第八章食品制造中的主要微生物及其应用.ppt

1 第八章食品制造中的主要微生物及其应用第一节食品中细菌的利用一食醋生产中的细菌二发酵乳制品生产中的细菌三细菌用于味精的生产第二节食品中酵母菌的利用一酵母菌用于面包的制造二酵母菌用于酒类的生产三酵母菌用于SCP的生产 2 第三节食品中霉菌的利用一霉菌用于淀粉的糖化二霉菌用于腐乳的制造三霉菌用于酱油的生产四霉菌用于柠檬酸的生产第四节微生物酶制剂及其在食品工业上的应用一微生物生产酶制剂的优缺点二微生物产生的酶及其在食品工业上的应用 3 微生物在食品中应用的三种方式 微生物菌体的应用 如食用菌 酸奶 酸泡菜 单细胞蛋白质等 微生物代谢产物的应用 如酒类 食醋 氨基酸 有机酸 维生素等 微生物酶的应用 如豆腐乳 酱油等 4 第八章食品制造中的主要微生物及其应用一方面 微生物可以引起食品的腐败变质 造成食品工业生产的大量损失 可以引起人和动植物的病害 给人类带来巨大灾难 另一方面 它们又可以造福人类 对人类的生活 生产极为有利 如利用微生物可以制造肥料 饲料 食品 医药及化工原料 也可以利用微生物用于冶金 制革 纺织 污水处理等方面 5 微生物用于食品制造是人类利用微生物最早 最重要的一方面 这在我国已有了数千年的历史 人类在长期的实践中积累了丰富的经验 利用微生物已经制造了种类繁多 营养丰富 风味独特的许多食品 第八章食品制造中的主要微生物及其应用 6 第一节食品制造中的细菌及其应用一食醋生产中的细菌食醋是细菌的发酵制品 食醋生产历史非常悠久 起源于我国 距今已有2500多年历史 如山西陈醋 镇江香醋 四川保宁醋 福建红曲醋 浙江玫瑰醋 上海米醋 东北白醋 广东糖醋等产品风味各异 行销国内外市场 颇受欢迎 食醋是以淀粉质 糖质 酒质等为原料 经过醋酸菌发酵而酿制成的富含醋酸 氨基酸 糖分 酯类等物质的一种营养丰富 价廉物美的酸味调味品 是酸 咸 甜 鲜四味的调和 7 一食醋生产中的细菌用于食醋生产的细菌有纹膜醋酸杆菌 许氏醋酸杆菌 恶臭醋酸杆菌混浊变种 AS1 41 巴氏醋酸杆菌巴氏亚种 沪酿1 01 等 醋酸菌属G 好氧杆菌 适宜生长于30 左右 最适pH值为弱酸性 故在充分供氧条件下 可以大量生长繁殖使原料中乙醇转化为乙醋和少量其它有机酸和有香味的酯类 乙酸乙酯 等物质 选择优良菌种非常重要 C6H12O5 n nH2OnC6H12O6 单糖 C6H12O62C2H5OH 乙醇 2CO2C2H5OH O2CH3COOH 醋酸 H2O 8 酿造微生物 1 淀粉液化 糖化微生物使淀粉液化 糖化的微生物很多 而适合酿醋的主要是黑曲霉AS3 4309米曲霉AS3 863黄曲霉AS3 384等 2 酒精发酵微生物生产上一般采用囊菌亚门酵母属中的酵母 但不同的酵母菌株 其发酵能力也不同 产生的滋味和香气也不同 3 醋酸发酵微生物醋酸菌是醋酸发酵的主要菌种 纹膜醋酸杆菌 许氏醋酸杆菌 恶臭醋酸杆菌混浊变种 AS1 41 巴氏醋酸杆菌巴氏亚种 沪酿1 01 等 9 食醋生产工艺原料混合加水拌匀 蒸煮 糊化冷凉后加麸曲和酒母糖化 酒化发酵 固态或液态发酵 拌糠加盐陈酿接入醋酸菌种子醋酸发酵淋醋陈酿配兑灭菌包装成品 10 主要工艺要点 1 原料 粮食 南方为大米 糯米 北方为高梁 玉米 