第四章：發(fā)酵技術(shù)

1、第四章：發(fā)酵技術(shù)和酶技術(shù)第四章：發(fā)酵技術(shù)和酶技術(shù)第一節(jié)：發(fā)酵技術(shù)第一節(jié)：發(fā)酵技術(shù)一、發(fā)酵的概念發(fā)酵的概念來(lái)源于釀酒的過(guò)程。“發(fā)酵”最初來(lái)原于拉丁語(yǔ)“發(fā)泡” 。是指酵母與果汁作用而引起表面發(fā)泡現(xiàn)象（產(chǎn)生CO2） 從生理學(xué)和生物化學(xué)的角度來(lái)看，發(fā)酵應(yīng)正確理解為在缺氧狀態(tài)下糖類(lèi)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(dòng)，通過(guò)生物催化劑（微生物細(xì)胞或酶）將有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的過(guò)程。實(shí)際上發(fā)酵食品本質(zhì)上常是糖類(lèi)、蛋白質(zhì)和脂肪等同時(shí)變化后的復(fù)雜混合物，或在各種微生物和酶作用下形成的復(fù)雜混合物。所以發(fā)酵制品的發(fā)酵過(guò)程事實(shí)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(duì)食品品質(zhì)的影響1 1、提

2、高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、提高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值（1）通過(guò)發(fā)酵，有些人體不易消化吸收的大分子物質(zhì)發(fā)生降解，提高其消化吸收率。(如蛋白質(zhì)、脂肪、多糖的分解等) （2）微生物的新陳代謝產(chǎn)物有許多是營(yíng)養(yǎng)性的物質(zhì)，如氨基酸、有機(jī)酸等 。（3）有些人體不易消化的纖維素、半纖維素和類(lèi)似的物質(zhì)，在發(fā)酵時(shí)也被適當(dāng)?shù)胤纸鉃槿祟?lèi)能夠消化吸收的成分。特別是霉菌，能將食品組織細(xì)胞壁分解，使細(xì)胞內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)更容易直接地被人體吸收。 （4）發(fā)酵過(guò)程中，一些益生菌的生長(zhǎng)繁殖能抑制病原菌、腐敗菌的生長(zhǎng)繁殖，促進(jìn)人體消化酶的分泌和腸道蠕動(dòng)，促進(jìn)人體正常代謝。2 2、改善食品的風(fēng)味、改善食品的風(fēng)味 適當(dāng)?shù)奈⑸锇l(fā)酵，會(huì)產(chǎn)生許多風(fēng)味物質(zhì)。如： 蔬菜類(lèi)（如

3、泡菜中的乳酸） 酒類(lèi)：產(chǎn)生醇、酯等 肉類(lèi)：蛋白質(zhì)水解產(chǎn)生多肽和氨基酸；脂肪水解產(chǎn)生香味物質(zhì)（如多脂魚(yú)腌制后的風(fēng)味勝過(guò)少脂魚(yú)）；分解物成為成熟腌制品風(fēng)味的來(lái)源（如發(fā)酵香腸、火腿 ）。3 3、改變食品組織質(zhì)構(gòu)改變食品組織質(zhì)構(gòu)(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(lèi)型食品中微生物種類(lèi)很多，根據(jù)微生物作用對(duì)象不同，可分為：阮解阮解 阮解菌主要是通過(guò)分泌蛋白酶來(lái)分解蛋白質(zhì)及其含氮 物質(zhì)。如：（1）蛋白質(zhì)+變形桿菌等 胺 +NH3（腐?。?；（2）蛋白質(zhì)降解有時(shí)也被利用，比如醬和醬油的生產(chǎn)、

4、腐 乳的生產(chǎn)等。脂解脂解 脂解菌主要是通過(guò)分泌脂肪酶來(lái)分解脂肪、磷脂及類(lèi) 脂物質(zhì)。如：（1）脂肪+產(chǎn)堿桿菌脂肪酸醛類(lèi)等 （酸敗變質(zhì)）；（2）脂肪降解也有好的一面，在腐乳、肉制品生產(chǎn)中，部 分降解形成香味。 產(chǎn)毒產(chǎn)毒：肉毒桿菌產(chǎn)生毒素，應(yīng)防止。 發(fā)酵發(fā)酵 發(fā)酵菌作用對(duì)象，大部分是糖類(lèi)及其衍生物，并將其轉(zhuǎn)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(zhǎng)產(chǎn)酸和酒精來(lái)抑制其它微生物的生長(zhǎng)。 有利菌一旦能大批生長(zhǎng)，在它們所產(chǎn)生的酒精和酸的影響下，原來(lái)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(chǎn)物如酸和酒精等對(duì)有害菌有抑制作用，從而使得有害菌的生長(zhǎng)不能大量

