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发酵,(Fermentation),又称酦酵。发酵是一种化学过程,透过厌氧过程分解葡萄糖等分子。 更广泛地说,发酵是在葡萄酒和啤酒生产过程中发生的起泡现象,这一过程至少已有10,000年的历史。 泡沫起因于二氧化碳气体的释放,尽管直到17世纪才意识到。 19世纪的法国化学家和微生物学家路易·巴斯德(Louis Pasteur)在狭义上使用发酵一词来描述由酵母和其他微生物在无空气(厌氧)条件下生长引起的变化。 巴斯德还发现认识到乙醇和二氧化碳不是发酵的唯一产物。[1]
发酵的历史
“发酵”一词来自拉丁语fervere,意思为“煮沸”。发酵(Fermentation)一词,ㄧ开始在14世纪晚期被炼金术士描述,而不是现代意义上的发酵过程。约在1600年,发酵的化学过程开始成为科学研究的主题。
发酵是自然过程。人们早在了解生化过程之前就已经进行了发酵,以生产葡萄酒,蜂蜜酒,奶酪和啤酒等产品。在1850和1860年代,路易斯·巴斯德(Louis Pasteur)证明发酵是由活细胞引起的,因而成为第一位研究发酵的酶学家(zymurgist)或科学家。然而,巴斯德未能从酵母细胞中提取负责发酵的酶。 1897年,德国化学家爱德华·比希纳(Eduard Buechner)研磨酵母,从中提取了液体,发现该液体可以发酵糖溶液。 爱德华·比希纳的实验被认为是生物化学科学的开端,为他赢得了1907年诺贝尔化学奖。[2]
食品的发酵
很多肉制品也属于发酵食品,发酵肉制品一直在人类饮食文化里占有一席之地,如发酵香肠、火腿。很多人以为这些发酵香肠、火腿只是经过盐渍、风干的作用而已,其实在其制造与漫长熟成的过程里,有许多微生物一起团队合作发挥作用,产生很多化学变化,才会让这些发酵肉制品与生鲜肉品的风味这么不同,却又具有其独特的甘醇鲜美。[3]
乙醇发酵
酵母和某些细菌进行乙醇发酵,丙酮酸(来自葡萄糖代谢)分解为乙醇和二氧化碳。由葡萄糖生产乙醇的化学方程式为:
C6H12O6(葡萄糖)→2 C2H5OH(乙醇)+ 2 CO2(二氧化碳)
乙醇发酵已用于生产啤酒,葡萄酒和面包。值得注意的是,在果胶含量高的情况下进行发酵会产生少量甲醇,而甲醇在食用时会产生毒性。[2]
乳酸发酵
来自葡萄糖代谢(糖酵解)的丙酮酸分子可以被发酵成乳酸。乳酸发酵用于在酸奶生产中将乳糖转化为乳酸。当组织需要能量的速度比氧气的供给速度快时,它也会发生在动物肌肉中。由葡萄糖生产乳酸的下一个方程是:
C6H12O6(葡萄糖)→2 CH3CHOHCOOH(乳酸)
由乳糖和水生产乳酸的过程可总结为:
C12H22O11(乳糖)+ H2O(水)→4 CH3CHOHCOOH(乳酸)[2]
重要性
动物的肉品自古以来都是高价的蛋白质来源,取得不易,但是因为肉品营养丰富,容易腐败变质,在没有冰箱的古代,保存是大难题。肉品的发酵,就是古人找出帮助肉品保存的一种重要方法,并一直演变至今。发酵肉制品最主要的代表作就是发酵香肠、火腿,即使现代冷冻、冷藏的发达,肉品的保存已经没有那么困难了,但是这些发酵肉制品的特殊风味,仍是无法取代。总结来说,发酵的肉制品有以下优点:
- 1.帮助保存:
肉品发酵过程,表面的霉菌有助于降低水分活性;而生长在里面的乳酸菌,会生成乳酸、降低pH。这些作用都有助于抑制杂菌与腐败菌的生长,有助于肉品的保存。
- 2.增添风味:
在发酵与熟成的过程中,这些霉菌、酵母菌、乳酸菌等微生物,都会一边生长,一边分解肉品里面的蛋白质、脂肪等,产生很多很复杂的小分子代谢物,如胺基酸、胜肽、脂肪酸、有机酸等。然后这些小分子会再进行化学反应与重组,如此一来就会产生更复杂的香味物质,让发酵肉品产生与众不同的风味。
在发酵肉品众多风味中,最引人注意的是麸胺酸。麸胺酸是甘味的重要来源。长久以来,我们以为人类的基本味觉只有酸、甜、苦、咸四种,要直到近世才发现还有第五种基本味觉存在,那就是“甘味”,也就是俗称的“鲜味、旨味”,甘味的主要贡献来源就是麸胺酸。在一般食品中,麸胺酸含量很低,仅仅在海带、香菇、番茄里含量比较高一点,后来由味之素公司首创的麸胺酸钠发酵生产技术(俗称味精),才让人有纯化的便宜麸胺酸可以添加。
但是另一方面,科学家也发现经过发酵熟成的肉品中,麸胺酸的含量会大大提高,所以发酵肉品才会让人感到特别的鲜美。西班牙的一项研究中指出,经过一年熟成的火腿里,麸胺酸含量可以高达340毫克/100克,相较于新鲜猪肉平均麸胺酸含量才10毫克/100克,高出了34倍之多;另外在日本的另一项实验中,发酵香肠里麸胺酸的含量,也在一个月的时间里提高了将近20倍以上。而这样高的麸胺酸含量,就要归功于微生物酵素分解猪肉里的蛋白质,产生出这样的游离麸胺酸。[3]
参考资料
- ↑ Fermentation CHEMICAL REACTION. Britanica. 2016-03-28 (英语).
- ↑ 2.0 2.1 2.2 What Is Fermentation? Definition and Examples/Definition, History, and Examples of Fermentation. ThoughtCo. 2019-01-22 (英语).
- ↑ 3.0 3.1 鲜美旨味的来源-发酵肉制品. 科学人杂志. 2019-10-22 (中文).