微生物在食品制造中的应用

第九章

微生物在食品制造中的应用第九章

微生物在食品制造中的应用概述应用范围：微生物发酵制作食品；代谢产物作添加剂；酶制剂；菌体食饲用主要类别:细菌、霉菌、酵母第一节细菌在食品制造中的应用一、食醋(一)、食醋生产原料：薯类：甘薯、马铃薯粮谷类：高粱、玉米、大米、青稞、大麦、小麦等粮食加工下角料：碎米、麸皮、谷糠、高粱糠等野生植物橡子、菊芋等果蔬类：李、红枣、葡萄、番茄等酒类：白酒、酒精等其他：糖糟、酒糟、糖蜜等辅料及疏松料：细谷糠、小米壳、高粱壳等(二)、食醋酿造用微生物传统法，野生菌制曲、发酵；新法以人工选育的纯培养菌株，周期短、原料利用率高1、淀粉糖化微生物，可产淀粉酶，多为曲霉菌甘薯曲霉AS3.324，糖化甘薯原料及野生植物等，生长适应性好，易培养，强单宁酶活力邬氏曲霉AS3.758，来自日本，糖化、产酸强，对原料适应性好，较强单宁酶活力东酒一号AS3.758变种，要求高湿度和较低温度黑曲霉AS3.4309（UV-11）糖化力强，酶系纯另有米曲霉：沪酿3.040、沪酿3.042（AS3.951）、AS3.863等；黄曲霉：AS3.800，AS3.384等2、酒精发酵微生物生产上一般为子囊菌亚门酵母属酵母,北方1300酵母,上海香醋选用工农501黄酒酵母,K字酵母适用以高粱、大米、甘薯为原料而酿制普通食醋，AS2.109、AS2.399适用于淀粉质原料，AS2.118，AS2.119适用于糖蜜原料3、醋酸发酵微生物醋化醋杆菌（Acetobacter

aceti）、制醋杆菌（A、acetosus）、巴氏醋杆菌（A.pasteurianus）、AS1.41醋酸菌、沪酿101醋酸菌等（三）、食醋生产氧充足时总反应式：C2H5OH+O2=CH3COOH+H2O1、酵母制备工艺流程大缸固体育种（38℃

，3-4d）固态酿醋种子罐（二级种子）（30-32，通气培养22-24）液态酿醋斜面原种斜面（30-32℃，48hr）三角瓶（一级种子，30-32℃

，振荡24h）2、固态酿醋工艺流程生产工艺1）原料配比及处理2）、入缸发酵3）、淋醋，采用三套循环法熏醋：为提高产量改善风味，将部分醋醅以文火加热至70-80度，24hr后淋醋。薯干（碎米、高粱等）粉碎加麸皮、谷糠混合润水蒸料冷却接种（麸曲、酒母、水）入缸糖化发酵拌糠接种（酵母）翻醅加盐后熟淋醋贮存陈酿配兑灭菌包装成品二醋浸泡成熟醋醅20-24hr头醋，头渣以三醋浸泡，得二醋，二渣浸泡后得三醋，残渣可饲用或作填充料4）、陈酿醋醅陈酿：成熟醋醅压实盖严，封实数月后直接淋醋醋液陈酿：醋醅成熟后淋醋，将醋液贮入缸或罐中，封存1-2个月5）、配兑和灭菌陈酿醋或新淋醋为半成品，需按标准经配兑、包装、灭菌后出厂。一级食醋含醋量≥5%，二级≥3.5%3、酶法液化通风回流制醋流程

