第十一章微生物的应用

第十章微生物的食品应用第十章微生物的食品应用第一节食醋第二节酱油第三节腐乳第四节发酵乳制品第五节发酵酒类第六节氨基酸第十章微生物的食品应用第十章微生物的食品应用第一节食醋菌种：纹膜醋酸菌(Acetobacteraceti)、许氏醋酸菌(A.schutzenbachii)、恶臭醋酸菌(A.rances)混浊变种、巴氏醋酸菌(A.pasteurianus)巴氏亚种。反应过程：醋酸菌在充分供氧的情况下生长繁殖，将乙醇氧化为醋酸。依据菌种的不同，还可产生其它有机酸及有香味的酯类等。食醋生产的原料：高粱、大米、玉米、甘薯、糖糟、梨、柿、枣等含糖或含淀粉的果实等。食醋自古以来就是我国人民生活中的必需品。它是一种酸性调味料，除含有醋酸外，还含有糖分，氨基酸等营养物质，能增进人们的食欲。第十章微生物的食品应用食醋是细菌的发酵制品，通常是利用醋酸杆菌进行好氧发酵而产生；如果以淀粉质为原料，还需要霉菌和酵母菌的参与；如果以糖类物质为原料，需加入酵母菌；只有以乙醇类物质为原料，才不需其它微生物参与，单用醋酸杆菌就可完成酿醋作用；下面我们以淀粉质为原料，介绍参与与酿造作用的有关微生物。第十章微生物的食品应用一、菌种第十章微生物的食品应用第十章微生物的食品应用2、酵母菌利用糖进行酒精发酵的菌种主要是酿酒酵母。3、醋酸菌醋酸菌是醋酸发酵的主要菌种，它能氧化酒精为醋酸。醋酸菌的形态为短杆或长杆细胞、单独、成对或排列成链状。不形成芽孢。革兰氏染色幼龄阴性，老龄不稳定。好氧。喜欢在含糖和酵母膏的培养基上生长。最适生长温度为30℃左右，最适pH值为5.4～6.3。1、曲霉菌酿醋先酿酒，酿酒先需糖。故以淀粉质为原料，首先必须将淀粉水解为葡萄糖，才能为酒精发酵提供条件。而完成这一生化过程是通过曲霉菌作用。使用曲霉菌作为糖化剂的常用菌种是黑曲霉、宇佐美曲霉等。近年来，广泛使用的糖化菌种是北微所选育的黑曲霉变异株uv-11，编号为AS.3.4309。最适pH值为3.5～5.0。第十章微生物的食品应用根据对维生素的要求和对有机酸的同化性能等区别，食醋酿造菌种可分为2个属：醋酸杆菌属和葡萄糖杆菌属。醋酸杆菌属现已发现53种。它们的特点是：能氧化乙醇成醋酸，有些可继续氧化成CO2和水；不氧化葡萄糖；不要求维生素；能同化主要有机酸。葡萄糖杆菌属发现有8个种，它们的特点是：能氧化乙醇成醋酸，但氧化能力很弱，并且不再分解醋酸生成CO2和水；能氧化葡萄糖或葡萄糖酸；需要维生素；对主要有机酸几乎不能同化。第十章微生物的食品应用第十章微生物的食品应用目前国内外用于生产食醋的菌种有：奥尔兰醋杆菌（Acetobacterorleanense）、许氏醋杆菌（A.schutzenbachii）、弯醋杆菌（A.curvum）、产醋醋杆菌（A.acetigenum）、醋化醋杆菌（A.aceti）、恶臭醋杆菌（A.rancens）等。我国目前使用人工纯培养的醋酸菌种，主要有二株：一株是中科院微生物研究所培育出的恶臭醋酸杆菌AS.1.41。另一株是上海酿造研究所和上海醋厂从丹东速酿醋中分离而得，编号为沪酿1.01。第十章微生物的食品应用第十章微生物的食品应用1.淀粉糖化曲霉菌能分泌多种淀粉酶，完成淀粉糖化作用。2、酒精发酵这一过程是利用酵母菌在无氧条件下经EMP途径，将葡萄糖发酵成乙醇和CO2。3、醋酸发酵乙醇在醋酸菌的作用下氧化成乙酸，这个过程称为醋酸发酵。它是食醋生产的主要环节。乙醇氧化过程可分为两个阶段：首先，乙醇在乙醇脱氢酶的催化下氧化成乙醛。然后，乙醛在乙醛脱氢酶作用下，氧化成乙酸第十章微生物的食品应用二、发酵机理第十章微生物的食品应用4、食醋的色、香、味（1）食醋色素食醋生产如使用红曲做糖化剂，则红曲霉色素赋予食醋红色。食醋在发酵过程中，主要通过美拉德反应和酶褐变反应生成色素。（2）食醋香气发酵过程中产生各种有机酸和醇类，通过酯化反应合成各种酯类，赋于食醋以特殊的香气。酯类以乙酸乙酯为主。