发酵食品研究现状与发酵趋势—吴学凤

发酵食品研究进展与发展趋势发酵食品主要内容第一篇发酵食品相关概念第二篇发酵食品工艺第三篇典型发酵食品制作工艺简介第四篇发酵食品研究现状与发展趋势第一篇发酵食品相关概念1.1发酵食品的渊源及其文化内涵1.2发酵与酿造1.3发酵工业的工程技术发展史1.4我国发酵食品的工艺特色1.5发酵食品及其营养价值1.1发酵食品的渊源及其文化内涵发酵的英文Fermentation是从拉丁语ferver即“翻腾”、“沸涌”、“发泡”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、欧洲的beer就以起泡现象作为判断发酵进程的标志。食品发酵是一门古老而又现代的技术，结合了神秘的传统、古老的文化和变化无穷的生物技术。古老：最早的发酵产品据记载起源公元前5000年。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（F、M），便有了多种多样的发酵食品。4000BC——Beer，自古埃及即出现了麦芽糖化。5000-6000BC——wine、黄酒、白酒、Cheese(酱油、调味品）白酒：农业社会粮食节余，生霉、发酵、蒸馏而得现代：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。文化内涵：与许多民族文化融为一体：英国的Whisky荷兰的Cheese俄国的黑面包（大脸面包）德国的啤酒中国的白酒日本的清酒法国的香槟1.2发酵与酿造1）发酵与发酵工业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。1.2发酵与酿造2）酿造与酿造工业酿造(brewing)：我国人们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。1.2发酵与酿造3）发酵与酿造的研究对象（1）按产业部门来分酿酒工业传统酿造工业有机酸发酵工业酶制剂发酵工业：淀粉酶中95%以上为霉菌、细菌淀粉酶氨基酸发酵工业功能性食品生产工业：低聚糖、真菌多糖、红曲等食品添加剂生产工业：黄原胶、海藻糖菌体制造工业：单细胞蛋白、酵母等维生素发酵工业：Vc、VB2、VB12核苷酸发酵工业：ATP、IMP、GMP1.2发酵与酿造3）发酵与酿造的研究对象（2）按产品性质来分代谢产物发酵：产品包括初级代谢产物、中间代谢产物、次级代谢产物。1、初级代谢产物：微生物生长不同阶段产生不同的代谢产物，对数生长期形成的产物往往是细胞自身生长所必需的，如氨基酸、核苷酸、蛋白质、脂类、糖类等。2、次级代谢产物：微生物细胞生长进入稳定期，有些微生物合成的在对数生长期不能合成的、对细胞代谢没有明显意义但具有明显优势的化合物。1.2发酵与酿造3）发酵与酿造的研究对象（2）按产品性质来分代谢产物发酵酶制剂发酵：1894年，日本高峰(Takanin)利用霉菌→高峰淀粉酶（胞内或胞外）→酶分离提取→酶制剂→固定化酶（中国的曲酒可以看成是复合酶制剂的生产）。1.2发酵与酿造3）发酵与酿造的研究对象（2）按产品性质来分代谢产物发酵酶制剂发酵生物转化发酵：生物转化是指利用生物细胞中的一种或多种酶，作用于一些化合物的特定部位（基团），使它转变成结构相类似但具有更大经济价值化合物的生化反应。其特点是：反应特异性强。如：LA→CLA1.2发酵与酿造3）发酵与酿造的研究对象（2）按产品性质来分代谢产物发酵酶制剂发酵生物转化发酵SCP、藻类、食用菌类（冬虫夏草、蜜环菌、灵芝、茯苓、香菇、云芝）1.2发酵与酿造4）发酵与酿造的特点与化学工业相比，食品发酵与酿造的特点：安全简单原料广泛反应专一代谢多样易受污染菌种选育1.2发酵与酿造5）食品发酵与酿造与现代生物技术的关系生物技术的四大技术体系之一发酵技术的两大核心：生物催化剂（其最有效、稳定、方便的生物催化剂形式是整体生物细胞，目前最广泛采用的是微生物细胞）生物反应系统1.2发酵与酿造6）发酵与酿造工程中常用技术微生物技术制片染色和显微技术、无菌操作技术、纯种分离和培养技术、合成培养基技术、育种技术、深层液态发酵技术、菌种保藏技术化学技术产物分离技术、提取精制技术1.3发酵工业的工程技术发展史第一个转折点——微生物纯种分离培养技术建立自然发酵时期：知其然而不知其所以然，如厌气性——酒类，好气性——醋。微生物纯种分离培养技术，开创了人为控制微生物时代，减少了腐败现象，实现了无菌操作；发明了简便的密封式发酵罐；人工控制条件，提高发酵效率，稳定产品质量。1.3发酵工业的工程技术发展史第二个转折点——通气搅拌的好氧发酵工程技术建立（深层液态发酵）20世纪40年代，由于二战爆发，刺激了抗生素发酵工业的兴起，成功建立起深层通气培养法及整套工艺，包括向发酵罐内通入大量无菌空气、通过搅拌使空气分布均匀、培养基的灭菌和无菌接种、通氧量、pH、培养物供给等均已解决，刺激了有机酸、酶制剂、维生素、激素等的大规模生产。1.3发酵工业的工程技术发展史第三个转折点——人工诱变育种和代谢控制发酵工程技术的建立以动态生物化学和遗传学为基础，将微生物进行人工诱变，选育高产菌株，实现有选择地大量生产目的产物。该技术先在氨基酸生产上获得成功，而后在核苷酸、有机酸、抗生素等其它产品中得到应用。