第五章微生物在食品工业中的应用

11第五章微生物在食品工业中的应用教学内容：1、细菌2、酵母菌3、霉菌4、微生物酶制剂重点：微生物在食品制造过程中的不同作用难点：发酵类食品制造原理2生物资源的利用现状类群已知种估计种已知种比例(%)病毒5×1031.3×1054细菌4.7×1034×10412真菌6.9×1041.5×1065藻类4×1046×10467被子植物2.5×1052.7×10593鱼类1.9×1042.1×10490鸟类9.2×1031×104～100哺乳动物4.17×1034.3×103～1003微生物物种丰富，“蕴藏量”大，未知者多细菌1×108CFU.g－1土壤放线菌1×107CFU.g－1土壤真菌1×106CFU.g－1土壤人肠道益生菌106－1011CFU.g－1粪便人类所知微生物不到10％，已利用的不到1％。4具有丰富的物种多样性；食品、保健品、药品等产品的原料；可人工控制规模生产；微生物资源5传统酿造工业：现代发酵工业：生产的药物、氨基酸、有机酸、维生素、酶制剂、微生物肥料、微生物农药……仅抗生素而言，全世界的年产值达300亿美元！66种类：1.细菌与发酵食品2.真菌与发酵食品3．微生物菌体食品4．微生物多糖5．微生物与食品风味物质6．微生物与酿造酒7．微生物与酱油酿造8．醋酸菌与食醋酿造9．发酵肉与微生物77•根据微生物在食品制造中的作用分为四个类型：综合作用（发酵食品）：面包、啤酒酱油、制酱、发酵豆制品食醋发酵乳制品微生物代谢产物：酒精、柠檬酸、味精、维生素、其它酶制剂：各种酶利用微生物菌体：单细胞蛋白、食用菌、其它益生菌88一、发酵食品——酿造•发酵食品是指经过微生物(细菌、酵母菌、霉菌等)酶的作用使加工原料发生许多理想的十分重要的生物化学变化及物理变化后制成的食品。99发酵食品的特点、意义•原材料的质地得到了改善•风味特殊且多样化•营养价值大为提高•产品稳定性提高且便于保存•经济价值大大升高1010常见发酵食品发酵蔬菜：源于中国修万里长城时期，蔬菜经乳酸细菌发酵而成，如泡菜、榨菜等。酱油：《神农本草经》已有记载(始于公元前2838年)。米曲霉发酵大豆(或其饼粕)而成。粮醋：公元前3000年起源于中国，由根霉菌将淀粉类物质糖化，由酵母将糖酒化，再经醋酸菌将酒氧化成醋。酒：源于“三皇五帝”时代，大禹治水期。用根霉、毛霉、酵母等发酵大米一类淀粉而成。112007-6-1811“豆鼓”、“腐乳”、“腊八豆”等起源于中国，用毛霉（米曲霉）发酵大豆或其制品而成。纳豆：日本借用中国豆鼓生产的工艺用纳豆芽孢杆菌将大豆发酵而成。面包：源于公元前7000年左右的西欧。牛奶发酵产品：其制作方式发现于利比亚沙漠岩石的壁画上(公元前9000年)。1212（一）发酵乳制品凡以乳液为原料，经微生物发酵而成的乳产品，通称为发酵乳制品，大多数发酵乳制品都是通过乳酸菌的作用，有的产品还有酵母菌和霉菌参与发酵。1、乳酸菌•乳酸菌：不是分类学上的名词，指能够利用发酵性糖类产生大量乳酸的一类细菌的统称。