细菌α淀粉酶、氯化钙、碳酸钠麸曲碎米浸泡磨浆调浆加热液化糖化冷却

水酒母麸皮、砻糠、醋酸菌种子液态酒精发酵酒液拌和入池固态醋酸发酵（松醅、回流）

加盐淋醋加热灭菌装坛成品食盐生产工艺1）配料2）水磨与调浆3）液化和糖化4）酒精发酵5）醋酸发酵6）配兑与灭菌

4、液体深层发酵制醋流程碎米浸泡磨浆调浆液化糖化酒精发酵酒醪醋酸发酵压滤配兑灭菌陈醋成品二、发酵乳制品含义：良好原乳经微生物发酵作用成为具有特殊风味的食品，即为乳制品。通常具有良好的风味，较高的营养价值和一定的保健作用。分类：酸奶、奶酪，多由乳酸菌生产乳酸菌种类干酪乳杆菌（Lactobacilluscasei）、保加利亚乳杆菌（L.gulgaricus）、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（Streptococcusthermophilus）等双歧杆菌:菌体尖端呈分枝状(Y、V型)而得名，为无芽孢革兰氏阳性细菌，专性厌氧、不运动，能利用葡萄糖产生醋酸和乳酸（2：3），不产CO2，目前共24种，9种存在于人体，可发酵使用的5种为：两歧双歧杆菌（B.bifidum）、长双歧杆菌（B.longum）、短双歧杆菌（B.brevvis）、婴儿双歧杆菌（B.angulatum）和链状双歧杆菌（B.adolescentis）双歧杆菌生产工艺共同发酵法：两歧双歧杆菌与嗜热链球菌、保加利亚乳杆菌等共同发酵原理：双歧杆菌产酸能力低，凝乳时间长，需约18-24hr，并属异型发酵，产品口感及风味差，生产上选择对双歧杆菌无明显影响但产酸快的菌株共同发酵，以提高产酸能力和双歧杆菌含量，改善口感及风味共生发酵法两歧双歧杆菌和用于马奶酒制造的乳酸酵母（Sacch.Lactis），接种量分别为6%和3%。培养过程先26-28℃培养酵母营造厌氧环境，后提高温度到30℃促进双歧杆菌生长。该方法促进了双歧杆菌生长，提高产酸能力，加快凝乳，产品酸甜适中，富有纯正乳酸口味和淡淡酵母香气。共同发酵法流程

原料乳两歧双歧杆菌（6%）标准化嗜热链球菌（3%）调配蔗糖（10%）+葡萄糖（2%）均质（15-20Mpa）杀菌（115℃，8min）冷却（38-40℃）适量维生素C接种灌装消毒瓶发酵（38-39℃，6h）冷藏（1-5℃）成品共生发酵乳生产工艺流程蔗糖（10%）+葡萄糖（2%）原料乳

标准化

调配

均质（15-20Mpa）杀菌（115℃，8min）

冷却（38-40℃）两歧双歧杆菌（6%）接种乳酸酵母（3%）灌装消毒瓶

发酵（38-39℃，6h）冷却（10℃左右）冷藏（1-5℃）成品三、

氨基酸发酵（一）、概述氨基酸为蛋白质基本成分，8种必需氨基酸只能通过事物获得可作调味料，如鲜味料谷氨酸钠（味精）、甜味料色氨酸和甘氨酸历史：1820年水解蛋白；1850年化学合成；1910年日本使用盐酸水解小麦面筋得谷氨酸；1957年日本以微生物发酵糖类得谷氨酸，并工业化生产；我国1963年发酵生产；目前日本可发酵生产22种氨基酸，18种直接发酵，4种酶法转换表9-2部分氨基酸及其生产所用菌株生成的氨基酸使用的菌株谷氨酸缬氨酸DL-丙氨酸脯氨酸赖氨酸苏氨酸鸟氨酸亮氨酸酪氨酸谷氨酸棒杆菌、乳糖发酵短杆菌或黄色短杆菌北京棒杆菌AS1.299或钝齿棒杆菌AS1.542或B9北京棒杆菌AS1.586（ile—）；乳糖发酵短杆菌（thr—）凝结芽孢杆菌（BacillusCoagulans）（met—）链形寇氏杆菌（Kurthia

catenoform）（met—）；黄色短杆菌（ile—+SGR）黄色短杆菌（AECR）、乳糖发酵短杆菌（AECR+Ser—或AECR+Ade—+Gu—）；谷氨酸棒杆菌（AECR+Leu）或（AECR+met）或（AECR+Ala）大肠杆菌（met—+Val—）；大肠杆菌W（DAP—+met—+ile—）谷氨酸棒杆菌（Cit—）；黄色短杆菌（Cit—或Arg—）黄色短杆菌（ile—+met—+TAR）谷氨酸棒杆菌（Phe—+Pu—）（二）、谷氨酸发酵（味精生产）1、谷氨酸产生菌芽孢杆菌外，属于不同种属，但具共同特点：球形、短杆至棒状、无鞭毛、不运动、不形成芽孢、革兰氏阳性，需要生物素、通气条件产生氨基酸我国使用北京棒杆菌（Corynebacterium

