在食品制造中的主要微生物及其应用

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： 2 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、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 2.11 90 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。 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 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 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 2833，最适 PH3.5 6.0，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：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，出锅冷却至 3040。 发酵 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 2428为宜，室温在 2528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 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。 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 70 80，24h 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 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。 白城师范学院生物系 高晨光 5 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 1:0.1 7/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. bulga ricus)、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(Lactococcus lactis)、嗜热链球菌(Streptococcus ther mophilus)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 6 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 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，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。 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 白城师范学院生物系 高晨光 7 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 (Xanthomon as 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 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 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。 8 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 糖等。 3) 油脂 白城师范学院生物系 高晨光 9 油脂是面包生产的又一重要辅料。油脂可改善面包的风味和口感，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、 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 10 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 、静置、整形和入盘。整形后的面包坯在醒发室进行最后一次发酵，然后入炉烘 烤。 醒发一般在醒发室内进行，温度 3840，相对湿度 85%，时间 4560mi 白城师范学院生物系 高晨光 11 n。 2.1.6 烘烤 1) 烘烤原理 醒发后的面包坯应立即进入烤炉烘烤，面包坯在炉内经过高温作用，由生变熟， 并产生面包特有的膨松组织、金黄色表皮和可口风味。面包坯在烘烤过程中酵母 菌、乳酸菌等生命活动随温度升高而加快，当超过其最适温度时，其生命活动逐 渐减弱，大约到 60时，全部死亡。 淀粉和蛋白质是面包坯的两大主要成分。在烘烤过程中，淀粉遇热糊化，同时， 部分淀粉在酶的作用下分解为糊精和麦芽糖。面包坯中的蛋白质主要以面筋形式 存在，当加热面包至 6070 时，面包中蛋白质开始变性凝固，并释放出胀润时 所吸收的水分。部分蛋白质在酶作用下分解为肽、胨及氨基酸。 面包表皮的褐色是在高温下产生的。食品的褐变主要有三种:酶促褐变、焦糖化 反应及美拉德反应。许多研究表明，面包褐变主要是由面包坯中的氨基酸与还原 糖在 150的高温下产生美拉德反应引起，焦糖化反应是次要的。 2) 面包焙烤技术 面包的焙烤过程大致可分为三个阶段： 入炉初期，焙烤应当在温度较低和相对湿度较高(60%70%)的条件下进行。面 火要低(120)，底火要高(250 ) ，这样有利于面包体积的增大。烘烤时间 23 min；当面包瓢温度达到 5060时，便进入第二阶段。这时，可适当提高炉温 ，底火、面火温度都可达 270，这样有利于面包快速失水及定型；主要作用是 使面包皮着色和增加香气。这时应降低炉温，面火温度高于底火温度，为 1802 00；底火温度 140160 。 2.1.7 面包的冷却与包装 面包冷却的方法有自然冷却和吹风冷却两种。前者是在室温下进行，产品质量好 ，但所需的时间长；后者是用吹风机强行冷却优点是速度快且卫生，但风力过大 会使面包表面开裂。冷却至面包中心温度为 3536或室温即可。在此过程中， 面包质量会损失 1%3.5%。 冷却后的面包应及时包装。经包装的面包可以避免水分的大量损失，防止干硬 ，保持面包的新鲜度，同时可以减少微生物的侵染，保持面包的清洁卫生，还能 12 使产品美观，便于出售。 2.1.8 面包的老化 面包的货架期很短，这是因为随着存放时间的延长，在面包中会发生一系列不 良变化，主要有面包皮变硬、面包瓢变紧、风味变差、吃起来易掉渣等，这些现 象统称为面包的“老化“ 。现代研究表明，面包的老化主要是因为淀粉的重结晶引 起的。 2.2 酿酒 我国是一个酒类生产大国，也是一个酒文化文明古国，在应用酵母菌酿酒的领 域里，有着举足轻重的地位。 酿酒具有悠久的历史，产品种类繁多如：黄酒、白酒、啤酒、果酒等品种。而 且形成了各种类型的名酒，如绍兴黄酒、贵州茅台酒、青岛啤酒等。酒的品种不 同，酿酒所用的酵母以及酿造工艺也不同，而且同一类型的酒各地也有自己独特 的工艺。 2.2.1 啤酒 啤酒是以优质大麦芽为主要原料，大米、酒花等为辅料，经过制麦、糖化、啤 酒酵母发酵等工序酿制而成的一种含有 C02、低酒精浓度和多种营养成分的饮料 酒。