1.3发酵工业的工程技术发展史第四个转折点——发酵动力学、发酵的连续化自动化工程技术的建立发酵罐的大型化、多样化、连续化和自动化方面有了极大发展。发酵过程的基本参数包括T、pH、P、O2、Eh、空气流量、泡沫、CO2含量等均可自动记录和控制。（在线测试探头等）1.3发酵工业的工程技术发展史第五个转折点——微生物生物合成和化学反应相结合工程技术的建立针对单纯发酵法的缺陷，利用发酵法生产前体，用化学合成法得到终产品或反之。如Amyno法生产酱油。——发酵与酿造技术的第五个转折点1.3发酵工业的工程技术发展史DNA重组技术DNA重组技术大大推动了发酵与酿造技术的发展细胞融合、杂交育种、基因工程技术：基因体外重组与克隆的工程菌株构建。生物反应器：反应罐等设备、昆虫躯体、动物细胞乳腺、植物细胞的根茎果实。1.4我国发酵食品的工艺特色1）采用多种原料，且多以淀粉质原料为主。植物性原料：麦：beer、bread、格瓦斯(Kowas)豆：酱油、豆豉、腐乳（ToFo）、Temph、纳豆水果：酒、果醋菜：Kimichi（朝鲜）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：乳：酸奶、Cheese、Kurmiss、Ketir肉：香肠、萨拉米(Salami)等1.4我国发酵食品的工艺特色2）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1.5发酵食品及其营养价值发酵食品是以农林产品、水产品、畜产品等为原料，主要通过微生物的作用，再经食品加工制作的食品。在其酿造过程中，以微生物生命活动为基础，原料中各组分经复杂的生物化学变化，形成发酵食品独特的风味、丰富的营养、有益的生理功能，并对提高保藏性产生影响。《发酵食品酿造过程中组分和营养功能因子的变化和调控》李里特，马艳莉。中国食品学报，2011年。1.5发酵食品及其营养价值发酵食品所含的保健成分主要包括：对人体有益的微生物及酶、多肽与氨基酸、多糖与低聚糖、抗氧化活性物质、降低胆固醇及降血压物质。以及其他对人体有益的物质：B族维生素、亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸、二十碳五烯酸、二十二碳六烯酸等。1.5发酵食品及其营养价值发酵食品的作用:1）形成多样化、独特的风味，丰富人类饮食；2）通过乳酸、乙醇、乙酸、碱性发酵或高盐发酵起到保藏食品的作用；3）提高食品的营养价值；4）增强食品的功能性。《发酵食品酿造过程中组分和营养功能因子的变化和调控》李里特，马艳莉。中国食品学报，2011年。1.5发酵食品及其营养价值第二篇发酵食品工艺2.1发酵食品中的微生物2.2我国发酵食品的固态发酵工艺2.3发酵食品形成的一般生化历程2.1发酵食品中的微生物（1）酵母菌（2）细菌（3）霉菌（4）螺旋藻2.1发酵食品中的微生物（1）酵母菌分布：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。2.1发酵食品中的微生物（1）酵母菌——面包酵母•压榨酵母•活性干酵母•快速活性干酵母—研究发现安琪酵母的活力是最高的。2.1发酵食品中的微生物（1）酵母菌——酿酒酵母（啤酒酵母）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2.1发酵食品中的微生物（1）酵母菌产香——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2.1发酵食品中的微生物（1）酵母菌烃类做能源——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）2.1发酵食品中的微生物（1）酵母菌产脂肪——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2.1发酵食品中的微生物（1）酵母菌活性干酵母产业近年发展迅速，将重点转移到其在食品工业和一日三餐的应用中，如努力开发硒酵母、酵母为基料的营养性新型鲜味剂。在发酵酒工业中，活性干酵母将作为性能稳定、使用方便的发酵剂，有着不可估量的发展前景。酵母是常用的营养药物，可以助消化，改善营养状况，酵母提取物中含有丰富的氨基酸、维生素、矿物质及核糖核酸，而这些成分为谷胱甘肽的合成提供了条件，谷胱甘肽是一种抗衰老因子，也是肝脏解毒的重要物质。因此，以酵母提取物作为优质调整剂、营养强化剂和功能性食品配料，具有广阔的前景。2.1发酵食品中的微生物（2）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。2.1发酵食品中的微生物（2）细菌——醋酸菌中科AS1.41、沪酿1.01——我国食醋生产中常用菌种之一许氏醋酸杆菌——国外有名的速酿醋菌种，目前制醋工业中较重要的菌种之一，恶臭醋酸菌（Acetobacterrancens）。2.1发酵食品中的微生物（2）细菌——乳酸菌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。2.1发酵食品中的微生物（2）细菌——常见益生菌：乳酸菌双歧杆菌、乳杆菌、链球菌应用较多。如：乳酸乳杆菌、植物乳杆菌、德式乳杆菌、保加利亚乳杆菌、干酪乳杆菌、乳链球菌、嗜热链球