pekinensesp.）AS1.299，钝齿棒杆菌（Corynebacterium

crenarum）AS1.542微生物谷氨酸合成途径：葡萄糖经酵解和磷酸己糖支路生成丙酮酸，后者生成乙酰辅酶A，进入三羧酸循环，生成α-酮戊二酸，在谷氨酸脱氢酶作用下，存在时生成L-谷氨酸NH4+2、生产原料粮食原料：谷类和薯类淀粉，如大米、玉米、小麦、甘薯等非粮食类：甜菜和甘蔗糖蜜、醋酸、乙醇、正烷烃（液体石蜡）等作碳源。N源可用尿素或氨水3、工艺流程（淀粉质原料）淀粉质原料糖化中和、脱色、过滤培养基调配接种发酵发酵液提取（等电点发、离子交换法等）谷氨酸中和除铁脱色过滤干燥成品（味精）4、发酵工艺（1）、发酵培养基：碳源、氮源、生长因子和无机盐等①碳源：为构成菌体和合成谷氨酸的碳架及能量来源，实际生产中以糖质原料为主，浓度需控制②氮源：为菌体蛋白、核酸类物质和谷氨酸的氨基来源，发酵中氮源量需求大，C/N比为100：0.5-2.0时只合成菌体，在100：11以上开始积累氨基酸③无机盐：为微生物重要成分，调节微生物生命活动。主要离子和含量如下

KH2PO40.05-0.2%K2HPO40.05-0.2%MgSO47H2O0.005-0.1%FeSO47H2O0.0005-0.01%MnSO44H2O0.0005-0.005%④生长因子：微生物生长不可缺少，而自身不能合成的微量有机物质称为生长因子。目前生物素为必须的生长因子，生产中添加玉米浆、麸皮水解液、糖蜜等作为生长因子来源（2）、发酵条件控制①温度对发酵影响：前期（0-12h）为菌体大量繁殖阶段，温度控制在30-32℃；中后期积累大量谷氨酸，催化关键酶谷氨酸脱氢酶最适温度32-36，中后期适当提高温度。②PH对发酵影响：前期控制在7.5-8.0，中后期将PH控制在7.0-7.6可提高产量③通风和搅拌：前期低通风量较好，中后期高通风量④泡沫控制：通风和搅拌过程产生二氧化碳形成泡末影响发酵，可用机械（耙式、离心式、刮板式，蝶式消泡器）和化学消泡（天然油脂、聚酯类、醇类、硅酮类等）等方法⑤发酵时间：一般低糖（10-12%）发酵，时间36-38hr；中糖（14%）发酵，45hr第二节酵母在食品制造中的应用酵母菌与人类关系密切，地位极为重要主要产品：面包、酒类等一、面包最早利用天然酵母，后改用啤酒酵母和酒精酵母代替。专门产品：压榨酵母（鲜酵母）和活性干酵母（ADY）作用：发酵中产生CO2使面包膨大疏松改善面包风味：产生的酒精和有机物具有特殊风味增加面包营养价值：酵母菌含丰富营养物质二次发酵法工艺流程部分面粉（30-70%）全部酵母第一次调制面团第一次面团发酵水剩余原辅料第二次调制面团二次面团发酵整形醒发烘烤冷却包装成品二、酿酒种类：黄酒、白酒、啤酒、果酒等其中啤酒以大麦和水为主要原料，大米、酒化为辅料，经啤酒酵母发酵酿制而成的含有CO2、低酒精浓度和多种营养成分的饮料酒。1972年7月被列为营养食品，为世界上最大酒种。工艺基本过程：制麦、糖化、发酵、后处理等（一）、制麦：复活各种酶类，便于糖化过程淀粉和蛋白的水解。所得麦芽需经干燥处理，去除水分和生腥味，同时使麦芽具有特有色、香、味。流程如下：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啤酒原料粉碎