（3）食醋的味酸味：醋酸是形成酸味的主体酸。甜味：由糖分组成。鲜味：来源于蛋白质的水解产物氨基酸和菌体自溶核酸的降解物核苷酸。咸味：来自食盐。第十章微生物的食品应用第十章微生物的食品应用酱油是我国传统的发酵食品之一，在我国有着悠久的历史，酱油不仅营养丰富，含有糖份、多肽、氨基酸、维生素、食盐和水等物质，而且赋予食品以咸味、鲜味、香味和颜色，增进人们的食欲，因而是人们生活中不可缺少的调味品。随着世界上食用酱油的人数增加，对酱油的需要量也随之增加，同时，对酱油的质量也会提出更高的要求。因此，酱油酿造工业在食品工业中的地位愈加显得重要。第二节酱油一、概述第十章微生物的食品应用酱油是多种微生物混合作用的结果。霉菌、酵母和细菌都参与了复杂的物质转化过程。其中对原料发酵快慢、成品颜色浓淡、味道鲜美程度有直接关系的微生物是米曲霉和酱油曲霉；对酱油风味有直接关系的微生物是酵母菌和乳酸菌。1、米曲霉和酱油曲霉酱油中应用的曲霉菌主要是米曲霉（Aspergillusoryzae）和酱油曲霉（A.sojae）。米曲霉菌落生长很快，初为白色，渐变黄色。分生孢子成熟后，成黄绿色。分生孢子头为放射形、顶囊球形或瓶形。小梗一般为单层，偶有双层。分生孢子为球形，粗糙或近于光滑。米曲霉能利用单糖、双糖、有机酸、醇类、淀粉等多种碳源。在生长过程中，需要一些氮源，好氧。最适生长温度约在35℃左右。pH值为6.0左右；米曲霉有着复杂的酶系统，主要有蛋白酶，分解原料中的蛋白质；谷氨酰胺酶，使大豆蛋白质水解出来的谷氨酰胺直接分解生成谷氨酸，增强酱油的鲜味；淀粉酶，分解原料中的淀粉生成糊精和葡萄糖；此外它还能分泌果胶酶、半纤维素酶和酯酶等。但最重要的是蛋白酶，其次是淀粉酶和谷氨酸酰胺酶。它们决定着原料的利用率、酱醪发酵成熟的时间以及产品的味道和色泽。二、菌种第十章微生物的食品应用酱油曲霉是日本学者坂口在30年代从酱油中分离出来的，并应用于酱油生产。酱油曲霉分生孢子表面有小突起，米曲霉α-淀粉酶活性较高，而酱油曲霉体内含多聚半乳糖醛酸酶较高。目前，日本制曲使用的是混合曲霉，其中米曲霉占79%，酱油曲霉占21%。我国则使用纯米曲霉菌种。广泛使用的菌种是米曲霉3.042，该菌株的特点是：蛋白酶活力高，比原菌种3.863提高30%，生长繁殖速度快，制曲时间由原来48h缩短到22～28h；原料出品率提高5%以上；抗杂菌能力强，酱油的香气和滋味均优良；不产生黄曲霉毒素等。后来他们又对以UE336菌种为出发菌株，经亚硝酸、快中子、乙基磺酸甲烷、秋水仙碱等交替诱变，筛选出谷氨酰胺酶活力比对照菌种提高2倍以上的菌种沪酿422号，在同等发酵条件下，谷氨酸含量提高40%左右，并不含黄曲霉毒素B1。第十章微生物的食品应用2、酵母菌从酱醪中分离出的酵母有7个属，23个种。其基本形态是圆形、卵圆形、柠檬形、腊肠形等。最适生长温度为28～30℃，pH值在4.5～5.6之间合适。与酱油质量关系非常密切的酵母菌是鲁氏酵母、易变球拟酵母、埃契氏球拟酵母、无名球拟酵母等。在这当中，又以鲁氏酵母影响最为重要。它占酵母总数的45%左右，由空气中自然接种。它是常见的耐高渗透压酵母，能在18%食盐的基质中繁殖。它能发酵葡萄糖等生成乙醇、甘油等，从而进一步生成酯、糖醇等。增加了酱油的风味。它是发酵型酵母，出现在主发酵期。随着发酵温度增高，在后发酵期，鲁氏酵母开始自溶，促进了易变球拟酵母和埃契氏球拟酵母的生长。它们是酯香型酵母，参与酱醪的成熟，生成烷基苯酚类香味物质，如4-乙基苯酚等，改善了酱油的风味。第十章微生物的食品应用3、乳酸菌从酱醪中分离出的细菌有6个属18个种。和酱油发酵关系最为密切的是乳酸菌。其菌体杆状、球形、分散或成链状。对氧要求不一。在乳酸菌中，酱油四联球菌、嗜盐片球菌、酱油片球菌与酱油风味形成有密切关系。在酱醪发酵过程中，前期嗜盐片球菌多，后期四联球菌多些。乳酸菌的作用是利用糖产生乳酸，和乙醇作用生成乳酸乙酯，香气很浓。