【正文】 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 第五章 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 微生物與乳制品 微生物與發(fā)酵調(diào)味品 微生物與釀造酒 微生物與單細(xì)胞蛋白 食品工業(yè)中微生物酶制劑 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 微生物與乳制品 乳制品中的乳酸細(xì)菌類群 乳酸細(xì)菌是一類能使可發(fā)酵性碳水化合物轉(zhuǎn)化成乳酸的細(xì)菌的統(tǒng)稱。它并非是微生物分類學(xué)上的名詞，只是由于這類細(xì)菌在自然界分布廣泛，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和醫(yī)藥等與人類生活密切相關(guān)的重要領(lǐng)域應(yīng)用價(jià)值高，且有些種、屬的細(xì)菌對(duì)人的健康帶來(lái)益處，也有些對(duì)人畜致病，而受到人們的極大重視。 隨著人們對(duì)乳酸菌的研究不斷深入，乳酸菌群中出現(xiàn)了許多新的屬、種。幾乎每年都有乳酸細(xì)菌新種（屬）的報(bào)道。目前發(fā)現(xiàn)的乳酸菌，至少分布于 19個(gè)屬的微生物中。下面介紹幾種在乳制品中的乳酸菌屬（種）。 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 乳桿菌屬 （ 1）形態(tài)特征 細(xì)胞多呈長(zhǎng)或細(xì)長(zhǎng)桿狀、彎曲形短桿狀及棒狀球桿狀，一般呈鏈排列。大多數(shù)革蘭氏染色陽(yáng)性，有些菌株革蘭氏染色或甲基藍(lán)染色顯示兩極體，內(nèi)部有顆粒物條紋狀。通常不運(yùn)動(dòng)，有的具有周生鞭毛能夠運(yùn)動(dòng)。無(wú)芽孢。大多不產(chǎn)色素。 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 （ 2）生理生化特點(diǎn) 化能異養(yǎng)型，對(duì)營(yíng)養(yǎng)要求嚴(yán)格，生長(zhǎng)繁殖需要多種氨基酸、維生素等。根據(jù)對(duì)碳水化合物的發(fā)酵類型，可將乳桿菌屬分為三個(gè)類群，即第一類是同型發(fā)酵群：發(fā)酵葡萄糖產(chǎn)生 85%以上的乳酸，不能發(fā)酵戊糖和葡萄糖酸鹽；第二類是兼異性發(fā)酵群：即能發(fā)酵葡萄糖產(chǎn)生 85%以上的乳酸，也以發(fā)酵某些戊糖和葡萄糖酸鹽；第三類是異型發(fā)酵群：發(fā)酵葡萄糖產(chǎn)生等量物質(zhì)的乳酸、乙酸、乙醇及CO2。 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 （ 3） 乳酸桿菌屬的代表種 ① 保加利亞乳桿菌。細(xì)胞形態(tài)長(zhǎng)桿狀、兩端鈍圓。固體培養(yǎng)基生長(zhǎng)的菌落呈棉花狀，極易與其他乳酸菌區(qū)別。能利用葡萄糖、果糖、乳糖進(jìn)行同型乳酸發(fā)酵，不能利用蔗糖。是乳菌菌中產(chǎn)酸能力最強(qiáng)的菌種，其產(chǎn)酸能力與菌體形態(tài)有關(guān)，菌形越大，產(chǎn)酸能力強(qiáng)，反之就弱。最適生長(zhǎng)溫度 37～45℃ ，溫度高于 50℃ 或低于 20℃ 不生長(zhǎng)。 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 ② 嗜酸乳桿菌。細(xì)胞形態(tài)比保加利亞乳桿菌小，呈細(xì)長(zhǎng)桿狀。能利用葡萄糖、果糖、乳糖及蔗糖進(jìn)行同型乳酸發(fā)酵。生長(zhǎng)繁殖需一定的維生素等生長(zhǎng)因子。生長(zhǎng)因子通常是指氨基酸、嘌呤、嘧啶和 B族維生素的一種，又叫維生素 H或輔酶 R。 