它是世界上产量最大的酒种之一。 1) 原辅料 大麦是生产啤酒的主要原料，大米是啤酒酿造的辅助原料，主要是为啤酒酿造 提供淀粉来源。玉米也是啤酒酿造的淀粉质辅料。酒花是在啤酒酿造中不可少的 辅助原料。酒花在啤酒生产中的主要作用是：赋予啤酒香气和爽口的苦味；提高 啤酒泡沫的持久性；使蛋白质沉淀，有利于啤酒的澄清；酒花本身有抑菌作用， 增强麦芽汁和啤酒的防腐能力。 2) 制麦 制麦的目的是使大麦产生各种水解酶类，通过制麦，淀粉和蛋白质等达到溶解 状态，在糖化阶段被溶出。同时要将绿麦芽进行干燥处理，除去过多的水分和生 腥味，而且要使麦芽具有酿造啤酒特有的色、香、味。 工艺流程 白城师范学院生物系 高晨光 13 原料大麦粗选精选分级洗麦浸渍发芽绿麦芽干燥除根贮 藏成品麦芽 制麦工艺 大麦经水浸渍后，含水达 40%48%，在制麦过程中需要通入饱和湿空气，环 境的相对湿度要维持在 85%以上。麦粒发芽耗氧，产生 CO2，因此在制麦芽时 要进行通风。但通风既不能过大也不能过少，通风过大麦芽呼吸作用太旺盛，营 养物质消耗过多；通风过少容易发生霉烂现象。发芽的温度一般为 1318。温 度过低，发芽周期延长；温度太高，麦芽生长速度快，营养物质耗费多。 在大麦发芽的过程中，应避免阳光直射,形成叶绿素，有害啤酒风味和色泽。 3) 麦芽汁的制备 啤酒生产过程中的麦芽汁制备也叫糖化。麦芽汁的制备就是将干麦芽粉碎后，依 靠麦芽自身含有的各种酶类，将麦芽中的淀粉、蛋白质等大分子物质分解成可溶 性的小分子糊精、低聚糖、麦芽糖和肽、胨、氨基酸，制成营养丰富、适合于酵 母生长和发酵的麦芽汁。质量好的麦芽汁，麦芽内容物的浸出率可达到 80%。 工艺流程 麦芽粉碎麦芽粉 麦糟 酒花 大米粉碎大米粉糊化糖化 过滤煮沸澄清冷却定型麦芽汁。 原料处理 为了提高浸出率，原料和辅料必须进行粉碎。麦芽原料的粉碎要求做到皮壳破而 不碎，且胚乳尽可能的细，从而避免由于皮壳过细造成的过滤困难。大米、玉米 等辅助原料则要求越细越好。 糊化及糖化 糊化即是辅料在 50的料液中，其淀粉颗粒吸水膨胀，再升温至 70左右成 糊状物，为糖化反应作准备。糖化是啤酒酿造最重要的工艺之一。因此，如何最 大限度地利用各种酶的活力，是关键。不同的酶有其自身最合适的反应温度、pH 值和糖化工艺。 糖化的方法很多，主要可分为煮出法和浸出法两大类。煮出糖化法又可分为一 次、两次及三次煮出法。国内大多数企业生产淡色啤酒用二次煮出法进行糖化。 4) 过滤 14 麦汁过滤的方法有:过滤槽法、压滤机法和快速过滤法等。目前国内多数啤酒生产 企业主要采用过滤槽法。过滤槽法是以麦糟本身为过滤介质，在过滤前先行成过 滤层，逐渐过滤出清亮的麦汁。 5) 煮沸和酒花添加 经过滤后清亮的麦汁，还需要煮沸。煮沸是蒸发掉多余水分，浓缩到规定浓度 ；破坏全部酶系，稳定麦汁成分；使热凝固物析出；杀死麦汁中的杂菌，浸出酒 花中的有效成分。麦汁煮沸强度一般以 8%12%为宜，煮沸时间为 1.52h。酒 花是在煮沸过程中添加的，用量为麦汁总量的 0.1%0.2%，一般在麦汁煮沸过程 中分三次添加，第一次在麦汁初沸时加入，为总量的五分之一，第二次在麦汁煮 沸后 4050 min 加人，为总量的五分之二，第三次在结束麦汁煮沸前 l0min 加入 ，为总量的五分之二。但也有的厂家分两次或四次加入酒花。 6) 澄清及冷却 麦芽汁经过煮沸后，含有一定量的酒花糟和产生一系列的热凝固物，后者对啤酒 发酵过程与啤酒的非生物学稳定性有很大的危害。一般啤酒企业采用回旋沉淀法 和自然沉淀法除去。 7) 发酵 啤酒酵母 根据酵母在啤酒发酵液中的性状，可将它们分成两大类：上面啤酒酵母和下面 啤酒酵母。上面啤酒酵母在发酵时，酵母细胞随 CO2 浮在发酵液面上，发酵终 了形成酵母泡盖，即使长时间放置，酵母也很少下沉。