發(fā)酵食品工藝學緒論課件

發(fā)酵食品工藝學第一章緒論第一節(jié)發(fā)酵食品的淵源及其文化內(nèi)涵第二節(jié)我國發(fā)酵食品的工藝特色第三節(jié)我國發(fā)酵食品的固態(tài)發(fā)酵工藝

第四節(jié)發(fā)酵食品形成的一般生化歷程第五節(jié)發(fā)酵食品形成過程中微生物的演替

最早的發(fā)酵產(chǎn)品據(jù)記載起源公元前5000年。據(jù)記載最早的發(fā)酵食品應(yīng)是酒類，通常認為是wine,因為大自然中具備了野生果類和酵母菌，條件適宜情況下即行發(fā)酵。在神話傳說中亦有猿猴釀酒之說。由于自然界中資源的多樣性（F、M），便有了多種多樣的發(fā)酵食品。

4000BC——Beer，自古埃及即出現(xiàn)了麥芽糖化。

5000-6000BC——wine、黃酒、白酒、Cheese(醬油、調(diào)味品白酒：農(nóng)業(yè)社會糧食節(jié)余，生霉、發(fā)酵、蒸餾而得）古老：古老的發(fā)酵食品自產(chǎn)生以來，長時間內(nèi)停留在自然釀造階段。即知其然而不知其所以然，通常以經(jīng)驗掌握。由于節(jié)氣、環(huán)境的變化即決定了產(chǎn)品的成敗，因此食品釀造甚至被賦予很多神秘色彩，甚至出現(xiàn)了對曲的頂禮膜拜，與一些祭祀活動也連起來。由于其發(fā)酵的機理一直未能充分揭示，因此發(fā)酵技術(shù)也遲遲未能進一步發(fā)揚光大和合理調(diào)控。直到巴斯德、科赫等人的工作成果推動了微生物發(fā)酵及工藝調(diào)控的推陳出新。現(xiàn)代：關(guān)于酒曲，“千年酒窖萬年糟”之說，引起了國內(nèi)外研究者的濃厚興趣。與許多民族文化融為一體：英國的Whisky荷蘭的Cheese俄國的黑面包（大臉面包）德國的啤酒中國的白酒日本的清酒法國的香檳文化內(nèi)涵：1、采用多種原料，且多以淀粉質(zhì)原料為主。植物性原料：麥：beer、bread、格瓦斯(Kowas)豆：醬油、豆豉、腐乳（ToFo）、Temph、納豆水果：酒、果醋菜：Kimichi（朝鮮）茶葉：紅茶、茶菌（海寶，醋酸菌、酵母、乳酸菌+紅茶水+糖）動物性原料：乳：酸奶、Cheese、Kurmiss、Ketir肉：香腸、沙拉米(Salami)等二、我國發(fā)酵食品的工藝特色：2、多菌種混合發(fā)酵，且多以霉菌為主的微生物群。（國外多以細菌、乳酸菌）3、工藝復(fù)雜、多用曲：董酒生產(chǎn)制的曲用72味中藥。曲（Koji）4、多為固態(tài)發(fā)酵：醅、醪我國發(fā)酵食品的工藝特色：三、我國發(fā)酵食品的典型工藝

