第四章发酵技术和酶技术 第一节发酵技术 、发酵的概念 通常认为发酵为缺氧条件下糖类的分解。不过从食品工业角度 来看，为了扩大其范围，发酵可进一步被理解为有氧或缺氧条件下糖类或近似糖 类物质的分解 二、发酵的作用 1、产酸发酵 2、酒精发 3、生产发酵调味品 4、其他 三、重要的微生物作用类型 (一)重要的发酵类型 1.乳酸发酵 糖+乳酸菌一乳酸 2.酒精发酪 糖+酵母一酒精+C02 3.醋酸发酵 酒精+醋酸菌+02→醋酸+H20 4.丁酸发酵 乳酸或糖+酪酸梭状芽孢杆菌→丁酸+副产物 5.产气发酵 糖+大肠杆菌等一C02+H2 发酵的类型及机理 1.酒精发酵 酵母南 C。H12Oo 2C,HsOH +2CO2 2.醋酸发酵 酷酸杆 →CHCOOH+H2O 3.乳酸发酵 乳酸杆 C6H1206 →2CH,CHOH-COOH
1 第四章 发酵技术和酶技术 第一节 发酵技术 一、发酵的概念 通常认为发酵为缺氧条件下糖类的分解。不过从食品工业角度 来看，为了扩大其范围，发酵可进一步被理解为有氧或缺氧条件下糖类或近似糖 类物质的分解 二、 发酵的作用 1、产酸发酵 2、酒精发酵 3、生产发酵调味品 4、其他 三、重要的微生物作用类型 （一）重要的发酵类型 1. 乳酸发酵 糖+乳酸菌 → 乳酸 2. 酒精发酵 糖+ 酵母 → 酒精+ CO2 3. 醋酸发酵 酒精+醋酸菌+O2 → 醋酸+ H2O 4. 丁酸发酵 乳酸或糖+ 酪酸梭状芽孢杆菌→丁酸+副产物 5. 产气发酵 糖+大肠杆菌等→CO2+H2 发酵的类型及机理
4.酪酸发酵（丁酸发酵） 酪酸梭状芽孢杆菌 CHO。- CH (CH)COOH+2CO,+2HO 醇 这是不期望出现的发酵类型 ·(二)蛋白质降解 -蛋白质+变形杆菌等→胺+N3↑（腐败） 蛋白质降解有时也是需要被利用的，比如酱和酱油的生产、腐乳的 生产等 (三)脂解 脂肪+产碱杆菌→脂肪酸→醛类等（酸败变质） ·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 (四)产毒 四、发酵保藏的原理 ·发酵保藏食品利用能够产酸和酒精的微生物的生长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 的生长不能大量讲行，而保持食品不腐收。 微生物如果要在发酵和腌渍上有用 它认须且各二个面要特性 (1 这些微生物必须能在适合的底物和环境中生长并容易大量培养。 (2)这些微生物必须能够在上述条件下保持其生理稳定性，且易于产生 大量所必须的酶，以期能出现所要求的化学变化。 ·(3)为使微生物的生长和繁殖最快所必须的环境条件应相对较简单。 五、控制食品发酵的因素 ·酸度 P325 酒精含量 菌种的使用 温 氧的供给量 食盐 酸度 高浓度的氢离子可以降低细菌菌体表面原生质膜外，与输送溶质通过原生质膜相 2
2 • （二）蛋白质降解 – 蛋白质+变形杆菌等 → 胺 +NH3↑（腐败） – 蛋白质降解有时也是需要被利用的，比如酱和酱油的生产、腐乳的 生产等 （三）脂解 – 脂肪+产碱杆菌→脂肪酸→醛类等 （酸败变质） – 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。 （四）产毒 四、发酵保藏的原理 • 发酵保藏食品利用能够产酸和酒精的微生物的生长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 的生长不能大量进行，而保持食品不腐败。 