第四章：發(fā)酵技術

1、第四章：發(fā)酵技術和酶技術第四章：發(fā)酵技術和酶技術第一節(jié)：發(fā)酵技術第一節(jié)：發(fā)酵技術一、發(fā)酵的概念發(fā)酵的概念來源于釀酒的過程?！鞍l(fā)酵”最初來原于拉丁語“發(fā)泡” 。是指酵母與果汁作用而引起表面發(fā)泡現象（產生CO2） 從生理學和生物化學的角度來看，發(fā)酵應正確理解為在缺氧狀態(tài)下糖類的分解。在發(fā)酵工業(yè)上發(fā)酵是利用微生物的代謝活動，通過生物催化劑（微生物細胞或酶）將有機物質轉化為產品的過程。實際上發(fā)酵食品本質上常是糖類、蛋白質和脂肪等同時變化后的復雜混合物，或在各種微生物和酶作用下形成的復雜混合物。所以發(fā)酵制品的發(fā)酵過程事實上是包括了發(fā)酵、阮解、脂解等多種變化的綜合作用。 二、發(fā)酵對食品品質的影響1 1、提

2、高營養(yǎng)價值、提高營養(yǎng)價值（1）通過發(fā)酵，有些人體不易消化吸收的大分子物質發(fā)生降解，提高其消化吸收率。(如蛋白質、脂肪、多糖的分解等) （2）微生物的新陳代謝產物有許多是營養(yǎng)性的物質，如氨基酸、有機酸等 。（3）有些人體不易消化的纖維素、半纖維素和類似的物質，在發(fā)酵時也被適當地分解為人類能夠消化吸收的成分。特別是霉菌，能將食品組織細胞壁分解，使細胞內的營養(yǎng)物質更容易直接地被人體吸收。 （4）發(fā)酵過程中，一些益生菌的生長繁殖能抑制病原菌、腐敗菌的生長繁殖，促進人體消化酶的分泌和腸道蠕動，促進人體正常代謝。2 2、改善食品的風味、改善食品的風味 適當的微生物發(fā)酵，會產生許多風味物質。如： 蔬菜類（如

3、泡菜中的乳酸） 酒類：產生醇、酯等 肉類：蛋白質水解產生多肽和氨基酸；脂肪水解產生香味物質（如多脂魚腌制后的風味勝過少脂魚）；分解物成為成熟腌制品風味的來源（如發(fā)酵香腸、火腿 ）。3 3、改變食品組織質構改變食品組織質構(1)蔬菜脆性的變化；(2)發(fā)軟：豆腐乳；(3)疏松：面包、干酪。4 4、色澤的變化、色澤的變化 肉發(fā)紅色； 蔬菜變色（綠色或黃色）。 三、重要的微生物作用類型食品中微生物種類很多，根據微生物作用對象不同，可分為：阮解阮解 阮解菌主要是通過分泌蛋白酶來分解蛋白質及其含氮 物質。如：（1）蛋白質+變形桿菌等 胺 +NH3（腐敗）；（2）蛋白質降解有時也被利用，比如醬和醬油的生產、

4、腐 乳的生產等。脂解脂解 脂解菌主要是通過分泌脂肪酶來分解脂肪、磷脂及類 脂物質。如：（1）脂肪+產堿桿菌脂肪酸醛類等 （酸敗變質）；（2）脂肪降解也有好的一面，在腐乳、肉制品生產中，部 分降解形成香味。 產毒產毒：肉毒桿菌產生毒素，應防止。 發(fā)酵發(fā)酵 發(fā)酵菌作用對象，大部分是糖類及其衍生物，并將其轉化成乙醇、酸和CO2。 發(fā)酵保藏的原理發(fā)酵保藏的原理 發(fā)酵保藏就是利用發(fā)酵菌的生長產酸和酒精來抑制其它微生物的生長。 有利菌一旦能大批生長，在它們所產生的酒精和酸的影響下，原來有可能被腐敗菌所利用的食物成分將被發(fā)酵菌所利用。 有利菌的產物如酸和酒精等對有害菌有抑制作用，從而使得有害菌的生長不能大量