—固態(tài)發(fā)酵（一）固態(tài)發(fā)酵的一般特征非均質(zhì)性在液態(tài)發(fā)酵基質(zhì)中空氣、攪拌等是均相的（溶氧、pH、基質(zhì)補充、T等），但固態(tài)發(fā)酵中則存在非均質(zhì)性，在發(fā)酵環(huán)境中（基質(zhì)）形成一個個小環(huán)境（微環(huán)境）。這種不均質(zhì)性給固態(tài)發(fā)酵調(diào)控帶來了很大困難。優(yōu)點：利用多菌發(fā)酵，如曲酒生產(chǎn)的雙邊發(fā)酵（外部霉菌糖化，內(nèi)部酒精發(fā)酵）。又如白酒生產(chǎn)中窖泥中存在的己酸菌等等。這在液態(tài)發(fā)酵中是難以實現(xiàn)的（一）固態(tài)發(fā)酵的一般特征第二節(jié)、一般工藝過程及調(diào)控第二章、形成過程及工藝調(diào)控基質(zhì)的不可及性固態(tài)基質(zhì)，微生物初始只能作用于基質(zhì)的表面，而真正對發(fā)酵有用的成分往往包裹在內(nèi)部（如谷物），必須通過粉碎等物理措施及果膠酶、纖維素酶等生化作用消除屏障作用。（一）固態(tài)發(fā)酵的一般特征基質(zhì)的不可直接利用植物性原料多為不溶性的多聚物，如淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)，必須先降解成為小分子才能被利用。所以微生物生長、發(fā)酵速度往往取決于原料大分子轉(zhuǎn)化速度。（一）固態(tài)發(fā)酵的一般特征生長取決于水分活度而不是含水量水分活度是固態(tài)發(fā)酵獨有參數(shù)，固態(tài)發(fā)酵水分控制的下限用含水量表示一般為12%，而含水量上限往往由基質(zhì)的吸水性來決定，吸水性越強，上限含水量越高，一般的固態(tài)發(fā)酵含水量上限不超過80%。對不同的微生物而言，對水分活度的要求是細菌＞酵母＞霉菌。正因為固態(tài)基質(zhì)中沒有或幾乎沒有游離水，所以優(yōu)勢菌往往是耐受低水分活度的菌占優(yōu)勢（霉菌）。（一）固態(tài)發(fā)酵的一般特征傳質(zhì)差（氧氣、T等）料層厚、流動性差生物熱、化學熱難以機械化、自動化調(diào)控（一）固態(tài)發(fā)酵的一般特征控制因素有：原料配比預(yù)處理氣態(tài)環(huán)境與通氣含水量基質(zhì)酸堿度熱傳遞與控溫（二）固態(tài)發(fā)酵的調(diào)控配比適當：由終產(chǎn)物性質(zhì)定：如酒——淀粉、beer——Pro少（C產(chǎn)泡、持泡）醬油、腐乳（Pro高則風味鮮、Car多則產(chǎn)品味甜）微生物生長條件：加入谷殼提高氣流量、加入中藥抑制雜菌、醬油中加鹽抑菌、抑酶等。預(yù)處理：粉碎 太粗不利作用，太細不利氧氣擴散熱處理（蒸料）糊化、熱變性，利于酶的液化和糖化作用1、原料配比預(yù)處理圓盤制曲機自動翻曲機

因為故態(tài)基質(zhì)有強大的緩沖能力，減少了對pH的需要，因此pH在固態(tài)發(fā)酵中影響不明顯。一般用酸堿度表示。實際生產(chǎn)中，往往采用加漿水、漿浸泡原料等方法調(diào)節(jié)基質(zhì)的pH，如浙江紹興加飯酒。4、酸堿度熱傳遞能力差單位體積內(nèi)基質(zhì)濃度高，菌體濃度高，生物熱高（產(chǎn)熱多），傳熱困難，導致基質(zhì)內(nèi)溫度不均勻，形成溫度梯度。如麩曲，厚度一般6.5cm，不除熱情況下相差3℃/cm。燒曲（內(nèi)部溫度太高）除熱（控溫）方法：調(diào)節(jié)通風風速和通風頻率。開窗通風，翻曲散熱等。5、熱傳遞與控溫

