第三章_微生物酿造功能性食品课件

第三章 微生物酿造功能性食品 于志丹 第一节 酱与酱制品 酱油又称酱汁，是以豆粕或豆饼等植物蛋白质为主要原料，辅 以小麦或麸皮等淀粉原料，经蒸煮、微生物发酵、浸出后配 制而成的一种调味品。 酱油中含有多种高级醇、酯、醛、酚及有机酸、氨基酸等，形 成特有的香味、鲜味和色素，故酱油是一种色香味俱全的营 养丰富的调味品。 第一节 酱与酱制品 我国是酱油酿制的发源地，早在周代就出现了类似酱油和酱 的发酵调味品，至唐代由鉴真和尚传入日本，后逐渐扩散到 东南亚和世界各地，成为深受欢迎的商品。 第一节 酱与酱制品 一、酱油酿造中的主要菌种 （一）菌种选择 1.菌种选择的意义 老法制曲中，酱油酿造都是靠天然制曲，即利用空气中的野 生微生物接种制曲；随着微生物技术的发展，在20世纪20 年代之后，逐渐采用纯种制曲。 第一节 酱与酱制品 （一）菌种选择 2.酱油酿造用优良菌种应具备的条件 (1)不产黄曲霉素及其他有毒成分。常用米曲霉、酱油曲霉等， 对于诱变的新菌种，必须进行毒素检测。 (2)繁殖力强，适应性强，对杂菌的抵抗力强。 (3)酶系丰富，酶活力高，特别是蛋白酶活力高。 (4)酿成的酱油产率高，风味好。 (5)菌种纯，性能稳定。 第一节 酱与酱制品 （二）酱油酿造中常用的微生物 1.米曲霉 曲霉的一种，菌丛一般为黄绿色，成熟后变为黄褐色或绿褐 色；分生孢子头呈放射状，顶囊球或瓶形；最适培养温度为 30度左右，最适pH值为6.0左右。 第一节 酱与酱制品 （二）酱油酿造中常用的微生物 1.米曲霉 米曲霉有复杂的酶系，主要产蛋白酶；淀粉酶分解淀粉生成 糊精和葡萄糖；谷氨酰胺酶将谷氨酰胺分解成谷氨酸，增加 酱油的鲜味；还分泌果胶酶、半纤维素酶和酯酶等。常用的 米曲霉菌株有：AS 3.863、AS3.951、UE328、UE326 等。 2.酱油曲霉 与米曲霉相比，其碱性蛋白酶活力较强。 第一节 酱与酱制品 （二）酱油酿造中常用的微生物 3.酵母菌 圆形、卵圆形、椭圆形；最适培养温度为30度左右，最适 pH值4.5-5.6； 酵母的作用：酒精发酵、酸类发酵作用、酯化作用等，对酱 油的香气影响较大。 第一节 酱与酱制品 （二）酱油酿造中常用的微生物 3.酵母菌 (1)鲁氏酵母：酱油酿造中的主要酵母，占酵母总数的45%，也是常见的 嗜盐酵母菌，能在含18%食盐的基质中繁殖；是发酵型酵母，发酵葡萄 糖生成要乙醇、甘油等。 (2)球拟酵母：发酵后期，鲁氏酵母发生自溶，球拟酵母开始活跃；是酯 香型酵母，主要作用是参与酱醅的成熟，生成烷基苯酚类的香味物质。 第一节 酱与酱制品 （二）酱油酿造中常用的微生物 4.乳酸菌 代表菌种：嗜盐片球菌、酱油四联球菌、植质乳杆菌。 这些乳酸菌的耐乳酸能力不太强，因此不会产生过多的乳酸使酱醅的pH 过低而变坏。 乳酸具有特殊的香气，对于酱油有调味和增香的作用，可以和乙醇生成乳 酸乙酯也是香气成分；一般含量为1.5mg/ml；另一个作用，使酱醅pH 值下降至5.5以下，从而使鲁氏酵母繁殖和发酵。 第一节 酱与酱制品 二、酱油酿制的基本原理 （一）发酵中生物化学变化 1.