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第一章 发酵工程
第一节
酒
你知道酒是如何制作的吗
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
问题探讨
约9000年前
自然发酵或曲种传代的固体发酵法生产其他食品，但不明其原理
科技探索之路
1857年
法国巴斯德证明酒精发酵是由活的酵母菌引起的，从而将酵母菌与建发酵联系起来
1897年
科学家发现酶在酵母菌发酵中的作用，了解了发酵的本质。发酵向工业化生产方向发展
20世纪40年代
抗生素发酵工业兴起
酿酒图
酿酒酵母
青霉素发酵罐
巴斯德做实验
1957年
科学家用微生物生产谷氨酸，开始人工诱变特定微生物。酶、多糖、维生素工业兴起
20世纪70年代
发酵工程进入定向育种的新阶段
20世纪80年代
对发酵过程进行综合研究，能够自动记录和发酵过程的全部参数
重组胰岛素生产
科技探索之路
一、发酵与传统发酵技术
（1）概念
指人们利用微生物的代谢，在适宜条件下，将原料通过微生物转化为人类所需要的产物的过程。
原料
人类所需产物
适宜的条件
微生物代谢
(复杂分子)
(简单分子)
（2）原理
不同的微生物具有产生不同代谢产物的能力，因此利用它们既可以生产出人们所需要的多种产物
好氧发酵
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
（3）类型
1、发酵
（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。
（2）类型
固体发酵（ ）
半固体发酵（ ）
泡菜、粮食白酒、腐乳等
豆豉、酱、酱油等
霉豆腐
醋
豆豉
泡菜
一、发酵与传统发酵技术
2、传统发酵技术
传统发酵
技术
操作简单易上手
有利于传承文化
生产条件不易控制
容易受杂菌污染
生产效率低
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？
思考
霉豆腐
醋
豆豉
泡菜
一、发酵与传统发酵技术
2、传统发酵技术
①原料：豆腐。
②参与发酵的微生物：________、______和______等，其中起主要作用的是________。
③发酵原理：经过微生物的发酵，豆腐中的蛋白质被分解成 。
此外微生物还可以产生 ，将脂肪分解为脂肪酸和甘油。
酵母菌
曲霉
毛霉
毛霉
小分子的肽和氨基酸
蛋白质
脂肪
小肽
氨基酸
甘油
脂肪酸
+
+
蛋白酶
脂肪酶
脂肪酶
毛霉：分布广泛
代谢类型：异养好氧型
生殖类型：孢子生殖
适宜温度：15~18℃
一、发酵与传统发酵技术
2、传统发酵技术
（3）实例：腐乳制作
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）
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
封瓶时瓶口通过酒精灯火焰防止瓶口污染。
含水量70%为宜，
含水量高不易成形，
过低不利于毛霉生长。
一、发酵与传统发酵技术
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
用来腌制腐乳的玻璃瓶，洗刷干净后要用沸水消毒。
装瓶时，操作要迅速小心。
封瓶时，最好将瓶口通过酒精灯的火焰，防止瓶口被污染。
一、发酵与传统发酵技术
1. 菌种
乳酸菌
（1） 生殖方式：
分裂生殖（二分裂）
（2） 代谢类型：
异养厌氧型
（3） 种类：
乳酸链球菌、乳酸杆菌
自然界分布广泛，空气、土壤、植物体表、人或动物肠道内部
原核生物（细菌）
（4） 分布：
（5） 最适生长温度：
18~20℃
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）
酶
+能量
乳酸链球菌（制作泡菜）
乳酸杆菌（制作酸奶）
二、尝试制作传统发酵食品
泡菜制作
（1）泡菜制作原理
植物体表面的天然的乳酸菌来进行发酵，在无氧的条件下，乳酸菌将糖分解为乳酸。发酵期间，乳酸不断积累，当它的质量分数为0.4%—0.8%时，泡菜的口味和品质最佳。
（2）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。
二、尝试制作传统发酵食品
泡菜制作
（3）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
封坛发酵
加盐水
3.盐水煮沸有两大作用：一是除去水中的氧气，二是杀灭盐水中的其他细菌。
1.盐具有杀菌、析出蔬菜中的水分、调味等作用。
2.盐的用量不能过高也不能过低。过高乳酸发酵受抑制，导致泡菜的风味差；过低，杂菌易繁殖，导致泡菜变质。
4.盐水冷却的目的是保证乳酸菌等微生物的生命活动不受影响。
二、尝试制作传统发酵食品
泡菜制作
（3）方法步骤
配制盐水
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。
原料处理
蔬菜装坛
封坛发酵
加盐水
在泡菜发酵初期，酵母菌等较为活跃，发酵产物中有较多的CO2，防止发酵液溢出坛外；
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；
同时留有一定空间，也更方便拿取泡菜。
二、尝试制作传统发酵食品
泡菜制作
（3）方法步骤
创造无氧环境
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。
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。
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；
原料处理
蔬菜装坛
封坛发酵
加盐水
二、尝试制作传统发酵食品
泡菜制作
将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过菜料，盖好坛盖。
