第四章：发酵技术

1、第四章：发酵技术和酶技术第四章：发酵技术和酶技术第一节：发酵技术第一节：发酵技术一、发酵的概念发酵的概念来源于酿酒的过程。“发酵”最初来原于拉丁语“发泡” 。是指酵母与果汁作用而引起表面发泡现象（产生CO2） 从生理学和生物化学的角度来看，发酵应正确理解为在缺氧状态下糖类的分解。在发酵工业上发酵是利用微生物的代谢活动，通过生物催化剂（微生物细胞或酶）将有机物质转化为产品的过程。实际上发酵食品本质上常是糖类、蛋白质和脂肪等同时变化后的复杂混合物，或在各种微生物和酶作用下形成的复杂混合物。所以发酵制品的发酵过程事实上是包括了发酵、阮解、脂解等多种变化的综合作用。 二、发酵对食品品质的影响1 1、提

2、高营养价值、提高营养价值（1）通过发酵，有些人体不易消化吸收的大分子物质发生降解，提高其消化吸收率。(如蛋白质、脂肪、多糖的分解等) （2）微生物的新陈代谢产物有许多是营养性的物质，如氨基酸、有机酸等 。（3）有些人体不易消化的纤维素、半纤维素和类似的物质，在发酵时也被适当地分解为人类能够消化吸收的成分。特别是霉菌，能将食品组织细胞壁分解，使细胞内的营养物质更容易直接地被人体吸收。 （4）发酵过程中，一些益生菌的生长繁殖能抑制病原菌、腐败菌的生长繁殖，促进人体消化酶的分泌和肠道蠕动，促进人体正常代谢。2 2、改善食品的风味、改善食品的风味 适当的微生物发酵，会产生许多风味物质。如： 蔬菜类（如

3、泡菜中的乳酸） 酒类：产生醇、酯等 肉类：蛋白质水解产生多肽和氨基酸；脂肪水解产生香味物质（如多脂鱼腌制后的风味胜过少脂鱼）；分解物成为成熟腌制品风味的来源（如发酵香肠、火腿 ）。3 3、改变食品组织质构改变食品组织质构(1)蔬菜脆性的变化；(2)发软：豆腐乳；(3)疏松：面包、干酪。4 4、色泽的变化、色泽的变化 肉发红色； 蔬菜变色（绿色或黄色）。 三、重要的微生物作用类型食品中微生物种类很多，根据微生物作用对象不同，可分为：阮解阮解 阮解菌主要是通过分泌蛋白酶来分解蛋白质及其含氮 物质。如：（1）蛋白质+变形杆菌等 胺 +NH3（腐败）；（2）蛋白质降解有时也被利用，比如酱和酱油的生产、

4、腐 乳的生产等。脂解脂解 脂解菌主要是通过分泌脂肪酶来分解脂肪、磷脂及类 脂物质。如：（1）脂肪+产碱杆菌脂肪酸醛类等 （酸败变质）；（2）脂肪降解也有好的一面，在腐乳、肉制品生产中，部 分降解形成香味。 产毒产毒：肉毒杆菌产生毒素，应防止。 发酵发酵 发酵菌作用对象，大部分是糖类及其衍生物，并将其转化成乙醇、酸和CO2。 发酵保藏的原理发酵保藏的原理 发酵保藏就是利用发酵菌的生长产酸和酒精来抑制其它微生物的生长。 有利菌一旦能大批生长，在它们所产生的酒精和酸的影响下，原来有可能被腐败菌所利用的食物成分将被发酵菌所利用。 有利菌的产物如酸和酒精等对有害菌有抑制作用，从而使得有害菌的生长不能大量

5、进行，而保持食品不腐败。 重要的发酵类型重要的发酵类型1.酒精发酵 糖+ 酵母 酒精+ CO22.醋酸发酵 酒精+醋酸菌+O2 醋酸+ H2O3.乳酸发酵 糖+乳酸菌 乳酸4.丁酸发酵 乳酸或糖+ 酪酸梭状芽孢杆菌丁酸+副产物（这是不期望出现的发酵类型）5.产气发酵 糖+大肠杆菌等CO2+H2四、食品发酵中微生物的利用1、发酵食品中细菌的利用 （1 1）乳酸菌发酵乳酸菌发酵 乳酸菌乳酸菌：凡是能产生乳酸的微生物都可成为乳酸菌。 一般生长发育的最适温度为2630。如酸奶：由优质鲜乳经脱脂、消毒后，加入乳酸发酵菌， 经过发酵而制成。 常见的菌种有：保加利亚乳杆菌、嗜酸乳杆菌、乳链球菌、 嗜热链球菌

