细菌在食品制造中的应用

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1、细菌在食品制造中的应用在食品工业中，细菌与食品生产的关系极为密切，发酵工业中常用的细菌有 乳酸菌、醋酸菌及芽孢杆菌。利用细菌制造的食品有酸乳、食醋、纳豆、香肠、 益生菌制剂及种类繁多的调味品等。此外，细菌还可用于工业级食品原料（如有 机酸、氨基酸、黄原胶等）的生产。一、乳酸菌与发酵乳制品发酵乳制品是指原料乳在有益微生物（特定菌）的作用下发酵而成的乳制品， 包括酸乳、干酪、酸奶油、乳酒等。乳品经过发酵后，不仅具有良好而独特的风 味，而且提高了其营养价值。有些乳制品还可抑制肠胃内的异常发酵和其他肠道 病原菌的生长，改善便秘，降低胆固醇等作用。（一）发酵乳制品中常用的微生物生产发酵乳制品的细菌主要是

2、乳酸菌。乳酸菌是一类能使可发酵性糖类转化 成乳酸的革兰氏阳性细菌的通称，并非微生物分类学上的名词。常用的乳酸菌有 乳杆菌属（干酪乳杆菌、保加利亚亚种、嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌、瑞士乳杆菌 等）、链球菌属（嗜热链球菌、乳酸链球菌、乳脂链球菌等）、双歧杆菌属（两歧 双歧杆菌、长双歧杆菌、短双歧杆菌、青春双歧杆菌、婴儿双歧杆菌等）和明串 珠菌属等。有些发酵乳制品如干酪、酸奶油等，除乳酸菌外，酵母菌、霉菌也参与发酵， 这些微生物不仅会引起产品外观和理化性质的改善，而且可以丰富发酵产品的风 味。作为发酵乳制品生产的发酵剂，有时使用单一菌株，而更多的时候则是用两 种或两种以上的菌种复配进行发酵，以便获得更好

3、的风味和保健效果。二）发酵过程中的生物化学变化1乳酸发酵 乳酸发酵是所有发酵乳制品所共有和最重要的化学变化，其代谢产物乳酸 是发酵乳制品中最基本的风味化合物。在发酵乳制品生产中，乳酸发酵所累积的 乳酸最大可达 1.5%。乳酸菌在分解乳糖产生乳酸同时，还可代谢产生多种风味 物质，赋予产品独特的风味。2柠檬酸代谢 柠檬酸代谢是乳酸菌发酵的另一重要代谢。乳中柠檬酸的含量较低，平均含 量为 0.18%，且仅能被嗜温型的风味细菌利用生成双乙酰。双乙酰是一种极其重 要的风味化合物，可使发酵乳制品具有“奶油”特征，有一种类似坚果仁的香味 和风味。3乙醇的产生 一些风味细菌如明串珠菌在异型乳酸发酵中可形成少量

4、乙醇，赋予某些发酵 乳制品特殊风味。而在酸奶酒中，乙醇主要是由开菲尔酵母和开菲尔球拟酵母产 生的，最品中酒精含量可达1%;在马奶酒中是由球拟酵母产生，酒精含量一般为 0.1% 1.0%。4产生胞外多糖 一些乳酸菌能利用培养基中的糖类物质产生胞外多糖，如链球菌变种、肠膜 明喜薯垂菌能产生胞外葡聚糖；嗜热链球菌产生的胞外多糖以葡萄糖、半乳糖为 主要成分，还少量木糖、阿拉伯糖、鼠李糖和甘露糖等。生产上可以利用产胞外 多糖的专用菌株来提高发酵乳的黏度和胶体稳定性，改善发酵乳的品质和稳定性。在各种代谢产物中，一些较次要的代谢产物即使数量很少甚至是微量的，但 在保持发酵乳制品的风味平衡方面却起着非常重要的

5、作用。(三)各类发酵乳制品1酸乳酸乳是新鲜牛乳经乳酸菌发酵制成的乳制品，其中含有大量活菌。根据其发 酵方式的不同分为凝固型、搅拌型和饮料型三种。酸乳除具有较高的营养价值外， 在胃肠内还具有抑制腐败细菌导致的异常发酵，防止和治疗胃肠炎等效果。酸乳是由嗜热链球菌和德氏乳杆菌保加利亚亚种共同发酵生产的。在生产中 为了增加酸奶的黏稠度、风味或提高产品的功能性效果，还可添加辅助菌种，以 单独培养或混合培养后加入乳中。添加的发酵剂主要有产黏发酵剂、产香发酵剂、 益生菌发酵剂等。根据生产上使用的菌种不同，酸乳的生产工艺略有差异。但都有共同之处。 以下介绍两种不同的工艺：一种是双歧杆菌与嗜热链球菌、保加利亚乳

