微生物在食品制造中的应用

第九章微生物在食品制造中的应用概述•应用范围：微生物发酵制作食品；代谢产物作添加剂；酶制剂；菌体食饲用•主要类别:细菌、霉菌、酵母第一节细菌在食品制造中的应用一、食醋•(一)、食醋生产原料：•薯类：甘薯、马铃薯•粮谷类：高粱、玉米、大米、青稞、大麦、小麦等•粮食加工下角料：碎米、麸皮、谷糠、高粱糠等•野生植物橡子、菊芋等•果蔬类：李、红枣、葡萄、番茄等•酒类：白酒、酒精等•其他：糖糟、酒糟、糖蜜等•辅料及疏松料：细谷糠、小米壳、高粱壳等•(二)、食醋酿造用微生物•传统法，野生菌制曲、发酵；新法以人工选育的纯培养菌株，周期短、原料利用率高•1、淀粉糖化微生物，可产淀粉酶，多为曲霉菌•甘薯曲霉AS3.324，糖化甘薯原料及野生植物等，生长适应性好，易培养，强单宁酶活力•邬氏曲霉AS3.758，来自日本，糖化、产酸强，对原料适应性好，较强单宁酶活力•东酒一号AS3.758变种，要求高湿度和较低温度•黑曲霉AS3.4309（UV-11）糖化力强，酶系纯•另有米曲霉：沪酿3.040、沪酿3.042（AS3.951）、AS3.863等；黄曲霉：AS3.800，AS3.384等•2、酒精发酵微生物•生产上一般为子囊菌亚门酵母属酵母,北方1300酵母,上海香醋选用工农501黄酒酵母,K字酵母适用以高粱、大米、甘薯为原料而酿制普通食醋，AS2.109、AS2.399适用于淀粉质原料，AS2.118，AS2.119适用于糖蜜原料•3、醋酸发酵微生物•醋化醋杆菌（Acetobacteraceti）、制醋杆菌（A、acetosus）、巴氏醋杆菌（A.pasteurianus）、AS1.41醋酸菌、沪酿101醋酸菌等•（三）、食醋生产•氧充足时总反应式：•C2H5OH+O2=CH3COOH+H2O•1、酵母制备工艺流程大缸固体育种（38℃，3-4d）固态酿醋种子罐（二级种子）（30-32，通气培养22-24）液态酿醋斜面原种斜面（30-32℃，48hr）三角瓶（一级种子，30-32℃，振荡24h）•2、固态酿醋工艺流程•生产工艺•1）原料配比及处理•2）、入缸发酵•3）、淋醋，采用三套循环法•熏醋：为提高产量改善风味，将部分醋醅以文火加热至70-80度，24hr后淋醋。薯干（碎米、高粱等）粉碎加麸皮、谷糠混合润水蒸料冷却接种（麸曲、酒母、水）入缸糖化发酵拌糠接种（酵母）翻醅加盐后熟淋醋贮存陈酿配兑灭菌包装成品二醋浸泡成熟醋醅20-24hr头醋，头渣以三醋浸泡，得二醋，二渣浸泡后得三醋，残渣可饲用或作填充料•4）、陈酿•醋醅陈酿：成熟醋醅压实盖严，封实数月后直接淋醋•醋液陈酿：醋醅成熟后淋醋，将醋液贮入缸或罐中，封存1-2个月•5）、配兑和灭菌•陈酿醋或新淋醋为半成品，需按标准经配兑、包装、灭菌后出厂。一级食醋含醋量≥5%，二级≥3.5%•3、酶法液化通风回流制醋•流程细菌α淀粉酶、氯化钙、碳酸钠麸曲碎米浸泡磨浆调浆加热液化糖化冷却水酒母麸皮、砻糠、醋酸菌种子液态酒精发酵酒液拌和入池固态醋酸发酵（松醅、回流）加盐淋醋加热灭菌装坛成品食盐•生产工艺•1）配料•2）水磨与调浆•3）液化和糖化•4）酒精发酵•5）醋酸发酵•6）配兑与灭菌•4、液体深层发酵制醋•流程碎米浸泡磨浆调浆液化糖化酒精发酵酒醪醋酸发酵压滤配兑灭菌陈醋成品•二、发酵乳制品•含义：良好原乳经微生物发酵作用成为具有特殊风味的食品，即为乳制品。通常具有良好的风味，较高的营养价值和一定的保健作用。