食品工艺—发酵

null食品的发酵食品的发酵 主讲人：刘 欣 null第一节 发酵与发酵食品的概念 第二节 食品发酵微生物类群 第三节 食品发酵常用方法 第四节 食品发酵引起的变化 第五节 影响发酵食品品质的因素 第六节 典型的发酵食品工艺及特点第一节 发酵与发酵食品的概念第一节 发酵与发酵食品的概念 一、发酵（Fermentation） 广义——通过微生物的培养使某种特定代谢产物或菌体本身大量积累的过程。 狭义——厌氧微生物或兼性厌氧微生物在无氧条件下进行能量代谢并获得能量的一种方式。null 发酵的英文Fermentation是从拉丁语 ferver即“翻腾”、“沸涌”、“发泡”而 来，原指轻度发泡或沸腾状态，因为发酵有 鼓泡和类似翻腾、沸涌的现象。如中国的黄 酒、欧洲的啤酒就以起泡现象作为判断发酵 进程的标志。 null 盖·吕萨克发现发酵是糖 转化成乙醇和CO2的过程。 法国科学家巴斯德分离 出引起发酵的微生物，证实 酒精发酵是由酵母菌引起的。 随后发现乳酸发酵、醋酸发 酵、丁酸发酵由不同细菌引 起。 null 从分子反应角度，如果电子供体是有机化 合物，最终电子受体也是有机化合物的生物 氧化过程称为发酵作用。 发酵不仅仅是指微生物对糖类的作用，还 包括微生物和酶对糖、蛋白质、脂肪等营养 物质的作用。 null二、发酵食品 广义——凡是利用微生物的作用制取的食品都可称为发酵食品。 狭义——人们利用有益微生物加工制造的一类食品，具有独特的风味，如酸奶、干酪、酒酿、泡菜、酱油、食醋、豆豉、黄酒、啤酒、葡萄酒等。 null 发酵食品在加工过程中有微生物或酶参 与，微生物产生一系列特定的酶(包括原料本 身的酶)，催化食品原料，发生生物、化学反 应，包括生物合成作用、由原料降解的分解 作用，以及推动生物合成过程所必须的各种 化学反应，代谢活动的产物累积，得到发酵 食品特殊的品质。null 腐乳是大豆制品 经多种微生物及其产 生的酶，将蛋白质分 解为胨、多肽和氨基 酸类物质以及一些有 机酸、有机醇和酯类 而制成的具有特殊色 香味的豆制品。null代表性的发酵食品 ①酒精饮料，如白酒、黄酒、果酒、啤酒； ②乳制品，如酸奶、酸性奶油、马奶酒、干酪; ③豆制品，如豆腐乳、豆豉、纳豆； ④发酵蔬菜，如泡菜、酸菜； ⑤调味品，如醋、黄酱、酱油、甜味剂（如天 冬甜味精）、增味剂（如5'-核苷酸）和味精。 第二节 食品发酵微生物类群第二节 食品发酵微生物类群 一、细菌 二、酵母菌 三、霉菌 一、细菌一、细菌1.醋酸杆菌属(Acetobacter) 此菌属幼龄菌，为革兰氏阴性杆菌，老龄菌经革兰氏染色后常为阳性，无芽孢，需氧，有较强的氧化能力，能将乙醇氧化为醋酸。虽然对制醋工业有利，但是对酒类及饮料生产有害。 一般在发酵的粮食、腐败的水果、蔬菜及变酸的酒类和果汁中常出现。 中科ASl．4l醋酸菌、沪酿1.01醋酸菌、醋化醋杆菌、恶臭醋酸菌、许氏醋酸杆菌、 胶膜醋酸杆菌。null2.乳酸杆菌属(Lactobacillus) 此菌为革兰氏阳性杆菌，菌体呈杆状，链状排列。根据它利用葡萄糖进行同型发酵或异型发酵的特性，将本属分为两群，即同型发酵群和异型发酵群。 常在乳制品和植物性发酵食品中发现。 嗜酸乳杆菌、乳酸乳杆菌、 保加利亚乳杆菌、干酪乳杆菌null3.链球菌属（Sterptococcus） 此菌属为革兰氏阳性球菌，呈短链或长链状排列。几种常见菌种如下： 乳链球菌为牛乳及其制品的污染菌； 嗜热链球菌常存在于牛乳、乳制品及酸乳中； 粪链球菌存在于人和温血动物的粪便中，为乳酶生产菌。null4.芽孢杆菌属（Bacillus） 革兰氏阳性杆菌，需氧，能产生芽孢。在自然界分布很广，在土壤及空气中尤为常见。其中枯草杆菌是著名的分解蛋白酶及淀粉酶的菌种，纳豆杆菌是豆鼓的生产菌；多粘芽抱杆菌是生产多粘菌素的菌种。有的菌株也会引起米饭及面包腐败变质。二、酵母菌二、酵母菌1.酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae) 酿酒酵母又名啤酒酵母，为子囊菌纲，内孢霉目，酵母菌科，酵母菌属。应用于啤酒、白酒、果酒的酿造和面包制造，由于菌体的维生素、蛋白质含量高，亦可作药用和饲料酵母，具有较大经济价值。 分布于各种水果表面、发酵果汁、果园土和酒曲中。null2.球拟酵母(Torulopsis) 球拟酵母属半知菌纲，丛梗泡目，隐球酵母科，球拟酵母属。有的菌种具有酒精发酵力，能使葡萄糖转化为多元醇，如在工业上利用糖蜜生产甘油。有的菌种比较耐高渗透压（高浓度糖或盐），如酱及酱油生产中的易变球拟酵母及埃契氏球拟酵母。null3.面包酵母(Saccharomyces cerevisiae) 亦称压榨酵母、新鲜酵母、活性干酵母，是做面包时发酵用的酵母。其制法是将纯酵母移植于含糖的培养液内，在大量通气条件下，使之繁殖，再用高速离心机分离出培养液中的酵母，菌体经压滤机滤去过量的水，最后用压块机压成块状。null主要特性是利用发酵糖类产生的大量CO2和少量酒精、醛类及有机酸来提高面包风味时，发酵麦芽糖速度快，较耐盐和糖，储藏稳定，细胞含甘露聚糖及肝糖多，所以制成的酵母耐久性强。 null4.上面酵母 酵母在液体基质内繁殖时，许多增殖的酵母细胞浮游于液体上层，这种酵母称为上面酵母。啤酒发酵温度为10—25℃，发酵终了形成泡盖，很少下沉。在啤酒发酵中，上面酵母形成上面发酵，酿制成上面发酵啤酒。null5.下面酵母 酵母在液体基质内繁殖时，许多增殖的酵母细胞沉降于底层。这种酵母称为下面酵母。啤酒发酵温度为5—10℃，发酵终了时大部分酵母凝集而沉淀至器底。 三、霉菌三、霉菌1.毛霉属(Mucor) 毛霉具有分解蛋白质功能，如用来制造腐乳，可使腐乳产生芳香物质和蛋白质分解物(鲜味)。某些菌种具有较强的糖化力，可用于酒精和有机酸工业原料的糖化和发酵。生长在水果、果酱、蔬菜、糕点、乳制品、肉类等食品上，引起腐败变质。 代表菌种鲁氏毛霉、总状毛霉null2.曲霉属(Aspergillus) 此菌菌丝老熟后常呈黑、棕、黄、绿、红等颜色。曲霉菌具有分解有机质的能力，在酿造中常作为糖化菌种。 发酵食品及酿酒工业中常应用的黄曲霉及黑曲霉是较著名的曲霉。null3.根霉属（Rhizopus） 用途广泛，能产生淀粉酶，使淀粉转化为糖，是酿酒工业常用的糖化菌。引起粮食及其制品霉变。 代表菌种黑根霉、米根霉、无根根霉。null4.红曲霉属（Monascus） 能合成多种酶类（淀粉酶、麦芽糖酶、蛋白酶）、色素（天然红色素）、及其他生理活性物质（柠檬酸、琥珀酸、乙醇）。用于酿酒、制醋、酱油、味精、肉制品和豆腐乳着色剂，食品染色剂和调味剂。 第三节 食品发酵常用方法第三节 食品发酵常用方法一、根据发酵基质物理状态分为固态发酵、液态 发酵和半固态发酵 二、根据涉及的主要微生物种类分为自然发酵和 纯种发酵 三、根据是否需要氧气分为好氧发酵和厌氧发酵一、根据发酵基质物理状态分类一、根据发酵基质物理状态分类1.固态发酵 指发酵基质呈不流动状态，基质中没有或几乎没有游离水的发酵过程。 我国传统发酵常用的形式，如固态酱油发酵、米醋发酵、大曲酒发酵等。 印度尼西亚的丹贝发酵和日本纳豆生产也都采用固态发酵法。null2.液态发酵 指发酵基质呈流动状态的发酵过程。如啤酒发酵、果醋发酵等。 3.半固态发酵 指发酵基质为半流动状态，大的原料颗粒悬浮在液体中的发酵过程。如黄酒、酱油、稀醪发酵等。 二、根据涉及的主要微生物种类分类二、根据涉及的主要微生物种类分类1.自然发酵 指利用自然的微生物菌群对产品进行发 酵的过程。如古代的酿酒、制醋、做酱、酱 油以及干酪等。 发酵过程有多种微生物参与，其产物多 种多样，发酵过程较难控制，在多数情况下 还依赖于实践经验。 null2.纯种发酵 指利用单种或多种混合微生物对产品进行发酵 的发酵过程。特点是生产周期短，生产易于机械 化，干扰因素少。 