第四章：发酵技术

（3）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： ①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，α -l，4-糖苷键及α -1，6-糖苷键被切断，先分 解为糊状，再分解成麦芽糖，最后成葡萄糖。 ②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。 ③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。 ④中和反应 ：谷氨酸与碱进行中和反应可制成谷氨酸钠。
1、发酵食品中细菌的利用
（1）乳酸菌发酵 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26～30℃。 ①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、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 12～48h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。
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、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。
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、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 。
②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）。 ③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。
2、发酵酒和面包中酵母菌的利用
（1）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。
蔬菜的乳酸发酵过程大致分为三个阶段 ： • 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 ：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% 。（产酸但不产气）
4、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、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。
第四章：发酵技术和酶技术
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。
产毒：肉毒杆菌产生毒素，应防止。 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Hale Waihona Puke Baidu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。
2、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、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、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、腐 乳的生产等。 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。
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。
• 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 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。
酶活性表示方法： 国际单位（IU）-1min转化1μ mol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。
• 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，
2、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pH＜2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。
6、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
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。
（2）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。
• 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 。
重要的发酵类型 1.酒精发酵 糖+ 酵母 → 酒精+ CO2 2.醋酸发酵 酒精+醋酸菌+O2 → 醋酸+ H2O 3.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
3、发酵食品中霉菌的利用
（1）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蛋白质和糖等的分解产物。
（2）酱油制造中霉菌的利用
3、氧的供应 微生物可分 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：如肉毒杆菌为专性厌氧菌 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。