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传统发酵技术的应用
第1章 发酵工程
第1节
Application Of Traditional Fermentation Technology
FA JIAO
学习目标
掌握传统发酵技术的概念和特点，说出常见的传统发酵食品。
生命观念
掌握制作泡菜、果酒和果醋的原理及操作时应注意的问题，体验制作泡菜、果酒和果醋的过程。
科学探究
说出传统发酵技术的优点与不足。
科学思维
关注食品安全和健康的生活方式
社会责任
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
1850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
战国中山酒
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
科技探索之路
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
问题探讨
你知道酒是如何制作的吗
“酒醒只在花前坐，酒醉还须花下眠”
“葡萄美酒夜光杯，欲饮琵琶马上催”
“人生有酒须当醉，一滴何曾到九泉”
1.酒曲是什么
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问题探讨
资料分析
资料一：夏禹时期,已有了关于杜康造林酒的传说。我国酿造白酒的工艺在世界上独树一帜，白酒一般是以谷物为原料，加酒曲发酵而成的。
资料二：1857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。
资料三：研究人员用显微镜观察酒曲，发现酒曲内含有根霉、曲霉、毛霉、酵母菌、乳酸菌、醋酸菌等几十种微生物。
提示 酒曲是用来酿酒的一种原料，又称块曲或砖曲，以大麦、小麦、豌豆等为原料，经过粉碎，加水混捏，压成曲醅，形似砖块，大小不等，让自然界各种微生物在上面生长而制成。
2.酿酒加酒曲的目的是什么
酒曲里富含各种微生物和发酵菌，酒曲与粮食混合后，这些微生物会产生淀粉酶、糖化酶、蛋白酶等，能使粮食里的淀粉、蛋白质转化成糖类、氨基酸等，在酶类物质的继续作用下，进而分解成乙醇(酒精)等。
一、发酵
（1）发酵概念
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
酒精发酵、乳酸发酵
氧气需求
（3）类型
一、发酵 传统发酵技术
（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
酱油
豆豉
泡菜
一、发酵 传统发酵技术
霉豆腐
醋
酱油
豆豉
泡菜
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
一、发酵 实例：腐乳制作
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 。
酵母菌
曲霉
毛霉
毛霉
小分子的肽和氨基酸
（此外，微生物还可以产生脂肪酶，将脂肪分解为脂肪酸和甘油）
蛋白质
脂肪
小肽
氨基酸
甘油
脂肪酸
+
+
酵母、曲霉和毛霉等多种微生物(毛霉起主要作用)
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 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
前期发酵
后期发酵
封瓶时瓶口通过酒精灯火焰防止瓶口污染。
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 实例： 泡菜制作
一、发酵 实例：腐乳制作
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）
（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。
一、发酵 实例： 泡菜制作
（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。
一、发酵 实例： 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。
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；
将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过菜料，盖好坛盖。
原料处理
蔬菜装坛
封坛发酵
加盐水
一、发酵 实例： 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。
一、发酵 实例： 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。
一、发酵 实例： 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；
将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过菜料，盖好坛盖。
原料处理
蔬菜装坛
封坛发酵
加盐水
一、发酵 实例： 泡菜制作
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
一、发酵 实例： 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。
一、发酵 实例：果酒制作
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
一、发酵 实例：果醋制作
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
一、发酵 实例：果酒果醋制作
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
一、发酵 实例：果酒果醋制作
器具消毒
冲洗葡萄
榨汁装瓶
果酒检测
酒精发酵
打开瓶盖，盖上纱布
果醋检测
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。
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。
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
一、发酵 实例：果酒果醋制作
洗去浮尘，但不能反复冲洗，因为果皮表面附着大量的野生菌种，反复冲洗会减少菌种的数量，延长发酵时间。
①冲洗的目的是？
以避免去除枝梗和腐烂的籽粒时引起葡萄破损，增加被杂菌污染的机会。
②为什么先冲洗葡萄再去除去枝梗？
有利于酵母菌进行有氧呼吸，通过出芽生殖大量繁殖后代；又防止发酵旺盛时产生大量的CO2 造成发酵液溢出。
③为什么发酵瓶要留1/3的空间？
一、发酵 实例：果酒果醋制作
小积累
果酒和果醋改进装置及其分析
充气口
出料口
在乙酸发酵时连接充气泵进行充气
用来取样
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。
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 变酸的酒液面上的菌膜或人工接种的醋酸菌
结构特点 有以核膜为界限的细胞核，有多种细胞器 无以核膜为界限的细胞核，只有核糖体一种细胞器
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
课堂检测
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。（ ）
×
×
√
2.传统发酵食品的制作需要各种各样的微生物。下列叙述错误的是（ ）
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
课堂检测
3 下列关于果酒、果醋制作过程的叙述，正确的是( )。
C
A.变酸的果酒液面上的菌膜是乳酸菌大量繁殖形成的
B.制成的果醋和泡菜都需要经高压蒸汽灭菌，目的是延长产品保质期
C.果酒制作过程中为防止杂菌污染，只能拧松发酵瓶盖，而不能打开瓶盖
D.家庭制作果酒、果醋通常不是纯种发酵，不需要对材料和用具进行消毒
[解析]
变酸的果酒液面上的菌膜是由醋酸菌大量繁殖形成的，A错误；制成的果醋和泡菜不能使用高压蒸汽灭菌，高压蒸汽灭菌会杀死菌种，从而会影响产品的口感和品质，B错误；果酒制作过程中会产生 ，在排气的过程中为防止杂菌污染，只能拧松发酵瓶盖，而不能打开瓶盖，C正确；家庭制作果酒、果醋通常不是纯种发酵，但材料和用具要进行消毒，以免造成污染或影响风味，D错误。
