第7章微生物与食品发酵.

第8章微生物与食品酿造1.乳酸细菌及其产品2.纳豆菌与纳豆发酵3.真菌与食品酿造4.微生态与酒重点难点1.熟悉细菌与食品酿造2.熟悉细菌与食品酿造3.熟悉微生物与酿酒4.了解酿造食品的微生物危害目的要求第一节概述酿造，是指利用微生物或酶的发酵作用，将农产品原料制成食品的过程。相同点不同点发酵都是通过对环境生态因子的控制,利用有益微生物改变原料的特性.多是单一微生物在特定的容器内形成特定的产物.酿造是多种微生物的较为复杂的生态系统,产生的特定产品的过程.发酵和酿造的异同发酵食品:经过酶或微生物处理后理化性质发生改变后制成的食品。一、乳酸细菌及其产品第二节细菌与食品的酿造（一）乳酸细菌1.概念：为一类革兰氏染色阳性，能发酵碳水化合物转化成乳酸的细菌，发酵的唯一或主要产物为乳酸，目前发现的乳酸细菌有球菌、杆菌。2.乳酸菌的种类：分属于19个属(也有认为4-9个属的)，而且，随着研究的深入，还不断有新种加入。3.乳酸菌的作用:（1）维持肠道菌群的微生态平衡（2）增加机体免疫功能（3）预防和抑制肿瘤发生（4）提高营养利用率、促进营养吸收乳酸菌的营养作用，如：发酵后产生的乳酸,可提高钙、磷、铁的利用率,促进铁和维生素D的吸收（5）控制内毒素、降低胆固醇（6）延缓机体衰老（二）乳酸发酵的类型1.同型乳酸发酵(Homofermentationoflacticacidpathyway)是通过EMP,发酵终产物中90%以上为乳酸的发酵过程。多数乳酸细菌属于这类发酵，如乳酸链球菌。2.异型乳酸发酵(Heterofermentationoflacticacidpathway)是通过HMP,发酵终产物除乳酸外，还有乙醇等物质。如肠膜明串珠菌（Leuconostocmesenteroides)、短乳杆菌（Lactobacillusbrevis)，真菌中的根霉等。3.双歧途径(bifidumpatheay)是双歧杆菌的产能代谢模式。双歧杆菌是一类特殊的严格厌氧菌，对营养要求较高。在葡萄糖发酵中2个葡萄糖生成3个乙酸、2个乳酸和2.5个ATP。（三）乳酸菌与蔬菜发酵乳酸发酵蔬菜的意义：（１）乳酸菌是参与调节人体肠道微生态平衡的主要菌群。抑制肠道中腐败细菌的生长和减弱腐败菌在肠道的产毒，防止细胞老化，降低胆固醇，抗肿瘤以及调节人体生理机能等保健和医疗作用。（２）乳酸菌菌体及其代谢产生的有机酸，可促进胃肠道蠕动，帮助消化，防止便秘，同时刺激肠道免疫细胞产生抗体，防治疾病。（３）改善食品的风味，丰富蔬菜制品的品种。（４）延长食品的保存期１.泡菜的制作与微生物（１）传统的泡菜发酵制作过程和方法在几种酸泡菜的发酵过程中,分离、鉴定出：肠膜明串珠菌、葡聚糖明串珠菌、小片球菌、植物乳杆菌、短乳杆菌、发酵乳杆菌、棒状乳杆菌等乳酸菌种类。明串珠菌、片球菌一般在发酵前期出现。乳杆菌则在发酵的中后期占优势,其中以植物乳杆菌最常见。腌渍酸菜在自然发酵过程中,乳酸菌活动的顺序大致是：肠膜明串珠菌短乳杆菌啤酒片球菌植物乳酸杆菌。(2)发酵过程的化学变化和微生物生态肠膜明串珠(球）菌短乳杆菌啤酒片球菌植物乳酸杆菌•刚开始表面附生的乳酸菌和腐败菌共同生长---(嫌气条件)乳酸菌占优势---(微酸)抑制杂菌生长•微生物种类:乳酸菌、假单孢杆菌、产气肠杆菌、阴沟肠杆菌、短小芽孢菌等。•肠膜明串珠菌是这一段时间增长最快的菌。A微酸阶段:•乳酸浓度越来越高，达到酸化成熟阶段。•微生物的特点：杂菌（腐败菌）受到抑制。•乳酸菌的主要类群：肠膜明串珠菌、植物乳杆菌、短乳杆菌和发酵乳杆菌。B酸化成熟阶段：乳酸浓度过高，乳酸菌受到抑，此时微生物活动几乎停止。蔬菜得以保存。发酵过程中的pH值的变化是反映发酵程度的数量指标当pH值范围在3.18～3.16之间时,产品色、香、味俱佳,为产品形成期。此时乳酸含量为1%左右。（成品泡菜，如果密封不严，白地霉和野生的酵母得以生长，利用乳酸，造成腐败。）C过酸阶段：酸度：乳酸菌具有很强的抗酸性,这也是它在竞争中的一个有利条件。盐浓度：盐浓度在2%～4%时,对腐败菌已有明显抑制作用,但对乳酸菌影响不大,且发酵产品评价最佳。