最適生長(zhǎng)溫度 37℃ ，低于 20℃ 不生長(zhǎng)。耐熱性差，耐酸性強(qiáng)，能在其他乳酸菌不能生長(zhǎng)的酸性環(huán)境中生長(zhǎng)繁殖。 嗜酸乳桿菌是能夠在人體腸道內(nèi)有益的微生物菌群之一，其代謝產(chǎn)物乳桿菌素（ lactocidin）、 嗜酸乳素 (acidoph－ilin)、 酸菌素 (acidolin)可抑制病原菌和腐敗菌的生長(zhǎng)。此外，該菌在改善乳糖不耐癥、治療便秘、痢疾及激活人體免疫系統(tǒng)，抗腫瘤等方面都具有一定的功效。 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 鏈球菌屬 （ 1）形態(tài)特征 細(xì)胞呈球形或卵園形，成對(duì)或成鏈排列。革蘭氏染色陽(yáng)性，無(wú)芽孢，一般不運(yùn)動(dòng)，不產(chǎn)生色素。 （ 2）生理生化特點(diǎn) 化能異養(yǎng)型，同型乳酸發(fā)酵產(chǎn)生右旋乳酸，兼性厭氧型，厭氧培養(yǎng)生長(zhǎng)良好。 （ 3）鏈球菌屬的代表種 ① 嗜熱鏈球菌。細(xì)胞呈長(zhǎng)鏈球狀。能利用葡萄糖、果糖、乳糖和蔗糖進(jìn)行同型乳酸發(fā)酵產(chǎn)生 L型乳酸?？墒古Ｈ槟?。蛋白質(zhì)分解能力較弱。其特征是：在高溫條件下產(chǎn)酸，低于 20℃ 不產(chǎn)酸。最適生長(zhǎng)溫度 40～ 45℃ ，耐熱性強(qiáng)，能耐65～ 68℃ ，常作為發(fā)酵乳、干酪的生產(chǎn)菌。 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 ② 乳酸鏈球菌。細(xì)胞呈雙球、短鏈或長(zhǎng)鏈狀。同型乳酸發(fā)酵。牛乳隨便放置時(shí)的凝固大部分由該菌所致。產(chǎn)酸能力弱。對(duì)溫度適應(yīng)范圍廣，最適生長(zhǎng)溫度 30℃ 。對(duì)熱抵抗力弱， 60℃ ， 30min全部死亡。常作為干酪、酸奶油及乳酒發(fā)酵菌種。 ③ 乳脂鏈球菌。細(xì)胞比乳酸鏈球菌大，長(zhǎng)鏈狀，同型乳酸發(fā)酵。產(chǎn)酸和耐酸能力都較弱，產(chǎn)酸溫度低，約 18～20℃ ， 37℃ 以上不產(chǎn)酸、不生長(zhǎng)。由于該菌耐酸能力差，菌種保保藏非常困難，需每周轉(zhuǎn)接菌種一次。此菌常作為干酪、酸奶油的發(fā)酵菌種。 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 雙歧桿菌屬 （ 1）形態(tài)特征 細(xì)胞呈現(xiàn)多樣性： Y字形、 V字形、彎曲狀，典型的形態(tài)為分叉桿菌，故取名 bifidum（ 拉丁文指分開(kāi)、裂開(kāi)之意）。革蘭氏染色陽(yáng)性，無(wú)芽孢和鞭毛，不運(yùn)動(dòng)。 （ 2）生理生化特點(diǎn) 化能異養(yǎng)型，有特殊的營(yíng)養(yǎng)要求，生長(zhǎng)繁殖需要多種雙歧因子（一種能促進(jìn)雙歧桿菌生長(zhǎng)，不被人體吸收利用的天然或人工合成的物質(zhì)），能利用葡萄糖、果糖、乳糖和半乳糖，通過(guò) 6磷酸支路生成乳酸和乙酸及少量的甲酸和琥珀酸，不產(chǎn)生 CO2。 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 蛋白質(zhì)分解力微弱，能利用銨鹽作為氮源，不能還原硝酸鹽，不液化明膠。專性厭氧，對(duì)氧的敏感性不同的菌種有差異，多次傳代后，菌株的耐氧性增強(qiáng)，接觸酶反應(yīng)陰性。最適生長(zhǎng)溫度 37℃ 。不耐酸，酸性環(huán)境（ pH≤ ） 對(duì)菌體存活不利。 目前已知的雙歧桿菌共有 24種，其中 9種存在于人體腸道內(nèi)，它們是兩歧雙歧桿菌、長(zhǎng)雙歧桿菌、短雙歧桿菌、嬰兒雙歧桿菌、鏈狀雙歧桿菌、假鏈狀雙歧桿菌和牙雙歧桿菌等。應(yīng)用于發(fā)酵乳制品生產(chǎn)的僅為前面 5種。 