第一节 食品工业中常用的细菌及其应用.ppt

　　第七章 发酵食品微生物

　　第一节 食品工业中常 用的细菌及其应用

　　本次课程内容

　　1.乳酸菌 2.醋酸菌 3.谷氨酸菌

　　1.乳酸菌——乳杆菌属

　　细胞多样呈杆状。 生理生化特点：化能异养型，营养要求严格。可将乳杆菌属划分为三个类群：同型发酵群，兼异性发酵群，异型发酵群。 乳杆菌属的代表种： 保加利亚乳杆菌：细胞形态长杆状，两端钝圆。固体培养生长的菌落呈棉花状，易与其他乳酸菌区别。最适生长温度37～45℃，温度高于50℃或低于20℃不生长。常作发酵酸奶生产菌。 嗜酸乳杆菌：细胞形态比保加利亚乳杆菌小，呈细长杆状。最适生长温度37℃，20℃以下不生长，耐热性差。最适生长pH5.5~6.0，耐酸性强，能在其他乳酸菌不能生长的酸性环境中生长。

　　形态特征：细胞呈球形或卵圆形，成对、链排列。革兰氏染色阳性，无芽孢，不运动，不产生色素。 生理生化特点：化能异养型 链球菌属的代表种： 嗜热链球菌：细胞呈长链球状。最适生长温度40~45℃，温度低于20℃不产酸。耐热性强，能耐65~68℃的高温。常作酸乳、干酪的生产菌。 乳酸链球菌：细胞形态呈双球、短链或长链状。同型乳酸发酵。10~40℃均产酸，最适生长温度30℃，对热抵抗力弱，60℃ 30min全部死亡。常生长干酪、酸制奶油及乳酒菌种。 乳脂链球菌：细胞比乳酸链球菌大，长链状。同型乳酸发酵。产酸温度较低，约18~20℃，37℃以上不产酸、不生长。常作为干酪、酸制奶油发酵剂菌种。

　　1.乳酸菌——链球菌属

　　1.乳酸菌——明串珠菌属

　　形态特征：细胞球形或豆状，成对或成链排列。革兰氏染色阳性，不运动，无芽孢。 生理生化特点：化能异养型，生长繁殖需要复合生长因子。生长温度范围5~30℃，最适生长温度为25℃。 明串珠菌属的培养特征：固体培养，菌落较小，光滑、圆形、灰白色，液体培养通常混浊均匀，但长链状菌可形成沉淀。 代表菌种： 肠膜状明串珠菌：细胞球形或豆状，成对或短链排列。固体培养，菌落较小，液体培养基，混浊均匀。最适生长温度25℃，生长的pH范围3.0~6.5，具有一定嗜渗压性。

　　形态特征：细胞球形，成对或四联球排列。革兰氏染色阳性，无芽孢，不运动，固体培养，菌落大小可变，直径1.0～2.5mm，无细胞色素。 生理生化特点：化能异养型，生长繁殖需要复合生长因子。生长温度范围25～40℃,最适生长温度30℃.可以含6%～8%的NaCl环境中生长，耐NaCl浓度13% ～20%。

　　1.乳酸菌——片球菌属

　　1.乳酸菌——双歧杆菌属

　　形态特征：细胞呈多样形态。革兰氏染色阳性，无芽孢、无鞭毛，不运动。 生理生化特点及其功能性：化能异养型，对营养要求苛刻，生长繁殖需要多种双歧因子。生长温度范围25～45℃,最适生长温度37℃。生长pH范围4.5～8.5，最适生长起始pH6.5～7.0，不耐酸，酸性环境对菌体存活不利。

　　1.乳酸菌——乳酸菌在食品工业中的应用

　　例：酸乳的生产

　　定义： 酸乳是指以牛乳为原料，添加适量的砂糖，经巴氏杀菌后冷却，再加入纯乳酸菌发酵剂经保温发酵而制得的产品。

　　原料乳 ↓ 　　标准化　 ↓ 　　 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←(两歧双歧杆菌6%、嗜热链球菌3%) ↓ 　　　　　　　　　灌装　←　消毒瓶 ↓ 　　　　　　　　　发酵(38-39℃， 6h) ↓ 　　　　　　　　　冷却(10℃左右) ↓ 冷藏(1~5℃) ↓ 　　　　　成品

