發酵食品原理與技術（簡體書）

《發酵食品原理與技術》內容由發酵微生物及代謝控制、發酵關鍵設備、食品發酵共性技術和傳統發酵食品釀造、食品配料發酵生產工藝組成，共分12章。涵蓋對國民經濟有重大影響的發酵與釀造食品，如酒精、酒類、氨基酸、有機酸、核苷酸、傳統發酵調味品、傳統餐桌食品發酵食品、微生物制劑及發酵食品添加劑。

前言
緒 論 1
一?發酵食品生產的特點及其分類/1
二?發酵食品生產歷史/1
三?我國發酵食品產業的現狀及存在的問題/2
四?發酵食品的發展趨勢/2
五?學習方法/3
第一章 食品發酵微生物及代謝機制 4
第一節 發酵食品微生物種類與發酵點/4
一?發酵食品工業常用的細菌及用途/4
二?發酵食品工業上有重要用途的酵母菌/5
三?工業上有重要用途的霉菌/6
第二節 微生物多樣性及微生物生態學研究方法/8
一?微生物多樣性及篩選/8
二?微生物生態學研究方法/8 前言
緒 論 1
一?發酵食品生產的特點及其分類/1
二?發酵食品生產歷史/1
三?我國發酵食品產業的現狀及存在的問題/2
四?發酵食品的發展趨勢/2
五?學習方法/3
第一章 食品發酵微生物及代謝機制 4
第一節 發酵食品微生物種類與發酵點/4
一?發酵食品工業常用的細菌及用途/4
二?發酵食品工業上有重要用途的酵母菌/5
三?工業上有重要用途的霉菌/6
第二節 微生物多樣性及微生物生態學研究方法/8
一?微生物多樣性及篩選/8
二?微生物生態學研究方法/8
第三節 發酵食品生產菌種的選育與保藏/10
一?菌種的選育技術/10
二?菌種的衰退?復壯與保藏/19
第四節 食品微生物發酵機制及代謝調控/21
一?微生物的初級與次級代謝/21
二?食物發酵過程重要的物質及能量代謝/22
三?微生物發酵的代謝途徑/27
四?微生物發酵的代謝調控/30
五?微生物代謝工程/34
第二章 微生物發酵及其過程控制 36
第一節 食品發酵基質制備/36
一?主要成分及食品發酵原料/36
二?發酵基質的制備/38
第二節 空氣凈化及溶氧/41
一?發酵液中氧溶解及傳質理論/41
二?影響氧傳遞速率的主要因素/42
三?增加發酵液中溶解氧的方法/44
四?空氣過濾除菌/45
第三節 發酵過程參數及其檢測/46
一?發酵過程參數/46
二?發酵過程有關數據的采集/49
第四節 固態發酵的特點及控制措施/50
一?與液態發酵相比固態發酵的特點/51
二?固態發酵的主要調控因素及其控制措施/52
三?大規模固態發酵需要考慮的工程問題/53
第五節 液態發酵的特點及其調節控制/55
一?液態發酵特點/55
二?液態發酵的調控參數及其控制措施/55
三?發酵過程中雜菌的污染與防治/60
第六節 發酵動力學/62
一?分批發酵動力學/62
二?連續發酵/66 三?補料分批發酵動力學/67
第三章 發酵食品生產的關鍵設備和設施 71
第一節 發酵設備和設施/71
一?固態發酵設備/71
二?液態發酵系統/73
第二節 固液分離設備/76
一?離心機/76
二?常規過濾設備/78
三?膜分離設備/81
第三節 提取?蒸餾及干燥設備/84
一?發酵食品的提取設備/84
二?發酵食品的蒸餾設備/85
三?發酵食品的干燥設備/89
第四章 酒精發酵生產與白酒釀造 91
第一節 酒精生產/91
一?酒精發酵微生物及發酵機理/91
二?酒精發酵原料及處理/93
三?淀粉質原料的蒸煮與糖化工藝/94
四?酒精發酵/97
五?酒精蒸餾/100
