8食品发酵保藏.ppt

第八章食品发酵保藏 学习目的与要求1 了解发酵在食品保藏和加工中的重要作用2 理解食品发酵的概念 原理和类型3 掌握影响食品发酵的主要因素及控制方法4 掌握乳酸发酵 酒精发酵以及醋酸发酵机制 内容 第一节食品发酵保藏原理第二节乳酸发酵第三节酒精发酵第四节其他发酵 在人类的周围环境中总是有各种各样的微生物存在 只要环境和营养物质适宜 它们就会迅猛繁殖 导致食品腐败变质 然而发酵并不是完全有害的 有些却是有益的 于是人们逐渐学会了在有效的控制下让食品自然发酵 向着有利于改善风味和耐藏的方向发展 并出现了一种食品保藏方法 发酵保藏 这种方法的特点是利用各种因素促使某些有益微生物生长 从而建立起不利于有害微生物生长的环境 预防食品腐败变质 同时还能保持 甚至于改善食品原有营养成分和风味 发酵技术是生物技术中最早发展和应用的食品加工技术之一 许多传统的发酵食品 如酒 豆豉 甜酱 豆瓣酱 酸乳 面包 火腿 腌菜 腐乳以及干酪等 随着分子生物学和细胞生物学的快速发展 现代发酵技术应运而生 传统发酵技术与DNA重组技术 细胞 动物细胞和植物细胞 融合技术结合 已成为现代发酵技术及工程的主要特征 发酵的概念最早来源于酿酒的过程 发酵 原来指的是轻度发泡或沸腾状态 随着人们对发酵认识的不断增加 发酵的概念也逐渐成熟 从生理学和生物化学的角度来看 化学反应并按分子水平研究时 发酵应正确理解为在缺氧状态下糖类的分解 在发酵工业上发酵是利用微生物的代谢活动 通过生物催化剂 微生物细胞或酶 将有机物质转化为产品的过程 实际上发酵食品本质上常是糖类 蛋白质和脂肪等同时变化后的复杂混合物 或在各种微生物和酶依照某种顺序作用下形成的复杂混合物 所以发酵制品的发酵过程事实上是包括了发酵 阮解 脂解等多种变化的综合作用 第一节食品发酵保藏原理 一 食品发酵的概念通常认为发酵是在缺氧条件下糖类的分解 从食品的角度 发酵理解为有氧或缺氧条件下糖类物质的分解 在食品发酵过程中 通过控制微生物的生长和代谢活动改变食品的质构 通过代谢产酸或酒精而延长食品的保藏期 通过代谢产生风味物质提高食品的风味和滋味 发酵食品 利用有益微生物加工制造的一类食品 具独特的风味 食品发酵用微生物种类 酵母菌类啤酒 葡萄酒 食用酵母等霉菌类米酒 腐乳细菌类食醋 酸乳 发酵蔬菜等混合菌酵母 霉菌或酵母 细菌 发酵的类型及机理 1 酒精发酵酵母菌C6H12O62C2H5OH 2CO2酶2 醋酸发酵醋酸杆菌C2H5OH O2CH3COOH H2O酶 3 乳酸发酵乳酸杆菌C6H12O62CH3 CHOH COOH酶4 酪酸发酵 丁酸发酵 酪酸梭状芽孢杆菌C6H12O6CH3 CH2 2COOH 2CO2 2H2O酶这是不期望出现的发酵类型 发酵食品已成为食品工业中的重要分支 酒精饮料 如蒸馏酒 黄酒 果酒 啤酒等 乳制品 如酸奶 酸性奶油 马奶酒 干酪等 豆制品 如豆腐乳 豆豉 纳豆等 发酵蔬菜 如泡菜 酸菜等 调味品 如醋 黄酱 酱油 甜味剂 如天冬甜味精 增味剂 如5 核苷酸 和味精等 二 食品发酵的保藏原理发酵产酸 不仅为发酵食品提供柔和的酸味 还可以抑制有害微生物的生长繁殖 发酵产乙醇 乙醇除了具有调节和改善风味的作用外 还能抑制一些有害微生物的生长 