微生物與發(fā)酵食品

1、第八章微生物與發(fā)醉食品第一節(jié)細(xì)菌在食品制造中的應(yīng)用一、食醋食醋是我國人民日常生活中主要調(diào)味品之一，也是我國利用微生物生產(chǎn)的一個古老的產(chǎn)品。（一）、菌種食醋是細(xì)菌的發(fā)酵產(chǎn)品，常利用醋酸桿菌進(jìn)行好氧發(fā)酵而生產(chǎn)。如以淀粉為原料，還需霉菌和酵母菌的參與；如以糖類物質(zhì)為原料，需加入酵母菌；只有以 乙醇類物質(zhì)為原料，單純利用醋酸桿菌就可完成釀醋作用。1、曲霉菌釀醋先釀酒，曲霉菌的作用是將淀粉水解為葡萄糖，為酒精發(fā)酵提高條件。 常用的菌種是黑曲霉（Aspergillus niger）,宇佐美曲霉（A.usamii）等?，F(xiàn)常用是北 微所選育的黑曲霉變異株 UV-11,編號為AS.3.4309,最適pH值為3.

2、5-5.0。米 曲霉常用菌株有滬釀 3.040,滬釀3.042（AS3.951）,AS3.863 等。黃曲霉菌株有 AS3.800、AS3.384等。2、酵母菌酵母菌通過其酒化酶系統(tǒng)把葡萄糖轉(zhuǎn)化為酒精和二氧化碳，完成釀醋過程中 的酒精發(fā)酵階段。其菌種主要是釀酒酵母 （Saccharomyces cerevisia）e。3、醋酸菌醋酸菌具有氧化酒精生成醋酸的能力。醋酸菌的形態(tài)為短桿或長桿細(xì)胞，單獨(dú)、成對或排列成鏈狀。不形成芽抱，革蘭氏染色，幼齡陰性，老齡不穩(wěn)定。好 氧，喜歡在含糖和酵母膏的培養(yǎng)基上生長。最適生長溫度為30oC左右，最適pH值為 5.4-6.3 。目前國內(nèi)外用于生產(chǎn)的食醋菌種有：奧

3、爾蘭醋酸桿菌（Acetobacter orleanwns®、許氏醋酸桿菌（A.schutzenbach”、彎曲桿菌（A.curvum）、產(chǎn)醋醋桿 菌（A.acetigenum）、醋化醋桿菌（A.aceti）、惡臭醋桿菌（A.ranlens）等。我國目前 使用人工純培養(yǎng)的醋酸菌種，主要有中微所培育出的惡臭醋桿菌的混濁變種 （AS1.41）、上海釀造所和上海醋廠從丹東速釀醋中分離而得的巴氏醋桿菌 （A.pasteurianu§ 巴氏亞種（滬釀 1.01 號）。（二）、發(fā)酵機(jī)理(C6Hl2O) N+nHO -nC 6H12QGHkQ+2ADP+2Pi »2CH 3CHO

4、H+CO2ATP CHCHOH+NAD CH 3CHO+NADHCHCHO+NAD2O-*CH 3OOH+NADH食醋在發(fā)酵過程中，通過美拉德反應(yīng)和酶促褐變反應(yīng)生成色素。 發(fā)酵過程中 產(chǎn)生各種有機(jī)酸和醇類，通過酯化反應(yīng)合成各種酯類，賦予特殊的香氣。脂類以 乙酸乙酯為主。醋酸是形成酸味的主體酸，甜味來自糖分。鮮味來自蛋白質(zhì)的水 解產(chǎn)物氨基酸和菌體自溶核酸的降解產(chǎn)物核甘酸。（三）、工藝流程食醋的釀造方法通常分為固態(tài)發(fā)酵和液態(tài)發(fā)酵兩大類。我國傳統(tǒng)的釀造法多采用固體發(fā)酵，該法生產(chǎn)的醋風(fēng)味較好，但需要輔料多，發(fā)酵周期長，原料利用 率低，勞動強(qiáng)度大。一般工藝流程為：原料混合，加水拌勻，烝煮，冷涼和加萩皮和

5、酵母，糖化、 發(fā)酵，拌糠接入醋酸菌，醋酸發(fā)酵，加鹽陳釀，淋醋，陳醋，配兌，滅菌，包裝， 成品?？捎糜谑炒咨a(chǎn)的原料很多，有糖蜜、高粱、大米、玉米、甘薯、糖糟、梨、 柿等干果以及野生含糖和含淀粉的果實(shí)等。一股著名的醋仍以糯米、大米、高粱 等糧食作物為原料。我國食醋名優(yōu)產(chǎn)品如山西陳醋 、鎮(zhèn)江陳醋、江浙玫瑰醋、四川萩醋+福建 紅曲醋、東北白醋等。二、乳酸發(fā)酵制品（一）乳酸菌及其有關(guān)屬按生化性狀分類法：乳桿菌屬、鏈球菌屬、明申珠菌屬、雙歧桿菌屬和片球 菌屬。1、乳桿菌屬形態(tài)多樣，長、細(xì)長、彎曲及短桿、棒形球桿狀，一般形成鏈，通常不運(yùn)動， 無芽胞，G。微嗜氧，營養(yǎng)要求復(fù)雜，需要氨基酸、肽、核酸衍生物、鹽

6、類、脂肪酸、可 發(fā)酵的碳水化合物。生長溫度范圍2-53°C,最適生長溫度30-40oC,耐酸H5.5-6.2。不能還原硝 酸鹽，HO酶反應(yīng)陰性，細(xì)胞色素陰性。G+CE圍32%-53%德氏乳桿菌、保加利亞乳桿菌、瑞士乳桿菌、嗜酸乳桿菌等。目前將乳桿菌分為三個亞屬：專性同型發(fā)酵群、兼性異性發(fā)酵群和專性異型 發(fā)酵群2、鏈球菌屬通常排列成對或鏈，無芽孢，G= ，發(fā)酵碳水化合物主要是乳酸，代謝過程中不能利用氧，但可在氧環(huán)境中生長，是一種耐氧的厭氧菌，H2O2 酶反應(yīng)陰性。該菌屬有些是人和動物的病原菌， 如牛乳房炎的無乳鏈球菌； 引起咽喉炎的溶血鏈球菌； 食品發(fā)酵工業(yè)上應(yīng)用的有乳酸鏈球菌、 乳酪