　　工艺流程

　　一、发酵剂

　　(一)传统构成菌嗜热链球菌(Streptococcus thermophilus) 和保加利亚乳杆菌(Lactobacillus bulgaricus) (二)其他构成菌 　嗜酸乳杆菌(Lactobacillus cillus acidophilus)、双歧杆菌(Bifidob acterium)

　　二、酸乳的生产工艺

　　1.凝固型酸乳 (1)分类 高脂酸乳(脂肪含量大于6%) 全脂酸乳(脂肪含量大于3%) 中脂酸乳(脂肪含量大于1.5%) 脱脂酸乳(脂肪含量小于0.3%) 无糖酸乳 加糖酸乳(含糖4%～8%)

　　(2)凝固型酸乳工艺

　　1.原料鲜乳 2.配料 3.浓缩 4.预热、均质、杀菌和冷却 5.接种 　(1)接种量 (2)接种方法 6.灌装 7.发酵 8.冷却 9.后熟

　　2.搅拌型酸乳

　　定义 搅拌型酸乳，是经过处理的原料乳接种了发酵剂之后，先在发酵罐中发酵至凝乳，再降温搅拌破乳、冷却，分装到销售用小容器中，即为成品。

　　搅拌型酸乳的生产工艺条件

　　1.破乳的理论 　均质粒子直径都在0.01mm 。 2. 破乳方法 搅拌法

　　3.影响搅拌型酸乳增稠的因素

　　(1)乳固体和非乳固体含量 (2)原料乳均质 (3)原料乳加热处理 90～95℃，5min (4)搅拌的速度要慢，强度要中等或弱，时间要短(4min)，pH要低(pH4.3～4.4)，温度要低(一般低于38～40℃)。 (5)菌种特性的影响

　　干酪生产、酸制奶油生产(自学)

　　2.醋酸菌

　　醋酸菌的主要种类 分为醋酸杆菌属和葡萄糖氧化菌属。 生物学特性 细胞呈椭圆形杆状，革兰氏染色阳性，无芽孢，有鞭毛或无鞭毛，运动或不运动。不产色素，液体培养形成菌膜。化能异氧型。 主要醋酸菌种 纹膜醋酸杆菌：培养时液面形成乳白色，皱褶状的粘性菌膜。生长温度范围4~42℃，最适生长温度30℃，能耐14%~15%的酒精。

　　奥尔兰醋酸杆菌：是纹膜醋酸杆菌的亚种，生长温度范围7~39℃，最适温度30℃。 许氏醋酸杆菌：耐酸能力较弱，最适生长温度25~27.5℃，最高生长温度37℃。 AS1.41醋酸杆菌：细胞杆状，常呈链排列，液体培养形成菌膜并沿容器上升。最适生长温度28～30℃，最适生长pH3.5～6.5。耐酒精浓度8%。 沪酿1.01醋酸杆菌：细胞杆状，常呈链状排列。液体培养形成淡青色薄层菌膜。氧化酒精生成醋酸的转化率达93%～95%。

　　2.醋酸菌

　　2.醋酸菌——在食品工业中的应用

　　熟料固态酿醋 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，这是一个生物氧化过程，其总反应式为：C2H5OH+O2=CH3COOH+H2O 　醋酸菌种制备工艺流程 斜面原种→斜面菌种(30~32℃，48h)→三角瓶液体菌种(一级种子30~32℃，振荡24h)→种子罐液体菌种(二级种子)→(30~32℃，通气培养22~24h)→醋酸菌种子

　　生产工艺流程

　　生产工艺 ① 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，麸曲50kg，砻糠50kg，醋酸菌种子40kg，食盐3.75~7.5kg(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30~40℃。

　　② 发酵 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24~28℃为宜，室温在25~28℃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30~34℃进行糖化和酒精发酵。入缸后5~7d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37~39℃。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。

　　③淋醋 淋醋工艺采用三套循环法。先用二醋浸泡成熟醋醅20~24h，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。

　　④ 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1~2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。

　　⑤ 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85~90℃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%。

