有機酸發(fā)酵工業(yè)中的發(fā)酵原料和發(fā)酵工藝

有機酸發(fā)酵工業(yè)中的發(fā)酵原料和發(fā)酵工藝—————以食醋及檸檬酸的發(fā)酵生產(chǎn)為例摘要：食醋是我國勞動人民在長期的生產(chǎn)實踐中制造出來的一種酸味調(diào)味品，它能增進食欲，幫助消化。食醋按加工方法可分為合成醋、釀造醋和再制醋3大類。其中產(chǎn)量最大且與我們關系最為密切的是釀造醋，它是用糧食等淀粉質(zhì)為原料，經(jīng)微生物制曲糖化、酒精發(fā)酵和醋酸發(fā)酵等階段釀制而成，其主要成分除醋酸外，還含有各種氨基酸、有機酸、糖類、維生素、醇和酯等營養(yǎng)成分及風味成分，具有獨特的色、香、味。它不僅是調(diào)味佳品，而且長期食用對人體健康十分有益［1］。我國食醋的發(fā)酵可分為糖化、酒精發(fā)酵及醋酸發(fā)酵三大生物化學工程，這三大工程即可為液態(tài)，也可為固態(tài)［2］。這3個過程都離不開不同種類微生物所產(chǎn)生的酶的作用［3-7］，即由曲霉產(chǎn)生的糖化型淀粉酶使淀粉水解為糖類，蛋白酶使蛋白質(zhì)分解為各種氨基酸；酵母菌分泌的各種酒化酶使糖分子分解為酒精；由醋酸菌產(chǎn)生的氧化酶將酒精氧化成醋酸。整個食醋的發(fā)酵過程就是這些微生物產(chǎn)生的酶的互相協(xié)同作用，從而產(chǎn)生一系列的生物化學變化的過程。檸檬酸又稱枸櫞酸(Citricacid),為一般生物代謝產(chǎn)物，在自然界中分布極廣。它不僅存在于檸檬、柑桔等植物果實的汁液中，也廣泛存在于動物及人的器官中［8］。檸檬酸的制取可由檸檬汁、柑桔汁等分離制取。檸檬酸主要應用于食品工業(yè)，約占總產(chǎn)量的60％［9］。作為食品添加劑中的調(diào)味劑、酸化劑、和防腐劑，用于飲料、果醬、水果酒、水果糖、冰琪琳等品種中。擰檬酸工業(yè)生產(chǎn)采用以微生物在代謝過程中積累中間體的方式，擰檬酸發(fā)酵技術目前已較成熟［10］。關鍵詞：食醋；檸檬酸；發(fā)酵工藝1食醋的生產(chǎn)原料原料的分類目前釀醋生產(chǎn)所用的主要原料可分為：薯類如甘薯和馬鈴薯等；糧谷類如玉米和大米等；糧食加工下腳料如碎米、麩皮及谷糠等；果蔬類如黑醋栗、葡萄及胡蘿卜等；野生植物如橡子和菊芋等；其它如酸果酒、酸啤酒及糖蜜等。生產(chǎn)食醋除了上述主要原料外，還需要疏松材料如谷殼及玉米芯等，使發(fā)酵料通透性好，好氧微生物能良好生長。主要原料的成分淀粉淀粉分直鏈淀粉和支鏈淀粉2種。直鏈淀粉是葡萄糖單體通過a—1,4一糖苷鍵連接成一條直線狀，可多達數(shù)千個葡萄糖單體。支鏈淀粉是葡萄糖單體除通過a—1,4一糖苷鍵相連外，還通過a—1,6—糖苷鍵相連，形成分枝。在植物淀粉中，直鏈淀粉和支鏈淀粉的比例是不同的。蛋白質(zhì)制醋常用原料中都含有蛋白質(zhì)，但含量都比較少，蛋白質(zhì)經(jīng)蛋白酶分解后可作為微生物的重要養(yǎng)分，也是食醋中氨基酸的來源，能增進食醋的色澤和風味。脂肪脂肪對食醋釀造有影響，含脂肪高的原料，進行酒精發(fā)酵時，易產(chǎn)酸，故一般均選用脂肪含量少的原料釀醋。無機鹽無機鹽是微生物生長代謝活動中不可缺少的一類物質(zhì)，有調(diào)節(jié)滲透壓的作用，原料中所含無機鹽已足夠。