食品酿造历程的微生物生化机制

食品酿造历程的微生物生化机制酿造学一、食品酿造历程概况在我们进行一系列发酵食品的生产工艺研究中，发现各种产品在生产工艺上都存在着某些共同点，比如在原料的选择、加工、制曲、发酵、后处理等方面都有相似之处，其过程图如下:酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味第2页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味第3页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味1、大分子降解阶段这一阶段在工业上称液化阶段。原料中固有的酶和微生物产生的酶同时水解有机质。当原料润水开始，它自身激活的酶便水解有机质。另外，物料本身就是一种选择性培养基，通过微生物的生长繁殖及其代谢活动造成原料的逐步降解。参予的微生物大致可分为淀粉分解菌、蛋白质分解菌、果胶分解菌、纤维素分解菌和脂肪分解菌等。第4页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味2、代谢产物形成阶段在原料降解的同时产生各种各样的代谢产物，为了叙述方便将它称为第二阶段:代谢产物形成阶段。第5页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味3、产物再平衡产物的横向相互作用。从表面上理解似乎主要是指发酵食品的陈酿阶段或称后发酵阶段，其实不然，从原料的粉碎、浸泡等预处理直至产品端到餐桌上来这一漫长的过程中，产物的再平衡就一直没有停止过。在整个工艺过程中除一部分被彻底氧化为CO2、H2O和矿物质外，还有其他大部分物质彼此之间有着错综复杂的，往复交替的一系列物理化学变化。在这个古老的发酵过程中有着许许多多人们目前还说不清楚的问题。第6页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味1、大分子物质的降解1.1淀粉的降解二、食品酿造历程三个阶段详解第7页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味淀粉由二种葡聚糖组成，即直链淀粉和支链淀粉。大多数淀粉含20-39％的直链淀粉，新玉米品种含直链淀粉可达50-80％；普通淀粉粒含70-80％支链淀粉，而糯玉米或糯粟含支链淀粉近100％。此外，糯米、糯稻米和糯高梁等谷物中支链淀粉的含量也很高。1.1.1淀粉的结构第8页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味直链淀粉的结构直链淀粉是由葡萄糖以α－1,4糖苷键缩合而成的，直链淀粉在水溶液中并不是线型分子，而是由分子内的氢键作用使之卷曲成螺旋状，每个环转含有6个葡萄糖残基。第9页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味支链淀粉的结构支链淀粉也是由葡萄糖组成的，但葡萄糖的连接方式与直链淀粉有所不同，是“树枝”状支叉结构(如图2.4)第10页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味1.1.2淀粉的水解、糊化、老化