目前，有些传统自然发酵食品正在向纯种发酵 方向发展并且效果明显，如日本开发的纯种制取技 术，欧美等已经制成的用于酸奶和发酵肠的纯种发 酵剂，这些技术使得发酵生产易于控制，发酵效果 好，产品质量高，提高劳动生产率和竞争力。null 我国的腐乳生产也改革了传统的豆腐毛坯 的制造方法，使用优良菌株进行纯种培养， 使菌种在保持原有优点的同时更加适宜高温 条件，从而实现自动化连续生产，同时稳定 了产品质量，打破了传统腐乳形态和风味等 的局限性，实现了腐乳质构的重组。 三、根据是否需要氧气分类三、根据是否需要氧气分类1.好氧发酵 发酵产品主要是由需氧微生物和厌氧微生 物产生的，其中大多数发酵过程是由需氧微 生物进行的，在需氧发酵的过程中必须不断 地向培养液中提供氧气（无菌空气）。氧气 经过微生物的呼吸作用，在微生物体内进行 着物质和能量代谢。null 在微生物能力代谢活动中，氧的供给十 分重要，如果发酵过程中微生物的需氧量按 20—50mmol/(L·h)计算，培养液中的溶解氧 只能维持菌体正常生命活动20—50s。若不继 续向培养液中连续供给氧气，菌体的呼吸就 会受到强烈的抑制。 null 在各种代谢产物的发酵过程中，随着生产 能力的不断提高，微生物的需氧量不断增 加，对发酵设备供养能力的要求愈来愈高。 溶解氧浓度已成为工业发酵中提高生产能力 的限制因素。所以，处理好发酵过程中供氧 与需氧之间的关系，是研究最佳发酵工艺条 件的关键因素之一。null2.厌氧发酵 在隔绝氧气的情况下进行的发酵过程。有 些微生物只能在无氧的条件下进行发酵，使 一些物质转化成人们生产和生活所需的微生 物能源、微生物饲料、微生物肥料等。 底物在厌氧条件下通过微生物的代谢活动 而被稳定化，同时伴有甲烷和CO2产生。null 液化阶段主要是发酵细菌起作用，包括 纤维素分解菌和蛋白质水解菌，产酸阶段只 要是醋酸菌起作用，产甲烷阶段主要是甲烷 细菌，他们将产酸阶段产生的产物降解成甲 烷和CO2同时利用产酸阶段产生的氢将CO2还 原成甲烷。null厌氧发酵的影响因素有原料配比、温度、pH等。 厌氧发酵的碳氮比以20—30为宜，当碳氮比 在35时产量明显下降；温度在35—40℃为宜； 对于甲烷细菌来说，维持弱碱环境是绝对必要 的，其最佳pH范围为6.8—7.5，pH低，使CO2大 增，产生大量水溶性有机物和H2S，硫化物含量的 增加抑制了甲烷菌的生长，可以加石灰调节pH,但 最好的方法是调节原料的碳氮比，因为底物中用 以中和酸的碱度主要是氨氮，底质含氮量越高， 碱度越大，当VFA（挥发性脂肪酸）>3000时，反 应会停止。第四节 食品发酵引起的变化第四节 食品发酵引起的变化一、物理变化 二、化学变化 三、生物变化一、物理变化一、物理变化 在发酵过程中，特别是在某些霉菌活动 下，有可能借助于微生物酶的生化作用将不 易消化的保护层和细胞壁分离。霉菌含有大 量纤维素分解酶，它生长时菌丝会深入到食 品结构内部，改变食品组织结构，便于蒸煮 或浸泡使水分以及人体的消化汁液向结构内 部渗透。二、化学变化（香味成分形成）二、化学变化（香味成分形成） 根据微生物作用的物质不同，大致可分为 朊解、脂解和发酵，其中朊解和脂解对食品 风味有不良影响。 朊解菌分解蛋白质及其他含氮物质，产生 腐臭味；脂解菌代谢脂肪、磷脂和类脂物质, 产生哈败和鱼腥味。 发酵菌主要作用于糖类及其衍生物，将它 们转化为有机酸、酒精和CO2，有机酸提供 柔和的酸味，乙醇调节和改善风味，同时抑 制有害微生物生长繁殖。三、生物变化（物质转化）三、生物变化（物质转化）1.乳酸发酵 2.酒精发酵 3.醋酸发酵 4.其他有机酸发酵1.乳酸发酵1.乳酸发酵同型乳酸发酵：发酵产物只有乳酸。同型乳酸发酵菌有双球菌属、链球菌属及乳酸杆菌属（保加利亚乳杆菌） 异型乳酸发酵：发酵产物除乳酸外，还有乙醇、乙酸及CO2等其他产物。异型乳酸发酵菌有明串珠菌属（短乳杆菌、两歧双歧乳酸菌）同型乳酸发酵同型乳酸发酵基质主要是己糖，通过EMP途径产生乳酸。