8-10细菌在食品工业中的应用

11微生物在食品工业中的应用

教学内容：1、细菌2、霉菌3、酵母菌4、微生物代谢产物重点：微生物在食品制造过程中的不同作用难点：发酵类食品制造原理超重点简答题和论述题，分值一般30左右应对措施，书本7-10章课后问答题3生物资源的利用现状类群已知种估计种已知种比例(%)病毒5×1031.3×1054细菌4.7×103

4×10412真菌6.9×1041.5×1065藻类4×1046×10467被子植物2.5×1052.7×10593鱼类1.9×1042.1×10490鸟类9.2×103

1×104～

100哺乳动物4.17×103

4.3×103

～

1004微生物物种丰富，“蕴藏量”大，未知者多

细菌1×108CFU.g－1土壤

放线菌1×107CFU.g－1土壤

真菌1×106CFU.g－1土壤

人肠道益生菌106－1011CFU.g－1粪便人类所知微生物不到10％，已利用的不到1％。5具有丰富的物种多样性；

食品、保健品、药品等产品的原料；

可人工控制规模生产；

微生物资源6传统酿造工业：

现代发酵工业：生产的药物、氨基酸、有机酸、维生素、酶制剂、微生物肥料、微生物农药……

仅抗生素而言，全世界的年产值达300亿美元！

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种类：1.细菌与发酵食品2.真菌与发酵食品3．微生物菌体食品4．微生物多糖5．微生物与食品风味物质6．微生物与酿造酒7．微生物与酱油酿造8．醋酸菌与食醋酿造9．发酵肉与微生物88根据微生物在食品制造中的作用分为四个类型：综合作用（发酵食品）：面包、啤酒酱油、制酱、发酵豆制品食醋发酵乳制品微生物代谢产物：酒精、柠檬酸、味精、维生素、其它酶制剂：各种酶利用微生物菌体：单细胞蛋白、食用菌、其它益生菌利用细菌制造的食品发酵乳制品发酵果蔬制品纳豆食醋发酵肉制品生产氨基酸及多糖益生菌及其制品1010一、发酵食品——酿造发酵食品是指经过微生物(细菌、酵母菌、霉菌等)酶的作用使加工原料发生许多理想的十分重要的生物化学变化及物理变化后制成的食品。1111

发酵食品的特点、意义

原材料的质地得到了改善

风味特殊且多样化

营养价值大为提高

产品稳定性提高且便于保存

经济价值大大升高1212

常见发酵食品

发酵蔬菜：源于中国修万里长城时期，蔬菜经乳酸细菌发酵而成，如泡菜、榨菜等。酱油：《神农本草经》已有记载

(始于公元前2838年)。米曲霉发酵大豆

(或其饼粕)而成。粮醋：公元前3000年起源于中国，由根霉菌将

淀粉类物质糖化，由酵母将糖酒化，再经醋酸菌将酒氧化成醋。

酒：源于“三皇五帝”时代，大禹治水期。用根霉、毛霉、酵母等发酵大米一类淀粉而成。

132007-6-18

13

“豆鼓”、“腐乳”、“腊八豆”等

起源于中国，用毛霉（米曲霉）发酵大豆或其制品而成。纳豆：日本借用中国豆鼓生产的工艺用纳豆芽孢杆菌将大豆发酵而成。面包：源于公元前7000年左右的西欧。牛奶发酵产品：其制作方式发现于利比

亚沙漠岩石的壁画上(公元前9000年)。

1414

原理：乳酸发酵

在乳酸菌的作用下将可发酵性糖转化为乳酸的过程称为乳酸发酵。

如：牛乳变酸、腌制泡菜、酸乳酒和青贮饲料等。在发酵工业上乳酸发酵则是生产乳酸的基础。

1515发酵原理（风味物质的产生）乳糖——乳酸（乳酸菌）：凝乳柠檬酸——双乙酰（乳脂明串珠菌、乳链球菌，酸性条件）：奶油、坚果仁的香味和风味

乙醛（乳酸发酵前产物）乙醇（乳脂明串珠菌异型乳酸发酵副产物）有机酸——甲酸、乙酸、丙酸（酪蛋白）二氧化碳（异型乳酸发酵过程副产物）发酵乳制品酸奶酒开菲尔粒（发酵剂）：乳酸菌、酵母菌、醋酸菌发酵果蔬制品发酵果蔬汁发酵菌种：嗜热链球菌、保加利亚乳杆菌、嗜酸乳杆菌、双歧杆菌59纳豆和纳豆激酶（NattoandNattokinase）

