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1、发酵工程是指利用微生物的特定功能,通过现代工程技术,规模化生产对人类有用的产品。它涉及菌种的选育和培养、产物的分离和提纯等方面。第1章 发酵工程第1节 传统发酵技术的应用01发酵与传统发酵技术目录/CONTENTS一、制作泡菜二、制作果酒和果醋【从社会中来】“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。”（唐王翰）诗中提及的葡萄酒是人类利用微生物发酵制作而来的。通过微生物的发酵作用还可以制作葡萄醋。葡萄酒和葡萄醋都是以葡萄为原料发酵而来的饮品，为什么一个是醇厚浓郁、耐人寻味的酒，一个却是酸味柔和、口感绵长的醋呢？葡萄酒和葡萄醋都是由葡萄发酵而来，但是一个经酵母菌无氧呼吸产生
2、了酒精，另一个经醋酸菌有氧呼吸产生了醋酸，因此口感不同。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，已有了关于杜康造秫（sh）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汉代砖刻上的酿酒图我国古代酿酒作坊图 1857年，法国微生物学家巴斯德证明了酒精发酵是由活的酵母菌引起的，并发明了巴氏消毒法。此后，人们才开始了解发酵的本质。01 发酵与传统发酵技术1.发酵（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。（3）类型：需氧发酵厌氧发酵如：醋酸发酵如：酒精发酵、乳酸发酵人们利用微
3、生物，在适宜的条件下，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。2实例：腐乳的制作（1）参与的微生物多种微生物参与了豆腐的发酵，如酵母、曲霉和毛霉等，其中起主要作用的是毛霉。毛霉是一种丝状真菌（真核生物），其生殖方式为孢子生殖，代谢类型是异养需氧型。（2）腐乳制作的原理胞外酶味道鲜美，易于消化吸收，又便于保存。蛋白质小分子肽+氨基酸蛋白酶脂 肪 甘油+脂肪酸脂肪酶腐乳的制作3.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存下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术。（2）类型：通常是家庭式或作坊式的。生产条件不易控制，容易受杂菌污染，生
4、产效率较低，产物不单一等。缺点？泡菜、粮食白酒、腐乳半固体发酵豆豉、酱、酱油等 固体发酵混合菌种【思考辨析】1.使用酵母制作馒头属于传统发酵技术吗？不属于2.直接利用空气中毛霉孢子制作腐乳属于传统发酵技术吗？属 于使用前一次发酵保存下来的面团进行的才算。习题巩固Exercises to consolidate1.下列关于传统发酵食品的叙述，不正确的是()A.传统发酵产品需要多种多样的微生物B.腐乳的制作直接利用了原料中天然存在的毛霉、酵母等 微生物C.传统发酵食品以单一菌种的固体发酵和半固体发酵为主D.腐乳的制作需通过微生物的代谢把蛋白质转化为人需要 的氨基酸C 传统发酵菌种来自自然界中的微生
5、物(天然存在的菌种)，通常以混合菌种为主，没有接种菌种，没有经过严格灭菌。【问题探究1】结合教材中腐乳发酵和下述一种豆瓣酱的制作过程，回答以下问题：煮黄豆 冷却后在黄豆表面抹上一层面粉 发酵 加盐、加水 在烈日下暴晒、搅动，进一步发酵。（1）制作腐乳利用了哪些微生物？这些微生物来自哪里？制作腐乳利用了空气中存在的 等微生物，其中起主要作用的是。（2）参与豆瓣酱发酵的微生物来自。（3）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？发酵的生产条件不易控制，且容易受 污染。酵母、曲霉、毛霉空气毛霉杂菌（1）发酵是指人们利用微生物，在缺氧
6、的条件下，将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物（）（2）毛霉主要通过产生蛋白酶分解蛋白质参与腐乳发酵（）（3）腐乳制作利用了毛霉等真菌的有氧呼吸（）判断常考语句，澄清易混易错一、制作泡菜1.制作泡菜的微生物原核生物（1）菌种来源：植物体表面天然的乳酸菌分布（2）常见类型：广泛分布于空气、土壤、植物体表、人或动物的肠道内乳酸链球菌乳酸杆菌乳酸链球菌乳酸杆菌乳酸菌（3）代谢类型：异养厌氧型在无氧的情况下能将葡萄糖分解成乳酸C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+能量酶（4）生产应用：乳制品的发酵泡菜的腌制2.制作泡菜的发酵原理利用 来进行发酵；植物体表面天然的乳酸菌C6H12O6 2C3H
7、6O3（乳酸）+能量酶发酵期间，乳酸会，当它的质量百分比为 时，泡菜的口味、品质最佳；不断积累0.4%-0.8%（3）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。3.制作泡菜的方法步骤配制盐水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；原料处理、装坛将新鲜蔬菜洗净，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；加盐水将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过菜料，盖好坛盖；封坛发酵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。4.