薯类 甘薯 马铃薯 木薯 农副产品下脚料 水果等残果 次果等 2 发酵 固态和液态发酵 3 拌糠 加辅料 疏松料 起吸收水分 疏松醋醅 贮存空气的作用 4 灭菌 杀死醋中的微生物和残留的酶 使醋的成分基本固定下来 其次是经过加热使香气更浓 味道更和谐 5 加盐陈酿 抑制醋酸菌的活动 调节风味 有醋醅陈酿和醋液陈酿 11 发酵工程 12 发酵工程 13 发酵工程 14 二发酵乳制品生产中的细菌已经知道 微生物可以引起乳制品腐败变质 造成乳品工业生产的极大损失和对人体健康带来极大危害 但许多乳制品如酸奶油 干酪 酸乳 酸乳酒等 均为经微生物发酵后而生产的具有营养价值 风味优良并具有某些保健和疗效作用的发酵乳制品 1 发酵乳制品食品中把以乳液作为主要原料 经微生物发酵而制成的乳制品均称为发酵乳制品 当然在发酵乳制品生产中 除了利用细菌作为发酵剂外 还可以与其它微生物联合 作为一个混合发酵剂来使用 15 2 发酵乳制品中的乳酸细菌及发酵类型用于生产发酵乳制品的细菌主要是乳酸菌 乳酸菌是一群能利用可发酵性碳水化合物产生乳酸的G 细菌的通称 乳酸菌的种类较多 目前已发现有23个属 在发酵乳制品中涉及有乳杆菌属 乳球菌属 链球菌属 明串珠菌属和双歧杆菌属 最常用的是干酪乳杆菌 保加利亚乳杆菌 嗜酸乳杆菌 瑞士乳杆菌 乳酸乳杆菌 植物乳杆菌 乳酸乳球菌 嗜热链球菌 丁二酮链球菌 乳脂链球菌 噬柠檬酸链球菌 双歧杆菌等 16 嗜热链球菌 Sc thermoplilus 17 保加利亚乳杆菌 18 嗜酸乳杆菌 19 双歧杆菌形态图 20 2 发酵乳制品中的乳酸细菌及发酵类型通常根据乳酸菌对糖的发酵特性可以分为二种类型 同型发酵LAB和异型发酵LAB 同型发酵乳酸菌指的是在发酵过程中 能使发酵液中80 90 的糖转化为乳酸 仅产生很少量的其它产物 如干酪乳杆菌 保加利亚乳杆菌 嗜酸乳杆菌等 异型发酵乳酸菌指的是在发酵过程中 能使发酵液中50 的糖转化为乳酸 另外50 糖转变为其它有机酸 醇 CO2 H2等 如明串珠菌 短乳杆菌等 21 3 几种常见发酵乳制品乳酸菌用于制造干酪干酪是由优质鲜乳经过消毒后 加入凝乳酶或乳酸菌菌种 首先使乳液凝块 再脱去乳清 压成块状 然后在乳酸菌作用下逐渐成熟而制成的一种发酵乳制品 干酪的主要成分是酪蛋白和乳脂 脂肪 还含有Ca P S及较多的B族维生素和维生素A 故是一种比较容易消化的营养价值较高的食品 22 制造干酪常用的发酵剂是乳酸菌 用丙酸菌和丝状真菌 常用的乳酸菌有 乳球菌 嗜热链球菌 保加利亚乳杆菌 干酪乳杆菌 植物乳杆菌 瑞士乳杆菌 噬柠檬酸链球菌 常用的凝乳酶为皱胃酶 也有用木瓜蛋白酶和微生物产生的凝乳酶 也可以用乳酸菌发酵作用凝乳的 23 干酪生产工艺流程原料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加盐发酵成熟当然不同品种的干酪加工工艺不尽相同 硬质 软质 干 半干等 所用的发酵剂的组成也不一样 干酪在发酵成熟过程中 最初含菌量较多 乳酸菌占优势 数量增加较快 但随着干酪的成熟 乳糖被消耗 乳酸菌逐渐死亡 最先死亡的是乳球菌 最后是乳杆菌 24 左图 法国Brire布尔干酪右图 法国Roquefort罗奎福特干酪 25 