微生物在食品制造中的作用-食品微生物学.ppt

食品微生物学南京农业大学食品科技学院,第十章 微生物在食品制造中的作用,第一节 细菌在食品制造中的作用 第二节 酵母菌在食品制造中的作用 第三节 霉菌在食品制造中的作用 第四节 微生物酶在食品工业中的应用,第一节 细菌在食品制造中的作用,发酵乳制品食醋蔬菜和水果的乳酸发酵食品氨基酸,第一节 细菌在食品制造中的作用,一、乳酸菌在食品工业中的应用,发酵乳制品泡菜榨菜乳酸,（一）什么是乳酸菌,乳酸菌（Lactic Acid Bacteria,LAB）:指一群能发酵碳水化合物（糖）以获取能量，并能生成大量乳酸的一类细菌的总称。,（二）LAB的共性,形态多变、无芽孢、无鞭毛2.以乳酸发酵途径获取能量 同型发酵：C6H12O6 2CH3CHOHCOOH+2ATP 异型发酵：C6H12O6 1CH3CHOHCOOH+1CH3CH2OH+CO2+1ATP 双歧途径：C6H12O6 2CH3CHOHCOOH+3CH3COOH+2.5ATP3.过氧化氢酶阴性,乳杆菌属（Lactobacillus）链球菌属（Sterptococcus）双歧杆菌属（Bifidobacterium）乳球菌属（Lactococcus）明串珠菌属（Leuconostoc）片球菌属（Pediococcus）,(三)应用于发酵生产的主要乳酸菌,(三)应用于发酵生产的主要乳酸菌,Lactococcus lactis subsp.lactis,(三)应用于发酵生产的主要乳酸菌,Leuconostoc sp.,(三)应用于发酵生产的主要乳酸菌,Bifidobacterium longum,(三)应用于发酵生产的主要乳酸菌,Streptococcus thermophilus,(三)应用于发酵生产的主要乳酸菌,Lactobacillus casei,(三)应用于发酵生产的主要乳酸菌,Lactobacillus helveticus,（四）乳酸菌特征比较,酸奶LAB发酵 干酪 乳酸菌饮料 马奶酒LAB+yeast发酵 kefir,（五）发酵乳制品,（五）发酵乳制品,1.酸奶（Yoghurt）,普通酸奶：保加利亚乳杆菌+嗜热链球菌 嗜酸乳菌：嗜酸乳杆菌 生物酸奶：嗜酸乳杆菌+保加利亚乳杆菌+嗜热链球菌 双歧菌乳：双歧杆菌,（2）发酵菌种,2.干酪（cheese）,干酪是在乳中加入适量的LAB发酵剂和凝乳酶，使蛋白质凝固后，排除乳清，将凝块压成块状（经长时间后发酵）而制成的产品,（1）种类,（2）工艺,前发酵菌种,（3）干酪发酵剂的主要菌种,后发酵菌种,（3）干酪发酵剂的主要菌种,乳酸菌 其它微生物,（4）后熟微生物对干酪风味的影响,开菲尔（Kefir）：又称牛奶酒，是以牛奶或羊奶为原料，在开菲尔粒或开菲尔发酵剂的作用下，经发酵而成的发酵乳。,3.开菲尔,(1)开菲尔的生产工艺,乳酸菌,（2）开菲尔发酵剂的主要菌种,开菲尔圆酵母、酿酒酵母、假丝酵母和乳酸酵母醋酸细菌、枯草杆菌、开菲尔杆菌,乳酸链球菌、乳酸杆菌、乳链球菌二乙酰亚种、肠膜明串珠菌、嗜热乳杆菌、嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌等,其他微生物,开菲尔发酵剂（Kefirgrains）,（2）开菲尔发酵剂的主要菌种,（2）开菲尔发酵剂的主要菌种,开菲尔发酵剂中的乳酸菌和酵母菌,4.其他发酵乳制品,其他发酵乳制品的种类：酸制奶油、嗜酸菌乳、马奶酒等。