8、结果分析与评价（1）配制盐水操作中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；盐的作用：调味，抑制其他微生物生长盐水浓度要适宜的目的：过高，乳酸发酵将受抑制；盐水煮沸的目的：杀菌，去除水中的溶解氧盐水冷却后使用的目的：为了不影响乳酸菌的生命活动过低，杂菌易繁殖，导致泡菜变质（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？火候好坛沿深、盖子吻合好 无裂纹、无砂眼检查方法：坛口向上，压入水中，看坛内壁有无渗水现象。使坛内与坛外空气隔绝，给泡菜坛内创造无氧环境 无氧条件泡菜坛子使用之前要检查密封性玻璃制作的泡菜坛（3）为什么泡菜坛只能装八成满？在泡菜发酵初期，
9、由蔬菜表面带入的大肠杆菌、酵母菌等较为活跃，它们可以进行发酵，发酵产物中有较多的二氧化碳，如果泡菜坛装的太满，发酵液可能会溢出坛外。另外，泡菜坛装的太满，会使盐水不太容易完全淹没菜料，从而导致坛内菜料变质腐烂。防止由于产生CO2而导致发酵液溢出坛外；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。【误区警示】泡菜制作的两个易错点（1）误认为只有乳酸菌发酵：前期主要是有氧发酵消耗氧气，形成无氧环境，后期主要是乳酸发酵。（2）误认为泡菜制作全过程都是无氧发酵，蔬菜装坛能装满：装八成满，防止早期发酵产生的CO2使发酵液溢出。（4）你腌制的泡菜成功吗？色泽如何？口味如何？一般来说，腌制成功的泡菜汤
10、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。5.进一步探究 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。查阅资料，设计实验跟踪检测泡菜在制作过程中亚硝酸盐含量的变化，并探索腌制方法、时间长短和温度高低等条件对亚硝酸盐含量的影响，寻求提高泡菜质量的措施。（1）亚硝酸盐 亚硝酸盐为白色粉末，外观与食盐相似，有咸味，易溶于水，可作食品添加剂。自然界中，亚硝酸盐分布广泛，蔬菜、咸菜、豆粉中均含有。一般不危害健康但是，总量达到 时会引起中毒；达到 时会死亡。0.30.5g3g适宜的pH、温度和一定的微
11、生物作用氧化维生素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)（2）亚硝胺生成亚硝胺具有致癌作用，对动物具有致畸和致突变作用 发酵初期，泡菜中微生物生长很快，将蔬菜中硝酸盐还原成亚硝酸盐，蔬菜中酚类物质和维生素C等将亚硝酸盐氧化，总体来说，生成的亚硝酸盐大于被氧化的，亚硝酸盐的含量逐步上升。微生物代谢活动将氧气消耗殆尽，泡菜坛中的环境不利于乳酸菌以外的其他微生物生长，生成的亚硝酸盐减少。同时，蔬菜中亚硝酸盐含量由于被氧化而减少，因此，亚硝酸盐的含量会逐渐下降并趋于一个相对稳定的数值。（3）泡菜发酵过程中乳酸菌数量、乳酸含量和亚硝酸盐含量的变化情况发酵时期乳
12、酸菌 乳酸 亚硝酸盐发酵初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）【问题探究2】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，结果如图，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？应 天后食用比较好，此时亚硝酸盐含量
13、。（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？“陈泡菜水”含，可快速发酵产生。11天低乳酸菌乳酸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。相当于接种乳酸菌【制作泡菜的注意事项】（1）用于制作泡菜的蔬菜应新鲜，若放置时间过长，蔬菜中的亚硝酸盐含量相对较高。（2）控制严格的厌氧条件的措施选择合适的发酵容器，如泡菜坛，这是一种既科学又简单的厌氧发酵容器。盐水煮沸后冷却待用。装坛时压实，使盐水没过全部菜料。泡菜坛用水封口不让空气进入，创造一个封闭无氧的环境，发酵期间不宜开盖，并注意在发酵过程中经常向水槽中补充水。（3）控
14、制适宜的发酵温度：温度过高易导致杂菌滋生；温度过低不利于乳酸发酵，会使发酵时间延长。（4）温度过高、食盐用量不足10、腌制时间过短，容易造成细菌大量繁殖，亚硝酸盐含量增加。一般在腌制10天后，亚硝酸盐的含量开始下降。泡菜的制作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。白膜 为什么含有抗生素的牛奶不能发酵为酸奶？牛奶发酵为酸奶主要依靠乳酸菌的发酵作用，而抗生素能够杀死或抑制乳酸菌。习题巩固Exercises to consolidate1.下列关于乳酸菌的叙述，不正确的