左图 美国Brick砖状干酪右图 意大利ascarpone莫斯卡普干酪 26 左图 西班牙Cabrales卡普勒斯干酪右图 瑞士Emmental埃门塔尔干酪 27 左图 英国Cheddar契达干酪右图 丰富多彩的干酪 28 干酪生产过程中的凝乳 29 干酪生产过程中的排乳清 30 干酪生产过程中的排乳清 31 利用干酪生产的食品 32 利用干酪生产的食品 33 双歧杆菌酸奶的生产有两种不同的工艺 一种是两歧双歧杆菌与嗜热链球菌 保加利亚乳杆菌等共同发酵的生产工艺 称共同发酵法 另一种是将两歧双歧杆菌与兼性厌氧的酵母菌同时在脱脂牛乳中混合培养 利用酵母在生长过程中的呼吸作用 以生物法耗氧 创造一个适合于双歧杆菌生长繁殖 产酸代谢的厌氧环境 称为共生发酵法 34 三细菌用于味精的生产味精即为L 谷氨酸钠盐 是食品中的鲜味剂 过去是利用粮食中的蛋白质作原料 用化学加酸水解方法来制取 这种方法生产氨基酸需要耗费大量粮食 劳动强度大 成本高 至1957年利用微生物直接发酵糖类生产谷氨酸成功以后 氨基酸工业得到了飞速发展 我国是1963年开始用微生物发酵来生产各种氨基酸的 1 味精生产常用菌种黄色短杆菌 棒状杆菌 节杆菌和二歧短杆菌等 我国多采用棒状杆菌 如北京棒状杆菌AS1 299 钝齿棒状杆菌AS1 542 35 2 味精生产的工艺流程原料 玉米 小麦 大米 甘薯 糖等 尿素 氨水 淀粉质糖化冷却过滤加入促生长物质 玉米浆及其它营养物配成的合适的培养基 接种发酵发酵液提取 等电点 离子交换等 谷AA结晶Na2CO3中和谷AA钠 最后经过脱色 过滤 浓缩 结晶 干燥而得到味精 36 发酵工程 我国工业生产味精使用的菌种主要是经过诱变育种得到的营养缺陷型的北京谷氨酸棒状杆菌 37 第二节食品中酵母菌的利用酵母菌可用于制造多种食品 如馒头 面包 酒类及食用蛋白等 都是利用酵母菌的发酵作用或酵母菌发酵后形成的菌体细胞来制造的 下面我们就酵母菌在面包 酒类及单细胞蛋白 SCP 的生产三个方面来给大家作一个简单的介绍 一酵母菌用于面包的制造面包是以面粉为主要原料 加水和加入一定量的酵母菌混合成菌团 经发酵后造型 最后经烘烤而制成的一种食品 1 面包生产用酵母菌及要求啤酒酵母菌 30 左右 对菌种的要求是 发酵力强 并能产生香味 38 2 面包生产工艺面粉加水加酵母菌发酵面团揉搓成型烘烤 220 以上 成品发酵过程中 面团中的酵母菌首先利用面粉中原有的少量葡萄糖 果糖和蔗糖进行发酵 在发酵同时 面粉中的淀粉酶促使面粉中的淀粉转化成麦芽糖 麦芽糖的存在 提供了酵母菌可利用的营养物质 从而使发酵得已连续 酵母菌分解糖产生CO2 醇 醛和一些有机酸产物 CO2由于被包在面筋周围 不易跑出 因而使的面团逐渐胀大 发酵后的面团再经揉搓 造型后 放在220 以上高温炉中烘烤 由于面团内的CO2受热而膨胀 即造成了面包多孔海绵状结构 而发酵过程中产生的其它发酵产物构成了面包特有的香味 39 二酵母菌用于酒类的生产酿造酒的种类很多 有蒸溜酒 白酒 发酵酒 黄酒 啤酒 葡萄酒 酵母菌用于啤酒的生产啤酒是以麦芽 酒花为原料 其它非麦芽谷物为辅料 经糖化发酵形成的澄清透明 富含丰富CO2的一种液体饮料 由定义可以知道啤酒中包括有麦芽 水 酒花和酵母菌 