纳豆是用纳豆菌（B.subtiliseNatto）发酵而成的日本传统发酵食品之一。食醋发酵肉制品形状：灌肠………火腿。分类方法：根据酸性(pH)高低原料形态(绞碎或不绞碎)

发酵方法(有无接种微生物或/和添加碳水化合物)

表面有无霉菌生长脱水的程度地名进行命名3.发酵剂

(1)自然接种和后接种

(2)纯微生物发酵剂常用菌种

①片球菌属②乳杆菌③微球菌④霉菌和酵母(3)发酵剂培养物

的使用

纯微生物发酵剂常用菌种

乳杆菌

同型发酵乳杆菌植物乳杆菌异型发酵乳杆菌布氏乳杆菌短乳杆菌微球菌属变异微球菌玫瑰色微球菌藤黄微球菌霉菌

纳地青霉娄地青霉白地青霉发酵肉制品的一般加工工艺调味

绞肉原料肉的预处理干燥发酵烟熏罐装腌制调味添加发酵剂原料肉的选择

主要从以下四个方面考虑原料肉的质量水分含量缓冲力原料肉温度辅料

(1)食盐:

添加量为2～3.5%.

(2)碳水化合物:

干香肠添加葡萄糖0.5～0.75kg/100kg肉；

半干香肠添加葡萄糖0.75～1.00kg/100kg肉。(3)香辛料:

黑胡椒、白胡椒、芥末、大蒜粉、香辣粉、肉豆蔻、肉豆蔻种衣、姜、肉桂、红辣椒。(4)化学酸味剂：

如GDL(葡萄糖酸-δ-内酯)或胶囊乳酸。

发酵香肠中香辛料的配方项目123456瘦牛肉96.093.895.895.896.095.6食盐3.03.03.03.03.03.0葡萄糖1.01.01.01.01.01.0亚硝酸钠0.0150.0150.0150.0150.0150.015固体玉米糖浆1.5碎白胡椒0.170.170.17碎黑胡椒0.230.230.23大蒜粉粒0.0130.0130.013味精0.2异抗坏血酸0.04100.0100.0100.0100.0100.0100.0图1-7-1香辛料配料对乳杆菌发酵至pH5.0

时的香肠发酵时间的影响发酵与熏制

传统工艺：

发酵温度15.6～23.9℃

相对湿度80%～90%。现代工艺：

发酵温度21.1～37.8℃

相对湿度80%～90%

发酵时间12～24hpH到4.8～4.9

发酵后进行烟熏。加热干燥

发酵后干香肠和半干香肠经煮熟、半煮熟或直接放在干燥室内干燥半干香肠：

加热到43～47℃干香肠：

不需加热；发酵后干燥；温度10.0～21.0℃RH65%～75%必须控制水分的蒸发速度包装

理想包装：

真空包装

充气包装利用细菌生产氨基酸及多糖7979谷氨酸(1)菌种及其特性生产菌种：北京棒杆菌、钝齿棒杆菌菌体：短杆或棒状，有时略呈弯杆状，两端钝圆，单个、成对或V字排列营养特性：利用葡萄糖、蔗糖等单、双糖；也可利用乙酸、柠檬酸合成谷氨酸；不能分解淀粉、纤维素、油脂等；铵盐和尿素可作为氮源；需提供生物素作为生长因子、硫胺素具明显促生长作用。培养特性：好氧或兼性厌氧最适生长温度：30-32℃，最适PH6.0-7.58080(2)发酵机制a-酮戊二酸——TCA的中间产物，经谷氨酸脱氢酶的催化生成谷氨酸。谷氨酸产生菌的特性：

