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1、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%

2、)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

3、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、糖化的微生物白城师范学院生物系 高晨光2很多，而适合于酿醋的主要是曲霉菌。常用的曲霉菌种有： 甘薯曲霉 AS 3.324 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 AS 3.758 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 AS 3.4309(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

4、出现分生孢子时，菌丝迅速蔓延；宇佐美曲霉 AS 3.758 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(AS 3.951)、AS 3.863 等。黄曲霉菌株：AS 3.800，AS 3.384 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、

5、甘薯等为原料而酿制普通食醋。AS 2.109、AS 2.399 适用于淀粉质原料，而 AS 2.1189、AS 2.1190 适用于糖蜜原料。 3） 醋酸发酵微生物 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 2832，最适 pH 值为 3.56.5。 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。

6、 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 2527.5，固体培养的最适温度为 2830，最高白城师范学院生物系 高晨光3生长温度 37。该菌产酸高达 11.5%。对醋酸没有氧化作用。 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 68%，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。 AS 1.41 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 2830，生成醋酸的最适宜的温度为 28

7、33，最适 PH3.56.0，耐受酒精浓度为 8%（体积分数） 。最高产醋酸为 79%，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 9395%。 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 1g CaCO3 1.5g 琼脂 2.5g； 宜保藏在 04 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：

8、C2H5OH+O2=CH3COOH+H2O 1） 醋酸菌种制备工艺流程 斜面原种斜面菌种(3032，48h)三角瓶液体菌种(一级种子 3032，振荡 24h)种子罐液体菌种(二级种子) (3032，通气培养 2224h)醋酸菌种子 2） 工艺流程 略。3） 生产工艺 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 3.757.5kg(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，出锅白城师范学院生物系

9、高晨光4冷却至 3040 。 发酵 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 2428为宜，室温在 2528左右。入缸第二天后，品温升至 3840时，应进行第一次倒缸翻醅，然后盖严维持醅温 3034进行糖化和酒精发酵。入缸后 57d 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 3739。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

10、。 淋醋 淋醋工艺采用三套循环法。先用二醋浸泡成熟醋醅 2024h，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。 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 12 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 7080，24h

11、 后再淋醋，此过程称熏醋。 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 8590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 白城师范学院生物系 高晨光5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：-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。 1.1.5 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

12、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 3235，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 6572h。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

13、发酵，如此每 2022h 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(Lactobacillus casei)、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

14、. Lactis)、乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)、嗜热链球菌(Streptococcus thermophilus)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白城师范学院生物系 高晨光6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。 1.2.1 共同发酵法生产工艺

15、 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 71 列出部分氨基酸生产所用的菌株。 自从 60 年代以来

16、，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 T613 等。 白城师范学院生物系 高晨光72） 生产原料 发酵生产谷氨酸的原料有淀粉质原料

17、：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。 3）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(Xamthan Gum)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 (Xanthomonas campestris)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

18、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，1990 年达 4000t 以上。在美国，黄原胶年产值约为 5 亿美元，仅次于抗生素和溶剂的年产值，在发酵产品中居第3 位。 我国对黄原胶的研究起步较晚，进行开发研究的单位，如南开大学、中科院微生物研究所、山东食品发酵研究所等，均已通过中试鉴定。目前全国有烟台、金湖、五连等数家黄原胶生产厂，年产在 200t 左右，主要用作食品添加剂。我国生产黄原胶的淀粉用量一般在

19、5%左右，发酵周期为 7296h，产胶能力 3040g/L，与国外比较，生产水平较低。随着黄原胶生产和应用范围的进一步发展，目前北京、四川、郑州、苏州、山东等地都有黄原胶生产新厂建成，预示着我国的黄原胶生产将呈现一个新的局面。 2 食品制造中的酵母及其应用 酵母菌与人们的生活有着十分密切的关系，几千年来劳动人民利用酵母菌制作出白城师范学院生物系 高晨光8许多营养丰富、味美的食品和饮料。目前，酵母菌在食品工业中占有极其重要的地位。利用酵母菌生产的食品种类很多，下面仅介绍几种主要产品。 2.1 面包 面包是产小麦国家的主食，几乎世界各国都有生产。它是以面粉为主要原料，以酵母菌、糖、油脂和鸡蛋为辅料

20、生产的发酵食品，其营养丰富，组织蓬松，易于消化吸收，食用方便，深受消费者喜爱。 2.1.1 酵母 1) 酵母菌种 1酵母是生产面包必不可少的生物松软剂。面包酵母是一种单细胞生物，学名为啤酒酵母。生产上应用的酵母主要有鲜酵母、活性干酵母及即发干酵母。鲜酵母发酵力较低，发酵速度慢，不易贮存运输。活性干酵母是鲜酵母经低温干燥而制成的颗粒酵母，发酵活力及发酵速度都比较快，且易于贮存运输，使用较为普遍。即发干酵母又称速效干酵母，是活性干酵母的换代用品，使用方便，一般无需活化处理，可直接生产。 2) 酵母菌在面包制作中的作用 酵母在发酵时利用糖类进行发酵作用，产生 CO2，使面团体积膨大，结构疏松，呈海绵

