发酵食品微生物.ppt
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1、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第二节 食品工业中酵母菌及其应用第三节 食品工业中霉菌及其应用第四节 微生物酶制剂及其在食品工业中的应用,第一节 食品工业中常用的细菌,乳酸菌及其在食品工业上的应用醋酸菌及其应用谷氨酸产生菌及其在味精等调味品中的应用,一、乳酸菌,乳酸菌的概念及其分布 乳酸菌一词并非生物分类学名词,而是指能够利用发酵性糖类产生大量乳酸的一类微生物的统称。虽然有些霉菌也能产生大量乳酸,但以乳酸细菌为主要类群,因而通常将乳酸细菌之为乳酸菌。乳酸菌主要分布在:乳杆菌属(Lactobacillus)链球菌属(Streptococcus)明串珠菌属(Leucon
2、ostoc)片球菌属(Pediococcus)双歧杆菌属(Bifidobacterium),(一)乳杆菌属(Lactobacillus),1乳杆菌属的形态特征:细胞呈杆状,多为长杆状、短杆状及棒杆状,一般成短链排列。革兰氏染色阳性,通常不运动,无芽孢。菌落形态2乳杆菌属的生理生化特点:化能异养型,营养要求严格,生长繁殖需要多种氨基酸、维生素、肽、核酸衍生物。厌氧、耐氧性厌氧或兼性厌氧;生长最适pH为5.56.2,在pH5的环境中可生长,而中性或初始碱性条件下生长速率降低。生长温度范围,253,最适生长温度3040。可还原硝酸盐,不液化明胶,不分解酪素,联苯胺反应阴性,不产生吲哚和H2S,多数菌
3、株可产生少量的可溶性氮。,3乳杆菌属的代表种(1)保加利亚乳杆菌(L.bulgaricus)。细胞形态长杆状,两端钝圆。固体培养基生长的菌落呈棉花状,易与其它乳酸菌区别。能利用葡萄糖、果糖、乳糖进行同型乳酸发酵产生D型乳酸(有酸涩味,适口性差),不能利用蔗糖。该菌是乳酸菌中产酸能力最强的菌种,其产酸能力与菌体形态有关,菌形越大,产酸越多,最高产酸量2%;如果菌形为颗状或细长链状,产酸较弱,最高产酸量1.3%2.0%。蛋白质分解力较弱,发酵乳中可产生香味物质乙醛。最适生长温度3745,温度高于50或低于20不生长。常作为发酵酸奶的生产菌。,(2)嗜酸乳杆菌(L.acidophilus)。细胞形态
4、比保加利亚乳杆菌小,呈细长杆状,能利用葡萄糖、果糖、乳糖、蔗糖进行同型乳酸发酵产生DL型乳酸,生长繁殖需要一定的维生素等生长因子,37培养生长缓慢,23d可使牛乳凝固。因而,在发酵剂制造及嗜酸菌乳生产中,常在原料乳培养基中添加5%的蕃茄汁或胡萝卜汁。蛋白质分解力较弱。最适生长温度37,20以下不生长,耐热性差。最适生长pH 5.56.0,耐酸性强,能在其它乳酸菌不能生长的酸性环境中生长繁殖。嗜酸乳杆菌是能够在人体肠道定殖的少数有益微生物菌群之一,其代谢产物有机酸和抗菌物质乳杆菌素(Lactocidin)可抑制病原菌和腐败菌的生长。,(二)链球菌属(Streptococcus),1链球菌属的形态
