第八章微生物与发酵食品

第八章 微生物与发酵食品 第一节 细菌在食品制造中的应用 一、食醋 食醋是我国人民日常生活中主要调味品之一，也是我国利用微生物生产的一个古老的产品。 （一）、菌种 食醋是细菌的发酵产品，常利用醋酸杆菌进行好氧发酵而生产。如以淀粉为原料，还需霉菌和酵母菌的参与；如以糖类物质为原料，需加入酵母菌；只有以乙醇类物质为原料，单纯利用醋酸杆菌就可完成酿醋作用。 1、曲霉菌 酿醋先酿酒，曲霉菌的作用是将淀粉水解为葡萄糖，为酒精发酵提高条件。常用的菌种是黑曲霉(Aspergillus niger)，宇佐美曲霉(A.usamii)等。现常用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。米曲霉常用菌株有沪酿3.040,沪酿3.042(AS3.951),AS3.863等。黄曲霉菌株有AS3.800、AS3.384等。 2、酵母菌 酵母菌通过其酒化酶系统把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。其菌种主要是酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)。 3、醋酸菌 醋酸菌具有氧化酒精生成醋酸的能力。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30oC左右，最适pH值为5.4-6.3。 目前国内外用于生产的食醋菌种有：奥尔兰醋酸杆菌(Acetobacter orleanwnse)、许氏醋酸杆菌(A.schutzenbachu)、弯曲杆菌(A.curvum)、产醋醋杆菌(A.acetigenum)、醋化醋杆菌(A.aceti)、恶臭醋杆菌(A.ranlens)等。我国目前使用人工纯培养的醋酸菌种，主要有中微所培育出的恶臭醋杆菌的混浊变种(AS1.41)、上海酿造所和上海醋厂从丹东速酿醋中分离而得的巴氏醋杆菌(A.pasteurianus)巴氏亚种（沪酿1.01号）。 （二）、发酵机理 (C6H12O6)N+nH2O nC6H12O6 C6H12O6+2ADP+2Pi 2CH3CH2OH+CO2+2ATP CH3CH2OH+NAD CH3CHO+NADH2

CH3CHO+NAD+H2O CH3OOH+NADH2

食醋在发酵过程中，通过美拉德反应和酶促褐变反应生成色素。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，赋予特殊的香气。脂类以乙酸乙酯为主。醋酸是形成酸味的主体酸，甜味来自糖分。鲜味来自蛋白质的水解产物氨基酸和菌体自溶核酸的降解产物核苷酸。 （三）、工艺流程 食醋的酿造方法通常分为固态发酵和液态发酵两大类。我国传统的酿造法多采用固体发酵，该法生产的醋风味较好，但需要辅料多，发酵周期长，原料利用率低，劳动强度大。 一般工艺流程为：原料混合，加水拌匀，烝煮，冷凉和加麸皮和酵母，糖化、发酵，拌糠接入醋酸菌，醋酸发酵，加盐陈酿，淋醋，陈醋，配兑，灭菌，包装，成品。 可用于食醋生产的原料很多，有糖蜜、高粱、大米、玉米、甘薯、糖糟、梨、柿等干果以及野生含糖和含淀粉的果实等。一般著名的醋仍以糯米、大米、高粱等粮食作物为原料。 我国食醋名优产品如山西陈醋 、镇江陈醋、江浙玫瑰醋、四川麸醋÷福建红曲醋、东北白醋等。 二、乳酸发酵制品 （一）乳酸菌及其有关属 按生化性状分类法：乳杆菌属、链球菌属、明串珠菌属、双歧杆菌属和片球菌属。 1、乳杆菌属 形态多样，长、细长、弯曲及短杆、棒形球杆状，一般形成链，通常不运动，无芽胞，G=。 微嗜氧，营养要求复杂，需要氨基酸、肽、核酸衍生物、盐类、脂肪酸、可发酵的碳水化合物。 