發(fā)酵食品是以微生物代謝產(chǎn)物為產(chǎn)品的發(fā)酵，其根本是原料在一特定的微生物和合適的條件下轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的過程。這一過程可分為三個階段。四、發(fā)酵食品形成的一般生化歷程原料降解階段：淀粉、Pro、Fat、果膠、半纖維素、木質(zhì)素及其它物質(zhì)的降解產(chǎn)物轉(zhuǎn)化階段：醇類、有機酸、AA、脂肪酸、其它物質(zhì)的形成產(chǎn)物再平衡：原料第一階段第二階段第三階段發(fā)酵食品形成的一般生化歷程酯類等風味物質(zhì)的形成生化特征：大分子物質(zhì)降解成小分子物質(zhì)以利于微生物細胞膜的選擇吸收，原料開始液化、糖化。（如味精廠淀粉入水加酶作用）動力：霉菌、細菌或酶制劑作用：為進一步發(fā)酵（如酵母菌）提供基質(zhì)主要物質(zhì)變化：第一階段：原料降解階段（1）淀粉的水解：淀粉：D—Glu以α—1，4—糖苷鍵連接而成。易水解、與水共熱裂解；與無機酸共熱徹底水解為D—Glu。分為直鏈淀粉（卷曲螺旋結(jié)構(gòu)，每個螺旋間含6個Glu殘基）和支鏈淀粉（α—1，6—糖苷鍵形成分支）。主要物質(zhì)變化淀粉酶：α—淀粉酶：液化型，也稱淀粉—1，4—糊精酶。產(chǎn)物為糊精β—淀粉酶：也稱淀粉—1，4—麥芽糖苷酶。產(chǎn)物為麥芽糖γ—淀粉酶：也稱淀粉—1，4—、—1，6—葡萄糖苷酶，或葡萄糖淀粉酶。異淀粉酶：淀粉—1，6—糊精酶，分解支鏈中的a-1，6-糖苷鍵磷酸脂酶：極強液化力，產(chǎn)生葡萄糖和磷酸淀粉的水解淀粉的糊化：淀粉在適當溫度（60-80℃）下在水中溶脹、分裂形成均勻糊狀溶液的過程，又稱淀粉的α化。糊化本質(zhì)：淀粉中有序及無序（晶質(zhì)與非晶質(zhì)）態(tài)的淀粉分子之間氫鍵斷開，分散在水中成為膠體溶液。淀粉的老化：淀粉溶液經(jīng)緩慢冷卻或淀粉凝膠經(jīng)長期放置，變得不透明或沉淀。溫度：2℃-4℃易老化，90℃以上或-20℃以下不易

水分：含水量30%-90%間淀粉易老化，10%以下不易

結(jié)構(gòu)：直鏈易老化，支鏈不易老化，聚合度高的易老化老化本質(zhì)：α化的淀粉分子又自動排列成序，形成致密、高度晶化的不溶性的淀粉分子膠束

可視為糊化的逆轉(zhuǎn)，但不是徹底復(fù)原，仍為生淀粉（β—）的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，但晶化程度比生淀粉低。淀粉水解歷程：注：糊精化程度低的稱為可溶性淀粉，碘檢時仍呈藍色淀粉（深藍）單糖糊精（藍）無色糊精寡糖（多苷鏈的片段）（低于6個殘基）淀粉的水解（2）蛋白質(zhì)的降解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及作用力：一級——肽鍵（或酰胺鍵）二級——α-螺旋，β-折疊，氫鍵、堿基堆積力三級——空間結(jié)構(gòu)、鹽鍵、二硫鍵、氫鍵、范德華力四級——亞基組合第一階段：原料降解階段蛋白酶：

外肽酶：分為羧肽酶、氨肽酶，切下氨基酸

內(nèi)肽酶：從鏈內(nèi)部切，生成多個多肽或小肽

酸性蛋白酶：適于在低pH（酸性）下作用中性蛋白酶：適于在中性條件下作用堿性蛋白酶：適于在高pH（堿性）下作用蛋白質(zhì)的降解蛋白質(zhì)水解歷程：蛋白質(zhì)胨寡肽氨基酸蛋白酶（內(nèi)肽酶）蛋白酶（內(nèi)肽酶）蛋白酶（外肽酶）（3）纖維素的降解

