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微生物在食品工業(yè)中的應用(參考版)

2024-10-06 17:46本頁面
  

【正文】 用酶法水解淀粉,即淀粉粗質原料先經 α 淀粉酶液化,再經糖化酶糖化,糖液壓濾進行離子交換除雜質后,接入菌種進行谷氨酸發(fā)酵。酶法液化是利用 α 淀粉酶液化淀粉質原料,從而取代高壓蒸煮工藝。 微生物在食品工業(yè)中的應用 目前以淀粉為原料生產味精、啤酒、面包酵母、淀粉糖、酒精等企業(yè)廣泛應用淀粉酶進行淀粉糖化和液化。 微生物在食品工業(yè)中的應用 ( 1) 葡萄糖氧化酶( glucose oxidase) 是一種氧化還原酶,將蛋類制品中的的少量葡萄糖除去,而有效地防止蛋制品的褐變,提高產品的質量;容易發(fā)生氧化作用的花生、奶粉、面制品、冰淇淋、油炸食品等富含油脂的食品;易發(fā)生褐變的馬鈴薯、蘋果、梨、果醬類食品中,利用葡萄糖氧化酶這種理想的除氧保鮮劑,可以有效地防止氧化的發(fā)生。 微生物在食品工業(yè)中的應用 酶制劑在食品保鮮中應用 酶法保鮮技術是利用生物酶的高效催化作用,防止或消除外界因素對食品的不良影響,從而保持食品原有的優(yōu)良品質和特性的技術。為了使菌體最大限度地產酶,除了根據菌種特性或生產條件選擇恰當?shù)漠a酶培養(yǎng)基外,還應當為菌種在各個生理時期創(chuàng)造不同的培養(yǎng)條件。 微生物在食品工業(yè)中的應用 改變培養(yǎng)基成分,常常能提高酶活性;改變培養(yǎng)基的氫離子濃度和通氣等條件,可以調節(jié)酶系的比例;改變代謝調節(jié)或遺傳型,可以使產酶的微生物合成發(fā)生巨大的變化。以便達到發(fā)酵生產獲得大量所需的酶為目的。一旦菌種退化,要經過復壯處理,使其恢復產酶性能; ( 4)利于酶的分離純化 發(fā)酵完成后,需經分離純化過程,才能得到所需的酶,這就要求產酶細胞本身及其他雜質易于和酶分離; ( 5)安全可靠 要使用的微生物及其代謝物安全無毒,不會對生產人員健康和環(huán)境帶來不良影響,也不會對酶的應用產生其他的負面影響。一般說來,能用于酶發(fā)酵生產的微生物必須具備如下幾個條件: ( 1)酶的產量高 優(yōu)良的產酶微生物首先具有高產的特性,才有較好的開發(fā)應用價值。 微生物在食品工業(yè)中的應用 菌種的選擇 我們知道,任何微生物都能在一定的條件下合成某些酶。 一種酶可以有多種微生物產生,而一種微生物也可以產生多種酶。 生產堿性蛋白酶的微生物主要是芽孢桿菌屬的幾個種,如地衣芽孢桿菌、短小芽孢桿菌、嗜堿芽孢桿菌和灰色鏈球菌等。因此,主要應用于制造加酶洗滌劑。堿性蛋白酶作用位置是要求在水解肽鍵的羧基側具有芳香族或疏水性氨基酸(如苯丙氨酸、酪氨酸等)它比中性蛋白酶的水解能力更強,能水解酯鍵、酰胺鍵和轉肽的能力。 生產中性蛋白酶的微生物有:桔草芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、醬油曲霉、米曲霉和灰色鏈霉菌等。而有的枯草桿菌中性蛋白酶在 pH7和溫度 65℃ 時,酶活幾乎無損失。 微生物在食品工業(yè)中的應用 ( 2)中性蛋白酶 大多數(shù)微生物產生的蛋白酶是金屬酶,是微生物蛋白酶中最不穩(wěn)定的酶,很容易自溶,即使在低溫冷凍干燥下,也會造成分子質量的明顯減少。 