果膠果膠在塊根或塊莖作物中含量較多，由多聚半乳糖醛酸或半乳糖醛酸甲酯組成，由于有甲氧基的存在，故在蒸煮時，可生成甲醇，對發(fā)酵及產(chǎn)品質(zhì)量有不利的影響。纖維素纖維素是葡萄糖通過B—1,4一糖苷鍵相連，不能被淀粉酶所分解，故不能被微生物所利用。釀造微生物傳統(tǒng)釀醋是利用自然界中的野生菌制曲、發(fā)酵，因此涉及的微生物種類繁多。新法制醋均采用人工選育的純培養(yǎng)菌株進行制曲、酒精發(fā)酵和醋酸發(fā)酵，因而發(fā)酵周期短、原料利用率高［11］。主要分為：淀粉水解微生物酒精發(fā)酵微生物醋酸發(fā)酵微生物。淀粉水解微生物能夠產(chǎn)生淀粉酶、糖化酶。使淀粉水解的微生物很多，而適合于釀醋的主要是曲霉菌。酒精發(fā)酵微生物生產(chǎn)上一般采用子囊菌亞門酵母屬中的酵母，但不同的酵母菌株，其發(fā)酵能力不同，產(chǎn)生的滋味和香氣也不同。醋酸菌是醋酸發(fā)酵的主要菌種。醋酸菌具有氧化酒精生成醋酸的能力。食醋的生產(chǎn)工藝流程糖化、酒精發(fā)酵,打耙V酒醪以上生產(chǎn)工藝流程參考自文獻［2］。糖化：糯米經(jīng)粉碎后，加水和耐高溫淀粉酶，打進蒸煮器進行連續(xù)蒸煮，冷卻，加糖化酶進行糖化。酒精發(fā)酵：淀粉經(jīng)過糖化后可得到葡萄糖，將糖化30min后的醪液打人發(fā)酵罐，再把酵母罐內(nèi)培養(yǎng)好的酵母接入。酵母菌將葡萄糖經(jīng)過細胞內(nèi)一系列酶的作用，生成酒精和二氧化碳。在發(fā)酵罐里酒精發(fā)酵分3個時期：前發(fā)酵期，主發(fā)酵期，后發(fā)酵期。醋酸發(fā)酵：酒精在醋酸菌的作用下，氧化為乙醛，繼續(xù)氧化為醋酸，這個過程稱為醋酸發(fā)酵，在食醋生產(chǎn)中醋酸發(fā)酵大多數(shù)是敞口操作，是多菌種的混合發(fā)酵，整個過程錯綜復雜，醋酸發(fā)酵是食醋生產(chǎn)中的主要環(huán)節(jié)。提熱過杓：將麩皮和酒醅混和，要求無干麩，酒精濃度控制在5％一7％為好，再取當日已翻過的醋醅做種子，放于拌好麩的酒麩上，用大糠覆蓋，第2d開始，將大糠、上層發(fā)熱的醅與下面一層未發(fā)熱的醅充分拌勻后，再蓋一層大糠，此操作過程稱為“過杓”。露底：“過杓”結束，醋酸發(fā)酵已達旺盛期。這時應每天將底部的潮醅翻上來，面的熱醋醅翻下去，見底，這一操作過程稱為“露底”。封酪：封醅前取樣化驗，稱重下醋，耙平壓實，用塑料或尼龍油布蓋好，四邊用食鹽封住，不要留空隙和細縫，防止變質(zhì)。淋醋：淋醋采用3套循環(huán)法。最后濃縮、儲存。檸檬酸的生產(chǎn)原料檸檬酸發(fā)酵所用微生物及原料：可形成檸檬酸的微生物種類很多，如真菌類有：梨形毛霉、平滑青霉菌、桔青霉、二歧擬青霉、黑曲霉、棒曲霉、溫氏曲霉、泡盛曲霉、芬曲霉、丁烯二酸曲霉、齋藤曲霉及宇佐美曲霉、還有綠色木霉及普通黑粉菌等品種。然而真正具有工業(yè)生產(chǎn)價值，即產(chǎn)酸率較高并且能夠利用多種糖類作為霉菌生長時所需碳源的品種只有黑曲霉，泡盛曲霉，齋藤曲霉。我國目前檸檬酸生產(chǎn)廠家所用的菌株均為黑曲霉，都經(jīng)過誘變育處理，已不是野生菌株，但產(chǎn)酸能力強，而且適應用粗放發(fā)酵原料及生產(chǎn)條件．