酱油发酵机理探究

1、酱油发酵机理探究摘要 用豆、麦、麸皮酿造的液体调味品色泽红褐色，有独特酱香，滋味鲜美，有助于促进食欲。是中国的传统调味品。酱油发酵机理是一个错综复杂的生物化学反应过程,淀粉与蛋白质的分解与合成代谢过程。淀粉由淀粉酶系分解成葡萄糖,葡萄糖的分解包括无氧分解( EMP) 及磷酸戊糖循环( HMP) ;糖的有氧分解由丙酮酸开始进入三羧酸循环( TCA) 或其支路乙醛酸循环,糖转化为蛋白质、脂肪、核酸等。蛋白质由蛋白酶系分解成氨基酸,氨基酸进行一步代谢,其代谢途径主要指转氨作用、脱氨作用、脱羧作用;通过转氨作用,脱氨作用,氨基酸被分解成氨和酮戊二酸,再进一步分解或参加本身的氨基酸。并与丙酮酸作用生成新

2、的氨基酸; 或通过丙酮酸、乙酰辅酶A (乙酰COA) 进入TCA ,合成蛋白质、糖、脂肪、核酸关键词 酱油；发酵机理；淀粉；脂肪；蛋白质1淀粉代谢1.1 淀粉(面粉)在淀粉酶系作用下分解为糖 淀粉糊精麦芽糖葡萄糖。 糖在酱油中是不可缺少的物质,是酱油呈味的最大类物质。1.2 EMP代谢途径 EMP代谢以葡萄糖为起点,最终产物为乙醇和CO2 。糖的分解代谢途径与反应机制是在酶系催化作用下进行的一系列有顺序的相互联系的十几个生物化学反应过程1.3三羧酸循环 丙酮酸的氧化脱羧反应包括了许多酶的作用，丙酮酸发生氧化脱羧反应生成乙酰辅酶A，这一反应是不可逆的。乙酰COATCA，乙酰COA与草酰乙酸所合成

3、柠檬酸，进入TCA，经过一系列反应再回到草酰乙酸。1.4磷酸戊糖途径 糖的无氧分解与需氧分解是糖在酱醪中的微生物细胞内分解代谢的。其中最重要的就是磷酸戊糖途径。在酱醪中多种耐盐微生物的葡萄糖代谢由此进行氧化，参加戊糖代谢支路的酶，均在微生物的细胞浆内，为可溶酶系。1.5糖的合成酱醪中葡萄糖的生物合成是通过糖异生作用和己糖的互变合成葡萄糖,也就是糖的无氧分解的逆转合成葡萄糖。丙酮酸、甘油、乳酸以及生糖氨基酸都可以通过糖的无氧分解逆转途径合成葡萄糖。由非糖物质转变为葡萄糖的途径是由丙酮酸开始,经过一系列反应通过乙酰乙酸形成葡萄糖。2脂肪的分解与生物合成代谢酱醪中大豆的脂肪几乎没有被利用,而残存酱醪

4、残渣中。因为脂肪的水解一般在各种催化剂(酸、碱、特殊酶) 的作用下进行。酱油曲及酱醪中的耐盐微生物均没有脂肪酶,故大豆中的脂肪不能水解成脂肪酸的甘油;但可以通过各种代谢途径合成脂肪酸。脂肪酸进行各种代谢合成脂肪和甘油。脂肪酸和甘油沿着不同的途径进行分解与合成代谢。甘油通过糖的无氧分解代谢途径逆转合成葡萄糖;也可以通过TCA 彻底氧化成H2O、CO2 和放出能量。脂肪通过-氧化酶,氧化成乙酰COA 进入TCA 彻底氧化成H2O、CO2 和放出能量;亦可缩合成-酮丁酸、-羟丁酸。三 蛋白质的分解代谢分解大豆蛋白质中的酶系是酱油曲中的蛋白酶和肽酶。蛋白酶能水解蛋白质分子内部的肽键,把大分子的多肽键切

