微生物在食品工業(yè)的應用課件

第八章微生物在食品工業(yè)中的應用第一節(jié)食品工業(yè)中常用的細菌及其應用第二節(jié)食品工業(yè)中酵母菌及其應用第三節(jié)食品工業(yè)中霉菌及其應用

第一節(jié)食品工業(yè)中常用的細菌乳酸菌及其在食品工業(yè)上的應用醋酸菌及其在食品工業(yè)上的應用一、乳酸細菌及其產品乳酸菌的概念及其分布

乳酸菌一詞并非生物分類學名詞，而是指能夠利用發(fā)酵性糖類產生大量乳酸的一類微生物的統(tǒng)稱。雖然有些霉菌也能產生大量乳酸，但以乳酸細菌為主要類群，因而通常將乳酸細菌稱之為乳酸菌。乳酸菌至少分布在19個屬的微生物中,主要有：乳桿菌屬（Lactobacillus）鏈球菌屬（Streptococcus）明串珠菌屬（Leuconostoc）片球菌屬（Pediococcus）雙歧桿菌屬（Bifidobacterium）1、同型乳酸發(fā)酵（homofermentationoflacticacidpatheay)

發(fā)酵產物中90%以上為乳酸的乳酸發(fā)酵過程。引起同型乳酸發(fā)酵的乳酸細菌，稱為同型乳酸發(fā)酵菌。鏈球菌屬（Streptococcus），乳酸桿菌屬（Lactobacillus）等。同型乳酸發(fā)酵的基質主要是已糖，同型乳酸發(fā)酵菌發(fā)酵已糖是通過EMP途徑產生乳酸的。其發(fā)酵過程是葡萄糖經EMP途徑降解為丙酮酸后，不經脫羧，而是在乳酸脫氫酶的作用下，直接被還原為乳酸：

C6H12O6+2ADP+2Pi→2CH3CHOHCOOH+2ATP（一）乳酸發(fā)酵類型2、異型乳酸發(fā)酵(heterofermentationoflacticacidpatheay)異型乳酸發(fā)酵：發(fā)酵產物中除乳酸外，還同時產生乙醇、乙酸和CO2的乳酸發(fā)酵過程。異型乳酸發(fā)酵基本都是通過磷酸解酮酶途徑（即PK途徑）進行的。其中腸膜明串球菌（Leuconostos

mesentewides），短乳桿菌（Lactabacillus

brevis）等是通過戊糖解酮酶途徑將1分子葡萄糖發(fā)酵產生1分子乳酸，1分子乙醇和1分子CO2，并且只產生1分子ATP。

C6H12O6＋ADP+Pi→CH3CHOHCOOH＋CH3CH2OH＋CO2+ATP

葡萄糖

6-P-葡萄糖6-P-葡萄糖酸

5-P-核酮糖

5-P-木酮糖3-P-甘油醛

丙酮酸乙酰磷酸乙酰CoA乙醛ATPADPNAD+NADH+H+CO2乳酸乙醇異構化作用NAD+NADH+H+磷酸戊糖解酮酶CoAPi2ADP+Pi2ATP-2H-2H-2HNAD+NADH+H+磷酸戊糖解酮酶途徑

（PK途徑）

（二）乳桿菌屬（Lactobacillus）1．乳桿菌屬的形態(tài)特征：細胞呈桿狀，多為長桿狀、短桿狀及棒桿狀，一般成短鏈排列。革蘭氏染色陽性，通常不運動，無芽孢。菌落形態(tài)2．乳桿菌屬的生理生化特點：化能異養(yǎng)型，營養(yǎng)要求嚴格，生長繁殖需要多種氨基酸、維生素、肽、核酸衍生物。厭氧、耐氧性厭氧或兼性厭氧；生長最適pH為5.5～6.2，在pH≤5的環(huán)境中可生長，而中性或初始堿性條件下生長速率降低。最適生長溫度30～40℃。3．乳桿菌屬的代表種