蛋白质的水解作用 蛋白质经蛋白酶作用逐步降解为胨、肽及氨基酸类。谷氨酸和天冬氨酸具 有鲜味；甘氨酸、丙氨酸和色氨酸具有甜味；酪氨酸呈甜味。 酱醅中的蛋白酶以中性和碱性蛋白酶为主； 第一节 酱与酱制品 二、酱油酿制的基本原理 （一）发酵中生物化学变化 2.淀粉的水解作用 制曲后的曲醅中，尚有未彻底水解的淀粉，在发酵过程中，被淀 粉酶分解成葡萄糖、糊精或麦芽糖等。 酱油色泽主要由于糖分与氨基酸结合而成；淀粉分解完全，酱油 的粘稠度及甜味好，体态浓厚，无盐固形物高。 第一节 酱与酱制品 二、酱油酿制的基本原理 （一）发酵中生物化学变化 3.酒精发酵作用 在制曲或发酵过程中，来自于空气中的酵母菌繁殖和发酵产生酒 精； 酒精具有清爽香气，可被氧化成有机酸类，也是酯类的基础物 质，对酱油的香气的形成有重要作用； 高温速酿的酱油之所以缺少酱香，就是由于发酵温度高、时间 短、酒精发酵微弱；因此有的工厂在发酵后期接种酵母菌来提高 香味。 第一节 酱与酱制品 二、酱油酿制的基本原理 （一）发酵中生物化学变化 4.有机酸发酵作用 有机酸来源是在制曲时落入的部分细菌作用于发酵过程，使部分 糖变成了乳酸、醋酸和琥珀酸、丙酮酸等，其中大部分是乳酸； 乳酸是重要的呈味物质； 第一节 酱与酱制品 二、酱油酿制的基本原理 （二）酱油色、香、味、体的形成 1.色素形成的机理 酱油中的色素不是单一成分，从机理上讲，色素的形成属于食品 褐色反应的范围；褐变的原因可分为酶褐变与非酶褐变，其中非 酶褐变又有美拉德反应和焦糖化反应；我国普遍采用固态低盐发 酵工艺，美拉德反应和酶褐变反应是酱油色素形成的基本途径； 第一节 酱与酱制品 二、酱油酿制的基本原理 （二）酱油色、香、味、体的形成 1.色素形成的机理 美拉德反应：即氨基-羰基反应，原料中的淀粉经曲霉淀粉水解酶 水解为葡萄糖后，发酵时葡萄糖的第2个碳原子的羟基与酱醅中的 氨基置换，产生复杂的化学反应，终产物为类黑素，呈棕红色； 生产中，可以通过适当增大麸皮用量来增加酱油颜色的深度。 第一节 酱与酱制品 二、酱油酿制的基本原理 （二）酱油色、香、味、体的形成 1.色素形成的机理 酶褐变：是在有氧的条件下，酚酶催化酚类物质形成醌及其聚合 物的反应过程 ；酶褐变需要有酪氨酸、酚羟基酶、多酚氧化酶和 氧同时存在，缺一不可。 酱油生产中，色素的形成需要消耗相当数量的氨基酸及糖分以至 影响酱油质量，因此在发酵过程中不应为了单纯增加色素而采取 不符合微生物及酶发酵要求的工艺措施。 第一节 酱与酱制品 二、酱油酿制的基本原理 （二）酱油色、香、味、体的形成 2.香气的形成 来源：原料成分、曲霉菌、耐盐酵母菌及耐盐乳酸菌的代谢产物 ，以及非酶化学反应生成物；香味组成物质多达200余种，其中 起主要作用的有20多种，包括： (1)醇类：乙醇、丙醇、丁醇等30余种，主要由酵母菌发酵产生。 (2)有机酸类：乳酸、醋酸、琥珀酸、葡萄糖酸、高级脂肪酸等20余 种，由乳酸菌、醋酸菌、酵母菌、米曲霉等发酵产生。 (3)酯类：约有40余种，是香气中的主体，由各种有机酸与相应的醇 类经酯化酶酯化而成，有特有的芳香气味。 