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第1章 发酵工程
涂老师的课堂
人教版 选择性必修三
科技探索之路——从传统发酵技术到发酵工程
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
战国中山酒
1850年
约9000年前
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
20世纪40年代
科学家发现酶在酵母菌发酵中的作用，了解了发酵的本质。传统的固体发酵开始向半固体发酵和液体发酵演变。
青霉素产生菌是需氧型，建立了深层通气液体发酵技术，抗生素发酵工业兴起
涂老师的课堂
20世纪70年代
1957年
20世纪80年代
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、维生素发酵工业兴起
基因工程、细胞工程使发酵工程进入定向育种的新阶段，如人胰岛素、干扰素
对发酵过程进行综合研究，能够自动记录和控制发酵过程的全部参数
科技探索之路——从传统发酵技术到发酵工程
第1章 第1节
涂老师的课堂
人教版 选择性必修三
传统发酵技术的应用
本节聚焦：
什么是传统发酵技术？
制作泡菜、果酒和果醋的原理是什么？
怎样制作泡菜？怎样制作果酒和果醋？
尝试制作传统发酵食品
2/
发酵与传统发酵技术
1/
发酵与
传统发酵技术
一
豆豉
酱油
酱
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一、发酵与传统发酵技术
约9 000年前，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。夏禹时期，已有了关于少康（即杜康）造秫酒的传说。
人类最初可能是发现储存的水果会自然发酵变成酒，因而逐渐摸索出酿酒技术的。
酿酒技术给古代人民的生活增添了丰富的色彩。我国具有悠久的酿酒文化和历史，许多古老的酿酒工艺一直保留并延续至今。
汉代砖刻上的酿酒图
我国古代酿酒作坊的绘画作品
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一、发酵与传统发酵技术
1857年，法国的微生物学家巴斯德通过实验证明，酒精发酵是由活的酵母菌引起的。
此后，人们才开始了解发酵的本质。
酵母菌
巴斯德
补充与回顾：
必修一P79页“关于酶本质的探索”
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一、发酵与传统发酵技术
1.发酵
指人们利用微生物，在适宜条件下，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。
（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。
C6H12O6等
C2H5OH等
乳酸菌
酵母菌
醋酸菌
（3）类型：
醋酸发酵、谷氨酸发酵
酒精发酵、乳酸发酵
需氧发酵
厌氧发酵
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一、发酵与传统发酵技术
2.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）实例：
腐乳、酱、酱油、醋、泡菜和豆豉等，
它们是我国传统饮食文化的重要组成部分。
（3）类型：
传统发酵以混合菌种的固体发酵及半固体发酵为主，通常是家庭式或作坊式的。
豆豉
酱油
酱
豆豉
酱
酱
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一、发酵与传统发酵技术
3.腐乳
（1）特点：经微生物发酵制作的大豆食品
（2）制作原理：
蛋白质
小分子肽+氨基酸
蛋白酶
（因此味道鲜美， 易于消化吸收）
（3）参与的微生物：
酵母、曲霉、毛霉等，起主要作用的是毛霉
脂肪
甘油+脂肪酸
脂肪酶
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一、发酵与传统发酵技术
3.腐乳
（4）制作过程 请观看视频
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一、发酵与传统发酵技术
3.腐乳
（4）制作过程：直接利用原材料中天然存在的微生物
利用干棕叶（或稻草）上的毛霉孢子，在15-18℃条件下，让豆腐上长出毛霉
加盐可以析出豆腐中的水，使豆腐变硬，盐也能抑制微生物的生长，避免豆腐块腐败变质。
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
卤汤是由酒（12%）及各种香辛料配置而成，抑制微生物的生长同时使腐乳有独特的香味。
让豆腐长出毛霉
加盐腌制
加卤汤装瓶
密封腌制
制腐乳坯
(1)腐乳的制作需要多种微生物的参与，起主要作用的是曲霉( )
(2)豆腐中的蛋白质被蛋白酶全部分解成了氨基酸( )
对点巩固：判断正误
×
×
尝试制作
传统发酵食品
二
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二、尝试制作传统发酵食品
1.乳酸发酵
（1）应用的微生物：
（2）原理：
C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+能量
酶
①代谢类型：
②作用：
④种类：
③分布广泛：
⑤应用：
乳酸菌
异养厌氧细菌（原核生物）
在无氧情况下能将葡萄糖分解成乳酸
空气、土壤、植物体表、人或动物肠道
常见为乳酸链球菌、乳酸杆菌
乳制品的发酵、泡菜的腌制
乳酸链球菌（球状）
乳酸杆菌（杆状）
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二、尝试制作传统发酵食品
2.酒精发酵
（1）应用的微生物：
①代谢类型：
②作用：
④生长温度：
③分布：
⑤应用：
酵母菌
兼性厌氧真菌（真核生物）
在无氧情况下能将葡萄糖分解成酒精和CO2
含糖量较高的蔬菜、水果表面
酿酒酵母的最适生长温度约为28℃
酿酒、制作馒头和面包
果酒
面包
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二、尝试制作传统发酵食品
2.酒精发酵
（1）应用的微生物：
（2）原理：
酵母菌
果酒
面包
在有氧条件下，酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖
C6H12O6+6O2+6H2O 6CO2+12H2O+能量
酶
在无氧条件下，酵母菌能进行酒精发酵
C6H12O6 2C2H5OH（酒精）+2CO2+能量
酶
