发酵工程在食品中的应用

1第四节发酵工程在食品工业中的应用李清华公共卫生学院2本节主要内容一、发酵工业常见菌种二、传统发酵产品三、现代发酵产品一、发酵工业常用菌种及制备1、发酵工业常用微生物（1）细菌（2）酵母（3）霉菌（4）放线菌（1）细菌分布：分布广，数量多，体型微小。可从土壤、水、发酸食品中进行分离液化酶生产Bacillussubtilis枯草杆菌产品：中温液化酶地衣芽孢杆菌产品：高温液化酶，蛋白酶等谷氨酸生产——诱变育种后的棒杆菌棒状杆菌产品：谷氨酸产氨短杆菌产品：氨基酸、核苷酸益生菌是指改善宿主微生态平衡而发挥有益作用，达到提高宿主健康水平和健康状态的活菌制剂及其代谢产物。①防治腹泻；②缓解不耐乳糖症状；③预防阴道感染；④增强人体免疫力；⑤缓解过敏作用；⑥降低血清胆固醇；⑦预防癌症和抑制肿瘤生长常见益生菌乳酸菌双歧杆菌、乳杆菌、链球菌应用较多酪酸菌（有芽孢）可用于临床治疗肠道失衡纳豆芽孢杆菌抗菌、溶血栓（纳豆激酶）、产分解酶、抗癌等（2）酵母分布：酵母菌主要分布在含糖质较高的偏酸性环境，诸如果品、蔬菜、花蜜和植物叶子上，特别是葡萄园和果园的土壤中，因而称为糖菌。啤酒、葡萄酒、面包发酵菌种——酵母酿造啤酒、酒精、饮料酒，发酵面包提取核酸、麦角醇、细胞色素C、辅酶A等啤酒酵母卡尔斯伯酵母啤酒酿造中的典型可食用、药用、饲料用啤酒酵母变种由葡萄果皮分离而来，用于葡萄酒酿造产香——汉逊氏酵母能产乙酸乙酯，用于食品增香但却是酒精发酵工业的有害菌酒精工业有害菌——毕赤酵母能产麦角固醇、苹果酸等烃类做能源——假丝酵母很多都有酒精发酵能力某些可利用农副产品或烃类生产蛋白质（食用或饲用）产脂肪——红酵母无酒精发酵能力有产脂肪的能力，可由菌体提取大量脂肪红发夫酵母可产虾青素虾青素：在体内可与蛋白质结合而呈青、蓝色。有抗氧化、抗衰老、抗肿瘤、预防心脑血管疾病作用。啤酒酵母红酵母1.酿酒酵母2.产肮假丝酵母3.出芽短梗霉4.多孢丝抱酵母5.荚复膜孢酵母6.解脂复膜孢酵母7.季也蒙有孢汉逊酵母8.碎囊汉逊酵母9.卡氏酵母10.鲁氏酵母11.深红酵母12.玫红法佛酵母13.大型罗伦隐球酵母14.美极梅奇酵母15.浅红酵母（3）霉菌/丝状真菌传统发酵食品生产淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶等不利方面：食品发霉变质，引起病害广泛分布于土壤、空气、水等潮湿和偏酸性的环境中绒毛状，网状、絮状菌丝体部分霉菌菌落形态1.产黄青霉2.紫红曲3.点青霉4.黑曲霉5.米曲霉乳酸菌酵母和醋酸菌泡菜发酵中的有益菌乳酸菌发酵剂乳杆菌、乳球菌、链球菌、明串珠菌、双歧杆菌酵母发酵剂乳糖发酵型酵母（开菲儿酸奶）霉菌发酵剂白地霉、青霉等酸奶、奶酪的乳酸发酵剂豆豉和纳豆的发酵菌种豆豉：米曲霉（同豆酱）纳豆：米曲霉、细菌（纳豆芽孢杆菌）腐乳的发酵菌种主要是毛霉另有根霉、米曲霉、红曲菌、酵母等酿造酱油的发酵菌种米曲霉和酱油曲霉决定酱油的发酵速度、成品颜色及味道米曲霉（蛋白酶、谷氨酰胺酶、淀粉酶、果胶酶、半纤维素酶等）酵母菌和乳酸菌有助酱油产香（乳酸乙酯）酿造食醋的发酵菌种黑曲霉（糖化）酵母（产酒精）醋酸菌注意：黄曲霉毒素，特别是花生、大米等易生成，具有强致癌性。