11-微生物与食品

第十一章微生物与食品第一节微生物与食品生产1.食用菌2.螺旋藻3.单细胞蛋白一、微生物菌体的利用二、微生物代谢产物的利用1.食醋食醋是中国劳动人民在长期的生产实践中制造出来的一种酸性调味品。它能增进食欲，帮助消化，在人们饮食生活中不可缺少。在中国的中医药学中醋也有一定的用途。全国各地生产的食醋品种较多。著名的山西陈醋、镇江香醋、四川麸醋、东北白醋、江浙玫瑰米醋、福建红曲醋等是食醋的代表品种。二、微生物代谢产物的利用1.1醋酸细菌（1）形态特征醋酸细菌两端钝园和杆状，单生或呈链排列，无芽孢，属革兰氏阴性菌。周生鞭毛或极生鞭毛。在高温或高盐浓度或营养不足等培养条件下，菌体会伸长，变成线形、棒形或管状膨大等。（2）生理生化特性醋酸菌为化能异养型，合适的碳源是葡萄糖、果糖、蔗糖和麦芽糖，不能直接利用淀粉等多糖。二、微生物代谢产物的利用1.2酿醋工业常用和常见的醋酸菌（1）许氏醋酸杆菌（2）恶臭醋酸杆菌（3）攀膜醋酸杆菌（4）奥尔兰醋酸杆菌（5）AS1.41醋酸菌（6）胶膜醋酸杆菌（7）沪酿1.01醋酸菌二、微生物代谢产物的利用1.3中国传统食醋生产的工艺碎米→浸泡→磨浆→调浆→液化→糖化→酒精发酵→酒醪→醋酸发酵→醋醪→压滤→配兑→灭菌→陈醋→成品麸曲酒母醋酸菌↓↓↓二、微生物代谢产物的利用1.4食醋酿造用微生物类群及其作用传统工艺制醋是利用自然界中的野生菌制曲、发酵。新法酿醋，均采用人工选育的菌种，进行制曲、酒精发酵和醋酸发酵。（1）曲霉菌曲霉菌有丰富的淀粉酶、糖化酶等酶系。因此，常用曲霉菌制糖化曲。（3）醋酸菌醋酸菌可将酵母菌产生的酒精进一步氧化成醋酸，是食醋生产的关键菌种。（2）酵母菌淀粉质原料经曲的糖化作用产生葡萄糖，酵母菌则通过其酒化酶系将葡萄糖转化为酒精和二氧化碳，完成酿醋过程中的酒精发酵阶段。二、微生物代谢产物的利用2.酒类2.1蒸馏酒蒸馏酒是用高梁、小麦、玉米、薯类等淀粉质原料经蒸煮、糖化、发酵和蒸馏而制成。中国蒸馏白酒酿造历史悠久，技术精湛，种类繁多，风格独特。如享有国内外的茅台酒、汾酒、五粮液白酒等。根据发酵剂与工艺的不同，一般按曲种可将蒸馏酒分为大曲酒、小曲酒和麸曲白酒。二、微生物代谢产物的利用2.2啤酒啤酒是以麦芽为主要原料的酿造酒，是各种酒类中酒精含量最低的饮料酒，人们在适量的饮用时，对人体的毒害相对较小，加之营养丰富，深受消费者喜爱。啤酒的生产历史悠久，大约起源于9000年前的中东和古埃及地区，后跨越地中海，传入欧州，美州及亚州等地。啤酒是世界性饮料，除伊斯兰国家因宗教原因不生产和饮酒外，几乎遍及世界各国，也是世界上产量最大的饮料酒。微生物在食品工业中的应用啤酒工艺啤酒酿造工艺是大麦、水为主要原料，以大米或其他未发芽谷物、啤酒花为辅助原料。大麦经过发芽产生多种水解酶类将淀粉及蛋白质等大分子物质分解为可溶性糖、糊精以及氨基酸等制成麦芽汁，麦芽汁通过酵母菌作用生产酒精和二氧化碳以及多种营养物质，还有未发酵的糖、蛋白质和芳香物质，如酒花、杂醇油等。