5、進(jìn)行，而保持食品不腐敗。 重要的發(fā)酵類(lèi)型重要的發(fā)酵類(lèi)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(chǎn)物（這是不期望出現(xiàn)的發(fā)酵類(lèi)型）5.產(chǎn)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(xì)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(chǎn)生乳酸的微生物都可成為乳酸菌。 一般生長(zhǎng)發(fā)育的最適溫度為2630。如酸奶：由優(yōu)質(zhì)鮮乳經(jīng)脫脂、消毒后，加入乳酸發(fā)酵菌， 經(jīng)過(guò)發(fā)酵而制成。 常見(jiàn)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(jīng)過(guò)1248h的發(fā)酵過(guò)程后，形成均勻糊狀液體，酸度可達(dá)1%左右，并具有特殊的風(fēng)味。 干酪：主要成分是酪蛋白和脂肪。 是用優(yōu)質(zhì)鮮乳經(jīng)過(guò)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(zhuǎn)化而產(chǎn)生乳酸，促使乳液凝塊；同時(shí)，乳酸菌對(duì)蛋白質(zhì)的分解產(chǎn)生特殊的風(fēng)味）。泡菜（也稱(chēng)酸菜）：主要是利用乳酸菌在低濃度食鹽溶液中進(jìn)行乳酸發(fā)酵制成 。 只要乳酸含量達(dá)到一定的濃度（0.4 %0.6%）并使產(chǎn)品與空氣隔離就可以久貯不壞，達(dá)到長(zhǎng)期保存的目的。 蔬菜的乳酸發(fā)酵過(guò)程大致分為三個(gè)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(shí)活動(dòng)，占優(yōu)勢(shì)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(huì)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(dāng)乳酸的含量達(dá)到0.3%以上時(shí)，大腸桿菌、丁酸菌以及其他腐敗細(xì)菌均不能夠生存。霉菌雖然抗酸性很強(qiáng)，但因壇內(nèi)缺氧也無(wú)法活動(dòng)。只有乳酸菌繼續(xù)生長(zhǎng)。 中期所生成的乳酸含量在0.4%0.8%0.4%0.8% 。（產(chǎn)酸但不產(chǎn)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(dá)到1.2%以上時(shí)，乳酸菌群也逐漸不能適應(yīng)，發(fā)酵活動(dòng)也就停止了。 據(jù)經(jīng)驗(yàn)：泡菜在發(fā)

8、酵中期品質(zhì)最佳乳酸含量達(dá)0.6%風(fēng)味最佳，當(dāng)乳酸含量1%時(shí)，便失去良好風(fēng)味。（2）醋酸菌發(fā)酵）醋酸菌發(fā)酵 是利用醋酸桿菌進(jìn)行的有氧發(fā)酵，可用于生產(chǎn)食醋 。 酒精+醋酸菌+O2 醋酸+ H2O 在醋酸桿菌進(jìn)行發(fā)酵時(shí)，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(zhuǎn)化為醋酸含量可達(dá)10% 發(fā)酵原液經(jīng)過(guò)過(guò)濾蒸煮殺菌再稀釋至2%3%的醋酸濃度調(diào)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(chǎn)味精，即谷氨酸鈉。 工藝過(guò)程：淀粉制糖 ：淀粉在高溫加酸或酶的作用下，其分子結(jié)構(gòu)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(jīng)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(chǎn)物。用等電點(diǎn)法、離子交換法和鋅鹽法等，提取谷氨酸。中和反應(yīng) ：谷氨酸與堿進(jìn)行中和反應(yīng)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(chǎn)飲料酒）酵母菌用于生產(chǎn)飲料酒 酵母是生產(chǎn)酒類(lèi)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(lèi)繁多、風(fēng)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(jīng)過(guò)糊化及酶的糖化，然后再加入一定的酵母菌種進(jìn)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(jīng)面團(tuán)調(diào)節(jié)、發(fā)酵、整形，通過(guò)烘烤而制成。 在發(fā)酵過(guò)程中，面團(tuán)中的酵母菌首先利用面粉中原來(lái)含有的少量葡萄糖、果糖和蔗糖發(fā)酵，同時(shí)面粉中的淀粉酶使淀粉轉(zhuǎn)化成麥芽糖，使酵母連續(xù)發(fā)酵分解糖，產(chǎn)生二氧化碳、醇、醛和一些有機(jī)酸等產(chǎn)物。二氧化碳?xì)怏w，使面團(tuán)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(chēng)紅方) 白腐乳(俗稱(chēng)糟方) 青腐乳(俗稱(chēng)青方或臭豆腐) 工藝過(guò)程： 大豆經(jīng)浸泡、制漿、煮漿、點(diǎn)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(lái)自于