抑制其他腐败微生物的生长 产乙醇 产酸的发酵糖的微生物大量繁殖时 能抑制分解蛋白质和脂类微生物的生长 产酸发酵微生物的发酵产酸不仅可以为发酵食品提供柔和的酸味 还可以抑制有害微生物的生长繁殖 产酸发酵是由于一些产酸菌造成的 包括乳酸发酵 醋酸发酵 其他有机酸发酵等 微生物的产酸大都是将糖类 蔗糖 葡萄糖 乳糖等 进行发酵 转化成乳酸 从而降低了制品的pH值提高了储藏性 同时改善了风味 口感 质构 抑制有害微生物生长 乙醇发酵乙醇发酵技术常用于酿酒工业 食品原材料经酵母的发酵作用后 由此产生了一定浓度的乙醇和风味 乙醇不仅有调节和改善食品风味的作用 还可以起到抑制其他一些有害微生物的生存的作用 生产发酵调味品发酵调味品主要是利用了细菌的产酸发酵 乙醇发酵 酵母的发酵作用和霉菌的酶类对淀粉 蛋白质的分解作用 这种情况下微生物的发酵除了起到保藏作用外 还丰富了人们日常膳食中的花色品种 其他微生物的发酵除了起到前面的3点作用外 还有其他作用 例如微生物通过分泌出酶可降解人体所不能消耗吸收的物质 合成一些营养物质 并改善了食品质构 另外在制药行业微生物的发酵还可以用来生产抗菌素等 三 食品的发酵类型据发酵产生的终产物分类 乳酸发酵 在发酵中乳酸菌的作用顺序主要由它们的耐酸性决定 酒精发酵 在无氧条件下 酵母菌利用葡萄糖产生酒精的过程 醋酸发酵 乙醇在醋酸菌的作用下氧化成醋酸的过程醋酸菌C2H5OH O2CH3COOH H2O酶另外 广泛应用于食品调酸的柠檬酸 是黑曲霉发酵生成的 利用黄单胞菌发酵生产黄原胶 利用霉菌发酵生产味精等 四 发酵食品所用的微生物及发酵食品的种类 酒精饮料 如蒸馏酒 果酒 啤酒等 乳制品 如酸奶 酸性奶油 马奶酒 干酪等 豆制品 如豆腐乳 豆豉 纳豆等 发酵蔬菜 如泡菜 酸菜等 调味品 如醋 黄酱 酱油 甜味剂 如天冬甜味精 增味剂 如5 核苷酸 和味精等 面包 五 食品发酵的益生作用 发酵微生物及酶的益生作用食品发酵是利用有益微生物转化食品原料 得到人们喜爱的食品 常用的有益微生物 如乳酸菌 酵母菌 红曲霉等是国家食品药品监督管理局批准的可用于保健食品的菌种 具有调节人体免疫能力 补充营养 调节血脂等功效 有益微生物发酵的产物 如SOD 纳豆 酵母发酵产生 红曲色素 红曲霉发酵产生 乳酸链球菌素 乳酸发酵产生 等均有一定的保健作用 多肽与氨基酸的益生作用蛋白质在发酵中不完全分解或降解的产物 多肽 氨基酸 易于被人体消化吸收 不但是人体所需的营养物质 同时具有一定的保健作用 如大豆多肽具有降脂 减肥 促进消化等功能 多糖与低聚糖的益生作用多糖 低聚糖是近多年来人们发现的具有保健作用的功能因子 由于来源不同 具有抗癌 调节免疫 调节血压及血脂等多种功能 如乳酸菌胞外多糖 食用菌多糖近年来研究较多 低聚糖是利用多糖 可消化如淀粉 以及不可消化如果聚糖 魔芋葡甘聚糖等 经微生物发酵 或酶 降解而得到 抗氧化活性物质的益生作用降低胆固醇及降血压物质的益生作用其他物质的益生作用 六 影响食品发酵的因素及控制方法 原料酸度酒精含量菌种的使用温度氧的供给量食盐 原料 各种微生物对营养物质都有一定的嗜好性 所以 发酵原料的主要成分会对所存在的微生物进行选择 如以淀粉为主料时 能利用淀粉的根霉 