8181①丧失或减弱a-酮戊二酸脱氢酶活力——阻断TCA循环继续反应。②增强由丙酮酸固定CO2生成草酰乙酸的反应——提供合成a-酮戊二酸的原料。③谷氨酸脱氢酶的活力强，且丧失谷氨酸由谷氨酸引起的反馈抑制和反馈阻遏反应。④加入过量铵离子，加速a-酮戊二酸的还原共轭反应——生成谷氨酸⑤生成的谷氨酸不形成蛋白质，而且能分泌到细胞外。⑥菌体不吸收、利用体外的谷氨酸。8282（3）工艺——液态深层发酵原料：淀粉质原料（薯干粉等）总流程（4个部分）原料（淀粉）——粉碎——调浆——糖化——冷却——中和——脱色——过滤——添加辅料（氮源、无机盐、生长因子等）——接种（二级种子）——发酵——谷氨酸提取——碱中和——脱铁、脱色——浓缩——过筛——包装——成品（味精）谷氨酸发酵工艺1.培养基成分2.发酵条件的控制赖氨酸黄单胞菌属黄原胶p128右旋糖酐肠膜明串珠菌、右旋链杆菌优良血浆代用品益生菌及益生菌制品乳酸菌类芽孢杆菌类酵母菌类细菌制造的主要食品乳制品果熟制品纳豆食醋发酵肉制品氨基酸多糖发酵乳制品类型酸乳干酪酸奶油酸性酪乳酸奶酒（开菲尔粒）微生物发酵剂菌种类型同型乳酸发酵异型乳酸发酵乳制品中风味物质，来源发酵菌种霉菌在食品工业中的应用9393酱油1、原料：蛋白质类：各种豆类、花生饼、芝麻饼淀粉类：麸皮、米糠、大麦、薯干粉辅料：食盐2、菌种及发酵机理：米曲霉、酱油曲霉（混合或单用）：产生蛋白酶、淀粉酶，分解原料产生氨基酸、单糖等酵母菌（自然生长）：发酵生成乙醇、甘油等乳酸菌（自然生长）：发酵生成乳酸9494酱色的生成：

美拉德反应（氨基-羰基反应）：形成类黑色素酶促褐变反应（多酚氧化酶氧化酪氨酸）：形成黑色素风味来源：

鲜：氨基酸、核酸物质的钠盐甜：糖类（淀粉糖化）、氨基酸（甘氨酸）、醇（甘油）酸：有机酸苦：某些氨基酸（酪氨酸）、乙醛等咸：食盐95953、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（制曲阶段：曲霉作用产生蛋白酶、淀粉酶——固体培养、好氧）↓成熟酱←酱醅保温发酵←入发酵容器←拌和制醅↓（发酵阶段：乳酸菌——乳酸；酵母菌——酒精、甘油）↑浸出淋油稀盐水糖浆↓↑配制糖浆↓↑装瓶盐水

酱油发酵过程的生物化学变化蛋白质，淀粉的水解乙醇和有机酸发酵酱油制造过程的微生物酶系蛋白酶淀粉酶氨基转移酶和谷氨酸脱氢酶脂肪酶纤维素酶酚氧化酶果胶酶利用霉菌制造的食品酱类腐乳豆豉丹贝（天培）茶叶9999豆腐乳毛霉型腐乳工艺流程：选料→浸泡→磨浆→甩浆→煮浆→点浆→压榨→↓豆渣豆腐坯→接种→培养→搓毛→腌坯↓成品←后发酵←装坛↑配料有机酸的生产1、柠檬酸生产（1）菌种能形成柠檬酸的微生物很多，有实用意义：黑曲霉——产酸能力最强假丝酵母——能够利用正烷烃（利用工业废料）特点：好氧发酵101101（2）发酵机制以黑曲霉（好气性发酵）为例代谢途径：①柠檬酸生物合成途径葡萄糖—EMP—丙酮酸—TCA柠檬酸

（中间产物）

↓102102柠檬酸积累的生物调节乌头酸水合酶失活，阻断柠檬酸以下的TCA循环(控制F2+含量)TCA循环受阻时，必须由另外的途径生成草酰乙酸，使TCA循环前段反应能继续下去，不断生成柠檬酸磷酸烯醇丙酮酸+CO2）羧化生成

