第三章微生物在食品制造中的應(yīng)用

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,按一下以編輯母片標(biāo)題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,*,第,三,章,微生物在食品發(fā)酵工業(yè)的應(yīng)用,人類對(duì)微生物的應(yīng)用方面,微生物用于食品制造是人類利用微生物的最早、最重要的一個(gè)方面，在我國(guó)已有數(shù)千年的歷史。,利用微生物的代謝產(chǎn)物,利用微生物產(chǎn)生的酶,利用微生的菌體及其內(nèi)含物。,應(yīng)用于食品工業(yè)的微生物,細(xì)菌,酵母菌,霉菌,一、食品制造中的細(xì)菌及其作用,二、食品制造中的酵母及其應(yīng)用,三、食品制造中的霉菌及其應(yīng)用,四、食品制造中的主要微生物酶制劑及其應(yīng)用,目 錄,在食品工業(yè)中，可利用細(xì)菌制造出許多食品，如乳酸飲料、味精及種類繁多的調(diào)味品等。,（一）食醋,食醋按加工方法可分為合成醋、,釀造醋,、再制醋三大類。其中產(chǎn)量最大且與我們關(guān)系最為密切的是釀造醋，它是利用糧食等淀粉質(zhì)為原料，經(jīng)微生物,制曲、糖化、酒精發(fā)酵、醋酸發(fā)酵,等階段釀制而成。,一、食品制造中的細(xì)菌及其作用,釀造微生物：,（1）淀粉液化、糖化微生物,使淀粉液化、糖化的微生物很多，而適合釀醋的主要是,曲霉菌,。,（2）酒精發(fā)酵微生物,生產(chǎn)上一般采用子囊菌亞門酵母屬中的,酵母,，但不同的酵母菌株，其發(fā)酵能力也不同，產(chǎn)生的滋味和香氣也不同。,（3）醋酸發(fā)酵微生物,醋酸菌,是醋酸發(fā)酵的主要菌種。,（二）發(fā)酵乳制品,發(fā)酵乳制品是指良好的原料乳經(jīng)過殺菌作用接種特定的微生物進(jìn)行發(fā)酵作用，產(chǎn)生具有特殊風(fēng)味的食品，稱為發(fā)酵乳制品。常用發(fā)酵乳制品有酸奶、奶酪、酸奶油、馬奶酒等。,發(fā)酵乳制品主要包括酸奶和奶酪兩大類，生產(chǎn)菌種主要是乳酸菌，,分為球菌和桿菌兩種,。,參與乳酸菌發(fā)酵的菌種,保加利亞乳桿菌,嗜熱鏈球菌,中國(guó)乳酸菌市場(chǎng)研究,（三）氨基酸發(fā)酵,氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本成分，其中有八種氨基酸是人體不能合成但又必需的氨基酸，稱為必需氨基酸，人體只有通過食物來獲得。,在食品工業(yè)中，氨基酸可作為調(diào)味料；在食品中添加某些氨基酸可提高其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值等等。,自從20世紀(jì)60年代以來，微生物直接用糖類發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸獲得成功，并投入工業(yè)化生產(chǎn)。,部分氨基酸及其生產(chǎn)所用菌株,部分氨基酸及其生產(chǎn)所用菌株,（1）谷氨酸生產(chǎn)菌,主要使用的菌株是,谷氨酸棒桿菌,，,除此之外，還有發(fā)酵乳糖短桿菌、黃色短桿菌。,（2）生產(chǎn)原料,有淀粉質(zhì)原料：玉米、小麥、甘薯、大米等。,其中甘薯和淀粉最為常用；,糖蜜原料：甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜；,氮原料：尿素或氨水；,谷氨酸的發(fā)酵,（四）黃原膠,黃原膠別名汗生膠，又稱黃單胞多糖，是國(guó)際上20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的新型發(fā)酵產(chǎn)品。,它是由,甘藍(lán)黑腐病黃單胞細(xì)菌,以碳水化合物為主要原料，經(jīng)通風(fēng)發(fā)酵、分離提純后得到的一種微生物高分子酸性胞外雜多糖。