第八章-在食品制造中的主要微生物及其应用

第八章在食品制造中的主要微生物及其应用社会经济的进步和现代生物技术的快速发展，无疑为人类新型食品的研究和制造带来了诸多新的机会。

无论是传统发酵食品还是以生物技术为手段的现代食品工业，都离不开微生物这个主题，是微生物独有的生长特性和代谢活动造就了现代发酵食品德研究与生产领域。

微生物在现代发酵食品工业所创造的经济效益和社会效益，使人类对微生物的研究与应用技术在不断地深入与拓宽。

各种新型发酵食品、功能性食品的不断应市，将使人们的物质生活更加丰富。

1．食品制造中的主要细菌及其应用1.1食醋醋是我国劳动人民在长期的生产实践中制造出来的一种酸性调味品。

它能增进食欲，帮助消化，在人们饮食生活中不可缺少。

在我国的中医药学中醋也有一定的用途。

全国各地生产的食醋品种较多。

著名的山西陈醋、镇江香醋、四川麸醋、东北白醋、江浙玫瑰米醋、福建红曲醋等是食醋的代表品种。

菌种：主要是醋酸杆菌属，例如膜醋酸杆菌、许氏醋酸杆菌、巴氏醋酸杆菌等。

发酵机理：a.淀粉糖化（曲霉菌）（C6H10O5）n+nH2O→n C6H12O6b.酒精发酵（酵母菌）C6H12O6+2ADP+2Pi→2CH3CH2OH2+CO2+6H2O+38ATPc.醋酸发酵（醋酸菌）工艺流程：酿造食醋可用淀粉物质、水果、酒糟等为原料。

原料经糖化和酒精发酵生产酒精，再调整酒精浓度为5%-10%，接种醋酸菌进行发酵生成以醋酸为主的发酵产物，发酵完毕后经80℃左右的温度加热杀菌，再经过过滤，调配等工艺得到成品食醋。