　　酿醋的新型工艺技术： 生料固态酿造法 酶法液化通风回流喷淋制醋　　　自学 液体深层发酵制醋、速酿醋

　　3.谷氨酸菌

　　主要种类 　谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)、乳糖发酵短杆菌(Brevibacterium lactofermentum)、黄色短杆菌(Brevibacterium flavum)。我国使用的生产菌株是北京棒杆菌(Corynebacterium pekinenese n.sp.)AS1.299、北京棒杆菌D110、钝齿棒杆菌(Corynebacterium crenatum n.sp)AS1.542、棒杆菌S-914和黄色短杆菌T6~13(Brevibacterium flavum T6~13)等。

　　谷氨酸发酵及味精生产 1)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。 2)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。

　　最适温度在32~36℃，发酵中、后期适当提高罐温

　　温度

　　pH值

　　发酵前期将pH值控制在7.5~8.0左右较为合适，而在发酵中、后期将pH值控制在7.0~7.6左右

　　通风

　　发酵前期以低通风量;发酵中、后期以高通风量

　　泡沫的控制——机械消泡

　　发酵时间

　　发酵时间为45h

　　第七章 发酵食品微生物

　　第二节 食品工业中常 用的酵母菌及其应用

　　一、啤酒酵母 1、形态特征：细胞呈圆形或短卵圆形。不运动。 2、培养特征：麦芽汁固体培养，菌落呈乳白色，不透明，有光泽，表面光滑湿润，边缘略呈锯齿状，随培养时间延长，菌落颜色变暗，失去光泽。麦芽汁液体培养，表面产生泡沫，液体变混，培养后期菌体悬浮在液体面上，形成酵母泡盖。 3、生理生化特性：化能异养型。最适生长温度25℃，发酵最适温度10～25℃。最适pH为4.5～6.5。真正发酵度达60%～65%。

　　二、葡萄酒酵母 1、形态特征：细胞呈椭圆形或长椭圆形，可形成有规则的假菌丝。 2、培养特征：葡萄汁固体培养，菌落呈乳黄色，不透明，有光泽，表面光滑湿润，边缘整齐。随培养时间延长，菌落颜色变暗。液体培养变浊，表面形成泡沫，聚凝性较强，培养后期菌体沉降于容器底部。 3、生理生化特点：化能异养型。最适生长温度25℃，葡萄酒发酵最适温度15～25℃。最适发酵pH为3.3～3.5。耐酸、耐乙酸、耐高渗、耐二氧化硫能力强于啤酒酵母。葡萄酒发酵发酵后乙醇含量达16%以上。

　　三、卡尔酵母 1、形态特征：细胞呈椭圆形，分散独立存在，不运动。 2、培养特征：麦芽汁固体培养，菌落呈乳白色，不透明，有光泽，表面光滑湿润，边缘整齐，随培养时间延长，菌落颜色变暗，失去光泽。液体培养，表面产生泡沫，液体变混，培养后期菌体沉降于容器底部。 3、生理生化特点：化能异养型。最适生长温度25℃，啤酒发酵最适温度5～10℃。最适发酵pH为4.5～6.5，真正发酵度为55%～60%。

　　四、产蛋白假丝酵母 1、形态特征：细胞呈圆形、椭圆形或腊肠形，以多边出芽方式进行无性繁殖，形成假丝。 2、培养特征：麦芽汁固体培养，菌落呈乳白色，表面光滑湿润，有光泽或无光泽，边缘整齐或菌丝状。 3、生理生化：化能异养型。最适生长温度25℃，最适生长pH为4.5～6.5。