5、進行，而保持食品不腐敗。 重要的發(fā)酵類型重要的發(fā)酵類型1.酒精發(fā)酵 糖+ 酵母 酒精+ CO22.醋酸發(fā)酵 酒精+醋酸菌+O2 醋酸+ H2O3.乳酸發(fā)酵 糖+乳酸菌 乳酸4.丁酸發(fā)酵 乳酸或糖+ 酪酸梭狀芽孢桿菌丁酸+副產物（這是不期望出現的發(fā)酵類型）5.產氣發(fā)酵 糖+大腸桿菌等CO2+H2四、食品發(fā)酵中微生物的利用1、發(fā)酵食品中細菌的利用 （1 1）乳酸菌發(fā)酵乳酸菌發(fā)酵 乳酸菌乳酸菌：凡是能產生乳酸的微生物都可成為乳酸菌。 一般生長發(fā)育的最適溫度為2630。如酸奶：由優(yōu)質鮮乳經脫脂、消毒后，加入乳酸發(fā)酵菌， 經過發(fā)酵而制成。 常見的菌種有：保加利亞乳桿菌、嗜酸乳桿菌、乳鏈球菌、 嗜熱鏈球菌

6、、雙歧桿菌等。 一般采用兩種以上的混合菌種，在一定的溫度下，經過1248h的發(fā)酵過程后，形成均勻糊狀液體，酸度可達1%左右，并具有特殊的風味。 干酪：主要成分是酪蛋白和脂肪。 是用優(yōu)質鮮乳經過消毒后，加入乳酸菌或凝乳酶，先使乳液凝塊，脫去乳清，壓成塊狀，然后在微生物的發(fā)酵作用下，逐漸成熟而制成（乳酸菌能使乳糖轉化而產生乳酸，促使乳液凝塊；同時，乳酸菌對蛋白質的分解產生特殊的風味）。泡菜（也稱酸菜）：主要是利用乳酸菌在低濃度食鹽溶液中進行乳酸發(fā)酵制成 。 只要乳酸含量達到一定的濃度（0.4 %0.6%）并使產品與空氣隔離就可以久貯不壞，達到長期保存的目的。 蔬菜的乳酸發(fā)酵過程大致分為三個階段 ：

7、 初期發(fā)酵初期發(fā)酵：有乳酸菌、酵母菌和大腸桿菌同時活動，占優(yōu)勢的是大腸桿菌。大腸桿菌將糖分解成乳酸、醋酸、琥珀酸、乙醇、二氧化碳和氫氣等，因此在初期會有大量的氣體向外逸出。 發(fā)酵初期乳酸的生成量不高，大致在0.3%0.4%。 中期發(fā)酵中期發(fā)酵 ：當乳酸的含量達到0.3%以上時，大腸桿菌、丁酸菌以及其他腐敗細菌均不能夠生存。霉菌雖然抗酸性很強，但因壇內缺氧也無法活動。只有乳酸菌繼續(xù)生長。 中期所生成的乳酸含量在0.4%0.8%0.4%0.8% 。（產酸但不產氣） 末期發(fā)酵末期發(fā)酵 ：泡菜的酸度繼續(xù)升高，甚至乳酸含量達到1.2%以上時，乳酸菌群也逐漸不能適應，發(fā)酵活動也就停止了。 據經驗：泡菜在發(fā)

