第7章在食品制造中的主要微生物及其应用

白城师范学院生物系高晨光1第11章在食品制造中的主要微生物及其应用1食品制造中的微生物及其应用微生物用于食品制造是人类利用微生物的最早、最重要的一个方面，在我国已有数千年的历史。在食品工业中，可利用微生物制造出许多食品，如乳酸饮料、味精及种类繁多的调味品等。下面选择几种用微生物生产的食品作简要介绍。1.1食醋食醋是一种酸性调味品。它能增进食欲，帮助消化，在人们饮食生活中不可缺少。食醋按加工方法可分为合成醋、酿造醋、再制醋三大类。其中产量最大且与我们关系最为密切的是酿造醋，它是用粮食等淀粉质为原料，经微生物制曲、糖化、酒精发酵、醋酸发酵等阶段酿制而成。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、醇和酯等营养成分及风味成分，具有独特的色、香、味。它不仅是调味佳品，长期食用对身体健康也十分有益。1.1.1生产原料目前酿醋生产用的主要原料有：薯类如甘薯、马铃薯等；粮谷类如玉米、大米等；粮食加工下脚料如碎米、麸皮、谷糠等；果蔬类如黑醋栗、葡萄、胡萝卜等；野生植物如橡子、菊芋等；其他如酸果酒、酸啤酒、糖蜜等。生产食醋除了上述主要原料外，还需要疏松材料如谷壳、玉米芯等，使发酵料通透性好，好氧微生物能良好生长。1.1.2酿造微生物传统工艺酿醋是利用自然界中的野生菌制曲、发酵，因此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，因而发酵周期短、原料利用率高。1）淀粉液化、糖化微生物淀粉液化、糖化微生物能够产生淀粉酶、糖化酶。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：白城师范学院生物系高晨光2甘薯曲霉AS3.324因适用于甘薯原料的糖化而得名，该菌生长适应性好、易培养、有强单宁酶活力，适合于甘薯及野生植物等酿醋；东酒一号它是AS3.758的变异株，培养时要求较高的湿度和较低的温度，上海地区应用此菌制醋较多；黑曲霉AS3.4309(UV-11)该菌糖化能力强、酶系纯，最适培养温度为32℃。制曲时，前期菌丝生长缓慢，当出现分生孢子时，菌丝迅速蔓延；宇佐美曲霉AS3.758是日本在数千种黑曲霉中选育出来的其糖化力极强、耐酸性较高的糖化型淀粉酶菌种。菌丝黑色至黑褐色。孢子成熟时呈黑褐色。能同化硝酸盐，其生酸能力很强。对制曲原料适宜性也比较强。此外还有米曲霉菌株：沪酿3.040、沪酿3.042(AS3.951)、AS3.863等。黄曲霉菌株：AS3.800，AS3.384等。2）酒精发酵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。北方地区常用1300酵母，上海香醋选用工农501黄酒酵母。K字酵母适用于以高梁、大米、甘薯等为原料而酿制普通食醋。AS2.109、AS2.399适用于淀粉质原料，而AS2.1189、AS2.1190适用于糖蜜原料。3）醋酸发酵微生物①醋酸菌的选择醋酸菌是醋酸发酵的主要菌种。醋酸菌具有氧化酒精生成醋酸的能力，革兰氏染色阴性，好氧，喜欢在含糖和酵母膏的培养基上生长。其生长最适温度为28~32℃，最适pH值为3.5~6.5。醋厂选用的醋酸菌的标准为：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。目前国内外在生产上常用的醋酸菌有：奥尔兰醋杆菌(A.orleanense)。生长最适温度为30℃。该菌能产生少量的酯，产酸能力较弱，但耐酸能力较强。许氏醋杆菌(A.schutzenbachii)，也是目前制醋工业较重要的菌种之一。在液体中生长的最适温度为25~27.5℃，固体培养的最适温度为28~30℃，最高生长温度37℃。该菌产酸高达11.5%。对醋酸没有氧化作用。白城师范学院生物系高晨光3恶臭醋杆菌(A.rancens)恶臭醋杆菌是我国酿醋常用菌株之一。该菌在液面处形成菌膜，并沿容器壁上升，菌膜下液体不浑浊。