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1、第七章 微生物与食品生产【知识目标知识目标知识目标知识目标】1.了解微生物发酵食品的形态特征、理化特性、常见种类。了解微生物发酵食品的形态特征、理化特性、常见种类。2.了解微生物发酵食品的生产工艺及其控制措施。了解微生物发酵食品的生产工艺及其控制措施。3.熟悉食品工业中微生物酶制剂的常见种类、性质、生产菌。熟悉食品工业中微生物酶制剂的常见种类、性质、生产菌。4.熟悉微生物酶在食品工业中的应用。熟悉微生物酶在食品工业中的应用。5.掌握微生物发酵食品的环境条件。掌握微生物发酵食品的环境条件。【技能目标技能目标技能目标技能目标】1.能够制备食品工业中常用的发酵剂。能够制备食品工业中常用的发酵剂。2.
2、能够对食品微生物菌种进行扩大培养。能够对食品微生物菌种进行扩大培养。3.会用简易的方法生产馒头、面包。会用简易的方法生产馒头、面包。4.能够用简单方法制作（生产）酸牛乳、食醋或酱油、腐乳、酸菜。能够用简单方法制作（生产）酸牛乳、食醋或酱油、腐乳、酸菜。第一节第一节 食品工业中常用的细菌及其应用食品工业中常用的细菌及其应用 一、乳酸菌一、乳酸菌（一）（一） 乳酸菌的概念及其分布乳酸菌的概念及其分布n概念：指能够利用发酵性糖类产生大量乳酸的一类微生物的统称。n分布：它们不仅栖息在人和各种动物的肠道及其他器官中，而且在植物表面和根际、人类食品、动物饲料、有机肥料、土壤、江、河、湖、海中都发现大量乳酸
3、菌的存在。（二）乳杆菌属1.乳杆菌属的形态特征n细胞呈多样形杆状，一般成链排列。n革兰氏染色阳性，内部有颗粒物或呈现条纹。n通常不运动，有的能够运动具有周生鞭毛。无芽孢。无细胞色素，大多不产色素。2.乳杆菌属的生理生化特点n化能异氧型，营养要求严格，生长繁殖需要多种氨基酸、生素、肽、核酸衍生物。根据碳水比合物发酵类型，可将乳杆菌属划分n同型发酵群n兼异性发酵群n异型发酵群3.乳杆菌属的代表种（1）保加利亚乳杆菌n细胞形态长杆状，两端钝圆。固体培养基生长的菌落量棉花状，易与其他乳酸菌区别。n能利用葡萄糖、果糖、乳糖进行同型乳酸发酵产生D型乳酸，不能利用蔗糖。n该菌是乳酸菌中产酸能力最强的菌种，菌
4、形越大，产酸越多，最高产酸量2%。蛋白质分解力较弱，发酵乳中可产生香味物质乙醛。n最适生长温度3745，温度高于50或低于20不生长。常作为发酵酸奶的生产菌。保加利亚乳杆菌之父（2）嗜酸乳杆菌n细胞形态比保加利亚乳杆菌小，呈细长杆状。n能利用糖类进行同型乳酸发酵产生DL型乳酸，生长繁殖需要一定的生长因子，37培养生长缓慢，23d可使牛乳凝固。n蛋白质分解力较弱，耐热性差，耐酸性强。n其代谢产物有机酸和抗菌物质，可抑制病原菌和腐败菌的生长。改善乳糖不耐症，治疗便秘、痢疾、结肠炎，激活免疫系统，抗肿瘤，降低胆固醇。（三）链球菌属1链球菌属的形态特征细胞呈球形或卵圆形，成对或成链排列。革兰氏染色阳性
