食品微生物资源利用

现代食品微生物学第五章食品微生物资源的利用主要内容简介发酵乳制品发酵肉制品发酵蔬菜发酵蛋白类制品发酵淀粉类制品1.简介什么是发酵食品?日常接触到的发酵食品有哪些?发酵食品的优点?发酵食品的类型?1.1发酵食品：通过微生物的发酵作用制备的食品都可以称作发酵食品，获得发酵制品一般是以下几类微生物作用的结果：细菌发酵：乳酸菌、醋酸菌酵母发酵：啤酒酵母霉菌发酵：米曲霉、黑曲霉、毛霉、米根霉，青霉等1.2发酵食品的种类面包、馒头奶酪酸奶酒酱油醋泡菜可可豆咖啡茶叶咸肉发酵香肠腐乳豆豉鱼露食用藻类微生物食用胶体食用真菌单细胞蛋白青贮饲料1.3优点通过微生物的发酵作用，可以：改善原料的质地增进风味提高营养延长货架期便于保藏1.4发酵食品分类ClassifiedbyMicrobesExample霉菌酱油、腐乳、豆豉、鱼露、奶酪细菌奶酪、酸奶、醋、泡菜、咸肉、发酵香肠酵母面包、馒头、酒2.发酵乳制品2.1发酵乳制品的种类2.2发酵乳制品的历史2.3传统用于发酵乳制品的微生物2.4酸奶制造2.5干酪制造2.6其它发酵乳制品的制造2.7发酵乳制品的功能2.1发酵乳制品的种类发酵酸奶奶酪2.2发酵乳制品的历史ⅠBefore1900:自然过夜发酵，用剩余的乳清接种;1857:Pasteur,发现由于细菌的作用产生了乳酸发酵1873:Lister，分离了乳酸菌（现在的乳酸乳球菌）;1890s:粉状发酵剂byChar.HansenLab（丹麦）;英国乳品学院Lloyd发酵剂实验室;1910:Metchnikoff（Russian）梅奇尼科夫(Elie,1845-1916,俄国动物学家、细菌学家,曾获1908年诺贝尔生理学-医学奖),阐述了酸奶与人体的健康之间的关系;2.2发酵乳制品的历史Ⅱ1919:OrlaJensen（丹麦）提出关于发酵剂菌种特性;1930/1940s:Whitehead（新西兰）提出了纯菌发酵（乳球菌）的概念，并提出噬菌体是发酵过程重要的致病因素;1950s:Lewis（英国）,工业化发酵剂增殖保护体系;1960/1970s:出现浓缩和冻干批量发酵剂菌种;采用抗噬菌体保护物质;1980/90s:DVI－直接桶接发酵剂出现并大量推广应用。今天：发现质粒的一些编码，决定其性状。运用基因重组技术修饰菌种，改良性状，提高产品质量，特别是噬菌体抗性。发酵乳制品的现状发酵乳制品生产是第二位的重要发酵工业（仅次于酒精饮料），占世界发酵产品量的20%，而且逐年上升。根据国际乳酪业联合会（IDF）的数据，发酵乳消费量最大的是芬兰，87年37.1kg，92年34.9kg。中国的酸奶消费估计在0.5－1kg左右，在乳制品消费上，奶粉和鲜奶占大多数。2.3传统用于发酵乳制品的微生物－细菌乳杆菌：德氏乳杆菌、德氏乳杆菌乳酸亚种、德氏乳杆菌保加利亚亚种、瑞士乳杆菌、嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌、发酵乳杆菌、短乳杆菌、酸奶乳杆菌乳球菌：乳酸乳球菌乳酸亚种、乳酸乳球菌乳酸亚种双乙酰亚种、乳酸乳球菌乳脂亚种明串珠菌：肠膜明串珠菌、肠膜明串珠菌葡萄糖亚种、肠膜明串珠菌乳脂亚种、乳酸明串珠菌链球菌：嗜热链球菌片球菌：戊糖片球菌、乳酸片球菌醋酸菌：醋酸醋菌克鲁维氏酵母：马克斯克鲁维氏酵母马克斯亚种、马克斯克鲁维氏酵母保加利亚亚种、乳酸克鲁维氏酵母假丝酵母：酸奶假丝酵母糖酵母：啤酒酵母、乳酸糖酵母有孢园酵母：德氏有孢园酵母地霉：白地霉2.3传统用于发酵乳制品的微生物－酵母青霉属：娄地青霉、白青霉、酪生青霉、沙门柏干酪青霉2.3传统用于发酵乳制品的微生物－霉菌2.3乳酸发酵乳酸菌之间的乳糖代谢途径不同乳酸乳球菌：通过PEP-PTS（磷酸烯醇式丙酮酸－转磷酸酶系统）以乳糖－磷酸盐的形式活跃穿过细胞膜，被β－半乳糖苷酶水解为葡萄糖和6-磷酸半乳糖，葡萄糖通过糖酵解途径，代谢生产