7、鏈球菌、 嗜熱乳鏈球菌 等。3、明串珠菌屬細(xì)胞球形，通常呈豆?fàn)?，G=,不運(yùn)動，無芽胞，兼性厭氧，菌落通常小于 1 cm,光滑、圓形，灰白色。培養(yǎng)液生長物混濁均勻，但形成長鏈的菌株趨向于 沉淀。生長溫度范圍5-30°C,最適20-30oCo需要復(fù)合生長因子、氨基酸以及煙酸、硫胺素、生物素、可發(fā)酵葡萄糖，產(chǎn)生 D（ - ）乳酸，乙醇和CO2。接觸酶陰性，無細(xì)胞色素，不水解精氨酸，通常不酸化和凝固牛乳。不分解蛋白，不產(chǎn)生呷咪，不還原硝酸鹽，不溶血。G+& 38-44%食品中常用的菌種有腸膜明串珠菌、及其乳脂亞種、酒明串珠菌等。4、雙歧桿菌屬雙歧桿菌屬細(xì)菌的細(xì)胞呈現(xiàn)多樣形態(tài)， 有短桿

8、較規(guī)則形或纖細(xì)桿狀帶有尖細(xì)末端的細(xì)胞，有呈球形者，彎曲狀的分支或分叉形，棍棒狀或匙形。單個或鏈狀，V形，柵欄狀排列，聚合成星狀等。G,不抗酸，不形成芽抱， 不運(yùn)動、厭氧，最適生長溫度 37-41°C,初始生長最適PH6.5-7.0。G+輸量為 55-67%。模式種為雙歧雙歧桿菌。 應(yīng)用在發(fā)酵乳制品有雙歧雙歧桿菌、 嬰兒雙歧桿菌、青春雙歧桿菌、長雙歧桿菌和短雙歧桿菌。5、片球菌屬細(xì)胞圓球形，一般成對，單個罕見，G=,不運(yùn)動，不形成芽抱，兼性厭氧。菌落大小可變，1.2-2.5 cm,最適生長溫度范圍25-40°C,生長時需要有復(fù)合 的生長因子和氨基酸，還需要煙酸、泛酸、生物素。

9、接觸酶陰性，無細(xì)胞色素，通常不酸化和凝固牛乳，不分解蛋白，不產(chǎn)生吲哚，不還原硝酸鹽，不水解馬尿酸鈉。（二） 、乳酸發(fā)酵類型葡萄糖進(jìn)入細(xì)胞后的代謝情況依微生物的不同而不同。 乳酸菌屬于兼性厭氧菌和厭氧菌， 它們只能通過發(fā)酵作用進(jìn)行糖代謝， 主要產(chǎn)物有乳酸、 和一些其它還原性的產(chǎn)物。 根據(jù)菌體內(nèi)酶系統(tǒng)的差異， 其代謝途徑分三類， 即同型發(fā)酵途徑、異型發(fā)酵途徑和雙歧途徑。同型乳酸發(fā)酵是指發(fā)酵終產(chǎn)物90%以上為乳酸的乳酸發(fā)酵過程。異型乳酸發(fā)酵是指終產(chǎn)物中除乳酸外， 還有乙醇、 二氧化碳等成分的乳酸發(fā)酵過程。雙歧途徑是雙歧桿菌的產(chǎn)能模式。在葡萄糖代謝中， 2mol 葡萄糖產(chǎn)生3mol乙酸， 2.5mol

10、 乳酸和ATP。（三）、泡菜泡菜是一種獨(dú)特而具有悠久歷史的大眾的乳酸發(fā)酵蔬菜制品 , 制作工藝可以追溯到 2000 多年前 , 乳酸發(fā)酵的“冷加工”方法對蔬菜和營養(yǎng)成分, 色香味體的保持極為有利 , 產(chǎn)品既有良好的感官品質(zhì), 又節(jié)約能源。 具有設(shè)備簡單, 操作容易 ,成本低廉 , 原料豐富 , 食用方便等眾多優(yōu)點(diǎn)。 千百年來 , 泡菜以其酸鮮純正 , 脆嫩芳香 , 清爽可口 , 回味悠久 , 解膩開胃 , 促消化 , 增食欲的品位及功效吸引著國內(nèi)外眾多消費(fèi)者。使泡菜這種食文化世代相傳、源遠(yuǎn)流長、經(jīng)久不衰。如今以成都泡菜為代表的中國泡菜與韓國泡菜、日本泡菜齊名 , 成為世界公認(rèn)的健康發(fā)酵蔬菜制品

11、。 雖然三國泡菜生產(chǎn)工藝各有絕技, 產(chǎn)品質(zhì)量各具特色, 但是無一不煥發(fā)出青春以嶄新的面貌繼續(xù)造福于人類。韓國泡菜具有千年以上的歷史, 但直到 1950 年前后 , 仍停留在家庭作坊的制作方式。 自 1974 年出現(xiàn)第一家工廠化生產(chǎn)泡菜的企業(yè)以來, 今日韓國泡菜幾乎成為純粹的工業(yè)產(chǎn)品。由于韓國泡菜的不斷更新在國際上得到了認(rèn)可。 1997 年在國際食品規(guī)格委員會會議上, 將泡菜的國際標(biāo)記定為韓國“泡菜”兩字發(fā)音的“ kimchi ”。此外韓國清州大學(xué)于 2000 年增設(shè)了泡菜食品科學(xué)專業(yè)。日本生產(chǎn)的日式泡菜源于韓國 , 后根據(jù)本國國情加以改進(jìn)自成一家。自 80年代后期開始盛行, 除滿足本國消費(fèi)外也