第一节 酱与酱制品 二、酱油酿制的基本原理 （二）酱油色、香、味、体的形成 2.香气的形成 来源：原料成分、曲霉菌、耐盐酵母菌及耐盐乳酸菌的代谢产物 ，以及非酶化学反应生成物；香味组成物质多达200余种，其中 起主要作用的有20多种，包括： (4)羰基化合物： (5)酚类：4-乙基愈创木酚、4-乙基苯酚、4-丙烯酸愈创木酚是酱香 的重要成分。 (6)含硫化合物：来源与含硫氨基酸的分解，大多有不良气味，所以 在酿造过程中应尽量避免杂菌污染，减少含硫氨基酸的分解。 第一节 酱与酱制品 二、酱油酿制的基本原理 （二）酱油色、香、味、体的形成 3.酱油的呈味 咸味：来自食盐，含量一般为18%左右； 鲜味：来源于原料中蛋白质分解形成的氨基酸和肽类，以谷氨酸 为代表； 甜味：来源于糖类，一般含糖量为3-4g/100ml； 酸味：以乳酸为代表，少量存在，起助消化、增食欲、防腐、调 味、增香等作用，含量在1.5g/100ml左右，不宜超过2g； 苦味：酪氨酸和缬氨酸等苦味氨基酸，乙醛，食盐中的MgCl2等 杂质。 第一节 酱与酱制品 三、酱油的生产工艺 （一）种曲制备 曲种要求孢子多、发芽快、发芽率高，且必须纯度高；曲种的优 劣直接影响酱油曲的质量、酱醅杂菌含量、发酵速度、蛋白质和 淀粉水解程度等。 制作程序：原菌种试管斜面菌种培养三角瓶扩大培养种曲 第一节 酱与酱制品 三、酱油的生产工艺 （一）种曲制备 1.试管斜面菌种的制备(一级菌种) 2.三角瓶(或罐头瓶)纯种扩大培养(二级菌种) 3.种曲制备(三级菌种) (1)工艺流程： 扩大培养纯种 麸曲和面粉混合加水拌匀蒸料过筛摊晾接种装盘第一 次翻曲加水第二次翻曲揭去纱布种曲 第一节 酱与酱制品 三、酱油的生产工艺 （一）种曲制备 3.种曲制备(三级菌种) (2)原料：麸皮80kg 面粉20kg 水70kg左右 (3)原料的处理：拌匀，稍堆焖，常压蒸煮1h，焖30min，出锅过筛，翻 拌冷却。 (4)接种：曲料40度左右时，接入扩大曲，接种量为总料量的0.5-1%， 拌匀。 (5)培养：接种后，放入曲盘，摊平，厚度2cm，上盖，温度28-30度， 湿度90%以上，16h，温度升高至38度即可翻曲，4-6h，第二次翻曲 ，培养50h左右去盖，继续培养70h左右，孢子大量繁殖呈黄绿色，外 观呈块状，内部疏松，手触即散，则制成曲种。 第一节 酱与酱制品 三、酱油的生产工艺 （一）种曲制备 3.种曲制备(三级菌种) (6) 种曲质量标准： 外观：孢子旺盛，呈新鲜黄绿色，具有特有的香味，无夹心 ，无异味，无其他霉菌。 孢子数：应在6109个/g以上(干基)。 发芽率：孢子发芽率达90%以上。 第一节 酱与酱制品 三、酱油的生产工艺 （二）成曲制备 1.制曲工艺流程： 热水 种曲 豆粕和麸皮混合润水蒸煮冷却接种通风培养成曲 第一节 酱与酱制品 三、酱油的生产工艺 （二）成曲制备 2.制曲原料的选择与配比： 选择：制曲容易，曲酶活性强，价格低廉，来源广，不影 响酱油质量等。 豆粕或豆饼与麸皮之比8:2或7:3。 第一节 酱与酱制品 三、酱油的生产工艺 （二）成曲制备 3.