黄酒厂的曲中无此毒素24（一）、酒二、传统发酵产品酒分白酒、黄酒、啤酒、葡萄酒。按颜色，分为有色酒和无色酒。按本质分，有压榨酒和蒸馏酒。◙压榨酒包括黄酒，啤酒，葡萄酒。压榨酒酒精含量比较低。◙蒸馏酒主要指白酒。蒸馏酒的酒精含量高，浓度越高质量越高，高档的白酒酒精含量一般大于50℃。浸米→蒸饭→淋饭→摊冷→加酒药（菌种）→发酵（缸中5-7d）→装坛→低温发酵→压榨→煮酒（灭菌）→装坛泥封→堆置陈化（后熟）→出厂1、黄酒我国的民族特产和传统食品，也是世界上最古老的饮料酒之一。以谷物为主要原料，利用酒药、麦曲或米曲所含的多种微生物的共同作用酿制而成的发酵原酒。长江以南地区，主要分布在浙江、江苏、福建，以稻米为原料。长江以北地区，主要以小米为原料。制作过程按生产方法按成品酒的含糖量黄酒的分类传统工艺黄酒新工艺黄酒干型黄酒糖含量1.00（以葡萄糖计，g/100ml）半干型黄酒糖含量1.00-3.00半甜型黄酒糖含量3.00-10.00甜型黄酒糖含量10.00-20.00浓甜型黄酒糖含量20.00以纯种发酵取代自然发酵，以大型发酵生产代替小型手工操作，生产过程简化，原料利用率高，去除了笨重的体力劳动以酒药、麦曲或米曲、红曲及淋饭酒母为糖化发酵剂，进行自然的、多菌种的混合发酵生产而成，发酵周期长淋饭酒摊饭酒喂饭酒A.绍兴黄酒1.状元红:压榨后加上酱色（糖炒焦和小苏打混合，加入），酒精浓度为10%-20%。特点（1）原料好：淀粉多，胚乳多。（2）水好：鉴湖水，秋天水呈青黛色。2.加饭酒:蒸饭分批加入，保持高浓度的培养基，高浓度发酵。3.善酿:进一步提高酒精度，用状元酒代替水冲缸，装坛。4.香雪:黄酒蒸馏，酒浓度高。5.花雕:雕花的缸装的状元红。①江阴黑酒（木酒），米煮熟后炒焦，用木头装坛；②闽南，沉缸酒；③厦门，红曲黄酒（加入红曲霉）。B.其他几种有特色的酒属于甜型水酒。酒药为黄曲霉，根霉。酒母：糯米加麦曲，加酒药，浸泡晾干。精米率：70％-75％，而一般黄酒88％-92％。后处理：经压滤、澄清后，还需进行过滤、调配，60-65℃灭菌后储存一年，出库时再次进行调配、过滤，并用活性炭脱色，最后加热至65℃，趁热装瓶、出厂。而一般黄酒对澄清、过滤、调配等操作不大重视。C.日本清酒分白药和黑药。白药为早籼稻加辣蓼—杀菌，抑制细菌生长。黑药则是加入桂皮，杜仲等20味中药，制保健酒。2、葡萄酒我国汉代（公元前138年），张骞出使西域带回葡萄，并引进酿酒艺人，开始有了葡萄酒葡萄酒分类按酒的颜色按含糖量按酿造方法按是否含有CO2红葡萄酒白葡萄酒桃红葡萄酒干葡萄酒半干葡萄酒半甜葡萄酒甜葡萄酒天然葡萄酒加强葡萄酒加香葡萄酒平静葡萄酒起泡葡萄酒葡萄汽酒用果皮带色的葡萄制成，酒色呈深红、鲜红、紫红或宝石红。