二、微生物代谢产物的利用3.乳制品3.1乳制品中的乳酸细菌类群乳酸细菌是一类能使可发酵性碳水化合物转化成乳酸的细菌的统称。它并非是微生物分类学上的名词，只是由于这类细菌在自然界分布广泛，在工业、农业和医药等与人类生活密切相关的重要领域应用价值高，且有些种、属的细菌对人的健康带来益处，也有些对人畜致病，而受到人们的极大重视。微生物在食品工业中的应用3.2乳酸菌与发酵乳制品发酵乳制品是一综合性的名称，包括酸奶，酸奶酒、酸奶油及干酪等。目前根据发酵乳制品的生产过程、发酵剂的种类、产品的特征及其他特性的不同大致将发酵乳制品分为四大类：发酵乳、干酪、酸乳菌制剂和酸乳粉。其中发酵乳和干酪生产量最大。有些发酵乳制品如干酪、酸奶油等，除乳酸菌细菌外、酵母菌、霉菌也参与发酵。这些微生物不仅会引起产品外观和理化特性的改善，而且可以丰富发酵产品的风味。微生物在食品工业中的应用4.酱油酱油是一种常用的咸味调味品，它是以蛋白质原料和淀粉质原料为主的经微生物发酵酿制而成。酱油中含有多种调味成分，有酱油的特殊的香味、食盐的咸味、氮基酸钠盐的鲜味、糖及其醇甜物质的甜味、有机酸的酸味等，还有天然的红褐色色素。微生物在食品工业中的应用4.1酱油酿造中的微生物酱油酿造是半开放式的生产过程，环境和原料中的微生物都可以参与到酱油的酿造中来。但在酱油的特定的工艺条件下，只有人工接种或适合酱油生态环境的微生物才能生长繁殖，并发挥其作用。主要有米曲霉、酵母菌、乳酸菌和其他细菌。（1）米曲霉能分泌复杂的酶系，可分泌胞外酶如（蛋白酶、α-淀粉酶、糖化酶、谷氨酰酶、果胶酶、纤维素酶等）和胞内酶（如氧化还原酶等）。这些酶类和酱油品质和原料利用率关系最密切的是蛋白酶、淀粉酶和谷氨酰胺酶。微生物在食品工业中的应用（2）乳酸菌酱油乳酸菌也是生长在酱醅这一特定环境中的耐盐乳酸菌，其代表菌有嗜盐片球菌、酱油微球菌等。（3）其他微生物在酱油酿造中除上述优势微生物外，从酱油曲和酱醅中还分离出他一些微生物的存在。如毛霉、青霉、产膜酵母、枯草芽孢杆菌、小球菌等。当制曲条件控制不当或种曲质量差时，这些菌会过量生长，不仅消耗曲料的营养成分，原料利用率下降，而且使成曲酶活力降低，产生异臭，造成酱油浑浊，风味不好。微生物在食品工业中的应用固态低盐发酵法工艺流程：原料混合→润料→蒸料→冷却→接种曲→深层通风培养→成曲→粉碎↓成熟酱←酱醅保温发酵←入发酵容器←拌和制醅↑稀盐水糖↑糖浆↑盐水4.2酱油生产工艺微生物在食品工业中的应用5.豆腐乳豆腐乳是中国传统的发酵调味品之一，腐乳在世界发酵食品中独树一帜，西方人称之为“东方的植物奶酪”。腐乳是以大豆为原料，将大豆洗净、浸泡、磨浆、煮沸、加入适量凝固剂，除去水分制成豆腐，将豆腐切成小方块，接种微生物进行发酵，然后经过腌制，配料装坛后发酵即成。微生物在食品工业中的应用5.1酿造腐乳微生物目前的豆腐乳生产大多采用纯菌种接在豆腐坯上，然后置于敞口的自然条件下培养。