微生物如果要在发酵和腌渍上有用，它必须具备三个重要特性： • （1） 这些微生物必须能在适合的底物和环境中生长并容易大量培养。 • （2） 这些微生物必须能够在上述条件下保持其生理稳定性，且易于产生 大量所必须的酶，以期能出现所要求的化学变化。 • （3） 为使微生物的生长和繁殖最快所必须的环境条件应相对较简单。 五、控制食品发酵的因素 • 酸度 P325 • 酒精含量 • 菌种的使用 • 温度 • 氧的供给量 • 食盐 酸度 高浓度的氢离子可以降低细菌菌体表面原生质膜外，与输送溶质通过原生质膜相
关的蛋白质和催化导致合成被膜组分的反应的酶的活性，从而影响了菌体对营养 物的吸收：另外高浓度的氢离子还会影响微生物正常的呼吸作用，抑制微生物体 内酶系统的活性 因此控制酸度可以控制发酵作用 酒精含量 酒精具有脱水的性质，可使菌体蛋白质因脱水而变性。另外，酒精还可以溶解菌 体表面脂质，从而起到一定的机械除菌作用。 酒精的防腐能力的大小取决于酒精浓度，按容积计12%15%的发酵酒 精就能抑制微生物的生长，而一般发酵饮料酒精含量仅为9%~13%，缺少防腐能 力，仍需经巴氏杀菌。 如果在饮料酒中加入酒精，使其含量达到20%（按容积计），则不需经 巴氏杀菌就足以防止腐败和变质。 菌种的使用 如果在发酵开始时加入大量预期菌种，那么它们就可以迅速地生长繁殖，并抑制 住其它杂菌的生长，从而促使发酵过程向着预定的方向进行。例如面包、馒头的 发酵，酿酒以及酸奶发酵就是采用了这种技术。随着科学技术的发展，发酵前加 入的预期菌种已可以用纯培养方法制得，这种纯培养菌种称为酵种(Starter), 它可以是单一菌种，也可以是混合菌种。蔬菜腌制品如酸白菜、泡菜等的制时作 常用到该技术。 温度 以卷心菜为例，在腌制过程中有三种主要菌种参与将卷心菜汁液中的糖分转化为 醋酸、乳酸及酒精等代谢产物。它们是肠膜状明串珠菌、黄瓜发酵乳杆菌和短乳 杆菌。其中肠膜状明串珠菌适宜生长和发酵的温度较低(21℃)，黄瓜发酵乳杆菌 和短乳杆菌能忍受较高的温度。如果发酵初期温度超过21℃，乳杆菌类极易生 长，使得肠膜状明串珠菌的生长受到抑制，这样就不可能形成 由肠膜状明串珠 代谢所产生的醋酸、酒精和其它预期的产物，影响了产品的风味。所以说卷心菜 腌制初期发酵温度应控制低些，到了发酵后期发酵温度可适当升高。 氧的供给量 霉菌是完全需氧性的，在缺氧条件下不能存活，控制缺氧条件则可控制霉菌的生 酵母是兼性厌氧菌，氧气充足时，酵母会大量繁殖，缺氧条件下，酵母则进行酒 精发酵，将糖分转化成酒精。 细菌中则需氧的、兼性厌氧的和专性厌氧的品种都有，视菌种而定。例如醋酸菌 是需氧的，乳酸菌则为兼性厌氧，肉毒杆菌专性厌氧。 因此供氧或断氧可以促进或抑制某种菌的生长活动，同时可以引导发酵向预 期的方向进行。 食盐 各种微生物的耐盐性并不完全相同，细菌鉴定中就常利用它们的耐盐性作为选择 和分类的 一种手段。在其他因素相同的条件下，加盐量不同即可控制微生物生长 及它们在食品中的发酵活动 菜腌制品中常见的乳酸菌都能忍受浓度为 10%18%的食盐溶液，而大多数朊解菌和脂解菌则不能忍受2.5%以上的盐液浓 度。所以通过控制腌制时食盐溶液的浓度完全可以达到防腐和发酵的目的。 3
