第 1 章 发酵工程
第 1 节 传统发酵技术的应用
1.P4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)诗中捉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?它们的制作方法有什么不同?你想不想自己动手制作葡萄酒和葡萄醋呢?
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。
2.P6探究·实践：制作传统发酵食品
结果分析与评价
（1）用水密封泡菜坛的目的是什么?这说明泡菜制作需要什么条件?
提示：用水密封泡菜坛的目的是给泡菜坛内创造无氧环境，这说明泡菜制作需要在无氧条件下进行。
（2）为什么菜料只能装八成满? 
提示：在泡菜发酵初期，由蔬菜表面带入的大肠杆菌、酵母菌等较为活跃，它们可进行发酵，发酵产物中有较多的 CO2，如果泡菜坛装得太满，发酵液可能会溢出坛外。
另外，泡菜坛装得太满，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。泡菜坛留有一定的空间，也更方便拿取泡菜。
（3）你腌制的泡菜成功吗?泽如何?口味如何?
提示：根据实际情况回答。
3.P7 探究·实践：制作果酒和果醋
结果分析与评价
（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?
提示：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，因而发酵液的颜会逐渐加深变成深红。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。（2）在制作果酒的过程中，除酵母菌之外，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?
提示：果酒中除了酵母菌,还有乳酸菌、醋酸菌等微生物。乳酸菌可能分解果酒中的糖、甘油、酒石酸等，从而使果酒变质。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。果汁中的糖也是醋酸菌重要的碳源和能源。在有氧的情况下，醋酸菌能把糖分解成醋酸；在缺少糖源的情况下，乙醇便是醋酸菌的碳源和能源，它将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为醋酸。由于醋酸菌在有氧的条件下才能进行旺盛的代谢活动，因此在制作果酒的过程中尽量减少 O2含量，可以抑制醋酸菌的生长繁殖。此外，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?醋酸菌从何而来?采用什么措施可以加快果醋的制作?
提示：随着醋酸发酵的进行，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。在我们的实验条件下，当打开瓶盖后，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。在工业上，后期醋的发酵需要人工接种醋酸菌。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。
（4）你制作的果酒和果醋的口味如何?如果你对结果不满意，应该如何改进?
提示：根据实际情况回答。
4.P8 到社会中去：查阅关于果酒和果醋工业化生产的工艺流程，比较自己制作果酒和果醋的方法与这些流程有哪些异同。在此基础上，请思考:当把少量制作转化为大规模生产时，需要解决哪些实际问题?你能从中体会到技术与工程的区别和联系吗?
提示：从少量制作转向大规模生产时，会遇到许多新问题。例如，少量制作果醋时，不需要专门的搅拌装置，而大规模生产果醋时，由于发酵罐容积很大，就需要安装搅拌器，以保障醋酸菌对 O2 的需求。可见在大规模生产发酵产品时，需要进行更为全面周详的考虑，如考虑原料的来源与选择、菌种的选育与培养、发酵设备的选择、发酵条件的自动化控制、发酵产品的质量控制、成本价格等。自己制作的果酒和果醋并非商品意义上的产品。在实际生产中还需要经过沉淀、过滤、灭菌、装瓶等过程才能获得成品酒或醋。果酒还需要在一定条件下进行后续发酵，以获得特定的风味和泽。通过深入思考，可以感悟到工程、技术与科学的不同，科学以“发现”为核心，技术以“发明”为核心，工程以“建造”和“产品”为核心。技术要通过工程设计等环节，将一系列相关技术体系化地组合起来，才能转化应用在工程中，大规模生产人们需要的产品。
5.P8 练习与应用
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人含有乳酸菌、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。( )
(1)× (2)× (3)√
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(D)
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
二、拓展应用
1.请举例说说你身边的传统发酵食品有哪些，它们的制作原理是什么？有机会的话，你也可以尝试做一做。
提示：腐乳、泡菜、酱、豆豉等都是生活中常见的传统发酵食品。
2.某同学在制作泡菜前，查阅资料得知，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。请你帮他分析相关问题。
(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?
提示：应该在发酵 10 天后食用比较合适，因为这时亚硝酸盐含量已经降到较低的水平。
(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?
提示：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?
