微生物与食品制造

第九章微生物与食品制造白群华公共卫生学院卫生检验教研室Tel:68485063E-mail:[e-mail]微生物参与制造的食品的种类•微生物制造的：酒；酱油；食醋；有机酸；氨基酸；核苷酸……•微生物加工的：发酵乳制品；发酵豆制品；发酵果蔬制品；发酵肉制品；发酵水产品……•微生物成为食品：单细胞蛋白；益生菌食品……•微生物生产的酶•微生物的发酵起主要作用。微生物对食品的发酵•发酵的概念•微生物对食品的发酵•微生物食品发酵的作用–制造食品–保存食品发酵的概念•“微生物分泌的酶作用于有机底物而产生化学变化的过程”•霉菌•酵母菌•细菌微生物对食品的发酵•主要是对碳水化合物和蛋白质的分解–酵母：对天然原料进行酸化，并使其含有丰盛的糖源时，酵母生长迅速，而它们产生的酒精又会限制大多数自然存在于原料中的其它微生物的生长活性。–乳酸菌：如果一种植物产品的酸性条件可以使有益菌生长，同时它又含有较高浓度的单糖，乳酸菌就可能生长，且在添加少量食盐的情况下，将保证乳酸菌的生长优于酵母（在泡菜的发酵中就是如此）。–其他产酸菌–曲：使乙醇和乳酸发酵得以在低水平糖源及高淀粉和蛋白质含量的原料中顺利进行。（酒，酱油等的酿造）曲•常见植物发酵食品，如酱油、豆酱或味噌、腐乳、米酒（又称清酒）、白酒、米醋、甜酒、天陪等•这些发酵食品生产的共同特征是将诸如米曲霉、酱油曲霉、黑曲霉等曲霉培养在所有原料或部分原料上，来产生可以降解这些植物组织的酶，如淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶、果胶酶等。•这些培养了霉菌的物质称为曲。•第一节微生物与酿酒•一、微生物与酿酒中的生化反应•酒•淀粉糖化•酒精发酵•产酸菌与有机酸的形成•杂醇油的形成•酯类与醛类的形成•双乙酰和乙偶姻的生成淀粉糖化•对于淀粉质原料，例如小麦、大麦、大米或玉米，用它们来生产酒的话，原料首先需要分解为糖（主要是葡萄糖），以便于酵母进行发酵。•西方，用于糖化的水解酶是来自于麦芽，如啤酒•东方，曲霉和根霉被用做淀粉分解的酶类。通过将米曲霉和根霉培养在部分大米或小麦原料上产生淀粉分解酶来进行糖化。•这些霉菌培养发酵的物质就称为“曲”。•曲与其余部分的大米或小麦原料、水混合成醪液后，同时进行酶促糖化、乳酸和酵母发酵。酒精发酵•正常酒精发酵（称第一型发酵）是经EMP途径，在偏酸性条件下，将葡萄糖降解生成丙酮酸，丙酸酸在脱竣酶的作用下产生乙醛，乙醛在乙醇脱氢酶作用下还原为乙醇。但若有亚硫酸盐存在或在pH7.6以上的碱性环境条件时，又有第二型和第三型发酵存在。因此，酒精发酵除了主要产物酒精外，还有甘油、乙酸、CO2、杂醇油等其他副产物产生。常用的酒精发酵菌种有酿酒酵母和葡萄汁酵母。一般酿酒用酵母菌种应具有繁殖速度快、耐醪液浓度、适宜温度为30～33℃、适宜pH4-6、发酵力强、产香好等特点。产酸菌与有机酸的形成–乳酸菌、醋酸菌与乳酸、醋酸的形成–丁酸菌与丁酸的形成–其他有机酸的形成二、各类酒的制曲与酿造•曲•（一）白酒•（二）黄酒•（三）啤酒•（四）葡萄酒白酒•一般把以固态酒醅发酵和固态蒸馏所得之酒称之为白酒。