11、蛋白質(zhì)和糖等的分解產(chǎn)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(zhì)性質(zhì)的，如豆餅、葵花子餅； 淀粉性質(zhì)的，如麩皮、小麥。 原料經(jīng)過(guò)潤(rùn)水、蒸煮，接種米曲霉制成曲，然后發(fā)酵。醬酯制成后進(jìn)行過(guò)濾，濾液消毒即為醬油。 原料中淀粉首先經(jīng)米曲霉的作用轉(zhuǎn)化為糖，糖再經(jīng)曲酶、酵母和細(xì)菌所產(chǎn)生的酶的作用生成乙醇、有機(jī)酸、醛等，乙醇與有機(jī)酸化合而生成酯，產(chǎn)生香味。 原料中的蛋白質(zhì)在酶的作用下分解成為氨基酸及其鹽類(lèi)，氨基酸與糖結(jié)合產(chǎn)生褐色物質(zhì)。 五、食品發(fā)酵時(shí)有關(guān)因素的控制 控制食品發(fā)酵過(guò)程中的溫度、酸度、鹽濃度、氧的供應(yīng)量等因素，可以促使生產(chǎn)向著有利的方向發(fā)展；如果不加控制或控制不當(dāng)，不

12、但不能制成理想的發(fā)酵食品，還會(huì)造成微生物的污染，使食品腐敗變質(zhì)。1 1、溫度、溫度 發(fā)酵所需的溫度依微生物的種類(lèi)而異，各種微生物都有自己最適生長(zhǎng)溫度，控制溫度，可控制發(fā)酵效果。 在混合菌種發(fā)酵時(shí)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)酵溫度使不同類(lèi)型的微生物的生長(zhǎng)速度得以控制，達(dá)到有目的發(fā)酵的效果。如：卷心菜腌制過(guò)程中有三種菌參與發(fā)酵 發(fā)酵初期：溫度可以低點(diǎn)利于腸膜狀明串珠菌的生長(zhǎng)將糖轉(zhuǎn)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(chǎn)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(zhǎng)繼續(xù)增添乳酸。 乳酸發(fā)酵順序見(jiàn)圖： 發(fā)酵時(shí)產(chǎn)生的一些產(chǎn)物間可發(fā)

13、生反應(yīng)，生成腌制品特有風(fēng)味。如果在發(fā)酵初期溫度較高(超過(guò)21)，則乳桿菌生長(zhǎng)很快，同時(shí)抑制了腸膜狀明串珠菌的生長(zhǎng)，不利于風(fēng)味物質(zhì)的產(chǎn)生 。2、酸度、酸度 不同微生物各自都有自己適宜的pH范圍，對(duì)大多數(shù)的微生物來(lái)說(shuō)，當(dāng)pH2時(shí)，便受到抑制不能生長(zhǎng)。酸有抑制微生物生長(zhǎng)作用，即含酸食品有一定的防腐能力。 但有時(shí)一些耐酸的微生物生長(zhǎng)繁殖可使pH 如霉菌：在有氧存在時(shí)，食品表面會(huì)有霉菌生長(zhǎng)（霉菌耐 酸、需氧）將酸消耗掉。 酵母菌：耐酸使蛋白質(zhì)分解產(chǎn)生氨類(lèi)物質(zhì)將酸消耗掉。以致食品失去了防腐能力導(dǎo)致在這類(lèi)食品表面會(huì)發(fā)生脂肪分解和其他降解活動(dòng)導(dǎo)致食品腐敗。 控制好發(fā)酵酸度對(duì)生產(chǎn)合格產(chǎn)品至關(guān)重要。3 3、氧的供

14、應(yīng)、氧的供應(yīng) 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(zhǎng) 。 生產(chǎn)腐乳、醬油等要有充足的氧氣，以保證發(fā)酵的進(jìn)行。 醋酸菌是需氧菌，釀醋時(shí)要先讓酵母在缺氧條件下將糖轉(zhuǎn)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(guò)大，醋酸會(huì)進(jìn)一步氧化 ，此時(shí)如有霉菌也能生長(zhǎng)并將醋酸消耗掉。所以通氣量應(yīng)當(dāng)適當(dāng)，以減少霉菌生長(zhǎng)的可能性。 厭氧微生物厭氧微生物：如肉毒桿菌為專(zhuān)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(shí)酵母大量繁殖（鮮酵母的生產(chǎn)） 無(wú)氧時(shí)進(jìn)行酒精發(fā)酵將糖分轉(zhuǎn)化成酒精。 適當(dāng)?shù)靥峁┗蚯袛嘌鯕獾墓?yīng)可以促進(jìn)或抑制(發(fā)酵)菌的生長(zhǎng)，引導(dǎo)生產(chǎn)向預(yù)期方向發(fā)展。