6、、双歧杆菌等。 一般采用两种以上的混合菌种，在一定的温度下，经过1248h的发酵过程后，形成均匀糊状液体，酸度可达1%左右，并具有特殊的风味。 干酪：主要成分是酪蛋白和脂肪。 是用优质鲜乳经过消毒后，加入乳酸菌或凝乳酶，先使乳液凝块，脱去乳清，压成块状，然后在微生物的发酵作用下，逐渐成熟而制成（乳酸菌能使乳糖转化而产生乳酸，促使乳液凝块；同时，乳酸菌对蛋白质的分解产生特殊的风味）。泡菜（也称酸菜）：主要是利用乳酸菌在低浓度食盐溶液中进行乳酸发酵制成 。 只要乳酸含量达到一定的浓度（0.4 %0.6%）并使产品与空气隔离就可以久贮不坏，达到长期保存的目的。 蔬菜的乳酸发酵过程大致分为三个阶段 ：

7、 初期发酵初期发酵：有乳酸菌、酵母菌和大肠杆菌同时活动，占优势的是大肠杆菌。大肠杆菌将糖分解成乳酸、醋酸、琥珀酸、乙醇、二氧化碳和氢气等，因此在初期会有大量的气体向外逸出。 发酵初期乳酸的生成量不高，大致在0.3%0.4%。 中期发酵中期发酵 ：当乳酸的含量达到0.3%以上时，大肠杆菌、丁酸菌以及其他腐败细菌均不能够生存。霉菌虽然抗酸性很强，但因坛内缺氧也无法活动。只有乳酸菌继续生长。 中期所生成的乳酸含量在0.4%0.8%0.4%0.8% 。（产酸但不产气） 末期发酵末期发酵 ：泡菜的酸度继续升高，甚至乳酸含量达到1.2%以上时，乳酸菌群也逐渐不能适应，发酵活动也就停止了。 据经验：泡菜在发

8、酵中期品质最佳乳酸含量达0.6%风味最佳，当乳酸含量1%时，便失去良好风味。（2）醋酸菌发酵）醋酸菌发酵 是利用醋酸杆菌进行的有氧发酵，可用于生产食醋 。 酒精+醋酸菌+O2 醋酸+ H2O 在醋酸杆菌进行发酵时，发酵液一般保持在30左右的温度，醋酸杆菌有氧发酵 使发酵液中乙醇转化为醋酸含量可达10% 发酵原液经过过滤蒸煮杀菌再稀释至2%3%的醋酸浓度调味后，即为食用醋。 （3 3）谷氨酸发酵）谷氨酸发酵 通常谷氨酸发酵用于生产味精，即谷氨酸钠。 工艺过程：淀粉制糖 ：淀粉在高温加酸或酶的作用下，其分子结构被破坏，-l，4-糖苷键及-1，6-糖苷键被切断，先分解为糊状，再分解成麦芽糖，最后成葡

9、萄糖。接种发酵 ：接种谷氨酸发酵菌通气培养经30h左右发酵制成谷氨酸发酵液。谷氨酸提取 ：发酵液中除含有溶解的谷氨酸外，还其他发酵副产物。用等电点法、离子交换法和锌盐法等，提取谷氨酸。中和反应 ：谷氨酸与碱进行中和反应可制成谷氨酸钠。2、发酵酒和面包中酵母菌的利用（1 1）酵母菌用于生产饮料酒）酵母菌用于生产饮料酒 酵母是生产酒类的重要微生物。不同的酒用不同的酵母，甚至于同种但不同品牌的酒要用不同的酵母，这也是为什么酒的种类繁多、风味各异的主要原因。 酿酒的原料一般都是含淀粉较多的谷物，和含糖分较多的水果 。 供酿酒用的淀粉原料，先经过糊化及酶的糖化，然后再加入一定的酵母菌种进行酒精发酵。 （