葡萄糖经EMP途径降解为丙酮酸后，不经脱羧，而是在乳酸脱氢酶的作用下直接被还原为乳酸。 总反应式： C6H12O6+2ADP+2Pi 2CH3CHOHCOOH+2ATP异型乳酸发酵异型乳酸发酵通过磷酸解酮酶途径（PK）进行。 肠膜明串球菌、短乳杆菌等通过戊糖解酮途径将葡萄糖发酵产生乳酸、乙醇和CO2及ATP C6H12O6+ADP+Pi CH3CH(OH)COOH+CH3CH2OH+CO2+ATP 双叉乳酸杆菌、两歧双歧乳酸菌等通过己糖PK途径将葡萄糖发酵产生乳酸、乙醇和CO2及ATP 2C6H12O6+5ADP+5Pi 2CH3CH(OH)COOH+3CH3COOH+5ATP null 乳酸发酵被广泛应用于泡菜、酸奶、乳酪 等的生产。由于乳酸菌活动的结果积累了乳 酸，抑制了其他微生物的发展，使蔬菜、牛 乳得以保存。 近代发酵工业多采用淀粉为原料，先经糖 化，再接种乳酸菌进行乳酸发酵生产乳酸。null 在发酵中，乳酸菌的作用顺序由耐酸性决 定。如在乳制品发酵中，当酸含量达 0.7%~1.0%时，液化链球菌、乳酸乳球菌以 及脂肪链球菌被抑制，而较为耐酸的干酪乳 杆菌（1.5%~2.0%）和保加利亚乳杆菌 （2.5%~3.0%）会继续生长；在蔬菜发酵 中，乳杆菌比链球菌有更强的产酸能力。null 具有遗传稳定性和黏性形成特性的乳酸 菌，用于各式发酵乳、调味品、面包的生产 中，以减少或避免使用合成稳定剂和乳化剂。 有些乳酸菌，如明串珠菌、乳酸杆菌和片 球菌，能产生细菌素，用在发酵肉中可以抑 制腐败菌，减少硝酸盐等食品添加剂的使用。null 欧洲在生产干酪时发现，乳酸乳球菌产生的 nisin等细菌素能够阻止丁酸梭杆菌的生长，防止 不良风味出现。已经知道目前45个国家允许使用 乳酸乳球菌，用于干酪、其他乳制品、加工蔬菜、 肉汤、调味料和啤酒的生产，进而抑制肉毒梭菌 生长。 nisin等生物防腐剂也可减少或避免化学防腐 剂如硝酸盐、山梨酸、苯甲酸等的使用，提高产 品质量。 2.酒精发酵2.酒精发酵通过EMP途径，酵母菌将葡萄糖转化为乙醇和CO2，并放出能量。 反应途径： EMP NADH2→NAD C6H12O6 2CH3COCOOH 2CO2+2CH3CHO 2CH3CH2OH 总反应式： C6H12O6+2ADP+2Pi 2CH3CH2OH+ 2CO2+2ATP null 酒精发酵是酿酒工业的基础，与白酒、果酒、 啤酒的生产密切相关。参与的主要微生物是酵母 菌，如啤酒酵母、葡萄酒酵母。有些菌种不仅产 生酒精，害形成醛类、酸类、酯类等混合物。少 数细菌如发酵单胞菌、嗜糖假单胞菌等也能进行 酒精发酵，利用葡萄糖，通过ED途径进行发酵。 酒精发酵是酵母菌正常的发酵形式，又称第一 型发酵，如果改变正常的发酵条件，可使酵母进 行第二型和第三型发酵，产生甘油。第二型发酵第二型发酵有亚硫酸氢钠存在时，其与乙醛起加成作用，生成难容的结晶状亚硫酸氢钠加成物——磺化羟乙醛； NaHSO3+CH3CHO CH3C(OH)(O2SNa)OH 由于加成作用，乙醛不能作为氢受体，迫使磷酸二羟丙酮作为氢受体生成α—磷酸甘油； CH2(OH)COCH2OPO3H+NADH2 CH2(OH)CH(OH)CH2OPO3H2+NADnullα—磷酸甘油在α—磷酸甘油磷酸酯酶催化下水解，除去磷酸生成甘油 CH2(OH)CH(OH)CH2OPO3H2+H2O CH2(OH)CH(OH)CH2OH+H3PO4 总反应式： C6H12O6+NaHSO3 CH2(OH)CH(OH)CH2OH+CH3CH(O2SNa)OH+CO2 第三型发酵第三型发酵碱性条件下，促使乙醛不能作为受氢体，而是两分子乙醛间发生歧化反应，即相互进行氧化还原反应，一分子乙醛被氧化成乙酸，一分子乙醛被还原为乙醇： NADH2→NAD CH3CHO+CH3CHO CH3COOH+CH3CH2OH H2O 迫使磷酸二羟丙酮作为受氢体，最终形成甘油。 