食品微生物学讲义 第八章 微生物与发酵食品.doc

第八章 微生物与发酵食品第一节 细菌在食品制造中的应用一、食醋（一）、菌种 1、曲霉菌 酿醋先酿酒，曲霉菌的作用是将淀粉水解为葡萄糖，为酒精发酵提高条件。 2、酵母菌 酵母菌通过其酒化酶系统把葡萄糖转化为酒精和二氧化碳，完成酿醋过程中的酒精发酵阶段。其菌种主要是酿酒酵母 3、醋酸菌 醋酸菌具有氧化酒精生成醋酸的能力。 二、乳酸发酵制品（一）乳酸菌及其有关属按生化性状分类法：乳杆菌属、链球菌属、明串珠菌属、双歧杆菌属和片球菌属。1、乳杆菌属形态多样，长、细长、弯曲及短杆、棒形球杆状，一般形成链，通常不运动，无芽胞，G=。微嗜氧，营养要求复杂，需要氨基酸、肽、核酸衍生物、盐类、脂肪酸、可发酵的碳水化合物。生长温度范围2-53oC，最适生长温度30-40oC，耐酸H5.5-6.2。不能还原硝酸盐，H2O2酶反应阴性，细胞色素阴性。G+C范围32%-53%。德氏乳杆菌、保加利亚乳杆菌、瑞士乳杆菌、嗜酸乳杆菌等。目前将乳杆菌分为三个亚属：专性同型发酵群、兼性异性发酵群和专性异型发酵群。2、链球菌属通常排列成对或链，无芽孢，G=，发酵碳水化合物主要是乳酸，代谢过程中不能利用氧，但可在氧环境中生长，是一种耐氧的厌氧菌，H2O2酶反应阴性。该菌属有些是人和动物的病原菌，如牛乳房炎的无乳链球菌；引起咽喉炎的溶血链球菌；食品发酵工业上应用的有乳酸链球菌、乳酪链球菌、嗜热乳链球菌等。3、明串珠菌属细胞球形，通常呈豆状，G=，不运动，无芽胞，兼性厌氧，菌落通常小于1，光滑、圆形，灰白色。培养液生长物混浊均匀，但形成长链的菌株趋向于沉淀。生长温度范围5-30oC，最适20-30oC。需要复合生长因子、氨基酸以及烟酸、硫胺素、生物素、可发酵葡萄糖，产生D（-）乳酸，乙醇和CO2。接触酶阴性，无细胞色素，不水解精氨酸，通常不酸化和凝固牛乳。不分解蛋白，不产生吲哚，不还原硝酸盐，不溶血。G+C为38-44%。食品中常用的菌种有肠膜明串珠菌、及其乳脂亚种、酒明串珠菌等。4、双歧杆菌属双歧杆菌属细菌的细胞呈现多样形态，有短杆较规则形或纤细杆状带有尖细末端的细胞，有呈球形者，弯曲状的分支或分叉形，棍棒状或匙形。单个或链状，V形，栅栏状排列，聚合成星状等。G=，不抗酸，不形成芽孢，不运动、厌氧，最适生长温度37-41oC，初始生长最适PH6.5-7.0。G+C含量为55-67%。模式种为双歧双歧杆菌。应用在发酵乳制品有双歧双歧杆菌、婴儿双歧杆菌、青春双歧杆菌、长双歧杆菌和短双歧杆菌。5、片球菌属细胞圆球形，一般成对，单个罕见，G=，不运动，不形成芽孢，兼性厌氧。菌落大小可变，1.2-2.5，最适生长温度范围25-40oC，生长时需要有复合的生长因子和氨基酸，还需要烟酸、泛酸、生物素。接触酶阴性，无细胞色素，通常不酸化和凝固牛乳，不分解蛋白，不产生吲哚，不还原硝酸盐，不水解马尿酸钠。（二）、乳酸发酵类型葡萄糖进入细胞后的代谢情况依微生物的不同而不同。乳酸菌属于兼性厌氧菌和厌氧菌，它们只能通过发酵作用进行糖代谢，主要产物有乳酸、和一些其它还原性的产物。根据菌体内酶系统的差异，其代谢途径分三类，即同型发酵途径、异型发酵途径和双歧途径。同型乳酸发酵是指发酵终产物90%以上为乳酸的乳酸发酵过程。异型乳酸发酵是指终产物中除乳酸外，还有乙醇、二氧化碳等成分的乳酸发酵过程。双歧途径是双歧杆菌的产能模式。在葡萄糖代谢中，2mol葡萄糖产生3mol乙酸，2.5mol乳酸和ATP。（三）、泡菜。