菌种细胞类型
发酵原理
发酵 条件 温度
时间
氧气
PH
酵母菌
醋酸菌
传统的葡萄酒酿造采用自然发酵，主要是附着在葡萄皮上的野生型酵母菌
异养兼性厌氧型
异养需氧型
真核细胞
原核细胞
C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量
酶
C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+少量能量
酶
空气中的野生型醋酸菌或购买醋酸菌的菌种或从食醋中分离醋酸菌
C6H12O6+2O2 2CH3COOH+2H2O+2CO2+能量
酶
C2H5OH+O2 CH3COOH+H2O+能量
酶
30-35℃
10-12d
7-8d
初期需氧，后期不需氧
始终需要氧气
一般控制在18-30℃，最适合温度28℃左右
最适pH为4.5-5.0
最适pH为5.4-6.0
在有氧条件下：
在无氧条件下：
氧气、糖源都充足时：
缺少糖源时：
本节小结
习题检测
(1)常见的乳酸菌有乳酸链球菌和乳酸杆菌 ( )
(2)酿酒酵母的最适温度约为28℃ ( )
(3)当O2不充足、缺少糖源时，醋酸菌将乙醇转化为乙醛，再将乙醛转化为醋酸 ( )
(4)制作果醋的温度比制作果酒的温度高 ( )
(5)在葡萄酒的制作过程中，采摘的葡萄应反复冲洗，且要先去除植梗再冲洗 ( )
√
√
×
√
×
习题检测
如图为果酒与果醋发酵的简易装置及某兴趣小组设计的改进装置示意图，下列说法错误的是 (　　)
A．用70%左右的酒精对上述装置进行消毒后，再装入果汁
B．甲装置在酿酒过程中被杂菌污染的机会比其他两装置大
C．丙装置转为果醋发酵更容易，只需通过气阀2通气即可
D．与甲装置相比，乙装置中的气压更容易保持相对稳定
C
习题检测
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.乙图中过程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
B
习题检测
果酒和果醋含丰富的有机酸、氨基酸、维生素，有良好的营养和保健作用，受到消费者的喜爱。请根据果酒和果醋的制作流程和装置回答有关问题:
（1）图中A过程指_______________,B过程是指 ,去除葡萄的枝梗应在A过程 __________(填“之前”或“之后”)。
（2）图中酒精发酵和醋酸发酵中涉及的主要微生物在细胞结构上的主要区别是
。
（3）从装置图可以看出，加入发酵瓶中的果浆只占发酵瓶的2/3，目的是
。
（4）制果醋时，要适时通过[ ] 进行充气，原因是______________________
。
冲洗沥干
酒精发酵
之后
是否有以核膜为界的细胞核
让酵母菌在有氧条件下大量繁殖
①
充气口
发酵过程需要氧气的参与
醋酸菌是需氧型细菌,
习题检测
下面是果酒和果醋制作的实验流程以及某同学设计的果酒和果醋的发酵装置。请据图回答下列问题：
（1）图1中方框内的实验流程是_________________。
（2）冲洗的主要目的是______________，冲洗时应特别注意不能__________，以防菌种的流失。
（3）图2所示装置中的充气口在____________时关闭，在__________时连接充气泵，并连续不断地向内___________________。
（4）排气口在果酒制作时排出的气体是由_________(填生物名称)产生的______。
醋酸发酵
除去污物
反复冲洗
酒精发酵
醋酸发酵
泵入空气（或氧气）
酵母菌
CO2
习题检测
1. 油炸臭豆腐是我国一些地方的风味小吃。制作时需要将豆腐浸入含有乳酸菌、芽孢杆菌等微生物的卤汁中发酵。判断下列相关表述是否正确。
（1）卤汁中的乳酸菌和芽孢杆菌不存在竞争关系。（ ）
（2）乳酸菌发酵产生了乳酸和CO2。（ ）
（3）微生物发酵产生了不同的代谢物使得该臭豆腐具有特殊的味道。（ ）
√
×
×
习题检测
2. 传统发酵食品的制作需要各种各样的微生物。下列相关叙述错误的是（ ）
A. 腌制泡菜利用了乳酸菌的乳酸发酵
B. 制作腐乳利用了毛霉等产生的蛋白酶
C. 制作果酒利用了酵母菌在无氧条件下产生酒精
D. 制作果醋利用了醋酸菌在无氧条件下产生醋酸
D
习题检测
3. 有3位同学分别采用了3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？
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。
习题检测
3. 有3位同学分别采用了3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，你还能继续改进这种装置吗？
防止空气中微生物的污染
填充棉花或者安装其他过滤装置
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。

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