丙酮酸+CO2羧化生成

促进EMP途径畅通柠檬酸对异柠檬酸脱氢酶具抑制作用，利于柠檬酸的积累103103（3）生产过程——液态深层发酵原料：淀粉类、糖蜜工艺：分批培养原料配制——灭菌——接种——控制温度——提取——成品不需经糖化过程（因为霉菌本身具糖化酶）特点：规模大、效率高苹果酸酵母菌在食品工业中的应用利用酵母菌制造食品酵母菌体的利用106106酿酒酒的分类1：1、果酒2、蒸馏酒3、配制酒4、混合酒5、啤酒1071、蒸馏酒淀粉质原料经过蒸煮、糖化、酒精发酵和蒸馏而得的含高酒精浓度的无色透明饮料酒。按原料命名：高粱酒、玉米酒、谷酒…按糖化发酵剂命名：大曲酒、小曲酒、麸曲酒按产地命名：茅台酒、洋河大曲…

世界上的蒸馏酒大致可分为六大类：中国白酒、威士忌、白兰地、俄得克、老姆酒金酒等。108108中国白酒工艺过程：（曲）特点：自然固体发酵，多种微生物共同作用根据制曲（糖化剂、发酵剂）的原料及微生物种类不同，分为大曲（大麦为主）、小曲（米粉、米糠、草药）、麸曲（麸皮）三类。1091092．黄酒：淀粉质原料经过蒸煮、加入小曲和酒母经糖化、酒精发酵和压滤而成。

黄酒原产于我同江浙一带的一种饮料酒。命名：以酒色命名：黑酒、红酒、竹叶青以产地命名：绍兴酒、即墨酒以含糖量：甜黄酒（大于10%）、半甜酒（5-10%）、干黄酒（∠5%）110菌种：根霉、曲霉和绍兴酵母菌的混合物。原料：主要是糯米。生产工艺流程：浸米→茶蕉→冷却→加入麦曲、酒母→治缸→糖化发酵→后发酵→压榨→澄清→成品

特点：黄洒酿造过程中，淀粉糖化、酒精发酵和陈酿同时进行，所以糖浓度不会过高积累。黄酒经酿成后，酒精含量为15％—20％，营养价值较高。111111

3、啤酒（酒精3-5%）：以麦芽为主要原料，辅以啤酒花发酵出的低酒度酿造酒。原料：大麦芽辅料：大米、玉米、酒花、淀粉酶主要工艺：A、制备麦芽B、麦芽汁糖化：借助自身水解酶C、麦汁煮沸与添加酒花啤酒花：桑科、律草属、多年生蔓性攀缘草本、雌雄异株。

成熟雌花含α-酸，赋予特殊苦味D、发酵：包括糖——酒精以及各种变化（CO2、脂、醇、硫化物、含N物、糖）E、过滤、消毒F、分装112112

4、果酒：以果汁为原料进行酵母菌酒精发酵，经陈酿、澄清而成的含9-13%的酒。二千多年的历史。以下以葡萄酒为例A、分类按酒色；红葡萄酒、白葡萄酒

按糖分：干葡萄酒（残糖量小于0.3g/100ml，不引起再发酵）

甜葡萄酒（残糖大于5%）按酿造方法：天然葡萄酒：完全用葡萄汁，不加酒精和糖

加强葡萄酒：添加酒精按是否含CO2：静酒

汽酒：香滨113基本工艺：葡萄汁（加糖调酸）——加SO2（0.2-0.9g/ml）——主发酵——后发酵——陈酿——调配——装瓶。114114面包等制品菌种及发酵原理菌种：啤酒酵母，根据制成方式不同分为两种：压榨酵母：鲜酵母，活力强、易污染活性干酵母：需先活化（液体培养）发酵原理：酵母菌生长，产生