在制作泡菜过程中，微生物类群的消长变化，可以分为三个阶段：第一阶段为微酸阶段：乳酸菌利用蔬菜中的可溶性养分进行乳酸发酵，形成乳酸，抑制了其他微生物的活动，主要菌为链球菌和肠膜明串珠菌，另外常见的微生物类群还有假单胞菌、产气肠杆菌、阴沟肠杆菌、短小芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、多黏芽孢杆菌等。第二阶段为酸化成熟阶段：腐败微生物的活动受到抑制后，更有利于乳酸菌的大量繁殖和乳酸发酵的继续进行使乳酸浓度愈来愈高，达到了酸化成熟阶段。参与发酵的优势微生物种类有肠膜明串珠菌、植物乳杆菌、短乳杆菌和发酵乳杆菌。第三阶段为过酸阶段：当乳酸浓度继续增高，乳酸菌的活动受到抑制，此时泡菜和酸菜内的微生物活动几乎完全停止，因此蔬菜得以长时间保存不坏。这一期间的优势微生物主要是植物乳杆菌和短乳杆菌。乳酸菌在发酵过程中，除了产乳酸外，还产生大量的乙醛、乙醇、二氧化碳、甘露醇、葡聚糖及其它风味物质。（四）、发酵乳制品新鲜的原乳经过微生物的发酵作用，成为具有特殊风味的食品，这些食品称之为发酵乳制品。该制品具有良好的风味，较高的营养，同时具有一定的保健作用。其产品主要有干酪、酸奶油、酸乳、马奶酒等。1、菌种乳酸细菌发酵糖类的类型可分为两种：同型乳酸发酵和异型乳酸发酵。同型发酵即一些乳酸菌在发酵过程中能使80%-90%的葡萄糖转化为乳酸，仅有很少量的其他产物，引起这种发酵的乳酸菌叫做同型乳酸菌。常用的菌种有干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)、保加利亚乳杆菌(L.bulgaricus)、乳链球菌(Streptococcus lactis)、嗜酸乳杆菌(Lactobacillus acidophilum)、胚芽乳杆菌(L.plantarum)、嗜热链球菌(Streptococcus thermophilus)、丁二酮链球菌(Strediacetilactis)等等。异型发酵即一些乳酸菌在发酵过程中，能使发酵液中50%的糖转化为乳酸，另外50%的糖转化为其他有机酸、醇、二氧化碳等，引起这种发酵的乳酸菌叫做异型乳酸菌。常用的菌种有嗜柠檬酸明串珠菌(Lcuconostoc citrovorum)和葡萄糖明串珠菌(L.dextranicum)等。所有的乳酸菌通常是不运动的，不形成芽孢。兼性厌氧，罕见色素，营养要求复杂。在固体培养基上形成的菌落较小。它们对酸具有高度的耐性。2、发酵乳制品种类（1）、酸性奶油酸性奶油就是把从合格鲜乳中分离出来的稀奶油，经过杀菌冷却，接种纯发酵剂，在合适温度下进行发酵而产生一定的芳香风味和酸度，在经物理成熟得到的合格产品。其工艺流程如下：乳的验收离心分离稀奶油中和杀菌冷却添加发酵菌剂物理成熟添加色素搅拌排除酪乳压练 包装检验成品。目前常用混合菌剂进行发酵，酸制奶油菌种有乳酸链球菌、乳脂（酪）链球菌、嗜柠檬酸链球菌、丁二酮乳链球菌和嗜柠檬酸明串珠菌等。乳链球菌和乳酪链球菌产酸较强，但产香味能力较差。而嗜柠檬酸链球菌、丁二酮乳链球菌能使乳液中的柠檬酸分解为羟丁酮，再氧化为具有芳香味的丁二酮。目前认为较好的奶油发酵酒一般含有乳链球菌乳酪链球菌和丁二酮乳链球菌三种菌种的混合菌种。在生产中要防止噬菌体和杂菌的浸染。（2）、干酪干酪是由优质鲜乳经杀菌后，加入凝乳酶或微生物菌种，首先使乳液形成凝块，然后脱去乳清，再压块，发酵，逐渐“成熟”而成。其主要成分是酪蛋白和乳脂，还含有丰富的钙、磷、硫等，也含有较多的B族维生素和VA。干酪发酵剂也多采用多菌种混合，与酸奶油基本相似，再添加一些乳杆菌，除产生乳酸外，还能分解蛋白质产生香味，其风味物质主要是蛋白质分解产生氨基酸，由乳糖及柠檬酸发酵，脂肪水解产生挥发酸及盐类或酯类、以及丁二酮等物质形成。