8、酵中期品質最佳乳酸含量達0.6%風味最佳，當乳酸含量1%時，便失去良好風味。（2）醋酸菌發(fā)酵）醋酸菌發(fā)酵 是利用醋酸桿菌進行的有氧發(fā)酵，可用于生產食醋 。 酒精+醋酸菌+O2 醋酸+ H2O 在醋酸桿菌進行發(fā)酵時，發(fā)酵液一般保持在30左右的溫度，醋酸桿菌有氧發(fā)酵 使發(fā)酵液中乙醇轉化為醋酸含量可達10% 發(fā)酵原液經過過濾蒸煮殺菌再稀釋至2%3%的醋酸濃度調味后，即為食用醋。 （3 3）谷氨酸發(fā)酵）谷氨酸發(fā)酵 通常谷氨酸發(fā)酵用于生產味精，即谷氨酸鈉。 工藝過程：淀粉制糖 ：淀粉在高溫加酸或酶的作用下，其分子結構被破壞，-l，4-糖苷鍵及-1，6-糖苷鍵被切斷，先分解為糊狀，再分解成麥芽糖，最后成葡

9、萄糖。接種發(fā)酵 ：接種谷氨酸發(fā)酵菌通氣培養(yǎng)經30h左右發(fā)酵制成谷氨酸發(fā)酵液。谷氨酸提取 ：發(fā)酵液中除含有溶解的谷氨酸外，還其他發(fā)酵副產物。用等電點法、離子交換法和鋅鹽法等，提取谷氨酸。中和反應 ：谷氨酸與堿進行中和反應可制成谷氨酸鈉。2、發(fā)酵酒和面包中酵母菌的利用（1 1）酵母菌用于生產飲料酒）酵母菌用于生產飲料酒 酵母是生產酒類的重要微生物。不同的酒用不同的酵母，甚至于同種但不同品牌的酒要用不同的酵母，這也是為什么酒的種類繁多、風味各異的主要原因。 釀酒的原料一般都是含淀粉較多的谷物，和含糖分較多的水果 。 供釀酒用的淀粉原料，先經過糊化及酶的糖化，然后再加入一定的酵母菌種進行酒精發(fā)酵。 （

10、2 2）用酵母菌制造面包）用酵母菌制造面包 面包是以面粉為主要原料，經面團調節(jié)、發(fā)酵、整形，通過烘烤而制成。 在發(fā)酵過程中，面團中的酵母菌首先利用面粉中原來含有的少量葡萄糖、果糖和蔗糖發(fā)酵，同時面粉中的淀粉酶使淀粉轉化成麥芽糖，使酵母連續(xù)發(fā)酵分解糖，產生二氧化碳、醇、醛和一些有機酸等產物。二氧化碳氣體，使面團蓬松。3、發(fā)酵食品中霉菌的利用（1 1）霉菌制造腐乳）霉菌制造腐乳 腐乳又名豆腐乳。 按色澤可分為 紅腐乳(俗稱紅方) 白腐乳(俗稱糟方) 青腐乳(俗稱青方或臭豆腐) 工藝過程： 大豆經浸泡、制漿、煮漿、點漿、養(yǎng)漿、成型、殺菌和發(fā)酵（接種霉菌自然發(fā)酵）制成腐乳。 腐乳的特殊香味和鮮味來自于

11、蛋白質和糖等的分解產物。（2 2）醬油制造中霉菌的利用）醬油制造中霉菌的利用 原料有 蛋白質性質的，如豆餅、葵花子餅； 淀粉性質的，如麩皮、小麥。 原料經過潤水、蒸煮，接種米曲霉制成曲，然后發(fā)酵。醬酯制成后進行過濾，濾液消毒即為醬油。 原料中淀粉首先經米曲霉的作用轉化為糖，糖再經曲酶、酵母和細菌所產生的酶的作用生成乙醇、有機酸、醛等，乙醇與有機酸化合而生成酯，產生香味。 原料中的蛋白質在酶的作用下分解成為氨基酸及其鹽類，氨基酸與糖結合產生褐色物質。 五、食品發(fā)酵時有關因素的控制 控制食品發(fā)酵過程中的溫度、酸度、鹽濃度、氧的供應量等因素，可以促使生產向著有利的方向發(fā)展；如果不加控制或控制不當，不

