第一章發酵工程第1節傳統發酵技術的應用學習目標核心素養1.說出發酵與傳統發酵技術。2.說出泡菜、果酒和果醋制作的原理。3.嘗試完成泡菜、果酒和果醋的制作。4.關注食品安全，倡導健康的生活方式。1.生命觀念：認識乳酸菌、酵母菌和醋酸菌的結構和代謝類型。2．科學探究：掌握泡菜、果酒和果醋制作過程中發酵條件的控制。3．社會責任：討論泡菜的食品安全問題。探究·實踐·制作傳統發酵食品一、制作泡菜2.發酵原理（1）利用植物體表面天然的乳酸菌來進行發酵的；（2）發酵期間，乳酸會不斷積累，當它的質量百分比為0.4%～0.8%時，泡菜的口味、品質最佳。（3）相關反應式：C6H12O6酶2C3H6O3（乳酸）+能量3.發酵條件：適宜的溫度；嚴格控制厭氧條件。根據室內溫度控制發酵時間1.參與發酵的主要微生物及來源：植物體表面天然的乳酸菌探究·實踐·制作傳統發酵食品一、制作泡菜4.制作流程配制鹽水用清水和食鹽配制質量百分比為5%-20%的鹽水，并將鹽水煮沸，冷卻待用；探究·實踐·制作傳統發酵食品一、制作泡菜（1）鹽的作用？（2）鹽水濃度要適宜的目的？（3）鹽水煮沸的目的？（4）鹽水冷卻后使用的目的？調味，抑制其他微生物生長。過高，乳酸發酵將受抑制；過低，雜菌易繁殖，導致泡菜變質。殺菌，去除水中的溶解氧。不影響乳酸菌的生命活動。4.制作流程配制鹽水用清水和食鹽配制質量百分比為5%-20%的鹽水，并將鹽水煮沸，冷卻待用；原料處理、蔬菜裝壇將新鮮蔬菜洗凈，切成塊狀或條狀，混合均勻，晾干后裝入泡菜壇內；裝至半壇時，加入蒜瓣、生姜及其他香辛料，繼續裝至八成滿；探究·實踐·制作傳統發酵食品一、制作泡菜蔬菜應新鮮的原因？若不新鮮，蔬菜中的亞硝酸鹽含量會升高。4.制作流程配制鹽水用清水和食鹽配制質量百分比為5%-20%的鹽水，并將鹽水煮沸，冷卻待用；原料處理、蔬菜裝壇將新鮮蔬菜洗凈，切成塊狀或條狀，混合均勻，晾干后裝入泡菜壇內；裝至半壇時，加入蒜瓣、生姜及其他香辛料，繼續裝至八成滿；探究·實踐·制作傳統發酵食品一、制作泡菜泡菜壇子使用之前要檢查密封性的目的？給泡菜壇內創造無氧環境，嚴格控制厭氧條件。4.制作流程配制鹽水用清水和食鹽配制質量百分比為5%-20%的鹽水，并將鹽水煮沸，冷卻待用；原料處理、蔬菜裝壇將新鮮蔬菜洗凈，切成塊狀或條狀，混合均勻，晾干后裝入泡菜壇內；裝至半壇時，加入蒜瓣、生姜及其他香辛料，繼續裝至八成滿；探究·實踐·制作傳統發酵食品一、制作泡菜泡菜壇應裝至八成滿,為什么？