5、，无芽孢，一般不运动，不产生色素。但肠球菌群中某些种能运动或产色素。2链球菌属的生理生化特点化能异养型，同型乳酸发酵产生右旋乳酸，兼性厌氧型，接触酶反应阴性，厌氧培养生长良好。根据生理生化特性可将链球菌属分为四个种群（见表7-1）。3链球菌属的代表种n（1）嗜热链球菌n（2）乳酸链球菌n（3）乳脂链球菌嗜热链球菌（四）明串珠菌属1形态特征n细胞球形或豆状，成对或成链排列。n革兰氏染色阳性，不运动，无芽孢。2生理生化特点n化能异养型。n利用葡萄糖进行异型乳酸发酵，可使苹果酸转化为L型乳酸。n通常不酸化和凝固牛乳。n兼性厌氧型，接触酶反应阴性。生长温度范围530，最适生长温度25。3明串珠菌属的培
6、养特征n固体培养，菌落一般小于1.0mm，光滑、圆形、灰白色；n液体培养，通常混浊均匀，但长链状菌株可形成沉淀。4代表种肠膜状明串珠菌n细胞球形或豆状，成对或短链排列。最适生长温度25，生长的pH范围3.06.5，具有一定嗜渗压性。该菌不仅是酸泡菜发酵重要的乳酸菌，而且已被用于生产右旋糖苷的发酵菌株，右旋糖苷是代血浆的主要成分。（五）片球菌属1形态特征n细胞球形，成对或四联状排列。n革兰氏染色阳性，无芽孢，不运动，菌落大小可变，无细胞色素。2生理生化特点n化能异养型。n利用葡萄糖进行同型乳酸发酵产生DL型或L型乳酸。n通常不酸化和凝固牛乳，不分解蛋白质，不还原硝酸盐，不产吲哚。n兼性厌氧，接触
7、酶反应阴性。（六）双歧杆菌属1形态特征n细胞Y字型、V字型、弯曲状、勺型，典型形态为分叉杆菌。n革兰氏染色阳性，无芽孢和鞭毛，不运动。2生理生化特点n化能异养型。n能利用葡萄糖、果糖、乳糖和半乳糖。n蛋白质分解力微弱，能利用铵盐作为氮源，不还原硝酸盐，不水解精氨酸，不液化明胶，不产生吲哚，联苯胺反应阴性。n专性厌氧，接触酶反应阴性。n最适生长温度37，最适生长pH6.57.0，不耐酸。（七）乳酸菌在食品工业中的应用1.发酵乳制品n发酵乳制品系指良好的原乳经过微生物(主要是乳酸菌)，发酵作用后制成的具有特殊风味、较高营养价值和一定保健功能的乳制品。n其种类包括：发酵乳饮料（酸牛乳、酸豆乳乳洒等）
8、、干酪和酸制奶油。（1）酸牛乳n酸牛乳是新鲜牛乳经过乳酸菌发酵后制成的发酵乳饮料。n根据生产方式可分为凝固型、搅拌型、饮料型三种。n菌种的选择和发酵剂的制备n发酵剂系指生产发酵乳制品过程中用于烤种使用的特定的微生物培养物。工艺流程：菌种活化母发酵剂中间发酵剂工作发酵剂n凝固型酸乳的生产n原料鲜乳净化标准比均质杀菌冷却接种分装发酵冷却冷藏后熟成品n搅拌型酸乳（纯酸奶）的生产n原料鲜乳净化标准化调制均质杀菌冷却接种发酵剂发酵搅拌破乳冷却分装冷藏后熟成品搅拌型（2）干酪发酵剂菌种n用于发酵剂的菌种大多是乳酸菌，但有的干酩使用丙酸菌和霉菌。n将干酪生产的乳酸出发酵剂菌种分为二大类：n一类是适温型乳酸菌