麦汁制备（糖化）

麦汁处理

啤酒发酵

啤酒的澄清（过滤）

啤酒的包装（二）、糖化也称麦芽汁制备。即将干麦芽粉碎后，依靠麦芽自身各类酶，以水为溶剂，将麦芽中淀粉、蛋白等大分子物质分解为可溶性小分子糊精、低聚糖、麦芽糖和胨、肽、氨基酸，制成营养丰富、适于酵母生长和发酵的麦芽汁。高质量麦芽汁含80%麦芽浸出物，工艺流程如下：

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汁1、粉碎：目的：提高浸出率；要求：麦芽皮壳破而不碎，且胚乳尽量细，避免因皮壳过细造成过滤困难；大米、玉米等越细越好2、糊化及糖化糊化：辅料在50℃的料液中，其淀粉颗粒吸水膨胀，表层胶质溶解，内部淀粉分子脱离膨胀表层进入水中，升温至70℃左右成糊状物，为下一步糖化作必要的准备糖化：利用麦芽中的各种酶类，把原料中不溶性高分子物质分解为可溶性低分子量物质。关键为最高酶活力的获得，关键为温度和PH控制。糖化方法：煮出法、浸出法煮出法：醪液煮沸次数分一次、二次、三次煮沸法二次煮沸法：辅料+麦芽粉于糊化锅中45℃与温水混合，第一次煮沸同时麦芽粉与温水于糖化锅45-55℃保温30-90min，休止蛋白（蛋白分解）将糊化锅醪液泵入糖化锅65-68℃糖化至与碘液不起呈色反应由糖化锅取出部分醪液（1/3）泵入糊化锅煮沸（第二次煮沸），后泵回糖化锅，使醪液升温至75-78℃，静止10min后过滤3、过滤一般趁热（75-78℃

）过滤，以保持风味和色泽。滤槽法、压滤机法和快速过滤法，主要为滤槽法以麦槽为过滤介质，滤出清亮的麦汁，称头号麦汁以75-78℃热水洗槽，洗出残余糖分等，提高麦汁回收率，称二号麦汁煮沸：强度8-12%，时间90-120min蒸发多余水分，浓缩至规定浓度；破坏所有酶类，稳定麦汁成分析出凝固蛋白麦汁杀菌浸出酒花中有效成分，形成还原物质降低麦汁PH并蒸出恶臭煮沸过程一般添加酒花酒花作用：赋予啤酒特有香味及苦味；增进啤酒持泡性和稳定性，促进蛋白质凝固，增强防腐能力用量一般为麦汁总量0.1-0.2%，煮沸过程中三次加入：麦汁初沸时加入1/5麦汁煮沸后40-50min加入2/5结束麦汁煮沸前10min加入2/5澄清及冷却煮沸后麦汁中含酒花糟和热凝固物用回旋沉淀法除去后冷却。冷却使麦汁达发酵适宜温度6-8℃，并析出大量冷凝物冷却设备常用薄板冷却器为满足酵母生长需要，充入一定量无菌空气，此时麦汁称为定型麦汁。（三）、发酵企业多采用露天大罐低温发酵工艺麦汁冷却6-8℃，酵母增殖槽中加0.5-1.0%酵母，之后送入大罐，16-24hr装满，品温9℃为宜。装满罐即发酵，升温，24hr后罐底排放冷凝物和酵母死细胞，5-7天，糖度下降到3.6-3.8时，升高罐压到0.1-0.12Mpa，并以0.2-0.3℃/h的速度使罐温降低到5℃，并保持此温12-24hr，自发酵的第7-8天开始排放酵母，发酵将至终了时，在2-3d内继续以0.1℃/h降温，使罐温降至0-1℃，并保温7-10d，罐压0.1Mpa，啤酒发酵总时间21-28d。（四）、后处理过滤、罐装、杀菌等过程，流程如下生啤酒硅藻土过滤PVPP稳定纸板精滤罐装杀菌膜过滤成品纯生啤酒三、酵母细胞的综合利用含蛋白质、脂肪、维生素、酶和无机盐等，蛋白42-53%，产朊假丝酵母为50%左右培养原料来源广泛：糖蜜、亚硫酸盐纸浆废液、稻草、稻壳、玉米芯、木屑等水解液，天然气、乙醇、甲醇等都为较好的原料。另外酿造厂、食品厂废渣、废液等也可作为培养基质为食饲用良好蛋白来源第三节霉菌在食品工业中的应用霉菌可把淀粉、糖类等碳水化合物及蛋白质等含氮物质转化，制造多种食品；部分食品制造中结合细菌、酵母共同作用。一，淀粉的糖化糖化为淀粉类原料被细菌、酵母等利用生产酿造类产品的前提糖化方法：酸解、酶解等酶解：根霉属（Rhizopus）、曲霉属（Aspergillus）和毛霉属（Mucor）中部分菌种可产糖化酶工艺：霉菌培养制曲；淀粉原料经蒸、煮、糊化、加入种曲，一定温度下培养，霉菌产酶分解淀粉为糖。部分产品生产上采用液体曲二、酱类大豆酱、蚕豆酱、面酱、豆瓣酱及其加工制品菌种主要为米曲霉：沪酿3.042，中科3.951号，黄曲霉Cr-1，黑曲霉F-27等。曲霉含蛋白酶、淀粉酶及纤维素酶活力，将原料中蛋白分解为氨基酸、淀粉为糖，并结合其它微生物产生醇、酸、酯等，形成特殊风味工艺分为制曲和制酱两部分制曲工艺流程制酱工艺流程