生產酸性蛋白酶的微生物有:黑曲酶、米曲霉、方齋藤曲霉、金黃曲霉、擬青霉、微小毛霉、白假絲酵母、枯草桿菌等等。多數(shù)酸性蛋白酶在 pH 2~ 5范圍內是穩(wěn)定的,一般在 pH 7, 40℃ 條件下,處理 30min立即使酸性蛋白酶失活,在 , 30℃ 條件下可引起大部分酸性蛋白酶失活。按產生菌的最適 pH為標準,將蛋白酶分為中性蛋白酶、堿性蛋白酶和酸性蛋白酶。端肽酶常存在于細胞內,胞內酶。 在微生物的生命活動中,內肽酶的作用是降解大的蛋白質分子,使蛋白便于進入細胞內。按其降解多肽的方式分為:內肽酶和端肽酶。大多數(shù)的細菌纖維素酶在細胞內形成緊密的酶復合物,而真菌纖維素酶均可分泌到細胞外。纖維素酶可分為酸性纖維素酶和堿性纖維素酶。 能夠產生果膠酶的微生物很多,但在工業(yè)生產中采用真菌,大多數(shù)菌種生產的果膠酶都是復合酶,也有微生物卻能產生單一果膠酶,如齋藤曲酶,主要產生 PG, 而鐮刀霉主要生產原果膠酶。 微生物在食品工業(yè)中的應用 (Pectinases) 果膠酶是指能分解果膠質的多種酶的總稱,不同來源的果膠酶期特點也不同。 可以產生異構酶的微生物有酵母菌、產氣氣桿菌、假單胞菌、放線菌、乳酸桿菌、小球菌等。糖化酶的工業(yè)化生產起步較晚,當時的菌種活性較低,發(fā)酵單位不高,20世紀 70年代中國選育黑曲霉突變株 UV11, 目前已廣泛用于糖化酶生產。 微生物在食品工業(yè)中的應用 ( 3)糖化酶 (Glucoamylase) 也稱葡萄糖苷酶 其作用方式與 β 淀粉酶相似,也由淀粉非還原端開始,逐次分解淀粉為葡萄糖,它也能水解 α 1,6糖苷鍵,所以水解產物除葡萄糖外,還有異麥芽糖,這點 β 淀粉酶不同。 目前研究最多的是多黏芽孢桿菌、巨大芽孢芽桿菌、蠟狀芽孢桿菌、環(huán)狀芽孢桿菌和鏈霉菌等。 β 淀粉酶由淀粉的非還原端開始作用 , 逐次分解直鏈淀粉為麥芽糖 , 但分枝部分及內側部分則不被分解而列殘留下來 , 即 β 極限糊精 。在淀粉漿中酶的最適溫度為 80~ 85℃,90℃ 保溫15min, 保留酶活性 87%。 微生物在食品工業(yè)中的應用 霉菌 α 淀粉酶大多采有固體曲法生產,細菌 α 淀粉酶則以液體深層發(fā)酵為主。從動植物中提取的 α 淀粉酶,可以滿足特殊需要,但由于成本高、產量低,目前還不能實現(xiàn)工業(yè)化生產。 微生物在食品工業(yè)中的應用 工業(yè)上大規(guī)模生產 α 淀粉酶主要微生物是細菌和霉菌,特別是枯草桿菌,中國和美國使用的液化酶都屬于這一種。但不能分解 α 1,6糖苷鍵,因產物的末端葡萄殘基C1碳原子為 α 構形故稱。 微生物在食品工業(yè)中的應用 主要酶制劑及產酶微生物 淀粉酶 按照水解淀粉方式不同可將淀粉酶分為: α 淀粉酶、β 淀粉酶、糖化酶和普魯蘭酶(葡萄糖異構酶)。因為動、植物來源有限,且受季節(jié)、氣候和地域的限制,而微生物不僅不受這些因素的影響,而且種類繁多、生長速度快、加工提純容易、加工成本相對比較低,充分顯示了微生物生產酶制劑的優(yōu)越性。生物界中已發(fā)現(xiàn)有多種微生物酶,目前國際出售的酶制劑商品有 100多種,而中國生產中廣泛應用的僅有淀粉酶、蛋白酶、果膠酶、脂肪酶、纖維素酶、葡萄糖異構酶、葡萄糖氧化酶等十幾種。面對這一嚴峻的現(xiàn)實,開發(fā)利用單細胞蛋白已成為許多國家增產糧食的新途徑。三種酶的協(xié)同作用,將纖維素水解成葡萄糖單體,為生產 SCP酵母菌提供可發(fā)酵性的糖。 