在泡菜發酵初期，由蔬菜表面帶入的大腸桿菌、酵母菌等較為活躍，它們可進行發酵，發酵產物中有較多的CO2，如果泡菜壇裝得太滿，發酵液可能會溢出壇外。另外，泡菜壇裝得太滿，會使鹽水不太容易完全淹沒菜料，從而導致壇內菜料變質腐爛。泡菜壇留有一定的空間，也更方便拿取泡菜。4.制作流程配制鹽水用清水和食鹽配制質量百分比為5%-20%的鹽水，并將鹽水煮沸，冷卻待用；原料處理、蔬菜裝壇將新鮮蔬菜洗凈，切成塊狀或條狀，混合均勻，晾干后裝入泡菜壇內；裝至半壇時，加入蒜瓣、生姜及其他香辛料，繼續裝至八成滿；加鹽水將冷卻好的鹽水緩緩倒入壇中，使鹽水沒過菜料，蓋好壇蓋探究·實踐·制作傳統發酵食品一、制作泡菜4.制作流程配制鹽水用清水和食鹽配制質量百分比為5%-20%的鹽水，并將鹽水煮沸，冷卻待用；原料處理、蔬菜裝壇將新鮮蔬菜洗凈，切成塊狀或條狀，混合均勻，晾干后裝入泡菜壇內；裝至半壇時，加入蒜瓣、生姜及其他香辛料，繼續裝至八成滿；加鹽水將冷卻好的鹽水緩緩倒入壇中，使鹽水沒過菜料，蓋好壇蓋封壇發酵向壇蓋邊緣的水槽中注滿水，并在發酵過程中注意經常向水槽中補充水；根據室內溫度控制發酵時間；探究·實踐·制作傳統發酵食品一、制作泡菜封溫度:時間:氧氣：

18～20℃15天無氧條件討論3：為什么泡菜壇內有時會長一層白膜，這層白膜是怎么形成的？形成白膜是由于產膜酵母的繁殖。酵母菌是兼性厭氧微生物，泡菜發酵液營養豐富，其表面氧氣含量也很豐富，適合酵母菌的繁殖。4.制作流程探究·實踐·制作傳統發酵食品一、制作泡菜封討論1：用水密封泡菜壇的目的？這說明泡菜制作需要什么條件？給泡菜壇內創造無氧環境，這說明泡菜制作需要在無氧條件下進行。不是，還有一些酵母菌和大腸桿菌。討論2：泡菜制作過程中，是否只有乳酸菌起作用？5.泡菜制作過程中，各階段菌種變化：（1）發酵初期：主要是大腸桿菌、酵母菌活躍，消耗大量氧氣，使壇內形成無氧環境，會使好氧菌生命活動逐漸被抑制。（2）發酵中期（風味最佳）：乳酸菌活躍使乳酸不斷積累，pH下降，嫌氣狀態形成，乳酸桿菌進行活躍的同型乳酸發酵（發酵產物只有乳酸或達到80%以上），大腸桿菌、酵母菌等微生物的活動受到抑制。。（3）發酵后期：乳酸繼續增加，到一定程度后會使乳酸菌的生長繁殖被抑制。探究·實踐·制作傳統發酵食品一、制作泡菜6.進一步探究

泡菜在腌制過程中會有亞硝酸鹽產生。膳食中的亞硝酸鹽一般不會危害人體健康，但如果人體攝入過量，會發生中毒，甚至死亡。亞硝酸鹽為強氧化劑，能夠把血液中的低鐵血紅蛋白轉變為高鐵血紅蛋白，從而導致缺氧性中毒癥狀；膳食中的絕大部分亞硝酸鹽隨尿排出，但在適宜的pH、溫度和一定的微生物作用下會轉變成致癌物質亞硝胺（霉變的食品亞硝胺可增至數十倍至數百倍）。探究·實踐·制作傳統發酵食品一、制作泡菜原理：比色法酸化條件下，亞硝酸鹽與對氨基苯磺酸發生重氮化反應后，再與N-1－萘基乙二胺鹽酸鹽結合生成玫瑰紅溶液。將經過反應顯色后的待測樣品與標準液比色，即可計算出樣品中的亞硝酸鹽含量。探究·實踐·制作傳統發酵食品一、制作泡菜拓展應用