6、杆菌等共 同发酵的生产工艺，称为共同发酵法；另一种是将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，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。(1) 共同发酵法生产工艺共同发酵法双歧杆菌酸乳的生产工艺流程如下：蔗糖W%+葡萄糖2%原料乳一标准化一调配- 均质(15-20MPa) 杀菌(118min)1匝品 双i丽菌&羸厢亦莉亚丽1菌珈双歧杆菌产酸能力低，凝乳时间长，最终产品的口味和风味欠佳，因而，生 产上常选择一些对双歧杆菌生长无太大影响，但产酸快的乳酸菌，如嗜热链球菌、 保加利亚乳杆菌、嗜酸乳杆菌、乳脂明串珠菌等与双歧杆菌共

7、同鸳酵。制品中含 有足够量的双歧杆菌，这样既可以缩短生长周期，大大缩短凝乳时间，又可以提 高产酸能力，并改善制品的口感和风味。(2) 共生发酵法生产工艺双歧杆菌、酵母共生发酵乳的生产工艺流程如下：乳酸酵母耳fI双歧杆菌6%接种冷却(26 789共生发酵法常用的菌种搭配为双歧杆菌和用于马奶酒制造的乳酸酵母，接种 量分别为6%和3%。在调配发酵培养用原料乳时，用适量脱脂乳粉加入到新鲜脱 脂乳中，以强化乳中固形物含量，并加入10%蔗糖和2%的葡萄糖，接种时还可加 入适量维生素C,以利于双歧杆菌生长。酵母菌的最适生长温度为2628C。为 了有利于酵母先发酵，为双歧杆菌生长营造一个适宜的厌氧环境，因而接

8、种后， 首先在温度2628C下培养，以促进酵母的大量繁殖和基质乳中氧的消耗，然 后提高温度到30C左右，以促进双歧杆菌的生长。由于采用了共生混合的发酵 方式，双歧杆菌生长迟缓的状况大为改观，总体产酸能力提高，凝乳速度加快， 所得产品酸甜适中，富有纯正的乳酸口味和淡淡的酵母香气。此工艺生产的酸乳最好在生产7d内销售出去，而且在生产与销售之间必须 形成冷链，因为即使在510C以下存放7d后,双歧杆菌活菌的死亡率高达96%； 20C下存放7d后，死亡率达99%以上。2干酪干酪是指在原料乳（也可用脱脂乳或稀奶油）中加入适量的乳酸发酵剂和凝 乳酶，使乳蛋白（主要是酪蛋白）凝固后分离乳清，将凝块压成所需形

9、状而制得 的乳制品。干酪营养丰富、风味独特、较易消化，主要成分是酪蛋白和乳脂。干酪发酵剂可分为细菌发酵剂与霉菌发酵剂两大类。细菌发酵剂以乳酸菌为主，主要包括乳酸球菌属、链球菌属、乳杆菌属、片球菌属、明串珠菌、肠球菌 属的种或亚种及变种。有时还加入短杆菌属和丙酸菌属的菌株，以使干酪形成特 有的组织状态；霉菌发酵剂主要是用脂肪分解强的沙门柏干酪青霉、娄地青霉等。 某些酵母菌（如解脂假丝酵母等）也在一些品种的干酪中得到应用。二、乳酸菌与发酵果蔬制品果蔬制品的发酵以乳酸发酵为主，同时还辅以轻度的酒精发酵和极轻微的醋酸发酵。蔬菜和水果经乳酸菌发酵后可以得到营养丰富、风味独特，且具有一定 保健功能的产品。

10、用于蔬菜、水果乳酸发酵的微生物主要有植物乳杆菌、短乳杆 菌、肠膜明串珠菌、小片球菌等。乳酸菌发酵果蔬制品根据加工工艺条件的不同，一般可以分为果蔬汁类、酱 腌菜类、渍酸菜类、泡菜类以及含乳混合发酵的饮料。1泡菜泡菜的制作利用了食盐的渗透压作用、微生物的发酵作用、蛋白质的分解作 用及其他生物化学作用。泡菜腌渍时食盐用量较低，产品富含乳酸，具有增食欲、 助消化作用。发酵过程中微生物变化如下：(1)发酵初期。以异型乳酸发酵为主。蔬菜人缸后，其表面附着的微生物会 迅速生长，开始发酵。由于原料水分渗出，盐水浓度降低，且溶液的初始pH较 高(一般在pH 5.5以上)，原料中还有一定量的空气，故一些不耐酸的肠

11、膜明串 珠菌、小片球菌、大肠杆菌及酵母菌甚为活跃，并迅速进行乳酸发酵及微弱的酒 精发酵，产生乳酸、乙醇、醋酸及CO，溶液的pH下降至4.04.5。CO大量排22出，坛内逐渐形成嫌气状态，为厌氧或微需氧乳酸菌的生长创造了一个厌气和低 pH的生态环境。泡菜初熟阶段一般为25d，含酸量可达到0.3%0.4%。(2) 发酵中期。主要是同型乳酸发酵。此时以植物乳杆菌为主，乳酸含量可 达到0. 6%0.8%，pH下降至3.53.8，大肠杆菌、不抗酸的细菌大量死亡，酵 母菌的活动受到抑制，霉菌因缺氧不能生长。此期是泡菜的完熟阶段，时间为5 9d。(3) 发酵后期。同型乳酸发酵继续进行，乳酸浓度继续增高，当达