六?酒精回收新技術及無水酒精的制備/105
第二節 白酒釀造/106
一?白酒的分類及原料/106
二?白酒的生產用酒曲及生物學特點/106
三?典型大曲香型白酒的生產工藝/111
四?白酒的蒸餾?陳釀與勾兌技術/119
第五章 黃酒?啤酒和葡萄酒釀造 126
第一節 黃酒(米酒)釀造/126
一?黃酒的分類及特點/126
二?黃酒生產原料/128
三?黃酒釀造的主要微生物及作用/128
四?黃酒釀造工藝/129
第二節 啤酒釀造/136
一?啤酒的分類及原輔料/136
二?啤酒發酵酵母及代謝作用/138
三?麥芽制備/142
四?麥汁制備/145
五?啤酒發酵/148
六?啤酒發酵液后處理與成品包裝/151
第三節 葡萄酒釀造/153
一?葡萄酒分類及原料/153
二?葡萄酒釀造的微生物及作用/156
三?白葡萄酒的釀造工藝及質量控制/159
四?紅葡萄酒的釀造工藝及質量控制/162
第六章 有機酸發酵 168
第一節 檸檬酸發酵/168
一?檸檬酸發酵法生產原料/168
二?檸檬酸發酵菌種及發酵機理/172
三?檸檬酸發酵工藝/176
四?檸檬酸的分離提取精制/180
五?濃縮與結晶/183
六?干燥與包裝/185
第二節 乳酸發酵/186
一?乳酸性質及生產現狀/186
二?乳酸發酵菌種及發酵生化機制/187
三?乳酸發酵/189
四?乳酸的分離提取/191
第七章 氨基酸與核酸發酵 196
第一節 谷氨酸生產/196
一?谷氨酸生產原料及預處理方法/196
二?谷氨酸產生菌及發酵機理/197
三?谷氨酸發酵生產工藝及調控/200
四?影響谷氨酸產量的關鍵因素及控制/205
第二節 發酵法生產L 賴氨酸/209
一?賴氨酸性質及生產概況/209
二?賴氨酸生產菌種及發酵機制/209
三?賴氨酸發酵工藝及生產控制/211
四?影響賴氨酸產量的關鍵因素及控制/212
第三節 發酵法生產核苷酸/213
一?發酵法生產核苷酸菌株特點/213
二?核苷酸的生物合成途徑及其代謝調節/213
三?發酵法生產核苷酸基本工藝/214
第八章 傳統調味品發酵 218
第一節 食醋釀造/218
一?食醋的分類及釀造原料/218
二?食醋釀造的主要微生物及糖化發酵劑/219
三?食醋釀造基本原理/221
四?食醋釀造工藝/223
第二節 醬油釀造/228
一?醬油的分類及生產原料/228
二?釀造中主要微生物及生化機制/230
三?生產工藝/233
第三節 發酵醬釀造/240
一?發酵醬類制品的分類及生產原料/240
二?醬類釀造中的主要微生物及生化機制/242
三?醬類生產工藝/242
四?豆豉與納豆釀造/249
第四節 腐乳生產/252
一?腐乳的分類及生產原料/252
二?發酵中微生物及生化機制/253
三?腐乳生產工藝/255
第九章 傳統餐桌發酵食品 261
第一節 發酵肉制品/261
一?發酵肉制品分類/261
二?發酵肉制品中微生物及其作用/262
三?肉發酵成熟過程中的生物化學變化/263
四?發酵肉制品生產/264
第二節 發酵乳制品/267
一?發酵乳制品的分類及生產原料/267
二?發酵乳中主要微生物及生化機制/267
三?發酵乳生產工藝/269
第三節 天然干酪加工/272
一?干酪的分類及生產原料/272
二?干酪中主要微生物及生化機制/273
三?半硬質或硬質干酪生產工藝/275
四?霉菌型干酪生產工藝/276
第四節 發酵蔬菜制品/277