保加利亞乳桿菌（L.bulgaricus）細胞形態(tài)長桿狀，兩端鈍圓。固體培養(yǎng)基生長的菌落呈棉花狀，易與其它乳酸菌區(qū)別。能利用葡萄糖、果糖、乳糖進行同型乳酸發(fā)酵,產生D-型乳酸（有酸澀味，適口性差），不能利用蔗糖。該菌是乳酸菌中產酸能力最強的菌種，其產酸能力與菌體形態(tài)有關，菌形越大，產酸越多，最高產酸量2%；如果菌形為顆狀或細長鏈狀，產酸較弱，最高產酸量1.3%～2.0%。能分解酪蛋白產生氨基酸。發(fā)酵乳中可產生香味物質乙醛。微厭氧。最適生長溫度40～43℃，溫度高于50℃或低于20℃不生長。常作為發(fā)酵酸奶的生產菌。

（三）鏈球菌屬（Streptococcus）1．鏈球菌屬的形態(tài)特征細胞呈球形或卵圓形，成對或成鏈排列。革蘭氏染色陽性，無芽孢，一般不運動，不產生色素。但腸球菌群中某些種能運動或產色素。

2．鏈球菌屬的生理生化特點化能異養(yǎng)型，同型乳酸發(fā)酵；兼性厭氧型，接觸酶反應陰性，厭氧培養(yǎng)生長良好。

發(fā)酵酸乳中保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌是互生關系(mutualism)。（四）雙歧桿菌屬（Bifidobacterium）1．雙歧桿菌屬的形態(tài)特征:細胞呈多樣形態(tài)：Y字型、V字型、彎曲狀、勺型，典型形態(tài)為分叉桿菌，因而取名bifidus(拉丁語源是分開、裂開之意)。革蘭氏染色陽性，亞甲基蘭染色菌體著色不規(guī)則。無芽孢和鞭毛，不運動。

3.代表種人體腸道中共有8種，其中數量最多的5種為：兩歧雙歧桿菌（B.bifidum）、嬰兒雙歧桿菌（B.infantis）、青春雙歧桿菌（B.adolescentis）、長雙歧桿菌（B.longum）、短雙歧桿菌(B.breve)。

雙歧桿菌是人體腸道有益菌群，它可定殖在宿主的腸粘膜上形成生物學屏障，具有拮抗致病菌、改善微生態(tài)平衡、合成多種微生素、提供營養(yǎng)、抗腫瘤、降低內毒素、提高免疫力、保護造血器官、降低膽固醇水平等重要生理功能，其促進人體健康的有益作用，遠遠超過其它乳酸菌。

1、酸乳（yoghurt,sourmilk）凝固型酸牛乳的生產是以新鮮牛乳為主要原料，經過凈化、標準化、均質、殺菌、接種發(fā)酵劑、分裝后，通過乳酸菌的發(fā)酵作用，使乳糖分解為乳酸，導致乳的pH值下降，酪蛋白凝固，同時產生醇、醛、酮等風味物質，再經冷藏和后熟制成乳凝狀的酸牛乳。攪拌型酸奶與凝固型酸奶生產工藝基本相似，所不同的是：前者為先發(fā)酵，再攪拌，后分裝；后者為先分裝，后發(fā)酵，不攪拌。（八）乳酸菌發(fā)酵產品酸乳生產工藝工藝流程：原料鮮乳→凈化→標準化→均質→殺菌→冷卻→接種→分裝→發(fā)酵→冷卻→冷藏后熟→成品。

技術要點：標準化調制：為了增加非脂乳固體含量（不得低于12%），需添加脫脂乳粉0.25%～0.5%，蔗糖4%～8%。

殺菌：采用90～95℃5～10min或135℃2～3S進行殺菌。殺菌后立即冷卻至40～45℃。

接種：嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌（1：1）做發(fā)酵劑，接種2%～3%。

發(fā)酵：發(fā)酵溫度控制在42℃，3～5h后，酸度為65～70°T。冷卻和低溫后熟：后熟過程中，形成香味物質和光滑細膩的質地，防止乳清析出和過度產酸。后熟溫度0～5℃，后熟期12～24h。