12、1.2%以上 时，植物乳杆菌也受到抑制，菌数下降，发酵速度减慢直至停止。2发酵果蔬汁乳酸菌发酵果蔬汁不仅具有果蔬汁的芳香，由于乳酸菌的加入还增加了饮料 的营养价值、独特的口感和风味。产品一般具有清淡爽口、开胃理气的特点，含 糖量、含盐量均低于一些传统的糖渍或盐渍果蔬加工品。乳酸发酵果蔬汁制造工艺有天然发酵和乳酸菌发酵两种方法，生产中一般以 人工添加乳酸菌的发酵法较为常用。可以对果蔬进行先发酵后取汁，也可以先榨 汁后再接种乳酸菌发酵。三、纳豆纳豆是一种历史悠久的传统大豆发酵食品，在日本已有 1000 多年的历史。纳豆类似于中国的豆豉，在日本主要有咸纳豆、拉丝纳豆和干纳豆等种类。纳豆系高蛋白滋养食

13、品，此外，纳豆中还含有醇素、纳豆激酶、纳豆异黄酮、 皂青素等多种功能因子，具有排除胆同醇、分解体内酸化型脂质、促进消化、软 化血管、预防癌症及提高记忆力等保健功能。纳豆菌可杀死霍乱菌、伤寒病菌、 大肠杆菌等，还可以灭活葡萄球菌肠毒素，因此常食用纳豆有壮体防病的作用。纳豆芽孢杆菌是纳豆发酵作用的必需微生物。纳豆芽孢杆菌在分类学上属于 枯草芽孢杆菌纳豆菌亚种，为革兰氏阳性菌，好氧，有芽孢，极易成链。四、醋酸细菌与食醋酿造食醋是以粮食、果实、酒精等含淀粉、糖类、酒精的原料，经过醋酸发酵酿 制而成的酸性调味品。其主要成分除醋酸（3%5%）外，还含有各种氨基酸、有机 酸、糖类、维生素、醇和酯等成分，具有

14、独特的色、香、味。（一）酿醋用微生物传统工艺酿醋是利用自然界中的野生菌制曲、发酵，涉及的微生物种类繁多。新法制醋均采用人工选育的纯培养菌株进行制曲、酒精发酵和醋酸发酵，主要微 生物如下。1醋酸菌食醋酿造用醋酸菌菌株大多属醋酸杆菌属，仅在传统酿醋醋醅中发现有葡萄 糖氧化杆菌属的菌株。醋酸细菌不同其最适生长条件也略有不同。一般的醋酸杆 菌菌株在醋酸含量达1.5%2.5%的环境中，生长繁殖就会停止，但有些菌株能 耐受7%9%的醋酸。醋酸杆菌对酒精的耐受力颇高，通常可达5%12%。对盐的 耐受力很差，食盐量超过1.0%1.5%时就停止活动。醋酸菌在充分供氧条件下， 可以大量生长繁殖使原料中的乙醇转化为

15、乙酸、少量的其他有机酸和有香味的酯 类（乙酸乙酯）等物质。醋厂选用醋酸菌的标准为：氧化酒精速度快，耐酸性强，不再分解醋酸制品， 风味良好的菌种。食醋生产中常用和常见的醋酸菌有：许氏醋杆菌、恶臭醋杆菌、 巴氏醋菌巴氏亚种（沪酿1.01号）、恶臭醋杆菌混浊变种（AS1.41）、奥尔兰醋 杆菌及胶膜醋杆菌等。2其他微生物（1）淀粉液化、糖化微生物 使淀粉液化、糖化的微生物很多，而适合于酿醋的主要是曲霉菌。常用的曲 霉菌种有：米曲霉、黄曲霉AS3.800、甘薯曲霉AS3.324、黑曲霉AS3.43等。（2）酒精发酵微生物微生物生产上一般采用子囊菌亚门酵母属中的酵母，但不同的酵母菌株其发 酵能力不同，产生的滋味和香气也不同。如北方地区常用1300酵母，上海香醋选用工农501黄酒酵母。二）酿醋的基本原理食醋的酿造包括淀粉糖化、酒精发酵和醋酸发酵三个阶段，即其酿造是粮f 酒f醋的变化过程。1淀粉糖化原料经蒸煮后，淀粉发生糊化和溶化，处于溶胶状态，但这种糊化的淀粉酵 母菌并不能直接利用，必须经糖化剂（曲或酶）把淀粉转化为可发酵性糖类，然 后酵母菌把糖转化为酒精。淀粉转化为可发酵性糖即葡萄糖和麦芽糖的过程称为 淀粉的糖化，其实质是大分子淀粉在酶的作用下水解为小分子的过程。2酒精发酵酒精发酵是葡萄糖等可发酵性糖在水解酶或酒化酶的作用下，分解为酒精和C02的过程。使糖液或糖化醪进行酒精发酵的原动力是酵