第7章发酵食品工艺学2学时

食品科学与工程食品工艺学概论食品工艺学概论主讲：王加华电话：2968813E-mail:[e-mail]食品工艺学概论食品科学与工程学院SchoolofFoodScienceAndEngineering第七章发酵食品加工工艺•第1节概述•第2节发酵食品加工基本原理•第3节啤酒酿制工艺•第4节酱油加工工艺食品工艺学概论食品科学与工程学院SchoolofFoodScienceAndEngineering一、什么是发酵、酿造一、什么是发酵、酿造––发酵的英文发酵的英文FermentationFermentation是从拉丁语是从拉丁语ferverferver即即““翻腾翻腾””、、““沸涌沸涌””、、““发泡发泡””而来；因为发酵有鼓而来；因为发酵有鼓泡和类似翻腾、沸涌的现象。如中国的黄酒、泡和类似翻腾、沸涌的现象。如中国的黄酒、欧洲的欧洲的beerbeer就以起泡现象作为判断发酵进程的就以起泡现象作为判断发酵进程的标志。标志。第1节概述食品工艺学概论食品科学与工程学院SchoolofFoodScienceAndEngineering最早的发酵产品据记载起源于5000BC。据记载最早的发酵食品应是酒类，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，便有了多种多样的发酵食品。™5000-6000BC——wine、黄酒、白酒、Cheese™4000BC——Beer，至古埃及即出现了麦芽糖化。™(酱油、调味品)™白酒：农业社会粮食节余，发酵、蒸馏而得食品工艺学概论食品科学与工程学院SchoolofFoodScienceAndEngineering发酵食品与许多民族文化融为一体。C英国的WhiskyC荷兰的CheeseC俄国的伏特加C德国的啤酒C中国的白酒C日本的清酒C法国的香槟C加拿大冰酒食品工艺学概论食品科学与工程学院SchoolofFoodScienceAndEngineering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。食品工艺学概论食品科学与工程学院SchoolofFoodScienceAndEngineering•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。•发酵工业：（巴斯德）经纯种培养和提炼精制获得的成分单纯、无风味要求的产品的生产过程叫发酵工业。如酒精、抗生素、柠檬酸、氨基酸、酶、维生素、某些色素等。11、发酵及发酵工业、发酵及发酵工业食品工艺学概论食品科学与工程学院SchoolofFoodScienceAndEngineering2、酿造(brewing)和酿造工业•酿造(brewing)：我国人们对对一些特定产品发酵生产的特殊称法，是未知的混合微生物区系参与的一种自然发酵。•酿造工业：经自然培养、不需提炼精制、产品由复杂成分构成并对风味有特殊要求的食品或调味品的生产过程。如黄酒、白酒、清酒、葡萄酒、酱油、醋、腐乳、豆豉、面酱等。食品工艺学概论食品科学与工程学院SchoolofFoodScienceAndEngineering3、发酵与酿造的主要特点1）安全简单发酵与酿造过程绝大数是在常温压下进行的，生产过程安全，所需的生产条件比较简单。2）原料广泛发酵与酿造通常以淀粉、糖蜜或其他农副产品为主原料，添加少量营养因子，就可以进行反应了。发酵与酿造的原料范围已大大扩展，矿产资源和石油产品都可以作为发酵与酿造的原料，甚至生产中的废水、废料都可以作为发酵与酿造的原料。食品工艺学概论食品科学与工程学院SchoolofFoodScienceAndEngineering3）反应专一食品发酵与酿造过程是通过生物体的自动调节方式来完成的，反应专一性强。