12、批量出口。產(chǎn)品從口味到制作工藝均與中國泡菜和韓國泡菜有明顯區(qū)別。 制作方式為: 使用天然色素或醬油泡制 , 沒有經(jīng)過乳酸菌作用 , 屬于低鹽、低酸的非發(fā)酵型蔬菜制品，通常需冷鏈銷售。國內(nèi)的泡菜產(chǎn)地主要在四川成都, 成都泡菜以其獨(dú)有的高品質(zhì)聞名于世。目前成都地區(qū)的蔬菜年產(chǎn)量已達(dá)到 300 萬噸。 豐富的原料資源和自然優(yōu)勢造就了泡菜行業(yè)的崛起和興旺。據(jù)不完全統(tǒng)計, 僅成都及周邊地區(qū)的泡菜生產(chǎn)企業(yè)就在千家以上。 產(chǎn)品暢銷祖國大江南北, 甚至遠(yuǎn)銷國外。 但是也應(yīng)當(dāng)看到 , 在眾多泡菜生產(chǎn)企業(yè)中除為數(shù)不多的具備工業(yè)化生產(chǎn)能力以外, 其余均屬零星、分散、小規(guī)模的作坊式生產(chǎn)。在制作泡菜過程中，微生物類群的消

13、長變化，可以分為三個階段：第一階段為微酸階段： 乳酸菌利用蔬菜中的可溶性養(yǎng)分進(jìn)行乳酸發(fā)酵， 形成乳酸， 抑制了其他微生物的活動， 主要菌為鏈球菌和腸膜明串珠菌， 另外常見的微生物類群還有假單胞菌、產(chǎn)氣腸桿菌、陰溝腸桿菌、短小芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、多黏芽孢桿菌等。第二階段為酸化成熟階段： 腐敗微生物的活動受到抑制后， 更有利于乳酸菌的大量繁殖和乳酸發(fā)酵的繼續(xù)進(jìn)行使乳酸濃度愈來愈高，達(dá)到了酸化成熟階段。參與發(fā)酵的優(yōu)勢微生物種類有腸膜明串珠菌、 植物乳桿菌、 短乳桿菌和發(fā)酵乳桿 菌。第三階段為過酸階段： 當(dāng)乳酸濃度繼續(xù)增高， 乳酸菌的活動受到抑制， 此時泡菜和酸菜內(nèi)的微生物活動幾乎完全停止， 因此

14、蔬菜得以長時間保存不壞。 這一 期間的優(yōu)勢微生物主要是植物乳桿菌和短乳桿菌。乳酸菌在發(fā)酵過程中， 除了產(chǎn)乳酸外， 還產(chǎn)生大量的乙醛、 乙醇、 二氧化碳、甘露醇、葡聚糖及其它風(fēng)味物質(zhì)。(四)、發(fā)酵乳制品新鮮的原乳經(jīng)過微生物的發(fā)酵作用， 成為具有特殊風(fēng)味的食品， 這些食品稱之為發(fā)酵乳制品。 該制品具有良好的風(fēng)味， 較高的營養(yǎng)， 同時具有一定的保健作用。其產(chǎn)品主要有干酪、酸奶油、酸乳、馬奶酒等。1、菌種乳酸細(xì)菌發(fā)酵糖類的類型可分為兩種： 同型乳酸發(fā)酵和異型乳酸發(fā)酵。 同型發(fā)酵即一些乳酸菌在發(fā)酵過程中能使80%-90%的葡萄糖轉(zhuǎn)化為乳酸，僅有很少量的其他產(chǎn)物， 引起這種發(fā)酵的乳酸菌叫做同型乳酸菌。 常

15、用的菌種有干酪乳桿菌( Lactobacillus casei) 、保加利亞乳桿菌 ( L.bulgaricus) 、乳鏈球菌 ( Streptococcus lactis) 、嗜酸乳桿菌( Lactobacillus acidophilum) 、胚芽乳桿菌( L.plantarum) 、嗜熱鏈球菌 ( Streptococcus thermophilus) 、丁二酮鏈球菌 ( Strediacetilactis) 等等。異型發(fā)酵即一些乳酸菌在發(fā)酵過程中， 能使發(fā)酵液中50%的糖轉(zhuǎn)化為乳酸，另外 50%的糖轉(zhuǎn)化為其他有機(jī)酸、 醇、 二氧化碳等， 引起這種發(fā)酵的乳酸菌叫做異型乳酸菌。 常用的菌種

16、有嗜檸檬酸明串珠菌 ( Lcuconostoc citrovorum) 和葡萄糖明串珠菌(L.dextranicum)等。所有的乳酸菌通常是不運(yùn)動的，不形成芽孢。兼性厭氧，罕見色素，營養(yǎng)要求復(fù)雜。在固體培養(yǎng)基上形成的菌落較小。它們對酸具有高度的耐性。2、發(fā)酵乳制品種類( 1)、酸性奶油酸性奶油就是把從合格鮮乳中分離出來的稀奶油， 經(jīng)過殺菌冷卻， 接種純發(fā)酵劑， 在合適溫度下進(jìn)行發(fā)酵而產(chǎn)生一定的芳香風(fēng)味和酸度， 在經(jīng)物理成熟得到的合格產(chǎn)品。具工藝流程如下：乳的驗(yàn)收-離心-分離-稀奶油-中和-殺菌- 冷卻-添加發(fā)酵菌劑-物理成熟-添加色素-攪拌-排除酪乳-壓練包裝檢驗(yàn)成品。目前常用混合菌劑進(jìn)行發(fā)酵

17、，酸制奶油菌種有乳酸鏈球菌、乳脂（酪）鏈球菌、 嗜檸檬酸鏈球菌、 丁二酮乳鏈球菌和嗜檸檬酸明串珠菌等。 乳鏈球菌和乳酪鏈球菌產(chǎn)酸較強(qiáng)， 但產(chǎn)香味能力較差。 而嗜檸檬酸鏈球菌、 丁二酮乳鏈球菌能使乳液中的檸檬酸分解為羥丁酮，再氧化為具有芳香味的丁二酮。目前認(rèn)為較好的奶油發(fā)酵酒一般含有乳鏈球菌乳酪鏈球菌和丁二酮乳鏈球菌三種菌種的混合菌種。在生產(chǎn)中要防止噬菌體和雜菌的浸染。（ 2）、干酪干酪是由優(yōu)質(zhì)鮮乳經(jīng)殺菌后， 加入凝乳酶或微生物菌種， 首先使乳液形成凝塊，然后脫去乳清，再壓塊，發(fā)酵，逐漸“成熟”而成。其主要成分是酪蛋白和乳脂，還含有豐富的鈣、磷、硫等，也含有較多的 B 族維生素和VA。干酪發(fā)酵劑