黑曲霉占优势 酸度 食品的酸不论是加入的还是发酵产的 总能抑制微生物的生长 含酸食品就是食品的一种保藏状态 控制酸度可以控制发酵作用 如牛乳发酵时 一开始是乳酸链球菌控制发酵作用并产生乳酸 酸度达到一定程度时会抑制该菌的生长 此时乳中比乳酸链球菌更耐酸的乳酸杆菌开始生长 进一步发酵产生乳酸 高酸环境下 乳酸杆菌也逐步死亡 耐酸的酵母和霉菌开始生长 分解蛋白质和脂类的腐败菌生长 同时产生不良特征气味的腐败特征 补充 乳酸发酵的过程 发酵初期 不同的微生物同时活动 大量的气体向外逸出 乳酸和乙酸生成 酸度 0 3 0 4 发酵中期 乳酸和乙酸的积累 使大部分细菌受到抑制甚至死亡 乳酸菌继续生长 酸度 0 4 0 8 发酵末期 酸度继续升高 直至乳酸菌群也不能适应时发酵活动停止 酸度 1 2 以上 酒精含量 酒精具有脱水的性质 可使菌体蛋白质因脱水而变性 另外 酒精还可以溶解菌体表面脂质 从而起到一定的机械除菌作用 酒精的防腐能力的大小取决于酒精浓度 按容积计12 15 的发酵酒精就能抑制微生物的生长 而一般发酵饮料酒精含量仅为9 13 缺少防腐能力 仍需经巴氏杀菌 如果酒中加入酒精 使其含量达20 按容积计 则不需经巴氏杀菌就足以防止腐败和变质 菌种的使用 发酵开始时加入大量预期菌种 那么它们就可以迅速地生长繁殖 并抑制住其它杂菌的生长 从而促使发酵过程向着预定的方向进行 例如面包 馒头的发酵 酿酒以及酸奶发酵就是采用了这种技术 发酵前加入的预期菌种可以用纯培养方法制得 可以是单一菌种 也可是混合菌种 如啤酒 面包 葡萄酒 蔬菜腌制品如酸白菜 泡菜等也开始使用该技术 温度 不同菌种各有适宜的生长温度 乳酸菌适宜温度 26 30 运用发酵温度控制菌种生长 促进有益菌生长 已知有害菌生长 卷心菜腌制初期发酵温度应低些 到了后期发酵温度适当升高 氧的供给量 霉菌是完全需氧性的 在缺氧条件下不能存活 控制缺氧条件则可控制霉菌的生长 酵母是兼性厌氧菌 氧气充足时 酵母会大量繁殖 缺氧条件下 酵母则进行酒精发酵 将糖分转化成酒精 细菌中则需氧的 兼性厌氧的和专性厌氧的品种都有 视菌种而定 例如醋酸菌是需氧的 乳酸菌则为兼性厌氧 肉毒杆菌专性厌氧 供氧或断氧可以促进或抑制某种菌的生长活动 同时可以引导发酵向预期的方向进行 食盐 不同微生物耐盐性不完全相同 细菌鉴定中常利用耐盐性作为选择和分类的手段 其他因素相同 加盐量不同即可控制微生物生长及其发酵活动 一般蔬菜腌制品中常见的乳酸菌能忍受10 18 的食盐溶液 大多数朊解菌和脂解菌则不能忍受2 5 以上的盐液浓度 通过控制腌制时食盐溶液的浓度可以达到防腐和发酵目的 第二节乳酸发酵 乳酸发酵 在乳酸菌的作用下 将单糖 双糖 戊糖等发酵生成乳酸的过程 乳酸发酵是蔬菜腌制过程中最主要的发酵作用 由于菌种不同 代谢途径不同 生成的产物有所不同 将乳酸发酵又分为同型乳酸发酵 异型乳酸发酵和双歧杆菌发酵 蔬菜腌制过程中的微生物主要有肠膜明串珠菌 植物乳杆菌 乳酸片球菌 短乳杆菌 发酵乳杆菌等 同型乳酸发酵 在发酵中分解单糖和双糖 只生成乳酸 发酵的过程产酸量高 能积累乳酸量1 4 以上 在最适条件下可达2 0 以上 参与同型乳酸发酵的有植物乳杆菌 乳酸片球菌 发酵乳杆菌 乳链球菌 