,其作為新型優(yōu)良的天然食品添加劑用途越來越廣泛，可代替多種膠體。,二、食品制造中的酵母及其應(yīng)用,（一）面包,面包是以面粉為主要原料，以酵母菌、糖、油脂和雞蛋為輔料生產(chǎn)的發(fā)酵食品。,酵母菌種：,面包酵母是一種單細(xì)胞生物，屬真菌類。面包酵母有圓形、橢圓形等多種形態(tài)。以橢圓形的用于生產(chǎn)較好。酵母為兼性厭氧微生物，在有氧及無氧條件下都可以進(jìn)行發(fā)酵。,酵母是生產(chǎn)面包必不可少的生物松軟劑,（二）釀酒,我國(guó)是一個(gè)酒類生產(chǎn)大國(guó)，也是一個(gè)酒文化文明古國(guó)，在應(yīng)用酵母菌釀酒的領(lǐng)域里，有著舉足輕重的地位。,1、啤酒,啤酒是以優(yōu)質(zhì)大麥芽為主要原料，大米、酒花等為輔料，經(jīng)過制麥、糖化、啤酒酵母發(fā)酵等工序釀制而成的一種含有CO,2,、低酒精濃度和多種營(yíng)養(yǎng)成分的飲料酒。,啤酒的發(fā)酵溫度：30C左右 7C左右 0C,2、葡萄酒,葡萄酒是有新鮮葡萄或葡萄汁通過酵母的發(fā)酵作用而制成的一種低酒精含量的飲料。葡萄酒質(zhì)量的好壞和葡萄品種及酒母有著密切的關(guān)系。,葡萄酒發(fā)酵的溫度：37.8C,葡萄酒酵母在分類上為子囊菌綱的酵母屬，啤酒酵母種。葡萄酒酵母繁殖主要是無性繁殖，以單端（頂端）出芽繁殖。,（三）酵母細(xì)胞的綜合利用,酵母細(xì)胞中含有蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、維生素和無機(jī)鹽等，其中蛋白質(zhì)的含量非常豐富，因此它具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，是良好的蛋白質(zhì)資源，可作為食用和飼用。,微生物生長(zhǎng)繁殖迅速,其生長(zhǎng)條件完全受人工控制,而且由于微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng),可以利用農(nóng)副產(chǎn)廢棄物、糖蜜、谷氨酸發(fā)酵廢液，稻草、稻殼、玉米秸、釀造、食品廠的廢渣、廢液、木屑、紙漿廢液等進(jìn)行生產(chǎn)都可以作為培養(yǎng)酵母的材料，以達(dá)到綜合利用的目的。當(dāng)然作為食用還需要解決一些適口性問題。,霉菌在食品加工工業(yè)中用途十分廣泛，許多釀造發(fā)酵食品、食品原料的制造，都是在霉菌的參與下生產(chǎn)加工出來的。,絕大多數(shù)霉菌能把加工所用原料中的淀粉、糖類等碳水化合物、蛋白質(zhì)等含氮化合物及其他種類的化合物進(jìn)行轉(zhuǎn)化，制造出多種多樣的食品、調(diào)味品及食品添加劑。,不過，在許多食品制造中，除了利用霉菌以外，還要由細(xì)菌、酵母的共同作用下來完成。在食品釀造業(yè)中，常常以淀粉質(zhì)為主要原料，只有將淀粉轉(zhuǎn)化為糖才能被酵母菌及細(xì)菌利用。,三、食品制造中的霉菌及其應(yīng)用,（一）生產(chǎn)用霉菌菌種,淀粉的糖化、蛋白質(zhì)的水解均是通過霉菌產(chǎn)生的,淀粉酶和蛋白質(zhì)水解酶,進(jìn)行的。通常情況是先進(jìn)行霉菌培養(yǎng)制曲。淀粉、蛋白質(zhì)原料經(jīng)過蒸煮糊化加入種曲，在一定溫度下培養(yǎng)，曲中由霉菌產(chǎn)生的各種酶起作用，將淀粉、蛋白質(zhì)分解成糖、氨基酸等水解產(chǎn)物。,在生產(chǎn)中利用霉菌作為糖化菌種很多：,根霉屬中常用的有日本根霉、米根霉、華根霉等；,曲霉菌屬中常用的有黑曲霉、宇佐美曲霉、米曲霉、泡盛曲霉等；,毛霉屬中常用的有魯氏毛霉；,還有紅曲屬中的一些種也是較好的糖化劑，如紫紅曲霉、安氏紅曲霉等；,（二）醬類,醬類包括大豆醬、蠶豆醬、面醬、豆瓣醬、豆豉及其加工制品，都是由一些糧食和油料作物為主要原料，利用以米曲霉為主微生物經(jīng)發(fā)酵釀造制成的。,用于醬類生產(chǎn)的霉菌主要是米曲霉，生產(chǎn)上,常用的有滬釀3.042、黃曲霉Cr-1菌株、黑曲霉等,。