L-乳酸2.4酸奶制造2.4.1酸奶的分类依据形态：凝固型、搅拌型、饮用型蛋白质含量：酸奶(3%蛋白质)、酸奶饮料(1%蛋白质)脂肪含量：全脂(3.0%)、半脱脂(3.0－0.5%)、脱脂(0.5%)风味：原味、风味(果汁、果粒、香精、色素)含水量：酸奶、浓缩酸奶、干燥酸奶含活菌：杀菌酸奶、活菌酸奶保健类型：双歧酸奶、降血脂酸奶、降胆固醇酸奶、产共轭亚油酸酸奶等2.4酸奶制造2.4.2酸奶制造的一般工艺：原料乳→标准化→均质→杀菌→冷却至发酵温度→接种→搅拌→罐装→发酵→冷却→凝固型成品↓发酵→冷却→罐装→搅拌型成品↓加果粒→罐装→果粒酸奶酸乳饮料、干燥酸奶、冷冻酸奶、杀菌酸奶2.4.3发酵剂的制作菌种母发酵剂中间发酵剂工作发酵剂酸奶制造常规菌种保加利亚乳杆菌（德氏乳杆菌保加利亚亚种）嗜热链球菌2.4酸奶制造工艺简图Proceduresforthepreparationofstarters2.4.4菌种注意事项－菌种的选择一般选用产酸速度快，活力高的菌株。活力如果降低，必须活化可以根据需要，选用产荚膜多糖的菌株，可以减少的乳清析出，得到质地优良的产品能耐受噬菌体的感染变异小，长期传代，不易丢失其优良性状低温后熟阶段，产酸量少，可以在较长时间内维持一定酸度，延长货架期。2.4酸奶制造2.4.4菌种注意事项－常规菌种应该保持较少的传代次数，防止发生变异，影响发酵的进程一般乳脂链球菌和乳酸链球菌连续培养50次没有变异，而保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌只能扩大20-25次。母发酵剂一般应当当天生产，而且条件要求极高。如果为了连续生产和保持活力为目的，一般应在0-6℃冷藏，用前活化，并2周内用完。如果发酵剂的菌种已经混合，传代不能超过3次。2.4酸奶制造2.4.5发酵过程中微生物的消长规律初期，球菌生长占主导，电位降低，乳酸、乙酸、乙醛、双乙酰、甲酸适量积累。杆菌生长慢，但微弱的蛋白酶活力水解蛋白，产生足量的肽和氨基酸，刺激球菌的生长。pH降到5.5时，球菌生长受限制，系统中氧的耗尽和甲酸的存在，有利杆菌的生长，直到pH达到4.2左右，可以停止发酵。酸奶大部分风味必需物乳酸、乙醛是由乳杆菌提供的。2.4酸奶制造2.4.6发酵后营养的变化和生理特性Ⅰ可以降解30%的乳糖，适宜乳糖不耐症的人群。乳酸的存在改变了酪蛋白的性质，提高了唾液和胃胰蛋白酶的分泌，提高消化力。发酵改变了过敏原乳蛋白，而且增加了其中的氨基酸及多肽的含量（增加了几倍），易消化吸收，适宜几乎全部人群。部分脂肪酸水解，人体更易吸收，也是风味的重要来源尼克酸和叶酸的含量增加，维生素B12、B1、B2和泛酸的含量减少。乳糖的存在增加了对钙的吸收，乳酸的存在增加了钙铁的溶解，更易吸收虽然乳酸菌经过胃后仅有15%存活，但胆汁增加了细胞膜的通透性，细胞水解乳糖的速度加快。并存在一定数量的乳糖水解酶。2.4酸奶制造2.4.6发酵后营养的变化和生理特性Ⅱ发酵后产品中存在一些细菌素，有些菌还产生H2O2，可以抑制大部分食源性病原菌。可以用于治疗和预防腹泻，缩短腹泻时间，并用于恢复被抗生素破坏的肠道菌群系统。有人还预测可以替代部分抗生素。具有亚硝酸盐还原酶活性，消除体内的亚硝酸盐含量，降低转化为亚硝酸胺的可能，消除致癌物质。减少粪酶（偶氮还原酶、β－葡萄糖醛羧酶、硝基还原酶，可将致癌的前体物质转化为致癌物质）的含量。2.4酸奶制造2.4.6发酵后营养的变化和生理特性Ⅲ乳酸菌的细胞和细胞壁部分成分可以激活体寄主内的巨噬细胞，提高机体免疫机能。降低血清胆固醇含量（国外已经有产品，主要原因是菌株之间差压较大，还有待进一步研究）1978年，Rasic和Kurmann提到酸奶可以广泛用于皮肤病、湿疹、口腔感染、治疗癌时引发的溃疡和皮肤脱落。