主要类型：1313（1）乳杆菌属•长或细长杆状、弯曲形短杆状及棒状球杆状，一般呈链排列。革兰氏染色阳性，大多不运动，无芽孢。化能异养型，对营养要求严格，生长繁殖需要多种氨基酸、维生素等。分为三个类群：•同型发酵群：发酵葡萄糖产生85%以上的乳酸，不能发酵戊糖和葡萄糖酸盐；•兼异性发酵群：即能发酵葡萄糖产生85%以上的乳酸，也以发酵某些戊糖和葡萄糖酸盐；•异型发酵群：发酵葡萄糖产生等量物质的乳酸、乙酸、乙醇及CO2。乳酸杆菌属的代表种：•①保加利亚乳杆菌•②嗜酸乳杆菌1414•（2）链球菌属•细胞呈球形或卵园形，成对或成链排列。革兰氏染色阳性，无芽孢，一般不运动，不产生色素。化能异养型，同型乳酸发酵产生右旋乳酸，兼性厌氧型，厌氧培养生长良好。•链球菌属的代表种：•①嗜热链球菌•②乳酸链球菌•③乳脂链球菌1515•（3）双歧杆菌属•呈现多样性，典型的形态为分叉杆菌，革兰氏染色阳性，无芽孢和鞭毛，不运动。化能异养型，有特殊的营养要求，生长繁殖需要多种双歧因子。能利用葡萄糖、果糖、乳糖和半乳糖，通过6-磷酸支路生成乳酸和乙酸及少量的甲酸和琥珀酸，不产生CO2。1616原理：乳酸发酵在乳酸菌的作用下将可发酵性糖转化为乳酸的过程称为乳酸发酵。如：牛乳变酸、腌制泡菜、酸乳酒和青贮饲料等。在发酵工业上乳酸发酵则是生产乳酸的基础。1717发酵原理（风味物质的产生）•乳糖——乳酸（乳酸菌）：凝乳•柠檬酸——双乙酰（乳脂明串珠菌、乳链球菌，酸性条件）：奶油、坚果仁的香味和风味•乙醛（乳酸发酵前产物）•乙醇（乳脂明串珠菌异型乳酸发酵副产物）•有机酸——甲酸、乙酸、丙酸（酪蛋白）•二氧化碳（异型乳酸发酵过程副产物）1818生产过程（1）酸牛奶、发酵饮料等主要菌种：嗜热链球菌、保加利业乳杆菌、嗜酸乳杆菌、双歧杆菌工艺流程：菌种活化—母发酵剂—中间发酵剂—作发酵剂原料乳—净化—标准化—均质—杀菌——冷却——接种—分装—发酵—冷却—冷藏后熟—成品1919（2）奶酪乳中加乳酸菌和凝乳酶是蛋白质（主要是酪蛋白）凝固后排除乳清将凝块压成块状而制成的产品。种类：800余种如：牛乳干酪，羊如干酪、脱脂、全脂、稀奶油干酪、凝乳酶干酪、酸乳干酪、胃蛋白酶干酪、新鲜干酪、成熟干酪。营养价值：浓缩产品。高蛋白、高脂肪、高能量、丰富盐类、维生素、氨基酸…2020工艺流程及原理：原料乳检验→净化→标准化调制→杀菌→冷却添加发酵剂→调整酸度→CaCl2→加色素→加凝乳酶→静置凝乳→（发酵阶段：人工接种，乳酸菌的作用，凝乳酶——加速凝乳作用）凝块切割→搅拌→加热升温→排乳清→压榨成型→盐渍→生干酪→发酵成熟→上色挂蜡→成熟干酪（后熟阶段：自然发酵，霉菌、酵母菌、其他细菌作用——形成风味。其间水分蒸发、乳酸菌死亡、酶系作用使水溶性蛋白质含量上升，有机酸、脂类等风味物质产生。）