当盐含量达到10%时,乳酸发酵大大降低,产酸量明显减少,乳酸菌受到抑制。（3）影响泡菜质量的因素温度：温度范围必然对产品风味、质量产生重要影响。在生产中合理使用发酵温度显得十分重要日均温25℃,由原料到成品需一周,而日均温11℃,需两周左右能完成发酵。在发酵前期如果发酵温度较低,肠膜明串珠菌和小片球菌在乳酸菌区系中占优势,进行异型乳酸发酵,对乳酸发酵过程的启动与产品风味的形成起重要作用。后期,进行同型乳酸发酵的植物乳杆菌、短乳杆菌等,所要求的发酵温度要高一些。２榨菜的生产与微生物（1）榨菜生产工艺榨菜鲜头→整形修剪→初腌（防腐和抽水）→上囤围压→复腌→分等整形→漂洗脱盐→拌料→装袋→真空包装→巴氏杀菌→冷却干燥→打包→抽检出厂。（2）发酵过程：•发酵的过程以肠膜明串珠菌为代表的异型乳酸发酵产生乳酸、乙酸、乙醇、甘露醇、葡聚糖。•乳酸发酵程度，一般通过加盐水或添加有抑菌作用的香辛料来调节。（传统通过压榨、晾晒、风干等脱水作用调节）（3）腌制过程中的有害微生物：大肠杆菌等：发酵初期的有害菌，产生腐败和亚硝酸。丁酸菌等腐败菌：产生的丁酸具有强烈臭味。腐败性细菌如枯草芽孢杆菌、荚膜杆菌、荚膜粘化菌和腐臭杆菌等,消耗腌制榨菜中的营养成分,使产品变质、产生恶臭味,同时产生一些有害物质如亚硝胺。产膜酵母：在榨菜和卤水表面常出现一层由产膜酵母为主的灰白色有皱纹的薄膜。其在有氧条件下利用有机酸，使pH升高，导致腐败菌生长。霉菌：白地霉等在有氧条件下生长，使pH升高，导致腐败菌生长。二、乳酸菌与发酵乳制品•新鲜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。•该制品具有良好风味，较高营养，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、发酵乳制品的风味物质与微生物（1）乳酸乳糖的乳酸发酵是乳制品所共有的最为重要的乳糖代谢方式。一般乳液中含有4.7～4.9%的乳糖，乳酸最高可达1.5%（消耗30％的乳糖）。常见的微生物:乳链球菌、嗜热链球菌、乳杆菌。（2）双乙酰，又称丁二酮：可使发酵乳制品具有奶油的特征，有一种类似坚果仁的香味。主要微生物：乳脂串珠菌、乳链球菌丁二酮亚种。（3）乙醛：在酸奶中重要的风味。由嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌产生。（5）乙醇：是某些发酵乳制品的风味化合物之一。如酸奶中明串株菌和一些酵母可产生。在马奶酒中由圆酵母产生，其酒精含量一般为0.1%～1%。（6）挥发性脂肪酸：甲酸、乙酸和丙酸等。(1)生产过程:消毒牛乳接种37～38℃培养(2)微生物菌种：嗜热链球菌保加利亚乳杆菌嗜酸乳杆菌双歧乳杆菌2、酸奶是乳汁乳酸发酵形成的凝乳状食品。(1)嗜热链球菌•G+；微需氧；最适生长温度为40-45℃；能发酵葡萄糖、果糖、蔗糖和乳糖；蛋白质分解能力微弱；对抗生素极敏感；细胞呈卵圆形，成对或形成长链。•嗜热链球菌为同型乳酸发酵菌，产生L（＋）-乳酸；代谢过程中有风味物质双乙酰产生。（2）保加利亚乳杆菌•G+；微厌氧；最适生长温度为40～43℃；能发酵葡萄糖、果糖、乳糖，但不能利用蔗糖；细胞两端钝圆，呈细杆状，单个或成链，频繁传代会变形。•属同型乳酸发酵菌，产生D（一）-乳酸；将嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌混合培养，两者的生长情况都比各自单独培养时好。（3）嗜酸乳杆菌•G+，微厌氧菌。最适培养温度为35—38℃；能发酵多种糖类。蛋白质分解力弱，细胞两端钝圆，呈杆状，单个、成双或成短链。•属同型乳酸发酵，产D，L-乳酸。营养要求高，嗜酸乳杆菌的最适生长PH为5.5-6.0，能耐胃酸和胆汁，在肠道中可存活。（4）双歧杆菌•G+，专性厌氧菌。但目前应用于生产的菌株有不同程度的耐氧性；经多次传代后有，革兰氏染色反应转为阴性；最适培养温度约为37℃。•属异型乳酸发酵，除产生L（+）-乳酸外，还有乙酸、乙醇和二氧化碳等生成。•用上述乳酸菌作为酸奶发酵剂时，应采用适当的方法对发酵剂进行调制。