由于产生乳酸，降低了发酵醪的pH值，使醪的pH值在5左右，这样就促进了鲁氏酵母的繁殖。乳酸菌和酵母菌联合作用，赋予酱油特殊的香气。根据经验，如果乳酸菌数与酵母菌数之比为10:1时，效果最好。近年来，又发现某些芽孢杆菌也参与了酱油的酿造，而且是影响风味的主要因素。第十章微生物的食品应用酿造酱油的过程，实际上是多种微生物的协同作战的过程，通过这些微生物产生的酶的催化作用，将原料中的大分子有机物逐步分解为简单物质，再经过复杂的物理化学和生物化学的反应，就形成了具有独特风味的调味副食品——酱油。目前已知酱油的化学成分多达三四百种，这些物质都是在这个复杂的变化过程中产生的。原料中的蛋白质经过由米曲霉所分泌的蛋白酶作用，逐渐分解成、胨、多肽和氨基酸。三、机理第十章微生物的食品应用米曲霉分泌的蛋白酶可分为3种：酸性蛋白酶（最适pH值为3）、中性蛋白酶（最适pH值为7左右）、碱性蛋白酶（最适pH值为8）。其中以碱性蛋白酶最多。故在酱油发酵过程中，如果pH值过低，会影响蛋白质的水解。米曲霉中外肽酶活力高于其它曲霉，故有利于氨基酸的生成。米曲霉中分泌的谷氨酰胺酶分解原料中的游离的谷氨酰胺，生成谷氨酸。原料中的淀粉质经过米曲霉产生的淀粉酶的糖化作用，水解成糊精和葡萄糖。米曲霉分泌的淀粉酶主要有α-淀粉酶；分解淀粉的α-1，4葡萄糖苷键，生成麦芽糖、糊精和少量葡萄糖；淀粉-1.4、1.6-葡萄糖苷酶，能把淀粉分解成单个葡萄糖分子。分解下来的单糖类或其它糖类，有的作为微生物的碳源被利用；有的是成为形成酱色的重要成分；有的残留在酱油中，给酱油以甜味，增加粘稠度。第十章微生物的食品应用酱油中含有多种高级脂肪酸，其中最重要的有乳酸、醋酸、玻珀酸、葡萄糖酸等。乳酸是由乳酸菌利用葡萄糖进行发酵而来。乳酸菌还可利用五碳糖（阿拉伯糖和木糖）发酵生成乳酸和醋酸。琥珀酸或经TCA循环或经谷氨酸氧化产生；某些醋酸菌能将葡萄糖氧化成葡萄糖酸；酱油中其它的甲酸等是经相应的醛类氧化而来。这些有机酸是酱油的重要呈味物质，又是酱油香气的重要组分。酵母菌的酒清发酵生成的乙醇，由氨基酸脱氨、脱羧后形成的少一个碳原子的高级醇，构成了酯类的前体物质。由发酵过程中产生的酯类以及由化学反应形成的酯类，构成了酱油香气成分的主体。香气的成分非常复杂，据目前分析，有276种成分。第十章微生物的食品应用关于酱油色素的形成，目前一般认为有2个途径：第一个途径是经过美拉德反应（mai-llardreaction）。它是氨基化合物和羰基化合物之间的氨基-羰基反应。分为初始、中间和终了三个阶段，最终形成褐色物质——类黑色素，这是最主要的生成途径：第二个途径是经过酶褐变反应，由曲生成的多酚氧化酶将蛋白质的水解产物酪氨酸氧化成黑色素。关于酱油的五味，一般认为：鲜味来源于氨基酸和核酸类物质的钠盐；甜味主要来源于糖类、某些氨基酸（甘氨酸等）、醇类（如甘油等）；酸味来源于有机酸；苦味来源于某些氨基酸（如酪氨酸等）、乙醛等；咸味主要来源于食盐。第十章微生物的食品应用1、曲霉污染有些原料本身发霉，或在发酵过程中污染了某些曲霉菌；其中有些曲霉能产生黄曲霉毒素；有些生产菌种也能产生黄曲霉毒素。2、细菌污染酱油中卫生指标规定，细菌数每ml不超过5万个。其中大肠杆菌最近似值，100ml不得超过30个。不得检出致病菌。如果超过标准，则表示发生污染。这种污染主要来源于种曲、容器等，也可能与污染粪便有关。四影响酱油质量的微生物第十章微生物的食品应用酱油生“花”是污染耐盐性产膜酵母所致。例如盐生接合酵母（Zygosaccharonycesalsus）、日本接合酵母（Z.jqponicus）、粉状毕赤氏酵母（Pichiafarinosa）、球拟酵母属（Torulopsis）和醭酵母属（Mycoderma）中的某些种等。酱油生“花”是由于浓度过稀、成熟不完全、含糖过多、食盐不足、杀菌不彻底或容器不清洁所引起。酱油生霉后，质量下降，成分变坏，糖分和全氮减少，香气消失，鲜味减弱，并产