,所用的曲霉具有較強(qiáng)的蛋白酶、淀粉酶及纖維素酶的活力，它們把原料中的蛋白質(zhì)分解為氨基酸，淀粉變?yōu)樘穷?，在其他微生物的共同作用下生成醇、酸、酯等，形成醬類特有的風(fēng)味。,醬油是人們常用的一種食品調(diào)味料，營(yíng)養(yǎng)豐富，味道鮮美，在我國(guó)已有2000多年的歷史了。它是用蛋白質(zhì)原料和淀粉質(zhì)原料，利用曲霉及其他微生物的共同發(fā)酵作用釀造而成的。,醬油生產(chǎn)中常用的霉菌有米曲霉、黃曲霉和黑曲霉等，應(yīng)用于醬油生產(chǎn)的曲霉菌株應(yīng)符合如下條件：,不產(chǎn)黃曲霉毒素；,蛋白酶、淀粉酶活力高，有谷氨酰胺酶活力；,生長(zhǎng)速度快、培養(yǎng)條件粗放、抗雜菌能力強(qiáng)；,不產(chǎn)生異味，制曲釀造的醬制品風(fēng)味好；,醬油生產(chǎn)霉菌：,醬油生產(chǎn)上常用的米曲霉菌株有：AS 3.951；UE328、UE336；AS 3.863；渝3.811等。,生產(chǎn)中常常是由兩菌種以上復(fù)合使用，以提高原料蛋白質(zhì)及碳水化合物的利用率，提高成品中還原糖、氨基酸、色素以及香味物質(zhì)的水平。,除曲霉外，還有酵母菌、乳酸菌參與發(fā)酵，它們對(duì)醬油香味的形成也起著十分重要的作用。,（三）檸檬酸,檸檬酸分子式為C,6,H,8,O,7,，外觀為白色顆粒狀或白色結(jié)晶粉末，無臭，具有令人愉快的強(qiáng)烈的酸味，相對(duì)密度為1.6550。,檸檬酸易溶于水、酒精，不溶于醚、酯、氯仿等有機(jī)溶劑。商品檸檬酸主要是無水檸檬酸和一水檸檬酸。它天然存在于果實(shí)中，其中以柑橘、菠蘿、檸檬、無花果等含量較高。,檸檬酸是生物體主要代謝產(chǎn)物之一,。早期的檸檬酸生產(chǎn)是以檸檬、柑橘等天然果實(shí)為原料加工而成的。,檸檬酸,1、檸檬酸在食品中的應(yīng)用,（1）飲料與冰激凌,檸檬酸廣泛用于配制各種水果型的飲料以及軟飲料。,（2）果醬與釀造酒,檸檬酸在果醬與果凍中同樣可以增進(jìn)風(fēng)味，并使產(chǎn)品抗氧化作用。當(dāng)葡萄或其他釀酒原料成熟過度而酸度不足時(shí)，可以用檸檬素調(diào)節(jié)，防止所釀造的酒口味單薄。,（3）腌制品,各種肉類和蔬菜在腌制加工時(shí)，加入或涂上檸檬酸可以改善風(fēng)味，除腥去臭，抗氧化。,（4）罐頭制品,加入檸檬酸除了調(diào)酸作用之外，還有螯合金屬離子的作用，保護(hù)其中的抗壞血酸，使之不被金屬離子破壞。,（5）豆制品及調(diào)味品,用含有檸檬酸的水浸漬大豆，可以脫腥并便于后續(xù)加工。,（6）其他,檸檬酸在醫(yī)藥、化學(xué)等其他工業(yè)中也有一定的作用。,2、檸檬酸發(fā)酵微生物,（1）黑曲霉的形態(tài)特征,在固體培養(yǎng)基上，菌落由白色逐漸變至棕色。孢子區(qū)域?yàn)楹谏?，菌落呈絨毛狀，邊緣不整齊。菌絲有隔膜和分支。是多細(xì)胞的菌絲體，無色或有色，有足細(xì)胞，頂囊生成1層或2層小梗，小梗頂端產(chǎn)生一串串分生孢子。,（2）檸檬酸發(fā)酵機(jī)制,關(guān)于檸檬酸發(fā)酵的機(jī)制雖有多種理論，但目前大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為它與三羧酸循環(huán)有密切的關(guān)系。糖經(jīng)糖酵解途徑（EMP途徑），形成丙酮酸，丙酮酸羧化形成C,4,化合物，丙酮酸脫羧形成C,2,化合物，兩者縮合形成檸檬酸。,（3）檸檬酸發(fā)酵用原料,檸檬酸發(fā)酵的原料有糖質(zhì)原料、淀粉質(zhì)原料和正烷烴類原料3大類。,（四）蘋果酸,L-蘋果酸廣泛存在于生物中，是生物體三羧酸循環(huán)的成員。蘋果酸廣泛應(yīng)用于食品領(lǐng)域。因?yàn)樘O果酸具有比檸檬酸柔和的酸味，滯留時(shí)間長(zhǎng)和口味更好的優(yōu)點(diǎn)，所以作為食品酸味劑更為理想。