一般能产酸6~8%，有的菌株副产2%的葡萄糖酸，并能把醋酸进一步氧化成二氧化碳和水。AS1.41醋酸菌它属于恶臭醋酸杆菌，是我国酿醋常用菌株之一。该菌生长的适宜温度为28~30℃，生成醋酸的最适宜的温度为28~33℃，最适PH3.5~6.0，耐受酒精浓度为8%（体积分数）。最高产醋酸为7~9%，产葡萄糖酸力弱。能氧化分解醋酸为二氧化碳和水。沪酿1.01醋酸菌它是从丹东速酿醋中分离得到的，是我国食醋工厂常用的菌种之一。该菌由酒精生成醋酸的转化率平均高达93~95%。②醋酸菌的培养及保藏斜面试管培养基酒精(6%)100ml葡萄糖0.3g酵母膏1gCaCO31.5g琼脂2.5g；宜保藏在0~4℃冰箱内备用。由于培养基中已加入碳酸钙，以中和产生的酸，所以保藏时间长一些。1.1.3固态法食醋生产醋酸菌在充分供给氧的情况下生长繁殖，并把基质中的乙醇氧化为醋酸，总反应式为：C2H5OH+O2=CH3COOH+H2O1）醋酸菌种制备工艺流程斜面原种→斜面菌种(30~32℃，48h)→三角瓶液体菌种(一级种子30~32℃，振荡24h)→种子罐液体菌种(二级种子)→(30~32℃，通气培养22~24h)→醋酸菌种子2）工艺流程略。3）生产工艺①原料配比及处理甘薯或碎米、高粱等100kg，细谷糠80kg，麸皮120kg，水400kg，麸皮50kg，砻糠50kg，醋酸菌种子40kg，食盐3.75~7.5kg(夏多冬少)。将薯干或碎米等粉碎，加麸皮和细谷糠拌合，加水润料后以常压蒸煮1h或在0.15MPa压力下蒸煮40min，出锅冷却至30~40℃。②发酵白城师范学院生物系高晨光4原料冷却后，拌入麸曲和酒母，并适当补水，使醅料水分达60%~66%。入缸品温以24~28℃为宜，室温在25~28℃左右。入缸第二天后，品温升至38~40℃时，应进行第一次倒缸翻醅，然后盖严维持醅温30~34℃进行糖化和酒精发酵。入缸后5~7d酒精发酵基本结束，醅中可含酒精7%~8%，此时拌入砻糠和醋酸菌种子，同时倒缸翻醅，此后每天翻醅一次，温度维持37~39℃。约经12d醋酸发酵，醅温开始下降，醋酸含量达7.0%~7.5%时，醋酸发酵基本结束。此时应在醅料表面加食盐。一般每缸醋醅夏季加盐3kg，冬季加盐1.5kg。拌匀后再放两天，再经2d后醋醅成熟即可淋醋。③淋醋淋醋工艺采用三套循环法。先用二醋浸泡成熟醋醅20~24h，淋出来的是头醋，剩下的头渣用三醋浸泡，淋出来的是二醋，缸内的二渣再用清水浸泡，淋出三醋。如以头淋醋套头淋醋为老醋；二淋醋套二淋醋3次为双醋，较一般单淋醋质量为佳。④陈酿及熏醋陈酿是醋酸发酵后为改善食醋风味进行的储存、后熟过程。陈酿有两种方法，一种是醋醅陈酿，即将成熟醋醅压实盖严，封存数月后直接淋醋。或用此法贮存醋醅，待销售旺季淋醋出厂。另一种是醋液陈酿，即在醋醅成熟后就淋醋，然后将醋液贮入缸或罐中，封存1~2个月，可得到香味醇厚、色泽鲜艳的陈醋。有时为了提高产品质量，改善风味，则将部分醋醅用文火加热至70~80℃，24h后再淋醋，此过程称熏醋。⑤配兑和灭菌陈酿醋或新淋出的头醋都还是半成品，头醋进入澄清池沉淀，调整其浓度、成分、使其符合质量标准。除现销产品及高档醋外，一般要加入0.1%苯甲酸钠防腐剂后进行包装。陈醋或新淋的醋液应于85~90℃维持50min杀菌，但灭菌后应迅速降温后方可出厂。一般一级食醋的含酸量5.0%，二级食醋含酸量3.5%。1.1.4酶法液化通风回流制醋是利用自然通风和醋汁回流代替倒醅的制醋新工艺。本法的特点是：α-淀粉酶制剂将原料进行淀粉液化后再加麸曲糖化，提高了原料的利用率。白城师范学院生物系高晨光51.1.5液体深层发酵制醋液体深层发酵制醋是利用发酵罐通过液体深层发酵生产食醋的方法，通常是将淀粉质原料经液化、糖化后先制成酒醪或酒液，然后在发酵罐里完成醋酸发酵。液体深层发酵法制醋具有机械化程度高、操作卫生条件好、原料利用率高（可达65-70%）、生产周期短、产品的质量稳定等优点。缺点是醋的风味较差。醋酸液体深层发酵温度为32~35℃，通风量前期为1:0.13/min；中期为1:0.17/min；后期为1:0.13/min。罐压维持0.03MPa。