•分类：酸奶、奶酪，多由乳酸菌生产•乳酸菌种类•干酪乳杆菌（Lactobacilluscasei）、保加利亚乳杆菌（L.gulgaricus）、嗜酸乳杆菌（L.acidophilus）、植物乳杆菌（L.plantarum）、乳酸乳杆菌（L.lactis）、乳酸乳球菌（Lactococcuslactis）、嗜热链球菌（Streptococcusthermophilus）等•双歧杆菌:菌体尖端呈分枝状(Y、V型)而得名，为无芽孢革兰氏阳性细菌，专性厌氧、不运动，能利用葡萄糖产生醋酸和乳酸（2：3），不产CO2，目前共24种，9种存在于人体，可发酵使用的5种为：两歧双歧杆菌（B.bifidum）、长双歧杆菌（B.longum）、短双歧杆菌（B.brevvis）、婴儿双歧杆菌（B.angulatum）和链状双歧杆菌（B.adolescentis）•双歧杆菌生产工艺•共同发酵法：•两歧双歧杆菌与嗜热链球菌、保加利亚乳杆菌等共同发酵•原理：双歧杆菌产酸能力低，凝乳时间长，需约18-24hr，并属异型发酵，产品口感及风味差，生产上选择对双歧杆菌无明显影响但产酸快的菌株共同发酵，以提高产酸能力和双歧杆菌含量，改善口感及风味•共生发酵法•两歧双歧杆菌和用于马奶酒制造的乳酸酵母（Sacch.Lactis），接种量分别为6%和3%。•培养过程先26-28℃培养酵母营造厌氧环境，后提高温度到30℃促进双歧杆菌生长。该方法促进了双歧杆菌生长，提高产酸能力，加快凝乳，产品酸甜适中，富有纯正乳酸口味和淡淡酵母香气。•共同发酵法流程原料乳两歧双歧杆菌（6%）标准化嗜热链球菌（3%）调配蔗糖（10%）+葡萄糖（2%）均质（15-20Mpa）杀菌（115℃，8min）冷却（38-40℃）适量维生素C接种灌装消毒瓶发酵（38-39℃，6h）冷藏（1-5℃）成品•共生发酵乳生产工艺流程蔗糖（10%）+葡萄糖（2%）原料乳标准化调配均质（15-20Mpa）杀菌（115℃，8min）冷却（38-40℃）两歧双歧杆菌（6%）接种乳酸酵母（3%）灌装消毒瓶发酵（38-39℃，6h）冷却（10℃左右）冷藏（1-5℃）成品•三、氨基酸发酵•（一）、概述•氨基酸为蛋白质基本成分，8种必需氨基酸只能通过事物获得•可作调味料，如鲜味料谷氨酸钠（味精）、甜味料色氨酸和甘氨酸•历史：1820年水解蛋白；1850年化学合成；1910年日本使用盐酸水解小麦面筋得谷氨酸；1957年日本以微生物发酵糖类得谷氨酸，并工业化生产；我国1963年发酵生产；目前日本可发酵生产22种氨基酸，18种直接发酵，4种酶法转换•表9-2部分氨基酸及其生产所用菌株生成的氨基酸使用的菌株谷氨酸缬氨酸DL-丙氨酸脯氨酸赖氨酸苏氨酸鸟氨酸亮氨酸酪氨酸谷氨酸棒杆菌、乳糖发酵短杆菌或黄色短杆菌北京棒杆菌AS1.299或钝齿棒杆菌AS1.542或B9北京棒杆菌AS1.586（ile—）；乳糖发酵短杆菌（thr—）凝结芽孢杆菌（BacillusCoagulans）（met—）链形寇氏杆菌（Kurthiacatenoform）（met—）；黄色短杆菌（ile—+SGR）黄色短杆菌（AECR）、乳糖发酵短杆菌（AECR+Ser—或AECR+Ade—+Gu—）；谷氨酸棒杆菌（AECR+Leu）或（AECR+met）或（AECR+Ala）大肠杆菌（met—+Val—）；大肠杆菌W（DAP—+met—+ile—）谷氨酸棒杆菌（Cit—）；黄色短杆菌（Cit—或Arg—）黄色短杆菌（ile—+met—+TAR）谷氨酸棒杆菌（Phe—+Pu—）•（二）、谷氨酸发酵（味精生产）•1、谷氨酸产生菌•芽孢杆菌外，属于不同种属，但具共同特点：球形、短杆至棒状、无鞭毛、不运动、不形成芽孢、革兰氏阳性，需要生物素、通气条件产生氨基酸•我国使用北京棒杆菌（Corynebacteriumpekinensesp.）AS1.299，钝齿棒杆菌（Corynebacteriumcrenarum）AS1.542•微生物谷氨酸合成途径：•葡萄糖经酵解和磷酸己糖支路生成丙酮酸，后者生成乙酰辅酶A，进入三羧酸循环，生成α-酮戊二酸，在谷氨酸脱氢酶作用下，存在时生成L-谷氨酸NH4+•2、生产原料•粮食原料：谷类和薯类淀粉，如大米、玉米、小麦、甘薯等•非粮食类：甜菜和甘蔗糖蜜、醋酸、乙醇、正烷烃（液体石蜡）等作碳源。