干酪在发酵过程中，初期含菌量较多，乳酸菌占优势，数量增加较快，随着干酪成熟，乳糖被消耗，乳酸菌随之逐渐死亡。干酪在生产中，要注意防止微生物污染，特别说噬菌体对干酪生产威胁较大。表面如污染了酵母和霉菌以及一些分解蛋白质的细菌，常使干酪软化、褪色和产生臭味等等。所以为了保证干酪的发酵质量，必须严格质量管理和菌种选育。（3）、酸牛乳酸牛乳是新鲜牛乳经乳酸菌发酵制成的发酵食品，具有整肠，增加人体的抵抗力，减轻乳糖的不耐受性，降低血液中胆固醇的含量，抑制肠道中有害菌的生长等保健作用，因此，它深受消费者的喜爱。酸牛奶制品中典型的混合发酵剂是保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌（1：1），它们的最适生长温度为42-43oC，采用混合菌生产比单一菌种产酸率要高很多。酸牛乳在生产过程中要严格注意操作人员和环境的卫生，防止杂菌和病原菌的污染。第二节 酵母菌在食品制造中应用一、面包面包是一种营养丰富、组织膨松、易于消化吸收、食用方便的食品之一。它是以面粉为主要原料，加上适量的酵母菌和其他辅助材料，用水调制成面团，再经过发酵、整形、成型、烘烤等工序而制成。（一）、菌种在面包生产中，所用的菌种主要有压榨酵母和活性干酵母。压榨酵母又称鲜酵母，它是用酵母液经压榨而制成，使用方便，但不易久存。活性干酵母是由压榨酵母经低温干燥而成，其发酵力有所减弱，使用时须活化再用。酵母在面包中所起的作用如下：1、使面包结构膨松。酵母菌在发酵过程中产生大量的二氧化碳能使面包疏松多孔，呈海绵状。2、改善面包的风味。酵母菌在发酵过程中产生的酒精和其它物质，与面团中的有机酸在烘烤中形成特有的香味。3、增加面包的营养价值。酵母细胞含有丰富的营养物质，菌体残留在面包中，因而提高了发酵食品的营养价值。（二）、发酵机理将酵母加入面粉和水的混和物中，在适当的温度下（28oC左右），酵母便开始生长繁殖。它首先利用面粉中含有的少量单糖和蔗糖。在发酵同时，面粉中的-淀粉酶能将面粉中的淀粉转化为麦芽糖。麦芽糖的增加为酵母菌进一步提供营养物质，酵母菌本身能够分泌麦芽糖酶和蔗糖酶，将麦芽糖和蔗糖分解成单糖，供酵母使用。酵母菌利用这些糖类及其它物质先后进行有氧呼吸和无氧呼吸，产生CO2、醇、醛和一些有机酸等产物。生成的CO2被面筋包围，不易逸散，从而使面团逐渐胖大，发酵后的面团，经揉搓、造型后、烘烤，由于CO2受热膨胀，从而使面团形成多孔海绵状。在发酵中形成的其它物质，如乙醇、乳酸、醛、酮等，在烘烤中形成面包特有的香味。三、酿酒。（二）、啤酒啤酒是以麦芽、酒花为原料，经过麦芽糖化和酵母发酵而成的、含有低度酒精（3-5%左右）的饮料酒，营养价值高，素有“液体面包”之称。酿造啤酒的菌种采用啤酒酵母的各种菌株。啤酒酵母的细胞形态为圆形或卵圆形。幼年细胞较小，成熟时细胞较大。液体中培养的细胞往往大于在固体培养基中生长的细胞。在麦芽汁固体培养基上生长，菌落表现出光滑、湿润、乳白色、边缘整齐的特征。在液体培养基中，呈混浊状态。上面啤酒酵母，悬浮于液体表面形成醭。而下面酵母则呈絮凝状，沉积于容器的底部。另外用梨形酵母和蠕形杆菌共同发酵可以酿造姜汁啤酒。啤酒酿造中常见的杂菌污染主要有巴氏乳杆菌和啤酒片球菌以及某些野生酵母。第三节 霉菌在食品工业中应用一、酱油酱油是日常生活中重要的调味品，我国生产已有两千多年历史。主要是由曲霉产生的蛋白酶将大豆蛋白进行分解，并同其他微生物共同作用，形成营养丰富，风味独特的食品。（一）、菌种酱油是多种微生物混合作用的结果。1、米曲霉和酱油曲霉酱油中应用的曲霉菌主要是米曲霉(Aspergillus oryzae)和酱油曲霉(A.sojse)，米曲霉和酱油曲霉对原料发酵快慢、成品颜色浓淡、味道鲜美程度有直接关系。