制曲原料的处理 豆饼粉碎： 加水及润水：用热水润水是常采用的方法。 第一节 酱与酱制品 三、酱油的生产工艺 （二）成曲制备 4.蒸料 (1)蒸料的目的和要求：使原料中的蛋白质达到适度变性，易于被米曲霉 发育生长所利用；使原料中的淀粉吸水膨化达到糊化的程度，并产生少 量糖类供米曲霉生长利用；杀死附着在原料上的微生物，提高制曲的安 全性；要求达到一熟、二软、三疏松、四不粘手、无无夹心、六有熟料 固有的色泽和香气。 (2)蒸料压力(温度)、时间：蛋白质变性过度，不易被酶分解；未变性的 蛋白质难以被蛋白酶分解而一直留在最后的成品中，若将此酱油稀释并 加热，会产生混浊和沉淀，这种物质不能被酶分解，人体也不能消化吸 收。 第一节 酱与酱制品 三、酱油的生产工艺 （二）成曲制备 5.冷却、接种及入池：蒸煮的熟料需迅速冷却，送入曲池内培 养，接种量0.3-0.5%，曲种要先用少量的麸皮拌匀后再掺入 熟料中以增加均匀度。 6.培养：料层厚度30cm,温度维持在35度左右，尽量缩小上 下料层之间的温差；接种12-14h后，进行第一次翻曲，继续 培养4-6h第二次翻曲，再30-32度培养24-30h，蛋白酶的积 蓄达到最高，即行出曲。 第一节 酱与酱制品 三、酱油的生产工艺 （二）成曲制备 7.成曲的质量标准： (1)感官指标：手感疏松柔软，富有弹性；外观菌丝丰富，密生 嫩黄绿色孢子，无杂色、无夹心；具有香气、无霉臭及其他异 味。 (2)理化标准：含水量北方26-28%，南方32-34%；蛋白酶活 力约1000g/g干曲；淀粉酶活力在2000 g/g以上；细菌数 不超过5109个。 第一节 酱与酱制品 三、酱油的生产工艺 （三）发酵 工艺流程： 食盐溶解盐水 成曲粉碎拌和入池保温发酵降温发酵成熟酱醅 酵母菌、乳酸菌混合培养 第二节 食 醋 食醋是我国传统的酸性调味品，主要成分为醋酸，还含有氨基 酸、有机酸、糖类、维生素等物质；食醋不仅是调味佳品，还 具有增进食欲、帮助消化、杀菌消炎、软化血管等功效。 第二节 食 醋 我国食醋种类很多，如山西陈醋、镇江香醋、北京熏醋、福建 红曲醋、上海米醋、广东糖醋等。 第二节 食 醋 食醋可以划分为酿造醋、合成醋、再制醋三大类，以酿造醋产 量最大、最受欢迎，它是用粮食等为原料，经微生物制曲、糖 化、酒精发酵、醋酸发酵等阶段酿制而成。 根据原料不同，分为粮食醋、麸醋、薯干醋、糖醋、酒醋；根 据种曲不同，分为麸曲醋、大曲醋、小曲醋。 第二节 食 醋 一、酿造食醋常用的微生物 (一)曲霉菌 曲霉菌有丰富的淀粉酶、糖化酶、蛋白酶等酶系；曲霉菌可分为黑曲 霉和黄曲霉两大类，黑曲霉的淀粉糖化酶活力强，黄曲霉淀粉液化酶 和蛋白酶活力强。 第二节 食 醋 一、酿造食醋常用的微生物 (一)曲霉菌 黑曲霉：菌丛黑褐色，球形分生孢子，属于中温菌，发育适温37-38 度，最适pH值4.5-5.0，用于酿醋的菌株有：邬氏曲霉、黑曲霉AS 3.4309、甘薯曲霉、东酒一号。 黄曲霉：包括黄曲霉和米曲霉；黄曲霉分生孢子穗为黄绿色，菌丛由 白变黄，最后编程黄绿色，最适温度37度，选用无黄曲霉毒素产生 的菌株。 