乳酸菌微生物

乳酸菌及其在食品中的应用一、乳酸菌乳酸菌的概念及分布乳酸菌：能够利用发酵性糖类产生大量乳酸的一类微生物的统称。以乳酸细菌为主要类群，通常将乳酸细菌称为乳酸菌。（虽然有些霉菌能产生大量乳酸）主要分布在：–乳杆菌属（Lactobacillus）链球菌属（Streptococcus）–明串珠菌属（Leuconostoc）片球菌属（Pediococcus）–双歧杆菌属（Bifidobacterium）（一）乳杆菌属（Lactobacillus）1．形态特征：细胞呈杆状，短链排列。革兰氏染色阳性，不运动，无芽孢。2．生理生化特点：化能异养型，营养要求严格（生长繁殖需多种氨基酸、维生素、肽、核酸衍生物）。最适pH5.5～6.2，最适生长温度30～40℃。pH≤5中可生长，而中性、初始碱性条件下生长速率降低3．乳杆菌属的代表种（1）保加利亚乳杆菌（L.bulgaricus）。形态：长杆状，两端钝圆。菌落：棉花状（固体培养基），与其他菌易区别。能利用葡萄糖、果糖、乳糖同型乳酸发酵产生D型乳酸（酸涩味，适口性差），不能利用蔗糖。乳酸菌中产酸能力最强的菌种。可产生乙醛（香味物质）。最适生长温度37～45℃。常作发酵酸奶的生产菌。（2）嗜酸乳杆菌（L.acidophilus）。形态：比保加利亚乳杆菌小，细长杆状。能利用葡萄糖、果糖、乳糖、蔗糖同型乳酸发酵。生长繁殖需维生素等生长因子（发酵剂、嗜酸菌乳生产：原料乳中加5%的蕃茄汁或胡萝卜汁）。最适温度37℃，最适pH5.5～6.0。能够在人体肠道定殖的少数有益微生物菌群之一，其代谢产物有机酸和抗菌物质（乳杆菌素）可抑制病原菌、腐败菌生长。（二）链球菌属（Streptococcus）1．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，无芽孢。一般不运动，不产生色素。2．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，厌氧培养生长良好。3．链球菌属的代表种（1）嗜热链球菌（St.thermophilus）。–细胞形态：链球状。–能利用葡萄糖、果糖、乳糖和蔗糖进行同型乳酸发酵，产生L型乳酸（适口性好）。–发酵乳中产生双乙酰（香味物质）。–能在高温条件下产酸，最适生长温度40～45℃。耐热性强，能耐65～68℃的高温。–常作发酵酸乳、瑞士干酪的生产菌。（2）乳酸链球菌（St.lactis）。细胞形态：双球、短链或长链状。牛乳随便放置时，牛乳的凝固90%由该菌所致。产酸能力弱。10～40℃均产酸，最适生长温度30℃。对热抵抗力弱，60℃，30min全部死亡。干酪、酸制奶油、乳酒、酸泡菜发酵剂菌种。（3）乳脂链球菌（St.cremoris）。细胞比乳酸链球菌大，长链状。产酸温度较低，18～20℃，37℃以上不产酸、不生长。耐酸能力差，菌种保藏困难，需每周接种一次或培养基中添加CaCO31%～3%保藏。常作为干酪、酸制奶油发酵剂菌种。（三）明串珠菌属（Leuconostoc）1．形态特征:–菌落特征：固体培养：菌落小于1.0mm，光滑、圆形、灰白色；液体培养：混浊均匀。–细胞：球形或豆状，成对或成链排列。–革兰氏染色阳性，不运动，无芽孢。2．生理生化特点:化能异养型，生长繁殖需复合生长因子。利用葡萄糖进行异型乳酸发酵产生D型乳酸、乙酸、CO2。通常不酸化和凝固牛乳。最适生长温度25℃。３．代表种——肠膜状明串珠菌细胞：球形或豆状，成对或短链排列。利用蔗糖合成葡聚糖（大量荚膜物质），形成特征性粘液。最适生长温度25℃，最适pH3.0～6.5。用途：酸泡菜发酵重要的乳酸菌；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）。弊端：牛乳变粘、制糖业中糖液黏度增大（四）片球菌属（Pediococcus）1.形态特征:–细胞球形，成对或四联状排列。