18、也多采用多菌種混合，與酸奶油基本相似，再添加一些乳桿菌，除產(chǎn)生乳酸外， 還能分解蛋白質(zhì)產(chǎn)生香味， 其風(fēng)味物質(zhì)主要是蛋白質(zhì)分解產(chǎn)生氨基酸， 由乳糖及檸檬酸發(fā)酵， 脂肪水解產(chǎn)生揮發(fā)酸及鹽類或酯類、 以及丁二酮等物質(zhì)形成。干酪在發(fā)酵過程中，初期含菌量較多，乳酸菌占優(yōu)勢，數(shù)量增加較快，隨著干酪成熟，乳糖被消耗，乳酸菌隨之逐漸死亡。干酪在生產(chǎn)中， 要注意防止微生物污染， 特別說噬菌體對干酪生產(chǎn)威脅較大。表面如污染了酵母和霉菌以及一些分解蛋白質(zhì)的細(xì)菌， 常使干酪軟化、 褪色和產(chǎn) 生臭味等等。所以為了保證干酪的發(fā)酵質(zhì)量，必須嚴(yán)格質(zhì)量管理和菌種選育。（ 3）、酸牛乳酸牛乳是新鮮牛乳經(jīng)乳酸菌發(fā)酵制成的發(fā)酵食品，

19、 具有整腸， 增加人體的抵抗力， 減輕乳糖的不耐受性， 降低血液中膽固醇的含量， 抑制腸道中有害菌的生 長等保健作用，因此，它深受消費(fèi)者的喜愛。酸牛奶制品中典型的混合發(fā)酵劑是保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌（ 1： 1），它們的最適生長溫度為42-43°C,采用混合菌生產(chǎn)比單一菌種產(chǎn)酸率要高很多。酸牛乳在生產(chǎn)過程中要嚴(yán)格注意操作人員和環(huán)境的衛(wèi)生， 防止雜菌和病原菌的污染。三、氨基酸氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本成分。常見的有20 種氨基酸，其中有8 種氨基酸是人體必需但在體內(nèi)又不能合成的， 通常稱為必需氨基酸。 另外在食品工業(yè)中，氨基酸可作為調(diào)味品， 如谷氨酸鈉作鮮味劑用， 色氨酸和甘氨酸可作甜

20、味劑。 在 某些食品中還可通過添加某種氨基酸來調(diào)整氨基酸的比例， 可提高蛋白質(zhì)的利用 率。 在畜禽生產(chǎn)中也通常要加入必需的氨基酸。 所以氨基酸的生產(chǎn)具有重要意義。1、谷氨酸的生產(chǎn)用 于 谷 氨 酸發(fā) 酵 生 產(chǎn) 的 微 生 物 有 谷 氨 酸 棒 桿菌 ( Corynebacterium glutamicum)、黃色短桿菌(Brevibacterium flavum)等。我國使用的菌株是北京棒 狀桿菌 ( Corynebacterium Pekinese sp)AS1.299 、鈍齒棒桿菌 ( Corgnebacterium crenatum)AS1.542 等。在用于谷氨酸生產(chǎn)菌中， 除芽孢

21、桿菌外， 其他菌隨不屬于一個種， 但都具有共同的特征，菌體為球形、短桿或棒狀，無鞭毛，不運(yùn)動，不形成芽孢，革蘭氏染色呈陽性，需要生物素，在通氣條件下培養(yǎng)產(chǎn)生谷氨酸。微生物合成谷氨酸的途徑大致是葡萄糖經(jīng)糖酵解和單磷己糖支路兩種途徑生成丙酮酸，丙酮酸進(jìn)一步生成乙酰輔酶A,然后進(jìn)入三竣酸循環(huán)，生成a-酮戊二酸，在谷氨酸脫氫酶的作用下，有NH4存在時生成L-谷氨酸。谷氨酸生產(chǎn)原料通常有淀粉質(zhì)類的物質(zhì)。以甘薯淀粉最為常用。2、賴氨酸生產(chǎn)賴氨酸生產(chǎn)上主要應(yīng)用營養(yǎng)缺陷型菌株， 目前國內(nèi)主要用生產(chǎn)谷氨酸的北京棒狀桿菌 AS1.299 經(jīng)硫酸二乙酯誘變選育出的高絲氨酸缺陷型菌株AS1.563。生產(chǎn)賴氨酸的碳源很

22、廣，常用玉米、小麥、甘薯、甘蔗糖液、甜菜糖液等；常用尿素和硫銨作氮源。四、維生素C維生素C不僅是重要的營養(yǎng)成分外，在食品工業(yè)中常用作抗氧化劑，常用于 脂肪、油、冷藏食品、啤酒的保藏，同時也是重要的醫(yī)藥制品。目前我國二次發(fā)酵法生產(chǎn)維生素C生產(chǎn)工藝處于世界領(lǐng)先水平。該工藝是以氧化葡萄糖酸桿菌 (Gluconobacter oxydans) 為主要產(chǎn)酸菌，以條紋假單胞菌 (Pseudomonasstriata) 為伴生菌的自然共生菌絲。單純培養(yǎng)時，前者生長緩慢且產(chǎn)酸能力弱，而后者根本不產(chǎn)酸，但兩者共同發(fā)酵時，都能將L- 山梨糖直接轉(zhuǎn)化成 2- 酮基 -L- 古洛糖。在將D-山梨醇轉(zhuǎn)化為L-山梨糖發(fā)酵

