第1節傳統發酵技術的應用第1章發酵工程科技探索之路我們的祖先就會利用微生物將谷物、水果等發酵成含酒精的飲料。約9000年前20世紀70年代以后1857年1897年20世紀80年代1957年20世紀40年代巴斯德證明酒精發酵是由活的酵母菌引起的。科學家發現了酶在酵母菌發酵中的作用。微生物的分離和純化技術得到了應用，作坊式手工生產向現代工業化生產方向發展。在厭氧發酵技術的基礎上，建立了深層通氣液體發酵技術。通過人工誘變特定微生物，獲得具有更高生產能力的突變類型。基因工程和細胞工程等的發展，使發酵工程進入定向育種的新階段。科學家開始運用數學、動力學、化學工程原理以及計算機技術對發酵過程進行綜合研究，以更加合理地控制發酵過程。約9000年前，我們的祖先就會利用微生物將谷物、水果等發酵成含酒精的飲料。圖1-1漢代磚刻上的釀酒圖圖1-2展示我國古代釀酒作坊的繪畫作品圖1-3酵母菌科技探索之路1857年，法國微生物學家巴斯德證明，酒精發酵是由活的酵母菌引起的。否則糖類是不可能變成酒精的。1897年，科學家發現了酶在酵母菌發酵中的作用。微生物的分離和純化技術得到了應用，作坊式手工生產向現代工業化生產方向發展。20世紀40年代，利用發酵工程生產青霉素成為研究的主攻方向，抗生素發酵工業興起。1957年，通過人工誘變特定微生物，獲得具有更高生產能力的突變類型。20世紀70年代以后，基因工程和細胞工程等的發展，使發酵工程進入定向育種的新階段。20世紀80年代，科學家開始運用數學、動力學、化學工程原理以及計算機技術對發酵過程進行綜合研究，以更加合理地控制發酵過程。？

“葡萄美酒夜光杯，欲飲琵琶馬上催。醉臥沙場君莫笑，古來征戰幾人回。”（唐·王翰）詩中提及的葡萄酒是人類利用微生物發酵制作而來的。通過微生物的發酵作用還可以制作葡萄醋。葡萄酒和葡萄醋都是以葡萄為原料發酵而來的飲品，為什么一個是醇厚濃郁、耐人尋味的酒，一個卻是酸味柔和、口感綿長的醋呢？葡萄酒和葡萄醋都是由葡萄發酵而來，但是葡萄酒是經酵母菌無氧呼吸產生了酒精，葡萄醋是經醋酸菌有氧呼吸產生了乙酸（醋酸），因此口感不同。究竟什么是發酵呢？古代釀酒的方法:：圖1-1漢代磚刻上的釀酒圖圖1-2展示我國古代釀酒作坊的繪畫作品利用附著在谷物、水果等表面的微生物自然發酵成含酒精的飲料。圖1-3酒仙---李白1857年，法國的微生物學家巴斯德通過實驗證明，酒精發酵是由活的酵母菌引起的。一、發酵與傳統發酵技術1.概念：2.原理：不同的微生物具有產生不同代謝產物的能力，因此利用它們就可以生產出人們所需要的多種產物。3.類型：好氧發酵（需氧發酵）厭氧發酵醋酸發酵、谷氨酸發酵酒精發酵、乳酸（泡菜、酸奶）發酵指人們利用微生物，在適宜條件下，將原料通過微生物的代謝轉化為人類所需要的產物的過程。一、發酵與傳統發酵技術*必修1中提到的發酵特指“微生物的無氧呼吸”，是狹義的發酵概念（一）發酵：（二）傳統發酵技術：1.概念：2.類型：固體發酵半固體發酵泡菜、糧食白酒、腐乳等豆豉、醬、醬油等混合菌種直接利用原材料中天然存在的微生物，或利用前一次發酵保存下來的面團、鹵汁等發酵物中的微生物進行發酵、制作食品的技術。生產條件不易控制，易受雜菌污染，生產效率較低，產物不單一等。3.缺點：一、發酵與傳統發酵技術4.實例：腐乳的制作