5、特征 细胞呈球形或卵圆形,成对或成链排列。革兰氏染色阳性,无芽孢,一般不运动,不产生色素。但肠球菌群中某些种能运动或产色素。2链球菌属的生理生化特点 化能异养型,同型乳酸发酵产生右旋乳酸;兼性厌氧型,接触酶反应阴性,厌氧培养生长良好。根据生理生化特性可将链球菌属分为四个种群(见表7-1)。,3链球菌属的代表种,(1)嗜热链球菌(St.thermophilus)。细胞形态呈链球状。某些菌株若不经过中间牛乳培养则在固体培养基上得不到菌落。能利用葡萄糖、果糖、乳糖和蔗糖进行同型乳酸发酵产生L型 乳酸(适口性好)。在石蕊牛乳中不还原石蕊,可使牛乳凝固。蛋白质分解力较弱,在发酵乳中可产生香味物质双乙酰。
6、该菌主要特征是能在高温条件下产酸,最适生长温度4045,温度低于20不产酸。耐热性强,能耐6568的高温。常作为发酵酸乳、瑞士干酪的生产菌。,(2)乳酸链球菌(St.lactis)。细胞形态呈双球、短链或长链状。同型乳酸发酵。在石蕊牛乳中可使牛乳凝固。牛乳随便放置时,牛乳的凝固90%是由该菌所致。产酸能力弱,最大乳酸生物量0.9%1.0%。可在4%NaCl肉汤培养基和0.3%亚甲基兰牛乳中生长,能水解精氨酸产生NH3,对温度适应范围广泛,1040均产酸,最适生长温度30。而对热抵抗力弱,60 30min全部死亡。常作为干酪、酸制奶油及乳酒和酸泡菜发酵剂菌种。,(3)乳脂链球菌(St.cremo
7、ris)。细胞比乳酸链球菌大,长链状。同型乳酸发酵。产酸和耐酸能力均较弱。产酸温度较低,约1820,37以上不产酸、不生长。由于该菌耐酸能力差,菌种保藏非常困难,需每周转接菌种一次或 在培养基中添加CaCO3 1%3%保藏。不能在4%NaCl肉汤培养基和0.3%亚甲基兰牛乳中生长,不水解精 氨酸。此菌常作为干酪、酸制奶油发酵剂菌种。,(三)明串珠菌属(Leuconostoc),1明串珠菌属的形态特征:明串珠菌属的菌落特征 固体培养,菌落一般小于1.0mm,光滑、圆形、灰白色;液体培养,通常混浊均匀,但长链状菌株可形成沉淀。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。,2明串
8、珠菌属的生理生化特点:化能异养型,生长繁殖需要复合生长因子:烟酸、硫胺素、生物素和氨基酸,不需要泛酸及其衍生物。利用葡萄糖进行异型乳酸发酵产生D型乳酸、乙酸或醋酸、CO2,可使苹果酸转化为L型乳酸。通常不酸化和凝固牛乳,不水解精氨酸,不水解蛋白,不还原硝酸盐,不溶血,不产吲哚。兼性厌氧型,接触酶反应阴性。生长温度范围530,最适生长温度25。,代表种肠膜状明串珠菌(L.mesenterides)固体培养,菌落直径小于1.0mm;液体培养,混浊均匀。细胞球形或豆状,成对或短链排列。利用葡萄糖进行异型乳酸发酵,在高浓度的蔗糖溶液中生长合成大量的荚膜物质葡聚糖,形成特征性粘液。最适生长温度25,生长
9、的pH值范围3.06.5,具有一定嗜渗压性,可在含4%6%的NaCl培养基中生长。该菌不仅是酸泡菜发酵重要的乳酸菌,而且已被用于生产右旋糖苷的发酵菌株,右旋糖苷是代血浆的主要成分。,(五)片球菌属(Pediococcus),1.片球菌属的形态特征:细胞球形,成对或四联状排列。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1.02.5mm。无细胞色素。,2片球菌属的生理生化特点:化能异养型,生长繁殖需要复合生长因子:烟酸、泛酸、生物素和氨基酸,不需要硫胺素、对-氨基苯甲酸和钴胺素。利用葡萄糖进行同型乳酸发酵产生DL型或L型乳酸。通常不酸化和凝固牛乳,不分解蛋白质,不还原硝酸盐,不产