下面啤酒酵母在发酵时， 酵母悬浮在发酵液内，在发酵终了时酵母细胞很快凝聚成块并沉积在发酵罐底。 国内啤酒厂一般都使用下面啤酒酵母生产啤酒。 用于生产上的啤酒酵母，种类繁多。不同的菌株，在形态和生理特性上不一样 ，在形成双乙酰高峰值和双乙酰还原速度上都有明显差别，造成啤酒风味各异。 啤酒酵母的扩大培养流程 扩大培养是将纯种酵母，增殖，达到一定数量后，供生产需要。 斜面试管5ml 麦芽汁试管 3 支(活化 3 次) 25ml 麦芽汁试管 3 只250 ml 麦芽汁三角瓶 3 支3L 麦芽汁三角瓶 3 支100L 铝桶 1 只(第 1 次加麦 芽汁 18L 第 2 次加麦芽汁 73L)100L 大缸 3 只(一次加满)1T 增殖槽 1 只 白城师范学院生物系 高晨光 15 (加麦芽汁 600L)5T 发酵槽 (第一次加麦芽汁 1.8T 第二次加麦芽汁 3.2T) 啤酒酵母扩大培养工艺 在无菌室中接种活化，置 25恒温箱中培养 24h。 再接种到盛有 5ml 已麦芽 汁，于 25可培养 24h。共活化 3 次。 将经 3 次活化的试管酵母，分别倒入 3 支盛有 25ml 灭菌麦芽汁的试管中。再放入 25恒温箱中培养 24h。用于接种的 酵母培养液与麦芽汁体积之比为 1:5。 将上述培养好的酵母种液，分别倒入 3 个 盛有 250ml 灭菌麦芽汁的 500ml 三角瓶中。放入 25恒温箱中培养 24h。酵母 种液与麦芽汁体积之比为 1:10。培养期间要经常振荡容器，以增加溶解氧。 将上述培养好的酵母种液，倒入 5L 三角瓶中。将三角瓶置于灭菌室在常温下 培养 24h。酵母种液与麦芽汁体积之比为 1:12。将大三角瓶内的酵母种液一次倒 入 1 个己灭菌的铝桶内，加入冷麦芽汁 18L。酵母种液与麦芽汁体积之比为 1：2 。在 1314下培养 2436h。培养期间要通入无菌空气，以满足酵母细胞对氧 气的需求。 在上述 27L 酵母培养液中，加入 73L 冷麦芽汁，于 1213下继续 培养 2436h。酵母种液与麦芽汁体积之比为 1:2.7。 将上述 100L 酵母种液等量 倒入 3 只 100L 大缸内，每缸一次性加麦芽汁到满量 100L。培养温度为 910 ，培养时间 2436h。种液与麦芽汁体积之比为 1：2。培养期间要通入无菌空气 。 将培养好的 300L 酵母种子液倒入 1T 容积的增殖槽中，加入冷麦芽汁 600L， 在 89下培养 24h。酵母种子液与麦芽汁体积比为 1： 2。培养期间要通入无菌 空气。 将上述酵母培养液倒入 5T 发酵槽内，加入冷麦芽汁 1.8T，达到酵母种子 液与麦芽汁体积之比为 1：2，在 77.5下培养 24h，期间通入无菌空气。之后 追加冷麦芽汁至满量 5T。满槽后转入正常发酵。冷麦芽汁的量与酵母种子液体积 之比为 1:0.85。主发酵(也称前发酵)67 天。主发酵结束后，将发酵液(俗称嫩啤 酒)引入后发酵罐，并完成后发酵，嫩啤酒排完，回收发酵槽底部的酵母，经过筛 和漂洗，得到零代酵母，即酵母泥，可供生产使用。酵母泥存放的时间不得超过 3 天，扩大培养后，经过车间生产周转过来的第 1 次沉淀酵母，称为第一代种子 。 啤酒发酵 将酵母泥与麦芽汁按 1：1 进行混合，通入无菌空气，使麦芽汁与酵母细胞充 16 分地混匀，待满池后再放置 1224h。在长出新酵母细胞和分离去凝固物后，将 酵母培养液和新麦芽汁同时添加到发酵罐。 由于其容量较大，常需分批送入麦汁，一般要求在 1018h 内装满罐，品温以 9 为宜。装满罐后麦汁即进入发酵阶段。24h 后要在锥罐底排放一次冷凝固物和 酵母死细胞。