2121（二）酱油1、原料：蛋白质类：各种豆类、花生饼、芝麻饼淀粉类：麸皮、米糠、大麦、薯干粉辅料：食盐2、菌种及发酵机理：米曲霉、酱油曲霉（混合或单用）：产生蛋白酶、淀粉酶，分解原料产生氨基酸、单糖等酵母菌（自然生长）：发酵生成乙醇、甘油等乳酸菌（自然生长）：发酵生成乳酸2222•酱色的生成：美拉德反应（氨基-羰基反应）：形成类黑色素酶促褐变反应（多酚氧化酶氧化酪氨酸）：形成黑色素•风味来源：鲜：氨基酸、核酸物质的钠盐甜：糖类（淀粉糖化）、氨基酸（甘氨酸）、醇（甘油）酸：有机酸苦：某些氨基酸（酪氨酸）、乙醛等咸：食盐2323•3、工艺流程•原料混合→润料→蒸料→冷却→接种曲→深层通风培养→成曲→粉碎•（制曲阶段：曲霉作用产生蛋白酶、淀粉酶——固体培养、好氧）↓成熟酱←酱醅保温发酵←入发酵容器←拌和制醅↓（发酵阶段：乳酸菌——乳酸；酵母菌——酒精、甘油）↑浸出淋油稀盐水糖浆↓↑配制糖浆↓↑装瓶盐水2424（三）食醋醋酸杆菌属、葡萄糖氧化杆菌属中一些细菌能利用酒精进行生物氧化生成醋酸。1、特性：G+杆菌、有或无鞭毛；化能异氧型——能利用单糖、双糖、酒精作为碳源最适生长温度：30-35；PH：3.5-6.5；好氧；不耐盐2、发酵生产醋酸需糖化菌（酶）、酵母菌和醋酸菌的综合作用2525•食醋生产工艺（人工发酵）麸曲（酶）酒母↓↓碎米→浸泡→磨浆→调浆→液化→糖化→酒精发酵→醋酸菌↓酒醪→醋酸发酵→醋醪→压滤→配兑→灭菌→陈醋→成品2626（四）面包等制品菌种及发酵原理•菌种：啤酒酵母，根据制成方式不同分为两种：压榨酵母：鲜酵母，活力强、易污染活性干酵母：需先活化（液体培养）•发酵原理：酵母菌生长，产生CO2——使面团膨大成型酒精——赋予面包特殊的风味（糖、酒精、醛、酸等）•工艺流程：•配料→第一次发酵(醪头)→第二次发酵(大粉)→成型•→后发酵(蒸汽间)→焙烤→冷却→包装→成品。2727影响面包质量的因素•菌种质量：发酵能力•淀粉：淀粉中所含β-淀粉酶的活性淀粉中面筋含量——影响成形•微生物污染：菌种污染影响酵母菌生长、形成不良风味，或发酵失败面粉污染2828（五）酿酒酒的分类1：•1、果酒•2、蒸馏酒•3、配制酒•4、混合酒•5、啤酒2929基本分类2：单式发酵（果酒）酿造酒单行复式发酵：啤酒复式发酵并行复式发酵：黄酒酒精饮料蒸馏酒谷类：威士忌、高粱酒、米酒甘薯：烧酒糖蜜：Ram水果：白兰地配制酒：虎骨酒、五加皮、橘子酒等30•1、蒸馏酒•淀粉质原料经过蒸煮、糖化、酒精发酵和蒸馏而得的含高酒精浓度的无色透明饮料酒。•按原料命名：高粱酒、玉米酒、谷酒…•按糖化发酵剂命名：大曲酒、小曲酒、麸曲酒•按产地命名：茅台酒、洋河大曲…•世界上的蒸馏酒大致可分为六大类：中国白酒、威士忌、白兰地、俄得克、老姆酒金酒等。3131•中国白酒工艺过程：（曲）特点：自然固体发酵，多种微生物共同作用根据制曲（糖化剂、发酵剂）的原料及微生物种类不同，分为大曲（大麦为主）、小曲（米粉、米糠、草药）、麸曲（麸皮）三类。32322．黄酒：淀粉质原料经过蒸煮、加入小曲和酒母经糖化、酒精发酵和压滤而成。