9、n一类是嗜热型乳酸菌干酪生产原料乳检验净化标准化调制杀菌冷却添加发酵剂色素、CaCl2和凝乳酶静置凝乳凝块切割搅拌加热升温、排出乳清压榨成型盐渍生干酪发酵成熟上色挂蜡成熟干酪干酪拉伸机（3）酸制奶油发酵剂菌种n目前都采用混合乳酸菌发酵剂生产酸制奶油。n发酵剂菌种分为二大类：一类是产酸菌种；另一类是产香菌种。酸制奶油的生产n原料乳离心分离脱脂乳稀奶油标准化调制加碱中和杀菌冷却接种发酵剂发酵物理成熟添加色素搅拌排出酪乳洗涤加盐压练包装成品2.果蔬汁乳酸菌发酵饮科n乳酸菌发酵果蔬汁是一种新型饮料，它综合了乳酸菌和果蔬汁两方面的营养保健功能，而且产品的原料风味和发酵风味浑然一体，所以深受消费者喜爱。n
10、番茄汁乳酸菌发酵饮料的生产工艺流程：n番茄清洗热烫榨汁均质调节pH杀菌冷却接种发酵剂发酵加糖调配包装成品3.益生菌制剂n目前常见的双歧杆菌酸牛乳饮料生产工艺流程如下n二、醋酸菌二、醋酸菌n（一）醋酸菌的主要种类n在细菌分类学主要分布于醋酸杆菌属和葡萄糖氧化杆菌属。用于酿醋的醋酸菌种大多属于醋酸杆菌属。n(二）醋酸杆菌属的生物学特性n细胞呈椭圆形杆状，革兰氏染色阳性，无芽孢，有鞭毛或无鞭毛，运动或不运动，其中极生鞭毛菌不能将醋酸氧化为CO2和H2O。而周生鞭毛菌可将醋酸氧化成CO2和H2O，不产色素，菌体培养形成菌膜。（三）主要醋酸菌种（1）纹膜醋酸杆菌（2）奥尔兰醋酸杆菌（3）许氏醋杆菌（4）
11、As1.41醋酸杆菌（5）沪酿1.01醋酸杆菌纹膜醋酸杆菌（四）醋酸杆菌在食品工业中的应用1.熟料固态酿醋(传统酿造法）传统酿醋工艺工艺流程：n甘属干或碎米、高粱粉碎添加麸皮、谷糠润水浸渍蒸煮冷却过筛接种麸曲、酒母加水拌匀入缸淀物糖化、酒精发酵、倒醅接种醋母添加粗谷糠拌匀醋酸发酵、倒酵加盐后熟淋醋陈酿澄清配兑煎醋（杀菌）成品2.酿醋的新生工艺技术（1）生料固态酿造法：生料固态酿醋法是原料不进行蒸煮，而是经过粉碎、浸泡后直接进行糖化和发酵，可以降低能耗，简化生产工艺。n技术关键就是要采取措施解决好生淀粉糖化困难和防止杂菌污染。n工艺流程：n原料粉碎添加麦麸、水、麸曲、酵母混合拌匀稀醪糖化、酒精发
12、酵添加麦麸、稻壳、酵母混合拌匀固态醋酸发酵加盐陈酿淋醋配制成品（2）酶法液化通风回流喷淋制醋图图7-1 通风回流喷淋式醋酸发酵池通风回流喷淋式醋酸发酵池1-回流管2-喷淋管3-水泥池壁4-木架5-竹篾假底6-水泵7-醋汁管8-储醋池9-温度计10-出渣门11-通风洞12-醋汁存留处（3）空气自吸式罐液体深层发酵制醋空气自吸式罐液体深层发酵制醋是将淀粉质原料经液化、糖化、酒精发酵后，在空气自吸式发酵罐中完成液体深层醋酸发酵的新工艺。具有原料利用率高，机械化程度高，生产周期短（7d），产品质量稳定等优点，但缺点是醋的风味较差。图7-2空气自吸式醋酸发酵罐（4）速酿醋速酿醋也称塔醋，呈无色或略带微黄