有刺干降低成本。檸檬酸發(fā)酵生產(chǎn)可使用的原料品種很多。但共可劃分為二類。即糖質(zhì)原料和石油原料。糖質(zhì)原料包括薯干、薯渣、淀粉、淀粉渣及玉米粉，各種粗制糖（粗蔗糖．飴糖等）、甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜，葡萄糖母液等。石油原料主要包括C10-C2O的正烷烴。雖然用于檸檬酸生產(chǎn)的菌種可采用多種碳源，但以蔗糖和葡萄糖為佳，許多原料需進行純化，因為有些微量元素會影響檸檬酸的產(chǎn)生［12］。檸檬酸發(fā)酵生產(chǎn)方法檸檬酸的生產(chǎn)方法主要是從天然植物中提取和生物發(fā)酵法兩種，目前以發(fā)酵法生產(chǎn)檸檬酸為主［13］。檸檬酸發(fā)酵生產(chǎn)方法有三種即：傳統(tǒng)的固態(tài)發(fā)酵法、液態(tài)淺盤發(fā)酵法和深層通風發(fā)酵法，現(xiàn)代工業(yè)化大生產(chǎn)主要采用深層通風發(fā)酵法。深層液體通風發(fā)酵的特點是：微生物菌體均勻分散在液相中，均勻利用溶解氧，發(fā)酵時不產(chǎn)生分生孢子，全部菌體細胞都參與合成檸檬酸的代謝，發(fā)酵速度高，設備占地面積小，生產(chǎn)規(guī)模大，完全實現(xiàn)機械自動化操作和控制，勞動強度低，生產(chǎn)率高，菌體生成量少，原料消耗低，產(chǎn)酸率幾乎接近理論產(chǎn)率，但要求技術水平高，整個生產(chǎn)過程銜接緊湊，如果某一生產(chǎn)環(huán)節(jié)出了差錯，往往會給整個生產(chǎn)帶來重大損失。檸檬酸深層發(fā)酵工藝流程如下圖所示。上圖來自于參考文獻[14]。參考文獻：[1]周永治.食醋的生產(chǎn)原理J].江蘇調(diào)味副食品，2007,24(4):21-24.[2]包啟安.鎮(zhèn)江香醋傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝的剖析J].中國釀造，2004,(4):1-4.[3]王子光.醬油食醋釀造技術與分析[M].北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社，1998.[4]包啟安.醋酸菌與其發(fā)酵的機理J].中國調(diào)味品，1989,(8)：1-3.[5]何國慶.食品發(fā)酵與釀造工藝學[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2001：247—254.[6]沈龍清.食醋釀造工藝.中國釀造J],1991,(2)：35—39.[7]周永治.食醋的生產(chǎn)原理J].江蘇調(diào)味副食品，2007,27(4)：21-24.[8]金其榮等.有機酸發(fā)酵工藝學[M],輕工業(yè)出版社，1989,49.[9]朱亨政．檸檬酸發(fā)酵.食品與發(fā)酵工業(yè).1994,(6):69—74.[10]劉志偉，張晨.檸檬酸發(fā)酵與控制J].嘉應大學學報(自然科學)，1998,(6):55-60.[11]張燁，等.山西老陳醋醋酸菌耐熱性的研究J].江蘇調(diào)味副食品，2006,4：8—110.[12]王旭