（1）原料：含水量為70%的豆腐。（2）參與發酵的微生物：

、

和

等，其中起主要作用的是

。（3）發酵原理

：酵母曲霉毛霉毛霉絲狀真菌電子顯微鏡下的毛霉正在發酵的豆腐坯蛋白質小分子的肽+氨基酸蛋白酶/肽酶脂肪

甘油+脂肪酸脂肪酶一、發酵與傳統發酵技術含水量70%為宜，含水量高不易成形，過低不利于毛霉生長。味道鮮美，有機物種類增加，含量減少，營養價值高，易于消化吸收，而腐乳本身又便于保存。a.菌種來源：空氣中的毛霉b.代謝類型：異養需氧型c.生殖方式：孢子生殖d.適宜溫度：15-18℃（二）傳統發酵：（4）操作步驟：讓豆腐長出毛霉加鹽腌制加鹵湯裝瓶密封腌制制腐乳坯一、發酵與傳統發酵技術4.實例：腐乳的制作

直接利用空氣中的毛霉孢子或者直接接種毛霉（15-18℃，一定濕度）目的：讓毛霉等產生蛋白酶和脂肪酶加鹽腌制目的：析出豆腐中的水分、抑制不需要的微生物生長加鹵湯瓶鹵湯包括酒和香辛料酒：抑制微生物生長，并使腐乳具有獨特香味；香辛料：調味，防腐殺菌密封腌制鹵湯中酒的含量應控制在12%左右，過高會延長腐乳成熟的時間，過低不足以抑制微生物生長，可能導致豆腐腐敗方法：隨豆腐層數加高增加鹽用量，接近瓶口表面，鋪厚一點前期發酵后期發酵讓豆腐長出毛霉（二）傳統發酵：（4）操作步驟：一、發酵與傳統發酵技術4.實例：腐乳的制作

思考辨析1.使用酵母制作饅頭屬于傳統發酵技術嗎？No。傳統發酵技術是指直接用原材料中天然存在的微生物，或利用前一次發酵保留下來的面團、鹵汁等發酵物中微生物進行發酵，制作食品的技術。傳統發酵以混合菌種的固體發酵及半固體發酵為主，通常是家庭式或作坊式的。2.直接利用空氣中毛霉孢子制作腐乳屬于傳統發酵技術嗎？接種優良毛霉菌種算嗎？前者屬于，后者是直接利用菌種進行的發酵，不屬于傳統發酵技術。制作簡單且成本低。優點：缺點：①天然菌種品質各異，而且生產效率較低，產物不單一，純度不高。②生產條件不易控制，易受雜菌污染。每年進行同樣的操作，但是每年制作的腐乳或豆瓣醬的口感都不完全相同，有些年份甚至制作不成功，你知道這是為什么嗎？分析傳統發酵技術的優點和缺點。二、嘗試制作傳統發酵食品傳統發酵食品制作所利用的微生物制作果酒制作果醋酵母菌-真菌醋酸菌-細菌制作泡菜乳酸菌-細菌代謝類型：分類：生殖方式：分布：菌種來源：種類：異養厭氧型原核生物（細菌）二分裂2.泡菜發酵的原理

C6H12O62C3H6O3（乳酸）酶+能量乳酸菌（25-45℃）空氣、土壤、植物體表、人或動物腸道內發酵期間，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。1.菌種（一）泡菜的制作

乳酸鏈球菌、乳酸桿菌植物體表面天然的乳酸菌材料用具：食鹽、清水、新鮮蔬菜、蒜瓣、生姜及其他香辛料、泡菜壇或其他密封性良好的罐子等。亞硝酸鹽的含量低無氧環境3.制作過程