常用的乳酸菌：干酪乳杆菌、保加利亚乳杆菌、嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌、瑞士乳杆菌、乳酸乳杆菌、乳酸乳球菌、乳脂乳球菌、嗜热链球菌等。反应过程：乳酸菌分解乳糖进行同型乳酸发酵或异型乳酸发酵。注意事项：在整个加工过程中，对原料灭菌处理采用的温度较低，所以接种剂量要大，以防止污染。,（六）发酵蔬菜和水果,(2)泡菜发酵中微生物的类群,(3)发酵菌群之变化,菌群演替：在一个生态区域中，原有的微生物菌群经过一般的发展时期后，由于某种内外环境因素的改变，原有的微生物菌群被另一种新的微生物菌群所取代。这种现象称之为菌群演替。,泡菜中的菌群演替,2.其他发酵蔬菜和水果,主要的乳酸发酵果蔬品种：酸菜、榨菜、冬菜、酸藏蘑菇、橄榄等 发酵方法：自然发酵、纯种发酵 常用菌种：植物乳杆菌、黄瓜乳杆菌、短乳杆菌、肠膜明串珠菌、小片球菌、发酵乳杆菌等 亚硝酸问题,二、醋酸菌在食品制造中的作用,食醋生产中的细菌醋酸菌,醋酸细菌(Acetic Acid Bacteria)是指一类能氧化酒精生成醋酸 的 革兰氏阴性、无芽孢细菌的总称。,（1）液化、糖化淀粉的微生物（2）酒精发酵的微生物（3）醋酸发酵的微生物,1.食醋生产中的主要微生物,（1）液化、糖化淀粉的微生物,甘薯曲霉3.324、宇佐美曲霉3.758、黑曲霉3.4309。黄曲霉3.800，米曲霉3.042等也可用于糖化。,（2）酒精发酵的微生物,酵母菌:北方地区用1300，上海香醋用黄酒酵母工农501，普通醋用K字酵母，AS 2.109、AS 2.399 适用于淀粉原料，AS 2.1189、AS 2.1190适用于糖蜜原料。,醋酸醋杆菌、许氏醋杆菌、恶臭醋杆菌、巴式醋酸杆菌、奥尔兰醋杆菌 CH3CH2OH CH3CHO CH3COOH,（3）醋酸发酵的微生物,2.食醋酿造原理,3.食醋生产的原料,高粱、大米、玉米、甘薯、糖糟、梨、柿、枣等含糖或含淀粉的果实等,4.食醋酿造工艺,4.食醋酿造工艺,食醋的生产工艺-传统的制曲,制曲的进步,各种醋产品,三、谷氨酸,（一）谷氨酸的生产用菌种主要种类 北京棒状杆菌 钝齿棒状杆菌（二）谷氨酸的生产常用原料 小麦、玉米、甘薯、大米等淀粉质物质；糖蜜等含糖丰富的物质。,（三）谷氨酸的合成途径,第二节 酵母菌在食品制造中的作用,面包：酵母将面粉中的糖类化合物分解形成CO2、醇、醛、有机酸等产物。酿酒：葡萄酒酵母、啤酒酵母、绍兴酵母等将糖类化合物分解形成乙醇等化合物。酵母细胞的利用单细胞蛋白的生产 废酵母,1、酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae)酿造果酒和发酵生产面包、酒精发酵；酿造葡萄酒，也可用于酿造啤酒、蒸馏酒；台湾396号酵母为代表。我国南方常常用于以糖蜜原料生产酒精。它的特点是耐高渗透压，可忍受高浓度的盐。,一、食品工业上常用的酵母菌,2、卡尔斯伯酵母（S.carlsbergensis）卡尔斯伯（Carsberg)是丹麦的一个啤酒厂的名字，卡尔斯伯酵母是该厂分离的，细胞形态为圆形或卵圆形，部分细胞的细胞壁有一平端；啤酒酿造中是典型的下面酵母；高温时，酿酒酵母比卡氏酵母生长得更快；低温下，卡氏酵母生长得较快。,一、食品工业上常用的酵母菌,一、食品工业上常用的酵母菌,3、异常汉逊氏酵母异常变种（Hansenula anomala)细胞呈圆形，椭圆形或腊肠形，甚至有长达30m，繁殖方式：多边芽殖 作用：异常汉逊氏酵母能产生乙酸乙酯，因此它在发酵生产食品中赋予食品特殊的风味。也可用于生产单细胞蛋白利用烃类、甲醇、乙醇和甘油作为碳源。