纖維素酶

纖維素葡萄糖

半纖維素酶半纖維素葡萄糖

第一階段：原料降解階段（4）果膠和木質(zhì)素的降解

果膠酯酶、果膠水解酶、果膠裂解酶果膠

單體、二聚體、三聚體

酚氧化酶、漆酶、過氧化物酶木質(zhì)素香氣成分前體（如：愈創(chuàng)木酚）

植物性原料用于發(fā)酵，果膠、木質(zhì)素需先水解成糖，才能將纖維素和其它內(nèi)部成分暴露出來第一階段：原料降解階段（5）類脂化合物第一階段：原料降解階段脂肪、磷脂、游離脂肪酸、蠟類、油類脂肪酸甘油芳香氣味脂肪酶β-氧化生化特征：小分子降解產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物，如有機酸、醇等。主要途徑：乳酸發(fā)酵、酒精發(fā)酵、醋酸發(fā)酵第二階段：目的產(chǎn)物轉(zhuǎn)化階段乳酸發(fā)酵：

正（同）型乳酸發(fā)酵：能利用80%-90%的糖轉(zhuǎn)化為乳酸（HPP，EMP途徑），特征的關(guān)鍵酶：醛縮酶，所以乳酸產(chǎn)量高。如：干酪乳桿菌、Lb.St.等異型乳酸發(fā)酵：能利用50%以上的糖轉(zhuǎn)化為乳酸（HMP途徑），同時產(chǎn)生其它產(chǎn)物如乙醇醋酸、二氧化碳等。如：戊糖片球菌、短乳桿菌、雙歧桿菌等引申：益生菌產(chǎn)品（微生態(tài)制劑、雙歧酸奶、含抗奶、巨克）幾種降解產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化酒精發(fā)酵：幾種降解產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化酒精葡萄糖或其他可酵糖（單糖、二糖、部分三糖）酒化酶醋酸發(fā)酵：或異型乳酸發(fā)酵→醋酸（如短乳桿菌、雙歧桿菌）甘油發(fā)酵：耐高滲的魯氏酵母、蜂蜜酵母將葡萄糖轉(zhuǎn)化為甘油。幾種降解產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化乙酸乙醇氧化酶生化特征：發(fā)酵產(chǎn)物間相互作用，產(chǎn)生風味物質(zhì)，形成特有風味體系（可理解為釀造食品的“陳釀”）典型反應(yīng):酯化反應(yīng)作用：降低了醇和酸的濃度，增加酯香，風味醇和第三階段：產(chǎn)物再平衡階段微生物：細菌如：老窖酒的生產(chǎn)陳釀中形成：丙酸菌→丙酸乙酯→芝麻香酯酸乙酯→香蕉味、弱蘋果味、味淡丁酯酸乙酯→甜菠蘿香、量大則臭；微麻、微酸已酯酸乙酯→窖府香、鳳梨香、微辣主要作用微生物：細菌如：老窖酒的生產(chǎn)陳釀中形成：丙酸菌→丙酸乙酯→芝麻香酯酸乙酯→香蕉味、弱蘋果味、味淡丁酯酸乙酯→甜菠蘿香、量大則臭；微麻、微酸已酯酸乙酯→窖府香、鳳梨香、微辣第三階段：產(chǎn)物再平衡階段第二節(jié)、一般工藝過程及調(diào)控第二章、形成過程及工藝調(diào)控食品的發(fā)酵歷程是原料中的無機物、有機物、以及為生物復(fù)合體代謝的動態(tài)表現(xiàn)，其中微生物的演替過程為：第一階段：原料處理后，由于溫度、RH適宜，料醅表面的微生物迅速繁殖，經(jīng)一段時間競爭后各類生理類群的微生物按一定比例定居下來。五、發(fā)酵食品形成過程中微生物的演替第二階段：代謝產(chǎn)物開始積累，原料分解，使基質(zhì)