黄酒原产于我同江浙一带的一种饮料酒。命名：•以酒色命名：黑酒、红酒、竹叶青•以产地命名：绍兴酒、即墨酒•以含糖量：甜黄酒（大于10%）、半甜酒（5-10%）、干黄酒（∠5%）33•菌种：根霉、曲霉和绍兴酵母菌的混合物。•原料：主要是糯米。•生产工艺流程：浸米→茶蕉→冷却→加入麦曲、酒母→治缸→糖化发酵→后发酵→压榨→澄清→成品•特点：黄洒酿造过程中，淀粉糖化、酒精发酵和陈酿同时进行，所以糖浓度不会过高积累。黄酒经酿成后，酒精含量为15％—20％，营养价值较高。34343、啤酒：以麦芽为主要原料，辅以啤酒花发酵出的低酒度酿造酒。原料：大麦芽辅料：大米、玉米、酒花、淀粉酶主要工艺：A、制备麦芽B、麦芽汁糖化：借助自身水解酶C、麦汁煮沸与添加酒花啤酒花：桑科、律草属、多年生蔓性攀缘草本、雌雄异株。成熟雌花含α-酸，赋予特殊苦味D、发酵：包括糖——酒精以及各种变化（CO2、脂、醇、硫化物、含N物、糖）E、过滤、消毒F、分装35354、果酒：以果汁为原料进行酵母菌酒精发酵，经陈酿、澄清而成的含9-13%的酒。二千多年的历史。以下以葡萄酒为例A、分类按酒色；红葡萄酒、白葡萄酒按糖分：干葡萄酒（残糖量小于0.3g/100ml，不引起再发酵）甜葡萄酒（残糖大于5%）按酿造方法：天然葡萄酒：完全用葡萄汁，不加酒精和糖加强葡萄酒：添加酒精按是否含CO2：静酒汽酒：香滨36基本工艺：葡萄汁（加糖调酸）——加SO2（0.2-0.9g/ml）——主发酵——后发酵——陈酿——调配——装瓶。3737•（六）豆腐乳•毛霉型腐乳工艺流程：•选料→浸泡→磨浆→甩浆→煮浆→点浆→压榨→↓豆渣豆腐坯→接种→培养→搓毛→腌坯↓成品←后发酵←装坛↑配料3838•二、微生物代谢产物——发酵•1、柠檬酸生产（1）菌种•能形成柠檬酸的微生物很多，有实用意义：•黑曲霉——产酸能力最强•假丝酵母——能够利用正烷烃（利用工业废料）•特点：好氧发酵3939（2）发酵机制以黑曲霉（好气性发酵）为例•代谢途径：•①柠檬酸生物合成途径•葡萄糖—EMP—丙酮酸—TCA柠檬酸（中间产物）↓4040柠檬酸积累的生物调节•乌头酸水合酶失活，阻断柠檬酸以下的TCA循环(控制F2+含量)•TCA循环受阻时，必须由另外的途径生成草酰乙酸，使TCA循环前段反应能继续下去，不断生成柠檬酸磷酸烯醇丙酮酸+CO2）羧化生成丙酮酸+CO2羧化生成•促进EMP途径畅通•柠檬酸对异柠檬酸脱氢酶具抑制作用，利于柠檬酸的积累乙酰辅酶A1柠檬酸顺乌头酸酮戊二酸琥珀酰辅酶A琥珀酸延胡索酸苹果酸草酰乙酸H2O34CO2CoASHCoASHCO2GDPGTPCoASH异柠檬酸草酰琥珀酸H2ONAD+NAD+FADFADH2H2ONAD+H2O25671098CO2NAD+丙酮酸NAD+CO2a_NADH+H+NADH+H+NADH+H+NADH+H+NADH+H+4141•（3）生产过程——液态深层发酵•原料：淀粉类、糖蜜•工艺：分批培养原料配制——灭菌——接种——控制温度——提