•大曲酒–多用小麦或大麦与豌豆为原料制成大块(2-3kg)曲。大曲中微生物种类繁多，变动也大。•小曲酒–目前，小曲酒酿制已采用扩大培养纯种根霉和酵母菌。•麸曲酒–以培养的纯麸曲和酒母为糖化及发酵剂酿制的蒸馏酒。黄酒•黄酒是以谷物为原料，以培养的自然微生物区系为糖化发酵剂而酿制成的酒精饮料，因其色黄而称之。–麦曲是以碎的生小麦为原料（或加人少量优质陈曲），加水拌匀，踏成块状，或包裹、堆放、挂起，保温养曲长菌，然后干燥而成。–药曲（或酒药）是用米粉和辣蓼草等中草药为原料制作的。啤酒根据啤酒酵母菌在发酵液中发生的情况，可区分为下面酵母和上面酵母。酵母菌的扩大培养：斜面菌种→富氏瓶培养→巴氏瓶培养→卡氏罐培养→汉森罐培养→种子罐培养→主发酵。主发酵后发酵葡萄酒•酵母菌扩大培养–斜面菌种→葡萄汁培养→20L葡萄汁扩大培养→200～400L酒母罐葡萄汁扩大培养•调制葡萄汁–糖分–酸度–加SO2•发酵第二节微生物与酿造调味品•一、酿造酱油•酿造酱油(fermentedsoy,sauce)是指以大豆和（或）脱脂大豆（豆粕或豆饼）、小麦和（或）麸皮为原料，经微生物发酵制成的具有特殊色、香、味的液体调味品。（一）参与的微生物•酿造酱油多为开放式制曲和酿制，所以在酿制过程中，除接入人工培养的纯菌外，尚杂有其他多种微生物。人工培养的纯菌主要是水解蛋白质能力强的米曲霉。•制曲中可感染的微生物种类繁多，主要有多种毛霉、根霉、青霉等霉菌；微球菌、乳酸菌、芽孢杆菌、四联球菌、片球菌等细菌；鲁氏酵母、球拟酵母、毕氏酵母、产醭酵母等酵母菌。•曲成后加食盐水制成酱醅，霉菌、一些细菌和不耐渗透压的酵母菌难增殖或死亡，仅以其菌体含有酶系促使发酵，或以芽孢残留在酱醅中，保持稳定数量。随之发育起来的是耐盐性乳酸细菌，耐盐性酵母。不同深度酱醅的微生物组成及数量亦有变化，造就了酱油的不同口味。（二）酿制原理•植物蛋白——曲的蛋白酶和肽酶——各种氨基酸与肽。在成品酱油中氨基酸态氮约占总氮量的50％。•盐——抑制腐败细菌发育•淀粉——糖——乳酸发酵——酵母菌生长•除氨基酸外，发酵的产物：糖类有糊精、麦芽糖、葡萄糖、戊糖；有机酸类有乳酸、乙酸、柠檬酸、琉拍酸、丙酸、苹果酸等；醇类有乙醇、甲醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇等；酯类有乙酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸丁酯、丙酸乙酯等。各赋予酱油特有的滋味。•褐变反应：酪氨酸氧化成棕色黑色素；葡萄糖类物质与氨基酸经美拉德（Maillardreaction)反应生成的类黑素。（三）酿制工艺二、酿造食醋•把单独或混合使用各种含有淀粉、糖的物料或酒精，经微生物发酵酿造而成的液体调味品称为酿造食醋(fermentedvinegar)。•固态发酵食醋是以粮食及其副产品为原料，采用固态醋醅发酵酿造而成的食醋。