13、色，澄清透明，醋香味纯。目前我国生产速酿醋主要集中在东北地区。速酿塔结构见图7-3。图7-3速酿塔结构示意图1-陶瓷塔臂2-通风管3-离心泵4-排气孔5-喷淋管6-填充料7-插温度表8-木盖 三、谷氨酸菌三、谷氨酸菌三、谷氨酸菌三、谷氨酸菌n谷氨酸菌在细菌分类学中属于棒杆菌属、短杆菌属、小杆菌属和节杆菌属中的细菌。目前我国谷氨酸发酵最常见的生产菌种是北京棒杆菌AS1.299和钝齿棒杆菌AS1.542。n1.北京棒杆菌ASn细胞呈短杆或棒状，有时略呈弯曲状,两端钝圆，排列为单个，成对或V字形。n革兰氏染色阳性。无芽孢，无鞭毛，不运动。n普通肉汁固体平皿培养，菌落圆形，中间隆起，表面光滑湿润，边缘
14、整齐，不产水溶性色素。普通肉汁液体培养，稍混浊，有时表面呈微环状，管底有粒状沉淀。n化能异养型，能进行谷氨酸发酵，不分解淀粉，纤维素、铵盐和尿素均可作为氮源，能还原硝酸盐，不同化酪蛋白。要求多种无机离子，需要生物素作为生长因子。n好氧或兼性厌氧，过氧化氢酶反应阳性。不受钝齿棒杆菌AS1.542噬菌体侵染。2.钝齿棒杆菌AS1.542n细胞呈短杆或棒状，两端钝园，排列为单个、成对或V字形。革兰氏染色阳性。无芽孢，无鞭毛，不运动。细胞内次极端有异染颗粒并存在数个横隔。普通肉汁固体平皿培养，菌落扁平，呈草黄色，表面湿润无光泽，边缘较薄呈钝齿状，不产水溶性色素。普通肉汁液体培养混浊，表面有薄菌膜，管底
15、有较多沉淀。n化能异养型，能进行谷氨酸发酵，不分解淀粉、纤维素、油酯和明胶。铵盐和尿素均可作为氮源，能还原硝酸盐，不同化酪蛋白。要求多种无机离子，需要生物素作为生长因素。好氧或兼性厌氧，过氧化氢酶反应阳性。不受北京棒杆菌1.299的噬菌体侵染。(二)谷氨酸发酵及味精生产1谷氨酸菌的扩大培养n谷氨酸发酵生产通常采用谷氨酸菌二级扩大的种子液获得发酵所需的菌量。n扩大培养的工艺流程：n斜面原种斜面活化(321824h)200mL液体振荡培养(3212h)1000mL三角瓶(一级种子)50L500L种子罐(二级种子)2谷氨酸发酵及味精生产工艺(1)工艺流程：n淀粉质原料粉碎调浆水解糖化冷却中和脱色过滤
16、添加氮源、无机盐和生长因子接种二级种子谷氨酸发酵谷氨酸提取加碱中和除铁脱色浓缩干燥过筛包装成品味精（三）5肌苷酸发酵n1.5肌苷酸(5-IMP)的生物合成途径也称Denovo途径(图7-4)25-肌苷酸发酵生产生产5-肌苷酸的方法n选育肌苷酸高产变异菌株直接发酵生产(直接发酵法或一步法)。n利用微生物发酵法生产肌苷，然后用化学法或酶法进行磷酸化(二步法)。n在发酵过程中添加前体物次黄嘌呤，经微生物产生的胞外酶催化转化为肌苷酸(半合成法)。n先发酵生产腺苷或5-腺苷酸，然后用化学法或酶法生产5-肌苷酸。(1)5-肌苷酸产生菌n目前，国内外直接发酵法生产肌苷酸的菌株主要有：产氨短杆菌、谷氨酸棒杆菌、谷氨酸小球菌、嗜醋酸棒杆菌、枯草芽孢杆菌等。(2)直接发酵法生产5-肌苷酸工艺流程：n发酵培养基接种发酵板框压滤脱色活性炭吸附浓缩结晶精制成品第二节第二节 食品工业中酵母菌及其应用食品工业中酵母菌及其应用 一、啤酒酵母一、啤酒酵母一、啤酒酵母一、啤酒酵母n属于典型的上面酵母，又称爱丁堡酵母。广泛应用于啤酒、白酒酿造和面包制作。二、葡萄酒酵母二、葡萄酒酵母二、葡萄酒酵母二、葡萄酒酵母 n属于啤酒酵