3 关的蛋白质和催化导致合成被膜组分的反应的酶的活性，从而影响了菌体对营养 物的吸收；另外高浓度的氢离子还会影响微生物正常的呼吸作用，抑制微生物体 内酶系统的活性，因此控制酸度可以控制发酵作用。 酒精含量 酒精具有脱水的性质，可使菌体蛋白质因脱水而变性。另外，酒精还可以溶解菌 体表面脂质，从而起到一定的机械除菌作用。 酒精的防腐能力的大小取决于酒精浓度，按容积计 12%~15%的发酵酒 精就能抑制微生物的生长，而一般发酵饮料酒精含量仅为 9%~13%，缺少防腐能 力，仍需经巴氏杀菌。 如果在饮料酒中加入酒精，使其含量达到 20%(按容积计)，则不需经 巴氏杀菌就足以防止腐败和变质。 菌种的使用 如果在发酵开始时加入大量预期菌种，那么它们就可以迅速地生长繁殖，并抑制 住其它杂菌的生长，从而促使发酵过程向着预定的方向进行。例如面包、馒头的 发酵，酿酒以及酸奶发酵就是采用了这种技术。随着科学技术的发展，发酵前加 入的预期菌种已可以用纯培养方法制得，这种纯培养菌种称为酵种(Starter)， 它可以是单一菌种，也可以是混合菌种。蔬菜腌制品如酸白菜、泡菜等的制时作 常用到该技术。 温度 以卷心菜为例，在腌制过程中有三种主要菌种参与将卷心菜汁液中的糖分转化为 醋酸、乳酸及酒精等代谢产物。它们是肠膜状明串珠菌、黄瓜发酵乳杆菌和短乳 杆菌。其中肠膜状明串珠菌适宜生长和发酵的温度较低(21℃)，黄瓜发酵乳杆菌 和短乳杆菌能忍受较高的温度。如果发酵初期温度超过 21℃，乳杆菌类极易生 长，使得肠膜状明串珠菌的生长受到抑制，这样就不可能形成由肠膜状明串珠菌 代谢所产生的醋酸、酒精和其它预期的产物，影响了产品的风味。所以说卷心菜 腌制初期发酵温度应控制低些，到了发酵后期发酵温度可适当升高。 氧的供给量 霉菌是完全需氧性的，在缺氧条件下不能存活，控制缺氧条件则可控制霉菌的生 长。 酵母是兼性厌氧菌，氧气充足时，酵母会大量繁殖，缺氧条件下，酵母则进行酒 精发酵，将糖分转化成酒精。 细菌中则需氧的、兼性厌氧的和专性厌氧的品种都有，视菌种而定。例如醋酸菌 是需氧的，乳酸菌则为兼性厌氧，肉毒杆菌专性厌氧。 因此供氧或断氧可以促进或抑制某种菌的生长活动，同时可以引导发酵向预 期的方向进行。 食盐 各种微生物的耐盐性并不完全相同，细菌鉴定中就常利用它们的耐盐性作为选择 和分类的一种手段。在其他因素相同的条件下，加盐量不同即可控制微生物生长 及它们在食品中的发酵活动。一般在蔬菜腌制品中常见的乳酸菌都能忍受浓度为 10%~18%的食盐溶液，而大多数朊解菌和脂解菌则不能忍受 2.5%以上的盐液浓 度。所以通过控制腌制时食盐溶液的浓度完全可以达到防腐和发酵的目的
六、发酵作用的顺序 微生物在天然食品材料中获取可利用的碳水化合物、蛋白质、脂肪、物质的微 量营养素。看来，微生物首先作用于碳水化合物，然后是蛋白质，最后是脂肪 即使是碳水化合物 也有一定的作用顺序：首先是糖类， 其次是醇类，最后是 类。由于微生物活动的第一需要是能量，所以看来最易利用的形式（按优先选择 顺序)是CH2、CH、CHOH和COOH碳键。有些键（例如CN基团）对微生物是没 有用的」 七、发酵对食品品质的影响 1 改变食品的风味和 1)蔬菜 (2)牛到 (3)制酒 (4)对肉类 2.提高营养价值 改变组织结构 (1)蔬菜脆性的变化 (2)色泽的变化 (3)其它：豆腐乳、干路、面包 八、食品发酵中微生物的利用 (一）发酵食品中细菌的利用 ·1、乳酸菌发酵 ·2、醋酸菌发酵 ·3、公氨酸发酵 )发酵酒和面包中酵母菌的利用 葡和枝和置根 (三)发酵食品中霉菌的利用 腐乳、酱油 毛霉 毛莓 毛霉又叫黑霉、长毛霉。菌丝为无隔膜的单细胞，多核，以孢囊孢子和接合孢子 繁殖。毛莓的菌丝体在基质上或基质内能广泛蔓延，无假根和匍匐枝 孢囊梗直 接由第丝体生出，一般单生，分枝较少或不分枝。分枝顶瑞都有膨大的孢子囊 轴与孢囊梗相连处无囊托。孢囊孢子成熟后，孢子囊壁破裂，孢囊孢子分散开 来 毛霉菌丝初期白色，后灰白色至黑色，这说明孢子囊大量成熟 毛霉在土壤、粪便、禾草及空气等环境中存在。在高温、高湿度以及通风不良的 条件下生长良好。毛莓的用途很广，常出现在酒药中，能糖化淀粉并能生成少量 乙醇，产生蛋白馥，有分解大豆蛋白的能力，我国多用来做豆腐乳、豆豉。许多 毛霉能产生草酸、乳酸、琥珀酸及甘油等，有的毛霉能产生脂肪酶、果胶酶、凝 乳酶等。常用的毛霉主要有鲁氏毛霉和总状毛霉