黄瓜酸化菌等 异型乳酸发酵 除生成乳酸外 还有其他产物的生成 如乙醇 二氧化碳 醋酸 如肠膜明串珠菌 短乳杆菌 大肠杆菌 戊糖醋酸乳杆菌等 该发酵常出现在腌制初期 当在10 以上的食盐浓度或乳酸含量达0 7 以上时 便受到抑制 如酸菜腌渍初期 由产酸不多 繁殖快而不耐酸的肠膜明串珠菌等占优势 以异型乳酸发酵为主 产生的酸和CO2等使pH值下降 抑制其它有害微生物的生长繁殖 同时产物乙醇 醋酸等微量生成 对腌制品的风味增进作用 但这类乳酸菌不耐酸 当含酸量达到0 7 一1 0 时 它们就灭亡了 在发酵后期以同型乳酸发酵为主 由植物乳杆菌或耐酸的片球菌继续发酵 当含酸量达到1 3 左右时 植物乳杆菌也受到抑制 则让位于短乳杆菌和戊糖醋酸乳杆菌 它们能耐受酸量高达2 4 使酸菜发酵完成 乳酸发酵举例 发酵乳制品 是原料乳经乳酸菌发酵而成的制品 不但具有特殊的风味 且由于乳酸菌的代谢作用 使乳品成分已经适度的消化降解 成为易于被消化吸收的营养食品 且由于乳酸菌的世代更替 制品中含有源自乳酸菌体的乳糖分解酵素 可帮助乳糖的消化 并减缓乳糖不耐症的发生 酸奶是世界上产量最大 分布最广的发酵乳制品 发酵乳制品的一般生产工艺 补充 凝固型酸奶 在容器中发酵的酸奶 并直接用容器出售 先灌装后发酵 瓷瓶装 玻璃瓶装的酸奶都属于凝固型酸奶 凝固型酸奶是均质处理的 口感细腻 蛋白质含量大多在2 3 3克 100克 搅拌型酸奶 是指将果酱等辅料与发酵结束后得到的酸奶凝胶体进行搅拌混合均匀 然后装入杯或其他容器 搅拌型酸奶 在我国 发酵乳制品是指以 牛 乳类为主的原料 经乳酸菌和其他有益菌发酵后加工而成的产品 包括酸乳制品和乳酸菌制品两大类 乳经乳酸菌发酵而制成的产品 称为酸乳制品 如酸奶 酸性奶油 干酪等 以乳酸发酵为主要手段 添加其他的原料而制成的粉剂 片剂或丸剂 称为乳酸菌制品 发酵乳分类 干酪 是在原料牛乳中加入适量的乳酸菌发酵剂和凝乳酶 使蛋白质凝固后 排除乳清 将凝块压成块而制成的产品 也称奶酪 干酪占世界发酵食品产量的1 4 是消费量仅次于酒类的发酵乳制品 种类高达800种以上 干酪的营养价值很高 含丰富的蛋白质 乳脂肪 无机盐和维生素及其他微量成分等 干酪的生产工艺 牛乳的预处理 成分标准化 控制干酪中脂肪和蛋白质的含量 巴氏杀菌 破坏致病菌 添加物 如CaCl2促进凝乳形成 硝酸盐抑制丁酸细菌加发酵剂 细菌发酵乳糖产乳酸 产生风味和芳香化合物加凝乳酶 牛乳蛋白凝结形成凝块 包埋乳脂肪切割 将凝乳切割成小方块 5 30mm 放置排乳清 脱水收缩 加热 升温加快脱水收缩 进一步降低凝乳中的水分含量排放乳清 从凝乳中排放大量乳清碾碎 将干酪碾碎成小颗粒利于加盐 将凝乳转变为适于压榨的形状加盐 缓解产酸 有助于通过蛋白质溶解使凝乳融合 盐也能增强风味 成形 将干酪装入模子 确定干酪的最终形状 压榨 排出剩余乳清 控制干酪最终的质构 包装 采用合适的包装为干酪在贮存过程中提供保护 成熟 经蛋白和脂肪的酶解进一步形成质构和风味 第三节酒精发酵 酒精发酵机制 是在无氧条件下 微生物 如酵母菌 分解葡萄糖等有机物 产生酒精 二氧化碳等不彻底氧化产物 同时释放出少量能量的过程 目前发酵酒精的菌种主要以酵母菌为主 啤酒 以麦