一?發酵蔬菜制品分類及原料的選擇/277
二?蔬菜發酵微生物及作用/278
三?生產工藝/280
第五節 發酵飲料/283
一?紅茶菌飲料/283
二?格瓦斯飲料/284
三?稠酒/287
第六節 果醋釀造/287
一?果醋分類及原料/288
二?果醋釀造微生物及釀造機制/288
三?果醋加工/288
第七節 發酵面制品/289
一?面包制作/289
二?饅頭制作/294
第十章 微生物制劑及發酵食品添加劑 296
第一節 發酵法生產酶制劑/296
一?酶的生產方法及微生物發酵/296
二?酶制劑的制備生產/298
第二節 活菌制劑/300
一?乳酸菌及益生菌制劑/300
二?活性干酵母的制備/302
第三節 單細胞蛋白生產/303
一?生產單細胞蛋白的菌種及原料/304
二?單細胞蛋白的生產工藝/304
三?啤酒廢酵母生產單細胞蛋白/305
第四節 其他活性成分/306
一?黃原膠發酵生產/306
二?紅曲色素/307
三?發酵生產谷胱甘肽/308
四?乳酸鏈球菌素(抗菌肽)/309
第十一章 發酵食品的安全性及清潔生產 310
第一節 發酵食品的安全性/310
一?微生物菌種安全性問題/310
二?發酵食品原材料安全性問題/312
三?發酵食品工藝安全性問題/313
第二節 發酵食品生產環境污染治理/314
一?發酵食品工業廢渣的綜合利用與處理/314
二?發酵食品工業廢水的綜合利用與處理/314
三?發酵工業清潔生產/316
主要參考文獻/318

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緒論<br> 發酵食品是利用微生物的作用而制得的一類食品，在中國有著悠久的歷史和豐富的內涵。發酵食品以其良好的質地和風味，深受國人喜愛，并逐漸傳播到其他國家和地區，對世界飲食結構和文化的形成產生了重要的影響。現代科學研究證實發酵食品具有多種營養保健功能。發酵食品的傳統生產是通過自然控制生產條件從而促使多種微生物在原料中生長、作用。這是先輩們經過長期的生活摸索總結出來的，但是這種生產方式在很大程度上依賴于自然環境的變化，不能連續生產，而且大多是家庭作坊式生產，很難做到產品一致，對發酵食品的規模化和現代化很不利。<br> 一、 發酵食品生產的特點及其分類<br> 發酵概念在不同的領域有不同的含義。在微生物學領域發酵是一個廣義的概念，泛指微生物進行的一切活動；而在生物化學領域，發酵僅僅是指厭氧條件下有機化合物進行不徹底的分解代謝釋放能量的過程。在我國通常將成分單一、風味要求不高的產品，如酒精、氨基酸、有機酸、單細胞蛋白等的生產稱為發酵；而把成分復雜、風味要求較高的產品，諸如酒類以及調味品、醬腌菜等的生產稱為釀造。<br> 1.　發酵食品的特點發酵與釀造工業本質是利用生物體或生物體產生的酶進行的化學反應，其主要特點為： <br> （1） 安全簡單： 食品發酵與釀造過程絕大多數是在常溫常壓下進行的，生產過程安全，所需的生產條件比較簡單。<br> （2） 原料廣泛： 食品發酵與釀造通常以淀粉、糖蜜或其他農副產品為主原料，添加少量營養因子進行反應。<br> （3） 反應專一： 食品發酵與釀造過程是通過生物體的自動調節方式來完成的，反應的專一性強。因而，可以得到較為單一的代謝產物，避免不利或有害副產物混雜其中。<br> （4） 代謝多樣： 由于不同生物體代謝方式、代謝過程的多樣性，以及生物體化學反應的高度選擇性，使得極其復雜的高分子化合物也能在自然界找到所需的代謝產物。