某同學在制作泡菜前，查閱資料得知，可以向泡菜壇中加些“陳泡菜水”，在用5﹪的食鹽水制作泡菜時，他在不同時間測定了泡菜中亞硝酸鹽的含量，結果見右欄曲線圖，請你幫他分析問題。1.據圖分析，從亞硝酸鹽含量來看，你認為該泡菜在什么時間食用比較合適？為什么？2.他第一次制作出的泡菜“咸而不酸”，造成這個結果最可能的原因是什么？3.加入“陳泡菜水”的目的是什么？13天后食用比較好，亞硝酸鹽含量低鹽濃度高，殺死了乳酸菌等微生物“陳泡菜水”含乳酸菌，可快速發酵產生乳酸探究·實踐·制作傳統發酵食品一、制作泡菜泡菜腌制中乳酸菌、乳酸和亞硝酸鹽的變化發酵時期乳酸菌乳酸亞硝酸鹽發酵前期發酵中期發酵后期變化曲線

少（O2抑制乳酸菌活動）少

增加（硝酸鹽還原菌的作用）最多（乳酸積累，抑制其他菌活動）增多達到最多后開始下降（硝酸鹽還原菌受抑制，部分亞硝酸鹽被分解）減少（乳酸積累，pH下降，抑制乳酸菌活動）繼續增多，最后保持穩定

下降至保持相對穩定（硝酸鹽還原菌被完全抑制）思考題為什么含有抗生素的牛奶不能發酵為酸奶？牛奶發酵為酸奶主要依靠乳酸菌的發酵作用，而抗生素能夠殺死或抑制乳酸菌。與生活的聯系2.發酵原理：（1）許多新鮮水果的果皮表面附著有大量的不同種類的野生酵母菌；（2）在這些酵母菌的作用下，水果可以發酵成果酒（通過有氧呼吸大量繁殖，通過無氧呼吸產酒精）；（3）相關反應式二、制作果酒1.參與發酵的主要微生物及來源：新鮮水果的果皮表面附著的野生酵母菌C6H12O6+6O2+6H2O酶6CO2+12H20+能量C6H12O6酶2C2H5OH（酒精）+2CO2+能量3.發酵條件（1）溫度：釀酒酵母的最適生長溫度約為28℃，制作果酒時將溫度控制在18～30℃進行發酵；

