第一章 发酵工程——第一节 传统发酵技术的应用

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都、耐人寻味的酒，一个却是酸味柔和、口感绵长的呢?它们的制作方法有什么不同?你想不想自己动手制作葡简酒和葡萄醋呢？
人类有意无意地利用微生物发酵制作果酒或其他食品,已经有几千年的历史。

发酵与传统发酵技术
约9000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,已有了关于夏少康(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。
1857年,法国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。这里所说的发酵( fermentation),是指人们利用微生物,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。不同的微生物具有产生不同代谢物的能力,因此利用它们就可以生产出人们所需要的多种产物。
腐乳是我国古代劳动人民创造出的一种经过微生物发酵制作的大豆食品。早在公元5世纪的北魏古籍中,就有关于腐乳生产工艺的记载。千百年来,腐乳一直受到人们的喜爱。这是因为经过微生物的发酵,豆腐中的蛋白质被分解成小分子的肽和氨基酸,味道鲜美,易于消化吸收,而腐乳本身又便于保存。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。像这种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、制作食品的技术一般称为传统发酵技术。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。利用传统发酵技术制作的食品还有酱、酱油、醋、泡菜和豆鼓等,它们是我国传统饮食文化的重要组成部分。

尝试制作传统发酵食品
传统发酵食品的制作离不开各种各样的微生物。乳酸菌是厌氧细菌,在无氧的情况下能将葡萄糖分解成乳酸(反应简式①),可用于乳制品的发酵、泡菜的腌制等。乳酸菌种类很多,在自然界中分布广泛,空气、土壤、植物体、人或动物的肠道内都有乳酸菌分布。常见的乳酸菌有乳酸链球菌和乳酸杆菌。
① C₆H₁₂O₆→酶→2C₃H₆O₃(乳酸)+能量
酵母菌是一类单细胞真菌,能以多种糖类作为营养物质和能量的来源,因此在一些含糖量较高的水果、蔬菜表面经常可以发现酵母菌的存在。酵母菌是兼性厌氧微生物,在无氧条件下能进行酒精发酵(反应简式②),可用于酿酒、制作馒头和面包等。温度是影响酵母菌生长的重要因素,酿酒酵母的最适生长温度约为28℃。
② C₆H₁₂O₆→酶→2C₂H₅OH(酒精)+2CO₂+能量
探究·实践：制作传统发酵食品
一、制作泡菜
制作传统泡菜是利用植物体表面天然的乳酸菌来进行发酵的。发酵期间,乳酸会不断积累,当它的质量百分比为0.4%~0.8%时,泡菜的口味、品质最佳。
材料用具
食盐、清水、新鲜蔬菜、蒜瓣、生姜及其他香辛料、泡菜坛或其他密封性良好的罐子等。
方法步骤
1.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。
2.将新鲜蔬菜(如萝卜、黄瓜和豇豆等)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,放入蒜瓣、生姜及其他香辛料,继续装至八成满。
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。
4.向坛盖边泡菜沿的水槽中注满水,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。
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?
2.为什么泡菜坛只能装八成满？
3.你腌制的泡菜成功吗?色泽如何?口味如何?
进一步探究
1.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。你可以查阅资料,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。
2.我国幅员辽阔,各地的环境条件和人们的生活习惯不相同,制作出来的泡菜风味也有所差异。如果感兴趣,你可以查阅相关资料,制作出不同风味的泡菜。
醋酸菌是好氧细菌,当O₂、糖源都充足时能将糖分解成醋酸(反应简式③);当缺少糖源时则将乙醇转化为乙醛,再将乙醛变为醋酸(反应简式④)。醋酸菌可用于制作各种风味的醋。多数醋酸菌的最适生长温度为30~35℃。
③ C₆H₁₂O₆+2O₂→酶→2CH₃COOH(醋酸)+2H₂O+2CO₂+能量
④ C₂H₅OH+O₂→酶→CH₃COOH(醋酸)+H₂O+能量
下面我们就动手来制作泡菜、果酒和果醋。
二、制作果酒和果醋
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。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。
材料用具
新鲜的水果(如葡萄、苹果、山楂和龙眼等)、洗洁精、体积分数为70%的酒精、发酵瓶、纱布和榨汁机等。
下面以葡萄酒和葡萄醋的制作为例来介绍,用其他材料制作时可适当调整方法。
方法步骤
1.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。
2.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。
3.用榨汁机榨取葡萄汁,将葡萄汁装入发酵瓶中(注意:要留有大约1/3的空间),盖好瓶盖.
4.将温度控制在18~30℃进行发酵在发醇过程中,每隔12h左右将瓶盖拧松一次(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监测。
5.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。
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?
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?
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?
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?
在上述传统发酵食品的制作过程中,我们没有接种菌种,而是利用了天然存在的菌种。菌种差异、杂菌情况不明和发酵过程的控制缺乏标准等,往往会造成发酵食品的品质不一。为了缩短发酵时间,确保品质稳定,工业上大规模生产时,通常会先通过微生物培养技术获得单一菌种,再将它们接种到物料中进行发酵。