4 六、发酵作用的顺序 微生物在天然食品材料中获取可利用的碳水化合物、蛋白质、脂肪、矿物质的微 量营养素。看来，微生物首先作用于碳水化合物，然后是蛋白质，最后是脂肪。 即使是碳水化合物，也有一定的作用顺序；首先是糖类，其次是醇类，最后是酸 类。由于微生物活动的第一需要是能量，所以看来最易利用的形式（按优先选择 顺序）是 CH2、CH、CHOH 和 COOH 碳键。有些键（例如 CN 基团）对微生物是没 有用的。 七、发酵对食品品质的影响 1. 改变食品的风味和香气 （1）蔬菜 （2）牛乳 （3）制酒 （4）对肉类 2. 提高营养价值 3. 改变组织结构 （1）蔬菜脆性的变化 （2）色泽的变化 （3）其它：豆腐乳、干酪、面包 八、食品发酵中微生物的利用 • （一）发酵食品中细菌的利用 • 1、乳酸菌发酵 • 2、醋酸菌发酵 • 3、谷氨酸发酵 • （二）发酵酒和面包中酵母菌的利用 • （三）发酵食品中霉菌的利用 • 腐乳、酱油 • 毛霉 毛霉 毛霉又叫黑霉、长毛霉。菌丝为无隔膜的单细胞，多核，以孢囊孢子和接合孢子 繁殖。毛霉的菌丝体在基质上或基质内能广泛蔓延，无假根和匍匐枝，孢囊梗直 接由菌丝体生出，一般单生，分枝较少或不分枝。分枝顶端都有膨大的孢子囊， 囊轴与孢囊梗相连处无囊托。孢囊孢子成熟后，孢子囊壁破裂，孢囊孢子分散开 来。毛霉菌丝初期白色，后灰白色至黑色，这说明孢子囊大量成熟。 毛霉在土壤、粪便、禾草及空气等环境中存在。在高温、高湿度以及通风不良的 条件下生长良好。毛霉的用途很广，常出现在酒药中，能糖化淀粉并能生成少量 乙醇，产生蛋白酶，有分解大豆蛋白的能力，我国多用来做豆腐乳、豆豉。许多 毛霉能产生草酸、乳酸、琥珀酸及甘油等，有的毛霉能产生脂肪酶、果胶酶、凝 乳酶等。常用的毛霉主要有鲁氏毛霉和总状毛霉
·植一书臨节术 一、酶的性质和食品加工 (一)酶的催化特性 (二)食品酶制剂 (三)酶的活力单位 (四)固定化酯 二、酶在食品生产中的应用 )酶在蛋白类食品加工中的应用 (二)酶在果蔬类食品加工中的应用 (三)酶在淀粉类食品加工中的应用 1、果葡糖浆 是以淀粉为原料，淀粉酶液化，及a一淀粉酶，脱支酶协同糖化 精制浓宿而成的， 含果糖42%以上的淀粉糖品。 (三)酶在淀粉类食品加工中的应用 2、酶法生产环状糊精 B-环状糊精(B-cyclodextrin简称B-CD)B一环状糊精(B-C D)是淀粉经酸解环化生成的产物。它可以包络各种化合物分子，增加被 包络物对光热、氧的稳定性，改变被包络物质的理化性质。 在食品行业 具有 龙用送 环状糊精有着保护一些物质抗氧化、抗光、抗热、防挥发以及固相化等 功能，所以可作为多功能食品添加剂。其主要用途： 在食品加工和保存过程中B-CD可以防止各种香料、油料、香辛料及 其它易挥发物质的挥发，长期保持食品香味不变。B-CD可以保持易氧化 遇光分解、遇热易变质的色素、氨基酸和维 生素等营养成份的稳定 2.BCD可以除去鱼、肉腥味及食品中补加维生素B等营养成份后的不 愉快味道及其它食品中的异味，增加食品的适口性，也可以改善糖精和甜 蜜素等甜味剂的口感。 