因而，可以得到较为单一的代谢产物，避免不利或有害副产物混杂其中。4）代谢多样由于各种各样生物体代谢方式、代谢过程的多样化，以及生物体化学反应的高度选择性，即使是极其复杂的高分子化合物，也能在自然界找到所需的代谢产物。因而，发酵与酿造适应的范围非常广。食品工艺学概论食品科学与工程学院SchoolofFoodScienceAndEngineering5）易受污染由于发酵培养基营养丰富，各种来源的微生物都很容易生长，发酵与酿造过程要严格控制杂菌污染，有许多产品必须在密闭条件下进行发酵，在接种前设备和培养基必须灭菌，反应过程中所需空气或流加营养物必须保持无菌状态。发酵过程避免杂菌污染是发酵成功的关键。6）菌种选育发酵与酿造最重要的因素是菌种，通过各种菌种选育手段得到高产的优良菌种，是能否创造显著经济效益的关键。另外，生产过程中菌种会不断地变异，因此，自始至终都要进行菌种的选育和优化工作，以保持菌种的基本特征和优良性状。食品工艺学概论食品科学与工程学院SchoolofFoodScienceAndEngineering1）采用多种原料，且多以淀粉质原料为主。™植物性原料：C麦：beer、breadC豆：酱油、豆豉、腐乳、纳豆C水果：酒、果醋C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：C乳：酸奶、CheeseC肉：香肠44、我国发酵食品的工艺特色、我国发酵食品的工艺特色食品工艺学概论食品科学与工程学院SchoolofFoodScienceAndEngineering2）多菌种混合发酵，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、醪食品工艺学概论食品科学与工程学院SchoolofFoodScienceAndEngineering第2节发酵食品加工基本原理1、发酵⑴定义借助微生物的生命活动来制备微生物菌体本身、直接代谢产物或二次代谢产物的过程。⑵发酵食品分类酒、传统食品、有机酸、酶制剂、功能食品、添加剂、菌体、维生素、核苷酸等。⑶发酵基本条件﹡适合的菌种﹡适合的代谢条件﹡适合的生化反应器﹡适合的分离方法与设备食品工艺学概论食品科学与工程学院SchoolofFoodScienceAndEngineering2、发酵基本过程⑴发酵食品的形成在原有酶及微生物产生的酶的共同作用下，原料有机物产生大分子降解，如淀粉降解、蛋白质降解、脂肪降解、纤维素降解等。这个过程也称为原料的液化阶段。原料降解时产生了各种各样的代谢产物，决定了发酵产物的最终取向。代谢产物形成后，各种的代谢途径使产物组成达到基本平衡，最终形成特定的发酵产品。⑵基本过程可以分为8个步骤食品工艺学概论食品科学与工程学院SchoolofFoodScienceAndEngineering⑴原料一般为天然的原料，价格低廉，来源广泛。如谷物、薯类、或野生植物，农副产品等。⑵预处理包括粗选、除杂、粉碎、热处理或水解等。⑶培养基制备添加水、无机盐、其他营养素、调整pH值、溶解氧等。⑷灭菌对于热稳定性的培养基可以采用热杀菌，热不稳定性的培养基则可采用超滤膜过滤。食品工艺学概论食品科学与工程学院SchoolofFoodScienceAndEngineering⑸大型发酵接入菌种，通过控制发酵温度、pH值、时间，溶解氧，基质浓度等条件，实现对代谢途径和代谢产物的控制。菌种一般经过原菌活化（斜面试管培养），一级扩大培养(种子罐培养)，二级扩大培养（培养罐培养），才作为生产菌种使用。⑹发酵液预处理通过沉淀、过滤、离心分离等过程，除去发酵液中的悬浮杂质。⑺发酵液纯化在预处理的基础上，采用精滤、细胞破碎的手段进一步分离提纯。⑻发酵液精制通过现代的分离技术如层析、超滤、离子交换等方法在分子水平上进行分子级的分离。