发酵食品工艺学绪论 (2)PPT课件2

发酵食品工艺学第一章绪论第一节发酵食品的渊源及其文化内涵第二节我国发酵食品的工艺特色第三节我国发酵食品的固态发酵工艺

第四节发酵食品形成的一般生化历程第五节发酵食品形成过程中微生物的演替食品发酵是一门古老而又现代的技术，结合了神秘的传统、古老的文化和变化无穷的生物技术。文化底蕴深厚、产品形态多种多样、技术手段推陈出新、理论研究和技术创新永无止境。一、发酵食品的渊源及其文化内涵

最早的发酵产品据记载起源公元前5000年。据记载最早的发酵食品应是酒类，通常认为是wine,因为大自然中具备了野生果类和酵母菌，条件适宜情况下即行发酵。在神话传说中亦有猿猴酿酒之说。由于自然界中资源的多样性（F、M），便有了多种多样的发酵食品。

4000BC——Beer，自古埃及即出现了麦芽糖化。

5000-6000BC——wine、黄酒、白酒、Cheese(酱油、调味品白酒：农业社会粮食节余，生霉、发酵、蒸馏而得）古

老：古老的发酵食品自产生以来，长时间内停留在自然酿造阶段。即知其然而不知其所以然，通常以经验掌握。由于节气、环境的变化即决定了产品的成败，因此食品酿造甚至被赋予很多神秘色彩，甚至出现了对曲的顶礼膜拜，与一些祭祀活动也连起来。由于其发酵的机理一直未能充分揭示，因此发酵技术也迟迟未能进一步发扬光大和合理调控。直到巴斯德、科赫等人的工作成果推动了微生物发酵及工艺调控的推陈出新。现

代：

关于酒曲，“千年酒窖万年糟”之说，引起了国内外研究者的浓厚兴趣。与许多民族文化融为一体：英国的Whisky荷兰的Cheese俄国的黑面包（大脸面包）德国的啤酒中国的白酒日本的清酒法国的香槟文化内涵：中国的酒文化，出现了各时代以酒为载体的诗词歌赋，“借酒吟诗”、“以诗言志”。陶渊明的诗几乎诗诗有酒——《桃花源记》李白1050首诗中170首——借酒诗狂杜甫1400余首诗中300余首——借酒消愁欧阳修的《醉翁亭记》——“醉翁”（琅琊山）工艺方面：踩曲边踏边唱、《红高粱》、日本的酒曲听音乐即“陈化”等文化内涵：1、采用多种原料，且多以淀粉质原料为主。植物性原料：麦：beer、bread、格瓦斯(Kowas)豆：酱油、豆豉、腐乳（ToFo）、Temph、纳豆水果：酒、果醋菜：Kimichi（朝鲜）茶叶：红茶、茶菌（海宝，醋酸菌、酵母、乳酸菌+红茶水+糖）动物性原料：乳：酸奶、Cheese、Kurmiss、Ketir肉：香肠、沙拉米(Salami)等二、我国发酵食品的工艺特色：2、多菌种混合发酵，且多以霉菌为主的微生物群。（国外多以细菌、乳酸菌）3、工艺复杂、多用曲：董酒生产制的曲用72味中药。曲（Koji）4、多为固态发酵：醅、醪我国发酵食品的工艺特色：三、我国发酵食品的典型工艺

—固态发酵（一）固态发酵的一般特征非均质性在液态发酵基质中空气、搅拌等是均相的（溶氧、pH、基质补充、T等），但固态发酵中则存在非均质性，在发酵环境中（基质）形成一个个小环境（微环境）。这种不均质性给固态发酵调控带来了很大困难。例：干酪发酵、发酵干香肠其外部为有氧环境（霉菌生长），而内部是厌氧环境（兼性厌氧菌生长）。对T而言，内部发酵高，外部相对低。不同菌也在不同的微生物环境中形成了独特的优势群。（一）固态发酵的一般特征优点：利用多菌发酵，如曲酒生产的双边发酵（外部霉菌糖化，内部酒精发酵）。又如白酒生产中窖泥中存在的己酸菌等等。这在液态发酵中是难以实现的（一）固态发酵的一般特征