23、中，常用的菌種是弱氧化醋酸桿菌( Acetobacter suboxydans) 和生黑醋酸桿菌( Acetobacter melanogenum) 。另外還可使用生黑葡萄糖醋酸桿菌 ( Gluconobacter roscum) 、惡臭醋酸桿菌 (Acetobacter rancens) 、 醋化醋酸桿菌( Acetobacter aceti) 和擬膠醋酸桿菌( Bscterium xlinoxides)生產(chǎn)時， 可直接用葡萄糖作原料， 也可用甘薯、 木薯或馬鈴薯淀粉為起始原 料，經(jīng)酸法或酶法轉(zhuǎn)化成精制葡萄糖水溶液進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)。五、納豆菌與納豆發(fā)酵納豆是日本的傳統(tǒng)發(fā)酵大豆食品。 傳統(tǒng)的方法是

24、以稻草包裹煮熟的大豆， 經(jīng) 自然發(fā)酵而成。納豆不僅營養(yǎng)豐富，而且具有抑菌、解酒、恢復(fù)疲勞、改善肝功能、 預(yù)防口腔炎、 肺結(jié)核和心腦血官疾病等功效， 長期食用可達(dá)到美白肌膚的效 果。納豆生產(chǎn)用的納豆菌屬枯草芽抱桿菌納豆菌亞種。G+、好氧、有鞭毛、極易成鏈。營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基上的菌落特征為粗糙型，表面有皺褶，邊緣不整齊，圓形或不規(guī)則形，易蔓延；能發(fā)酵葡萄糖、木糖、甘露醇產(chǎn)酸，不產(chǎn)氣、有莢膜。0-100 可存活，最適生長溫度為 40-42 。納豆菌在生長繁殖過程中，可產(chǎn)生淀粉酶、蛋白酶、脫氨酶和納豆激酶等多種酶類化合物。納豆菌可殺死霍亂菌、傷寒菌、大腸桿菌O-157 H7 等，起到抗生素的作用。納豆菌還

25、可以滅活葡萄酒菌腸毒素； 納豆中含有100 種以上的酶， 特別是納豆激酶，具有很強(qiáng)的溶血栓作用。 另外納豆菌在發(fā)酵過程中能產(chǎn)生大量的黏性物質(zhì)， 主要 成分是Y-谷氨酸的聚合物（丫-PGQ ,可開發(fā)成新型的外科手術(shù)材料。納豆中 含有豐富的維生素B2、B6、Bi2、E、K等多種營養(yǎng)物質(zhì)。每克納豆中含有38.5-229.1ug 的染料木素， 71.7-492.8mug 染料木甙，染料木素是抗癌的主要活性成分。其基本的生產(chǎn)工藝為：精選大豆-浸泡、瀝干-蒸煮-冷卻、接種納豆菌- 發(fā)酵f4 C放置1天納豆。第二節(jié) 酵母菌在食品制造中應(yīng)用一、面包面包是一種營養(yǎng)豐富、組織膨松、易于消化吸收、食用方便的食品之一

26、。它是以面粉為主要原料， 加上適量的酵母菌和其他輔助材料， 用水調(diào)制成面團(tuán)， 再 經(jīng)過發(fā)酵、整形、成型、烘烤等工序而制成。（一）、菌種在面包生產(chǎn)中， 所用的菌種主要有壓榨酵母和活性干酵母。 壓榨酵母又稱鮮酵母，它是用酵母液經(jīng)壓榨而制成，使用方便，但不易久存?；钚愿山湍甘怯蓧赫ソ湍附?jīng)低溫干燥而成，其發(fā)酵力有所減弱，使用時須活化再用。酵母在面包中所起的作用如下：1、使面包結(jié)構(gòu)膨松。酵母菌在發(fā)酵過程中產(chǎn)生大量的二氧化碳能使面包疏松多孔，呈海綿狀。2、改善面包的風(fēng)味。酵母菌在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的酒精和其它物質(zhì)，與面團(tuán)中的有機(jī)酸在烘烤中形成特有的香味。3、增加面包的營養(yǎng)價值。酵母細(xì)胞含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，菌體

27、殘留在面包中，因而提高了發(fā)酵食品的營養(yǎng)價值。(二)、發(fā)酵機(jī)理將酵母加入面粉和水的混和物中，在適當(dāng)?shù)臏囟认?28oC左右)，酵母便開始生長繁殖。 它首先利用面粉中含有的少量單糖和蔗糖。 在發(fā)酵同時， 面粉中的B-淀粉酶能將面粉中的淀粉轉(zhuǎn)化為麥芽糖。麥芽糖的增加為酵母菌進(jìn)一步提供營養(yǎng)物質(zhì)， 酵母菌本身能夠分泌麥芽糖酶和蔗糖酶，將麥芽糖和蔗糖分解成單糖，供酵母使用。酵母菌利用這些糖類及其它物質(zhì)先后進(jìn)行有氧呼吸和無氧呼吸，產(chǎn)生CO2、醇、醛和一些有機(jī)酸等產(chǎn)物。生成的CO2 被面筋包圍，不易逸散，從而使面團(tuán)逐漸胖大，發(fā)酵后的面團(tuán)，經(jīng)揉搓、造型后、烘烤，由于CO2 受熱膨脹，從而使面團(tuán)形成多孔海綿狀。在發(fā)

28、酵中形成的其它物質(zhì)， 如乙醇、 乳酸、 醛、 酮等， 在烘烤中形成面包特有的香味。(三)、危害面包的微生物在菌種生長過程中，有些酵母如圓酵母(Torula) 、假絲酵母及醭酵母( Mycoderma) 等常比啤酒酵母( Saccharomyces cerevisiac) 生長快，妨礙了啤酒酵母的大量繁殖，從而降低了酵母的發(fā)酵生產(chǎn)能力。許多微生物在壓榨酵母上也能生長，造成菌種污染腐敗，如乳粉孢霉(Oidiumlactis) 能使壓榨酵母產(chǎn)生霉味； 青霉屬的一些種在菌種上形成綠色的菌 斑；曲霉則在菌種上形成淺黃至褐色一層。面粉中含有較多微生物， 如烘烤時間不夠， 在面包中心會殘留少量的微生物，如巨