泡菜在腌制过程中会有亚硝酸盐产生。膳食中的亚硝酸盐一般不会危害人体健康，但如果人体摄入过量，会发生中毒，甚至死亡。
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）。
①亚硝酸盐
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。
②亚硝胺的毒性
二、尝试制作传统发酵食品
泡菜制作
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)
在什么情况下，亚硝酸盐会转化为亚硝胺？
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？
适宜的pH、温度和一定的微生物作用。
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时发生变质（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。
二、尝试制作传统发酵食品
泡菜制作
泡菜发酵过程中，乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的含量变化：
时期 乳酸菌 乳酸 亚硝酸盐
发酵前期
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（乳酸菌比其他杂菌更耐酸。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）
二、尝试制作传统发酵食品
泡菜制作
1. 菌种
酵母菌
（1） 生殖方式：
无性生殖（出芽生殖、分裂生殖、孢子生殖）
（2） 代谢类型：
异养兼性厌氧型
（3） 种类：
酿酒酵母：28℃；野生酵母：18~30℃
真核生物（单细胞真菌）
2. 发酵原理
有氧条件下，酵母菌通过有氧呼吸大量繁殖：
（2）发酵过程：
（1）生殖方式：
附着在葡萄皮上的野生型酵母菌。
无氧条件下，酵母菌通过无氧呼吸产生酒精：
C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2+能量
酶
C6H12O6＋6O2 6CO2＋6H2O+能量
酶
二、尝试制作传统发酵食品
果酒制作
1. 菌种
醋酸菌
（1） 生殖方式：
分裂生殖（二分裂）
（2） 代谢类型：
异养需氧型
（3） 最适生长温度：
30～35 ℃
原核生物（单细胞细菌）
2. 发酵原理
氧气、糖源充足时：
（1）发酵过程：
需要充足的氧气。
缺少糖源时：
C6H12O6＋2O2 2CH3COOH＋2CO2＋2H2O+能量
酶
C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O+能量
酶
二、尝试制作传统发酵食品
果醋制作
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。在有氧的条件下，果酒经醋酸菌的作用还可以进一步发酵成果醋。
（1）制作原理
新鲜的葡萄、洗洁精、70%的酒精、发酵瓶、纱布和榨汁机等。
（2）材料用具
二、尝试制作传统发酵食品
探究·实践
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。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。
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；
防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出。
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;
去除表面灰尘、污物
避免葡萄破损，
减少被杂菌污染的机会
防止野生菌种数量减少，影响发酵
排出气体
防止杂菌污染
器具消毒
冲洗葡萄
榨汁装瓶
果酒发酵
果醋发酵
空气中的醋酸菌会进入果酒发酵液中大量繁殖
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;
关键：全面防止杂菌污染
二、尝试制作传统发酵食品
怎样判断果酒、果醋的制作是否成功呢？
闻
品尝
用酸性条件下的重铬酸钾溶液检测（橙色→灰绿色）
闻
品尝
使用pH试纸检测和比较发酵前后的pH值
观察醋酸菌膜是否形成
果酒
果醋
二、尝试制作传统发酵食品
探究·实践
果酒和果醋发酵装置及其分析
充气口
出料口
在乙酸发酵时连接充气泵进行充气（无菌）
取样检测
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
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。
探究·实践
二、尝试制作传统发酵食品
制作果酒和果醋的菌种和发酵条件的比较
果酒制作 果醋制作
发酵 菌种 来源 附着在葡萄皮上的野生酵母菌 空气中的醋酸菌
结构特点 单细胞真核细胞 单细胞原核细胞
繁殖方式 出芽生殖、孢子生殖 二分裂生殖
代谢类型 异养兼性厌氧型 异养需氧型
发酵 条件 温度
时间 10～12天 7～8天
氧气 前期需氧，后期无氧 一直需要充足氧气
酸性 酸性
联系 醋酸发酵可以在酒精发酵的基础上进行，酒精发酵为醋酸发酵提供原料 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。
（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，因为此时的亚硝酸盐含量低。
可能是食盐浓度过高、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。
课堂检测

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