1989年，VantVeer发现可以预防乳腺癌1994年，Yamamoto发现有抗高血压活性2.4酸奶制造2.4.7发酵注意事项接种后搅拌均匀，保证发酵温度适宜。pH达到要求时，搅拌缓慢，防止破乳严重而破坏组织形态冷却及时，凝固型如果太快会使乳清析出，太慢，酸度过高发酵间转移到冷却间时避免剧烈振动，造成乳清析出。原料选用无抗奶源为了防止噬菌体侵染，需要经常更换菌种，清洗设备要到位洗涤剂和消毒剂的残留要控制2.4酸奶制造2.4酸奶制造2.4.8发酵剂的制备工业上常用的发酵剂种类：DVI、批量发酵剂、活化发酵剂（传统方法）生长在酸奶中的乳酸菌可以达到108-109个/ml采用pH控制技术可以达到109-1010个/ml采用超滤技术，除去乳酸，增加营养，可以达到1010-1011个/ml浓缩采用微滤比离心效果好，之后可以冷冻或冷冻干燥。在工厂中一般按照活力单位来接种。菌种比例可以按照要求改变，一般1:12.5干酪制造干酪制造历史干酪的种类、发酵剂和微生物菌群不同干酪品种的生产工艺2.5.1干酪制造历史起源：一万年，中东地区，气候温暖，天然乳杆菌使牛奶变酸凝固，搅拌后，可以作为食品和饮料。发展到用动物的胃作为标准化储奶容器，利用了动物胃中的凝乳酶和乳杆菌双重作用，这样的酸奶有更好的脱水收缩性。1851年，美国纽约建立第一个干酪工厂。如今，现代化的工厂每天可以制造100T干酪（需处理鲜奶约600T/天）。全球估计每年生产约1400万吨干酪用来加工干酪的奶源很多，主要是牛奶、羊奶、水牛奶。过去100多年间才对干酪发酵的微生物学原理进行了了解。开始了接种发酵。（存在了1万年）干酪主要是以乳酸菌为主，但次生菌群十分关键，正是由于次生菌群的作用，才使干酪出现了多种风味。次生菌群主要包括酵母、霉菌、细菌2.5.2干酪种类、发酵剂和微生物菌群ⅠP165－发酵食品2.5.2干酪种类、发酵剂和微生物菌群ⅡP165－发酵食品2.5.2干酪种类、发酵剂和微生物菌群ⅢP165－发酵食品2.5.3不同干酪品种的生产工艺ⅠP223－发酵食品微生物学2.5.3不同干酪品种的生产工艺ⅡP223－发酵食品微生物学2.5.3不同干酪品种的生产工艺ⅢP223－发酵食品微生物学2.5.3不同干酪品种的生产工艺ⅣP223－发酵食品微生物学2.5.3不同干酪品种的生产工艺ⅤP223－发酵食品微生物学2.5.3不同干酪品种的生产工艺ⅥP223－发酵食品微生物学2.5.4干酪发酵的次生菌群霉菌：娄地青霉、白青霉、酪生青霉、沙门柏干酪青霉酵母：克鲁维氏酵母、假丝酵母、德巴利酵母、糖酵母等，即可以水解蛋白质，也可以水解脂肪。细菌：棒杆菌属、微球菌属、丙酸杆菌等2.5.5干酪风味的来源干酪风味的形成是一个复杂的过程，迄今还没有完全了解。影响风味的主要因素：奶的成分、奶的热处理、乳酸菌、次生菌群、pH、盐/水含量、奶中的酶含量、凝乳酶、干酪制作的操作参数、干酪的贮存条件。风味的主要来源是对蛋白质和脂肪的分解而形成。另外微生物的代谢副产物如双乙酰、丁二醇、乙醛、乙醇等都是风味物质的主要成分。近年来，对选择性蛋白酶的应用，加速干酪成熟进行了大量的研究2.6.1－发酵酪乳制作：巴氏灭菌脱脂或低脂乳，22℃，接种1%的嗜温发酵剂2.6其它发酵乳制品2.6.2发酵奶油高温杀菌后的稀奶油，含少量蛋白质和水分，添加乳酸菌发酵后，比鲜奶油更浓的芳香，也有利于保藏，但脂肪易氧化。2.6其它发酵乳制品2.4.8其它发酵乳制品3－斯勘的纳维亚酪乳酪挪威和瑞典最常见的发酵乳制品生产方法与发酵酪乳类似发酵时添加了能产黏丝的乳球菌，发酵温度较低，18-20℃。2.6其它发酵乳制品2.4.8其它发酵乳制品4－Viili起源于芬兰，又叫Vilia、Filia具有丝状或线状的组织，具有及其怡人的口味和较好的双乙酰风味。发酵菌株具有产荚膜的乳酸乳球菌乳酸亚种和乳酸乳球菌乳脂亚种，还有乳酸乳球菌乳酸亚种双乙酰乳酸变种、肠膜明串珠菌乳脂亚种、白地霉。风味与纳维亚酪乳酪类似，但带有白地霉的酶味，白地霉的