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三、酱油以蛋白质原料（豆饼、豆粕）和淀粉质原料（麸皮、面粉、小麦等），利用曲霉及其他微生物共同发酵作用酿制而成菌种：米曲霉、黄曲霉和黑曲霉等生产中常用混合菌种，以提高原料蛋白及碳水化合物利用率，提高成品还原糖、氨基酸及香味物质水平。曲霉外酵母菌、乳酸菌参与发酵对风味形成有重要影响工艺过程分种曲、制曲、发酵、浸出提油、成品配制等阶段（一）、种曲制造工艺流程（二）、成曲制造工艺流程（三）、发酵分类：醪醅状态：稀醪发酵、固态发酵及固稀发酵；加盐量：高盐发酵、低盐发酵、无盐发酵；加温状况：日晒、夜露与保温速酿。下为固态低盐发酵流程：麸皮、面粉加水混合蒸料冷却接种装匾曲室培养种曲原料粉碎润水蒸料冷却接种通风培养成曲成曲打碎加盐水拌合（12-13°Be，55℃左右盐水，含水量50-55%等条件下）保温发酵（50-55℃，4-6d）成熟酱醅（四）、浸出提油工艺流程（五）、成品配制头油、二油非成品，需按统一质量标准配兑，调配好的酱油须经灭菌、包装，并检验合格

二油三油水加热加热加热成熟酱醅第一次浸泡头渣第二次浸泡二渣第三次浸泡残渣第一次滤油第二次滤油第三次滤油头油二油三油四、柠檬酸枸橼酸，C6H8O7，以柑橘、菠萝、柠檬、无花果中含量高历史：1893年德国Wehmen发现青霉菌可积累柠檬酸，1923年美国科学家以废糖蜜远原料浅盘法发酵生产，1951年，美Miles公司深层发酵生产，我国1968年以甘薯为原料发酵成功作用：酸味料、油脂抗氧化剂、补血剂、食品包装用膜及无公害洗涤剂生产微生物：青霉、曲霉、毛霉、假丝酵母等，细菌也可，目前常用产酸能力强的黑曲霉，另外泡盛曲霉、斋藤曲霉（Asp.Saitoi）、桔青霉等产酸能力也很强反应过程总反应式：2C6H12O6+3O2=2C6H8O7+4H2O