总反应式： 2C6H12O6 2CH2(OH)CH(OH)CH2OH+ CH3COOH+CH3CH2OH+2CO2null 第三型发酵不产生能量，在非生长情况下进行。 用此途径生产甘油，必须在第三型发酵液中不断 加入碳酸钠以维持其碱性，否则由于酵母菌产生 酸而使发酵液pH降低，又会恢复到正常的酒精发 酵而不累积甘油。 酵母菌在不同条件下发酵结果不同，通过控制 环境条件利用微生物的代谢活动，有目的地生产 有用的产品。3.醋酸发酵3.醋酸发酵 醋酸发酵经历三个阶段：原料的液化与糖 化，酒精发酵，醋酸发酵。同时伴随蛋白质 的水解作用和合成芳香酯类的酯化作用。 醋酸发酵可以分为好氧性醋酸发酵与厌氧 性醋酸发酵。好氧性醋酸发酵好氧性醋酸发酵有氧条件下，好氧性醋酸菌将乙醇直接氧化为醋酸，氧化过程为脱氢加水过程 —2H +H2O —2H CH3CH2OH CH3CHO CH3CH(OH)2 CH3COOH 脱下的氢最后经呼吸链和氧结合成水，并放出能量： 4H+O2→2H2O+489kJ 总反应式 CH3CH2OH+O2→CH3COOH+H2O+489kJ null 好氧性醋酸发酵是制醋工业的基础，原料 或酒精接种醋酸菌后，经发酵生成醋酸，发 酵液进一步精制，制成各种食用醋；发酵液 经提纯可制成冰醋酸。厌氧型醋酸发酵厌氧型醋酸发酵热醋酸梭菌通过EMP途径发酵葡萄糖，产生醋酸。研究证明该菌只有丙酮酸脱羧酶和COM，能利用CO2作为受氢体生成乙酸。 C6H12O6+2ADP+2Pi→2CH3COCOOH+4H+2ATP 丙酮酸脱羧酶和乙酸激酶 2CH3COCOOH+2H2O+2ADP+2Pi 2CH3COOH+2CO2+4H+2ATP COM 2CO2+8H CH3COOH+2H2O 总反应式C6H12O6+4(ADP+Pi)→3CH3COOH+4ATP nullCH3COCOOH，丙酮酸，原称焦性葡萄酸，是参于整个生物体基本代谢的中间产物之一。丙酮酸可通过乙酰CoA和三羧酸循环实现体内糖、脂肪和氨基酸间的互相转化，因此，丙酮酸在三大营养物质的代谢联系中起着重要的枢纽作用。 好氧性醋酸发酵是糖醋酿造的主要途径。4.柠檬酸发酵4.柠檬酸发酵葡萄糖经EMP途径形成丙酮酸，再由两分子丙酮酸之间发生羧基转移，形成草酰乙酸和乙酰CoA，草酰乙酸和乙酰CoA再缩合成柠檬酸： 糖化 EMP 释放CO2 淀粉 葡萄糖 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸 草酰乙酸+乙酰CoA 柠檬酸 总反应式： 2C6H12O6+3O2 2C6H8O7+4H2Onull柠檬酸是重要的食品酸味调节剂和化工原料，能够积累柠檬酸的霉菌以曲霉属、青霉属和橘霉属为主，其中黑曲霉、米曲霉、灰绿青霉、淡黄青霉、光橘霉产酸量高。 青霉和曲霉进行的表面发酵（早期） 以黑曲霉深层发酵为主，并进行表面和固体发酵工艺（20世纪50年代） 发酵液经一系列提取工艺，如钙盐法、离子交换或膜分离法获得柠檬酸（含一个结晶水）第五节 影响发酵食品品质的因素第五节 影响发酵食品品质的因素一、原料 二、加工过程 三、贮存方式一、原料一、原料 各种微生物对营养物质都有一定的嗜好性，所 以，发酵时原料中主要成分就会对所存在的微生物 进行选择。例如淀粉为主料时，能利用淀粉的菌类 如根霉、黑曲霉等的生长就会占优势。 传统工艺就是利用这种选择作用，巧妙地调配 成分不同的原料，把自然界带入的各种微生物在发 酵基质中进行选择性富集培养，这些微生物的生长 和代谢结果就能产生出有独特风味的发酵食品。二、加工过程二、加工过程 在影响微生物繁殖和代谢的许多因素中， 控制食品发酵过程的因素主要包括温度、含 氧量、酸度、乙醇浓度、发酵剂和食盐。这 些因素决定着发酵食品在加工和贮藏期间可 能繁殖的微生物种类，因此，在发酵过程中 控制好这些因素至关重要。 1.温度1.温度 各种微生物都有其适宜的生长温度，因而 发酵食品中不同类型的发酵作用可以通过温 度来控制。 