（一）泡菜的制作

配制鹽水蔬菜處理裝壇加鹽水封壇發酵過高：乳酸發酵受抑制，泡菜風味差，造成泡菜“咸而不酸”；過低：雜菌易繁殖，導致泡菜變質。殺菌、除氧防止發酵初期雜菌（大腸桿菌、酵母菌等）產生較多的CO2，造成發酵液溢出壇外；防止因太滿使鹽水未完全淹沒菜料而導致菜料變質腐爛；留有一定空間，方便拿取泡菜。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，放入蒜瓣、生姜及其他香辛料，繼續裝至八成滿；創造無氧環境將冷卻好的鹽水緩緩倒入壇中，使鹽水沒過全部菜料，蓋好壇蓋；向壇蓋邊沿的水槽中注滿水，并在發酵過程中注意向水槽中補充水；根據室內溫度控制發酵時間。防止殺死壇中的乳酸菌等重要微生物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；4.泡菜制作步驟調味，抑制其他微生物生長（1）泡菜壇的選擇：壇沿深、蓋子吻合好無裂紋、無砂眼火候好檢查方法：將壇口向上，壓入水中，看壇內壁有無滲水現象。5.泡菜制作的注意事項（2）腌制的條件：

①要注意控制時間、溫度和食鹽的用量。

②溫度過高、食鹽用量過低、腌制時間過短，容易造成細菌大量繁殖，

亞硝酸鹽含量增加。5.泡菜制作的注意事項硝酸鹽硝酸鹽還原菌亞硝酸鹽適宜的pH、溫度和一定的微生物作用亞硝胺維生素C、E和酚類物質亞硝胺具有致癌作用，對動物具有致畸和致突變作用。

亞硝酸鹽一般不會危害人體健康。但是，總量達到0.2～0.5g時會引起中毒；達到3g時會死亡。

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，亞硝酸鹽會轉變成致癌物質亞硝胺（霉變的食品中亞硝胺可增至數十倍至數百倍）。腌制方法、時間長短和溫度高低等條件對亞硝酸鹽含量的影響亞硝酸鹽與對氨基苯磺酸發生重氮化反應后，與N-1-萘基乙二胺鹽酸鹽結合形成玫瑰紅色染料。亞硝酸鹽溶液的濃度越高，顏色越深，將顯色反應后的樣品與已知濃度的標準顯色液進行目測比較，進而估算出亞硝酸鹽的含量。（1）泡菜質量可以根據泡菜的色澤和風味進行初步的評定。（2）可以通過在顯微鏡下觀察乳酸菌的形態。（4）根據亞硝酸鹽的含量來評定。（3）根據不同時期泡菜壇中乳酸菌的數量來評定。

一般來說，腌制成功的泡菜湯清亮，無霉花浮膜，菜質脆嫩度適口，酸甜咸味適宜，具有一定的香氣，咀嚼后無渣等。如何判斷腌制的泡菜是否成功？6.結果分析和評價1.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？

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。泡菜的白膜——酵母菌“陳泡菜水”含純度較高的乳酸菌，相當于接種乳酸菌，可減少腌制時間。2.某同學在制作泡菜時，向泡菜壇中加入一些“陳泡菜水”的目的是什么？3.某同學腌制的泡菜“咸而不酸”，請分析產生上述結果最可能的原因？【思考-討論】鹽水濃度太高，抑制微生物的代謝。4.某同學將泡菜壇洗凈，晾干后倒入少許白酒，并將白酒均勻涂抹在泡菜壇的內壁上，白酒有什

么作用？白酒可抑制雜菌的生長，防止泡菜變質；它也是一種調味劑，可增加醇香感。泡菜發酵過程中，乳酸菌、乳酸和亞硝酸鹽的含量變化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注意少

(有O2，乳酸菌活動受抑制)少增加

(硝酸鹽還原菌的作用)最多

(乳酸抑制其他菌活動)積累、增多、pH下降下降

(硝酸鹽還原菌受抑制，部分亞硝酸鹽被分解)減少

(乳酸繼續積累，pH繼續下降，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)亞硝酸鹽是硝酸鹽還原菌促進硝酸鹽還原形成的，不是硝化細菌氧化銨形成的【情景探究】如圖是泡菜在腌制過程中，乳酸菌、乳酸和亞硝酸鹽的變化規律，據圖分析：