淀粉在无机酸或酶的作用下，会发生水解反应，分别称之为酸水解法和酶水解法。（1）淀粉的酸水解法（略）淀粉的水解第11页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味（2）淀粉的酶水解法酶水解在工业上称为酶糖化。淀粉颗粒的晶体结构抗酶作用力强，因此，淀粉酶不能直接作用于淀粉，需事先加热淀粉乳，破坏其晶体结构使其糊化。淀粉水解应用的淀粉酶主要为:α-淀粉酶(液化酶)、β-淀粉酶(转化酶)和葡萄糖淀粉酶。第12页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味（1）淀粉的糊化定义：未受损伤的淀粉颗粒不溶于冷水，但能可逆地吸收水和轻微地溶胀，随着温度升高，淀粉分子振动剧烈，造成氢键断裂，断裂的氢键与较多的水分子结合。由于水分子的穿透以及更多的与更长的淀粉链段的分离，增加了结构的无序性和减少了结晶区域的数目和大小，溶液呈糊状。淀粉的糊化第13页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味（2）糊化温度：淀粉粒溶胀、内部结构破坏的温度范围，称为糊化温度。糊化通常发生在一个狭窄的温度范围，较大的颗粒先糊化，较小的颗粒后糊化。（3）糊化程度的监测：通常用偏振光显微镜测定淀粉粒悬浮液中完全糊化的淀粉粒数量来表示；淀粉糊化程度与温度的关系是用旋转粘度计连续观察。第14页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味（4）影响淀粉的糊化的因素：糊化程度不仅取决于温度，还与共存的其它组分的种类和数量，如糖、蛋白质、脂类、有机酸以及水等物质有关。温度：温度越高，糊化程度越大。水分活度：水分活度低，糊化将不能发生或糊化程度非常有限，因为与水能强烈结合的食品成分和淀粉竞争与水的结合而推迟了淀粉的糊化。第15页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味高浓度糖降低了淀粉糊化的程度；脂类如甘油三酯等，能与直链淀粉形成复合物，推迟颗粒的溶胀。酸、盐对淀粉肿胀或糊化影响很小，但在低pH值时，淀粉水解，产生了非增稠性糊精而变稀，故糊化使用交联淀粉。第16页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味直链淀粉与支链淀粉的含量也影响糊化温度。直链淀粉在冷水中不易溶解和分散，在淀粉粒完全溶胀时，直链淀粉才从淀粉粒中渗出分散在溶液中，形成粘稠的悬浮液.直链淀粉含量越高，淀粉越难以糊化，糊化温度越高；相反，一些淀粉仅含有支链淀粉，这些淀粉一般产生清糊，并不会有老化现象，淀粉糊相当稳定。第17页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味1)定义：淀粉老化通常是表示淀粉由增溶或分散态向不溶的微晶态的不可逆转变，即大多是直链淀粉分子的重新定位。老化淀粉不易为淀粉酶作用。2）淀粉老化过程：糊化后的淀粉分子在低温下又自动排列成序，相邻分子间的氢键又逐步恢复形成致密、高度晶化的淀粉分子微末。淀粉老化第18页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味3）影响淀粉老化的因素：低温(特别在0℃附近)、中性pH、高浓度淀粉和无表面活性剂存在的情况下，老化趋势增强。老化程度还取决于淀粉分子的分子量(链长或聚合度)和淀粉的来源，不同淀粉老化趋势按以下顺序增强，即马铃薯<玉米<小麦。第19页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味第20页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味1.1.3产生淀粉酶的主要微生物细菌淀粉酶:如枯草杆菌(a-淀粉酶)、嗜热脂肪芽抱杆菌(a-淀粉酶)霉菌淀粉酶:如米曲霉（a-淀粉酶)、黑曲霉（a-淀粉酶)有些酵母在一定条件下能形成少量淀粉酶：如淀粉酶酵母。第21页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味1.2蛋白质的降解蛋白质的水解是在酶的催化下，使蛋白质中肽键断裂，最后生成氨基酸的生化过程。蛋白质对食品的质地、色、香、味等方面起着重要的作用。第22页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味