第二节 食 醋 一、酿造食醋常用的微生物 (二)酵母菌 酵母通过酒化酶系将葡萄糖转化为酒精和二氧化碳，除酒化酶系外， 酵母菌还有麦芽糖酶、蔗糖酶、转化酶、乳糖分解酶及脂肪酶等，生 成少量有机酸、杂醇、酯类等。 第二节 食 醋 一、酿造食醋常用的微生物 (三)醋酸菌 是指氧化乙醇生成醋酸的一群细菌的总称；酿醋用醋酸菌大多属于醋酸杆菌 属。 醋酸菌特征： 细胞形态：椭圆到杆状，直或稍弯，有鞭毛，无芽孢，革兰氏阴性 菌； 对氧要求：为好氧菌，液体静止培养于液面形成菌膜，对缺氧非常 敏感； 环境要求：最适温度28-33度，对热抵抗力弱，最适pH范围3.5- 6.5，对酒精耐受力达5%-12%，对食盐耐受力很差； 第二节 食 醋 一、酿造食醋常用的微生物 (三)醋酸菌 醋酸菌特征： 营养要求：最适宜碳源是葡萄糖、果糖等六碳糖，不能直接利用淀 粉等多糖；酒精是及适宜的碳源，蛋白质水解产物、尿素等都适于作 为氮源； 酶系特征：有相当强的醇脱氢酶、醛脱氢酶等氧化酶系活力；也有 生成酯类的能力，使食醋香味增加。 第二节 食 醋 一、酿造食醋常用的微生物 (三)醋酸菌 常用醋酸菌： 沪酿1.01醋酸菌、AS 1.41恶臭醋酸杆菌、许氏醋酸杆菌、纹膜醋 酸杆菌、奥尔兰醋酸杆菌、攀膜醋酸杆菌、胶膜醋酸杆菌等，目前国 内生产厂家应用的纯种培养大多为沪酿1.01和中科院1.41。 第二节 食 醋 二、食醋发酵机理 (一)酿醋中的生化作用 糖化作用酒精发酵(酒化作用) 醋酸发酵(醋化作用) 第二节 食 醋 二、食醋发酵机理 (二)食醋色、香、味、体的形成 1.食醋的色 来源：原料本身的色素；原料预处理发生化学反应产生有色物 质；发酵过程中生成的色素；熏醅时产生的色素或人工添加的 色素。 其中美拉德反应是形成色素的主要途径；熏醅时产生的主要是 焦糖色素。 第二节 食 醋 二、食醋发酵机理 (二)食醋色、香、味的形成 2.食醋的香气 主要来源于酿造过程中产生的酯类、醇类、醛类、酚类等。 3.食醋的味 主体酸味是醋酸，还有一定量的不挥发性有机酸；甜味来源于 发酵中的残糖和甘油等；鲜味源于氨基酸、核苷酸的钠盐；食 醋中添加适当的食盐，使酸味得到缓冲，口感更好。 第二节 食 醋 三、食醋酿制工艺 (一)固态发酵法酿醋 工艺流程 谷壳 麸曲、酒母 醋酸菌、粗谷壳 高粱或甘薯粉粉碎混合润水蒸熟摊晾过筛拌匀入缸糖化、酒精发酵拌 匀醋酸发酵、倒醅加盐后熟淋醋生醋加工成品 (二)新型制醋工艺-液态发酵法酿醋 早在公元5世纪的北魏古籍中，就有关于腐乳生产 工艺的记载“于豆腐加盐成熟后为腐乳”。 第三节 豆 腐 乳 千百年来，腐乳一直受到人们的喜爱。这是因为经过微生物的发酵 ，豆腐中的蛋白质被分解成小分子的肽和氨基酸，味道鲜美，易于 消化吸收，而腐乳本身又便于保存。 我国各地气候不同，人民生活习惯不同，生产配料不同及制成的形 状不一，腐乳品种多样。如红豆腐乳、糟腐乳、醉方、玫瑰红腐乳 、辣腐乳、臭腐乳、麻辣腐乳等。 品种虽多，但酿造原理相同。 第三节 豆 腐 乳 腐乳酿造微生物 (1)毛霉菌 毛霉外呈毛状，菌丝细胞无横隔，由单细胞组成，细胞质 中有多个核，菌丝呈分枝。