1.2乳酸发酵食品通过乳酸菌进行乳酸发酵而生产出来的食品通称为乳酸发酵食品。

在乳酸发酵过程中，乳酸菌将食品原料中的糖分转化为乳酸，从而提高了制品的酸度。

在乳酸发酵的过程同时，还产生其他一些物质，如甲酸、乙酸、琥珀酸、醇类、酮类、甘油、酯类及各种维生素等。

因而使乳酸发酵食品不但具有特殊的风味，而且在很大程度上提高了食品的营养价值。

近几年的研究还表明，某些乳酸菌（如双歧杆菌、嗜酸乳杆菌）保健作用。

另外i，由于乳酸发酵食品具有较高的酸度，能在相当长的时期内抑制腐败性菌类的生长，使食品的保藏性能得以增强。

菌种：乳酸菌均为革兰氏阳性细菌，无运动性，不形成芽孢，以乳酸作为发酵代谢的主要产物。

乳酸菌缺少完备的氧化还原酶系，不能进行氧化磷酸化，因而都是厌氧生长的。

但有不象其他厌氧菌那样对氧敏感，有时又称微需氧菌。

乳酸菌种类很多在形态及生理特征上亦各不相同。

目前在食品工业在食品工业中应用的主要有以下五个属：①乳杆菌属：本属细菌为革兰氏阳性杆菌，老培养物的细胞有时呈革兰氏阴性反应。

多分布在牛乳及发酵的谷物或蔬菜的醪液中，在人的口腔及肠道中也有分布。

在乳酸发酵食品中常用的菌种由保加利亚乳杆菌、干酪乳杆菌、嗜酸乳杆菌、乳酸乳杆菌、植物乳杆菌，它们都是属于同型乳酸发酵，而发酵乳杆菌、短乳杆菌为异型乳酸发酵。

②双歧杆菌属：因其菌体分叉而得名。

为为革兰氏阳性无芽孢杆菌。

双歧杆菌发酵葡萄糖主要形成醋酸和乳酸。

目前翼有多种双歧杆菌被开发应用于食品生产，如青春双歧杆菌、婴儿双歧杆菌、长双歧杆菌等。

此外，还有，明串珠菌属，足球菌属，链球菌属。

发酵机理：自然界中能使糖类发酵产生以乳酸为主要代谢产物的细菌称为乳酸菌。

根据乳酸菌发酵的过程及产物不同，可分为同型乳酸发酵和异型乳酸发酵。

同型乳酸发酵，在这一发酵过程中产物的绝大多数为乳酸。

大多数乳酸菌进行同型乳酸发酵。

异型乳酸发酵是指某些乳酸菌在发酵过程中除生成乳酸外，同时还生产其他的有机酸、醇类、二氧化碳等。

同型发酵的乳酸菌通过EMP代谢途径，即葡萄糖经1，6-二磷酸果糖降解成丙酮酸，在乳酸脱氢酶的作用下丙酮酸被NADH2还原成乳酸。

异型乳酸发酵的乳酸菌进行的是HMP途径，即葡萄糖先被分解成5-磷酸木酮糖并释放出二氧化碳，再经磷酸解酮酶作用转变成乙酰磷酸及3-磷酸甘油醛；乙酰磷酸进一步还原成醋酸和乙醇，同时释放出磷酸，而3-磷酸甘油醛则通过丙酮酸被还原成乳酸。

工艺流程：①酸牛乳②干酪③泡菜1.3氨基酸氨基酸是组成蛋白质的基本成分，其中有8种氨基酸是人体不能合成但又必需的氨基酸，称为必需氨基酸，人体只有通过食物来获得。

另外在食品工业中，氨基酸可作为调味料，如谷氨酸钠、肌苷酸钠、鸟苷酸钠可作为鲜味剂，色氨酸和甘氨酸可作为甜味剂，在食品中添加某些氨基酸可提高其营养价值等等。

因此氨基酸的生产具有重要的意义。

表7~1列出部分氨基酸生产所用的菌株。

自从60年代以来，微生物直接用糖类发酵生产谷氨酸获得成功并投入工业化生产。

我国成为世界上最大的味精生产大国。

味精以成为调味品的重要成员之一，氨基酸的研究和生产得到了迅速发展。

菌种：谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)、乳糖发酵短杆菌(Brevibacterium lactofermentum)、黄色短杆菌(Brevibacterium flavum)。

我国使用的生产菌株是北京棒杆菌(Corynebacterium pekinenese n.sp.)AS1.299、北京棒杆菌D110、钝齿棒杆菌(Corynebacterium crenatum n.sp)AS1.542、棒杆菌S-914和黄色短杆菌T6~13（Brevibacterium flavum T6~13）等。

发酵机理：淀粉质原料经糖化处理后转化成可供味精生产菌利用的单糖。

单糖经糖酵解(EMP）和单磷酸己糖支路（HMP）生成丙酮酸，然后加入三羧酸循环（TCA）生产α－戊二酮，在谷氨酸脱氢酶的作用下α－戊二酮倍氨基化形成谷氨酸。

谷氨酸发酵所用的碳源除淀粉水解糖外，还广泛应用了制糖工业的废料——甘蔗糖及甜菜糖蜜。

氮源主要虱尿素或液氮。

此外，还需要添加一定量的有机氮化物，以提供必要的生长素。

2．食品制造中的酵母菌及其应用酵母菌与人们的生活有着十分密切的关系，几千年来劳动人民利用酵母菌制作出许多营养丰富、味美的食品和饮料。

目前，酵母菌在食品工业中占有极其重要的地位。

利用酵母菌生产的食品种类很多，下面仅介绍几种主要产品。

2.1面包面包是产小麦国家的主食，几乎世界各国都有生产。

它是以面粉为主要原料，以酵母菌、糖、油脂和鸡蛋为辅料生产的发酵食品，其营养丰富，组织蓬松，易于消化吸收，食用方便，深受消费者喜爱。

菌种：面包等发酵型焙烤食品所使用的酵母菌种必须是发酵能力强的，并且能产生一些风味物质。

目前最常用的菌种是啤酒酵母。

面包酵母是一种单细胞生物，属真菌类，学名为啤酒酵母。

面包酵母有圆形、椭圆形等多种形态。

以椭圆形的用于生产较好。

酵母为兼性厌氧性微生物，在有氧及无氧条件下都可以进行发酵。

酵母生长与发酵的最适温度为26~30℃，最适pH为5.0-5.8。

酵母耐高温的能力不及耐低温的能力，60℃以上会很快死亡，而-60℃下仍具有活力。

生产上应用的酵母主要有鲜酵母、活性干酵母及即发干酵母。

鲜酵母是酵母菌种在培养基中经扩大培养和繁殖、分离、压榨而制成。

鲜酵母发酵力较低，发酵速度慢，不易贮存运输，0-5℃可保存二个月，其使用受到一定限制。

活性干酵母是鲜酵母经低温干燥而制成的颗粒酵母，发酵活力及发酵速度都比较快，且易于贮存运输，使用较为普遍。

即发干酵母又称速效干酵母，是活性干酵母的换代用品，使用方便，一般无需活化处理，可直接生产。

面团的发酵：体积大、组织松软。

酵母在发酵时利用原料中的葡萄糖、果糖、麦芽糖等糖类及a-淀粉酶对面粉中淀粉进行转化后的糖类进行发酵作用，产生CO2，使面团体积膨大，结构疏松，呈海绵状结构；改善面包的风味。