（2）氧氣：制作果酒時，酵母菌在氧氣充足的情況下大量繁殖；在無氧條件下，進行酒精發酵；

二、制作果酒3.方法步驟1）滅菌消毒將發酵瓶、榨汁機用洗潔精洗凈，并用70﹪酒精消毒，晾干備用。二、制作果酒體積分數為70%的酒精的作用?消毒3.方法步驟1）滅菌消毒將發酵瓶、榨汁機用洗潔精洗凈，并用70﹪酒精消毒，晾干備用。2）材料處理取新鮮葡萄，用清水沖洗1-2次，去除枝梗和腐爛的籽粒，瀝干。二、制作果酒沖洗的目的?沖洗1-2次即可，能否連續沖洗，為什么?為什么去梗前沖洗?去除表面灰塵、污物不能，防止果皮表面的野生菌種數量減少避免葡萄破損，減少被雜菌污染的機會3.方法步驟1）滅菌消毒將發酵瓶、榨汁機用洗潔精洗凈，并用70﹪酒精消毒，晾干備用。2）材料處理取新鮮葡萄，用清水沖洗1-2次，去除枝梗和腐爛的籽粒，瀝干。3）榨葡萄汁用榨汁機榨取葡萄汁將葡萄汁裝人發酵瓶中，（要留大約1／3的空間）蓋好瓶蓋。二、制作果酒葡萄汁裝入發酵瓶時，為何要留有1/3的空間？a.先讓酵母菌進行有氧呼吸，快速繁殖，耗盡O2后，再進行酒精發酵；b.防止發酵過程中產生的CO2造成發酵液溢出3.方法步驟1）滅菌消毒將發酵瓶、榨汁機用洗潔精洗凈，并用70﹪酒精消毒，晾干備用。2）材料處理取新鮮葡萄，用清水沖洗1-2次，去除枝梗和腐爛的籽粒，瀝干。3）榨葡萄汁4）發酵溫度在18－300C發酵,每隔12h擰松瓶蓋一次（注意：不是打開瓶蓋，防止雜菌污染），此后再擰緊瓶蓋。發酵時間為10-12d.果酒發酵用榨汁機榨取葡萄汁將葡萄汁裝人發酵瓶中，（要留大約1／3的空間）蓋好瓶蓋。二、制作果酒每隔12h左右將瓶蓋擰松一點的目的？排出氣體3.方法步驟1）滅菌消毒將發酵瓶、榨汁機用洗潔精洗凈，并用70﹪酒精消毒，晾干備用。2）材料處理取新鮮葡萄，用清水沖洗1-2次，去除枝梗和腐爛的籽粒，瀝干。3）榨葡萄汁4）發酵溫度在18－300C發酵,每隔12h擰松瓶蓋一次（注意：不是打開瓶蓋），此后再擰緊瓶蓋。發酵時間為10-12d.果酒發酵用榨汁機榨取葡萄汁將葡萄汁裝人發酵瓶中，（要留大約1／3的空間）蓋好瓶蓋。果酒檢測可通過從發酵瓶口取樣來對發酵的情況進行檢測二、制作果酒如何檢測果酒的發酵情況（檢測是否產生酒精）？a.聞b.品嘗c.用酸性條件下的重鉻酸鉀溶液檢測（橙色→灰綠色）思考：在制作果酒的過程中，除了酵母菌，是否還有其他微生物生長？它們會對果酒發酵產生影響嗎？如果有，如何避免這種影響？

果酒中除了酵母菌，還有乳酸菌、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，從而使果酒變質，而在有氧的情況下，醋酸菌能把糖分解成醋酸或者把乙醇轉化為乙醛進而轉化為醋酸。可以通過調節發酵的溫度、pH等來控制乳酸菌含量；可以通過減少O2含量、調節發酵溫度、pH來控制醋酸菌含量；果酒制作過程中，在不滅菌的情況下，酵母菌是如何成為優勢菌種的？發酵后期在缺氧和酸性發酵液中，絕大多數微生物的生命活動受到抑制，而酵母菌可以適應這一環境成為優勢菌種。1.參與發酵的主要微生物及來源：空氣中的醋酸菌或人工接種的醋酸菌C6H12O6+2O2酶2CH3COOH（醋酸）+2H2O+2CO2+能量C2H5OH+O2酶CH3COOH（醋酸）+H2O+能量三、制作果醋2.發酵原理①在有氧的條件下，果酒經醋酸菌的作用可以進一步發酵成果醋；②當糖源充足時，醋酸菌還可以直接將糖分解為醋酸；③相關反應式3.發酵條件：①溫度——多數醋酸菌的最適生長溫度約為30～35℃，發酵溫度為30-35℃；②氧氣含量:氧氣供應充足4.果醋制作流程（以乙醇為底物的類型為例）果酒制作打開瓶蓋，蓋上紗布當葡萄酒制作完成后，打開瓶蓋，蓋上一層紗布，進行葡萄醋的發酵。發酵溫度為30-35℃，時間為7-8d。果醋檢測三、制作果醋a.聞；b.品嘗；c.使用pH試紙檢測檢測和比較發酵前后的pH值；d.觀察醋酸菌膜是否形成；5.實驗分析與思考（1）在制作果醋的過程中，酵母菌是否還會繼續發酵？（2）醋酸菌從何而來？（3）采用什么措施可以加快果醋的制作？