10、吲哚。兼性厌氧,接触酶反应阴性。生长温度范围2540,最适生长温度30。该属中,嗜盐片球菌(Pc.halophilus)耐NaCl浓度18%20%,是参与酱油酿造的重要乳酸菌;乳酸片球菌(Pc.acidilactici)可在含6%8%的NaCl环境中生长,耐NaCl浓度13%20%,是酸泡菜发酵中重要的乳酸菌。,(六)双歧杆菌属(Bifidobacterium),1双歧杆菌属的形态特征:细胞呈多样形态:Y字型、V字型、弯曲状、勺型,典型形态为分叉杆菌,因而取名bifidus(拉丁语源是分开、裂开之意)。革兰氏染色阳性,亚甲基兰染色菌体着色不规则。无芽孢和鞭毛,不运动。,2双歧杆菌属的生理生化特
11、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(能促进双歧杆菌生长,不被人体吸收利用的天然或人工合成的物质),能利用葡萄糖、果糖、乳糖和半乳糖,通过果糖-6-磷酸支路生成摩尔比2:3的乳酸和乙酸及少量的甲酸和琥珀酸。蛋白质分解力微弱,能利用铵盐作为氮源,不还原硝酸盐,不水解精氨酸,不液化明胶,不产生吲哚,联苯胺反应阴性。专性厌氧,接触酶反应阴性,对氧的敏感性存在不同菌种或菌株的差异,多次传代培养后,菌株的耐氧性增强。生长温度范围2545,最适生长温度37。生长pH值范围4.58.5,最适生长起始pH值6.57.0,不耐酸,酸性环境(pH5.5)对菌体存活不利。,3.代表种:
12、人体肠道中共有8种,其中数量最多的5种为:两歧双歧杆菌(B.bifidum)、婴儿双歧杆菌(B.infantis)、青春双歧杆菌(B.adolescentis)、长双歧杆菌(B.longum)、短双歧杆菌(B.breve)。双歧杆菌是人体肠道有益菌群,它可定殖在宿主的肠粘膜上形成生物学屏障,具有拮抗致病菌、改善微生态平衡、合成多种微生素、提供营养、抗肿瘤、降低内毒素、提高免疫力、保护造血器官、降低胆固醇水平等重要生理功能,其促进人体健康的有益作用,远远超过其它乳酸菌。,(七)乳酸菌在食品工业中的应用,在发酵食品行业中应用最广泛的是乳酸菌。经过乳酸菌发酵作用制成的食品称为乳酸发酵食品。随着科学研
13、究的不断深入,逐步揭示了乳酸菌对人体健康有益作用的机理,因而,乳酸发酵食品更加受到人们的重视,在食品工业中占有越来越重要的地位。1发酵乳制品(1)酸牛乳(Yoghurt)凝固型酸乳的生产搅拌型酸乳(纯酸奶)的生产饮料型酸乳(活性乳)的生产(2)干酪(Cheese)。(3)酸性奶油 2果蔬汁乳酸菌发酵饮料3益生菌制剂,凝固型酸乳的生产,凝固型酸牛乳的生产是以新鲜牛乳为主要原料,经过净化、标准化、均质、杀菌、接种发酵剂、分装后,通过乳酸菌的发酵作用,使乳糖分解为乳酸,导致乳的pH值下降,酪蛋白凝固,同时产生醇、醛、酮等风味物质,再经冷藏和后熟制成乳凝状的酸牛乳。,酸牛乳发酵剂制备的工艺流程:菌种活