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 乳酸菌與發(fā)酵乳制品 發(fā)酵乳制品是指良好的原料乳經(jīng)過(guò)殺菌作用接種特定的微生物（主要是乳酸菌）進(jìn)行發(fā)酵，產(chǎn)生具有特殊風(fēng)味的食品，稱為發(fā)酵乳制品。它們通常不僅有良好的風(fēng)味、較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、還具有一定的保健作用。并深受消費(fèi)者的普遍歡迎。近些年來(lái)，由于確認(rèn)了乳酸菌尤其是雙歧桿菌、嗜熱乳桿菌等腸道有益菌具有許多重要的生理功能，各種乳酸菌發(fā)酵乳制品開(kāi)始風(fēng)靡世界，被譽(yù)為“ 21世紀(jì)的功能性食品”。 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 發(fā)酵乳制品是一綜合性的名稱，包括酸奶，酸奶酒、酸奶油及干酪等。目前根據(jù)發(fā)酵乳制品的生產(chǎn)過(guò)程、發(fā)酵劑的種類、產(chǎn)品的特征及其他特性的不同大致將發(fā)酵乳制品分為四大類：發(fā)酵乳、干酪、酸乳菌制劑和酸乳粉。其中發(fā)酵乳和干酪生產(chǎn)量最大。有些發(fā)酵乳制品如干酪、酸奶油等，除乳酸菌細(xì)菌外、酵母菌、霉菌也參與發(fā)酵。這些微生物不僅會(huì)引起產(chǎn)品外觀和理化特性的改善，而且可以豐富發(fā)酵產(chǎn)品的風(fēng)味。 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 （ 1）乳糖的乳酸發(fā)酵 這是所有發(fā)酵乳制品所共有的最為重要的乳糖代謝方式。由乳酸菌產(chǎn)生的乳酸是乳制品中最基本的風(fēng)味化合物。一般乳液中含 %～ %的乳糖，它是乳液中微生物生長(zhǎng)的主要能源和碳源。因此。那些具有乳糖酶的乳鏈球菌、嗜熱鏈球菌和乳桿菌等才能在乳液中正常生長(zhǎng)，并在與其他菌的竟?fàn)幧L(zhǎng)中成為優(yōu)勢(shì)菌群。 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 （ 2）檸檬酸轉(zhuǎn)變?yōu)殡p乙酰 乳脂明串珠菌、乳鏈球菌丁二酮亞種等將發(fā)酵牛乳中產(chǎn)生的另一種代謝物質(zhì)檸檬酸轉(zhuǎn)變?yōu)殡p乙酰，它是乳制品中極其重要的風(fēng)味物質(zhì)，它使發(fā)酵乳制品具有奶油特征，還有一種類似堅(jiān)果仁的香味和風(fēng)味。但乳脂明串球菌在牛乳中生長(zhǎng)很慢，利用乳糖產(chǎn)酸的的能力弱，因而在生產(chǎn)上常加葡萄糖和酵母膏的辦法促進(jìn)其生長(zhǎng)，這樣只有當(dāng)乳液中有足夠的酸時(shí)，乳脂明串珠菌才能發(fā)酵牛乳中的檸檬酸生成雙乙酰。研究還表明，風(fēng)味細(xì)菌的檸檬酸酶只有在 pH低于 ，而牛乳的 pH一般為 ～，這就要求它與乳酸菌共同生長(zhǎng)。 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 （ 3）乙醛的產(chǎn)生 嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌在乳酸的代謝過(guò)程中，產(chǎn)生的乙醛也是一種重要的風(fēng)味物質(zhì)，以增進(jìn)酸牛乳的美味。但發(fā)酵酸性奶油時(shí)，乙醛的存在會(huì)有害，會(huì)帶來(lái)一種不良的風(fēng)味，故酸性奶油的生產(chǎn)中禁用這些菌株。而乙醇脫氫酶活性較強(qiáng)的乳脂明串珠菌則能將乙醛轉(zhuǎn)變?yōu)橐掖肌? 