食品工艺学概论食品科学与工程学院SchoolofFoodScienceAndEngineering3、发酵条件与过程控制⑴培养基在生产上是为满足微生物生长繁殖及代谢的需要。成分是否合适，直接影响微生物的生长与发酵产品的质量。一般分为:斜面培养基:提供菌种繁殖扩大之用，要使菌体长得快、健壮。浓度不宜高，碳氮含量不宜过多。种子培养基：使菌种纯净、健壮、活力旺盛并有足够的数量。浓度不宜太高，控制碳氮比。发酵培养基：使菌种迅速生长、健壮、能在短时间内充分发挥合成发酵产品的能力。营养丰富完全。食品工艺学概论食品科学与工程学院SchoolofFoodScienceAndEngineering⑵温度控制①生长温度与发酵温度菌体的最适生长温度与代谢产物的最适温度往往会不一样。一般发酵的前期要满足菌体的最适生长温度，后期则要考虑满足代谢产物的最适温度有利于发酵。②发酵温升与控制发酵的温升主要来自微生物的代谢活动。发酵热:发酵过程中释放出来的净热量。发酵设备必须有可以控制温度的设计，以便根据发酵情况即使调节温度的升降。食品工艺学概论食品科学与工程学院SchoolofFoodScienceAndEngineering⑶pH的变化与控制①pH的变化微生物对生长最适pH有不同的要求。不同的发酵阶段往往最适pH也不同。外界条件变化剧烈时，菌体本身失去调节能力，培养基的pH就会产生波动。主要影响因素有：培养基配比、发酵条件、菌种特性等。②pH的调节调整培养基配方通过补料调节各发酵阶段所需的pH。食品工艺学概论食品科学与工程学院SchoolofFoodScienceAndEngineering⑷溶解氧与控制①微生物对氧的要求各级微生物对氧的要求差别很大。微生物生物氧化是在生物体内进行的，只能利用溶解在液体中的氧，或者叫溶解氧。氧难溶于水，随着温度升高，溶解度下降。微生物对氧的要求主要取决于：生产菌种，菌体浓度，菌龄，培养基等。②供氧操作搅拌，通风与风速，布风，培养液的物理性状（黏稠度、浓度、表面张力),液柱高度等。食品工艺学概论食品科学与工程学院SchoolofFoodScienceAndEngineering⑸中间补料①作用发酵的中后期，由于养料快要消耗完毕，代谢产物增多，菌体衰老自溶，发酵力就逐渐减低。中间补料可以延长发酵产物的分泌期，推迟菌体自溶期，维持较高的发酵产物增长幅度，并增加发酵液的总体积。②补料内容补充碳源，如葡萄糖、淀粉、糊精等。补充氮源，如玉米浆、尿素、硫酸铵等。补充无机盐，如磷酸盐、碳酸钙、氯化钙等。补全料和补水。食品工艺学概论食品科学与工程学院SchoolofFoodScienceAndEngineering⑹染菌与控制发酵过程染菌是很严重的问题，主要的原因有菌种带菌，设备渗漏，空气系统带菌等。原因多种不尽相同。要注意环境卫生；车间设计要合理；消毒方法要适当；利用发酵条件控制杂菌生长。食品工艺学概论食品科学与工程学院SchoolofFoodScienceAndEngineering啤酒是以大麦和水为主要原料，大米、谷物、酒花等为辅料制成麦芽，经糖化、发酵等工序制成的富含营养物质和二氧化碳的饮料酒。啤酒的酒精含量仅含3%～6%，有酒花香和爽口的苦味，深受消费者欢迎，因此消费面广，消费量大，是世界上产量最大的酒种。第3节啤酒酿制工艺食品工艺学概论食品科学与工程学院SchoolofFoodScienceAndEngineering主要成分水:95%左右化学物质:5%左右其中:酒精:约占2.5～4.5%糖类:约占80%含氮物质（17种氨基酸）:约占8～10%矿物质：约占3～4%另外，还有12种维生素、有机酸、酒花油、苦味物质和CO2。食品工艺学概论食品科学与工程学院SchoolofFoodScienceAndEngineering1、原料用于啤酒生产的基本原料有水、酒花和发芽的谷物，主要是大麦。大麦便于发芽，并产生大量