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二、尝试制作传统发酵食品
3.醋酸发酵
（1）应用的微生物：
（2）原理：
①代谢类型：
②作用：
④应用：
③生长温度：
醋酸菌
异养好氧细菌（原核生物）
在氧气、糖都充足时，能将糖分解成醋酸；
在缺糖时，能将乙醇转化成乙醛，在将乙醛变成醋酸
多数醋酸菌的最适生长温度为30~35℃
酿醋
C6H12O6+2O2 →2CH3COOH+2H2O+2CO2+能量
C2H5OH+O2 →CH3COOH+H2O+能量
制作果酒
制作果醋
酵母菌-真菌
醋酸菌-细菌
制作泡菜
乳酸菌-细菌
二、尝试制作传统发酵食品
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二、尝试制作传统发酵食品
4.制作泡菜
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二、尝试制作传统发酵食品
4.制作泡菜
（1）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。
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二、尝试制作传统发酵食品
4.制作泡菜
（3）方法步骤
1.用清水和食盐配置质量分数为5%-20%的盐水，
并将盐水煮沸，冷却待用。
二、尝试制作传统发酵食品
4.制作泡菜
（3）方法步骤
1.用清水和食盐配置质量分数为5%-20%的盐水，
并将盐水煮沸，冷却待用。
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。(杀菌除氧）
盐水冷却的目的是防止乳酸菌等微生物的生命活动受影响。
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。
二、尝试制作传统发酵食品
4.制作泡菜
（3）方法步骤
2.将新鲜蔬菜（如萝卜、黄瓜和豇豆）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，放入蒜瓣、生姜及其他香辛料，继续装至八成满。
二、尝试制作传统发酵食品
4.制作泡菜
（3）方法步骤
2.将新鲜蔬菜（如萝卜、黄瓜和豇豆）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，放入蒜瓣、生姜及其他香辛料，继续装至八成满。
泡菜发酵初期，大肠杆菌、酵母菌等较为活跃，产生较多的CO2，防止发酵液溢出坛外；
防止因太满使盐水未完全淹没菜料而导致菜料变质腐烂；
留有一定空间，方便拿取泡菜。
3.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。
二、尝试制作传统发酵食品
4.制作泡菜
（3）方法步骤
3.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。
创造无氧环境等
4.向坛盖边沿的水槽中注满水，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。
创造无氧环境
二、尝试制作传统发酵食品
4.制作泡菜
（3）方法步骤
二、尝试制作传统发酵食品
4.制作泡菜
（4）方法步骤 中的几点补充
1：装坛后可以加一些原来已经腌制好的泡菜汁更好
----相当于接种发酵微生物，可缩短腌制时间。
水封闭坛口起着使坛内与坛外空气隔绝的作用，这是最简易的造成无氧环境的方法。说明乳酸菌进行乳酸发酵需无氧环境。
2：用水封闭泡菜坛的目的是什么？这说明泡菜制作需什么条件？
二、尝试制作传统发酵食品
4.制作泡菜
（4）方法步骤 中的几点补充
3：为什么泡菜坛内有时会长一层白膜，这层白膜是怎么形成的？
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。
4.制作泡菜方法步骤配制盐水蔬菜处理装坛加盐水封坛发酵过高：乳酸发酵受抑制，泡菜风味差；过低：杂菌易繁殖，导致泡菜变质。杀菌、除氧将新鲜蔬菜洗净，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；创造无氧环境将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过菜料，盖好坛盖；向坛盖边缘的水槽中注满水，在发酵过程中注意向水槽中补充水；根据室内温度控制发酵时间；不影响乳酸菌的生命活动用清水和食盐配制质量百分比为5%-20%的盐水，并将盐水煮沸，冷却待用；二、尝试制作传统发酵食品
4.制作泡菜
（5）亚硝酸盐的检测
原理：颜色反应—比色法
酸化条件下，亚硝酸盐与对氨基苯磺酸发生重氮化反应后，再与N-1－萘基乙二胺盐酸盐结合生成玫瑰红溶液。将经过反应显色后的待测样品与标准液比色，即可计算出样品中的亚硝酸盐含量。
称量
榨汁
亚硝酸盐速测盒
试剂、比色卡
发酵过程分析
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）
二、尝试制作传统发酵食品
4.制作泡菜
（6）发酵
过程分析
二、尝试制作传统发酵食品
4.制作泡菜
（7）进一步探究
某同学在制作泡菜前，査阅资料得知，可以向泡菜坛中加入一些“陈泡菜水”；在用质量百分比为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。
(1) 据图分析，从亚硝酸盐的含量来看，你认为该泡菜在什么时间食用比较合适？为什么？
发酵10天后，亚硝酸盐含量降到较低水平。
(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？
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。
(3) 加入“陈泡菜水”的目的是什么？
“陈泡菜水”中含有纯度较高的乳酸菌，加入“陈泡菜水”相当于接种乳酸菌。
二、尝试制作传统发酵食品
4.制作泡菜
（7）进一步探究
如何判断你腌制的泡菜是否成功？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；
一般来说，腌制成功的泡菜汤清亮，无梅花浮膜，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。
失败
成功
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二、尝试制作传统发酵食品
5.制作
果酒和果醋
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二、尝试制作传统发酵食品
5.制作果酒和果醋
（1）原理