由于啤酒中含有丰富的营养成分和低的乙醇含量深受广大消费者的喜爱 因此早在1972年的第九届 国际营养食品会议 上就被列为营养食品 被誉为人造牛奶 液体面包 40 啤酒的发展历史与现状 我国是一个酿造历史非常悠久的国家 但我国是以独具风格的芳香白酒闻名于世 啤酒是中国的外来酒种 生产历史虽为近百年的历史 但发展速度很快 上个世纪80年代 我国的啤酒生产就达到了黄金时代 工厂遍及30多个省 市 自治区 生产技术和科研工作也日益得到改善 90年代新工艺 新设备不断投入生产使用 啤酒的生产规模日益扩大 生产效率稳步提高 目前啤酒工业已经发展成为国际酿造业上发展最快 产量最大 销售最畅 生产工艺最科学 新技术和新设备利用最快 生产机械化 自动化程度最高的一个行业 41 啤酒的类型及世界上著名的的啤酒 按颜色分 淡色啤酒 浓色啤酒 黑色啤酒 北京五星 大连渤海黑啤酒 按生产方法分 鲜 生 啤酒 熟啤酒和纯鲜啤酒 鲜 生 啤酒 啤酒包装后不经过巴氏杀菌的啤酒 适合当地销售 未杀菌 不能长期存放 熟啤酒 啤酒包装后经过巴氏灭菌的啤酒 可长期贮存 不发生污染 但不如鲜啤酒新鲜 纯鲜啤酒 利用无菌过滤 不经巴氏杀菌而生产的瓶装或罐装啤酒 特点是能保持啤酒固有的风味 42 纯鲜啤酒是先用硅藻过滤 除去凝固的Pr和大量酵母菌 然后再经过超微孔过滤板 把啤酒中剩余的酵母菌和其它的微生物去掉 这种啤酒不仅保持了啤酒固有的风味 而且在较高温度下贮存 也不会发生再发酵现象 目前这种啤酒正在世界范围逐步扩大 当然还有其他的分类 如按发酵方式 上面啤酒和下面啤酒 包装方式 桶啤酒 瓶装啤酒和罐状啤酒 销售方式 内销啤酒和外销啤酒 麦芽汁浓度 啤酒的功能等 国际著名啤酒有 捷克斯洛伐克比尔森啤酒厂生产的比尔森啤酒 西德慕尼黑罗纹啤酒厂生产的慕尼黑啤酒 英国的巴登爱尔啤酒 我国的青岛啤酒 43 啤酒生产用酵母菌及生产工艺流程啤酒生产用菌种为啤酒酵母菌 啤酒生产工艺流程大麦浸泡发芽麦芽粉碎糖化 麦芽汁制备 过滤麦芽汁煮沸冷却 澄清初发酵后发酵啤酒过滤 分离 啤酒包装成品啤酒 44 发酵工程 啤酒制造工艺流程 45 三酵母菌用于SCP的生产1 SCP signalcellprotion SCP主要是指酵母菌 细菌等微生物蛋白资源 利用酵母菌可生产SCP 目前SCP是公认的最具有应用前景的蛋白质新资源之一 对于解决世界蛋白质资源不足问题将会发挥重要的作用 微生物生长速度比高等动 植物快得多 细菌约20 30min繁殖一代 酵母菌约2hr一代 故利用微生物合成同等数量的蛋白质比利用植物快500倍 比动物快2000倍 微生物的Pr含量和营养价值都很好 如酵母菌平均含50 蛋白质 干 46 可以利用廉价的材料生产 如农副产品的下脚料 不受季节耕地限制 可以在工厂中进行大量生产 目前我国生产SCP有几十家 产量数万吨 大部分用于医药和面包生产 饲料蛋白质仅占很小一部分 因此开发饲料蛋白质在我国很有市场 2 SCP生产用菌种一般工业生产SCP的微生物是酵母菌 主要是酿酒酵母菌 产朊假丝酵母 脆壁克鲁维酵母菌 乳清酵母 此外 解脂假丝酵母和热带假丝酵母也得到了有效的应用 47 第三节霉菌在食品中的利用霉菌也可用于许多食品的制造 如腐乳 酱油及酱类 豆豉 有机酸等 在前面讲述的酿酒 