,一、食品工业上常用的酵母菌,4、假丝酵母(Candida Berkhout)在液体培养基中生长，细胞为球形、椭圆形或圆柱形。在马铃薯或玉米琼脂培养基上生长容易形成丰富的假菌丝，多极出芽。热带假丝酵母氧化烃类的能力很强，可以利用煤油形成大量的菌丝体。,一、食品工业上常用的酵母菌,5、产朊假丝酵母 研究较多的微生物单细胞蛋白之一就是产朊假丝酵母；产朊假丝酵母的蛋白质和维生素B含量均比啤酒酵母高。,一、食品工业上常用的酵母菌,6、球拟酵母 细胞球形、卵形或稍带长形 无假菌丝。多边芽殖，不生子囊孢子及其它孢子。作用：生产甘油等多元醇。,一、食品工业上常用的酵母菌,7、解脂假丝酵母 石油发酵生产单细胞蛋白的优良菌种8、红酵母 红酵母的细胞形态圆形、卵形或长形，多边芽殖，多数不形成假菌丝，不生子囊孢子；细胞产生色素，红色或橙红色色素 作用：生产-胡萝卜素。,二、单细胞蛋白（Single Cell Protein）,概念：利用微生物（酵母菌、细菌、霉菌等）发酵生产出的微生物菌体细胞。蛋白质含量高。以酵母菌为主。1.生产用原料：糖蜜、亚硫酸盐纸浆废液、谷氨酸发酵废液、稻草、稻壳、玉米芯、木榍等的水解液；天然气、乙醇、乙烷等；乳制品和啤酒生产的废弃物。2.发酵方法：深层通气发酵和固体通风发酵。,二、单细胞蛋白（Single Cell Protein）,3.主要用途：作为单细胞食品；提取核苷酸、辅酶A、乳糖酶等医药及生物试剂 4.主要菌种：酵母：产元假丝酵母、解脂假丝酵母、嗜石油假丝 酵母等 其他微生物：细菌、霉菌、担子菌、藻类,三、面包及面制品制作,（一）白酒 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。1.基本酿造工艺：原料粉碎配料蒸煮加曲、加酒母入池发酵蒸馏勾兑陈酿成品。,四、酿酒,(1)大曲 纯小麦或部分大麦等原料对酿酒用微生物进行富集和扩大培养制成的自然糖化发酵剂。包含：霉菌（糖化菌）、细菌（芽孢杆菌）、酵母菌、生酸菌（乳酸菌）。(2)小曲 米粉、米糠加或不加中草药、接种陈曲或纯根霉、酵母菌制成的糖化发酵剂。微生物种群较单一、用曲量小、出酒率高、发酵周期短。产品风味稍差。(3)麸曲 以麸皮、酒糟、谷壳等制成曲料，杀菌后接入糖化菌和酒母制成。,2.曲种,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。生产特点：含多种菌共同发酵而成，香味充分复杂。糖化发酵直接进行，酒精浓度高（15-20%）低温长时间酿造 陈酿,(二)黄酒,以麦芽为主要原料，辅以啤酒花发酵出的低酒度酿造酒。原辅料：原料：大麦芽 辅料：大米、玉米、酒花、淀粉酶,（三）啤酒,2.啤酒酿造的工艺,啤酒酵母 1540,啤酒酵母的菌落形态,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。以下以葡萄酒为例,（四）果酒,（四）果酒,酿造葡萄酒的橡木桶,葡萄酒的发酵和罐装机械设备,第三节 霉菌在食品制造中的应用,淀粉的糖化 酱油的酿造 酱类（大豆酱、面酱、豆瓣酱等）的制作 豆腐乳 有机酸(柠檬酸、乳酸、醋酸等的发酵生产),1.菌种：根霉、毛霉。根霉：耐高温，37可生长繁殖，在2528 4048小时生长较好，夏天用。如米根霉、溶胶根霉等。毛霉：20 为最适生长温度，冬天用。如总状毛霉、腐乳毛霉、高大毛霉、五通桥毛霉、鲁氏毛霉等。霉菌有丰富的蛋白酶以及脂肪酶和肽酶，使蛋白质降解为具有鲜味的氨基酸，形成有特殊风味的发酵食品。,一、豆腐乳,2.生产工艺流程,一些常见腐乳制品,二、酱油,1.