用白葡萄或红皮白肉葡萄的果汁制成，酒色呈浅黄、禾秆黄、金黄色或近似无色。用带色红葡萄短时间浸提或分离发酵制成的，酒色呈桃红或浅玫瑰色。含糖量4.0g/L含糖量4.1-12g/L含糖量12.1-50g/L含糖量50.1g/L葡萄原料在发酵过程中不添加糖或酒精，即完全用葡萄汁发酵酿成的葡萄酒。人工添加白兰地或脱臭酒精，以提高酒精含量；或添加糖份提高含糖量。葡萄原酒浸泡芳香植物或药材制成的。不含CO2的葡萄酒CO2由葡萄酒加糖发酵产生或人工压入，酒中CO2含量在20℃时保持压力0.35MPa。CO2由葡萄酒加糖发酵产生或人工压入，酒中CO2在20℃时在0.051-0.25MPa。①葡萄采下分选，厚皮的较好；②去梗；③表面消毒（KMnO4浸，无菌水淋洗，灭表面原菌）；④发酵（温度20℃，2-3周，密闭或半密闭，皮厚的时间长些，皮薄的时间短些）；⑤压榨：液体进行后发酵（20-25℃，一周），澄清，取上部液体，其中低挡的装瓶，较高档次的换桶（最好是橡木桶，橡木能产生抑菌物质，同时具有一种天然植物香）陈化三年（5℃）；渣进行蒸馏，调香，制成白兰地（酒精多）。主要工艺葡萄酒的再加工起泡葡萄酒：是一种含CO2的葡萄酒，以葡萄酒为基础，通过加糖发酵产生或人工压入CO2。香槟酒是起泡酒的一种起源于法国，因产于法国香槟地区而得名。目前世界各国都产起泡酒，并都将含一定CO2的优质白葡萄酒称为香槟酒。葡萄酒的再加工白兰地：是一种以水果为原料酿制而成的蒸馏酒，通常所说的白兰地是指以葡萄为原料生产的。原白兰地经橡木桶长期陈酿，调配匀兑，才能称为成品的白兰地。白兰地商标上的英文缩写：V.O（VeryOld）V.O.P（VeryOldPale）V.S.O.P（VerySuperiorOldPale）X.O（ExtraOld）很老极老最老超老酒龄（即贮陈期）规定不低于5年酒龄（即贮陈期）规定不低于10年3、啤酒啤酒是用大麦酿制的饮料酒，是酒类中酒精含量最低的，而且营养丰富。啤酒历史悠久，起源于大约9千年前的中东和古埃及地区，后跨越地中海，传入欧洲，19世纪末，随着欧洲强国向东方侵略，传入亚洲。中国啤酒是从欧洲传入的，据考证，在1900年俄罗斯技师在哈尔滨建立了第一家啤酒作坊（乌卢布列夫斯基啤酒厂），此后五年时间里，俄国、德国、捷克分别在哈尔滨建立另外三家啤酒厂。第一家现代化啤酒厂是1903年在青岛由德国酿造师建立的英德啤酒厂（青岛啤酒厂前身）。大麦浸泡、发芽，烘干，去根，粉碎→加入粉碎的米中→糖化作用→加蛇麻（酒花，忽布花的雌花）→加酵母→低温发酵（12-15℃，3-5天；20-28℃，30-48h）→过滤→其中装瓶灭菌的为熟啤，不灭菌的为生啤.按颜色分为黄啤和黑啤，黄啤为淡啤，黑啤为浓啤。原料是大麦。按性质分为两类：①生啤（散装）、扎啤、鲜啤、②熟啤（瓶装）干啤糖含量4%①大麦——主要原料，需制成麦芽后发酵。二棱大麦籽粒大而整齐，发芽均一，淀粉含量高，蛋白质含量较少，啤酒不易浑浊，过滤容易，为弥补淀粉不足，常用大米补充。