制醋中 也常用霉菌作糖化剂使用 下面我们就腐乳 酱油 柠檬酸 糖化淀粉等四个方面加以介绍 一霉菌用于淀粉的糖化在食品酿造业中 所应用的原料多数是含有较多淀粉质的原料 而要使淀粉质原料被酵母菌 细菌所利用 就必须使淀粉先进行糖化 而霉菌如根霉属 曲霉属 毛霉属中的一些种含有丰富的糖化酶 常常可以用来糖化淀粉作为糖化菌种 48 常用于淀粉糖化的霉菌根霉属 日本根霉 米根霉 华根霉曲霉属 黑曲霉 宇佐美曲霉 米曲霉 泡盛曲霉毛霉属 鲁氏毛霉红曲霉属 紫红曲霉 安红曲霉 锈色红曲霉 变红红曲霉 49 二霉菌用于腐乳的制造1 定义腐乳又名豆腐乳 是豆腐坯经毛霉或根霉发酵后 再经食盐和多种辅料腌制而成的一种滋味鲜美 风味独特 营养丰富 价廉物美的发酵豆制品 腐乳在发酵过程中 原料豆中的蛋白质水解成了肽和氨基酸 脂肪转化成为游离的脂肪酸 淀粉转化为糖 从而使可溶性成分大大增加 维生素大量生成和积累 抗营养因素被破坏 抗氧化物质被产生 结果使产品不仅具有了丰富的营养 佳美的滋味 而且大大增强了耐贮藏性能 形成了消化性极好 风格独特的调味副食品 也正因为如此 千百年来 腐乳的生产长盛不衰 产品历来倍受大众的欢迎 50 腐乳的制作 51 2 腐乳生产常用菌种毛霉 鲁氏毛霉 总状毛霉 腐乳毛霉 目前已选育出了耐热毛霉 根霉 米根霉 华根霉 南方蔬菜公司发酵厂分离的根霉 28 30 可缩短发酵期 保证质量 3 腐乳的种类 加工方法和配料不同有5类 红腐乳 红方 在后发酵过程中添加了红曲及黄酒酿制而成的一类腐乳 其中以绍兴 上海的奉贤 四川的夹江 黑龙江的克东产品最为著名 52 绍兴红腐乳 上海奉贤腐乳 53 3 腐乳的种类青腐乳 青方 臭豆腐 生产过程中NaCl较少 水分含量较大 有轻度的氨化作用 表面豆青色 是一种具有刺激食欲的臭味腐乳 如北京王致和臭豆腐 上海 苏州 无锡的青方等 北京王致和臭豆腐 54 白腐乳 糟方 在后发酵过程中仅添加白酒 黄酒或酒酿而成的一类腐乳 由于其上盖白色糯米 酒糟 产品颜色白而微黄色而得名 以无锡 苏州 绍兴及桂林产品出名 桂林白腐乳 苏州白腐乳 55 3 腐乳的种类酱腐乳 腌制腐乳 腐乳不经过发酵而是通过加入较多的酱曲进行腌制 利用酱曲中的各种酶分解白坯中的蛋白质 酿制而成的一类腐乳 花色腐乳 别味腐乳 是腐乳的再制品 是在白腐乳 青腐乳及红腐乳的成品中或后发酵期添加各种风味的调味料复制而成的一类腐乳 如虾子腐乳 玫瑰腐乳 辣味腐乳等 56 4 生产工艺菌液豆腐坯入笼格接种培养调温养花凉花搓毛腌坯 加盐 含盐量16 装坛 加辅料 后熟成品前发酵与后发酵 前发酵是在白坯上培养毛霉或根霉 让菌丝生长繁殖 分泌酶系形成一个皮膜 后发酵是将毛坯用盐腌 然后再根据不同的品种要求 给以配料 装坛贮藏形成产品 57 三霉菌用于酱油的生产1 定义酱油是一种由蛋白质原料和淀粉质原料经多种微生物酿制而成的一种咸味调味品 是咸 甜 鲜 苦 酸五味的调和 酱油不仅含有人体生理需要的各种营养物质 还含有多种调味成分 如食盐的咸味 氨基酸钠盐的鲜味 糖及其它的糖醇物质的甜味 有机酸类物质的酸味 酪氨酸等爽口的苦味 所以是咸 甜 鲜 苦 酸五味的调和 此外还含有特殊的香味及天然瑰丽的棕红色素 因而是一种色 香 味俱佳的调味品 