连续进行搅拌。醋酸发酵周期为65~72h。经测定已无酒精，残糖极少，测定酸度不再增加说明醋酸发酵结束。液体深层发酵制醋也可采用半连续法，即当醋酸发酵成熟时，取出三分之一成熟醪，再加三分之一酒醪继续发酵，如此每20~22h重复一次。目前生产上多采用此法。1.2发酵乳制品发酵乳制品是指:原料乳经过杀菌作用接种特定的微生物进行发酵作用，产生具有特殊风味的食品，称为发酵乳制品。它们通常具有良好的风味、较高的营养价值、还具有一定的保健作用。并深受消费者的普遍欢迎。常用发酵乳制品有酸奶、奶酪、酸奶油、马奶酒等。发酵乳制品主要包括酸奶和奶酪两大类，生产菌种主要是乳酸菌。乳酸菌的种类较多，常用的有干酪乳杆菌(Lactobacilluscasei)、保加利亚乳杆菌(L.bulgaricus)、嗜酸乳杆菌(L.acidophilus)、植物乳杆菌(L.plantarum)、乳酸乳杆菌(L.Lactis)、乳酸乳球菌(Lactococcuslactis)、嗜热链球菌(Streptococcusthermophilus)等。目前，发酵乳制品的品种很多，如酸奶、饮料、干酪、乳酪等。现仅简要介绍一下双歧杆菌酸奶的生产工艺。双歧杆菌酸奶的生产有两种不同的工艺。一种是两歧双歧杆菌与嗜热链球菌、保加利亚乳杆菌等共同发酵的生产工艺，称共同发酵法。另一种是将两歧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，以生物法耗氧，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。白城师范学院生物系高晨光61.2.1共同发酵法生产工艺1）工艺流程共同发酵法双歧杆菌酸奶的生产工艺流程如下：略2）生产工艺1.2.2共生发酵法生产工艺1）工艺流程双歧杆菌、酵母共生发酵乳的生产工艺流程如下：略2）生产工艺1.3氨基酸发酵1.3.1概述氨基酸是组成蛋白质的基本成分，其中有8种氨基酸是人体不能合成但又必需的氨基酸，称为必需氨基酸，人体只有通过食物来获得。另外在食品工业中，氨基酸可作为调味料，如谷氨酸钠、肌苷酸钠、鸟苷酸钠可作为鲜味剂，色氨酸和甘氨酸可作为甜味剂，在食品中添加某些氨基酸可提高其营养价值等等。因此氨基酸的生产具有重要的意义。表7~1列出部分氨基酸生产所用的菌株。自从60年代以来，微生物直接用糖类发酵生产谷氨酸获得成功并投入工业化生产。我国成为世界上最大的味精生产大国。味精以成为调味品的重要成员之一，氨基酸的研究和生产得到了迅速发展。随着科学技术的进步，对传统的工艺不断地进行改革，但如何保持传统工艺生产的特有风味，从而使新工艺生产出的产品更具魅力，是今后研究的课题。1.4谷氨酸发酵1）谷氨酸生产菌谷氨酸棒杆菌、乳糖发酵短杆菌、黄色短杆菌。我国使用的生产菌株是北京棒杆菌AS1.299、北京棒杆菌D110、钝齿棒杆菌)AS1.542、棒杆菌S-914和黄色短杆菌T6~13等。2）生产原料发酵生产谷氨酸的原料有淀粉质原料：玉米、小麦、甘薯、大米等。其中甘薯和淀粉最为常用；糖蜜原料：甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜；氮源料：尿素或氨水。白城师范学院生物系高晨光73）工艺流程味精生产全过程可分五个部分：淀粉水解糖的制取；谷氨酸生产菌种子的扩大培养；谷氨酸发酵；谷氨酸的提取与分离；由谷氨酸制成味精。4）发酵生产工艺1.5黄原胶1.5.1概况黄原胶(XamthanGum)别名汉生胶，又称黄单胞多糖，天然食品添加剂，是国际上70年代发展起来的新型发酵产品。它是由甘兰黑腐病黄单胞细菌(Xanthomonascampestris)以碳水化合物为主要原料，经通风发酵、分离提纯后得到的一种微生物高分子酸性胞外杂多糖。其作为新型优良的天然食品添加剂用途越来越广泛。国际上，黄原胶开发及应用最早的是美国。美国于60年代初首先用微生物发酵法获得黄原胶。1964年，美国Merck公司在世界上首先实现了黄原胶的工业化生产。1979年世界黄原胶总产量为2000t，19