用来制作酸奶的工作发酵剂有两种：一是从市场上选购的利用冷冻于燥技术制成的颗粒状发酵剂。二是经逐级扩大培养制得的发酵剂。•所使用的牛乳或由脱脂奶粉配制成的调制乳中不得含有抗生素等阻碍乳酸菌生长的物质。•为避免嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌的快速生长，应在较温和的条件下对牛乳进行加热灭菌。注意事项3、干酪（1）制作工艺•凝乳：牛奶加乳酸菌或酶等凝固•成型：加热加压加盐成型•存放老熟：各种次生微生物发酵主要成分是酪蛋白和乳脂（2）干酪的分类：•根据奶酪的质地和成熟方式，可将干酪区分为：硬干酪、半硬干酪、软干酪主要干酪发酵剂组成和次级微生物干酪种类品种举例水分（%）发酵剂组成发酵剂作用次级微生物菌群软质干酪酪农干酪≥80乳链球菌酸、双乙酰无卡门塔尔干酪48乳脂链球菌酸酪生青霉和酵母半硬质干酪林堡干酪45乳脂链球菌、乳链球菌酸酵母、扩展短杆菌硬质干酪埃曼塔尔干酪38多种乳酸菌乳酸、丙酸，CO2丙酸杆菌、链球菌切达干酪＜40多种乳酸菌酸乳杆菌、足杆菌青纹干酪罗奎福特干酪40~45乳链球菌酸，CO2娄地青霉、酵母、小球菌（3）干酪微生物菌群在干酪成熟过程中有大量的微生物繁殖，它们随干酪种类和制作工艺的不同而异。大多数是形成复杂的多种微生物混合体。•霉菌：沙门柏干酪青霉、绢白色青霉、白地霉、娄地青霉•酵母：克鲁维酵母、假丝酵母、德巴利氏酵母、糖酵母。•细菌：微球菌、乳杆菌、片球菌、棒杆菌、丙酸杆菌等。干酪微生物次生菌群的功能一般地讲，次生菌群的生长、代谢括性及蛋白质水解没与脂类水解酶的分泌可以改变干酪的结构和风味。但由于成熟干酪的次生菌群是相当复杂的，因此单独菌种的作用很难讲清楚。4、开菲尔（Kefir）Kefir是由数种乳酸菌和酵母菌组成的混合菌块。菌块内的乳酸菌和菌体外蓄积黏性多糖作为菌块的支撑体。是一个小型生态系统。微生物种类因地区和时间不同。•乳酸菌：乳酸链球菌、乳酸杆菌、乳链球菌二乙酰亚种、肠膜明串珠菌、嗜热乳杆菌、嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌•酵母类：开菲尔圆酵母、酿酒胶木、假丝酵母、乳酸酵母•其它：醋酸细菌、枯草杆菌、开菲尔杆菌开菲尔主要微生物群落三、纳豆细菌与纳豆发酵1、传统纳豆发酵过程稻草包裹老熟的大豆自然发酵（40～42℃）2、纳豆细菌Bacillussubtilis（natto)属于枯草芽孢杆菌纳豆亚种。最适生长温度为40~42℃低于10℃不能生长，50℃生长不好。繁殖要求相对湿度85%。3、纳豆的生理功能（1）溶解血栓的生理功能。（2）抗菌及降解毒素、助消化，维持胃肠道健康。（3）防止骨质疏松症。（4）抗肿瘤、抗氧化。（5）降血压。（6）清除体内放射性元素以及抗衰老。（7）美容等功效。（8）产生的黏性物质γ-谷氨酸（γPGA)成为新型外科手术材料。4、纳豆生物活性物质的研究进展（1）纳豆激酶：具有很强的溶血栓作用，天然、无毒、无副作用，口服与注射同样有效。可望成为国内外第一流的防治血栓病的药物和食品保健品。（2）异黄酮（SI）：纳豆中含有的游离异黄酮类物质，可抗氧化、抗癌防衰老。实验显示，添加异黄酮喂食动物，异黄酮能显著改善高脂食料所致动物血凝系统异常，能抑制脂质吸收，降低胆固醇，预防心血管病和糖尿病。（3）皂苷素纳豆中含有大量皂苷素，不仅能改善便秘，降低血脂和胆固醇，而且还能软化血管，预防高血压、动脉硬化以及大肠癌症。（4）维生素K2骨折的人血液中促进骨质形成的维生素K2很少，仅为正常人的1/2，而服用维生素K2后，则能使骨骼的重量增加，以及缓解腰痛等症状。纳豆中含有大量的维生素K2。第二节真菌与食品酿造•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、霉菌与腐乳的发酵酿造机理毛霉特殊色、香、味的腐乳成品食盐、红曲、黄油等辅料厌氧后发酵豆乳胚眎、胨、多肽和氨基酸等有机酸、醇类、酯类淀粉蛋白质毛霉、细菌、酵母二、曲霉与茶叶发酵（一）黑茶发酵微生物参与微生物主要有：假丝酵母、黑曲霉、青霉、