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、 乳酸及乙醇等代谢产物，它们是肠膜状明串 珠菌、黄瓜发酵乳杆菌和短杆乳菌。null 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杆乳菌能忍受 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、乙醇和其他预期的产物，影响了 产品风味。所以卷心菜胭脂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。 null 食醋在酿造过程中有两种主要微生物即酵母和 醋酸杆菌参与，其中酵母适宜生长和发酵的温度 较低（28—33℃），醋酸杆菌的适宜生长和发酵 温度较高（33—41℃）。如果前期酒精发酵阶段 的温度控制太高，就会影响酵母的生长，降低糖 到酒精的转化率，甚至造成其他微生物的污染。 到了醋酸发酵阶段，发酵温度提高，则有利于醋 酸杆菌生长，将酒精氧化成醋酸。这充分这说明 了发酵过程中如何运用发酵温度以控制适宜菌种 生长的重要性。2.含氧量2.含氧量不同微生物对氧的需要不同，例如： 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，酵母进行乙醇发酵，将糖分转 化成乙醇。 细菌中有需氧的，兼性厌氧的和专性厌氧的品种。 例如，醋酸菌是需氧的，乳酸菌为兼性厌氧的， 肉毒杆菌为专性厌氧。 null 面包酵母（啤酒酵母）和葡萄酒酵母在需 氧条件下生长良好，产生大量的细胞，但在 厌氧条件下，它们可使糖发酵得更快。因 此，在面包酵母的工业生产中，酵母的繁殖 是在需氧条件下，使无菌空气扩撒入发酵容 器内已接种酵母的糖蜜溶液中进行；但在面 包生产过程中（大量酵母已繁殖足够后）， 相对厌氧条件对发酵有利。null 在制醋过程中，发酵主要是以发酵菌与氧的 关系为基础分步进行。第一步是将糖分转化为酒 精，在需氧条件下先促进酵母繁殖，随即采用厌 氧条件，促使糖分通过发酵转化为酒精。第二步 是把酒精转化为醋酸，在需氧条件下进行。这种 转化实际是一种氧化发酵。操作一般在搅拌或通 气的容器内进行。此外，过量的充气也会进一步 使醋酸氧化为CO2和水。所以，必须在食品发酵中 根据需要提供或排除空气或氧气，以促进或抑制 特殊微生物的繁殖。 3.酸度3.酸度 不论是食品原有成分，还是外加的或发酵后生 成的酸，都有抑制微生物生长的作用，即含酸食品 有一定的防腐能力。 高酸度时，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 白质以及催化导致合成被膜组分反应的酶的活性， 从而影响了菌体对营养物质的吸收。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。null 含酸食品是食品的一种保藏状态，但是如 果有氧存在，并且表面有霉菌繁殖使酸进一 步降解，酸的保藏作用就会减弱或丧失；通 过类似的方式，含酸食品表面还可以发生蛋 白质降解和脂肪降解作用。 英国契达干酪在成熟过程中可能发生这种 状况，从而形成一种产品质量缺陷。null 酸度也可能通过中和作用而有效的降低， 某些酵母能耐受中等酸度，并能降解蛋白质 产生碱性终产物（如氨），中和前期形成的 酸，使蛋白质分解菌和脂类分解菌进一步生 长和繁殖 这种作用对于林堡干酪的表面成熟非常重 要，而且需要促进其发生。null 生乳在自然发酵时，乳酸链球菌开始控制 发酵作用并产生乳酸，当酸度达到一定程度 时才抑制该微生物的生长，此时牛乳中比乳 酸链球菌更耐酸的乳酸杆菌开始生长，它会 进一步发酵产酸，直至酸度达到抑制其进一 步生长的浓度为止。null 在高酸环境中，乳酸杆菌逐渐死亡，而耐酸的 酵母和霉菌开始生长。霉菌氧化酸的同时酵母菌分 解蛋白质产生碱性终产物，这两种作用可以逐渐降 低酸度，形成适合分解蛋白质和脂类的腐败细菌生 长的环境，这些微生物的生长使乳向碱性方向发展。 