•液态发酵食醋是以粮食、糖类、果类或酒精为原料，采用液态醋醅发酵酿造而成的食醋。（一）酿造原理•淀粉质农副产品原料→加热糊化→糖化剂（曲）糖化→酵母菌的酒精发酵（酒化）→醋酸细菌氧化酒精为醋酸（醋化）。•果汁、糖液→酒化→醋化酿成。•鲜味、甜味和香味的生成食醋酿制－固态酿制法第三节微生物与有机酸•一、柠檬酸•发酵法生产中最重要、食品工业中用量最大的有机酸。在饮料、果酱、果冻、酿造酒、冰淇琳和人造奶油、腌制品、罐头食品、豆制品及调味品等食品工业中被广泛用作酸味剂、增溶剂、缓冲剂、抗氧化剂、除腥脱臭剂、鳌合剂等，所以它被称为第一食用酸味剂•发酵用菌种主要是黑曲霉，其次是温特曲霉。•发酵用原料主要有淀粉质原料包括甘薯、木薯、马铃薯和由它们制成的薯干、淀粉、薯渣、淀粉清及玉米粉等，粗制糖类有粗制蔗糖、水解糖（葡萄糖）、怡糖、糖蜜等。二、乳酸•又称2-羟基丙酸或丙醇酸。酸性稳定，在食品工业中广泛用作酸味剂、防腐剂、还原剂等，可用于清凉饮料、糖果、糕点的生产和鱼肉、蔬菜等的加工和保藏。•发酵用菌种：乳酸菌包括乳杆菌和乳球菌•发酵用原料：己糖、低聚糖类和淀粉类原料。前者包括蔗糖、淀粉水解糖、糖蜜、乳汁和菊粉类；后者常用的有大米、玉米、薯干、菊糖等。•发酵工艺发酵工艺第四节微生物与氨基酸•一、谷氮酸•二、赖氮酸谷氮酸•发酵用菌种：积累谷氨酸量高、分解谷氨酸能力弱的菌株，如我国使用的北京棒状杆菌AS1.299、钝齿棒杆菌AS1.542等。•发酵用原料：发酵法生产味精的原料为淀粉质类原料。氮源可用尿素或氨水。•发酵工艺：淀粉质原料→糖化→冷却过滤→加入玉米浆及其他营养物配成合适的培养基→接种菌种→发酵→发酵液→提取（等电点法、离子交换法等）→谷氨酸结晶→Na2CO3中和→谷氨酸钠盐（味精），再经去铁、脱色、过滤、浓缩结晶而得到结晶的味精，干燥后即得成品。第六节微生物与其他食品•一、发酵乳制品•二、发酵豆制品•三、发酵果蔬制品•四、发酵肉制品•五、发酵水产品•六、单细胞蛋白•七、益生菌食品发酵乳制品•风味•保存期•明确了的保健功能–乳糖不耐症人群消费牛乳–降低血中胆固醇含量–抗癌活性酸乳•鲜乳或乳制品（杀菌乳或浓缩乳）在保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌的作用下，经乳酸发酵(同型发酵)而得到的凝固型乳制品。•工艺：鲜乳→加糖过滤→均质→灭菌→冷却(44-45℃）→加入发酵剂→分装→发酵(41-43℃）→5℃下冷藏后酵→成品酸乳–酸乳用菌种的扩培,酸奶发酵剂的生产–酸乳发酵–风味的酸乳或乳酸菌饮料酸奶油•酸奶油是把从鲜乳中分离出来的稀奶油，经过杀菌冷却，接种纯的多菌组合发酵剂，在合适温度下进行发酵，使产生一定的芳香风味和酸度，再经物理成熟，最后得到合格的产品。•菌种有乳酸乳球菌、乳脂乳球菌、噬柠檬酸链球菌、副噬柠檬酸链球菌、丁二酮链球菌等•稀奶油→加热灭菌→冷却至18-20℃→加人5％的发酵剂→在18-20℃下发酵，每隔1h搅拌5min→发酵结束迅速冷却至5℃以下→物理成熟→搅拌→加色→压炼→成品包装奶酪•又名cheese,芝士，按含水量分为硬、半硬和软干酪，主要成分是酪蛋白和乳脂，还含有丰富的钙、磷、硫及B族维生素和维生素A等。