58 三霉菌用于酱油的生产2 类型 目前世界上普遍食用的酱油有三类 一种是欧洲型的蛋白质水解液 即用无机酸来水解蛋白质 然后用碱中和 再经过滤加入酱色和调味料而制成 这种方法生产酱油速度快 产量高 但产品质量差 亚洲型的鱼露 即用小鱼小虾酿制而成 尤以日本的鱼露较为出名 我国江浙一带也生产此类酱油 中国型的以豆 麦为原料酿制而成的酱油 且均以我国的酱油质量最优 风味最佳 59 3 酱油酿造用微生物酱油酿造是多种微生物发酵的结果 包括有霉菌 酵母 细菌 其中最主要的是霉菌中的米曲霉 常见的米曲霉有沪酿3 042 沪酿UV 336 渝3 811和渝10B 4 生产工艺种曲热盐水原料处理制曲制醅发酵淋油加热配制成品 60 四霉菌用于柠檬酸的生产柠檬酸在食品工业上 常作为酸味剂加入饮料 水果罐头 糖果及糕点等食品中 柠檬酸过去是从柑桔或菠萝中获得 1893年 德国微生物学家发现2种青霉菌能够积累柠檬酸 1923年美国科学家研究成功了以废糖蜜为原料的浅盘法柠檬酸发酵并设厂生产 1951年 美国Miles公司首次采用深层发酵法生产柠檬酸成功 由于工艺简单 原料丰富 发酵水平高 各地陆续办厂 至20世纪70年代中期 柠檬酸工业已初步形成了生产体系 目前普遍利用霉菌发酵来制取大量的柠檬酸 61 能产生柠檬酸的霉菌有许多种 如毛霉 青霉 曲霉等发酵均可产生柠檬酸 其中曲霉中的黑曲霉产生柠檬酸的能力大 并能利用多种碳源 因此目前在生产上多采用黑曲霉作为生产柠檬酸的发酵菌种 除此之外 温特曲霉也常用来生产柠檬酸 四霉菌用于柠檬酸的生产 62 柠檬酸生产工艺黑曲霉草酰乙酸缩合原料解糖磷酸烯醇式丙酮酸柠檬酸丙酮酸乙酰COA发酵完毕后 滤去菌体 将滤液中的柠檬酸先制成柠檬酸钙 而后用硫酸处理 形成硫酸钙 从而使柠檬酸分离 经过结晶 就可以获得柠檬酸成品 63 第四节微生物酶制剂及其在食品中的应用酶是一种生物催化剂 具有催化效率高 反应条件温和和专一性强等特点 已经日益受到人们的重视 应用也越来越广泛 酶广泛存在于动物 植物的组织细胞中 也广泛存在于微生物的细胞内和它的培养物中 通过各种理化方法可以将其提取出来 经过精制即可成为较纯的酶制剂 近年来 酶制剂的生产已普遍引起各国的重视 追其原因 主要是酶制剂应用于生产可提高产品的质量 降低生产成本以及提高劳动的生产率 64 第四节微生物酶制剂及其在食品中的应用 目前巳发现的微生物的酶巳有2500多种 使用价值高而大量规模化生产的仅20多种 主要有 淀粉酶 蛋白酶 葡萄糖异构酶 纤维素酶 果胶酶 葡萄糖氧化酶等10余种 广泛应用于 食品 发酵 纺织 制革 医药 造纸 日用化工 水产加工 畜禽饲料 三废处理 化学分析等 其中60 用于食品工业 65 早期酶制剂的生产多数是从动植物的组织中提取 当然即使是现在 动植物组织仍然是一个重要来源 但是由于动物生长过度缓慢 繁殖量有限 如要提取凝乳酶必须屠宰数十万只仔牛 而后才能从其胃粘膜中提取 而植物的生长周期长 且受环境条件等限制 而从微生物中提取酶制剂则可避免上述缺陷 第四节微生物酶制剂及其在食品中的应用 66 一微生物生产酶制剂的优点 缺点优点 1 微生物含有丰富酶系 它能产生完成其细胞新陈代谢过程所必须的全部酶系 因此可以得到动植物中可能得不到的