21、状结构； 发酵后的面包与其他各类主食品相比，其风味自有特异之处。产品中有发酵制品的香味，这种香气的构成极其复杂。 酵母中的各种酶对面团中的有机物发生反应，将高分子的物质变成结构简单的小分子有机物，这对人体消化吸收非常有利。酵母本身蛋白质含量甚高，且含有多种维生素，使面包的营养价值增高。 2.1.2 生产面包的主要原辅料 1) 面粉 面粉的质量通常表现在面筋的量和质上。质量好的面粉，面筋延伸性大、弹性好，做出的面包体积大而膨松。 2) 糖 糖是面包的重要辅料之一。使用最多的为蔗糖，其次为淀粉糖浆、葡萄糖、饴白城师范学院生物系 高晨光9糖等。3) 油脂 油脂是面包生产的又一重要辅料。油脂可改善面包

22、的风味和口感，且油脂的润滑作用有利于面包的体积增大。但油脂用量过多会因油膜的隔离作用影响面团的形成、酵母发酵和表皮上色。 4) 其它辅料 蛋品：在点心面包中应用较多，可增加点心面包的营养价值；烘烤时有利于面包的体积增大、组织疏松；蛋品中的 SH 基化合物及磷脂，有利于延长面包的保存期。 乳品：在高档面包中使用较多，可赋予面包优良风味和较高营养价值，且有助于面包上色及延长面包保存期。一般用量为 4%-6%，过多会影响发酵。 果料：在点心面包中使用，主要有果脯、果干、果仁、果酱等，可切成小块混入面团中或作为夹馅料。果料使用量以 15%20%为宜。 5) 添加剂 面包中的添加剂种类很多，主要有面团改

23、良剂、乳化剂、营养强化剂、酵母营养剂等。 2.1.3 面包生产分类 面包生产有传统的一次发酵法、二次发酵法及新工艺快速发酵法等。1) 一次发酵法工艺流程 活化酵母 原料处理面团调制面团发酵分块、搓圆整形醒发烘烤冷却包装 一次发酵法的特点是生产周期短，所需设备和劳力少，产品有良好的咀嚼感，有较粗糙的蜂窝状结构，但风味较差。该工艺对时间相当敏感，大批量生产时较难操作，生产灵活性差。 2) 二次发酵法工艺流程 原辅料处理第一次和面第一次发酵第二次和面第二次发酵整形醒发烘烤冷却成品 二次发酵法即采取两次搅拌、两次发酵的方法。第一次搅拌时先将部分面粉(占配方用量的 1/3)、部分水和全部酵母混合至刚好形

24、成疏松的面团。然后将剩下的原料加入，进行二次混合调制成成熟面团。成熟面团再经发酵、整形、醒发、白城师范学院生物系 高晨光10烘烤制成成品。 二次发酵法应用较多，其特点是生产出的面包体积大、柔软，且具有细微的海绵状结构，风味良好、生产容易调整，但周期长操作工序多。 2.1.4 面包生产工艺 主要包括：面团调制、发酵、整形、醒发、烘烤、冷却和包装等工序。 1) 面团调制 调制面团是生产面包的关键工序之一，面团调制主要作用是使酵母、水和其他各种辅料与面粉混合均匀，和好的面团具有良好的工艺性和组织结构利于发酵和烘烤。 面团调制分为一次搅拌法和二次搅拌法。一次搅拌法就是先将全部面粉和水投入和面机内，再倒

25、入糖、盐等辅料溶液，搅拌后加入活化好的酵母液，混合片刻，最后加入油脂，继续搅拌，直至面团成熟。 二次搅拌法是先将 30%70%的面粉，40%左右的水，全部酵母液和成软硬合适、温度为 2628的面团，开始第一次发酵，目的是为制备种子面团作准备。第二次调制是将第一次发酵成熟的种子面团和剩下的原辅料(不包括油脂) 在一起搅拌，快成熟时放入油脂继续搅拌，直至面团温度合适(2638)、不粘手、均匀而有弹性时为止，然后进行第二次发酵。 2) 面团发酵 面团发酵的一般原理 面团发酵就是在适宜条件下，酵母代谢，产生 CO2 气体，使面团膨松，并使面团营养物质分解为人体易于吸收的物质。 一次发酵法 一次发酵法发酵室温度 2628，相对湿度 75%，发酵时间 24h，在发酵期间常进行 12 次揿粉以排除 CO2，补充空气。 二次发酵法 第一次发酵即种子面团发酵，温度为 2530，时间 24h，相对湿度 75%；第二次发酵即生面团发酵，温度 2832，时间 23h。 2.1.5 整形与醒发 发酵成熟的面团应立即进入整形工序。整形工序包括面团的切块、称量、搓圆