霉菌在食品制造中的应用

霉菌在食品制造中的应用霉菌在自然界分布很广，也是人类利用最多的微生物类群，绝大数霉菌能把加工原料中的淀粉、糖类等碳水化合物、蛋白质等含氮化合物及其他种类的化合物进行转化。如在食品工业中可利用霉菌生产豆腐乳、酱油、食醋等发酵食品，生产红曲色素、柠檬酸等食品添加剂，生产淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶、果胶酶等酶制剂。一、霉菌与淀粉的糖化糖化是指淀粉在糖化剂（曲或酶）的作用下，转化为可发酵性糖即葡萄糖和麦芽糖的过程。霉菌的糖化是通过其产生的淀粉酶进行的。通常情况是先进行霉菌培养制曲。淀粉原料经过蒸煮糊化加入种曲，在一定温度下培养，曲中由霉菌产生的各种酶起作用，将淀粉分解成糖等水解产物。（一）糖化原理糖质原料只需使用含酵母等微生物的发酵剂便可进行发酵；由于酵母本身不含糖化酶，不能直接利用淀粉，所以含淀粉质的原料还需将淀粉糊化，使之变为糊精、低聚糖和可发酵性糖。糖化剂中不仅含有能分解淀粉的酶类，而且含有一些能分解原料中脂肪、蛋白质、果胶等的其他酶类。曲和麦芽是酿酒常用的糖化剂，麦芽是大麦浸泡后发芽而成的制品，西方酿酒糖化剂惯用麦芽；曲是由谷类、麸皮等培养霉菌、乳酸菌等组成的制品。一些不是利用人工分离选育的微生物而是自然培养的大曲和小曲等，往往具有糖化剂和发酵剂的双重功能。（二）糖化菌种在生产中利用霉菌作为糖化菌种很多。根霉属中常用的有日本根霉、米根霉、华根霉等；曲霉属中常用的有黑曲霉、宇佐美曲霉、米曲霉和泡盛曲霉等；毛霉属中常用的有鲁氏毛霉。红曲属中的一些种也是较好的糖化剂，如紫红曲霉、安氏红曲霉、锈色红曲霉、变红曲霉等。二、霉菌与发酵豆制品发酵豆制品包括酱油、豆酱、豆豉及各种腐乳等，都是用大豆或大豆制品接种霉菌发酵后制成的。下面以酱油和腐乳为例来介绍霉菌的发酵作用。（一）酱油酱油是一种常用的成味调味品，以蛋白质原料和淀粉质原料为主，经微生物发酵而成。酱油不仅有食盐的咸味、氮基酸钠盐的鲜味、糖及其醇甜物质的甜味、有机酸的酸味等，还有天然的红褐色色素。酱油酿造原理在酱油酿造过程中，利用微生物产生的蛋白酶将原料中的蛋白质水解成多肽、氨基酸，成为酱油的营养成分以及鲜味的来源。部分氨基酸的进一步反应形成酱油香气和颜色。因此蛋白质原料与酱油的色、香、味、体的形成有重要关系，是酱油生产的主要原料。一般选用大豆、脱脂大豆等作为蛋白质的原料。酿造中的微生物酱油酿造是半开放式的生产过程，环境和原料中的微生物都可以参与到酱油的酿造中来。但在酱油的特定的工艺条件下，只有人工接种或适合酱油生态环境的微生物才能生长繁殖并发挥其作用。参与酿造的霉菌主要有米曲霉和酱油曲霉。（1）米曲霉。米曲霉能分泌复杂的酶系，可分泌胞外酶（蛋白酶、-淀粉酶、糖化酶、谷氨酰酶、果胶酶、纤维素酶等）和胞内酶（氧化还原酶等）。这些酶类与酱油品质和原料利用率关系最密切的是蛋白酶、淀粉酶和谷氨酰胺酶。酿造酱油对米曲霉的要求：不产黄曲霉毒素、蛋白酶和淀粉酶活力高、有谷氨酰酶活力、生长速度快、培养条件粗放、抗杂菌能力强、酿造酱油香气好。酱油曲霉。酱油曲霉分生孢子表面有小突起，孢子柄表面平滑，与米曲霉相比，其碱性蛋白酶活力较强。目前日本制曲的菌株比例为米曲霉79%，酱油曲霉21%。⑶酵母菌。从酱醅中分离出来的酵母菌7个属23个种，其中对酱油风味和香气的形成起重要作用的是鲁氏酵母和球拟酵母。鲁氏酵母是酱油酿造中的主要酵母菌。