微生物在食品工業(yè)中的應用 纖維質原料發(fā)酵前需經合適的預處理,冷卻后即可進行酶解。而糖蜜、單糖只需選用一種 SCP生產菌即可進行直接發(fā)酵。以淀粉質為原料生產 SCP, 需先將淀粉質原料水解成酵母菌能直接利用的葡萄和麥芽糖,如產朊假絲酵母在這種底物上進行液體深層發(fā)酵,蛋白產量高,而且菌體生長繁殖速度較快。在 20世紀 60年代末和 70年代初期,開發(fā)了多種由烷烴類物質產生的 SCP工藝,能夠利用烷烴的微生物主要有細菌和放線菌,如產堿桿菌、假單孢菌、節(jié)桿菌、短桿菌等,其次為酵母菌屬。一些西方發(fā)達國家先行一步,將解決優(yōu)質飼料蛋白來源的目光投向了生物技術產品 — 單細胞蛋白。 微生物在食品工業(yè)中的應用 作為畜禽飼料添加劑 中國是蛋白原料缺乏的國家,隨著飼料工業(yè)的迅速發(fā)展和生產的高度集約化,對優(yōu)質飼料蛋白原料的需求日趨增大,目前飼料優(yōu)質蛋白原料的主要來源是魚粉,而作為一種亞稀缺資源,魚粉已經在各主要產地如秘魯?shù)葒艿絿栏裣蕻a保護。此外,單細胞蛋白還能提高食品的某些物理性能,如意大利烘餅中加入活性酵母,可以提高餅的延薄性能。由于某些單細胞蛋白具有抗氧化能力,使食物不容易變質,因而常用于嬰兒米粉及湯料、作料中。單細胞蛋白中還含有多種維生素、碳水化合物、脂類、礦物質,以及豐富的酶類。其中,蛋白質含量高達 40%~ 80%,比大豆高 10%~ 20%,比肉、魚、奶酪高20%以上,遠遠超過了一般動植物食品,而且氨基酸的組成較為齊全,含有人體必需的 8種氨基酸,尤其是谷物中含量較少的賴氨酸。第三,可以工業(yè)化生產,它不僅需要的勞動力少,不受地區(qū)、季節(jié)和氣候的限制,而且產量高,質量好。如 500kg的酵母在 24h內可產生 80t蛋白質(占總生物量的 40%~ 50%),而一頭同樣重量的公牛在相同時間內僅產生 400~ 500g蛋白質;一只雞在兩個月中只能產生 2kg肉,卻要消耗 ,由此可見家畜和家禽合成蛋白質的本領比微生物要小得。單細胞蛋白的生產過程也比較簡單:在培養(yǎng)液配制及滅菌完成以后,將它們和菌種投放到發(fā)酵罐中,控制好發(fā)酵條件,菌種就會迅速繁殖;發(fā)酵完畢,用離心、沉淀等方法收集菌體,最后經過干燥處理,就制成單細胞蛋白成品。 微生物在食品工業(yè)中的應用 用于生產單細胞蛋白的微生物種類很多,包括細菌、放線菌、酵母菌、霉菌以及某些原生生物。 微生物在食品工業(yè)中的應用 微生物與單細胞蛋白 單細胞蛋白( single cell protein,簡稱 SCP) 主要是指酵母、細菌、真菌等微生物蛋白質資源,即用發(fā)酵法培養(yǎng)微生物而獲得的菌體蛋白,又叫微生物蛋白、菌體蛋白。 ( 3)常見的雜菌 最重要的是乳桿菌、啤酒片球菌和某些野生酵母。因此而稱下面酵母( bottom fermentation yeast)。 培養(yǎng)特征:葡萄汁固體培養(yǎng), 菌落呈乳黃色,不透明,有光澤,表面光滑濕潤,邊緣整齊。 啤酒酵母化能異養(yǎng)型,能發(fā)酵葡萄糖、麥芽糖及蔗糖,不能發(fā)酵乳糖和蜜二糖,只能發(fā)酵 1/3棉子糖。隨著培養(yǎng)時間延長,菌落顏色變暗,麥芽汁液體培養(yǎng),表面產生泡沫,液體變混,培養(yǎng)后期菌體浮在液面上形成酵母泡蓋。