,許多微生物都能產(chǎn)生蘋果酸，但能在培養(yǎng)液中積累蘋果酸并適合于工業(yè)生產(chǎn)的，目前僅限于少數(shù)幾種，大致有：用于一步發(fā)酵法的黃曲霉、米曲霉、寄生曲霉；用于兩步發(fā)酵法的華根霉、無根根霉、短乳桿菌、膜睽比赤酵母；用于酶轉(zhuǎn)化法的短乳桿菌、大腸桿菌、產(chǎn)氨短桿菌、黃色短桿菌。,以糖類為發(fā)酵原料，用霉菌直接發(fā)酵生產(chǎn)L-蘋果酸的方法稱為一步發(fā)酵法。一步發(fā)酵法采用黃曲霉A-114生產(chǎn)蘋果酸。,兩步發(fā)酵法是以糖類為原料，先由根菌霉發(fā)酵生成延胡索酸和蘋果酸的混合物，然后接入酵母或細(xì)菌，將混合物中的延胡索酸轉(zhuǎn)化為蘋果酸。,四、食品制造中的主要微生物酶制劑及其應(yīng)用,酶是一種生物催化劑,催化效率高、反應(yīng)條件溫和和專一性強(qiáng)等特點(diǎn)已經(jīng)日益受到人們的重視，應(yīng)用也越來越廣泛。,生物界中已發(fā)現(xiàn)有多種生物酶，在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)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(gòu)酶、葡萄糖氧化酶等十幾種。,利用微生物生產(chǎn)生物酶制劑要比從植物瓜果、種子、動(dòng)物組織中獲得更容易。因?yàn)椋?A、動(dòng)植物來源有限，且受節(jié)氣、氣候和地域的限制；,B、而微生物不僅不受這些因素的影響，而且種類繁多、生長(zhǎng)速,度快、加工提純?nèi)菀?、加工成本相?duì)比較低，充分顯示了微,生 物生產(chǎn)酶制劑的優(yōu)越性。,現(xiàn)在除少數(shù)幾種酶仍從動(dòng)、植物中提取外，絕大部分是用,微生物來生產(chǎn)的。,（一）主要酶制劑、用途及產(chǎn)酶微生物,酶制劑可以由,細(xì)菌、酵母菌、霉菌、放線菌,等微生物生產(chǎn)。,（二）微生物酶制劑生產(chǎn),1、菌種的選擇,能用于酶發(fā)酵生產(chǎn)的細(xì)胞必須具備如下條件,：,（1）產(chǎn)酶細(xì)胞具有高產(chǎn)的特性,（2）產(chǎn)酶細(xì)胞容易培養(yǎng)和管理,（3）產(chǎn)酶穩(wěn)定性好,（4）產(chǎn)酶細(xì)胞本身及其他雜質(zhì)易于和酶分離,（5）使用的細(xì)胞及其代謝物安全無毒,2、產(chǎn)酶培養(yǎng),酶的發(fā)酵生產(chǎn)是以獲得大量所需的酶為目的。為此，除了選擇性能優(yōu)良的產(chǎn)酶細(xì)胞以外，還必須滿足細(xì)胞生長(zhǎng)、繁殖和發(fā)酵產(chǎn)酶的各種工藝條件，并根據(jù)發(fā)酵過程的變化進(jìn)行優(yōu)化控制。,（1）固體培養(yǎng)法,（2）液體培養(yǎng)法,（3）產(chǎn)酶條件的控制,控制營(yíng)養(yǎng)和培養(yǎng)條件是最基本也是最重要的途徑。,培養(yǎng)基：碳源、氮源、無機(jī)鹽、生長(zhǎng)因素,培養(yǎng)條件：pH值、溫度、通氣和攪拌、種齡,3、分離提純,微生物酶的提取方法，因酶的結(jié)合狀態(tài)與穩(wěn)定性的不同，應(yīng)用部門對(duì)產(chǎn)品的純度要求不同，而有一定的區(qū)別。,（1）鹽析法,（2）有機(jī)溶劑沉淀法,（3）吸附法,4、酶制劑化和穩(wěn)定化處理,濃縮的酶液可制成液體或固體酶制劑。酶制劑的出售是以一定體積或重量的酶活計(jì)價(jià)，所以生產(chǎn)出的酶制劑在出售前往往需要稀釋至一定的標(biāo)準(zhǔn)酶活。,同時(shí)。為改進(jìn)和提高酶制劑的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性，一般都要在酶制劑中加入1種以上的物質(zhì)，（如，輔基、輔酶、金屬離子、蛋白質(zhì)等）它們既可以作酶活穩(wěn)定劑，又可作抗菌劑及助濾劑。,（三）酶制劑在食品