最适生长温度为28〜30°C，在38〜40°C生长缓慢，42C不生长，最适pH4〜5。生长在酱醅这一特殊环境中的鲁氏酵母是一种耐盐性强的酵母，抗高渗透压，在食盐含量为5%〜8%的培养基中生长良好，在18%食盐含量下仍能生长，维生素、泛酸、肌醇等能促进它在高食盐浓度下生长。(4)乳酸菌。酱油乳酸菌也是生长在酱醅这一特定环境中的耐盐乳酸菌，其代表菌有嗜盐片球菌、酱油微球菌等。这些乳酸菌耐乳酸能力弱，因此，不会因产过量的乳酸使酱醅中的pH过低而造成酱醅质量变坏。适量的乳酸是构成酱油风味的因素之一。(5)其他微生物。在酱油酿造中除上述优势微生物外，从酱油曲和酱醅中还分离出其他一些微生物的存在。如毛霉、青霉、产膜酵母、枯草芽孢杆菌、小球菌等。当制曲条件控制不当或种曲质量差时，这些菌会过量生长，不仅消耗曲料的营养成分，原料利用率下降，而且使成曲酶活力降低，产生异臭，造成酱油浑浊，风味不好。(二)腐乳腐乳又称霉豆腐或酱豆腐，是以大豆为主要原料，经过制坯、前期发酵、腌制、后期发酵而成，是我国典型的发酵豆制品。豆腐乳风味独特、滋味鲜美、组织细腻柔滑，营养丰富的特点，被称为“东方植物奶酪”。豆腐乳酿造原理腐乳是以大豆为原料，将大豆洗净、浸泡、磨浆、煮沸，加入适量凝固剂，除去水分制成豆腐，然后将豆腐切成小方块，接种微生物进行前期发酵，然后经过腌制，配料装坛后发酵即成。豆腐乳酿造中的微生物豆腐乳生产大多采用纯菌种接在豆腐坯上，然后置于敞口的自然条件下培养。在培养过程中不可避免地有外界微生物入侵，而且发酵的配料可能带人其他菌类，因而豆腐乳的发酵过程中的微生物种类十分复杂。我国酿造豆腐乳的微生物大多为霉菌，如毛霉属(五通桥毛霉、腐乳毛霉、总状毛霉等)、根霉属等，毛霉菌酿造的腐乳占多数。五通桥毛霉。该菌种为目前我国推广应用的优良菌株之一。菌丝白色，老后稍黄，孢子梗不分支，孢子囊呈圆形，色淡，厚垣孢子很多。最适生长温度10〜25°C，低于4°C下勉强能生长，高于37°C不能生长。腐乳毛霉。该菌种的菌丝初期为白色，后期为灰黄色；孢子囊呈球形，灰黄色；孢子轴为圆形；孢子椭圆形，表面光滑。它的最适生长温度为29C。总状毛霉。该菌种菌丝初期为白色，后期为黄褐色；孢子梗不分支；孢子囊为球形，褐色；孢子较短，为卵形。厚垣孢子数量很多，大小均匀，为无色或黄色。该菌种的最适生长温度为23C，在低于4C和高于37C环境下都不能生长。根霉。根霉生长温度比毛霉高，在夏季高温情况下也能生长，而且生长速度又快，因此利用根霉酿造腐乳，不仅打破季节对生产的限制，而且缩短了发酵周期。细菌和酵母菌。它们都具有产蛋白酶的能力，某些代谢产物在豆腐乳的特色风味的形成过程中起作用。米曲霉。米曲霉能分泌产生淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、氧化酶、转化酶及果胶酶等，不仅能使原料中的淀粉转化为糖、蛋白质分解为氨基酸，还可形成具有芳香气味的酯类。最适培养温度37°C。羊肚菌。该菌是世界著名的食药两用真菌，营养丰富，菌丝体内有17种氨基酸，其中有8种是人体必需氨基酸，另外有特殊风味的氨基酸，因此用该菌酿制的腐乳香味独特。三、霉菌与茶叶发酵发酵茶是茶叶制作工艺的一种，它是指茶树芽叶经过萎凋、揉切、发酵和干燥等初制工序制成毛茶后，再经精制制成的茶。茶叶按发酵度与制法不同可分为6类：绿茶、黄茶、白茶、青茶、红茶、黑茶。不同的茶其发酵程度不同，如红茶发酵度达80%〜90%，制作过程不经杀青，而是直接萎凋、揉捻，然后进行完整发酵，使茶叶中所含的茶多酚氧化成为茶红素，茶叶呈特有的暗红色、茶汤红色；黑茶(如普洱茶、湖南黑茶等)则属后发酵茶，制作时在杀青、揉捻、晒干后，再经过堆积存放的过程(称为“渥堆”)使其再发酵，故而茶叶与茶汤颜色更深、滋味也更浓郁厚实。以下以黑茶为例介绍茶叶制作及发酵原理。(一)黑茶制作工序