第二节、一般工艺过程及调控第二章、形成过程及工艺调控基质的不可及性固态基质，微生物初始只能作用于基质的表面，而真正对发酵有用的成分往往包裹在内部（如谷物），必须通过粉碎等物理措施及果胶酶、纤维素酶等生化作用消除屏障作用。（一）固态发酵的一般特征基质的不可直接利用植物性原料多为不溶性的多聚物，如淀粉、纤维素、蛋白质，必须先降解成为小分子才能被利用。所以微生物生长、发酵速度往往取决于原料大分子转化速度。（一）固态发酵的一般特征生长取决于水分活度而不是含水量水分活度是固态发酵独有参数，固态发酵水分控制的下限用含水量表示一般为12%，而含水量上限往往由基质的吸水性来决定，吸水性越强，上限含水量越高，一般的固态发酵含水量上限不超过80%。对不同的微生物而言，对水分活度的要求是细菌＞酵母＞霉菌。正因为固态基质中没有或几乎没有游离水，所以优势菌往往是耐受低水分活度的菌占优势（霉菌）。（一）固态发酵的一般特征微生物在固态基质上的扩散是有限的固态发酵基质多呈颗粒状，相对运动性差。因此导致了微生物生长和扩散速度的局限性。所以固态发酵往往强调大量接种。一般霉菌菌丝体的渗透性易使之渗入基质内部（例红曲培养细菌纤维素、菌丝岛→连片→结块（如丹贝））细菌只能附着于表面生长，基质内部的作用往往依赖于菌体生长及酶解作用逐步向内扩散，所以要接种均匀，否则发酵中形成孤岛。（一）固态发酵的一般特征传质差（氧气、T等）料层厚、流动性差生物热、化学热难以机械化、自动化调控（一）固态发酵的一般特征控制因素有：原料配比预处理气态环境与通气含水量基质酸碱度热传递与控温（二）固态发酵的调控配比适当：由终产物性质定：如酒——淀粉、beer——Pro少（C产泡、持泡）酱油、腐乳（Pro高则风味鲜、Car多则产品味甜）微生物生长条件：加入谷壳提高气流量、加入中药抑制杂菌、酱油中加盐抑菌、抑酶等。预处理：粉碎 太粗不利作用，太细不利氧气扩散热处理（蒸料）糊化、热变性，利于酶的液化和糖化作用1、原料配比预处理

O2

浓度(分压)、CO2浓度:决定生长及产物的形成、发酵方向调控方法：使用多孔的粗粉碎颗粒基质，加大基质内部的空隙薄层培养或使用较大容器:如浅盘培养使用带孔的培养盘或袋、帘子（丹贝、豆腐发酵）翻动基质（开耙、翻曲、倒罐等）

但机械翻动引起菌丝体损伤、自溶，设备有转鼓反应器、圆盘制曲机等（南京机轮酱油）强制通风：如厚层通风制曲工艺2、气态环境与通气圆盘制曲机自动翻曲机含水量通常与通氧相矛盾，所以固态基质往往要控制基质的含水量。若含水量高，会挤走氧气，使氧浓度低，妨碍好氧菌（霉菌）的生长；含水量过低，则影响水分活度，影响其生长速度，处于亚适生长状态一般采用中间补水的方式。

所以一般霉菌参与的固态发酵，往往先控制水分，利于霉菌的生长、发酵，再补水制醪，进一步发酵。3、含水量

因为故态基质有强大的缓冲能力，减少了对pH的需要，因此pH在固态发酵中影响不明显。一般用酸碱度表示。实际生产中，往往采用加浆水、浆浸泡原料等方法调节基质的pH，如浙江绍兴加饭酒。4、酸碱度热传递能力差单位体积内基质浓度高，菌体浓度高，生物热高（产热多），传热困难，导致基质内温度不均匀，形成温度梯度。如麸曲，厚度一般6.5cm，不除热情况下相差3℃/cm。烧曲（内部温度太高）除热（控温）方法：调节通风风速和通风频率。开窗通风，翻曲散热等。5、热传递与控温

发酵食品是以微生物代谢产物为产品的发酵，其根本是原料在一特定的微生物和合适的条件下转化为产品的过程。这一过程可分为三个阶段。四、发酵食品形成的一般生化历程原料降解阶段：淀粉、Pro、Fat、果胶、半纤维素、木质素及其它物质的降解产物转化阶段：醇类、有机酸、AA、脂肪酸、其它物质的形成产物再平衡：原料第一阶段第二阶段第三阶段发酵食品形成的一般生化历程酯类等风味物质的形成生化特征：大分子物质降解成小分子物质以利于微生物细胞膜的选择吸收，原料开始液化、糖化。（如味精厂淀粉入水加酶作用）动力：霉菌、细菌或酶制剂作用：为进一步发酵（如酵母菌）提供基质主要物质变化：第一阶段：原料降解阶段

（1）淀粉的水解：淀粉：D—Glu以α—1，4—糖苷键连接而成。易水解、与水共热裂解；与无机酸共热彻底水解为D—Glu。分为直链淀粉（卷曲螺旋结构，每个螺旋间含6个Glu残基）和支链淀粉（α—1，6—糖苷键形成分支）。主要物质变化淀粉酶：α—淀粉酶：液化型，也称淀粉—1，4—糊精酶。产物为糊精β—淀粉酶：也称淀粉—1，4—麦芽糖苷酶。产物为麦芽糖γ—淀粉酶：也称淀粉—1，4—、—1，6—葡萄糖苷酶，或葡萄糖淀粉酶。异淀粉酶：淀粉—1，6—糊精酶，分解支链中的a-1，6-糖苷键磷酸脂酶：极强液化力，产生葡萄糖和磷酸淀粉的水解淀粉的糊化：淀粉在适当温度（60-80℃）下在水中溶胀、分裂形成均匀糊状溶液的过程，又称淀粉的α化。糊化本质：淀粉中有序及无序（晶质与非晶质）态的淀粉分子之间氢键断开，分散在水中成为胶体溶液。淀粉的老化：淀粉溶液经缓慢冷却或淀粉凝胶经长期放置，变得不透明或沉淀。温度：2℃-4℃易老化，90℃以上或-20℃以下不易