57d 后，当麦汁糖度降到 4.85.0 度左右时，要封罐让其自升温至 12，当罐压升到 0.080.09MPa，糖度降到 3.63.8 度时，要提高罐压到 0.10 0.12MPa，并以 0.20.3/h 的速度使罐温降温到 5，并保持此罐温 1224h ，自发酵的第七至八天开始排放酵母。在发酵接近后期时，在 23d 内继续以 0.l /h 的速度降温，使罐温降至 0l，并保持此温 7l0d，且保持罐压 0.1MPa， 啤酒发酵总时间约需 2128d。 在啤酒发酵过程中，酵母在厌氧环境中经过糖酵解途径（EMP ）将葡萄糖降解 成丙酮酸，然后脱羧生成乙醛，后者在乙醇脱氢酶催化下还原成乙醇。在整个啤 酒发酵过程中，酵母利用葡萄糖除了产生乙醇和 CO2 外，还生成乳酸、醋酸、 柠檬酸、苹果酸和琥珀酸等有机酸，这些复杂的发酵产物决定了啤酒的风味、泡 持性、色泽及稳定性等各项指标，使啤酒具有独特的风格。 8) 啤酒过滤与包装 经后发酵的啤酒，还有少量悬浮的酵母及蛋白质等杂质，需要采取一定的手段将 这些杂质除去。目前多数企业硅藻土过滤法、纸板过滤法、离心分离法和超滤。 过滤的效果直接影响到啤酒的生物学稳定性和品质。 包装是啤酒生产的最后一道工序，对保证成品的质量和外观十分重要。啤酒包装 以瓶装和罐装为主。 2.3 葡萄酒 葡萄酒是新由鲜葡萄或葡萄汁通过酵母的发酵作用而制成的一种低酒精含量的 饮料。葡萄酒质量的好坏和葡萄品种及酒母有着密切的关系。因此在葡萄酒生产 中葡萄的品种、酵母菌种的选择是相当重要的。 2.3.1 葡萄酒酵母的特征 葡萄酒酵母在植物学分类上为子囊菌纲的酵母属，啤酒酵母种。广泛用于酿酒、 酒精、面包等生产中，各酵母的生理特性、酿造副产物、风味等有很大的不同。 葡萄酒酵母除了用于葡萄酒生产以外，还 白城师范学院生物系 高晨光 17 广泛用在苹果酒等果酒的发酵上。如我国张裕 7318 酵母，法国香槟酵母，匈亚 利多加意(Tokey)酵母等。 优良葡萄酒酵母具有以下特性：除葡萄(其他酿酒水果 )本身的果香外，酵母 也产生良好的果香与酒香； 能将糖分全部发酵完，残糖在 4g/L 以下；具有较高 的对二氧化硫的抵抗力；具有较高发酵能力，一般可使酒精含量达到 16%以上； 有较好的凝集力和较快沉降速度；能在低温(15) 或果酒适宜温度下发酵，以保 持果香和新鲜清爽的口味。 2.3.2 酵母扩大培养 从斜面菌种到生产的酒母，需经过数次扩大培养，每次扩大倍数为 1020 倍。 1) 工艺流程 斜面试管菌种(活化)麦芽汁斜面试管培养(10 倍) 液体试管培养(12.5 倍) 三 角瓶培养(12 倍 )玻璃瓶(或卡氏罐)(20 倍) 酒母罐培养酒母 2) 培养工艺 斜面试管菌种 由于长时间保藏于低温下，细胞已处于衰老状态，需转接于 50Be麦芽汁制 成的新鲜斜面培养基上，25培养 45d。 液体试管培养 取灭菌的新鲜澄清葡萄汁，分装入经干热灭菌的试管中，每管约 10mL，用 0. 1MPa 的蒸汽灭菌 20min，放冷备用。在无菌条件下接入斜面试管活化培养的酵 母，每支斜面可接入 10 支液体试管，25培养 l2d，发酵旺盛时接入三角瓶。 三角瓶培养 往 500ml 的三角瓶注入新鲜澄清的葡萄汁 250ml，用 0.1MPa 蒸汽灭菌 20min， 冷却后接入液体培养试管，25培养 2430d，发酵旺盛时接入玻璃瓶。 玻璃瓶(或卡氏罐)培养 往洗净的 10L 细口玻璃瓶( 或卡氏罐)中加入新鲜澄清的葡萄汁 6L，常压蒸 煮(l00 )1h 以上，冷却后加入亚硫酸，使其二氧化硫含量达 80ml/L，经 4-8h 后 接入两个发酵旺盛的三角瓶培养酒母，摇匀后换上发酵栓于 2025培养 23d ，其间需摇瓶数次，至发酵旺盛时接入酒母培养罐。 酒母罐培养 18 一些小厂可用两只 200300L 带盖的木桶(或不锈钢罐) 培养酒母。木桶洗净并 经硫磺烟熏杀菌，过 4h 后往一桶中注入新鲜成熟的葡萄汁至 80%的容量，加入 100150mg/L 的亚硫酸，搅匀，静止过夜。