霉菌及其在发酵产品中的应用

霉菌及其在发酵产品中的应用齐鲁工业大学生物工程学院侯运华博士主要内容•（一）霉菌制曲•（二）生产酱类产品•（三）腐乳•（四）豆豉•（五）柠檬酸•（六）苹果酸霉菌在食品工业中用途十分广泛，许多酿造发酵食品、食品原料的制造，都是在霉菌的参与下生产出来的。绝大多数霉菌能把加工所用原料中的淀粉、糖类等碳水化合物、蛋白质等含氮化合物及其他种类的化合物进行转化，制造出多种多样的食品、调味品及食品添加剂。不过，在许多食品制造中，除了利用霉菌以外，还要由细菌、酵母的共同作用下来完成。在食品酿造业中，常常以淀粉质为主要原料，只有将淀粉转化为糖才能被酵母菌及细菌利用。（一）制曲淀粉的糖化、蛋白质的水解均是通过霉菌产生的淀粉酶和蛋白质水解酶进行的。通常情况是先进行霉菌培养制曲。淀粉、蛋白质原料经过蒸煮糊化加入种曲，在一定温度下培养，曲中由霉菌产生的各种酶将淀粉、蛋白质分解成糖、氨基酸等水解产物。利用霉菌生产淀粉酶、糖化酶的常用菌种：根霉属中常用的有日本根霉、米根霉、华根霉等；曲霉菌属中常用的有黑曲霉、宇佐美曲霉、米曲霉、泡盛曲霉等；毛霉属中常用的有鲁氏毛霉；还有红曲属中的一些种也是较好的糖化剂，如紫红曲霉、安氏红曲霉等；（二）生产酱类产品酱类包括大豆酱、蚕豆酱、面酱、豆瓣酱、豆豉及其加工制品，都是由一些粮食和油料作物为主要原料，利用以米曲霉为主微生物经发酵酿造制成的。用于酱类生产的霉菌主要是米曲霉，生产上常用的有沪酿3.042、黄曲霉Cr-1菌株、黑曲霉等。所用的曲霉具有较强的蛋白酶、淀粉酶及纤维素酶的活力，它们把原料中的蛋白质分解为氨基酸，淀粉变为糖类，在其他微生物的共同作用下生成醇、酸、酯等，形成酱类特有的风味。酱油是以蛋白质和淀粉质原料为主料，利用曲霉及其他微生物的共同发酵微生物发酵酿造而成的具有特殊色、香、味、体齐备，具有酸、甜、苦、咸、鲜五味调和的一种液体调味品。酱油生产中常用的霉菌有米曲霉、黄曲霉和黑曲霉等，应用于酱油生产的曲霉菌株应符合如下条件：不产黄曲霉毒素；蛋白酶、淀粉酶活力高，有谷氨酰胺酶活力；生长速度快、培养条件粗放、抗杂菌能力强；不产生异味，制曲酿造的酱制品风味好；酱油生产霉菌：酱油生产上常用的米曲霉菌株有：AS3.951；UE328、UE336；AS3.863；渝3.811等。生产中常常是由两菌种以上复合使用，以提高原料蛋白质及碳水化合物的利用率，提高成品中还原糖、氨基酸、色素以及香味物质的水平。除曲霉外，还有酵母菌、乳酸菌参与发酵，它们对酱油香味的形成也起着十分重要的作用。（1）米曲霉（Aspergillusoryzae)蛋白酶、α-淀粉酶、糖化酶及谷氨酰胺酶这四种酶与酱油的质量及原料的利用率关系密切，还含有纤维素酶及半纤维素酶。米曲霉生长的最适温度是32～35℃，适宜pH为6.5～6.8，曲含水48%-50%，好氧微生物。（2）酱油曲霉（Aspergillussojae)日本学者坂口在20世纪30年代从酱油中分离出来的，其分生孢子表面有小突起，多聚半乳糖醛酸酶活性较高。（3）黑曲霉（Aspergillusniger)含有较高的酸性蛋白酶，可弥补以上两种霉菌的蛋白酶的不足酱油发酵过程中的微生物变化（1）曲霉提供酶类，入池后很快自溶。（2）酵母菌合成酒精，产香；鲁氏酵母的自溶可促进球拟酵母的生长。（3）细菌前期足球菌多，后期四链球菌多；与酵母有协同发酵作用。1）种曲制造纯种的扩大培养米曲霉AS3.951，AS3.863试管斜面→三角瓶培养→接种→曲料发白结饼→摇瓶一次→至全部长满黄绿色孢子原料混合→蒸料→过筛、摊冷→接种→装盒→第一次翻曲→第二次翻曲→揭纱布或草帘→种曲酱油酿制的工艺过程固体曲使用广泛，制曲方法有厚层通风制曲、曲盘制曲、圆盘式机械制曲等。以豆粕和麸皮为原料的厚层通风制曲工艺流程：种曲豆粕、麸皮→混合→润水→蒸料→冷却→接种→入池培养→第一次翻曲→第二次翻曲→成曲2）制曲工艺3）发酵酱醪：成曲拌入大量盐水，成为浓稠的半流动状态。酱醅：成曲拌入少量盐水，成为不流动状态。将酱醪或酱醅装入发酵容器中，利用曲中酶和微生物作用，将其中原料分解、转化、形成酱油独有的色、香、味、体成分。工艺流程：成曲→粉碎→制醅→保温发酵→成熟酱醅•发酵室•发酵池（三）腐乳的酿制1.