2、干酪（cheese）干酪是一種富含營養(yǎng)又容易消化吸收的食品。它是蛋白質、脂肪和鈣、磷、硫的豐富來源，又有大量的維生素。干酪是由優(yōu)質鮮乳經殺菌后，加入凝乳酶和微生物菌種，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。根據干酪的質地特性和成熟的基本方式，可將干酪區(qū)分為硬干酪、半硬干酪和軟干酪三種。干酪的成熟可用細菌或霉菌，或不經成熟。二、醋酸菌醋酸菌不是細菌分類學名詞。在細菌分類學主要分布于醋酸桿菌屬（Acetobacter）和葡萄糖桿菌屬（Glucomobacter），前者最適生長溫度30℃以上，氧化酒精生成醋酸的能力強，有些能繼續(xù)氧化醋酸生成CO2和H2O；后者最適生長溫度30℃以下，氧化葡萄糖生成葡萄糖酸的能力強，而氧化酒精生成醋酸的能力弱，不能繼續(xù)氧化醋酸生成CO2和H2O。用于釀醋的醋酸菌種大多屬于醋酸桿菌屬。（一）醋酸桿菌屬（Acetobacter）的生物學特性

細胞呈橢圓形桿狀，革蘭氏染色陽性，無芽孢，有鞭毛或無鞭毛，運動或不運動，醋酸桿菌屬的形態(tài)不穩(wěn)定,老化細胞或在不適宜條件培養(yǎng),菌細胞常出現多形態(tài)性;其中極生鞭毛菌不能將醋酸氧化為CO2和H2O，而周生鞭毛菌可將醋酸氧化成CO2和H2O。不產色素，液體培養(yǎng)形成菌膜。

化能異養(yǎng)型，能利用葡萄糖、果糖、蔗糖、麥芽糖、酒精作為碳源，可利用蛋白質水解物、尿素、硫酸銨作為氮源，生長繁殖需要的無機元素有P、K、Mg。

第二節(jié)食品工業(yè)中酵母菌及其應用一、啤酒酵母（釀酒酵母Saccharomycescerevisiae）

啤酒酵母屬于典型的上面酵母，又稱愛丁堡酵母。廣泛應用于啤酒、白酒釀造和面包制作。（一）啤酒酵母的培養(yǎng)特征

麥芽汁固體培養(yǎng)，菌落呈乳白色，不透明，有光澤，表面光滑濕潤，邊緣略呈鋸齒狀；隨培養(yǎng)時間延長，菌落顏色變暗，失去光澤。麥芽汁液體培養(yǎng)，表面產生泡沫，液體變混，培養(yǎng)后期菌體懸浮在液面上形成酵母泡蓋。因此而稱上面酵母。

（二）啤酒酵母的形態(tài)特征

細胞呈圓形或短卵圓形，大小為3～7×5～10μm，通常聚集在一起，不運動。單倍體細胞或雙倍體細胞都能以多邊出芽方式進行無性繁殖，能形成有規(guī)則的假菌絲（芽簇），但無真菌絲。有性繁殖為2個單倍體細胞同宗或異宗接合或雙倍體細胞直接進行減數分裂形成1～4個子囊孢子。二、葡萄酒酵母

（Saccharomycesellipsoideus）

葡萄酒酵母屬于啤酒酵母的橢圓變種，簡稱橢圓酵母。常用于葡萄酒和果酒的釀造。（一）葡萄酒酵母的形態(tài)特征

細胞呈橢圓形或長橢圓形，大小為3～10×5～15μm，不運動。單倍體細胞或雙倍體細胞都能以多邊出芽方式進行無性繁殖，形成有規(guī)則的假菌絲。在環(huán)境不利條件下進行有性繁殖：2個單倍體細胞同宗或異宗接合或雙倍體細胞直接進行減數分裂形成1～4個子囊孢子。細胞形態(tài)往往受培養(yǎng)條件的影響，但恢復原有的培養(yǎng)條件，細胞形態(tài)即可恢復原狀。