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。
（2）材料用具
新鲜的葡萄、洗洁精、70%的酒精、发酵瓶、纱布和榨汁机等。
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二、尝试制作传统发酵食品
5.制作果酒和果醋
（3）方法步骤
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;
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;
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;
除灰去污
避免葡萄破损，减少杂菌污染
①有氧条件，利于酵母菌快速繁殖；耗尽O2后，再进行酒精发酵；
②防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出。
无需多次。防止菌种减少，影响发酵
器具消毒
冲洗葡萄
榨汁装瓶
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二、尝试制作传统发酵食品
5.制作果酒和果醋
（3）方法步骤
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。
排出CO2 ，防止爆裂
防止杂菌污染
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;
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;
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;
器具消毒
冲洗葡萄
榨汁装瓶
果酒发酵
果醋发酵
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。
空气中的醋酸菌会进入
果酒发酵液中大量繁殖
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二、尝试制作传统发酵食品
5.制作果酒和果醋
（3）方法步骤
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;
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。可通过从发酵瓶口取样来对发酵的情况进行检测。
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;
器具消毒
冲洗葡萄
榨汁装瓶
果酒发酵
果醋发酵
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。
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二、尝试制作传统发酵食品
5.制作果酒和果醋
（4）结果分析与评价
如何检测果酒和果醋的制作是否成功？
果酒：a.闻
b.品尝
c.用酸性条件下的重铬酸钾溶液检测
果醋：a.闻
b.品尝
c.使用pH试纸检测检测和比较发酵前后的pH值
d.观察醋酸菌膜是否形成。
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二、尝试制作传统发酵食品
5.制作果酒和果醋
（4）结果分析与评价
在制作果酒和果醋的过程中，发酵液分别有哪些变化？
引起变化的原因是什么？
在葡萄酒的制作过程中，发酵液中会产生气泡，这是因为酵母菌发酵产生CO2；
如果是用紫色葡萄制作葡萄酒，随着发酵时间的延长，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。
果醋发酵过程中一般不会出现气泡，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。
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二、尝试制作传统发酵食品
5.制作果酒和果醋
（5）装置改进
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
排出CO2
打开
打开
便于取样监测
关闭
关闭
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
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？
①果酒：发酵液（会或不会） 出现气泡 ；
紫色葡萄皮的 进入发酵液,使葡萄酒呈 色。
会
花青素
深红
②果醋：一般 （会或不会） 出现气泡 ，
发酵完成时，在发酵液的液面会出现一层菌膜，是 菌膜。
不会
醋酸菌
二、尝试制作传统发酵食品
5.制作果酒和果醋
（6）探究·实践--制作果酒和果醋 结果分析与评价
二
项目 泡菜 果酒 果醋
菌种
生物学分类
代谢方式
最适温度范围
生产生活应用
发酵原理
乳酸菌
酵母菌
醋酸菌
原核生物
原核生物
真核生物
异养厌氧型
异养需氧型
异养兼性厌氧型
18~30℃
30~35℃
30-40℃
乳制品的发酵、泡菜
酿酒、发面
制醋
C6H12O6
2C3H6O3（乳酸）
酶
+能量
C6H12O6→2C2H5OH＋2CO2＋能量
酶
C6H12O6→2C2H5OH＋2CO2＋能量
酶
C2H5OH＋O2→CH3COOH＋H2O＋能量
酶
二、尝试制作传统发酵食品
5.制作果酒和果醋
（7）总结与对比
课堂
小结
随堂练习
一、概念检测
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、芽抱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抱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。（ ）
×
×
√
随堂练习
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
随堂练习
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同学用了没有盖的塑料瓶，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？你还能继续改进这种装置吗？
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。
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。