提示：“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。
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同学示的发酵装置。结合果醋的制作原理，你认为哪--种发酵
装置更适合制作果出料口-醋?你还能继续改进这种装置吗?
提示：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。
第 2 节 微生物的培养技术及应用
1.P9从社会中来：在经过杀菌处理的牛奶中添加某些对人体有益的细菌，再经过发酵就可以制成酸奶。由于制作工艺并不复杂，一些人会在家里自制酸奶。自制酸奶虽然方便，但是食
用自制酸奶导致食物中毒的事例屡见不鲜，主要原因是在制作过程中有杂菌混入。那么，怎祥才能保证无处不在的杂菌不混入发酵物中呢?
应该先对制作用具和原料进行灭菌处理，再接种纯的菌种，并控制发酵条件，避免杂菌进入。
2.P10旁栏思考题：为什么培养基需要有氮源?
培养基中的氮元素是微生物合成蛋白质、核酸等物质所必需的。
3.P10旁栏思考题：无菌技术除用来防止实验室的培养物被其他外来微生物污染外，还有什么作用?
无菌技术还能有效避免操作者被微生物感染。（P10）
4.P13探究·实践：酵母菌的纯培养
（1）在未接种的培养基表面是否有菌落生长?如果有，说明了什么?
在未接种的培养基表面应该没有菌落生长，如果有，说明培养基被杂菌污染。
5.P13思维训练：评估论点的可信度
有一段时间，水果“酵素"风靡各地。水果“酵素”制作的大致过程是:将洗净、切成块状的水果放入洁净的容器，再加入糖和水，密封，置于阴凉处发酵两周。
如何制作葡萄酒
有人说，吃水果“酵素"可以美容.减肥、促进消化和提高免疫力。请评估这一论点是否可信。追问以下问题可以帮助你分析。酵素”是什么?水果“酵素”的制作原理是什么?水果“酵索"中可能含有哪些成分?它有没有无法从其他食品中获取但又是维护人体健康所必需的成分?水果“酵索”中的所有成分都有益于人体健康吗?
如果要更加有力地支持或反驳水果“酵素”有益健康的论点，应该怎样获取证据?
所谓“酵素”，就是“酶”的另一种说法。“酵素”制作就是利用微生物进行无氧呼吸的原理，进行像制作泡菜一样的发酵。这样制作的“酵素”中可能有糖类(包括一些简单的糖和膳食纤维等)、蛋白质(包括多种酶)、有机酸等成分，不存在它独有的、特殊的营养物质，其中甚至可能含有微生物发酵产生的有毒物质，食用后可能会危害人体健康。因此，“吃水果‘酵素’可以美容、减肥、促进消化和提高免疫力”的论点值得怀疑。可以通过查阅专业学术期刊上发表的有关研究论文，或亲自检测水果“酵素”中的成分，获取科学可靠的证据进行全面论证。
6..P14练习与应用
一、概念检测
1.微生物的纯培养既需要适宜的培养基，又要防止杂菌污染。判断下列相关表述是否正确。
(1)培养基中的营养物质浓度越高，对微生物的生长越有利。(  )
(2)消毒和灭菌的杀菌程度存在差异。 ( )
(3)微生物的纯培养物就是不含有代谢废物的微生物培养物。( )
(1)× (2)√ (3)×
2.日常生活中保存食品的方法有哪些?这些方法是如何阻止或抑制微生物生长的?1．（P14）
提示：日常生活中保存食品的方法有干制、腌制、低温储存等。干制可以降低食品的水分含量；腌制可以通过食盐、糖等制造高渗环境，从而抑制微生物的生长和繁殖；低温则是通过降低微生物的代谢速率来抑制微生物的生长和繁殖。（P14）
二、拓展应用
1.某同学将5个手指尖在贴有“洗手前”标签的培养基上轻轻按一下。然后用肥皂将该手洗干净，再将5个指尖在贴有“洗手后”标签的同种培养基上轻轻按一下。将这两个培养皿放入37 C恒温培养箱中培养24 h后，发现贴有“洗手后”标签的培养皿中菌落较少。请分析回答下列问题。
(1)这个实验中需要进行灭菌处理的材料用具有______________________________________。
提示：培养皿和培养基。