29、大芽孢桿菌 ( Bacillus megatherium) 、粘稠芽孢桿菌( Bacillus viscosus) 存在時， 會使面包發(fā)粘， 產(chǎn)生典型的抽絲現(xiàn)象。 酪酸 (丁酸) 梭狀芽孢桿(Clostridiumbutyricum) 菌能使面包產(chǎn)生酸敗的臭味。二、酵母細(xì)胞的利用酵母細(xì)胞含有豐富的蛋白質(zhì)、 糖類、 維生素和脂肪。 隨著人口的增長和動植物資源的限制， 從微生物中獲得蛋白質(zhì) (單細(xì)胞蛋白) 是解決人類蛋白質(zhì)食物資源的一條重要而有效的途徑。 微生物生長繁殖迅速， 其生長條件完全受人工控制，而微生物對營養(yǎng)物質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)， 可利用農(nóng)副產(chǎn)品廢棄物糖蜜、 紙漿廢液、 烴類及醇類進(jìn)行生產(chǎn)。以酵母

30、菌發(fā)酵生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白主要有如下用途：1、用作食品酵母菌菌體營養(yǎng)豐富， 含有除蛋氨酸外其它人體必需氨基酸， 素有 “人造肉”之稱，成人每天吃干酵母10-15g ，蛋白質(zhì)就能滿足。2、用作發(fā)酵劑新鮮酵母和活性干酵母可用作面包和饅頭發(fā)酵劑。3、用作飼料用假絲酵母和產(chǎn)朊酵母作為菌種， 利用亞硫酸廢液或石油生產(chǎn)酵母菌體， 可 用于牲畜飼料。4、用作醫(yī)藥酵母片可幫助消化， 從酵母中提取的凝血質(zhì)用于各種出血， 麥角固醇是制造維生素D的原料，輔酶A可用于治療動脈硬化、白細(xì)胞減少癥、慢性肝炎、血小 板減少癥等。輔酶I （NAD用于治療肝病或腎病，細(xì)胞色素C是細(xì)胞呼吸激活劑。5、用作試劑酵母浸出汁和酵母海藻糖等可

31、用作生物試劑，用于生化、微生物等研究。三、釀酒（一）、白酒白酒又名燒酒，是用高粱、小麥、玉米等淀粉質(zhì)原料經(jīng)蒸煮、糖化發(fā)酵和蒸餾而制成。根據(jù)發(fā)酵劑與工藝的不同，一般可將蒸餾白酒分為大曲酒、小曲酒、麩曲白酒及液態(tài)白酒四大類。1、酒窖窖泥微生態(tài)系“千年老窖出好酒” 是中國傳統(tǒng)白酒生產(chǎn)實(shí)踐的科學(xué)總結(jié)。 窖泥是采用黃土建成， 新的發(fā)酵窖經(jīng)過七八輪發(fā)酵后， 窖泥由黃色變?yōu)楹谏?再經(jīng)過約兩年的發(fā)酵， 又逐漸變?yōu)闉醢咨?并變綿軟為脆硬， 產(chǎn)品質(zhì)量也隨著時間的推移和窖泥的變色二逐漸提高。 老窖與新窖的根本差別是它們所含的產(chǎn)香微生物數(shù)量和種類的不同。 老窖泥中主要有己酸菌、 丁酸菌等細(xì)菌類微生物以及酵母和少量

32、的放線菌等。 其中厭氧芽孢桿菌在酒窖中占有主導(dǎo)的地位， 為優(yōu)勢微生物群， 在酒窖微生態(tài)中有重要 的生態(tài)功能。2、大曲發(fā)酵大曲酒發(fā)酵是較為粗放的多菌種混合發(fā)酵， 參與發(fā)酵的微生物種類很多， 數(shù) 量大，它們相互依存，密切配合，形成一個動態(tài)的微生物群系。由于生產(chǎn)工藝、曲的種類和窖池以及地區(qū)、 季節(jié)的不同， 發(fā)酵酒醅微生物的構(gòu)成也不一樣， 并且 隨發(fā)酵過程的進(jìn)展而變化。茅香型酒醅中一般以芽孢桿菌類較多， 其中包括巨大芽孢桿菌、 地衣型芽孢 桿菌、 梭狀芽孢桿菌以及枯草芽孢桿菌等； 而霉菌和酵母較少。 瀘香型酒曲霉菌和酵母菌較多，主要的霉菌有米曲霉、黃曲霉、根霉、毛霉、紅曲霉等；酵母菌主要有假絲酵母、擬

33、內(nèi)酵母、酵母屬酵母和漢遜氏酵母等。發(fā)酵酒醅的微生物來源主要有兩個方面：（ 1）、發(fā)酵酒醅的微生物主要來源于酒曲。通過接種使酒醅獲得菌種，同時還給酒醅提供了大量的淀粉酶、 蛋白酶等各種酶類。 通過這些酶的作用， 為酒 醅微生物的生長繁殖提供大量的營養(yǎng)和能源。（ 2）、窖泥、環(huán)境空氣、釀造用水、器具設(shè)備等也是酒醅微生物的重要來源。3、小曲微生物小曲酒在我國具有悠久的歷史， 其特點(diǎn)是用曲量小， 發(fā)酵期短， 出酒率高等。小曲又名藥曲， 因曲胚形小而得名。 是用米粉、 米糠和中草藥接入隔年老曲經(jīng)過自然發(fā)酵而成。 小曲中的優(yōu)勢微生物種類主要是根霉和少量的毛霉等， 此外還有乳酸菌、醋酸菌以及污染的一些雜菌。

34、如芽孢桿菌、青霉、黃曲霉等。4、麩曲白酒釀造中的微生物麩曲白酒是新中國成立后發(fā)展起來的。 采用麩曲加酒母代替?zhèn)鹘y(tǒng)大曲所釀制的蒸餾白酒稱為麩曲白酒。麩曲又名糖化曲， 它是用以進(jìn)行淀粉糖化的霉菌制品， 主要的糖化菌以曲霉為主，常用的有黑曲霉、米曲霉、黃曲霉及甘薯曲霉等。（二）、啤酒啤酒是以麥芽、 酒花為原料， 經(jīng)過麥芽糖化和酵母發(fā)酵而成的、 含有低度酒精（3-5%左右）的飲料酒，營養(yǎng)價值高，素有“液體面包”之稱。釀造啤酒的菌種采用啤酒酵母的各種菌株。 啤酒酵母的細(xì)胞形態(tài)為圓形或卵圓形。 幼年細(xì)胞較小， 成熟時細(xì)胞較大。 液體中培養(yǎng)的細(xì)胞往往大于在固體培養(yǎng)基中生長的細(xì)胞。 在麥芽汁固體培養(yǎng)基上生長，