12、但不能制成理想的發(fā)酵食品，還會造成微生物的污染，使食品腐敗變質。1 1、溫度、溫度 發(fā)酵所需的溫度依微生物的種類而異，各種微生物都有自己最適生長溫度，控制溫度，可控制發(fā)酵效果。 在混合菌種發(fā)酵時，可以通過調節(jié)發(fā)酵溫度使不同類型的微生物的生長速度得以控制，達到有目的發(fā)酵的效果。如：卷心菜腌制過程中有三種菌參與發(fā)酵 發(fā)酵初期：溫度可以低點利于腸膜狀明串珠菌的生長將糖轉化成醋酸、乳酸、酒精和CO2使酸度然后腸膜狀明串珠菌逐漸消失 。 發(fā)酵中期：黃瓜發(fā)酵乳桿菌繼續(xù)產生乳酸使酸度然后黃瓜發(fā)酵乳桿菌消失。 發(fā)酵后期：溫度可高些利于短乳桿菌的生長繼續(xù)增添乳酸。 乳酸發(fā)酵順序見圖： 發(fā)酵時產生的一些產物間可發(fā)

13、生反應，生成腌制品特有風味。如果在發(fā)酵初期溫度較高(超過21)，則乳桿菌生長很快，同時抑制了腸膜狀明串珠菌的生長，不利于風味物質的產生 。2、酸度、酸度 不同微生物各自都有自己適宜的pH范圍，對大多數的微生物來說，當pH2時，便受到抑制不能生長。酸有抑制微生物生長作用，即含酸食品有一定的防腐能力。 但有時一些耐酸的微生物生長繁殖可使pH 如霉菌：在有氧存在時，食品表面會有霉菌生長（霉菌耐 酸、需氧）將酸消耗掉。 酵母菌：耐酸使蛋白質分解產生氨類物質將酸消耗掉。以致食品失去了防腐能力導致在這類食品表面會發(fā)生脂肪分解和其他降解活動導致食品腐敗。 控制好發(fā)酵酸度對生產合格產品至關重要。3 3、氧的供

14、應、氧的供應 微生物可分 需氧微生物需氧微生物：霉菌是需氧性的，在缺氧條件下不能生長 。 生產腐乳、醬油等要有充足的氧氣，以保證發(fā)酵的進行。 醋酸菌是需氧菌，釀醋時要先讓酵母在缺氧條件下將糖轉化成酒精再在通氣條件下由醋酸菌將酒精氧化生成醋酸但通氣量過大，醋酸會進一步氧化 ，此時如有霉菌也能生長并將醋酸消耗掉。所以通氣量應當適當，以減少霉菌生長的可能性。 厭氧微生物厭氧微生物：如肉毒桿菌為專性厭氧菌 兼性厭氧微生物兼性厭氧微生物 ：如酵母菌 有氧時酵母大量繁殖（鮮酵母的生產） 無氧時進行酒精發(fā)酵將糖分轉化成酒精。 適當地提供或切斷氧氣的供應可以促進或抑制(發(fā)酵)菌的生長，引導生產向預期方向發(fā)展。

15、 4 4、食鹽、食鹽 各種微生物對鹽的耐受性不同，乳酸菌、酵母和霉菌對鹽有一定程度的耐受性。 如蔬菜腌制：乳酸菌一般能忍受10%18%的鹽液濃度乳酸菌生長產生乳酸；而一些腐敗菌不能忍受2.5%以上的鹽液濃度。 酸和鹽的互補作用，加強了對腐敗菌的抑制作用。 5 5、乙醇乙醇 乙醇的防腐作用 ，取決于濃度。 如按容積計12%15%的酒精能抑制酵母的生長。 一般發(fā)酵飲料酒的酒精含量為8%13%，缺少防腐能力，還需進行巴氏殺菌。 如果飲料酒中加入酒精，使其含量達到20%(按容積計)，無需殺菌，能長期貯存。6 6、發(fā)酵劑的使用、發(fā)酵劑的使用 發(fā)酵開始時如有大量預期菌種存在，即能迅速生長繁殖并抑制其他雜菌