N源可用尿素或氨水•3、工艺流程（淀粉质原料）淀粉质原料糖化中和、脱色、过滤培养基调配接种发酵发酵液提取（等电点发、离子交换法等）谷氨酸中和除铁脱色过滤干燥成品（味精）•4、发酵工艺•（1）、发酵培养基：碳源、氮源、生长因子和无机盐等•①碳源：为构成菌体和合成谷氨酸的碳架及能量来源，实际生产中以糖质原料为主，浓度需控制•②氮源：为菌体蛋白、核酸类物质和谷氨酸的氨基来源，发酵中氮源量需求大，C/N比为100：0.5-2.0时只合成菌体，在100：11以上开始积累氨基酸•③无机盐：为微生物重要成分，调节微生物生命活动。主要离子和含量如下KH2PO40.05-0.2%K2HPO40.05-0.2%MgSO47H2O0.005-0.1%FeSO47H2O0.0005-0.01%MnSO44H2O0.0005-0.005%•④生长因子：微生物生长不可缺少，而自身不能合成的微量有机物质称为生长因子。目前生物素为必须的生长因子，生产中添加玉米浆、麸皮水解液、糖蜜等作为生长因子来源•（2）、发酵条件控制•①温度对发酵影响：前期（0-12h）为菌体大量繁殖阶段，温度控制在30-32℃；中后期积累大量谷氨酸，催化关键酶谷氨酸脱氢酶最适温度32-36，中后期适当提高温度。•②PH对发酵影响：前期控制在7.5-8.0，中后期将PH控制在7.0-7.6可提高产量•③通风和搅拌：前期低通风量较好，中后期高通风量•④泡沫控制：通风和搅拌过程产生二氧化碳形成泡末影响发酵，可用机械（耙式、离心式、刮板式，蝶式消泡器）和化学消泡（天然油脂、聚酯类、醇类、硅酮类等）等方法•⑤发酵时间：一般低糖（10-12%）发酵，时间36-38hr；中糖（14%）发酵，45hr第二节酵母在食品制造中的应用•酵母菌与人类关系密切，地位极为重要•主要产品：面包、酒类等•一、面包•最早利用天然酵母，后改用啤酒酵母和酒精酵母代替。专门产品：压榨酵母（鲜酵母）和活性干酵母（ADY）•作用：•发酵中产生CO2使面包膨大疏松•改善面包风味：产生的酒精和有机物具有特殊风味•增加面包营养价值：酵母菌含丰富营养物质•二次发酵法工艺流程部分面粉（30-70%）全部酵母第一次调制面团第一次面团发酵水剩余原辅料第二次调制面团二次面团发酵整形醒发烘烤冷却包装成品•二、酿酒•种类：黄酒、白酒、啤酒、果酒等•其中啤酒以大麦和水为主要原料，大米、酒化为辅料，经啤酒酵母发酵酿制而成的含有CO2、低酒精浓度和多种营养成分的饮料酒。1972年7月被列为营养食品，为世界上最大酒种。•工艺基本过程：制麦、糖化、发酵、后处理等•（一）、制麦：复活各种酶类，便于糖化过程淀粉和蛋白的水解。所得麦芽需经干燥处理，去除水分和生腥味，同时使麦芽具有特有色、香、味。流程如下：原料大麦粗选精选分级洗麦浸渍发芽绿麦芽干燥除根贮藏成品麦芽啤酒原料粉碎麦汁制备（糖化）麦汁处理啤酒发酵啤酒的澄清（过滤）啤酒的包装•（二）、糖化•也称麦芽汁制备。即将干麦芽粉碎后，依靠麦芽自身各类酶，以水为溶剂，将麦芽中淀粉、蛋白等大分子物质分解为可溶性小分子糊精、低聚糖、麦芽糖和胨、肽、氨基酸，制成营养丰富、适于酵母生长和发酵的麦芽汁。高质量麦芽汁含80%麦芽浸出物，工艺流程如下：麦芽粉碎麦芽粉麦糟酒花大米粉碎大米粉糊化糖化过滤煮沸澄清冷却定型麦汁•1、粉碎：•目的：提高浸出率；•要求：麦芽皮壳破而不碎，且胚乳尽量细，避免因皮壳过细造成过滤困难；大米、玉米等越细越好•2、糊化及糖化•糊化：辅料在50℃的料液中，其淀粉颗粒吸水膨胀，表层胶质溶解，内部淀粉分子脱离膨胀表层进入水中，升温至70℃左右成糊状物，为下一步糖化作必要的准备•糖化：利用麦芽中的各种酶类，把原料中不溶性高分子物质分解为可溶性低分子量物质。关键为最高酶活力的获得，关键为温度和PH控制。•糖化方法：煮出法、浸出法•煮出法：醪液煮沸次数分一次、二次、三次煮沸法•二次煮沸法：•辅料+麦芽粉于糊化锅中45℃与温水混合，第一次煮沸•同时麦芽粉与温水于糖化锅45-55℃保温30-90min，休止蛋白（蛋白分解）•将糊化锅醪液泵入糖化锅65-68℃糖化至与碘液不起呈色反应•由糖化锅取出部分醪液（1/3）泵入糊化