35、 菌落表現(xiàn)出光滑、 濕潤、 乳白色、邊緣整齊的特征。在液體培養(yǎng)基中，呈混濁狀態(tài)。上面啤酒酵母，懸浮于液體表面形成醭。 而下面酵母則呈絮凝狀， 沉積于容器的底部。 另外用梨形酵母和蠕形桿菌共同發(fā)酵可以釀造姜汁啤酒。啤酒釀造中常見的雜菌污染主要有巴氏乳桿菌和啤酒片球菌以及某些野生酵母。第三節(jié) 霉菌在食品工業(yè)中應(yīng)用一、醬油醬油是日常生活中重要的調(diào)味品， 我國生產(chǎn)已有兩千多年歷史。 主要是由曲霉產(chǎn)生的蛋白酶將大豆蛋白進(jìn)行分解， 并同其他微生物共同作用， 形成營養(yǎng)豐富，風(fēng)味獨(dú)特的食品。(一)、菌種醬油是多種微生物混合作用的結(jié)果。1、米曲霉和醬油曲霉醬油 中 應(yīng)用 的 曲 霉菌 主要是米 曲 霉 ( As

36、pergillus oryzae) 和 醬油 曲 霉 (A.sojse) ，米曲霉和醬油曲霉對原料發(fā)酵快慢、成品顏色濃淡、味道鮮美程度有直接關(guān)系。米曲霉菌落生長很快， 初為白色外， 漸變黃色。 分生孢子成熟后， 成黃綠色。分生孢子頭為放射形，頂囊球形或瓶形，粗糙或近于光滑。米曲霉有復(fù)雜的酶系統(tǒng)，主要有蛋白酶、谷氨酰胺酶、淀粉酶，此外還有果膠酶、半纖維素梅和酯酶等。其中重要的是蛋白酶、淀粉酶、谷氨酰胺酶，它們決定著原料的利用率，醬醪發(fā)酵成熟的時間以及產(chǎn)品的味道和色澤。醬油曲霉是日本學(xué)者坂口在 30 年代從醬油中分離出來的，并應(yīng)用于醬油的生產(chǎn)。醬油曲霉分生孢子囊表面有小突起，孢子柄表面平滑。含有蛋

37、白酶、聚半乳糖醛酸酶等。目前日本制曲用混合菌種，其中米曲霉占79%，醬油曲霉占21%。我國則使用純米曲霉菌種，廣泛使用是米曲霉3.042 ，該菌特點(diǎn)是產(chǎn)蛋白酶高，生長速度快，抗雜菌能力強(qiáng)，醬油的香氣和滋味均優(yōu)良，不產(chǎn)黃曲霉毒素等。現(xiàn)對3.042進(jìn)行誘變育種，獲得產(chǎn)蛋白酶高一倍的滬釀UE328W滬釀UE336新菌株。另外，對UE336進(jìn)行誘變，篩選出谷氨酰胺酶活力比對照組高2倍以上的滬釀422號，在同等發(fā)酵條件下，谷氨酸含量提高40%左右，并且不含黃曲霉毒素B1。2、酵母菌從醬醪中分離出的酵母有7 個屬， 23 個種，其基本形態(tài)是圓形、卵圓形、檸檬形、臘腸形等，最適生長溫度為28-30°

38、;C, pH值是在4.6-5.6之間。與醬油質(zhì)量關(guān)系密切的是魯氏酵母( Saccharomyces rouxii) 、易變球擬酵母( Torulopsis versatilis) 、埃契氏球擬酵母( T.etchellsii) 、無名球擬酵母( T.famata)等。魯氏酵母主要是發(fā)酵葡萄糖等生成乙醇、甘油等，從而進(jìn)一步生成酯、糖醇等，增加醬油的風(fēng)味。在后發(fā)酵期，魯氏酵母開始自溶，促進(jìn)了易變擬球酵母和埃契氏球擬酵母的生長， 它們是酯香型酵母， 參與醬醪的成熟， 生成烷基苯酚類香味物質(zhì)，如 4-2 乙基苯酚等，改善了醬油的風(fēng)味。3、乳酸菌從醬醪中分離的細(xì)菌有6 個屬 18 個種，和醬油關(guān)系最密切

39、的是乳酸菌。其菌體桿狀、 球形， 分散或成鏈狀。 對氧要求不一， 其中醬油四聯(lián)球菌(Tetrecoccussoyae) 、嗜鹽片球菌 ( Pediococcus halophilus) 、醬油片球菌( P.soyae) 與醬油風(fēng)味形成有密切關(guān)系。在醬醪發(fā)酵過程中，前期嗜鹽片球菌多，后期四聯(lián)球菌多些。乳酸菌的作用是利用糖產(chǎn)生乳酸。 與乙醇作用生成乳酸乙酯， 香氣很濃， 由于乳酸降低了發(fā)酵醪的pH值(5.0),這樣可促進(jìn)魯氏酵母的繁殖。乳酸菌和酵母 菌聯(lián)合作用，賦予醬油特殊的香氣。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，乳酸菌與酵母菌數(shù)之比為 10： 1 時，效果最好。近年來， 又發(fā)現(xiàn)某些芽孢桿菌也參與醬油的釀造， 而且是影響