黑茶制作工艺流程：鲜叶采摘一萎凋X主

杀青揉捻一解块一渥堆发酵一灭黑茶制作工艺流程：鲜叶采摘一萎凋X主

杀青揉捻一解块一渥堆发酵一灭渥堆是黑茶品质形成的关键工序。渥堆过程中，微生物在一定温湿度条件下，以茶叶为基质进行生长繁殖，并通过其代谢活动对黑茶特征性风味的形成起重要作用。（二）发酵过程中的微生物及其变化参与作用的微生物主要有黑曲霉、青霉、芽枝霉、假丝酵母、无芽孢杆菌和球菌等。黑茶渥堆过程中，随着渥堆时间的推移，微生物菌群及数量发生着变化。渥堆前期揉捻叶的含水量较高，叶温与气温相似，部分细菌大量生长繁殖。随着细菌数量增加，呼吸强度加大，渥堆叶温迅速升高。细菌的水解作用为霉菌的生长积累了丰富的营养基质。渥堆中期当叶温升高到一定程度后，为喜温喜湿的霉菌（主要是黑曲霉）的生长发育创造了条件，霉菌迅速繁殖。此时渥堆中的各种理化变化进入高潮。酵母菌由于对水分和温度的要求并不苛刻，对其他微生物的依赖性也较小，故假丝酵母属中的一些种群成为渥堆叶微生物菌群中的优势菌。渥堆末期由于微生物代谢产物的积累，导致堆内酸度增加，温度升高，逐渐偏离了已有微生物类群的最佳生长条件，微生物数量相继下降。其变化趋势总体表现为:渥堆开始30h前后，细菌数量迅速增加并达到高峰，渥堆后期则有所下降；真菌数量则随着渥堆时间的延长一直处于增加状态，只是到渥堆末期才略有下降。微生物的生长繁殖使渥堆的温度、pH、水分等环境生态因子发生了显著变化，而这些因素的变化又反过来影响了微生物的生长发育及其种群的演替。（三）茶叶在发酵过程中的变化茶叶经过渥堆这一道特殊工序，其叶肉的内含物发生了一系列复杂的化学变化，如黑曲霉的许多种能产生纤维素酶、果胶酶及氧化酶系、蛋白酶等，降解其有机质，有些还能产生柠檬酸、草酸等有机酸，使渥堆叶pH下降，形成酸辣味；酵母菌利用其中糖类物质产生甜酒香味等。渥堆过程中其温度、pH、水分等条件的变化，还会影响茶叶中叶绿素、多酚类物质等的变化，从而形成黑茶特有的色、香、味、体。四、霉菌与柠檬酸发酵柠檬酸又名枸橼酸，是一种重要的有机酸，在食品、医药、化工等领域应用广泛。在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、整合剂等。柠檬酸最初是从植物果实（如柠檬、菠萝、柑橘）中提取。发酵法制取柠檬酸始于19世纪末。1893年，C.韦默尔发现青霉（属）菌能积累柠檬酸。1913年，B.扎霍斯基报道黑曲霉能生成柠檬酸。1923年，美国菲泽公司建造了世界上第一家以黑曲霉浅盘发酵法生产柠檬酸的工厂。1952年，美国迈尔斯试验室采用深层发酵法大规模生产柠檬酸，现已成为柠檬酸生产的主要方法。（一）柠檬酸发酵用生产菌种自然界中大多数微生物在代谢过程中均能合成柠檬酸，但由于微生物自身的代谢调控，在正常的生理状况下很少有柠檬酸积累。一些青霉和曲霉（如黑曲霉、温特曲霉、泡盛曲霉、斋藤曲霉、宇佐美曲霉、淡黄青霉等）能分泌大量柠檬酸，其中黑曲霉产酸量高、转化率高，且能利用多种碳源，为柠檬酸生产的最好菌种。目前采用糖质原料生产柠檬酸的菌株几乎均为黑曲霉。黑曲霉以无性生殖的形式繁殖，具有多种活力较强的酶