因而，發酵與釀造適應的范圍非常廣。<br> （5） 易受污染： 由于發酵培養基營養豐富，各種來源的微生物都很容易生長，發酵與釀造過程要嚴格控制雜菌污染，有許多產品必須在密閉條件下進行發酵，在接種前設備和培養基必須滅菌，反應過程中所需的空氣或流加營養物必須保持無菌狀態。發酵過程避免雜菌污染是發酵成功的關鍵。<br> 2.　發酵食品行業及食品分類食品發酵與釀造業與國民經濟密切相關，涉及的部門和產品眾多。涵蓋釀酒、傳統調味品釀造、有機酸發酵、酶制劑發酵、氨基酸發酵、功能性食品生產、食品添加劑生產、菌體制造、維生素發酵和核苷酸發酵行業及相應食品。這些食品包括發酵獲得的微生物代謝產物、食物原料生物轉化和菌體本身。<br> 二、 發酵食品生產歷史<br> 最初，發酵食品是利用天然微生物發酵或采用傳統發酵工藝獲得的，發酵過程中依賴微生物的活性產物抑制大部分有害微生物的生長，是一種古老的食品保藏方法。發酵技術經過不斷演變、分化，這類食品由最初大多是以延長食品保存期、消除季節差異為目的，拓展成為一種獨特的食品加工方法。我國發酵食品歷史悠久，利用自然環境對糧食、谷物、豆類、蔬菜及肉類進行發酵，同時發明了釀酒、制醋、制醬、腌制蔬菜、制作風干腸等發酵工藝。其他國家同樣有獨特的發酵食品，如8000年前在伊拉克所在地區就有干酪制作，在公元前4000～公元前2000年，埃及人開始葡萄酒的釀造，還發明了用干發酵劑生產面包。<br> 發酵食品離不開微生物，而在微生物的發現過程中做出重大貢獻的是17世紀后葉的列文虎克（Leeuwenhoek），他發明了簡單顯微鏡并發現了單細胞微小生命體——微生物。在隨后的100多年里，對各種微生物的觀察一直沒有間斷，但仍然沒有認識到微生物和發酵的關系。直到19世紀中葉，巴斯德（Louis Pasteur，1822～1895）經過長期而細致的研究之后，才有說服力地宣告發酵是微生物作用的結果。巴斯德在瓶中加入肉汁，發現在加熱情況下不發酵，不加熱則產生發酵現象，并詳細觀察了發酵液中許許多多微小生命的生長情況，由此得出結論： 發酵是由微生物進行的一種化學變化。在連續對當時的乳酸發酵、轉化糖酒精發酵、葡萄酒釀造、食醋制造等各種發酵進行研究之后，巴斯德認識到這些不同類型的發酵，是由形態上可以區別的特定的微生物所引起的。但在巴斯德的研究中，進行的都是自然發生的混合培養，對微生物的控制技術還沒有很好掌握。其后不久，科赫（Robert Koch，1843～1910）建立了單種微生物的分離和純培養技術，利用這種技術成功地獲得各種純培養微生物。人類靠智慧逐漸學會了對微生物的控制，把單一微生物菌種應用于各種發酵產品中，在產品防腐、質量提高和質量穩定等方面起到了重要作用。隨著科學技術的進步，發酵與釀造技術發展領域形成了載入史冊的標志性里程碑，如微生物分離和純培養技術的建立（第一個轉折點）；隨后，好氣性發酵工程技術（第二個轉折點）；人工誘變育種和代謝控制（第三個轉折點）；將化學合成與微生物發酵有機地結合（第四個轉折點），每一個轉折點都為發酵工業帶來了快速發展。<br> 三、 我國發酵食品產業的現狀及存在的問題<br> 近年來，我國發酵食品產業取得了長足進步。據不完全統計，全國固態發酵食品企業共計45000余家。僅以固態發酵食品的幾個主導產品為例，2011年，我國白酒、醬油、食醋產量分別為1026萬噸、663萬噸和330萬噸，比2010年分別提高15%、11%和32%。