CO2——使面团膨大成型酒精——赋予面包特殊的风味（糖、酒精、醛、酸等）工艺流程：配料→第一次发酵(醪头)→第二次发酵(大粉)→成型→后发酵(蒸汽间)→焙烤→冷却→包装→成品。115115影响面包质量的因素菌种质量：发酵能力淀粉：淀粉中所含β-淀粉酶的活性淀粉中面筋含量——影响成形微生物污染：菌种污染影响酵母菌生长、形成不良风味，或发酵失败面粉污染116116单细胞蛋白——利用菌体蛋白质优点：单细胞蛋白质的生产可不受气候等环境条件影响，能够工业化生产微生物生长速度快、效率高蛋白质含量高，氨基酸组成全面、有的富含维生素原料丰富—利用工农业废料废水例如：糖质原料（糖蜜）、石油肥料（烃类）、发酵废料（甲醇、乙醇、醋酸）等用途：食品原料饲料发酵剂117

酵母菌是重要的SCP资源；

我们选育了菌体蛋白质含量为68.12%假丝酵母，且氨基酸组成中赖氨酸丰富。118含有活性物质：海藻糖、脱氧核糖、直链淀粉，还有辅酶A、核苷酸、麦角固醇、乳糖酶、维生素等；

可利用农副产品废弃物、糖蜜、纸浆废液等，实现对农副产品的综合利用。微生物代谢产物在食品工业中的应用微生物酶制剂风味物质真菌多糖120三、酶制剂

生物中已发现的酶有2500多种，50多种能工业生产的酶制剂中大部分源于微生物酶。

预测未来10年，每年将增加6.5%。

食品45%

主要应用领域洗涤剂34%

皮革3%

诊断、药用等6%

121121

微生物工业生产的主要酶制剂名称重要的产酶微生物用途α-淀粉酶米霉、黑曲霉、芽孢杆菌淀粉液化、消化剂、果汁澄清β-淀粉酶米曲霉、芽孢杆菌淀粉加工、退浆制麦芽糖葡萄糖淀粉酶根霉、曲霉、拟内孢霉制备葡萄糖，酿造业异淀粉酶产气杆菌、链球菌、假单胞菌制备麦芽糖、麦芽三糖酸性蛋白酶曲霉、毛霉、芽孢菌食品加工、软化剂中性蛋白酶曲霉、芽孢菌、嗜热芽孢菌食品加工、二肽甜味素碱性蛋白酶曲霉、芽孢菌、链霉菌洗涤、肉嫩化、脱胶、制革凝乳酶毛霉、酵母、芽孢杆菌干酶制造脂肪酶根霉、曲霉、假丝酵母制甘油、低脂肪酸食品纤维素酶木霉、曲霉、青霉饲料、白酒、蔬菜、纺织果胶酶曲霉、青霉、芽孢杆菌澄清果汁、过滤、棉麻精炼葡萄糖氧化酶青霉、曲霉、醋酸杆菌蛋品、食品加工、医学检验葡萄糖异构酶假单胞菌、链霉菌、节杆菌制备果糖，饮料腈水合酶假单胞菌生产丙烯酰胺风味物质微生物香味剂微生物鲜味剂123微生物多糖（polysaccharide）

国内外已工业化生产的多糖主要有：

黄原胶（Xanthan）

右旋糖酐（Dextran）

小核菌葡聚糖（Scleroglucan）

短梗霉多糖(pullulan)

热拟多糖（curdlan）

食用菌多糖（mushroompolysaccharide）主要源于微生物代谢产物。124灵芝多糖

芸芝多糖

食用菌多糖香菇多糖

银耳多糖

金针菇多糖

灰树花多糖

有提高免疫功能、抗肿瘤等功能，灵芝多糖、芸芝多糖已开发成药品。125灵芝多糖工业发酵生产灵芝：4%大米，1%豆粕，0.1%磷酸氢二钾，0.05%的硫酸镁干菌丝得率为35.81mg/mL；灵芝粗多糖得率489mg/mL126蛹虫草

蛹虫草又名北冬虫夏草(Corducepsmilitaris).为子囊菌亚门(Ascomycotina)麦角菌目(Clavicipitales)麦角菌科(Cordycepps)真菌子座单生