（二）葡萄酒酵母的培養(yǎng)特征

葡萄汁固體培養(yǎng)，菌落呈乳黃色，不透明，有光澤，表面光滑濕潤，邊緣整齊；隨培養(yǎng)時間延長，菌落顏色變暗。液體培養(yǎng)變濁，表面形成泡沫，聚凝性較強，培養(yǎng)后期菌體沉降于容器底部。

（三）葡萄酒酵母的生理生化特點

化能異養(yǎng)型兼性厭氧，有氧條件下，將可發(fā)性糖類通過有氧呼吸作用徹底氧化為CO2和H2O，釋放大量能量供菌體繁殖；無氧條件下，使可發(fā)酵性糖類通過發(fā)酵作用（EMP途徑）生成酒精和CO2，釋放較少能量供細胞繁殖。最適生長溫度25℃，葡萄酒發(fā)酵最適溫度15-25℃。最適發(fā)酵pH為3.3-3.5。耐酸、耐乙醇、耐高滲、耐二氧化硫能力強于啤酒酵母。葡萄酒發(fā)酵后乙醇含量達16%以上。五、酵母菌在食品工業(yè)中的應用（一）啤酒釀造（二）果酒釀造（三）白酒釀造（四）面包加工（五）單細胞蛋白生產（singlecellprotein,SCP）

（一）啤酒釀造啤酒釀造是以大麥、水為主要原料，以大米或其它未發(fā)芽的谷物、酒花為輔助原料；大麥經過發(fā)芽產生多種水解酶類制成麥芽；借助麥芽本身多種水解酶類將淀粉和蛋白質等大分子物質分解為可溶性糖類、糊精以及氨基酸、肽、胨等低分子物質制成麥芽汁；麥芽汁通過酵母菌的發(fā)酵作用生成酒精和CO2以及多種營養(yǎng)和風味物質；經過過濾、包裝、殺菌等工藝制成CO2含量豐富、酒精含量僅3%～4%、富含多種營養(yǎng)成份、酒花芳香、苦味爽口的飲料酒即成品啤酒。啤酒的種類根據酵母品種可分為上面發(fā)酵啤酒和下面發(fā)酵啤酒；根據顏色可分為淡色啤酒和濃色啤酒；根據生產方式可分為鮮啤酒和熟啤酒。啤酒釀造工藝

工藝流程。原料大麥→清選→分級→浸漬→發(fā)芽→干燥→麥芽及輔料粉碎→糖化→過濾→麥汁煮沸→麥汁沉淀→麥汁冷卻→接種→酵母繁殖→主發(fā)酵→后發(fā)酵→過濾→包裝→殺菌→貼標→成品。

（二）果酒釀造

果酒釀造是以多種水果如葡萄、蘋果、梨、桔子、山楂、楊梅、獼猴桃等為原料，經過破碎、壓榨，制取果汁；果汁通過酵母菌的發(fā)酵作用形成原酒；原酒再經陳釀、過濾、調配、包裝等工藝制成酒精含量8.5%以上、含多種營養(yǎng)成分的飲料酒稱為果酒。在各種果酒中葡萄酒是主要品種，其產量居世界第二位飲料酒種。

果酒釀造工藝

工藝流程。水果→分選→洗滌→破碎→壓榨→果汁→成分調整→添加SO2、接種酒母→主發(fā)酵→后發(fā)酵→陳釀→冷、熱處理→過濾→調配→灌酒→殺菌→貼標→成品。

（三）白酒釀造

酒曲的主要種類（1）大曲大曲是固態(tài)發(fā)酵法釀造大曲白酒的糖化發(fā)酵劑。它以小麥或大麥、豌豆為曲料，經過粉碎、加水拌料、踩曲制坯、堆積培養(yǎng)，依靠自然界帶入的各種釀酒微生物（包括細菌、霉菌和酵母菌）在其中生長繁殖制成成曲，再經貯存后制成陳曲。大曲有高溫曲（制曲溫度60℃以上）和中溫曲（制曲溫度不超過50℃）兩種類型。目前國內絕大多數著名的大曲白酒均采用高溫曲生產，如茅臺、瀘州、西鳳、五糧液等。（2）麩曲麩曲是固態(tài)發(fā)酵法釀造麩曲白酒的糖化劑。它以麩皮為主要曲料，以新鮮酒糟為配料，經過潤水、蒸煮、冷卻后，接種黑曲霉和黃曲霉混和（混和比例為7：3），再經通風培養(yǎng)制成成曲。

