发酵食品工艺学绪论(2)课件.ppt

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1、发酵食品工艺学绪论(2),1,发酵食品工艺学,发酵食品工艺学绪论(2),2,第一章 绪 论,发酵食品工艺学绪论(2),3,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,发酵食品工艺学绪论(2),4,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。,发酵食品工艺学绪论(2),5,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，

2、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。 4000BCBeer，自古埃及即出现了麦芽糖化。 5000-6000BCwine、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：,发酵食品工艺学绪论(2),6,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

3、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：,发酵食品工艺学绪论(2),7,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：,发酵食品工艺学绪论(2),8,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14

4、00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：,发酵食品工艺学绪论(2),9,1、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,发酵食品工艺学绪论(2),10,2、多菌种混合发酵

5、，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,发酵食品工艺学绪论(2),11,三、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。,发酵食品工艺学绪论(2),12,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。

6、 不同菌也在不同的微生物环境中形成了独特的优势群。,发酵食品工艺学绪论(2),13,发酵食品工艺学绪论(2),14,发酵食品工艺学绪论(2),15,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,发酵食品工艺学绪论(2),16,发酵食品工艺学绪论(2),17,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。,发酵食品工艺学绪论(2),18,基质的不可直接利用 植物性原料多为不溶性的

7、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。,发酵食品工艺学绪论(2),19,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）。,发酵食品工艺学绪论(2),20,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

8、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。,发酵食品工艺学绪论(2),21,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,发酵食品工艺学绪论(2),22,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,发酵食品工艺学绪论(2),23,配比适当： 由终产物性质定：如酒淀粉、beerP

9、ro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,发酵食品工艺学绪论(2),24,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

10、制通风：如厚层通风制曲工艺,发酵食品工艺学绪论(2),25,圆盘制曲机,发酵食品工艺学绪论(2),26,自动翻曲机,发酵食品工艺学绪论(2),27,发酵食品工艺学绪论(2),28,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。,发酵食品工艺学绪论(2),29,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

11、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。,发酵食品工艺学绪论(2),30,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。,发酵食品工艺学绪论(2),31,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。,发酵食品工艺学绪论(2),32,酯类等风味物质的形成

12、,发酵食品工艺学绪论(2),33,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：,发酵食品工艺学绪论(2),34,（1）淀粉的水解： 淀粉： DGlu以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DGlu。 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（1，6糖苷键形成分支）。,发酵食品工艺学绪论(2),35,淀粉酶： 淀粉酶：液化型，也称淀粉1，4糊精酶。产物为糊精 淀粉酶：也称淀粉1，4麦芽糖苷酶

13、。产物为麦芽糖 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,发酵食品工艺学绪论(2),36,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。,发酵食品工艺学绪论(2),37,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%

14、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：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（）的结构状态，但晶化程度比生淀粉低。,发酵食品工艺学绪论(2),38,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,发酵食品工艺学绪论(2),39,（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-螺旋，-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,发酵食品工艺学绪论(2),40,蛋白酶： 外肽酶：分为羧肽酶、氨肽酶，切下氨基酸 内

15、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,发酵食品工艺学绪论(2),41,蛋白质水解历程：,蛋白酶 （外肽酶）,发酵食品工艺学绪论(2),42,（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,发酵食品工艺学绪论(2),43,（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,发

16、酵食品工艺学绪论(2),44,（5）类脂化合物,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,-氧化,发酵食品工艺学绪论(2),45,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,发酵食品工艺学绪论(2),46,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：

17、益生菌产品（微生态制剂、双歧酸奶、含抗奶、巨克）,发酵食品工艺学绪论(2),47,酒精发酵：,发酵食品工艺学绪论(2),48,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。,发酵食品工艺学绪论(2),49,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,发酵食品工艺学绪论(2),50,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

18、 已酯酸乙酯窖府香、凤梨香、微辣,发酵食品工艺学绪论(2),51,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,发酵食品工艺学绪论(2),52,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：原料处理后，由于温度、RH适宜，料醅表面的微生物迅速繁殖，经一段时间竞争后各类生理类群的微生物按一定比例定居下来。,发酵食品工艺学绪论(2),53,第二阶段：代谢产物开始积累，原料分解，使基质条件发生变化（酸、醇），微生物区系改变，原来定居下来的微生物类群数量下降，代之而起的是一群高度特异性的微生物（对一定产物有特殊耐受性）。如：酿酒的酵母菌，酿醋的醋酸菌等。,发酵食品工艺学绪论(2),54,第三阶段：高度特异的微生物经长时间较量（对产物及环境的耐受），最适于环境的微生物的代谢产物又抑制了其他的微生物的生长，最终取得优势。 结束阶段：代谢产物抑制了自身的生长，菌体自溶，发酵终止 均是人为划分的理论阶段，实际过程中交错同时进行。,