2011年，上述產業共實現總產值約4200億元，約占當年國內生產總值的0.9%，利稅總額達1500億元，直接就業人數150余萬人，間接帶動上下游相關產業規模10000億元以上。<br> 雖然我國發酵食品產業取得了一些成績，但我國傳統發酵食品總體工業化程度不高，大多數傳統發酵食品企業規模小、技術管理落后，很大一部分傳統發酵食品的加工手段比較原始或工業化程度較低，沒有足夠的競爭力進軍國際市場，在國內市場競爭中也不占優勢。<br> 我國的傳統發酵食品質量不穩定，大多數企業生產以傳統的天然發酵工藝為主，生產過程和質量控制主要依靠技術人員的經驗加以判斷，產品的質量受外界因素的影響非常明顯，使得同一產品不同批次的品質、風味差異較大，難以實現標準化。我國大多數傳統發酵食品企業仍沿襲天然發酵工藝，微生物菌群復雜且發酵過程難以控制，不少發酵過程中混有有害菌株而導致有害代謝產物累積，從而帶來安全隱患。與其他食品產業一樣，傳統發酵產業的發展同樣離不開工藝技術革新。在我國傳統發酵食品企業中，有的企業因循守舊，生產工藝落后，未能摒棄傳統釀造工藝中的不利因素，有的企業在工藝革新過程中盲目追求效率和效益，使產品的傳統特色喪失，這種工藝革新的滯后嚴重制約了我國傳統發酵食品產業的發展。<br> 四、 發酵食品的發展趨勢<br> 目前，傳統發酵行業正面臨一場轉型升級的突圍。現代生物技術成為傳統發酵食品企業紛紛借力的重要支撐。中國傳統食品產業雖然具備一定產業基礎，但仍然不具備雄厚的國際競爭力，因此推動傳統食品產業升級，將是促進中國傳統食品工業化的必經之路。<br> 1.　發酵微生物菌種我國發酵食品中的某些種類的傳統生產技術不需要制備發酵劑，采用空氣中或原料表面的微生物直接接種發酵，或者采用從產品中直接回收的發酵劑進行接種發酵，如腐乳、豆豉、豆醬、醬腌菜、泡菜、火腿等；而另外一些種類的發酵食品需要先制作發酵劑，再將發酵劑添加到原料中進行發酵，如中國酒、醬油釀制使用的曲等。但是，隨著現代發酵技術的發展，對各種發酵食品中的微生物的了解逐漸清楚，各種發酵食品的生產技術研究中都涉及了發酵劑的制備，如制作酸泡菜的直投式發酵劑、腐乳的純種毛霉發酵劑或根霉發酵劑及制作酸奶的直投式發酵劑等。根據發酵食品的發展方向，包括直投式發酵劑制備技術在內的純菌接種工業化生產發酵食品是行業發展的必然趨勢。應用現代生物技術分離、選育、改良發酵菌株，提高菌株的酶活力或增加菌株的酶系表達，并實現單一菌株的純種發酵，簡化發酵劑的制作過程，提高發酵效率，以生產出品質穩定的產品。<br> 2. 發酵控制技術就發酵原料的預處理而言，很多傳統發酵食品的原料需要預處理后再進行發酵，如釀酒、醋、醬、醬油、豆豉等，都需要先將原料谷物或豆類進行蒸煮熟化，以便于微生物的利用。隨著一些新技術的出現完全可以替代傳統蒸煮熟化的預處理方式。就食品的發酵技術而言，我國發酵食品的發酵技術進展較慢，現階段大多數發酵食品僅從原來的自然發酵條件改進到人工控制部分條件，如溫度、濕度、通氣量等。發酵方式大多采用傳統的固態發酵，這對自動化操作有所不便，近年也有采用液態發酵方式的，但往往產品質量都不及傳統產品。在發酵設備上也有一些改進，如醬油生產中的發酵容器大多已由缸改用設有襯底的水泥池，便于采用浸泡淋油法取油。有的固態發酵法榨油由杠桿式木制壓榨機改用螺旋式壓榨機，稀醪發酵采用水壓式壓榨機榨油。但和國外的發酵技術相比，我國仍較為落后。