（3）小曲（米曲）:小曲（米曲）是半固態(tài)發(fā)酵法釀造小曲白酒（米酒）的糖化發(fā)酵劑。它以米粉或米糠為原料，添加或不添加中草藥，經過浸泡、粉碎，接入純種根霉和酵母菌或二者混和種曲，再經制坯、入室培養(yǎng)、干燥等工藝制成小曲。（4）液體曲。液體曲可作為液態(tài)發(fā)酵法釀酒制醋的糖化劑。它是將曲霉菌的種子液接入發(fā)酵培養(yǎng)基中，在發(fā)酵罐中進行深層液體通氣培養(yǎng)，得到含有豐富酶系的培養(yǎng)液稱為液體曲。

（四）面包加工面包是一種營養(yǎng)豐富、組織膨松、易于消化的方便食品。它以面粉、糖、水為主要原料，利用面粉中淀粉酶水解淀粉生成的糖類物質，經過酵母菌的發(fā)酵作用產生醇、醛、酸類物質和CO2；在高溫焙烤過程中，CO2受熱膨脹使面包成為多孔的海綿結構和松軟的質地。

面包發(fā)酵劑菌種是啤酒酵母,應選擇發(fā)酵力強、風味良好、耐熱、耐酒精的酵母菌株。

（五）單細胞蛋白

（singlecellprotein,SCP）應用微生物生產SCP的優(yōu)點細胞的蛋白質含量高達50%左右，并含有多種氨基酸、維生素、礦物元素和粗脂肪等營養(yǎng)成分，易被人畜消化吸收；微生物繁殖快，短時間可獲得大量產品；微生物對營養(yǎng)要求適應性強，可利用多種廉價原料進行生產；微生物的生長條件完全受人工控制，可在工廠中大量生產。

第三節(jié)食品工業(yè)中霉菌及其應用一、常用霉菌種類1、毛霉屬（Mucor）毛霉屬屬于接合菌亞門，接合菌綱，毛霉目，毛霉科。該菌有很強的分解蛋白質和糖化淀粉的能力，因此，常被用于釀造、發(fā)酵食品等工業(yè)。2、根霉屬（Rhizoopus）根霉與毛霉類似，能產生大量的淀粉酶，故用作釀酒、制醋業(yè)的糖化菌。有些種根霉還用于甾體激素、延胡索酸和酶劑制生產。

3、曲霉屬（Aspergillus）曲霉是發(fā)酵工業(yè)和食品加工方面應用的重要菌種，如黑曲霉是化工生產中應用最廣的菌種之一，用于檸檬酸、葡萄糖酸、淀粉酶和酒類的生產。米曲霉具有較強的淀粉酶和蛋白酶活力，是醬油、面醬發(fā)酵的主發(fā)酵菌。4、青霉屬（penicillum）有些青霉菌是重要的工業(yè)菌株。在醫(yī)藥、發(fā)酵、食品工業(yè)上被廣泛應用來生抗生素和多種有機酸如生產檸檬酸、葡萄糖酸、纖維素酶和常用的抗生素──青霉素。

二、霉菌在食品工業(yè)中的應用（一）醬油釀造（二）醬類釀造（三）腐乳發(fā)酵（一）醬油釀造醬油是人們常用的一種食品調味料，營養(yǎng)豐富，味道鮮美，在我國已有兩千多年的歷史。它是用蛋白質原料（如豆餅、豆粕等）和淀粉質原料（如麩皮、面粉、小麥等），利用曲霉及其它微生物的共同發(fā)酵作用釀制而成的。

1．生產菌醬油生產中常