5、断形成分子量较小的肽,再经肽酶的作用水解成氨基酸。3.1 氨基酸的一般代谢酱醪中氨基酸的一般代谢途径主要是指转氨作用,脱氨作用和脱羧作用;通过转氨作用、脱氨作用，氨基酸被分解成氨和-酮酸,再进一步分解或参加本身的氨基酸、糖、脂肪的合成。 酱醪中大多数耐盐微生物都有脱氨和脱羧作用,但不能在同一条件下同时进行这两个作用,这是因为脱氨酶和脱羧酶形成的条件是不同的,当酱醪中发酵液的pH偏碱时进行脱氨 ,偏酸时进行脱羧,之所以出现这种现象,是由于氨基酸是两性电解质。当酱醪中发酵的p H 高于氨基酸的等电点时, 羧基离解,而氨基不离解,因此产生脱氨酶,进行脱氨作用;当酱醪中发酵液的pH低于氨基酸的等电点时

6、,氨基离解而羧。3.2氨基酸的分解代谢 在通风制曲过程中,酱油曲变酸,闻到有N H3味,有时成品酱油的氨基酸下降,有时不下降为什么? 但成品酱油的铵盐会升高,为什么? 这就是NH3的代谢去路。 一部份氨与-酮酸经氨基化作用,重新合成氨基酸。小部份氨与游离酸结合成铵盐。部分氨在有ATP供能的情况下合成谷氨酰胺或天门冬酰胺,把氨储存起来。有的通过氨基化作用或转氨作用生成新的氨基酸。或者通过TCA 彻底氧化成H2O ,CO2 ,如丙酮酸草酰乙酸,-酮戊二酸,它们是TCA 的中间产物，最终转变成糖或脂肪。凡与氨基酸能变为对应-酮酸,如丙酮酸或TCA中间产物,经羧化支路逆转合成葡萄糖,则称生糖氨基酸;凡

7、与氨基酸对应的-酮酸能转变为乙酰酸,则称生酮氨基酸;凡与氨基酸对应的-酮酸具上述两转变者,则称生酮兼生糖氨基酸。氨基酸的分解途径或称-酮酸(丙酮酸)去路。3.3氨基酸的生物合成 酱醪中的耐盐微生物可以利用无机氮或有机氮合成氨基酸或蛋白质。但酱醪中的氨基酸生物合成,主要是靠氨基化作用和转氨作用;某些氨基酸还有特定的合成方式。3.3.1通过氨基酸移换作用合成氨基酸 氨基移换作用是可逆反应,谷氨酸,天门冬氨酸,丙氨酸,可将氨基转给其他-酮酸生成新的氨基酸。3.3.2由初生氨基酸合成新的氨基酸 丝氨酸在丝氨酸羟甲基转移酶催化下与四氢叶酸作用可转变为甘氨酸。3.3.3谷氨酸族氨基酸的生物合成谷氨酸、鸟氨

8、酸、精氨酸、脯氨酸之间有紧密的代谢连系,脯氨酸、精氨酸、鸟氨酸的生物合成都以谷氨酸为前体,它们组成谷氨酸族氨基酸生物。3.3.4 中性氨基酸(甘、丙、亮、异亮、颉) 的生物合成 a. 丙氨酸的生物合成天门冬氨酸脱羧变成丙氨酸 b. 甘氨酸的生物合成 c. 亮氨酸、异亮氨酸与颉氨酸的生物合成亮氨酸,异亮氨 酸、颉氨酸的生物 合成3.3.5 芳香族氨基酸的生物合成 a 芳香族氨基酸(色、酪、苯丙) 是以糖代谢的中间产物为前体合成的糖降解中间产物磷酸烯醇式丙酮酸和磷酸戊糖循环中间产物42磷酸赤藓糖,缩合经一系列反应生成烯醇式丙酮酸,对羟基苯甲酸关键中间产物,由此分出几条支路分别生成苯丙氨酸、色氨酸、

9、酪氨酸、叶酸、维生素K 等。从合成途径看出芳香族氨基酸及有关系物质的合成与糖代谢及氨基酸代谢有密切的联系 b 羟基氨基酸的生物合成苏氨酸和丝氨酸的分解代谢有相似的地方,它们脱氨后都产生酮酸;不同的是苏氨酸不参加转氨作用,而丝氨酸则参加转氨作用。如酱醪中的耐盐酵母可从天门冬氨酸或O2磷酸高丝氨酸合成苏氨酸。 c酸性氨基酸的生物合成谷氨酸与天门冬氨酸的主要代谢途径极为相似,它们都可由各自有关的-酮酸经氨基化或转氨作用合成。其转氨,脱氨作用极为活泼,均参加尿素,嘌呤、嘧啶核的形成。天门冬氨酸脱氨后所产生的草酰乙酸与谷氨酸脱氨后产生的-酮戊二酸均为TCA 的组成成份,都能转为酰胺。谷氨酸的生物合成主要