吸取上层清液至另一桶中，随即添加 12 个玻璃瓶培养酵母， 25 培养，每天用酒精消毒过的木把搅动 12 次，使葡 萄汁接触空气，经 23d 至发酵旺盛时即可使用。每次取培养量的 2/3 留 1/3，然 后再放入处理好的澄清葡萄汁继续培养。若卫生管理严格，可连续分割培养多次 。 2.3.3 红葡萄酒生产工艺 酿制红葡萄酒一般采用红葡萄品种。我国酿造红葡萄酒主要以干红葡萄酒为原 酒，然后按标准调配成半干、半甜、甜型葡萄酒。 1) 工艺流程 红葡萄分选 除梗破碎 梗 SO2 葡萄浆 发酵酒母 压榨 皮渣 调整成分 后发酵 添桶 第一次换桶酒脚蒸馏白兰地 干红葡萄酒原料 陈酿 第二次换桶 均衡调配 澄清处理 酒脚蒸馏白兰地 白城师范学院生物系 高晨光 19 包装灭菌干红葡萄酒 2)发酵 前发酵(主发酵) 葡萄酒前发酵主要目的是进行酒精发酵、浸提色素物质和芳香物质。前发酵进行 的好坏是决定葡萄酒质量的关键。红葡萄酒发酵方式分为开放式发酵和密闭发酵 。接入酵母 34d 后发酵进入主发酵阶段。此阶段升温明显，一般持续 37d，控 制最高品温不超过 30，在 25左右下进行。当发酵液的相对密度下降到 1.02 0 以下时，即停止发酵，出池取新酒。 3) 压榨 一般前发酵时间为 46d。 当残糖降至 5g/L 以下，发酵液面只有少量 CO2 气 泡，“酒盖 “已经下沉，液面较平静，发酵液温度接近室温，并且有明显酒香，此 时表明前发酵己结束，可以出池。出池时先将自流原酒由排汁口放出，放净后打 开入孔清理皮渣进行压榨，得压榨酒。自流原酒和压榨原酒成分差异较大，若酿 制高档名贵葡萄酒应单独贮存。 4) 后发酵 后发酵目的 残糖的继续发酵。前发酵结束后，原酒中还残留 35g/L 的糖分，这些糖分在酵 母作用下继续转化成酒精与 CO2； 澄清作用。前发酵得到的原酒，还残留部分酵母及其他果肉纤维悬浮于酒液中， 在低温缓慢的发酵中，酵母及其他成分逐渐沉降，后发酵结束后形成沉淀即酒泥 ，使酒逐步澄清；陈酿作用。新酒在后发酵过程中，进行缓慢的氧化还原作用， 并促使醇酸酯化。 使酒的口味变得柔和，风味上更趋完善； 降酸作用。有些红葡萄酒在压榨分离后诱发苹果酸一乳酸发酵，对降酸及改善口 味有很大好处。 后发酵的管理 a 补加二氧化硫 前发酵结束后，压榨得到的原酒需补加二氧化硫，添加量为 3050mg/L。 b 温度控制 原酒进入后发酵容器后，品温一般控 20 制在 1825。 c 隔绝空气及卫生管理 后发酵的原酒工艺上常称为隔氧发酵。隔氧措施一般在容器上安装水封。 正常后发酵时间为 35d，但可持续一个月左右。 2.4 酵母细胞的综合利用 酵母细胞中含有蛋白质、脂肪、糖类、维生素和无机盐等，其中蛋白质含量特 别丰富，如啤酒酵母蛋白质含量占细胞干重的的 42%53%，产假丝酵母为 50% 左右。糖类除糖原外，还发现有海藻糖、去氧核糖、直链淀粉等。 蛋白质中氨基酸的含量除蛋氨酸比动物蛋白低外，苏氨酸、赖氨酸、组氨酸、苯 丙氨酸等含量均较高，氨基酸组成比较完全。人体必须的 8 种氨基酸的多数也都 比小麦中的含量高；维生素在 14 种以上，因此，它具有较高的营养价值，是良 好的蛋白质资源，可作为食用和饲用。 3 食品制造中的霉菌及其应用 霉菌在食品加工工业中用途十分广泛，许多酿造发酵食品、食品原料的制造， 如豆腐乳、豆豉、酱、酱油、柠檬酸等都是在霉菌的参与下生产加工出来的。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。 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。 3.1 生产用霉菌菌种 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起作用，将淀粉、蛋白质分解成糖 、氨基酸等水解产物。 