生长温度范围2-53oC，最适生长温度30-40oC，耐酸H5.5-6.2。不能还原硝酸盐，H2O2酶反应阴性，细胞色素阴性。G+C范围32%-53%。 德氏乳杆菌、保加利亚乳杆菌、瑞士乳杆菌、嗜酸乳杆菌等。 目前将乳杆菌分为三个亚属：专性同型发酵群、兼性异性发酵群和专性异型发酵群。 2、链球菌属 通常排列成对或链，无芽孢，G=，发酵碳水化合物主要是乳酸，代谢过程中不能利用氧，但可在氧环境中生长，是一种耐氧的厌氧菌，H2O2酶反应阴性。 该菌属有些是人和动物的病原菌，如牛乳房炎的无乳链球菌；引起咽喉炎的溶血链球菌；食品发酵工业上应用的有乳酸链球菌、乳酪链球菌、嗜热乳链球菌等。 3、明串珠菌属 细胞球形，通常呈豆状，G=，不运动，无芽胞，兼性厌氧，菌落通常小于Φ1㎝，光滑、圆形，灰白色。培养液生长物混浊均匀，但形成长链的菌株趋向于沉淀。 生长温度范围5-30oC，最适20-30oC。 需要复合生长因子、氨基酸以及烟酸、硫胺素、生物素、可发酵葡萄糖，产生D（-）乳酸，乙醇和CO2。 接触酶阴性，无细胞色素，不水解精氨酸，通常不酸化和凝固牛乳。不分解蛋白，不产生吲哚，不还原硝酸盐，不溶血。G+C为38-44%。 食品中常用的菌种有肠膜明串珠菌、及其乳脂亚种、酒明串珠菌等。 4、双歧杆菌属 双歧杆菌属细菌的细胞呈现多样形态，有短杆较规则形或纤细杆状带有尖细末端的细胞，有呈球形者，弯曲状的分支或分叉形，棍棒状或匙形。 单个或链状，V形，栅栏状排列，聚合成星状等。G=，不抗酸，不形成芽孢，不运动、厌氧，最适生长温度37-41oC，初始生长最适PH6.5-7.0。G+C含量为55-67%。 模式种为双歧双歧杆菌。应用在发酵乳制品有双歧双歧杆菌、婴儿双歧杆菌、青春双歧杆菌、长双歧杆菌和短双歧杆菌。 5、片球菌属 细胞圆球形，一般成对，单个罕见，G=，不运动，不形成芽孢，兼性厌氧。菌落大小可变，Φ1.2-2.5㎝，最适生长温度范围25-40oC，生长时需要有复合的生长因子和氨基酸，还需要烟酸、泛酸、生物素。接触酶阴性，无细胞色素，通常不酸化和凝固牛乳，不分解蛋白，不产生吲哚，不还原硝酸盐，不水解马尿酸钠。 （二）、乳酸发酵类型 葡萄糖进入细胞后的代谢情况依微生物的不同而不同。乳酸菌属于兼性厌氧菌和厌氧菌，它们只能通过发酵作用进行糖代谢，主要产物有乳酸、和一些其它还原性的产物。根据菌体内酶系统的差异，其代谢途径分三类，即同型发酵途径、异型发酵途径和双歧途径。 同型乳酸发酵是指发酵终产物90%以上为乳酸的乳酸发酵过程。 异型乳酸发酵是指终产物中除乳酸外，还有乙醇、二氧化碳等成分的乳酸发酵过程。 双歧途径是双歧杆菌的产能模式。在葡萄糖代谢中，2mol葡萄糖产生3mol乙酸，2.5mol乳酸和ATP。 （三）、泡菜 泡菜是一种独特而具有悠久历史的大众的乳酸发酵蔬菜制品,制作工艺可以追溯到2000多年前,乳酸发酵的“冷加工”方法对蔬菜和营养成分,色香味体的保持极为有利,产品既有良好的感官品质,又节约能源。具有设备简单,操作容易,成本低廉,原料丰富,食用方便等众多优点。千百年来,泡菜以其酸鲜纯正,脆嫩芳香,清爽可口,回味悠久,解腻开胃,促消化,增食欲的品位及功效吸引着国内外众多消费者。使泡菜这种食文化世代相传、源远流长、经久不衰。如今以成都泡菜为代表的中国泡菜与韩国泡菜、日本泡菜齐名,成为世界公认的健康发酵蔬菜制品。虽然三国泡菜生产工艺各有绝技,产品质量各具特色,但是无一不焕发出青春,以崭新的面貌继续造福于人类。 韩国泡菜具有千年以上的历史,但直到1950年前后,仍停留在家庭作坊的制作方式。自1974年出现第一家工厂化生产泡菜的企业以来,今日韩国泡菜几乎成为纯粹的工业产品。