在啤酒釀造中,酵母易浮在泡沫層中,可在液面發(fā)酵和收集,所以這類酵母又稱“上面發(fā)酵酵母( top fermentation yeast) ” ; 第三類細胞長寬比大于 2,此類酵母能夠耐高滲透壓,用于糖蜜酒精和老姆酒的生產。此外,還產生一系列的副產物,如甘油、雜醇油等。 冷卻麥汁接種酵母后,酵母在有氧條件下,以麥汁中氨基酸為氮源,可發(fā)酵糖為碳源,進行有氧呼吸和大量增殖。 微生物在食品工業(yè)中的應用 酵母是決定啤酒質量的最熏要的因素之一。 微生物在食品工業(yè)中的應用 啤酒工藝 啤酒釀造工藝是大麥、水為主要原料,以大米或其他未發(fā)芽谷物、啤酒花為輔助原料。 啤酒的生產歷史悠久,大約起源于 9000年前的中東和古埃及地區(qū),后跨越地中海,傳入歐州,美州及亞州等地。曲中常用的的糖化菌種以黑曲霉、米曲霉及甘薯霉等為主。采用麩曲加酵母替代傳統(tǒng)的大曲,所釀制的白酒稱麩曲白酒。 小曲在小曲釀酒中起接種劑的作用,它為酒醅接入糖化菌種(根霉和毛霉)和發(fā)酵菌種(酵母菌),這是小曲釀酒用曲量小的原因,且釀造的酒一般香味淡,出酒率高,屬于米香型白酒,如桂林的三花酒、廣西全州的湘山酒等。近年來不少廠家已采用純種根霉代替?zhèn)鹘y(tǒng)小曲。 微生物在食品工業(yè)中的應用 小曲及微生物類群 小曲酒在中國具有悠久的歷史,是中國南方人民樂于飲用的酒類。 從大曲微生物優(yōu)勢類群變化情況來看,低溫期以細菌占優(yōu)勢;其次為酵母菌,再次為霉菌;曲皮部分的酵母菌與霉菌數(shù)量高于曲心,細菌數(shù)量相差不大。酵母菌類則以酒精酵母、漢遜氏酵母和假絲酵母較為常見,生酸細菌以乳球菌和乳酸桿菌為主。 微生物在食品工業(yè)中的應用 ( 2)大曲中微生物類群 霉菌有黑曲霉群、灰綠曲霉群、毛霉、根霉及紅曲霉等。大曲中含有多種酵母菌,具有發(fā)酵能力、產酯能力。特別是大曲中含有霉菌,這是世界上最早把霉菌應用于釀酒的實例。大曲有高溫曲(制曲溫度 60℃ 以上和中溫曲(制曲溫度不超過 50℃ )兩種類型,目前中國大多數(shù)著名的大曲白酒均采用高溫制曲生產,如貴州的茅臺酒、五糧液酒、山西汾酒等。根據發(fā)酵劑與工藝的不同,一般按曲種可將蒸餾酒分為大曲酒、小曲酒和麩曲白酒。中國蒸餾白酒釀造歷史悠久,技術精湛,種類繁多,風格獨特。該菌是世界著名的食藥兩用真菌,它的營養(yǎng)豐富,菌絲體內有 17種氨基酸,其中有 8種是人體必須氨基酸,另外有特殊風味的氨基酸,因此用該菌釀制的腐乳香味獨特。 最適培養(yǎng)溫度 37℃ 。 微生物在食品工業(yè)中的應用 ⑥ 米曲霉 。 ⑤ 細菌和酵母菌。 ④ 根霉。厚垣孢子數(shù)量很多,大小均勻,為無色或黃色。 微生物在食品工業(yè)中的應用 ③ 總狀毛霉。該菌種的菌絲初期為白色,后期為灰黃色;孢子囊呈球形,灰黃色;孢子軸為圓形;孢子橢圓形,表面光滑。最適生長溫度 10~ 25℃ ,低于4℃ 下勉強能 生長,高于 370C不能生長。該菌種為目前中國推廣應用的優(yōu)良菌株之一。 中國釀造的微生物大多為絲狀真菌,如毛霉屬、根霉屬等,其中以毛霉菌釀造的腐乳占多數(shù)。 微生物在食品工業(yè)中的應用 ( 1)釀造腐乳微生物 目前的豆腐乳生產大多采用純菌種接在豆腐坯上,然后置于敞口的自然條件下培養(yǎng)。此外,由于微生物作用,產生了大量的核黃
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