3.B-CD对于含油量高的饮料，如：冰淇淋、咖啡饮料及其它乳化食品 等均 可使其形成长期移稳定的乳状液。若与食品乳化剂配合使用，乳化效 果更佳。 4.BCD可以使食品防腐剂、保鲜剂缓慢释放，提高防腐效果，延长食 品保质期。 有的企业在开发和生产食品饮料时，立品生产时程中偶到产量、质量等问 题时，习惯使用机械设备来解决。且不说机械设备投资很大 有的产品产 量、质量问题使用机械设备未必就能解决得好，有的难题还解决不了。在 不少场合，运用酶学技术不仅花费不多便能解决相关的问题，还能创造性 地开发出科技新产品。 据科研显示，磷酸二酯键水解的非醢反应需要3年时间，腺瞟吟脱氨的非 酶反应需要上百年，而乳清酸脱羧的非酶反应要上千年才能完成。如果用 酶催化，这些反应将在几小时甚至数十分钟或更短的时间内便可完成。由 此可见，酶技术提高生产效率有时候是机械设备难以相比拟的。 ·从食品饮料科学领域可将酶分为加工类、风味类、食用类三种类型。 ·每种类型都有数十种酶可供运用。用酶在机械设备上投产不大，主要使用 5
5 • 第二节 酶技术 一、酶的性质和食品加工 • （一）酶的催化特性 • （二）食品酶制剂 • （三）酶的活力单位 • （四）固定化酶 二、酶在食品生产中的应用 • （一）酶在蛋白类食品加工中的应用 • （二）酶在果蔬类食品加工中的应用 • （三）酶在淀粉类食品加工中的应用 1、果葡糖浆 • 是以淀粉为原料，淀粉酶液化，及 a- 淀粉酶，脱支酶协同糖化， 精制浓宿而成的,含果糖 42%以上的淀粉糖品。 • （三）酶在淀粉类食品加工中的应用 2、酶法生产环状糊精 • β-环状糊精（β-cyclodextrin 简称β-CD）β－环状糊精（β-Ｃ Ｄ）是淀粉经酸解环化生成的产物。它可以包络各种化合物分子，增加被 包络物对光热、氧的稳定性，改变被包络物质的理化性质。 在食品行业中具有广泛用途 • 环状糊精有着保护一些物质抗氧化、抗光、抗热、防挥发以及固相化等 功能，所以可作为多功能食品添加剂。其主要用途: • 1、 在食品加工和保存过程中β-CD 可以防止各种香料、油料、香辛料及 其它易挥发物质的挥发，长期保持食品香味不变。β-CD 可以保持易氧化、 遇光分解、遇热易变质的色素、氨基酸和维生素等营养成份的稳定。 • 2. β-CD 可以除去鱼、肉腥味及食品中补加维生素 B 等营养成份后的不 愉快味道及其它食品中的异味，增加食品的适口性，也可以改善糖精和甜 蜜素等甜味剂的口感。 • 3. β-CD 对于含油量高的饮料，如：冰淇淋、咖啡饮料及其它乳化食品 等均可使其形成长期移稳定的乳状液。若与食品乳化剂配合使用，乳化效 果更佳。 • 4. β-CD 可以使食品防腐剂、保鲜剂缓慢释放，提高防腐效果，延长食 品保质期。 • 有的企业在开发和生产食品饮料时，产品生产过程中遇到产量、质量等问 题时，习惯使用机械设备来解决。且不说机械设备投资很大，有的产品产 量、质量问题使用机械设备未必就能解决得好，有的难题还解决不了。在 不少场合，运用酶学技术不仅花费不多便能解决相关的问题，还能创造性 地开发出科技新产品 。 • 据科研显示，磷酸二酯键水解的非酶反应需要 3 年时间，腺嘌呤脱氨的非 酶反应需要上百年，而乳清酸脱羧的非酶反应要上千年才能完成。如果用 酶催化，这些反应将在几小时甚至数十分钟或更短的时间内便可完成。由 此可见，酶技术提高生产效率有时候是机械设备难以相比拟的。 • 从食品饮料科学领域可将酶分为加工类、风味类、食用类三种类型。 • 每种类型都有数十种酶可供运用。用酶在机械设备上投产不大，主要使用