在培养过程中不可避免地有外界微生物的入侵，而且发酵的配料可能带入其他菌类，因而豆腐乳的发酵过程中的微生物种类十分复杂。中国酿造的微生物大多为丝状真菌，如毛霉属、根霉属等，其中以毛霉菌酿造的腐乳占多数。微生物在食品工业中的应用5.2毛霉型腐乳工艺流程：选料→浸泡→磨浆→甩浆→煮浆→点浆→压榨→豆腐坯→接种→培养→搓毛→腌坯↓↓豆渣成品←后发酵←装坛↑配料三、微生物酶的利用酶是一种生物催化剂，具有催化效率高、反应条件温和和专一性强等特点，已经日益受到人们的重视，应用也越来越广泛。生物界中已发现有多种微生物酶，目前国际出售的酶制剂商品有100多种，而中国生产中广泛应用的仅有淀粉酶、蛋白酶、果胶酶、脂肪酶、纤维素酶、葡萄糖异构酶、葡萄糖氧化酶等十几种。3.1主要酶制剂及产酶微生物3.1.1淀粉酶按照水解淀粉方式不同可将淀粉酶分为：α-淀粉酶、β-淀粉酶、糖化酶和葡萄糖异构酶。（1）α-淀粉酶（α-Amylase）也称液化淀粉酶它作用于淀粉时可从淀粉分子内部切开α-1,4糖苷键生成糊精和还原糖。但不能分解α-1,6糖苷键，因产物的末端葡萄残基C1碳原子为α-构形故称。不同的微生物种类产生的α-淀粉酶的性质也不同。（2）β-淀粉酶（β-Amylase）早年是从麦芽、大麦、甘薯和大豆等高等植物中提取，近些年来发现不少的微生物能产β-淀粉酶，且其对淀粉的作用与高等植物的β-淀粉酶是相同的，而在耐热性等方面优于高等植物β-淀粉酶，更适合于工业化应用。β-淀粉酶由淀粉的非还原端开始作用，逐次分解直链淀粉为麦芽糖，但分枝部分及内侧部分则不被分解而列残留下来，即β-极限糊精。生成的麦芽糖在光学上属于β-型。（3）糖化酶(Glucoamylase)也称葡萄糖苷酶其作用方式与β-淀粉酶相似，也由淀粉非还原端开始，逐次分解淀粉为葡萄糖，它也能水解α-1,6糖苷键，所以水解产物除葡萄糖外，还有异麦芽糖，这点β-淀粉酶不同。（4）葡萄糖异构酶（Isoamylase）催化葡萄糖异构化成果糖。（5）支链淀粉酶分解支链淀粉α-1,6糖苷键，生成直链淀粉。3.1.2果胶酶(Pectinases)果胶酶是指能分解果胶质的多种酶的总称，不同来源的果胶酶期特点也不同。根据不同的微生物来源将果胶酶分为：聚半乳糖醛酸酶（polygalacturonase,PG）、聚半乳糖醛酸裂解酶(polygaalcturomatelyase,PGL)、聚甲基半乳糖醛酸裂和果胶酯酶（pectinesterasesenzyme,PE）。能够产生果胶酶的微生物很多，但在工业生产中采用真菌，大多数菌种生产的果胶酶都是复合酶，也有微生物却能产生单一果胶酶，如斋藤曲酶，主要产生PG，而镰刀霉主要生产原果胶酶。3.1.3纤维素酶（cellulases）纤维素酶是降解纤维素生成葡萄糖的一类酶的总称。纤维素酶可分为酸性纤维素酶和碱性纤维素酶。产生纤维素酶的微生物有很多，如真菌、放线菌和细菌等，但作用机理不同。大多数的细菌纤维素酶在细胞内形成紧密的酶复合物，而真菌纤维素酶均可分泌到细胞外。