(1)從生物間的相互關系和條件變化分析，乳酸菌呈現這種變化規律的原因是什么？(2)乳酸含量開始很低，中后期急劇增加的原因是什么？(3)分析亞硝酸鹽的含量變化的原因？初期：大腸桿菌、酵母菌、硝酸鹽還原菌利用氧氣，創造無氧環境，乳酸菌開始活動；中期：乳酸菌產生了大量乳酸，其他細菌活動受到抑制，乳酸菌活動增強；后期：由于乳酸的積累，乳酸菌活動也受到抑制，乳酸菌數量下降。初期有氧氣，乳酸菌活動較弱，中后期氧氣含量減少，乳酸菌大量繁殖，乳酸迅速積累。發酵初期，乳酸菌和乳酸的量都比較少，而由于硝酸鹽還原菌的活動，亞硝酸鹽含量逐漸增加；后期由于硝酸鹽還原菌受抑制，同時形成的亞硝酸鹽又被分解，因而亞硝酸鹽含量下降。泡菜發酵過程中，不是乳酸菌單獨發酵的結果乳酸積累，pH過低；乳酸菌的生長也受到抑制，乳酸菌數量減少。發酵初期多種微生物（如大腸桿菌、酵母菌、硝酸鹽還原菌）進行有氧呼吸，產生較多的CO2，壇沿水槽內有氣泡放出。此階段是形成無氧環境的過程。發酵中期發酵后期主要是乳酸菌的發酵過程，其他微生物的生長受到抑制。注意：與生活的聯系1.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。2.為什么日常生活中要多吃新鮮蔬菜，不吃存放時間過長、變質的蔬菜？有些蔬菜，如小白菜和蘿卜等含有豐富的硝酸鹽。當這些蔬菜放置過久時發生變質（發黃、腐爛）或者煮熟后存放太久時，蔬菜中的硝酸鹽會被微生物還原成亞硝酸鹽，危害人體健康。1.判斷常考語句，澄清易混易錯。(1)制作傳統泡菜是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，當它的質量分數為0.04%～0.08%時，泡菜的口味、品質最佳()(3)選材裝至半壇時，放入蒜瓣、生姜及其他香辛料，繼續裝滿

()(4)制備泡菜時，鹽水煮沸后可以立即使用

()(5)泡菜的制作前期需要通入氧氣，后期應嚴格保持無氧條件()(6)泡菜在腌制過程中會有亞硝酸鹽產生，腌制方法、時間長短和溫度高低等條件都對亞硝酸鹽的含量有影響()√××××√材料用具新鮮的水果（如葡萄、蘋果、山楂和龍眼等）洗潔精體積分數為70%的酒精發酵瓶紗布榨汁機（二）果酒和果醋的制作（二）果酒和果醋的制作1.微生物：酵母菌（單細胞真菌：真核生物）(1)分布：含糖量較高的水果、蔬菜表面(2)代謝類型：異養兼性厭氧型4.應用：用于釀酒、制作饅頭和面包5.釀酒酵母最適溫度和時間：28℃(多數酵母菌的最適生長溫度在18-30℃)，10-12d（二）制作果酒有氧條件下，酵母菌通過有氧呼吸大量繁殖：無氧條件下，酵母菌通過無氧呼吸產生酒精：

C6H12O62C2H5OH(酒精)＋2CO2+能量酶C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O+能量