由于韩国泡菜的不断更新在国际上得到了认可。1997年在国际食品规格委员会会议上,将泡菜的国际标记定为韩国“泡菜”两字发音的“kimchi”。此外韩国清州大学于2000年增设了泡菜食品科学专业。 日本生产的日式泡菜源于韩国,后根据本国国情加以改进自成一家。自80年代后期开始盛行,除满足本国消费外也批量出口。产品从口味到制作工艺均与中国泡菜和韩国泡菜有明显区别。制作方式为:使用天然色素或酱油泡制,没有经过乳酸菌作用,属于低盐、低酸的非发酵型蔬菜制品，通常需冷链销售。 国内的泡菜产地主要在四川成都,成都泡菜以其独有的高品质闻名于世。目前成都地区的蔬菜年产量已达到300万吨。丰富的原料资源和自然优势造就了泡菜行业的崛起和兴旺。据不完全统计,仅成都及周边地区的泡菜生产企业就在千家以上。产品畅销祖国大江南北,甚至远销国外。但是也应当看到,在众多泡菜生产企业中除为数不多的具备工业化生产能力以外,其余均属零星、分散、小规模的作坊式生产。 在制作泡菜过程中，微生物类群的消长变化，可以分为三个阶段： 第一阶段为微酸阶段：乳酸菌利用蔬菜中的可溶性养分进行乳酸发酵，形成乳酸，抑制了其他微生物的活动，主要菌为链球菌和肠膜明串珠菌，另外常见的微生物类群还有假单胞菌、产气肠杆菌、阴沟肠杆菌、短小芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、多黏芽孢杆菌等。 第二阶段为酸化成熟阶段：腐败微生物的活动受到抑制后，更有利于乳酸菌的大量繁殖和乳酸发酵的继续进行使乳酸浓度愈来愈高，达到了酸化成熟阶段。参与发酵的优势微生物种类有肠膜明串珠菌、植物乳杆菌、短乳杆菌和发酵乳杆菌。 第三阶段为过酸阶段：当乳酸浓度继续增高，乳酸菌的活动受到抑制，此时泡菜和酸菜内的微生物活动几乎完全停止，因此蔬菜得以长时间保存不坏。这一期间的优势微生物主要是植物乳杆菌和短乳杆菌。 乳酸菌在发酵过程中，除了产乳酸外，还产生大量的乙醛、乙醇、二氧化碳、甘露醇、葡聚糖及其它风味物质。 （四）、发酵乳制品 新鲜的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。该制品具有良好的风味，较高的营养，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、菌种 乳酸细菌发酵糖类的类型可分为两种：同型乳酸发酵和异型乳酸发酵。同型发酵即一些乳酸菌在发酵过程中能使80%-90%的葡萄糖转化为乳酸，仅有很少量的其他产物，引起这种发酵的乳酸菌叫做同型乳酸菌。常用的菌种有干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)、保加利亚乳杆菌(L.bulgaricus)、乳链球菌(Streptococcus lactis)、嗜酸乳杆菌(Lactobacillus acidophilum)、胚芽乳杆菌(L.plantarum)、嗜热链球菌(Streptococcus thermophilus)、丁二酮链球菌(Strediacetilactis)等等。异型发酵即一些乳酸菌在发酵过程中，能使发酵液中50%的糖转化为乳酸，另外50%的糖转化为其他有机酸、醇、二氧化碳等，引起这种发酵的乳酸菌叫做异型乳酸菌。常用的菌种有嗜柠檬酸明串珠菌(Lcuconostoc citrovorum)和葡萄糖明串珠菌(L.dextranicum)等。 所有的乳酸菌通常是不运动的，不形成芽孢。兼性厌氧，罕见色素，营养要求复杂。在固体培养基上形成的菌落较小。它们对酸具有高度的耐性。 2、发酵乳制品种类 （1）、酸性奶油 酸性奶油就是把从合格鲜乳中分离出来的稀奶油，经过杀菌冷却，接种纯发