3.1.4蛋白酶（proteases）蛋白酶是水解蛋白肽键的一类酶的总称。按其降解多肽的方式分为：内肽酶和端肽酶。内肽酶可将大分子质量的多肽链从中间切断，形成小分子质量的朊或胨，端肽酶可分为羧肽酶和氨肽酶，它们分别从多肽的游离羧基末端或游离氨基末端将肽水解，生成氨基酸。在微生物的生命活动中，内肽酶的作用是降解大的蛋白质分子，使蛋白便于进入细胞内。属于胞外酶。端肽酶常存在于细胞内，胞内酶。目前工业常用的蛋白酶是胞外酶。按产生菌的最适pH为标准，将蛋白酶分为中性蛋白酶、碱性蛋白酶和酸性蛋白酶。3.1.5其他微生物酶类由酵母菌、霉菌产生的脂肪酶；霉菌产生的半纤维素酶、葡萄糖氧化酶、蔗糖酶、橙皮苷酶、柚柑酶；由细菌、放线菌产生的葡萄糖异构酶等。一种酶可以有多种微生物产生，而一种微生物也可以产生多种酶。因此可经根据不同条件利用微生物来生产酶制剂。3.2微生物酶制剂在食品工业中的应用3.2.1酶制剂在食品保鲜中应用酶法保鲜技术是利用生物酶的高效催化作用，防止或消除外界因素对食品的不良影响，从而保持食品原有的优良品质和特性的技术。由于酶具有专一性强、催化效率高、作用条件温和等特点，可广泛地应用于各种食品的保鲜，有效地防止外界因素，特别是氧气、微生物对食品所造成的不良影响。（1）葡萄糖氧化酶（glucoseoxidase）是一种氧化还原酶，将蛋类制品中的的少量葡萄糖除去，而有效地防止蛋制品的褐变，提高产品的质量；容易发生氧化作用的花生、奶粉、面制品、冰淇淋、油炸食品等富含油脂的食品；易发生褐变的马铃薯、苹果、梨、果酱类食品中，利用葡萄糖氧化酶这种理想的除氧保鲜剂，可以有效地防止氧化的发生。（2）溶菌酶（lysozyme）是一种催化细菌细胞壁中的肽多糖水解的水解酶，用溶菌酶处理食品，可以有效地防止和消除细菌对食品的污染，起到防腐保鲜作用，如干酪、水产品、低浓度酿造酒、乳制品等其他食品的保鲜。3.2.2酶制剂在淀粉类食品生产中的应用目前以淀粉为原料生产味精、啤酒、面包酵母、淀粉糖、酒精等企业广泛应用淀粉酶进行淀粉糖化和液化。（1）在酒精生产过程中酶法液化代替高压蒸煮酒精生产过去是多采用高压蒸煮淀粉原料（液化）；经糖化后进行酒精发酵。酶法液化是利用α-淀粉酶液化淀粉质原料，从而取代高压蒸煮工艺。（2）双酶水解淀粉质粗原料发酵谷氨酸谷氨酸发酵过去多采用酸水解淀粉为葡萄糖，这工艺不仅要消耗大量的盐酸，而且浪费粮食大约损失淀粉约30%。用酶法水解淀粉，即淀粉粗质原料先经α-淀粉酶液化，再经糖化酶糖化，糖液压滤进行离子交换除杂质后，接入菌种进行谷氨酸发酵。不仅提高原料利用率，而且节约粮食，成本降低，目前此工艺在国内广泛应用。（3）啤酒酿造生产啤酒的原料，先采用α-淀粉酶液化，再以麦芽糖化，不但可提高原料中的淀粉的利用率，缩短糖化时间，而且可以利用增加辅助原料的用量，节约麦芽用量。（4）高麦芽糖浆制备目前的生产高麦芽糖浆是采用β-淀粉酶和支链淀粉酶的共同作用，使淀粉更多