•发酵的菌种：主要是乳酸菌，但也有用丙酸菌及丝状真菌的多菌混合发酵。•工艺：原乳加热杀菌→加入凝乳酶、发酵剂及色素→形成凝块→切割凝块、搅拌、加热→排除乳清→粉碎凝块→入模压榨→坯块→前发酵→加盐、调味料等后发酵→成熟→干燥成品•变质：干酪表面如果污染了酵母和霉菌以及一些分解蛋白质的细菌，常可使干酪软化、退色和产生臭味；假单胞菌属、产碱杆菌属和变形杆菌属等一些菌能引起干酪表面发薪；由液化链球菌、圆酵母等分解蛋白质使干酪带有苦味；而一些霉菌和球菌可在干酪表面形成色斑；噬菌体对奶酪生产威胁也较大发酵豆制品•大豆约含40%的蛋白质•但存在营养阻碍因子，如使人过敏的蛋白质、植物凝血素、肌醇六磷酸等。•大豆中的低聚糖包括葡萄糖、果糖和半乳糖，它们不能被消化，也不能在上胃肠道被吸收，但下胃肠道的细菌很容易消耗它们，这样就产生了胃气胀问题。发酵是减少或去除这些低聚糖的有效方法。•发酵提高了大豆的风味以及营养价值。–豆腐乳–豆酱–豆豉–天培–纳豆–味噌–酱油豆腐乳•微生物：毛霉；根霉等。在豆腐块上生长时能分泌多种酶，使豆腐坯中的蛋白质分解成氨基酸，淀粉质糖化，发酵成乙醇、有机酸、酯类等物质，使豆腐乳具有独特的风味和细腻的质地。•生产过程：大豆洗涤→浸泡→磨浆→过滤→煮浆→点浆→压榨切块→豆腐坯→接种霉菌→前发酵→前发酵坯→配料装坛→后发酵→成品豆酱•微生物：米曲霉，分泌蛋白酶、淀粉酶及纤维素酶的能力较强，它们把原料中的蛋白质分解为氨基酸，淀粉变为糖类，在其他微生物共同作用下生成醇、醛、酸、酯等，形成豆酱特有的风味。•生产过程：发酵果蔬制品•乳酸发酵果蔬制品，如酸腌菜、淡酸菜、酱腌菜•醋酸发酵果蔬制品，如果酒、果醋酸腌菜•生产过程：蔬菜整理、去杂、晾晒、清洗、切分后，放入清洗过的坛中，加晾凉的食盐水(2.5％）和其他辅料至坛颈，加颈沿水，加盖密封。放在通风、温暖、干燥、清洁、无蝇处，使其发酵。也可接入专用发酵剂。•微生物：产气明串珠菌→植物乳杆菌为主→不产气短乳杆菌•变质：如坛中加水不足，启封频繁，接触空气多，在泡菜发酵液面常有假丝酵母、白地霉或球拟酵母等生长，它们氧化分解乳酸，降低酸度，甚至引起腐败菌发育，致使蔬菜变质。遇此情况时，可往坛中注入冷开水，使液面菌膜逸出，再加些洗净晾干蔬菜及适量食盐与少许白酒，状况可改善。苹果醋生产工艺流程：四、发酵肉制品•如发酵香肠•加工工艺：肉破碎成肉糜，然后与盐、糖、色泽稳定剂、调味剂和硝酸盐或亚硝酸盐（或两者都加入）等混合，将其灌入肠衣中，室温下发酵(25-35℃）。•微生物：啤酒片球菌、乳酸片球菌、植物乳杆菌、短乳杆菌、布氏乳杆菌、微球菌、葡萄球菌、嗜盐和耐盐细菌、青霉、曲霉及酵母菌，其中以同型乳酸发酵菌为主。五、发酵水产品•如鱼酱油和鱼酱•鱼酱油工艺过程：先按盐：鱼的比例约1：3将盐加至未去内脏的鱼中，然后将盐渍的鱼移至发酵缸中，发酵缸通常建在地下，或将鱼放置于陶质罐中并埋于