　　五、酵母菌在食品工业中的应用

　　1、啤酒 2、果酒 3、白酒 4、面包 5、SCP

　　啤酒

　　啤酒的原料和酿造

　　啤酒的原料

　　大麦

　　啤酒以大麦为原料，取其淀粉和蛋白质成分。酿造啤酒优质大麦的特征应为：子粒饱满，皮薄，色浅，发芽率高，无病虫害和霉变的大麦。

　　酒花

　　酒花又称蛇麻花，是大麻科律草属多年生草本植物，可生存20-30年，酒花为雌雄异株。选择酒花应以色泽黄绿、有清香味为好。

　　辅助原料

　　在酿造啤酒中，为降低成本提高啤酒的质量，选择一些含淀粉较多的谷物和糖类为辅助原料。再不降低质量为前提下，尽量使用辅助原料，常用的有大米、糖和去胚玉米。

　　啤酒酵母

　　酿造啤酒的酵母必须是纯种培养的耐低温酵母。按发酵的特点可分为上面酵母和下面酵母两类。目前我国啤酒生产采用下层发酵工艺，主要用下面酵母。

　　水

　　酿造啤酒所用水应符合饮用水标准，水质的选择对成品啤酒风味和质量影响很大。

　　麦芽制造

　　制取麦汁

　　发酵

　　啤酒酿造

　　啤酒的种类

　　根据啤酒的色泽分类：

　　浅色啤酒

　　金黄色啤酒

　　棕黄色啤酒

　　浓色啤酒

　　黑色啤酒

　　按麦汁浓度分类

　　高浓度啤酒

　　中浓度啤酒

　　低浓度啤酒

　　按工艺中是否杀菌

　　鲜啤酒

　　又称生啤酒。在生产中未经杀菌，味鲜美，营养价值高，稳定性差，多为夏季桶装啤酒。

　　熟啤酒

　　装瓶后经过巴氏杀菌，防止酵母发酵和微生物引起的质量变化，稳定性好，不易发生混浊，易保管。多用于瓶装和罐装。

　　按国外风味分

　　慕尼黑啤酒

　　多特蒙德啤酒

　　跑特啤酒

　　司都特啤酒

　　爱尔兰啤酒

　　拉戈啤酒

　　葡萄酒和果酒

　　葡萄酒和果酒的原料

　　葡萄

　　葡萄属于浆果，既可鲜食又能加工成果汁、葡萄干，还可以作为酿造葡萄酒的原料。

　　果实

　　酿酒的果品很多，应选择含糖量高，酸度适中，果汁多的品种。酿造果酒的果品主要有苹果、梨、草莓、沙果等。

　　酵母

　　酿造葡萄酒和果酒所用的酵母，因酒的品种而异。酿造红葡萄酒，果皮上存在天然酵母，带皮发酵，可利用野生酵母。酿造白葡萄酒，在发酵时需加入培养酵母。

　　葡萄酒的酿造方法

　　混合发酵法

　　酿造红葡萄酒和深色果酒常采用的方法。

　　分离发酵法

　　酿造白葡萄酒和浅色果酒常采用的方法。

　　葡萄酒和果酒种类

　　葡萄酒的分类

　　按颜色的不同分为

　　红葡萄酒：选用红色或紫黑色葡萄为原料，采用带皮发酵酿制而成。 白葡萄酒：选用黄绿色葡萄或红葡萄的果汁发酵酿制而成。果肉中的多酚类色素在发酵中氧化形成邻醌色素，酒色呈浅黄色或金黄色。口味鲜爽，澄清透明，柔和，有愉快的清香。

　　按酒中含糖量分

　　葡萄酒：葡萄中糖分经发酵后，大部分成为了酒精。100毫升酒含糖量在0.4克以下，口味清爽，协调柔和，有明显的葡萄果香，多为佐餐饮料。 甜葡萄酒：酒中糖分含量高，100毫升酒含糖分在5克以上，口味甜爽。我国甜葡萄酒中糖分含量一般为12%左右。 半甜葡萄酒：100毫升酒中含糖分在1.2-5.0克，口味微甜，醇厚。 半干葡萄酒：100毫升酒中含糖分在0.4-1.2克，酒香浓郁，微酸、爽口。

　　按酿造方式分

　　天然葡萄酒：也称原汁葡萄酒，全部由葡萄发酵而成，不添加任何物质，如干葡萄酒。 半汁葡萄酒：原葡萄酒中，加入葡萄酒精和糖调配而成。

　　调味加强葡萄酒：原汁葡萄酒中加入植物药材为香料配制而成，如味美思、桂花陈酒、人参葡萄酒等。 起泡酒：酒中含有大量二氧化碳，开瓶时产生大量泡沫，如香槟酒等。 蒸馏酒：葡萄皮渣经发酵后蒸馏的原白兰地，经过陈酿，调配成为白兰地，属于蒸馏酒。

　　果酒

　　果酒酿造方法与葡萄酒相似。果酒都是以果实名称命名的，如山楂酒、苹果酒、梨酒、黑豆蜜酒等。

　　酿酒基本原理

　　在酿酒过程中，淀粉吸水膨胀，加热糊化，形成结构疏松的α—淀粉，在淀粉酶的作用下分解为低分子的单糖。单糖在脱羧酶、脱氢酶的催化下分解，逐渐分解形成二氧化碳和酒精。以淀粉为原料酿酒，需经过两个主要过程，一是淀粉糖化过程，另外还要经过酒精发酵过程。