–革兰氏染色阳性，无芽孢，不运动，–固体培养：菌落大小可变，直径1.0～2.5mm。–无细胞色素。2．生理生化特点:化能异养型，生长繁殖需复合生长因子。利用葡萄糖进行同型乳酸发酵。通常不酸化和凝固牛乳。最适生长温度30℃。嗜盐片球菌：酱油酿造的重要乳酸菌（耐NaCl浓度18%～20%,）;乳酸片球菌：酸泡菜发酵中的重要乳酸菌。（可在含6%～8%的NaCl环境中生长）（五）双歧杆菌属（Bifidobacterium）1．形态特征:–细胞呈多样形态：Y字型、V字型、弯曲状、勺型，典型形态为分叉杆菌，–革兰氏染色阳性。–无芽孢和鞭毛，不运动。2．生理生化特点及功能性:化能异养型，对营养要求苛刻，生长繁殖需多种双歧因子能利用葡萄糖、果糖、乳糖和半乳糖，生成乳酸、乙酸、少量甲酸等。蛋白质分解力微弱，能利用铵盐作为氮源。专性厌氧。多次传代后，菌株耐氧性增强。最适生长温度37℃。最适生长pH值6.5～7.0，不耐酸，酸性环境（pH≤5.5）对菌体存活不利3.代表种：人体肠道中8种，如：婴儿双歧杆菌、青春双歧杆菌、长双歧杆菌、短双歧杆菌等人体肠道有益菌群：拮抗致病菌、改善微生态平衡、合成微生素、提供营养、抗肿瘤、降低内毒素、提高免疫力、保护造血器官、降低胆固醇水平等重要生理功能（促进人体健康作用超过其它乳酸菌）。乳酸菌在食品工业中的应用乳酸菌：发酵食品行业中应用最广泛。乳酸发酵食品：经过乳酸菌发酵作用制成的食品。乳酸菌对人体健康有益。因而，乳酸发酵食品受到人们重视，在食品工业中占有重要地位。1．发酵乳制品（1）酸牛乳（Yoghurt）–①凝固型酸乳–②搅拌型酸乳（纯酸奶）–③饮料型酸乳（活性乳）（2）干酪（Cheese）。（3)酸性奶油2．果蔬汁乳酸菌发酵饮料3．益生菌制剂凝固型酸乳的生产凝固型酸牛乳的生产：以新鲜牛乳为主要原料，经过净化、标准化、均质、杀菌、接种发酵剂、分装后，通过乳酸菌发酵，乳糖分解为乳酸，导致乳pH值下降，酪蛋白凝固，产生醇、醛、酮等风味物质，再经冷藏和后熟制成乳凝状的酸牛乳。一、酸牛乳发酵剂制备的工艺流程：菌种活化→母发酵剂→中间发酵剂→工作发酵剂技术要点：菌种活化：冻干菌种接种于灭菌后的复原脱脂乳（115℃，10min）试管培养基中，42℃培养，凝乳后传代移植。传代2～3次后活化完毕（保加利亚乳杆菌3～5h凝乳，嗜热链球菌6～8h凝乳）。母发酵剂制备：活化菌种接种量为1%，42℃培养。中间发酵剂制备：母发酵剂接种量1%，42℃培养。工作发酵剂制备：中间发酵剂接种量1%～3%，42℃培养。二、凝固型酸乳的生产。工艺流程：原料鲜乳→净化→标准化→均质→杀菌→冷却→接种→分装→发酵→冷却→冷藏后熟→成品。原料鲜乳用于制作发酵剂的乳和生产酸乳的原料乳必须是高质量的：来自健康乳牛的鲜乳；不含抗生素、有害微生物；酸度18°T以下；杂菌数符合标准。标准化调制干物质含量标准化：（改善产品组织状态，促进乳酸菌产酸）脂3.7%，非脂乳固体h8.7%。标准化方法：蒸发浓缩、加浓缩乳、加脱脂乳粉；奶油分离均质目的：原料充分混匀，防止乳脂上浮，抑制乳清分离，提高粘稠度及酸乳稳定性，使酸乳质地细腻．口感良好工艺条件：55-70°C，20MPa杀菌目的：杀灭杂菌，确保乳酸菌正常生长繁殖；使乳中蛋白质适度变性，改善组织状态，提高黏稠度，防止乳清析出。工艺条件：90～95℃5～10min或135℃2～3S。杀菌后立即冷却至40～45℃。接种接种量：根据菌种活力、发酵方法、生产时间安排、混合菌种配比确定。两菌混合培养的发酵剂接种量2%～4%。接种注意事项：发酵剂事先在无菌条件下搅拌成均匀细腻状态（大凝块会影响成品质量）。发酵接种后灌装（装瓶前容器蒸汽灭菌）：1-1.5h发酵工艺条件：42-43℃，3～5h，PH4.1-4.2(产酸量、凝固程度、风味等确定)发酵终点判断：a.滴定酸度70-75T；b.pH值4．5；c.表面有少量水痕；d.奶变黏稠。