腐乳发酵微生物及其作用（1）毛霉菌☆（2）根霉菌☆（3）曲霉☆（4）青霉☆（5）酵母菌☆特点：自然培养、混菌发酵，毛霉为主腐乳酿造选择优良菌种的条件不产生毒素，菌丝壁细软，棉絮状，色白或淡黄；生长繁殖快速，且抗杂菌力强；生产的温度范围大，不受季节限制；有蛋白酶、脂肪酶、肽酶及有益于腐乳质量的酶系；使产品质地细腻柔糯，气味正常良好腐乳生产工艺腌制腐乳↓豆腐坯→煮沸→腌坯→装坛→后发酵→成品霉菌型腐乳↓↓豆腐坯→接种→主发酵→搓毛→盐坯→装坛→后发酵→成品细菌型腐乳↓↓豆腐坯→上蒸→盐腌→切洗→接种→前发酵→烘干→装坛→后发酵→成品食盐毛霉或根霉各种辅料小球菌各种辅料（四）豆豉•柠檬酸分子式为C6H8O7，外观为白色颗粒状或白色结晶粉末，无臭，具有令人愉快的强烈的酸味，相对密度为1.6550。•柠檬酸易溶于水、酒精，不溶于醚、酯、氯仿等有机溶剂。商品柠檬酸主要是无水柠檬酸和一水柠檬酸。它天然存在于果实中，其中以柑橘、菠萝、柠檬、无花果等含量较高。•柠檬酸是生物体主要代谢产物之一。早期的柠檬酸生产是以柠檬、柑橘等天然果实为原料加工而成的。柠檬酸（五）柠檬酸的生产1、柠檬酸在食品中的应用（1）饮料与冰激凌柠檬酸广泛用于配制各种水果型的饮料以及软饮料。（2）果酱与酿造酒柠檬酸在果酱与果冻中同样可以增进风味，并使产品抗氧化作用。（3）腌制品各种肉类和蔬菜在腌制加工时，加入或涂上柠檬酸可以改善风味，除腥去臭，抗氧化。（4）罐头制品加入柠檬酸除了调酸作用之外，还有螯合金属离子的作用，保护其中的抗坏血酸，使之不被金属离子破坏。（5）豆制品及调味品用含有柠檬酸的水浸渍大豆，可以脱腥并便于后续加工。（6）其他柠檬酸在医药、化学等其他工业中也有一定的作用。2、柠檬酸发酵菌种（1）黑曲霉的形态特征在固体培养基上，菌落由白色逐渐变至棕色。孢子区域为黑色，菌落呈绒毛状，边缘不整齐。菌丝有隔膜和分支。是多细胞的菌丝体，无色或有色，有足细胞，顶囊生成1层或2层小梗，小梗顶端产生一串串分生孢子。（2）柠檬酸发酵机制关于柠檬酸发酵的机制虽有多种理论，但目前大多数学者认为它与三羧酸循环有密切的关系。糖经糖酵解途径（EMP途径），形成丙酮酸，丙酮酸羧化形成C4化合物，丙酮酸脱羧形成C2化合物，两者缩合形成柠檬酸。（3）柠檬酸发酵用原料柠檬酸发酵的原料有糖质原料、淀粉质原料和正烷烃类原料3大类。L-苹果酸广泛存在于生物中，是生物体三羧酸循环的成员。苹果酸广泛应用于食品领域。因为苹果酸具有比柠檬酸柔和的酸味，滞留时间长和口味更好的优点，所以作为食品酸味剂更为理想。许多微生物都能产生苹果酸。工业生产目前仅限于少数几种：用于一步发酵法的黄曲霉、米曲霉、寄生曲霉；用于两步发酵法的华根霉、无根根霉、短乳杆菌、膜睽毕赤酵母；用于酶转化法的短乳杆菌、大肠杆菌、产氨短杆菌、黄色短杆菌。（六）苹果酸以糖类为发酵原料，用霉菌直接发酵生产L-苹果酸的方法称为一步发酵法。一步发酵法采用黄曲霉A-114生产苹果酸。两步发酵法是以糖类为原料，先由根霉菌发酵生成延胡索酸和苹果酸的混合物，然后接入酵母或细菌，将混合物中的延胡索酸转化为苹果酸。根霉黄曲霉1）一步法发酵•种子培养基组成(%)•葡萄糖3%，豆饼粉1%，FeSO40.05%，K2HPO40.02%，NaCl0.001%，MgSO40.01%，CaCO36%(单独灭菌)。•种子培养•将黄曲霉孢子用无菌水洗下并移接到装有100ml种子培养基的500m1三角瓶中，在33℃下静置培养2~4d，待长出大量孢子后，将其转入到种子罐扩大培养，接种量为5%。培养温度33~34℃，通风量0.15~0.3m3/m3.min，培养时间18~20h。•发酵培养基•葡萄糖7%~8%，其余成分的组成及用量与种子罐培养基相同。从发酵醪液中提取苹果酸工艺流程发酵液→酸解→过滤→滤液→中和→过滤→沉淀→酸解→过滤→滤液→精制→浓缩→结品→干燥→成品2）两步法发酵1)富马酸发酵①菌种两步发酵法以华根霉6508为菌种生产苹果酸。②斜面培养华根霉6508于葡萄糖马铃薯汁琼脂斜面上，30℃培养7d，易于长出大量孢子。③摇瓶发酵a培养基组成(%)C6H12O610，(NH4)2SO40.5，K2HPO40.1，聚乙二醇10，MgSO40.05，FeCl30.002，CaCO35(单独灭菌)。b富马酸发酵在500ml三角瓶中装入50ml培养基，灭菌，冷却。接种华根霉孢子，置往复式摇床上，于30℃下培养4~5d，发酵得到含富马酸和苹果酸的混合液c提取从混杂富马酸发酵醪液中提取苹果酸发酵醪液→浓缩→析出富马酸结晶→过滤→滤液→浓缩→析出富马酸结晶→过滤→滤液→冷却，加晶种→苹果酸结晶→干燥→成品