10、2 2）用酵母菌制造面包）用酵母菌制造面包 面包是以面粉为主要原料，经面团调节、发酵、整形，通过烘烤而制成。 在发酵过程中，面团中的酵母菌首先利用面粉中原来含有的少量葡萄糖、果糖和蔗糖发酵，同时面粉中的淀粉酶使淀粉转化成麦芽糖，使酵母连续发酵分解糖，产生二氧化碳、醇、醛和一些有机酸等产物。二氧化碳气体，使面团蓬松。3、发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。 按色泽可分为 红腐乳(俗称红方) 白腐乳(俗称糟方) 青腐乳(俗称青方或臭豆腐) 工艺过程： 大豆经浸泡、制浆、煮浆、点浆、养浆、成型、杀菌和发酵（接种霉菌自然发酵）制成腐乳。 腐乳的特殊香味和鲜味来自于

11、蛋白质和糖等的分解产物。（2 2）酱油制造中霉菌的利用）酱油制造中霉菌的利用 原料有 蛋白质性质的，如豆饼、葵花子饼； 淀粉性质的，如麸皮、小麦。 原料经过润水、蒸煮，接种米曲霉制成曲，然后发酵。酱酯制成后进行过滤，滤液消毒即为酱油。 原料中淀粉首先经米曲霉的作用转化为糖，糖再经曲酶、酵母和细菌所产生的酶的作用生成乙醇、有机酸、醛等，乙醇与有机酸化合而生成酯，产生香味。 原料中的蛋白质在酶的作用下分解成为氨基酸及其盐类，氨基酸与糖结合产生褐色物质。 五、食品发酵时有关因素的控制 控制食品发酵过程中的温度、酸度、盐浓度、氧的供应量等因素，可以促使生产向着有利的方向发展；如果不加控制或控制不当，不

12、但不能制成理想的发酵食品，还会造成微生物的污染，使食品腐败变质。1 1、温度、温度 发酵所需的温度依微生物的种类而异，各种微生物都有自己最适生长温度，控制温度，可控制发酵效果。 在混合菌种发酵时，可以通过调节发酵温度使不同类型的微生物的生长速度得以控制，达到有目的发酵的效果。如：卷心菜腌制过程中有三种菌参与发酵 发酵初期：温度可以低点利于肠膜状明串珠菌的生长将糖转化成醋酸、乳酸、酒精和CO2使酸度然后肠膜状明串珠菌逐渐消失 。 发酵中期：黄瓜发酵乳杆菌继续产生乳酸使酸度然后黄瓜发酵乳杆菌消失。 发酵后期：温度可高些利于短乳杆菌的生长继续增添乳酸。 乳酸发酵顺序见图： 发酵时产生的一些产物间可发

13、生反应，生成腌制品特有风味。如果在发酵初期温度较高(超过21)，则乳杆菌生长很快，同时抑制了肠膜状明串珠菌的生长，不利于风味物质的产生 。2、酸度、酸度 不同微生物各自都有自己适宜的pH范围，对大多数的微生物来说，当pH2时，便受到抑制不能生长。酸有抑制微生物生长作用，即含酸食品有一定的防腐能力。 但有时一些耐酸的微生物生长繁殖可使pH 如霉菌：在有氧存在时，食品表面会有霉菌生长（霉菌耐 酸、需氧）将酸消耗掉。 酵母菌：耐酸使蛋白质分解产生氨类物质将酸消耗掉。以致食品失去了防腐能力导致在这类食品表面会发生脂肪分解和其他降解活动导致食品腐败。 控制好发酵酸度对生产合格产品至关重要。3 3、氧的供

14、应、氧的供应 微生物可分 需氧微生物需氧微生物：霉菌是需氧性的，在缺氧条件下不能生长 。 生产腐乳、酱油等要有充足的氧气，以保证发酵的进行。 醋酸菌是需氧菌，酿醋时要先让酵母在缺氧条件下将糖转化成酒精再在通气条件下由醋酸菌将酒精氧化生成醋酸但通气量过大，醋酸会进一步氧化 ，此时如有霉菌也能生长并将醋酸消耗掉。所以通气量应当适当，以减少霉菌生长的可能性。 厌氧微生物厌氧微生物：如肉毒杆菌为专性厌氧菌 兼性厌氧微生物兼性厌氧微生物 ：如酵母菌 有氧时酵母大量繁殖（鲜酵母的生产） 无氧时进行酒精发酵将糖分转化成酒精。 适当地提供或切断氧气的供应可以促进或抑制(发酵)菌的生长，引导生产向预期方向发展。