米曲霉菌落生长很快，初为白色外，渐变黄色。分生孢子成熟后，成黄绿色。分生孢子头为放射形，顶囊球形或瓶形，粗糙或近于光滑。米曲霉有复杂的酶系统，主要有蛋白酶、谷氨酰胺酶、淀粉酶，此外还有果胶酶、半纤维素梅和酯酶等。其中重要的是蛋白酶、淀粉酶、谷氨酰胺酶，它们决定着原料的利用率，酱醪发酵成熟的时间以及产品的味道和色泽。酱油曲霉是日本学者坂口在30年代从酱油中分离出来的，并应用于酱油的生产。酱油曲霉分生孢子囊表面有小突起，孢子柄表面平滑。含有蛋白酶、聚半乳糖醛酸酶等。2、酵母菌3、乳酸菌（二）、机理酿造酱油的过程，实际是多种微生物的协同作用的过程，通过微生物产生的酶的催化作用，将原料中的大分子物质分解为简单物质，再经复杂的物理化学和生物化学反应，就形成了具有独特风味的调味副食品。目前，已知酱油的化学成分达三、四百种。原料中的蛋白质经米曲霉分泌的蛋白酶作用，逐渐分解成胨、多肽和氨基酸。米曲霉分泌的蛋白酶有三种：酸性(pH3)、中性(pH7左右)、碱性(pH8)，其中以碱性蛋白酶最多，所以如果发酵过程中pH值过低，会影响蛋白质的水解。米曲霉中的外肽酶高于其他曲霉，故有利于氨基酸的生成，谷氨酰胺酶又能将游离的谷氨酰胺分解成氨基酸。原料中的淀粉经淀粉酶的糖化作用，水解成糊精和葡萄糖等。单糖或其他糖类，有的可被微生物作碳源利用，有的可形成酱色，增加酱油的甜味和粘稠度。酱油中含有的有机酸有乳酸、醋酸、琥珀酸、葡萄糖酸等，是乳酸菌发酵产生的，这些酸都是酱油重要的呈味物质，又是香味重要成分。酵母菌发酵产生乙醇等，构成了脂类的前体物质。在发酵过程中产生的酯类以及由化学反应形成的酯类，构成了酱油香气成分的主体。据目前分析有276种成分。关于酱色的形成，目前一般认为有二种途径。第一种途径是美拉德反应。它是氨基化合物和羰基化合物之间的氨基-羰基反应，最终形成褐色物质类黑色素，这是主要的生成途径；第二种途径是经过酶褐变反应，由曲生成的多酚氧化酶将蛋白质的水解产物酪氨酸氧化成黑色素。一般认为，酱油的鲜味来自氨基酸和核酸类物质的钠盐；甜味来自与糖类、某些氨基酸（甘氨酸）和醇类（甘油）等；酸味来自于糖类；苦味来自于某些氨基酸（如酪氨酸等）、乙醛等；咸味来自于食盐。（三）、影响酱油质量的微生物1、曲霉污染有些原料本身发霉或在发酵过程中污染某些曲霉，这些曲霉能产生黄曲霉毒素，有些菌种也能产黄曲霉毒素。2、细菌污染酱油卫生指标中，细菌数每毫升不超过5万个，大肠杆菌近似值100ml不超过30个，致病菌不得检出。如果超标，表示发生污染。主要来源于种曲、容器等，也可能与污染粪便有关。3、酱油生“花”酱油生“花”是污染了耐盐性酵母所致，如盐生接合酵母(Zygosaccharomyces alsus)、日本接合酵母(Z.japonicus)、粉状毕赤氏酵母(Pichia farinose)、球拟酵母属(Torulopsis)和醭酵母属(Mycoderma)中的某些种等。酱油生“花”是由于浓度过稀，成熟不完全，含糖过多，食盐不足，灭菌不彻底或容器不清洁所引起的。酱油生霉后引起质量下降，糖和氮减少，香气消失，鲜味减弱，并产生臭味，苦涩味。二、豆腐乳腐乳为我国著名的传统食品，有1000多年的历史，它味道鲜美，营养丰富，价格便宜，深受人们喜爱。（一）、菌种腐乳以前靠自然发酵，周期长，受季节影响，而且容易污染。目前采用人工纯培养，缩短生产周期，而且不易污染，常年可生产。主要菌种有腐乳毛霉(Mucer sufu)、鲁氏毛霉(M.rouxianus)、五通桥毛霉(M.wutangkial)、总状毛霉(M.recemosus)、华根霉(Rhzopus