隨著醋酸發酵的進行，發酵液的pH、發酵溫度等均不利于酵母菌的生長繁殖，因此酵母菌活性很低，不會繼續發酵。

在我們的實驗條件下，當打開瓶蓋后，空氣中的醋酸菌會進入發酵液中大量繁殖，其他的菌因不適應環境條件（不能利用乙醇）而不能繁殖。

在工業上，后期醋的發酵需要人工接種醋酸菌。我們制作果醋時，可以先買一瓶醋，將其打開暴露于空氣中，一段時間后在醋的表面會有一層薄膜(實際上是醋酸菌)，用這層薄膜進行接種可以明顯縮短制作果醋的時間。三、制作果醋（4）在制作果酒和果醋的過程中，發酵液分別有哪些變化？其中最明顯的變化發生在發酵后多少天？引起變化的原因是什么？a.在葡萄酒的制作過程中，發酵液會產生氣泡，這是因為酵母菌發酵產生CO2；b.開始發酵后，CO2產生越來越多，會使發酵液出現“沸騰”現象，在發酵的10天后，這種現象最明顯；c.發酵過程產熱，會使發酵液溫度上升，應注意控溫；d.如果是用紫色葡萄制作葡萄酒，隨著發酵時間的延長，由果皮進入發酵液的花青素會越來越多，因而發酵液的顏色會逐漸加深變成深紅色；e.果醋發酵過程中一般不會出現氣泡，發酵完成時，在發酵液的液面上會出現一層菌膜，這是醋酸菌膜。5.實驗分析與思考三、制作果醋項目果酒制作果醋制作發酵菌種

菌種來源菌種代謝類型

菌種細胞類型發酵原理在有氧條件下：在無氧條件下：

氧氣、糖源都充足時：缺少糖源時：發酵條件溫度

時間氧氣

酵母菌果酒制作與果醋制作的比較醋酸菌主要是附著在葡萄皮上的野生型酵母菌異養兼性厭氧型異養需氧型真核細胞原核細胞C6H12O6+6H2O+6O2

6CO2+12H2O+能量酶C6H12O62C2H5OH+2CO2+少量能量酶空氣中的野生型醋酸菌C6H12O6+2O2

2CH3COOH+2H2O+2CO2+能量酶C2H5OH+O2

CH3COOH+H2O+能量酶28℃30-35℃10-12d7-8d初期需氧，后期不需氧需要氧氣果酒和果醋改進裝置及其分析充氣口出料口在乙酸發酵時連接充氣泵進行充氣用來取樣排出酒精發酵時產生的CO2；與排氣管相連的長而彎曲的膠管，可有效地阻止空氣中的微生物的進入，避免感染排氣口裝置使用：①酒精發酵時，充氣口關閉；排氣口排除二氧化碳。②乙酸發酵時，充氣口連接氣泵，輸入氧氣。到社會中去

少量制作轉向大規模生產時，會遇到許多新問題。例如，少量制作果醋時，不需要專門的攪拌裝置。而大規模生產果醋時，由于發酵罐容積很大，就需要安裝攪拌器，以保障醋酸菌對O2的需求。可見在大規模生產發酵產品時，需要進行更為全面周詳的考慮，如考慮原料的來源與選樣、菌種的選育與培養、發酵設備的選擇、發酵條件的自動化控制、發酵產品的質量控制、成本價格等。自己制作的果酒和果醋并非商品意義上的產品。在實際生產中還需要經過沉淀、過濾、滅菌、裝瓶等過程才能獲得成品酒或醋。果酒還需要在一定條件下進行后續發酵，以獲得特定的風味和色澤。通過深入思考，可以感悟到，工程、技術與科學的不同——科學以“發現”為核心，技術以“發明”為核心，工程以“建造”和“產品”為核心。技術要通過工程設計等環節，將一系列相關技術體系化地組合起來，才能轉化應用在工程中，大規模生產人們需要的產品。果酒果醋腐乳泡菜微生物原理反應條件檢測方法酵母菌醋酸菌毛霉乳酸菌酵母菌的無氧呼吸產生酒精18~30