发酵后的面包与其他各类主食品相比，其风味自有特异之处。

产品中有发酵制品的香味，这种香气的构成极其复杂。

增加面包的营养价值。

在面团制作过程中，酵母中的各种酶对面团中的各种有机物发生的生化反应，将高分子的结构复杂的物质变成结构简单的、相对分子质量较低能为人体直接吸收的中间生成物和单分子有机物，如淀粉中的一部分变成麦芽糖和葡萄糖，蛋白质水解成胨、肽和氨基酸等生成物。

这对人体消化吸收非常有利，提高了谷物的生理价值。

酵母本身蛋白质含量甚高，且含有多种维生素，使面包的营养价值增高。

面包生产分类：面包生产有传统的一次发酵法、二次发酵法及新工艺快速发酵法等。

我国生产面包多用一次发酵法及二次发酵法，近年来，快速发酵法应用也较多。

（1)一次发酵法工艺流程活化酵母↓原料处理→面团调制→面团发酵→分块、搓圆→整形→醒发→烘烤→冷却→包装一次发酵法的特点是生产周期短，所需设备和劳力少，产品有良好的咀嚼感，有较粗糙的蜂窝状结构，但风味较差。

该工艺对时间相当敏感，大批量生产时较难操作，生产灵活性差。

（2) 二次发酵法工艺流程原辅料处理→第一次和面→第一次发酵→第二次和面→第二次发酵→整形→醒发→烘烤→冷却→成品↑↑(部分面粉、部分水、全部酵母) (加入剩下的原辅料)二次发酵法即采取两次搅拌、两次发酵的方法。

第一次搅拌时先将部分面粉(占配方用量的1/3)、部分水和全部酵母混合至刚好形成疏松的面团。

然后将剩下的原料加入，进行二次混合调制成成熟面团。

成熟面团再经发酵、整形、醒发、烘烤制成成品。

二次发酵法应用较多，其特点是生产出的面包体积大、柔软，且具有细微的海绵状结构，风味良好、生产容易调整，但周期长操作工序多。

第二讲（2学时）2.2啤酒菌种：酿造啤酒的酵母主要有两种：啤酒酵母和卡尔酵母。

啤酒酵母在啤酒发酵中又称上面酵母，发酵时漂浮在液面上，发酵终了时形成酵母盖，经长时间放置酵母也不下沉。

卡尔酵母又称下面酵母，发酵时悬浮在发酵液中，发酵终了时酵母很快凝集并沉积下来。

原料：大麦是生产啤酒的主要原料，其原因有：大麦在世界范围种植面极广，而且发芽能力强，价格又较便宜；大麦经发芽、干燥后制成的干大麦芽内含各种水解酶。

酶源和丰富的可浸出物，因此能较容易制备到符合啤酒发酵用的麦芽汁；大麦的谷皮是很好的麦芽汁过滤介质。

将大麦用水浸泡后使其发芽，当幼芽长至麦粒的三分之二，根长为麦粒的1。

5 倍时，立即干燥并除去须根。

然后将其糖化制成麦芽汁。

麦芽汁在糖化过程中，淀粉经淀粉酶的作用水解成麦芽糖、葡萄糖等可发酵糖，为酵母菌提供碳源和能源。

麦芽中的蛋白质在这一过程中经蛋白质的水解作用，分解成小分子的肽及氨基酸，提供酵母菌以氮源。

蛋白酶对大麦的水解作用还有利于啤酒的澄清。

大米是啤酒酿造的辅助原料，主要是为啤酒酿造提供淀粉来源，改善麦汁浸出物的组成，增强啤酒的保存性。

玉米也是啤酒酿造的淀粉质辅料。

酒花是在啤酒酿造中不可少的辅助原料。

酒花在啤酒生产中的主要作用是：赋予啤酒香气和爽口的苦味；提高啤酒泡沫的持久性；使蛋白质沉淀，有利于啤酒的澄清；酒花本身有抑菌作用，增强麦芽汁和啤酒的防腐能力。

2.3葡萄酒葡萄酒是新由鲜葡萄或葡萄汁通过酵母的发酵作用而制成的一种低酒精含量的饮料。