40、風(fēng)味的主要因 素。(二)、機(jī)理釀造醬油的過程， 實(shí)際是多種微生物的協(xié)同作用的過程， 通過微生物產(chǎn)生的酶的催化作用， 將原料中的大分子物質(zhì)分解為簡單物質(zhì)， 再經(jīng)復(fù)雜的物理化學(xué)和生物化學(xué)反應(yīng)， 就形成了具有獨(dú)特風(fēng)味的調(diào)味副食品。 目前， 已知醬油的化學(xué)成 分達(dá)三、四百種。原料中的蛋白質(zhì)經(jīng)米曲霉分泌的蛋白酶作用， 逐漸分解成胨、 多肽和氨基酸。米曲霉分泌的蛋白酶有三種：酸性(pH3)、中性(pH7左右)、堿性(pH8),其中以堿性蛋白酶最多，所以如果發(fā)酵過程中 pH 值過低，會影響蛋白質(zhì)的水解。米曲霉中的外肽酶高于其他曲霉， 故有利于氨基酸的生成， 谷氨酰胺酶又能將游離的 谷氨酰胺分解成氨基酸。原料

41、中的淀粉經(jīng)淀粉酶的糖化作用， 水解成糊精和葡萄糖等。 單糖或其他糖 類，有的可被微生物作碳源利用，有的可形成醬色，增加醬油的甜味和粘稠度。醬油中含有的有機(jī)酸有乳酸、醋酸、琥珀酸、葡萄糖酸等，是乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)生的，這些酸都是醬油重要的呈味物質(zhì)，又是香味重要成分。酵母菌發(fā)酵產(chǎn)生乙醇等， 構(gòu)成了脂類的前體物質(zhì)。 在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的酯類以及由化學(xué)反應(yīng)形成的酯類，構(gòu)成了醬油香氣成分的主體。據(jù)目前分析有276種成分。關(guān)于醬色的形成， 目前一般認(rèn)為有二種途徑。 第一種途徑是美拉德反應(yīng)。 它是氨基化合物和羰基化合物之間的氨基-羰基反應(yīng)，最終形成褐色物質(zhì)類黑色素， 這是主要的生成途徑； 第二種途徑是經(jīng)過酶褐變反應(yīng)

42、， 由曲生成的多酚氧 化酶將蛋白質(zhì)的水解產(chǎn)物酪氨酸氧化成黑色素。一般認(rèn)為，醬油的鮮味來自氨基酸和核酸類物質(zhì)的鈉鹽；甜味來自與糖類、某些氨基酸(甘氨酸)和醇類(甘油)等；酸味來自于糖類；苦味來自于某些氨基酸(如酪氨酸等)、乙醛等；咸味來自于食鹽。(三)、影響醬油質(zhì)量的微生物1、曲霉污染有些原料本身發(fā)霉或在發(fā)酵過程中污染某些曲霉， 這些曲霉能產(chǎn)生黃曲霉毒素，有些菌種也能產(chǎn)黃曲霉毒素。2、細(xì)菌污染醬油衛(wèi)生指標(biāo)中， 細(xì)菌數(shù)每毫升不超過5 萬個， 大腸桿菌近似值100ml 不超過 30 個，致病菌不得檢出。如果超標(biāo)，表示發(fā)生污染。主要來源于種曲、容器等，也可能與污染糞便有關(guān)。3、醬油生“花”醬油生 “花

43、” 是污染了耐鹽性酵母所致， 如鹽生接合酵母 ( Zygosaccharomycesalsus) 、日本接合酵母 ( Z.japonicus) 、粉狀畢赤氏酵母(Pichia farinose) 、球擬酵母屬(Torulopsis)和醛酵母屬(Mycoderma中的某些種等。醬油生“花”是由于濃度過稀， 成熟不完全， 含糖過多， 食鹽不足， 滅菌不徹底或容器不清潔所引起的。醬油生霉后引起質(zhì)量下降，糖和氮減少，香氣消失，鮮味減弱，并產(chǎn)生臭味，苦澀味。二、豆腐乳腐乳為我國著名的傳統(tǒng)食品， 有 1000 多年的歷史， 它味道鮮美， 營養(yǎng)豐富，價格便宜，深受人們喜愛。(一)、菌種腐乳以前靠自然發(fā)酵，周

44、期長，受季節(jié)影響，而且容易污染。目前采用人工純培養(yǎng)， 縮短生產(chǎn)周期， 而且不易污染， 常年可生產(chǎn)。 主要菌種有腐乳毛霉(Mucersufu) 、 魯 氏 毛 霉 ( M.rouxianus) 、 五 通 橋 毛 霉 ( M.wutangkial) 、 總 狀 毛 霉(M.recemosuS、華根霉(Rhzopus chinensiS等。另外，還有細(xì)菌型腐乳，克東腐乳是利用微球菌屬 (Micrococrs) 中的種進(jìn)行釀造的，武漢腐乳是利用枯草桿菌進(jìn)行釀造的。(二)、機(jī)理腐乳的釀造過程是微生物及其所產(chǎn)的酶不斷作用的過程。 在發(fā)酵前期， 主要是毛霉等生長發(fā)育期， 在豆乳胚周圍布滿菌絲， 同時分泌各

45、種酶， 使豆乳中少量淀粉和蛋白質(zhì)逐步分解， 此時由外界來到胚上的細(xì)菌、 酵母也隨之繁殖， 參與發(fā)酵。加入食鹽、紅曲、黃油等輔料，裝壇后，即進(jìn)行厭氧后發(fā)酵，毛霉產(chǎn)生的蛋白酶和細(xì)菌、酵母的發(fā)酵作用，將蛋白質(zhì)分解為際、陳、多肽和氨基酸等物質(zhì)， 同時生成一些有機(jī)酸、醇類、酯類，最后制成具有特殊色、香、味的腐乳成品。(三)、紅曲紅曲是制造腐乳不可缺少的原料， 紅曲霉色素是天然色素， 使用安全， 它是紅曲霉屬的一些種經(jīng)固體或液體培養(yǎng)產(chǎn)生的色素。紅曲霉色素包括紅曲霉素( monascin) 、紅曲霉紅素( monascornbin) 、紅曲霉黃素( monasscoflavin) 和紅斑紅曲霉素 ( rubropurctatin) 等幾種色素。紅曲霉的菌絲分隔， 初為白色， 后逐漸變?yōu)榧t色或紫色， 它既能產(chǎn)生分生孢子，也產(chǎn)生子囊抱子。腐生菌，嗜酸，耐高溫(35-47OC),耐乙醇(4%-10% , 能利用多種碳源，本身能合成多種維生素，抗雜菌污染能力強(qiáng)。三、