②蛇麻花——桑科葎草属，多年生缠绕茎植物。采用的是未受精的成熟雌花。是啤酒香味、苦味的来源；加速麦汁中高分子蛋白质的絮凝；提高啤酒起泡性和持泡性；可抑菌，增加麦汁和啤酒的生物稳定性。也可治牙疼，产于中国新疆、欧洲捷克。也称酒花、忽布花等。③酶——α-淀粉酶，β-葡聚糖酶，β-淀粉酶，蛋白分解酶、半纤维素酶、支链淀粉酶。④麦芽——水浸泡高于大麦10cm，10℃，63h；15℃，40h；30℃，38h。发芽，50℃烘12h，80℃烘3-5h，水分控制在23%。胚根长度不超过麦粒的二分之一，有57%-70%麦子出芽，即停止。（黑啤：100℃烘，连麦芽表面焦化，外黑内白，麦芽要除根。）原料大麦适于酿造啤酒的原因：大麦便于发芽，并产生大量的水解酶类；大麦种植遍及全球；大麦的化学成分适合酿造啤酒；大麦非人类食用主粮。①麦芽汁的制备——麦芽粉碎，煮熟，糊化，保温30min，维持在50℃，取其二分之一再煮10min，加米粉，带送回糖化（65℃，30min），再取三分之一再煮10min，再送回糖化锅65℃，30min，过滤得麦芽汁，渣子可喂奶牛。②加蛇麻花：100kg麦芽汁与1kg蛇麻混合煮沸，冷却。③发酵前发酵：12-24h达高峰，T升到10℃，保持10-12天，过滤。后发酵：6-8周，T为0-2℃，密闭形成一定压力含CO2（0.45-0.5%），加木瓜蛋白酶，再过滤，过滤时加硅藻土（助滤剂）助滤，得生啤。灭菌30min，60-63℃，无沉淀，质量好，得熟啤。过程煮沸的目的：蒸发水分，浓缩麦汁；钝化全部酶和麦汁杀菌；蛋白质变性和絮凝；酒花有效组分的浸出；排除麦汁中特异的异杂臭气。啤酒制造工艺流程使啤酒清凉爽口、散热解暑。因为泡沫是由于啤酒中充满二氧化碳而促发起来的。这些二氧化碳进入胃中后，遇热而膨胀又通过打嗝排出体外，从而带走体内部分热量，达到散热解暑的功效。软化啤酒花的苦味和酒精的刺激性。泡沫还可以隔绝空气与酒液直接接触，从而减少了啤酒的氧化，有利于防止不良气味的产生。泡沫可以保持啤酒的杀口力即二氧化碳与口腔粘膜和舌面接触后的麻辣感。这种口感是评定啤酒质量的重要指标之一。将优质啤酒倒入杯中时，泡沫能从杯中升起，可持续五分钟以上，且细腻、洁白、挂壁、泡沫的持久性与细腻，持久，口味醇厚。啤酒的质量也就好。气泡的稳定程度与液体的表面张力有关，而张力又与温度有关。据实验，啤酒的泡沫以10°C-12°C时最多，且持久，口感也最佳。啤酒中泡沫的作用①降低成本，加30%大米，提高淀粉含量。②大麦发酵在红搅拌通气，缩短发芽时间，提高发芽率。添加赤霉素，促进发芽。③发酵时密封，提高温度，缩短发酵时间。④采用固定化技术，用海藻酸钠，把酵母菌固定到海藻酸钠上，反复利用，省去过滤，发酵周期12-14天。青岛啤酒透明，麦芽香，CO2丰富，浓郁，3.5%酒精含量，泡沫细白、挂杯持久。风味啤酒加中药（生姜、香草、桂皮、杜仲）新工艺根据菌种制剂分大曲酒、小曲酒。大曲：砖形、大，主要用小麦、豌