在乳链球菌和乳酸杆菌生长过程中，牛乳发生 凝结，此时不良风味很少产生。霉菌、酵母以及随 后的分解蛋白质和脂类的细菌的生长会消化这些凝 块，同时产气并形成具有不良气味的腐败特征。 4.乙醇浓度4.乙醇浓度 与酸一样，乙醇也具有防腐作用，这是由于乙 醇具有脱水性质，使菌体蛋白质因脱水而变性的 缘故。另外，乙醇还可以溶解菌体表面脂质，起 到一定的机械除菌作用。 乙醇防腐效果视其浓度而定。按容积计， 12%—15%的发酵乙醇就能抑制微生物生长。葡萄 经天然发酵后，乙醇含量仅为9%—13%，防腐能力 不够，仍需巴氏杀菌。若在葡萄酒中加入乙醇， 使其浓度达到20%，则不需进行巴氏杀菌就可以防 止腐败和变质。5.发酵剂5.发酵剂 如果在发酵开始时加入大量预期的发酵 剂，那么它们就可以迅速地生长繁殖，并一 直其他杂菌的生长，从而促使发酵向着预期 的方向进行。例如面包、馒头的发酵，酿酒、 酸奶的发酵，就是利用了这种技术。null 随着食品工业技术的发展，发酵前加入的 预期发酵剂已经可以用纯培养的方法制得， 这种纯培养发酵剂称为酵种，可以使单一菌 种，也可以是混合菌种。 通常这些酵种对于某些外界因素具有抗 性，如农场生产干酪用的牛乳中可能含有微 量的抗生素和残余农药，这些酵种对于徐军 兵苏也具有一定的抗性，否则这些因素都会 干扰发酵剂的活力。6.食盐6.食盐 各种微生物的耐盐性不相同，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能忍受 10%—18%的食盐浓度，而大多数朊解菌和脂 解菌不能忍受2.5%以上的食盐浓度。 通过控制腌制时食盐浓度可以达到防腐和 发酵的目的。三、贮存方式三、贮存方式 对于发酵后得到的产品，一般都要分散包 装，包装的容器应消毒、在无菌车间进行包 装密封。除酒类等少数产品外，发酵食品的 保存期都比较短，发酵乳制品最为明显，如 果保存不当，由于微生物的生长就会发生变 质。大多数发酵产品应在低温干燥避光处存 放。第六节 典型发酵食品工艺及特点第六节 典型发酵食品工艺及特点一、利用细菌进行的发酵 食醋、发酵乳制品、氨基酸发酵、黄原胶 生产 二、利用酵母菌进行的发酵 面包、酿酒 三、利用霉菌进行的发酵 酱类、柠檬酸 一、利用细菌进行的发酵一、利用细菌进行的发酵 在食品工业中， 利用细菌发酵生产多 种产品，如食醋、乳 酸饮料、味精及种类 繁多的调味品等。下 面简要介绍食醋。食醋食醋 食醋酿造在我国已有三千多年的历史，生产工 艺主要有固态发酵发、液体深层发酵法、酶法液化 通风回流法。按产品特征可分为合成醋、酿造醋、 再制醋三大类，其中最常见的是酿造醋。 酿造醋是以粮食等淀粉质为原料，经微生物制 曲、糖化、酒精发酵、醋酸发酵等阶段酿制而成。 其主要成分除醋酸（3%—5%）外，还含有各种氨 基酸、有机酸、糖类、维生素、醇和酯等营养成分 及风味物质，具有独特的色香味。null（1）生产原料 薯类如甘薯、马铃薯；粮谷类如玉米、大米； 粮食加工下脚料如碎米、麸皮、谷糠； 果蔬类如黑醋栗、葡萄、胡萝卜； 野生植物如橡子、菊芋； 其他，如酸果酒、酸啤酒、糖蜜。 除上述原料外，还需要疏松材料，如谷壳、玉 米芯等，使发酵料通透性好，有利于好氧微生物的 生长。null（2）酿造微生物 传统工艺酿醋利用自然界野生菌制曲、发 酵，因此涉及的微生物种类繁多。 新法制醋均采用人工选育的纯培养菌株进 行制曲、发酵，发酵周期短，原料利用率高。null淀粉液化和糖化微生物 适于酿醋的主要是曲霉菌，常用菌种有甘薯曲霉 AS3.324，黑曲霉AS3.4309，宇佐美曲霉AS3.758 酒精发酵微生物 一般采用子囊菌亚门酵母属中的酵母。K字酵母适用 于以高粱、大米等为原料而酿制的普通食醋，AS2.109、 AS2.399适用于淀粉质原料，AS2.1189、AS2.1190适用 于糖蜜原料。 