水分：含水量30%-90%间淀粉易老化，10%以下不易

结构：直链易老化，支链不易老化，聚合度高的易老化老化本质：α化的淀粉分子又自动排列成序，形成致密、高度晶化的不溶性的淀粉分子胶束

可视为糊化的逆转，但不是彻底复原，仍为生淀粉（β—）的结构状态，但晶化程度比生淀粉低。淀粉水解历程：注：糊精化程度低的称为可溶性淀粉，碘检时仍呈蓝色淀粉（深蓝）单糖糊精（蓝）无色糊精寡糖（多苷链的片段）（低于6个残基）淀粉的水解（2）蛋白质的降解蛋白质的结构及作用力：一级——肽键（或酰胺键）二级——α-螺旋，β-折叠，氢键、碱基堆积力三级——空间结构、盐键、二硫键、氢键、范德华力四级——亚基组合第一阶段：原料降解阶段蛋白酶：

外肽酶：分为羧肽酶、氨肽酶，切下氨基酸

内肽酶：从链内部切，生成多个多肽或小肽

酸性蛋白酶：适于在低pH（酸性）下作用中性蛋白酶：适于在中性条件下作用碱性蛋白酶：适于在高pH（碱性）下作用蛋白质的降解蛋白质水解历程：蛋白质胨寡肽氨基酸

蛋白酶（内肽酶）蛋白酶（内肽酶）蛋白酶（外肽酶）（3）纤维素的降解

纤维素酶

纤维素葡萄糖

半纤维素酶半纤维素葡萄糖

第一阶段：原料降解阶段（4）果胶和木质素的降解

果胶酯酶、果胶水解酶、果胶裂解酶果胶

单体、二聚体、三聚体

酚氧化酶、漆酶、过氧化物酶木质素香气成分前体（如：愈创木酚）

植物性原料用于发酵，果胶、木质素需先水解成糖，才能将纤维素和其它内部成分暴露出来第一阶段：原料降解阶段（5）类脂化合物第一阶段：原料降解阶段脂肪、磷脂、游离脂肪酸、蜡类、油类脂肪酸甘油芳香气味脂肪酶β-氧化生化特征：小分子降解产物转化为目的产物，如有机酸、醇等。主要途径：乳酸发酵、酒精发酵、醋酸发酵第二阶段：目的产物转化阶段乳酸发酵：

正（同）型乳酸发酵：能利用80%-90%的糖转化为乳酸（HPP，EMP途径），特征的关键酶：醛缩酶，所以乳酸产量高。如：干酪乳杆菌、Lb.St.等异型乳酸发酵：能利用50%以上的糖转化为乳酸（HMP途径），同时产生其它产物如乙醇醋酸、二氧化碳等。如：戊糖片球菌、短乳杆菌、双歧杆菌等引申：益生菌产品（微生态制剂、双歧酸奶、含抗奶、巨克）几种降解产物的转化酒精发酵：几种降解产物的转化酒精葡萄糖或其他可酵糖（单糖、二糖、部分三糖）酒化酶醋酸发酵：或异型乳酸发酵→醋酸（如短乳杆菌、双歧杆菌）甘油发酵：耐高渗的鲁氏酵母、蜂蜜酵母将葡萄糖转化为甘油。几种降解产物的转化乙酸乙醇氧化酶生化特征：发酵产物间相互作用，产生风味物质，形成特有风味体系（可理解为酿造食品的“陈酿”）典型反应:酯化反应作用：降低了醇和酸的浓度，增加酯香，风味醇和第三阶段：产物再平衡阶段微生物：细菌如：老窖酒的生产陈酿中形成：丙酸菌→丙酸乙酯→芝麻香酯酸乙酯→香蕉味、弱苹果味、味淡丁酯酸乙酯→甜菠萝香、量大则臭；微麻、微酸已酯酸乙酯→窖府香、凤梨香、微辣主要作用微生物：细菌如：老窖酒的生产陈酿中形成：丙酸菌→丙酸乙酯→芝麻香酯酸乙酯→香蕉味、弱苹果味、味淡丁酯酸乙酯→甜菠萝香、量大则臭；微麻、微酸已酯酸乙酯→窖府香、凤梨香、微辣第三阶段：产物再平衡阶段

第二节、一般工艺过程及调控第二章、形成过程及工艺调控食品的发酵历程是原料中的无机物、有机物、以及为生物复合体代谢的动态表现，其中微生物的演替过程为：第一阶段：原料处理