酱油生产原料与辅料原料 基本原料：蛋白质原料、淀粉质原料、食盐和水等 辅助原料：增色剂、助鲜剂、防腐剂等,2.酱油酿造中的主要微生物,（1）米曲霉(Aspergillus oryzae)酱油曲霉(Aspergillus sojeo)（2）酵母菌（3）乳酸菌,中科院菌种米曲霉3.951，沪酿米曲霉 3.042，在18%的盐中不生长，含糖化酶、蛋白酶丰富。酸性蛋白酶 pH3.5 对酱油的鲜味也 起重要作用1）蛋白酶 中性蛋白酶 pH7.2 对酱油的鲜味起 主要作用 碱性蛋白酶 pH9.5,（1）米曲霉,2）淀粉酶：使原料糖化，供给米曲霉的碳源，还供给酵母菌、乳酸菌的糖原产生乳酸乙酯、乙酸乙酯等特殊香味物质。,（1）米曲霉,3）肽酶、谷氨酰胺酶：米曲霉中可分离到三种氨基肽酶，四种酸性羧基肽酶，与酱油鲜味有密切的关系。蛋白酶 氨基肽酶、羧基肽酶 蛋白质 肽 氨基酸 谷氨酰胺酶 谷胺酰胺 谷氨酸 维持酱油鲜味其它还有果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶降解原料中的多糖，使酱渣少、酱油的粘度低、澄清度好，过滤速度快。,（1）米曲霉,主要是耐盐力强的鲁氏酵母、球拟酵母在18%的食盐中可生长，低盐固态发酵的酱油盐分在1215%。鲁氏酵母：可分解脂肪、蛋白质是发酵型的。酵母菌 球拟酵母：产生酯香型风味，如烷基苯酚、4-乙基苯酚、4-乙基愈创苯酚 结合酵母：乙醇发酵，赋予酱油的醇香味。,（2）酵母菌,作用是使酱醪pH值降在5以下，适于鲁氏酵母生长，同时可提高酱油的颜色、香气。,（3）乳酸菌,原料 加水蒸煮 冷却 接种米曲霉 通风制曲 曲料拌盐水糖浆 入池（保温）发酵 酱醅淋油 调配 包装杀菌 成品,3.酱油发酵的工艺流程,第四节 微生物酶在食品工业中的应用,一、微生物生产酶制剂的特点 优点：种类多、便于工业化生产、产量大可保证供应。缺点：一种微生物可同时产生多种酶，因此工序较复杂。,二、产酶培养,1.固体培养法 固体培养是以皮麸或米糠为主要原料，另外添加谷糠、豆饼等为辅助原料。经过对原料发酵前处理，在一定的培养条件下微生物进行生长繁殖代谢产酶。分批培养 2.液体培养法 流加培养 连续培养 3.产酶条件的控制,三、微生物酶在食品工业中的应用,1.酶制剂在食品保鲜方面的应用 葡萄糖氧化酶 溶菌酶,三、微生物酶在食品工业中的应用,2.酶制剂在淀粉类食品生产中的应用-淀粉酶、-淀粉酶、糖化酶、支链淀粉酶、葡萄糖异构酶等,三、微生物酶在食品工业中的应用,3.酶在蛋白质食品生产中的应用 在蛋白质食品的生产过程中，主要使用的酶是各种蛋白酶。在蛋白质水解酶的作用下，可水解生成蛋白胨、多肽、氨基酸等蛋白质水解产物。,三、微生物酶在食品工业中的应用,4.酶在果蔬食品生产中的应用 果胶酯酶（PE）、内切聚半乳糖醛酸酶（endo-PG）、外切聚半乳糖醛酸酶（exo-PG）、内切聚半乳糖醛酸裂解酶（endo-PGL）、外切聚半乳糖醛酸裂解酶（exo-PGL）、内切聚甲基半乳糖醛酸裂解酶（endo-PMGL）、外切聚甲基半乳糖醛酸裂解酶（exo-PMGL）等。,三、微生物酶在食品工业中的应用,5.酶在果酒生产中的应用 果胶酶、蛋白酶、纤维素酶和半纤维素酶。,三、微生物酶在食品工业中的应用,6.酶在食品添加剂生产中的应用 酶作为一种高效生物催化剂，逐渐在食品添加剂的生产中获得较广泛的应用。介于天然提取和化学合成两种方法之间，酶合成的工艺具有前两者无法比拟的优点：酶的催化活性高，产品合成速度快，酶的催化特异性，产品纯度高，且能获得指定构象的产品。,谢谢！,