醋酸发酵微生物 主要菌种为醋酸菌，常用的有奥尔兰醋杆菌、许氏醋 杆菌、恶臭醋杆菌、AS1.41醋酸菌、沪酿1.01醋酸菌。null（3）固态法食醋生产工艺流程 薯干—粉碎—加麸皮混合—润水—蒸料— 冷却—接种（加麸曲、酵母）—入缸糖化发 酵—翻醅—加盐后熟—淋醋—贮存陈醋—配 兑—灭菌—包装—成品null（4）液体深层发酵制醋 将淀粉质原料经液化、糖化发酵后，先制成酒 醪或酒液，然后在发酵罐里完成醋酸发酵。 工艺流程：碎米—浸泡—磨浆—调浆—液 化—糖化（麸曲）—酒精发酵（酒母）—酒醪— 醋酸发酵（醋酸菌）—醋醪—压滤—配兑—灭 菌—陈醋—成品 从醋酸发酵开始，采用发酵罐进行液体深层发 酵，需通气搅拌，醋酸菌种子为液态。null 工艺要点：发酵温度32—35°C；通风前期每 分钟1:0.13（发酵液与无菌空气体积比）；中期 1:0.17；后期1:0.13；罐压维持0.03MPa；连续进 行搅拌，醋酸发酵周期为65—72h。经测定无酒精、 残糖极少、酸度不再增加说明醋酸发酵结束。 优点：机械化程度高、操作卫生条件好、原料 利用率高、生产周期短、产品质量稳定 缺点：风味较差二、利用酵母菌进行的发酵二、利用酵母菌进行的发酵 酵母菌与人们的生 活有着十分密切的关 系，利用酵母菌生产的 食品种类很多，下面简 单介绍面包的生产。面包面包以面粉为主要原料，以酵母菌、糖、油脂和鸡蛋为辅料生产的发酵食品，经发酵好的面团还需经焙烤等熟化过程，也归类为焙烤食品。 面包酵母是一种单细胞生物，学名为啤酒酵母，主要有鲜酵母和活性干酵母，是生产面包必不可少的生物松软剂。 面包生产有传统的一次发酵法、二次发酵法和新工艺快速发酵法。null一次发酵法 原料处理—面团调制（活化酵母）—面团 发酵—分块、搓团—整形—醒发—烘烤—冷 却—包装 优点：生产周期短，所需设备和劳力少， 产品有良好的咀嚼感，有较粗糙的蜂窝状结 构 缺点：风味较差，对时间敏感，大批量生 产时较难操作，生产灵活性较差。 null二次发酵法 原、辅料处理—第一次和面（部分面粉、 部分水、全部酵母）—第一次发酵—第二次 和面（加入剩下的原、辅料）—第二次发 酵—整形—醒发—烘烤—冷却—成品 优点：面包体积大、柔软，具有细微的海 绵状结构，风味良好，生产容易调整 缺点：生产周期长，操作工序多三、利用霉菌进行的发酵三、利用霉菌进行的发酵 绝大多数霉菌能把原料中的淀粉、糖类等 碳水化合物和蛋白质等含氮化合物及其他种 类的化合物进行转化，生产出多种食品、调 味品及食品添加剂。在许多发酵食品生产 中，除了利用酵母外，还要有细菌、酵母的 共同参与来完成。通常只有将淀粉转化为糖 才能被细菌及酵母菌利用。淀粉的糖化、蛋 白质的水解均是通过霉菌产生的淀粉酶和蛋 白质水解酶进行的。null可作为糖化菌种的霉菌很多，常用的有日本根霉、米根霉、黑曲霉、米曲霉、鲁氏毛霉、紫红曲霉、锈色红曲霉等。 利用霉菌生产的发酵产品有很多，比如酱类食品，柠檬酸等。下面简要介绍酱类食品。酱类食品酱类食品通常以粮食和油料作物为主要原料，利用米曲霉为主的微生物经发酵酿制而成。主要包括大豆酱、面酱、豆瓣酱、豆豉等。 用于酱类生产的霉菌主要是米曲霉，常用的有沪酿3.042、黄曲霉Cr-1菌株（不产生毒素）、黑曲霉等。 曲霉有较强的蛋白酶、淀粉酶及纤维素酶活力，可以将原料中的蛋白质分解为氨基酸、淀粉分解为糖类，在其他微生物的共同作用下生成醇、酸、酯等，形成酱类特有的风味。null 市场上的豆酱种类众多，生产采用的原辅 料差异较大，生产酿造工艺也不尽相同。一 般要完成制曲，让微生物产生一定量的水解 酶类，再进行制酱。如大豆酱的生产工艺流 程如下： 制曲：大豆—洗净—浸泡—蒸煮—冷 却—混合（面粉等辅料）—接种（种曲）— 厚层通风培养—大豆曲null 制酱：大豆曲—发酵容器—自然升温 （40°C左右）—盐水配置—澄清— 盐水加热（60—65°C）————————— │14.5°Bé │24°Bé 加第一次盐水—酱醅保温发酵（45°C）—加第二 次盐水及盐—翻酱—成品