酶3.參與酒精發酵的主要微生物及來源：

附著在新鮮水果果皮表面的野生酵母菌2.酒精發酵原理：②當缺少糖源時，則直接將

。①當O2、糖源都充足時，能將

；1.微生物：醋酸菌（細菌：原核生物）（1）代謝類型：異養需氧型3.醋酸發酵原理：（2）最適生長溫度和時間：30-35℃，7-8d2.參與醋酸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（乙酸）+2H2O+2CO2+能量C2H5OH+O2酶CH3COOH（乙酸）+H2O+能量糖分解成乙酸乙醇轉化為乙醛，再將乙醛變為乙酸（三）制作果醋器具消毒將發酵瓶、榨汁機等器具用洗潔精清洗干凈，并用體積分數為70%的酒精消毒，晾干備用沖洗葡萄取新鮮葡萄，用清水沖洗1-2次，再去除枝梗和腐爛的籽粒，瀝干榨汁裝瓶用榨汁機榨取葡萄汁，將葡萄汁裝入發酵瓶（注意：要留有大約1/3的空間），蓋好瓶蓋酒精發酵將溫度控制在18-30℃進行發酵，在發酵過程中，每隔12h左右將瓶蓋擰松一點（注意：不是打開瓶蓋），此后再擰緊瓶蓋。發酵時間為10-12d.①70%的酒精的作用：②沖洗的目的：③沖洗1-2次即可，能否反復沖洗，為什么？④為什么去梗前沖洗：⑤葡萄汁裝入發酵瓶時，為何要留有1/3的空間？⑥每隔12h左右將瓶蓋擰松一點的目的：⑦擰松但不打開的目的：消毒去除表面灰塵、污物防止洗去葡萄皮表面的野生型酵母菌避免葡萄破損，減少被雜菌污染的機會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。不能，排出產生的CO2，防止發酵瓶爆裂防止雜菌和O2進入發酵瓶4.方法步驟打開瓶蓋，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⑧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⑨為什么要打開瓶蓋，蓋上紗布？a.聞；b.品嘗；c.使用pH試紙檢測前后的pH值；d.觀察醋酸菌膜是否形成；打開瓶蓋：為乙酸發酵提供充足的O2蓋上紗布：既是為了通氣，也是為了防止外來雜菌和灰塵的污染。

⑩如何檢測果醋的發酵情況？4.方法步驟（1）在制作果酒和果醋的過程中，發酵液分別有哪些變化？氣泡酵母菌進行果酒發酵時會產生CO2。發酵過程，分解有機物產生的能量大部分以熱能形式散失。如果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。產熱顏色菌體數量pH菌落初期發酵液中酵母菌數目增多，后期不再增多，甚至會下降。CO2溶于發酵液而使pH下降。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，這是醋酸菌落。5.結果分析和評價（2）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？還有乳酸菌、醋酸菌等微生物。

可以通過減少O2含量、調節發酵溫度、pH來控制醋酸菌含量。③

可以通過調節發酵的溫度、pH等來控制乳酸菌含量；

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。乳酸菌能將糖分解為甘油、酒石酸等，從而使果酒變質。5.結果分析和評價思考：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，在缺氧和偏酸性（CO2溶于發酵液）條件下，酵母菌可以生長繁殖，而絕大多數其他微生物的生命活動受到抑制。（3）在制作果醋的過程中，酵母菌是否還會繼續發酵？醋酸菌從何而來？采用什么措施可以加快果醋的制作？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。不會。發酵溫度、pH不利于酵母菌生長。果酒發酵與果醋發酵的裝置比較結構作用酒精發酵時狀態醋酸發酵時狀態充氣口排氣口出料口通入空氣關閉打開，并接入氣泵排出CO2打開打開便于取樣監測關閉關閉思考：1.為什么排氣口膠管長而彎曲？2.該裝置還能繼續改進嗎？防止空氣中微生物的污染可以在充氣口填充棉花或者安裝其他過濾裝置，以防止充入的氣體攜帶外來雜菌污染發酵液等相關微生物酵母菌醋酸菌毛霉乳酸菌生物學分類代謝類型繁殖方式適宜溫度主要用途【注】酵母菌、醋酸菌、毛霉、乳酸菌的最適溫度不同的直接原因是這三種微生物體內酶的最適溫度不同，而根本原因是控制這三種酶合成的DNA不同。真核生物原核生物真核生物原核生物異養兼性厭氧異養需氧異養需氧異養厭氧適宜條件下出芽生殖二分裂孢子生殖二分裂18?30°C30?35°C15?18°C35?40°C釀酒、發面釀醋制作腐乳制作酸奶、泡菜【傳統發酵食品制作過程中所用菌種的比較】

項目果酒制作果醋制作發酵菌種

菌種來源菌種代謝類型

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C6H12O6+6H2O+6O2

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

2CH3COOH(乙酸)+2H2O+2CO2+能量酶C2H5OH+O2

CH3COOH(乙酸)+H2O+能量酶28℃（18-30℃）30-35℃10-12d7-8d初期需氧，后期不需氧始終需要氧氣小結：果酒制作與果醋制作的比較課堂小結一、概念檢測2.傳統發酵食品的制作需要各種各樣的微生物。下列相關敘述錯誤的是（

）A.腌制泡菜利用了乳酸菌的乳酸發酵B.制作腐乳利用了毛霉等產生的蛋