发酵中注意：避免震动（影响组织状态）；发酵温度恒定（避免忽高忽低）；发酵时间（防止酸度不够或过度、乳清析出）冷却和低温后熟目的：形成香味物质和光滑细腻的质地，防止乳清析出和过度产酸后成熟工艺条件：0～4℃，24h，抑制乳酸菌生长（继续发酵会使酸度升高）。冷藏期间，酸度仍会上升，双乙酰含量增加。（冷却24h，双乙酰含量达最高，超过24h又会减少）。最大冷藏期：7～14d。三、质量控制①凝固性差②乳清析出③风味不良④表面霉菌生长⑤口感差1、凝固性差：黏性很差，乳清分离。（5个）a.原料乳质量：抗生素、防腐剂：抑制乳酸菌生长。掺碱：使发酵产酸消耗，不能积累到凝乳pH。掺水：使乳总干物质降低。b.发酵温度、时间。温度过低：乳酸菌活力下降，凝乳能力降低。发酵时间短：酸乳凝固性能降低。发酵室温度不均匀：酸乳凝固性降低。c.噬菌体污染：防止：更换发酵剂（噬菌体对菌的选择）；两种以上菌种混合使用。d.发酵剂活力：发酵剂活力弱、接种量少。e.加糖量：适量蔗糖：产品良好风味，凝块细腻光滑，提高黏度，有利于乳酸菌产酸量提高。蔗糖量过大：产生高渗透压（抑制乳酸菌生长、脱水死亡）。6．5％加糖量：口味最佳，不影响乳酸菌生长。2、乳清析出a.原料乳热处理不当。温度偏低、时间不够：大量乳清蛋白未变性。75％的乳清蛋白变性：85℃20～30min或90℃10min不宜用UHT（灭菌，不能使75％乳清蛋白变性）b.发酵时间。过长：产品酸性过强（破坏已形成的胶体结构，容纳的水分游离出来）。过短：乳蛋白质的胶体结构未充分形成（不能包裹乳中原有水分）。抽样检查时牛乳完全凝固，应立即停止发酵。c.其他因素：乳中总干物质含量低、酸乳凝胶机械振动、乳中钙盐不足、发酵剂添加量过大等。3、风味不良a.无芳香味：菌种选择及操作工艺不当引起。混合菌任一方占优势使产香不足，风味变劣；高温短时发酵；固体含量不足。b.酸乳的不洁味：发酵剂或发酵中污染杂菌。丁酸菌污染（刺鼻怪味），酵母菌污染（不良风味；酸乳产生气泡）c.酸乳的酸甜度：偏酸（发酵过度、冷藏温度高、加糖量低）；偏甜（发酵不足、加糖过高）。d.原料乳异味：牛体臭味、氧化臭味及过度热处理、添加风味不良的炼乳或乳粉等。4、表面霉菌生长酸乳储藏时间过长、温度过高。黑斑点易察觉，而白霉菌不易被注意。（误食后：腹胀、腹痛下泻）。严格卫生，控制储藏时间、温度。5、口感差优质酸乳：柔嫩、细滑，清香可口。高酸度乳或劣质乳粉：酸乳口感粗糙，沙状感。应采用新鲜牛乳或优质乳粉，并均质处理，使乳中蛋白质颗粒细微化，改善口感。搅拌型酸乳的生产与凝固型酸奶生产工艺相似。不同点：搅拌型酸奶：先发酵，再搅拌，后分装；凝固型酸奶：先分装，后发酵，不搅拌。根据加工过程是否添加果蔬料或果酱，分为：天然搅拌型酸乳、加料搅拌型酸乳。工艺流程：原料鲜乳→净化→标准化→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。技术要点：发酵：发酵罐。42℃3～5h，pH4.5～5.0终止搅拌破乳：发酵结束后，品温降至38℃，搅拌。一、搅拌型酸乳的加工与凝固型酸乳不同点：多一道搅拌混合工艺。①发酵：发酵罐上、下部温差不超过1.5℃。②冷却：抑制细菌生长和酶活，防止产酸过度、搅拌时脱水。酸乳完全凝固(pH4.6)开始冷却（应稳定）过快（凝块收缩迅速．乳清分离）；过慢（产品过酸、添加果料的脱色）。设备：片式、管式、表面刮板式热交换器；冷却罐③搅拌：通过机械力破碎凝胶体，使酸乳硬度、黏度及组织状态变化④混合、罐装果蔬、果酱、调香物质的加入：缓冲罐→包装机输送过程中（变速计量泵）果料处理：带固体颗粒的水果或浆果巴氏杀菌（不影响果料风味和质地）。灌装：确定包装量、包装形式及灌装机。⑤冷却、后熟灌装好的酸乳0～5℃冷库中冷藏24h后熟，促使芳香物质产生、黏稠度改善。二、质量控制①砂状组织选择适宜发酵温度；避免原料乳受热过度；减少乳粉用量；避免干物质过多及较高温度下搅拌。②乳清分离搅拌速度过快、过度搅拌、泵送造成空气混入产品、酸乳发酵过度、冷却温度不适、干物质含量不足