　　淀粉的糖化

　　淀粉在催化剂淀粉酶的作用下水解为单糖。淀粉酶来源于酒曲中的微生物，反应过程如下：

　　(C6H10O5)n + nH2O nC6H12O6

　　酒精发酵

　　淀粉在淀粉酶作用下转化为葡萄糖，葡萄糖在酒化酶的作用下转化为酒精，酒化酶是由酵母菌分泌出来的。多数酒曲中也含酵母菌(除麸曲)。

　　反应过程如下：

　　C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2

　　白酒

　　白酒的原料

　　生产白酒的原料包括：主要原料、辅料、酒曲、酒母、水等。

　　主要原料

　　高粱

　　是我国酿造名优白酒的主要原料，主要用于大曲酒。

　　玉米

　　玉米中含有较多植酸，发酵中分解形成甜味物质和甘油，使白酒的味甜醇。

　　大米

　　是我国酿造小曲酒的主要原料。大米质地纯净、无皮壳，成品酒带有特殊的米香。

　　大麦

　　大麦中的蛋白质含量高，蛋白质含量高发酵后产生较多的高级醇，使酒味冲、辣。

　　薯类

　　薯类淀粉含量高，产量大，适用于酿酒，而且出酒率高，但酒中甲醇含量高，薯干味较浓。

　　辅料

　　辅料又称填充料。工艺中采用固态法发酵时，必须加入一定的辅料，调整淀粉浓度有利于糖化发酵。酿造白酒常加入的辅料主要有稻壳、谷壳、花生壳和玉米芯等。

　　酒母

　　纯种酵母扩大培养后，含有大量酵母菌的培养液称为酒母。主要作用是使可发酵糖转变为酒精和二氧化碳，也称酿酒中的发酵剂。

　　酒曲

　　使用淀粉为原料酿酒的糖化发酵剂。酒曲中生长各种微生物，分解出淀粉酶，使原料中的淀粉转化为可发酵糖，发酵微生物，可将发酵糖转化为酒精。

　　水

　　水是酒中的主要成分之一，水质的好坏直接影响到产品的质量和风味，俗话说“名酒产地，必有佳泉”，在酿酒过程中，水是物料和酶的溶剂，直接影响糖化和发酵，因此，酿造白酒所用的水最低也应符合饮用水的标准。

　　白酒的酿造工艺

　　固态发酵法生产白酒

　　固态法生产的白酒糖化和发酵都是在低温下进行的。可以防止酵母过早衰老，提高发酵力。固态法发酵原料含水量在50—60%，原料基本被水吸收，经过一次糖化发酵后，原料中还有较多的淀粉，工艺中采用继渣配醅反复多次糖化发酵，可提高原料中淀粉的利用率。经多次糖化发酵，形成较多的呈香呈味物质，有利于提高白酒的风味。

　　麸曲白酒生产工艺

　　麸曲白酒以高粱、玉米、薯干为原料，采用纯种麸曲酒母代替大曲(麦曲)作糖化发酵剂，发酵周期短，淀粉出酒率高，特别是酒中酯含量低，香气不浓，质量一般。麸曲白酒生产特点是麸曲加酒母，合理配料，低温发酵，定温定烧。

　　液态发酵法生产白酒

　　液态发酵法生产的白酒，目前采用一步法发酵工艺，在风味和质量上达不到要求，只能将它作为酒基(半成品)，再经工艺浸香、调香、串香等，也是固态结合法生产的白酒。

　　面包生产工艺

　　1)面团调制

　　2)面团发酵

　　3)整形与醒发

　　4)烘烤

　　5)面包的冷却与包装

　　6)面包的老化

　　SCP生产，微生物对营养要求适应性强，可利用多种廉价原料进行生产。 　　开发SCP的微生物主要是酵母菌，其次是细菌、霉菌和藻类。 　　生产SCP的原料：工农业生产的废弃物。 　　　　　　　　　　碳水化合物类。 　　　　　　　　　　碳氢化合物类。 　　　　　　　　　　石油产品类。 　　　　　　　　　　无机气体类。 SCP的生产工艺：生产工艺同活性酵母的生产工艺。

　　单细胞蛋白(SCP)的开发

　　作业： 　P248(1.3)