食品

功能性质饮料汤沙司不同pH下的溶解度，热稳定性，粘度，乳化性质，水保留性烧烤食品（面包、蛋糕等）的面团形成形成基质和具有粘弹性的薄膜粘合性，热变性，胶凝性，水的吸附，乳化作用，发泡性，褐变。乳制品（干酪、冰淇淋等）乳化作用，脂肪保留性，粘度，发泡性，胶凝作用，凝结作用。肉制品（香肠等）乳化作用，胶凝作用，内聚力，水和脂肪的吸附与保留肉的替代物（组织化蛋白）水和脂肪的吸附与保持，不溶性，硬度，嘴嚼性，内聚力，热变性食品涂膜内聚力，粘附性糖果制品（巧克力等）分散性，乳化性质鸡蛋代用品发泡性，胶凝作用各种食品中蛋白质的功能第23页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味食品中氨基酸的作用营养作用：动物生长发育所必须。食物蛋白质的营养价值高低决定于所含必需氨基酸的种类和数量以及各种氨基酸的比例与人体蛋白质的接近程度。调味作用：谷氨酸钠为鲜味剂，色氨酸和甘氨酸为甜味剂，赖氨酸为营养增强剂等风味前提物质之一：氨基酸与糖发生的反应是食品加工过程中产生香气和上色的重要反应，在反应过程中，消耗了一部分氨基酸和糖，产生风味物质和类黑精。第24页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味食品中氨基酸的作用风味前体：有些化合物本身没有风味，但是在一定条件下可转化为风味化合物，这些化合物称为风味前体。第25页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味1.3木质素的降解木质素的代谢产物和某些重要的芳香物质的成分形成有关。但是否与大多数名特发酵食品发酵周期之间有某种关系尚不得而知。第26页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味木质素的分解一般是非常慢的，木质素分解的生化途径还不很清楚。但用纯木质素作材料进行分解时培养液出现大量简单的芳香化合物，常出现的有香草酸、对-羟基苯甲酸、对-羟基肉桂酸、阿魏酸、4-羟基-3-甲氧基苯丙酮酸、香草醛、松柏酸、愈创木酚、甘油等。第27页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味上述物质大都在名特食品中曾经检出过或是某些香气成分的前体物质(如酒类及酱油等)。产品中这些芳香物质尽管很少，但它能起到很大的效果。有关木质素的分解酶常认为是酚氧化酶、漆酶和过氧化物酶参与作用。第28页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味1.4芳香族物质的降解原料中存在各种芳香族化合物，如植物组织中的拟维生素、生物碱、萜类、丹宁等；某些氨基酸也带有苯环如羟基苯酸、香草酸、阿魏酸、丁香酸等。这些物质在成品中甚至千万分之一的情况下就能显示出强烈的气味，如许多名优酒中及酱油中含有4－乙基愈创木酚，该物质具有酱油特有的香味，其含量0.1mg/L就使人感到它的香味。第29页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味微生物对芳香烃的分解是在有氧条件下进行的，首先以形成二元酚如邻苯二酚、原儿茶酸等作为环裂解底物，再进一步氧化分解。苯的氧化首先是生成二羟基已二烯，再转化为邻苯二酚。第30页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味原儿茶酸的降解邻位裂解，终产物是琥珀酸间位裂解，终产物是两分子丙酮酸。第31页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味2、代谢产物形成阶段酿造过程中的代谢产物属于微生物的初级代谢产物还是次级代谢产物？产物形成阶段是否伴随能量代谢？人们通常采用哪几种方式获得高产量的代谢产物？第32页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味微生物在生长过程中，机体内的复杂代谢过程互相协调和高度有序，能够对外界环境改变迅速做出反应，其原则是经济合理地利用和合成各种物质和能量，使细胞处于平衡生长状态。第33页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味在实际生产中，往往需要高浓度地积累某一代谢产物，而这个浓度又往往超过细胞正常生长和代谢所需的范围，因此，要达到超量积累这种产物，提高生产效率，必须打破微生物原有的代谢调控系统，在适当条件下，让微生物建立新的代谢方式，高浓度地积累人们所期望的产物。第34页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味为达到上述目的，人们一般采用两种方式：一是通过育种方法选育基因突变株，从根本上改变微生物的代谢；二是控制微生物的各种培养条件，影响其代谢过程。第35页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味微生物细胞内所发生的全部化学反应，包括物质代谢和能量代谢，其中物质代谢又包括分解代谢和合成代谢。2.1食品酿造过程中的微生物代谢第36页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味初级代谢产物指微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质。特点：不同种类的微生物细胞中，初级代谢产物的种类基本相同；它的合成是始终不停的，任何一种产物合成发生障碍都会影响微生物正常的生命活动。微生物的代谢产物第37页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味微生物初级代谢产物合成的产物，不仅用于菌体的自身生长繁殖，其中的若干种产物如氨基酸、核苷酸、脂肪酸、维生素、蛋白质、酶类、多糖、低级有机酸和醇等是重要的工业产品。积累上述产物的微生物都是代谢失调的突变菌株，如营养缺陷型、抗性突变株、生化调节突变株等。第38页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味次级代谢产物指微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂、对该微生物无明显生理功能、或并非是微生物生长和繁殖所必需的物质。特点：不同种类的微生物所产生的次级代谢产物不相同；它们可能积累在细胞内，也可能排到外环境中。种类：抗生素、激素、色素、毒素、生物碱等。第39页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味内容初级代谢产物次级代谢产物不同点生长繁殖是否必需是否产生阶段一直产生生长到一定阶段产生是否有种的特异性否是分布细胞内细胞内或外举例氨基酸、核苷酸多糖、维生素等抗生素、毒素色素、激素等相同均在微生物细胞的调节下，有步骤地产生第40页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味2.2微生物主要代谢产物