15、 4 4、食盐、食盐 各种微生物对盐的耐受性不同，乳酸菌、酵母和霉菌对盐有一定程度的耐受性。 如蔬菜腌制：乳酸菌一般能忍受10%18%的盐液浓度乳酸菌生长产生乳酸；而一些腐败菌不能忍受2.5%以上的盐液浓度。 酸和盐的互补作用，加强了对腐败菌的抑制作用。 5 5、乙醇乙醇 乙醇的防腐作用 ，取决于浓度。 如按容积计12%15%的酒精能抑制酵母的生长。 一般发酵饮料酒的酒精含量为8%13%，缺少防腐能力，还需进行巴氏杀菌。 如果饮料酒中加入酒精，使其含量达到20%(按容积计)，无需杀菌，能长期贮存。6 6、发酵剂的使用、发酵剂的使用 发酵开始时如有大量预期菌种存在，即能迅速生长繁殖并抑制其他杂菌

16、生长，促使发酵向着预定的方向发展。 如：馒头、酿酒、酸乳生产。 许多发酵食品都常用专门培养的菌种进行发酵，以便获得品质良好的发酵食品。 第二节：酶技术第二节：酶技术一、酶的性质 酶是一种具有催化活性蛋白质，同其它蛋白质一样，由氨基酸组成，具有两性电解质性质，并具有一、二、三、四级结构。 酶按其分子组成可分为： 单纯酶-基本组成只是氨基酸（如蛋白酶、淀粉酶）它的 催化活性仅取决于蛋白质的结构。 结合酶 酶蛋白 两者结合形成的复合物称全酶。 非蛋白部分 这两部分对酶的催化活性 （称辅助因子） 缺一不可。 辅助因子 辅基-与酶蛋白结合得比较牢固，不易分开的辅 助因子。 辅酶-容易分开的称辅酶。辅酶能

17、与不同的酶蛋 白结合，形成不同的酶(如乙醇脱氢酶与 乳酸脱氢酶的辅酶均为NAD(烟酰胺腺嘌呤 二核苷酸)，前者使乙醇脱氢，后者使乳 酸脱氢。 酶的催化特性 高效 专一：一种酶只能催化一种底物或一类化 合物 食品中常用的酶制剂有：蛋白质分解酶，脂肪分解酶，糖类分解酶，氧化还原酶及其它酶类。 酶活性表示方法： 国际单位（IU）-1min转化1mol底物的酶量称为1个酶活 力单位。 比活力单位-指单位质量蛋白质的催化能力。 有U/mg蛋白, U/g蛋白, U/ml蛋白。 比活力单位越高酶越强。 酶活性的测定方法： 化学法-将酶和底物反应一定时间后，中止反应，测定底 物的减少或增加量。 分光光度法-利

18、用产物和其它试剂反应的化合物对光的吸 收性来测定酶活性。 固定化酶固定化酶-是指与水不溶性载体相结合 。 在以往的工业生产中使用的酶，一直都是以溶于水(即水溶性酶)的状态进行反应。酶在整个反应系统中与底物和产物混在一起，反应结束后，即使酶仍具有较高的活力，也难于回收利用，成本高，而且难于连续化生产。 固定化酶与一般水溶性酶相比，以固相状态作用于底物，反应后酶易与反应液分离，有利于产物分离纯化。 酶经固定化后稳定性提高，机械强度增加，可以将酶装成酶柱，底物溶液流经酶柱后即可生成反应产物，使得酶反应工艺管道化、连续化及自动化。 固定化酶的稳定性较水溶性酶有所增加，但活性较水溶性酶有所下降(个别除外)。使用时应对操作条件加以调整。 二、 酶技术在食品工业中应用1、酶在蛋白质类食品加工中的应用、酶在蛋白质类食品加工中的应用（1）肉的嫩化 含有较多结缔组织的老、韧肉，可用蛋白质水解酶嫩化处理，改善肉的品质。（2）酶法生产明胶 将含有胶原蛋白的原料，加入碱性蛋白酶，生产明胶。（3）酶法生产干酪 乳酸菌发酵和凝乳蛋白酶均可生产干酪。2、酶在果蔬类食品加工中的应用、酶在果蔬类食品加工中的应用（1）酶法澄清果汁、果酒 加入果胶酶，使果胶溶解，粘度下降，使悬浮粒子絮凝，果汁