在生产中利用霉菌作为糖化菌种很多。根霉属中常用的有日本根霉( AS3. 849) 、米根霉、华根霉等；曲霉属中常用的有黑曲霉、宇佐美曲霉、米曲霉和泡盛曲 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、锈色红曲霉、变红曲霉(AS3.976)等。 3.2 酱类 白城师范学院生物系 高晨光 21 酱类包括大豆酱、蚕豆酱、面酱、豆瓣酱及其加工制品，都是由一些粮食和油 料作物为主要原料，利用以米曲霉为主的微生物经发酵酿制的。酱类发酵制品营 养丰富，易于消化吸收，即可作小菜，又是调味品，具有特有的色、香、味，价 格便宜，是一种受欢迎的大众化调味品。 用于酱类生产的霉菌主要是米曲霉（Asp.oryzae） ，生产上常用的有沪酿 3.042 ，黄曲霉 Cr-1 菌株（不产生毒素） ，黑曲霉（Asp. Nigerf-27）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。 3.2.1 制曲工艺 1) 制曲工艺流程 水 水 面粉 种曲 大豆洗净浸泡蒸煮冷却混合接种厚层通风培养大豆曲 2) 制曲原料的处理 大豆洗净、浸泡及蒸熟；面粉在过去采用炒焙方法，现在有些厂家直接利用生 面粉而不预以处理。 3) 制曲操作 制曲时原料配比为大豆 100kg，标准粉 4060kg。种曲用量为 0.15%0.3%， 种曲使用时先与面粉拌和。为了使豆酱中麸皮含量减少，种曲最好用分离出的孢 子（曲精） ；由于豆粒较大，水分不易散发，制曲时间适当延长。 4) 制酱 工艺流程 大豆曲发酵容器自然升温 加第一次盐水酱醅保温发酵 加第二次盐水 及盐翻酱成品 制酱工艺 先将大豆曲倒入发酵容器内，表面扒平，稍予压实，很快会自然升温至 40 左右。在将准备好的 14.5oB热盐水（加热至 6065 ）加至面层，让它逐渐 全部渗入曲内。最后面层加封面用细盐一层，并将盖盖好。大豆曲加入热盐水后 22 ，醅温即能达到 45左右，以后维持此温度 10d，酱醅就成熟。发酵完毕，补加 240Be盐水及所需细盐（包括封面盐） ，压缩空气或翻酱机充分搅拌，务使所加 的细盐全部溶化，同时混合均匀，在室温中后发酵即的成品。 3.3 酱油 酱油是人们常用的一种食品调味料，营养丰富，味道鲜美。它是用蛋白质原料 (如豆饼、豆柏等)和淀粉质原料(如麸皮、面粉、小麦等) ，利用曲霉及其他微生物 的共同发酵作用酿制而成的。 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；生长快速、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。 3.3.1 酱油生产霉菌 酱油生产所用的霉菌主要是米曲霉(Asp. Oryzae)。生产上常用的米曲霉菌株有 ：AS 3.951(沪酿 3.042)；UE328、UE336；AS 3.863；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。 3.3.2 种曲原料及其配比 麸皮 80kg、面粉（或甘薯干粉）20kg、水 70kg 左右； 麸皮 85kg、面粉 85kg 、水 90kg、麸皮 100kg、水 95100kg； 3.3.3 原料处理 先将麸皮与辅料拌匀，再加水充分拌和。用两次润水方法。即在混合原料中先 加 40%50%的水，蒸熟过筛后再补充清洁的冷开水 30%45%。常压蒸煮冒汽 后维持 1h，焖 30min，或采用加压蒸煮 0.1Mpa 维持 30min 出锅，然后过筛，移 入拌和台上摊开，适当翻拌，使之快速冷却。 3.3.4 种曲制备 1) 工艺流程 2) 试管斜面菌种