16、生長，促使發(fā)酵向著預定的方向發(fā)展。 如：饅頭、釀酒、酸乳生產。 許多發(fā)酵食品都常用專門培養(yǎng)的菌種進行發(fā)酵，以便獲得品質良好的發(fā)酵食品。 第二節(jié)：酶技術第二節(jié)：酶技術一、酶的性質 酶是一種具有催化活性蛋白質，同其它蛋白質一樣，由氨基酸組成，具有兩性電解質性質，并具有一、二、三、四級結構。 酶按其分子組成可分為： 單純酶-基本組成只是氨基酸（如蛋白酶、淀粉酶）它的 催化活性僅取決于蛋白質的結構。 結合酶 酶蛋白 兩者結合形成的復合物稱全酶。 非蛋白部分 這兩部分對酶的催化活性 （稱輔助因子） 缺一不可。 輔助因子 輔基-與酶蛋白結合得比較牢固，不易分開的輔 助因子。 輔酶-容易分開的稱輔酶。輔酶能

17、與不同的酶蛋 白結合，形成不同的酶(如乙醇脫氫酶與 乳酸脫氫酶的輔酶均為NAD(煙酰胺腺嘌呤 二核苷酸)，前者使乙醇脫氫，后者使乳 酸脫氫。 酶的催化特性 高效 專一：一種酶只能催化一種底物或一類化 合物 食品中常用的酶制劑有：蛋白質分解酶，脂肪分解酶，糖類分解酶，氧化還原酶及其它酶類。 酶活性表示方法： 國際單位（IU）-1min轉化1mol底物的酶量稱為1個酶活 力單位。 比活力單位-指單位質量蛋白質的催化能力。 有U/mg蛋白, U/g蛋白, U/ml蛋白。 比活力單位越高酶越強。 酶活性的測定方法： 化學法-將酶和底物反應一定時間后，中止反應，測定底 物的減少或增加量。 分光光度法-利

18、用產物和其它試劑反應的化合物對光的吸 收性來測定酶活性。 固定化酶固定化酶-是指與水不溶性載體相結合 。 在以往的工業(yè)生產中使用的酶，一直都是以溶于水(即水溶性酶)的狀態(tài)進行反應。酶在整個反應系統(tǒng)中與底物和產物混在一起，反應結束后，即使酶仍具有較高的活力，也難于回收利用，成本高，而且難于連續(xù)化生產。 固定化酶與一般水溶性酶相比，以固相狀態(tài)作用于底物，反應后酶易與反應液分離，有利于產物分離純化。 酶經固定化后穩(wěn)定性提高，機械強度增加，可以將酶裝成酶柱，底物溶液流經酶柱后即可生成反應產物，使得酶反應工藝管道化、連續(xù)化及自動化。 固定化酶的穩(wěn)定性較水溶性酶有所增加，但活性較水溶性酶有所下降(個別除外)。使用時應對操作條件加以調整。 二、 酶技術在食品工業(yè)中應用1、酶在蛋白質類食品加工中的應用、酶在蛋白質類食品加工中的應用（1）肉的嫩化 含有較多結締組織的老、韌肉，可用蛋白質水解酶嫩化處理，改善肉的品質。（2）酶法生產明膠 將含有膠原蛋白的原料，加入堿性蛋白酶，生產明膠。（3）酶法生產干酪 乳酸菌發(fā)酵和凝乳蛋白酶均可生產干酪。2、酶在果蔬類食品加工中的應用、酶在果蔬類食品加工中的應用（1）酶法澄清果汁、果酒 加入果膠酶，使果膠溶解，粘度下降，使懸浮粒子絮凝，果汁