15、是A.乳酸菌的种类很多，常见的有乳酸链球菌和乳酸杆菌B.在自然界广发分布，空气、土壤、植物体表、人和动物的肠道内均有C.乳酸菌是兼性厌氧菌，无氧时产生乳酸D.乳酸菌是厌氧细菌，在无氧的条件下，将葡萄糖分解成乳酸C习题巩固Exercises to consolidateD2.下列关于泡菜发酵过程的叙述中，正确的是A.发酵时间越长，亚硝酸盐的含量越高B.发酵过程中只有乳酸菌的发酵作用C.发酵过程中乳酸菌可分解蛋白质和果胶D.发酵过程中要经常补充水槽中的水二、制作果酒和果醋1.制作果酒的微生物真核生物（1）菌种来源：（2）代谢类型：单细胞真菌含糖量较高的水果、蔬菜表面异养兼性厌氧型在有氧条件下，酵母
16、菌进行有氧呼吸，大量繁殖酶酶C6H12O6+6O2+6H2O 6CO2+12H2O+能量C6H12O6 2C2H5OH+2 CO2+能量在无氧条件下，酵母菌能进行酒精发酵酵母菌（4）生产应用：（3）发酵条件：制作果酒时将温度控制在 进行发酵。温度：氧气：制作果酒时，酵母菌先在 的情况下大量繁殖；后在 下，进行酒精发酵。氧气充足无氧条件1830最适生长温度约为28可用于酿酒、制作馒头和面包等酶C6H12O6 2 C2H5OH+2 CO2+能量2.制作果醋的微生物原核生物 醋酸菌（1）菌种来源：（2）代谢类型：空气中的醋酸菌变酸的酒的表面形成的菌膜异养需氧型（3）发酵条件：温度：氧气：将温度控制在
17、 进行发酵。3035需要在充足的氧气条件下醋酸菌对 氧气 的含量很敏感，当进行深层发酵时，即使短时间 中断通入氧气，也会引起醋酸菌的 死亡。（4）发酵原理：当氧气、糖源充足时：当缺少糖源时：C6H12O62O2 2CH3COOH2CO22H2O酶“糖制醋”将乙醇转变成乙醛，再将乙醛变为乙酸酶C2H5OH O2 CH3COOH H2O“酒变醋”（5）生产应用：可用于制作各种风味的醋3.制作果酒和果醋的原理 许多新鲜水果（如葡萄）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。4.材料用具在有氧的条件下，果酒经醋酸菌的作用还可以进一步发酵成果醋。果酒：C6H1
18、2O6 2C2H5OH+2CO2+能量酶果醋：C2H5OH+O2 CH3COOH(乙酸)+H2O+能量酶新鲜的水果、洗洁精、体积分数为70%的酒精、发酵瓶、纱布和榨汁机等。5.果酒和果醋的制作流程挑选葡萄冲洗榨汁酒精发酵醋酸发酵果酒 果醋尝试制作传统发酵食品Try making traditional fermented foods(三)果酒、果醋的制作3.方法步骤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。全面防止杂菌污染尝试制作传统发酵食品Try making traditional f
19、ermented foods(三)果酒、果醋的制作3.方法步骤取新鲜葡萄，用清水冲洗1-2次，再去除枝梗和腐烂的籽粒，沥干。（1）新鲜葡萄用清水冲洗的主要目的是 什么？冲洗次数不宜太多，为什么？冲洗次数不宜太多避免冲洗掉附着在葡萄皮上的野生酵母菌。冲洗的主要目的是洗去浮沉；（2）为什么先冲洗葡萄再除去枝梗？避免除去枝梗时引起葡萄破损，增加被杂菌污染的机会。器具消毒冲洗葡萄榨汁装瓶果酒检测酒精发酵打开瓶盖，盖上纱布果醋检测尝试制作传统发酵食品Try making traditional fermented foods(三)果酒、果醋的制作3.方法步骤器具消毒冲洗葡萄榨汁装瓶果酒检测酒精发酵打开瓶
20、盖，盖上纱布果醋检测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。在发酵液装瓶后为什么要保持1/3的剩余空间？A.利于酵母菌进行有氧呼吸快速繁殖，耗尽氧气后再进行酒精发酵B.防止发酵过程中产生的CO2造成 发酵液的溢出尝试制作传统发酵食品Try making traditional fermented foods(三)果酒、果醋的制作3.方法步骤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温度控制在1830 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1012d。（1）在果酒发