15、 4 4、食鹽、食鹽 各種微生物對(duì)鹽的耐受性不同，乳酸菌、酵母和霉菌對(duì)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(zhǎng)產(chǎn)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(bǔ)作用，加強(qiáng)了對(duì)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(jì)12%15%的酒精能抑制酵母的生長(zhǎng)。 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(jìn)行巴氏殺菌。 如果飲料酒中加入酒精，使其含量達(dá)到20%(按容積計(jì))，無(wú)需殺菌，能長(zhǎng)期貯存。6 6、發(fā)酵劑的使用、發(fā)酵劑的使用 發(fā)酵開(kāi)始時(shí)如有大量預(yù)期菌種存在，即能迅速生長(zhǎng)繁殖并抑制其他雜菌

16、生長(zhǎng)，促使發(fā)酵向著預(yù)定的方向發(fā)展。 如：饅頭、釀酒、酸乳生產(chǎn)。 許多發(fā)酵食品都常用專(zhuān)門(mén)培養(yǎng)的菌種進(jìn)行發(fā)酵，以便獲得品質(zhì)良好的發(fā)酵食品。 第二節(jié)：酶技術(shù)第二節(jié)：酶技術(shù)一、酶的性質(zhì) 酶是一種具有催化活性蛋白質(zhì)，同其它蛋白質(zhì)一樣，由氨基酸組成，具有兩性電解質(zhì)性質(zhì)，并具有一、二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)。 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?xún)H取決于蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。 結(jié)合酶 酶蛋白 兩者結(jié)合形成的復(fù)合物稱(chēng)全酶。 非蛋白部分 這兩部分對(duì)酶的催化活性 （稱(chēng)輔助因子） 缺一不可。 輔助因子 輔基-與酶蛋白結(jié)合得比較牢固，不易分開(kāi)的輔 助因子。 輔酶-容易分開(kāi)的稱(chēng)輔酶。輔酶能

17、與不同的酶蛋 白結(jié)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(zhuān)一：一種酶只能催化一種底物或一類(lèi)化 合物 食品中常用的酶制劑有：蛋白質(zhì)分解酶，脂肪分解酶，糖類(lèi)分解酶，氧化還原酶及其它酶類(lèi)。 酶活性表示方法： 國(guó)際單位（IU）-1min轉(zhuǎn)化1mol底物的酶量稱(chēng)為1個(gè)酶活 力單位。 比活力單位-指單位質(zhì)量蛋白質(zhì)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(qiáng)。 酶活性的測(cè)定方法： 化學(xué)法-將酶和底物反應(yīng)一定時(shí)間后，中止反應(yīng)，測(cè)定底 物的減少或增加量。 分光光度法-利

18、用產(chǎn)物和其它試劑反應(yīng)的化合物對(duì)光的吸 收性來(lái)測(cè)定酶活性。 固定化酶固定化酶-是指與水不溶性載體相結(jié)合 。 在以往的工業(yè)生產(chǎn)中使用的酶，一直都是以溶于水(即水溶性酶)的狀態(tài)進(jìn)行反應(yīng)。酶在整個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)中與底物和產(chǎn)物混在一起，反應(yīng)結(jié)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(chǎn)。 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(yīng)后酶易與反應(yīng)液分離，有利于產(chǎn)物分離純化。 酶經(jīng)固定化后穩(wěn)定性提高，機(jī)械強(qiáng)度增加，可以將酶裝成酶柱，底物溶液流經(jīng)酶柱后即可生成反應(yīng)產(chǎn)物，使得酶反應(yīng)工藝管道化、連續(xù)化及自動(dòng)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(gè)別除外)。使用時(shí)應(yīng)對(duì)操作條件加以調(diào)整。 二、 酶技術(shù)在食品工業(yè)中應(yīng)用1、酶在蛋白質(zhì)類(lèi)食品加工中的應(yīng)用、酶在蛋白質(zhì)類(lèi)食品加工中的應(yīng)用（1）肉的嫩化 含有較多結(jié)締組織的老、韌肉，可用蛋白質(zhì)水解酶嫩化處理，改善肉的品質(zhì)。（2）酶法生產(chǎn)明膠 將含有膠原蛋白的原料，加入堿性蛋白酶，生產(chǎn)明膠。（3）酶法生產(chǎn)干酪 乳酸菌發(fā)酵和凝乳蛋白酶均可生產(chǎn)干酪。2、酶在果蔬類(lèi)食品加工中的應(yīng)用、酶在果蔬類(lèi)食品加工中的應(yīng)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