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 （ 4）乙醇的產(chǎn)生 乳脂明串珠菌在異型乳酸發(fā)酵中可形成少量的乙醇，它也是發(fā)酵乳制品中重要的風(fēng)味物質(zhì)之一，而乳脂明串珠菌有較強(qiáng)的乙醇脫氫酶活性，能將乙醛轉(zhuǎn)變?yōu)橐掖肌９室卜Q風(fēng)味菌、香氣菌或產(chǎn)香菌。在酸奶酒中的乙醇則是由酵母菌產(chǎn)生的，不同乳制成的酸奶酒由不同的酵母菌產(chǎn)生乙醇。如牛奶酒由克菲爾酵母和克菲爾圓酵母產(chǎn)生，而馬奶酒則是由乳酸酵母產(chǎn)生的。 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 （ 5）甲酸、乙酸和丙酸的產(chǎn)生 鏈球菌丁二酮亞種，利用酪蛋白水解物形成的揮發(fā)性脂肪酸中的甲酸、乙酸和丙酸也是構(gòu)成發(fā)酵乳制品風(fēng)味物質(zhì)的重要化合物。揮發(fā)性脂肪酸對(duì)成熟干酪的口味形成是有益的。 （ 6）二氧化碳的產(chǎn)生 異型乳酸菌、酵母菌發(fā)酵乳糖及乳脂明串珠菌發(fā)酵檸檬酸在乳液中產(chǎn)生的二氧化碳使酸乳酪和酸奶酒產(chǎn)品膨脹或起泡。 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 酸乳 酸乳是新鮮牛乳經(jīng)過(guò)乳酸菌發(fā)酵后制成的發(fā)酵乳飲料。根據(jù)其發(fā)酵方式可分為凝固型、攪拌型和飲料型三種。 （ 1）乳酸菌種選擇及生產(chǎn)工藝 菌種的選擇對(duì)發(fā)酵劑的質(zhì)量起著重要的作用，應(yīng)根據(jù)不同的生產(chǎn)目的選擇適當(dāng)?shù)木N，要以產(chǎn)品的主要技術(shù)特性，如產(chǎn)香、產(chǎn)酸、產(chǎn)生黏性物質(zhì)及蛋白水解能力等作為發(fā)酵劑菌種的選擇依據(jù)。通常使用兩種或兩種以上菌種的混合使用，相互產(chǎn)生共生作用。大量的研究證明，混合使用的效果比單一使用的效果好。 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 ① 共同發(fā)酵法生產(chǎn)工藝 共同發(fā)酵法雙歧桿菌酸奶的生產(chǎn)工藝流程如下： 原料乳 ↓ 標(biāo)準(zhǔn)化 ↓ 調(diào)配 ←( 蔗糖 10%+葡萄糖 2%) ↓ 均質(zhì) (15～ 20MPa) ↓ 殺菌 (115℃ ， 8min) ↓ 冷卻 (38～ 40℃) ↓ 適量維生素 C→ 接種 ←( 雙歧桿菌 6%、嗜熱鏈球菌（保加利亞乳桿菌） 3%) ↓ 灌裝 ← 消毒瓶 ↓ 發(fā)酵 (38～ 39℃ ， 6h) ↓ 冷卻 (10℃ 左右 ) ↓ 冷藏 (1～ 5℃) ↓ 成品 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 雙岐桿菌酸奶的工藝要求：雙歧桿菌產(chǎn)酸能力低，凝乳時(shí)間長(zhǎng)，最終產(chǎn)品的口味和風(fēng)味欠佳，因而，生產(chǎn)上常選擇一些對(duì)雙歧桿菌生長(zhǎng)無(wú)太大影響，但產(chǎn)酸快的乳酸菌，如嗜熱鏈球菌、保加利亞乳桿菌、嗜酸乳桿菌、乳脂明串珠菌等與雙歧桿菌共同發(fā)酵。這樣既可以使制品中含有足夠量的雙歧桿菌，又可以提高產(chǎn)酸能力，大大縮短凝乳時(shí)間，縮短生長(zhǎng)周期，并改善制品的口感和風(fēng)味。 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 ② 共生發(fā)酵法生產(chǎn)工藝 雙歧桿菌、酵母共生發(fā)酵乳的生產(chǎn)工藝流程如下： 原料乳 ↓ 標(biāo)準(zhǔn)化 ≥% ↓ 蔗糖 10%＋葡萄糖 2%→ 調(diào)配 ↓ 均質(zhì) (15～ 20MPa) ↓ 殺菌 (115℃ ， 8min) ↓ 冷卻 (26～ 28℃) ↓ 兩歧雙歧桿菌 6%→ 接種 ← 乳酸酵母 3% ↓ 發(fā)酵 (26～ 28℃ ， 2h) ↓ 升溫 (37℃) ↓ 發(fā)酵 (37℃ ， 5h) ↓ 冷卻 (10℃ 左右 ) ↓ 罐裝 ↓