CH3CO-SCOACO2COOHCOOH

CH3CH3

乙酰-COACH2C6H12O6

C=OC=O

HO-C=COOH

COOHCOOHCH2

COOH葡萄糖丙酮酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸发酵原料:糖质原料:甘蔗废糖蜜、甜菜废糖蜜；淀粉质原料：番薯、马铃薯、木薯；正烷烃发酵形式：固体发酵、液体发酵（浅盘发酵、液体深层发酵）各国多采用液体深层发酵法总过程分为斜面培养、种子扩培、发酵及提炼四阶段以薯干粉为原理液体深层发酵工艺流程以薯渣为原料的固体发酵工艺流程

斜面菌种麸曲瓶种子薯干粉调浆灭菌（间歇或连续）冷却发酵发酵液提取成品无菌空气

试管斜面三角瓶菌种种曲薯渣粉碎蒸煮摊凉接种装盘发酵出曲提取成品米糠第四节微生物酶制剂在食品工业中的应用广泛应用的酶制剂淀粉酶、蛋白酶、葡萄糖异构酶、果胶酶、脂肪酶、葡萄糖氧化酶等，绝大部分来自微生物应用范围：食品、纺织、制革、洗涤剂、医药、造纸及化学分析，其中60%应用于食品工业生产过程：菌种选育及扩培、产酶培养、酶的分离纯化、制剂化、稳定化等表9-3微生物酶制剂及其在食品工业中的应用酶用途来源淀粉酶蛋白酶脂肪酶纤维素酶半纤维素酶果胶酶葡萄糖氧化酶葡萄糖异构酶蔗糖酶橙皮苷酶柚柑酶乳糖酶单宁酶花色素酶凝乳酶胺氧化酶菊糖酶蜜二糖酶水解淀粉制造葡萄糖、麦芽糖、糊精，供制造多种食品软化动物肌肉纤维、干酪制造、消化蛋白质，改善食品风味等用于制作干酪和奶油，增进食品香味，大豆脱醒等用于大米、大豆、玉米脱皮，淀粉制造，冲调食品等用于大米、大豆、玉米脱皮，提高果汁澄清度，提高速溶食品溶解度用于柑桔脱囊衣，饮料澄清等用于蛋白质脱葡萄糖，防止食品褐变，食品除氧防腐可使葡萄糖转化为果糖制造转化糖，防止高浓度糖浆中蔗糖析出，防止糖果发沙防止柑桔罐头的白色沉淀去果汁苦味供给乳糖酶缺乏症婴儿的乳品制造，防止乳制品中乳糖析出食品脱涩防止水果制品变色，白葡萄酒脱去红色乳液凝固剂胺类脱臭用于果糖制造分解甜菜制糖中的绵子糖细菌、霉菌细菌、霉菌酵母、霉菌霉菌霉菌霉菌、细菌霉菌细菌、放线菌酵母霉菌霉菌酵母、霉菌霉菌霉菌霉菌酵母、细菌细菌、霉菌霉菌一、菌种选育及扩培野生菌株可以直接发酵生产，但多数需经过诱变改良，按其生理生化特性及生长要求，选择合适培养条件扩培，之后产酶培养二、产酶培养固体培养法：又称麸曲培养，以麸皮或米糠为主要原料，另外根据需要添加其他谷糠、豆饼等，加水拌合成含水适度的培养基，供微生物生长产酶优点：原料简单、不易污染、酶提取容易、操作简便、节省能源等缺点：不便自动化及连续操作，占地多、劳动强度大、生产周期长液体培养法经灭菌的培养基在密闭的发酵罐中进行大规模培养产酶的方法分批培养、流加培养、连续培养影响因素：PH、通气量、温度、基质组成、生长速率、生长期及代谢产物等优点：占地少、生产量大、适合连续作业、条件易控、不易污染，劳动强度小三、酶的分离纯化胞内酶：酶分布于菌体特定的细胞器需破碎细胞，如自溶法、机械破碎法、冻融法、超声破碎法等胞外酶：分泌至菌体外胞外微生物酶制剂提取工艺流程

固体培养物液体培养物水或缓冲液抽提过滤或离心弃渣酶液菌体及不溶物预处理分离、过滤、脱色纯化浓缩干燥浓缩粉碎粉状酶制剂液体酶制剂四、酶制剂和稳定化浓缩酶液可制作为液体和固体形式，出售前需稀释