10、由-酮戊二酸的氨基化与丙氨酸(或可转氨的其它氨基酸) 起转氨作用。谷氨酸可以形成谷氨酰胺,经谷氨酰胺合成酶的催化,谷氨酸可变为谷氨酰胺。d 碱性氨基酸的生物合成脯氨酸、鸟氨酸、-酮戊二酸、谷氨酸均可变为精氨酸。4 蛋白质、脂肪与糖代谢途径相互关系 糖、蛋白质、脂肪代谢途径相互转变,相互制约和殊途同归,表现在它们三者均能变为乙酰COA ,并通过三羧酸循环,氧化为H2O ,CO2 ,能量。故三羧酸循环不仅是糖、蛋白质、脂肪代谢途径三者互变的总枢纽,而且是它们氧化供能的共同机制,三者都可以通过三羧酸循环进行氧化,使生物体从中得到维持生命活动所需的能量。5 酱醪在发酵过程中香气成份逐步形成 在酱油曲发

11、酵过程中淀粉、蛋白质,脂肪的代谢产物主要是糖、氨基酸、有机酸、醇、醛、酚、酯、核酸等中很多高级醇类、醛类是由氨基酸生成的,它们是酱香的组成成份,如酱香的特殊成份酱香精(Soy2ana) ,麦芽酚(maltol) ,甲二黄醛(methiona) 和酪醇等都与氨基酸有关,如麦芽酚是原料所含的麦芽糖等双糖与氨基酸共热生成的。5.1乙醇和酯的生成 淀粉由淀粉酶系分解为葡萄糖,葡萄糖的分解包括糖的有氧与无氧分解。葡萄糖降解为丙酮酸,丙酮酸是酒精发酵和糖降解过程的分岐点,在缺氧或无氧状况下进行酒精发酵生成乙醇,乙醇与有机酸进行反应生成酯。5.2 三元醇和酯的生成 在糖、脂肪、蛋白质代谢过程中生成甘油,甘油

12、属三元醇,三元醇与有机酸作用生成的酯,和有机一元酸生成的酯,按照所含的酸来命名,和软脂酸生成的酯叫软脂,和硬脂酸生成的酯叫硬脂,和油酸生成酯叫油脂或称甘油三酸酯等,这种脂具浓重而优美的独特的香气。5.3杂醇和酯的生成 酱醪中耐盐酵母体内酶系在无氧条件下将葡萄糖降解为C2H3OH，同时酵母体内也进行其他物质代谢,如大豆蛋白质的分解或菌体蛋白质水解的结果生成氨基酸,氨基酸经脱氨、脱羧基生成多种醇,统称杂油醇。杂油醇是一类高沸点的混合物,是酱油中芳香来源的主体,如异戊醇及其酯都具香味。杂油醇是由氨基酸通过氧化、水解、脱氨、脱羧而得。5.4 乙酸、丙酮丁醇的生成 醋酸发酵是发酵与有氧呼吸之间的中间类型,因为糖类发酵产生乙醇后进一步变成乙酸需要大量氧气,故这种发酵为半嫌气性发酵。丙酮丁醇的生成，酱醪中的耐盐丁酸梭菌类的无氧分解糖类,糖类能产生多种产物,如丙酮、丁醇、异丙醇、乙醇、甲酸、乙酸、丁酸、3-酮-丁醇-2 CO2及氢。6微生物次生代谢产物抗生素 成品酱油检验中有一项指标大肠杆菌群,鲜有由于吃酱油致病、腹泻、中毒等现象,却耳闻目睹无数工农群众各种刀伤、烫伤、烧伤、肿痛等炎症在无医救助下,用酱油涂患处则可解除痛楚,这是酱油酿造发酵过程中的各种微生物产生的次生代谢产生物,则有抑制病原菌生长或消灭病原菌的作用,如抗生素类等。微生物次生代谢产物抗生素,其种类很多。次生代谢产物是