利用現代的發酵工程科學與技術對傳統發酵工藝進行革新和改造，優化發酵工藝以實現傳統發酵食品的工業化和自動化生產勢在必行。<br> 3.　發酵后處理技術研究很多發酵食品在發酵后還要經過一系列處理，如陳釀、滅菌或脫鹽等。陳釀或后熟是為了讓剛剛發酵結束的食品在一定條件下發生某些生物化學反應，使其風味更加協調、柔和，如酒、醋通常需要較長時間的陳釀。為了提高企業的生產效益，利用現代化的物理和化學方法作為輔助手段可以有效地縮短后熟或陳釀的時間。我國傳統發酵調味品通常含鹽量很高，如醬油含鹽量常達18%～20%（w/v），其主要作用是在自然發酵過程中控制某些微生物的生長繁殖。但現代研究認為，長期食用高鹽食品對健康不利，這種情況不利于我國發酵調味品的發展。利用現代發酵技術和分離技術降低傳統發酵食品的鹽含量，研制開發低鹽發酵食品，更有利于傳統發酵食品的銷售和消費者的身體健康。<br> 4.　高新技術應用于傳統發酵食品工業將生物技術、膜分離、超濾、反滲透、納米過濾、超臨界萃取、分子蒸餾、微膠囊包埋、擠壓膨化、快速凍結、微波加工、真空技術、冷凍干燥、超高壓加工、超高溫瞬時殺菌、輻射殺菌、無菌包裝等高新技術應用于傳統發酵食品工業化生產中，深入研究其對發酵食品品質的影響機制，促進新產品的研制和開發，推動中國傳統食品的工業化和現代化。<br> 總之，發酵食品的生產理論及技術均在不斷的改進和更新過程中，既要保持發酵食品的傳統特色又要實現傳統發酵食品的工業化和規模化生產任重而道遠。在生產技術上我國發酵食品也可借鑒國外發酵食品的成功范例，如韓國泡菜的生產。不僅要發展生產配套設備，而且要建立有效的檢測手段、評價體系，促進發酵食品生產技術的發展。<br> 五、 學習方法<br> 《發酵食品原理與技術》是一門系統介紹食品發酵基本理論、基本技術及主要發酵食品生產工藝的課程，這門課的內容既涉及微生物學又涉及食品工程、發酵工程等學科,其主要技術內容包括微生物菌種的保藏、菌種的擴大培養及發酵劑的制備、發酵代謝的調控、微生物生態及作用、發酵產物的分離提取、發酵食品的工藝及控制等。學習者在學習時應該了解和掌握微生物發酵基礎知識，發酵食品形成機制及工藝技術。<br> 第一章 食品發酵微生物及代謝機制第一章<br> 食品發酵微生物及代謝機制發酵食品是經過微生物的作用使原料發生復雜的生物化學及物理變化后制成的食品。微生物種類是發酵食品生產的生物學基礎，決定發酵食品特性。性能優良的菌種才能使發酵食品具有良好的色、香、味等食品特征，因此，菌種的選育是一個關鍵問題。微生物體內存在著相互聯系、相互制約的代謝過程，這一過程是由一系列酶催化的生化反應來完成，微生物根據需要在瞬間即可形成每一種恰當酶，因此具有極精細的代謝控制系統。<br> 第一節 發酵食品微生物種類與發酵點<br> 一、 發酵食品工業常用的細菌及用途<br> 1. 革蘭氏陰性無芽孢桿菌<br> （1） 大腸埃希氏菌（Escherichia coli，俗稱大腸桿菌）： 作為基因工程受體菌，用于各種氨基酸，多種酶如凝乳酶、溶菌酶、谷氨酸脫羧酶、α半乳糖苷酶等發酵。<br> （2） 醋酸桿菌（Acetobacter）： 生產食醋、有機酸如醋酸、酒石酸、葡萄糖酸、山梨糖等。<br> 2. 革蘭氏陽性無芽孢桿菌<br> （1） 短桿菌（Brevibacterium）<br> 1） 發酵生產多種氨基酸： 主要菌種為黃色短桿菌（Bre. flavum）及其變種、乳糖發酵短桿菌（B. lactofermentum）及其基