21、酵阶段每隔12h拧松瓶盖一次，其原因是什么？在果酒发酵过程中产生CO2，防止瓶内气压过高引起爆裂。（2）拧松瓶盖后再将瓶盖拧紧，原因是什么？防止进入O2，影响酒精发酵尝试制作传统发酵食品Try making traditional fermented foods(三)果酒、果醋的制作3.方法步骤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温度控制在1830 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1012d。（3）为什么将温度控制在18-30 进行发酵？因为果皮表面附着的野生酵母菌可能有很多种，所以提供了适合
22、多种酵母菌生长的温度范围。另外，控制温度在一个较大范围内比较简单易行。排气口充气口出料口充气口？排气口？应封闭充气口 需要打开，及时排气排气口通过用 一个长而弯曲的胶管与瓶身相连 目的？是防止空气中 微生物 的污染发酵装置巴斯德的鹅颈瓶实验出料口？用来 取样 检验发酵进程，可以 检验酒味、酒精的含量、进行酵母菌的镜检 等。尝试制作传统发酵食品Try making traditional fermented foods(三)果酒、果醋的制作3.方法步骤器具消毒冲洗葡萄榨汁装瓶果酒检测酒精发酵打开瓶盖，盖上纱布果醋检测可通过从发酵瓶口取样来对发酵的情况进行检测。尝试制作传统发酵食品Try maki
23、ng traditional fermented foods(三)果酒、果醋的制作3.方法步骤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3035，时间为78d。打开瓶盖并盖上一层纱布的目的是什么？制造有氧条件，进行醋酸发酵在制作果酒和果醋的过程中，发酵液分别有哪些变化？发酵 酒精发酵 醋酸发酵气味和味道 有酒味 有酸味气泡和泡沫 有气泡和泡沫 无气泡和泡沫发酵液颜色颜色加深变成深红色（以紫葡萄作原料）浑浊，液面形成白色菌膜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这是醋酸菌膜尝试制作传统
24、发酵食品Try making traditional fermented foods(三)果酒、果醋的制作2.在制作果酒的过程中，除了酵母菌，是否还有其他微生物生长？它们会对果酒发酵产生影响吗？如果有，如何避免这种影响？果酒中除了酵母菌，还有乳酸菌、醋酸菌等微生物。乳酸菌可能会分解果酒中的有机物，使果酒变质。可以通过调节发酵的温度、果酒的pH等来控制乳酸菌的含量。醋酸菌在有氧的条件下会将乙醇转化为醋酸，从而影响果酒发酵，在果酒制作的过程中尽量减少O2含量，从而抑制醋酸菌的繁殖。也可以通过调节发酵的温度、果酒的pH等同样可以控制醋酸菌的含量。（3）在制作果醋的过程中，酵母菌是否还会继续发酵？随着
25、醋酸发酵的进行，发酵液的pH、发酵温度等均不利于酵母菌的生长繁殖，因此酵母菌活性很低。（4）醋酸菌从何而来？采用什么措施可以加快果醋的制作？打开瓶盖后，空气中的醋酸菌会进入发酵液中大量繁殖，其他的菌因不适应环境条件而不能繁殖。我们制作果醋时，可以先买一瓶醋，将其打开暴露于空气中，一段时间后在醋的表面会有一层薄膜（实际上是醋酸菌），用这层薄膜进行接种可以明显缩短制作果醋的时间。在工业上，后期醋的发酵需要人工接种醋酸菌。【归纳总结】果酒、果醋制作过程中防止杂菌污染的措施（1）榨汁机、发酵瓶等器具要用洗洁精清洗干净并用体积分数为70%的酒精消毒，晾干。（2）清洗葡萄时要先冲洗后去除枝梗和腐烂的籽粒，
26、以避免除去枝梗时引起葡萄破损，增加被杂菌污染的机会。（3）用带盖的瓶子制作果酒时，每隔12 h左右排气时只需拧松瓶盖，不要完全揭开瓶盖。如何检测果酒的发酵情况（检测是否产生酒精）？a.闻 b.品尝 c.用酸性条件下的重铬酸钾溶液检测（橙色灰绿色）53苹果醋的制作（1）常见的乳酸菌有乳酸链球菌和乳酸杆菌（）（2）酿酒酵母的最适生长温度约为28（）（3）当氧气不充足、缺少糖源时，醋酸菌将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为乙酸（）（4）制作果醋的温度比制作果酒的温度高（）（5）在葡萄酒的制作过程中，采摘的葡萄应反复冲洗，且要先除枝梗再冲洗（）判断常考语句，澄清易混易错习题巩固Exercises to consolidate3.(2021年湖北卷)中国的许多传统美食制作过程蕴含了生物发酵技术。下列叙述正确的是A.泡菜制作过程中，酵母菌将葡萄糖分解成乳酸B.馒头制作过程中，酵母菌进行呼吸作用产生CO2C.米酒制作过程中，将容器密封可以促进酵母菌生长D.酸奶制作过程中，后期低温处理可产生大量乳酸杆菌B