——有机酸类醋酸：重要的调味料，并具有防腐作用。乳酸：(α-羟基丙酸)是发酵食品中一种重要的不挥发酸。它能增加发酵食品的浓厚感，并赋予其特有的滋味。丁酸：味带甜，浓时非常臭，但在稀薄时发出清香，似水果香气。己酸：己酸乙酯是浓香型大曲酒的主体香气成分。第41页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味2.3微生物主要代谢产物

——醇类乙醇：甘油：甘油可以使发酵食品(饮料)有浓厚感，呈甜味。2,3-丁二醇：味稍甜，可使酒后味醇厚，有增香作用。双乙酰：味稍甜，可增香，特别是进口香，多了有饭馊味。乙偶姻：可增香，也有调和味道的作用。丙醇：具有风信子香味，极苦。丁醇：具有极好的脂肪香味，过多味苦。第42页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味2.4微生物主要代谢产物

——酯类乙酸乙酯：有愉快的香焦味，并带有微弱的苹果味，味淡。丁酸乙酯：有甜菠萝味、凤梨味，微辣、微酸，量大时会有不偷快的臭味。丙酸乙酯：有芝麻香味。己酸乙酯：有愉快的窖底香味，或凤梨香味，微有辣味。第43页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味2.5微生物主要代谢产物

——其它醛类芳香族化合物脂肪酸氨基酸核苷酸第44页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味3、产物再平衡阶段讨论问题：石磨粉碎和钢磨粉碎产品风味为什么会有差别？手工水饺和机器水饺的风味为何不同？第45页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味三、补充知识－食品风味食品的滋味与香味之间有密切的联系，食品的香气除了用鼻腔可以直接闻到外，在咀嚼食品中，香气进入鼻咽部与呼出的气体一起通过鼻小孔进入鼻腔。人们把鼻腔直接闻到的称香气；食物进入口腔后，进入鼻腔感觉到的称香味。食品的香气、滋味和入口获得的香味统称为食品风味（狭义上）。广义上的食品风味是视觉、味觉和触觉等多方面感觉的综合反映。第46页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味食品风味为什么带有强烈的个人爱好、地区的和民族的倾向？第47页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味1.食品滋味2.食品的香味和呈香物质3.食品加工中风味物质的产生第48页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味1.食品滋味食品滋味的形成（味觉生理学、影响味的因素）味觉的生理学第49页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味

味蕾

①味蕾是一种微结构，具有味孔，并与味觉神经相通。正常成人口腔中约有9千个味蕾，主要在舌头表面的乳头中，少部分在上颚、咽喉、会咽等部位。它的味孔与口腔相通。第50页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味②构成：味蕾由40～60个椭圆形细胞构成。细胞膜含蛋白质，是味觉感受器与呈味物质相互作用的部位。味觉感受器是由味蕾和味神经纤维构成，味蕾是一种微结构，具有味孔，并与味觉神经相通。试验证明，从刺激味感受器开始至感受到味，需1.5～4.0毫秒。其中咸味感觉最快、苦味感觉最慢。所以苦味总是在最后才有感觉。但是人们对苦味物质的感觉比对甜味物质敏感些。第51页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味③味觉阈值：是味的敏感性的标准，即感受到某种物质的最低浓度，阈值越低说明感受性越高。名称味觉阈值蔗糖NaceHce硫酸奎宁甜咸酸苦0.030.010.0090.00008第52页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味２.食品的香味和呈香物质香味是构成食品风味的另一个重要方面，它是由挥发性香味物质刺激人的嗅觉感受器，由嗅觉细胞产生刺激后传递到大脑中枢神经而产生的反应。挥发性香味物质→嗅觉感受器→嗅觉→大脑中枢神经→反应第53页,共59页，2024年2月25日，星期天酿造学酿造历程概况详解产物再平衡大分子降解产物的形成小结食品风味香气值：判断一种呈香物质在食品香气中起作用的数值，也叫发香值，香气值是呈香物质的浓度与它的阈值之比，即:

第54页,共59页，2024年2月25日，星期