常栖生在果实、果酱、蔬菜、糕 点、乳制品等食品上，引起食品腐败变质。 繁殖：以孢囊孢子和接合孢子繁殖。 腐乳酿造微生物 (1)毛霉菌 菌落特征：菌落一般灰色或浅褐色，质地疏松，高度1 cm以内 ，在豆腐坯或熟的大豆粒上生长得旺盛，菌丝厚密，高度在1 cm以 上，白色或灰白色。 毛霉具有分解蛋白质的能力，如制造腐乳；可使腐乳产生芳香 的物质及蛋白质分解物，某些菌株具较强的糖化力，可用于酒精、 有杌酸工业原料糖。 (2)根霉菌 根霉菌丝较粗，无隔膜，一般认为是单细胞的。菌丝会在培 养基表面迅速蔓延，称为匐匍菌丝。在匐匍菌丝上有节，向下 伸入培养基中，成为分枝如根状的菌丝， 称为假根。从假根部向空气中丛生出直立的孢子囊梗，顶端膨 大，形成孢子囊，内生长大量的孢囊孢子。 繁殖：孢囊孢子，有性生殖很少见。 (2)根霉菌 在自然界分布很广，常生长在淀粉质的物品上，如馒头、 面包、山芋。市售甜酒曲中主要是根霉。根霉也可制造豆腐 乳及生产糖化酶，另外，它又是甾体物质、延胡索酸等物质 生产的菌种。 腐乳旧法生产只能在冷天进行，现在炎热的夏天也能每天 连续制造，使生产不受季节性的限制，主要是在豆腐胚上培 养能耐高温的根霉群系。米根霉生长的最适温度是37 40。华根霉在45时还能生长。 （3）红曲霉 （4）青霉 （5）酵母菌 腐乳酿造选择优良菌种的条件： 1、不产生毒素，菌丝壁细软，棉絮状，色白或淡黄； 2、生长繁殖快速，且抗杂菌力强； 3、生产的温度范围大，不受季节限制； 4、有蛋白酶、脂肪酶、肽酶及有益于腐乳质量的酶系； 5、使产品质地细腻柔糯，气味正常良好。 腐乳制作的原理 腐乳酿造是利用豆腐坯上培养的毛霉或根霉，培养及腌制期间 由外界侵入微生物的繁殖，以及配料中加入的红曲霉、面包曲 中的米曲霉、酒类中的酵母等所分泌的酶类，在发酵中引起极 其复杂的化学变化，促使蛋白质水解成可溶性的低分子含氮化 合物-氨基酸，淀粉糖化，糖分发酵成乙醇和其他醇类及形成 有机酸，同时辅料中的酒类及添加的各种香辛料等也共同参与 作用，合成复杂的酯类，最后形成腐乳所特有的色、香、味、 体等，使成品细腻、可口。 腐乳制作的原理 1、腐乳酿造的微生物种类十分复杂，起主要 作用的是毛霉。 2、豆腐坯用食盐腌制，使渗透盐分；析出水 分；给腐乳以必要的咸味，食盐又能防止毛霉 继续生长和污染的杂菌繁殖。此外还具有浸提 毛霉菌丝上的蛋白酶的作用。 让豆腐上长出毛霉加盐腌制加卤汤装瓶密封腌制 (1)前期发酵 毛霉的生长：将豆腐块平放在笼屉内，将笼屉中的温 度控制在1518，并保持一定的湿度。约48 h后 ，毛霉开始生长，3d之后菌丝生长旺盛，5 d后豆腐块 表面布满菌丝。 腐乳制作的流程 (2)后期发酵 加盐腌制：将长满毛霉的豆腐块分层整齐地摆放在 瓶中，同时逐层加盐，随着层数的加高而增加盐量， 接近瓶口表面的盐要铺厚一些。加盐腌制的时间约为8 d左右。加盐可以析出豆腐中的水分，使豆腐块变硬， 在后期的制作过程中不会过早酥烂。同时，盐能抑制 微生物的生长，避免豆腐块腐败变质。 腐乳制作的流程 腐乳制作的流程 配制卤汤：配料与贮藏是腐乳后熟的关键。配料前 先把腌坯取出，搓开，再