14、化母发酵剂中间发酵剂工作发酵剂 技术要点:菌种活化:将液体菌种或冻干菌种接种于115 10min灭菌后的复原脱脂乳试管培养基中,42培养,凝乳后立即进行传代移植。一般传代移植23次后,保加利亚乳杆菌42 35h凝乳,嗜热链球菌42 68h凝乳,即为活化完毕。母发酵剂的制备:将活化菌种接种量为1%,42培养,凝乳后即为母发酵剂。中间发酵剂的制备:利用母发酵剂接种量1%,42培养,凝乳后制成中间发酵剂。工作发酵剂的制备:利用中间发酵剂接种量1%3%,42培养,凝乳后即为工作发酵剂。,凝固型酸乳的生产。工艺流程:原料鲜乳净化标准化均质杀菌冷却接种分装发酵冷却冷藏后熟成品。技术要点:原料鲜乳的质量要求
15、:必须选择合格的鲜牛乳,不能选用初乳、未乳、乳房炎乳、病牛乳、酒精阳性乳和高酸度乳,乳中不得含有抗生素。标准化调制:为了增加非脂乳固体含量(不得低于12%),需添加脱脂乳粉0.25%0.5%,蔗糖4%8%。杀菌:采用9095 510min或135 23S进行杀菌。杀菌后立即冷却至4045。接种:两菌混合培养的发酵剂接种2%3%。发酵:发酵温度控制在42,35h后,酸度为6570T。冷却和低温后熟:后熟过程中,形成香味物质和光滑细腻的质地,防止乳清析出和过度产酸。后熟温度05,后熟期1224h。,搅拌型酸乳(纯酸奶)的生产,搅拌型酸奶即纯酸奶与凝固型酸奶生产工艺基本相似,所不同的是:前者为先发酵
16、,再搅拌,后分装;后者为先分装,后发酵,不搅拌。工艺流程:原料鲜乳净化标准化调制均质杀菌冷却接种发酵剂发酵搅拌破乳冷却分装冷藏后熟成品。技术要点:发酵:发酵在发酵罐中进行。42发酵35h,当发酵乳pH达4.55.0时,终止发酵。搅拌破乳:发酵结束后,将品温降至38,进行搅拌。,饮料型酸乳(活性乳)的生产,饮料型酸乳的生产是酸凝乳与适量无菌水、稳定剂和香精混和,再经均质处理、分装、冷却后制成的凝乳粒子直径0.01mm以下、液体状的酸牛乳。工艺流程:原料鲜乳净化标准化调制均质杀菌冷却接种发酵剂发酵混和(无菌水、稳定剂、香精)均质分装冷却成品入库冷藏。技术要点:混和:为了制成均匀稳定的饮料型酸牛乳即
17、活性乳,需在发酵后的凝乳中添加无菌水、稳定剂、香精等。一般加水量为凝乳的50%。稳定剂分为二大类:一类为人工合成型,如海藻酸丙二醇脂(PGA)和低甲氧基果胶(LM果胶);另一类为天然型,如明胶、琼脂、海藻酸钠、果胶等。目前使用较多的是PGA和LM果胶,添加量前者为0.2%,后者为0.3%。添加方法一般是将稳定剂用水溶解,灭菌冷却后添加至凝乳中,搅拌均匀。,(2)酸性奶油的制作,酸制奶油是以合格的鲜乳为原料,离心分离出稀奶油(cream),经过标准化调制、杀菌、冷却后,添加发酵剂,通过乳酸菌的发酵作用,使乳糖转化为乳酸,柠檬酸转化为羟丁酮,羟丁酮进一步氧化为丁二酮,同时生成发酵中间产物甘油、脂肪
18、酸等共同构成酸制奶油的特殊风味;,发酵剂菌种。目前都采用混和乳酸菌发酵剂生产酸制奶油。菌种要求产香能力强,而产酸能力相对较弱,因此,可将发酵剂菌种分为二大类:一类是产酸菌种,主要是:乳酸链球菌(St.lactis),乳脂链球菌(St.cremoris),可将乳糖转化为乳酸;另一类是产香菌种,包括:嗜柠檬酸链球菌(St.citrovorus)、丁二酮链球菌(St.diacetilactis),可将柠檬酸转化为丁二酮,赋予酸制奶油特有的香味。,工艺流程:原料乳离心分离稀奶油加碱中和杀菌冷却接种发酵剂发酵物理成熟添加色素搅拌排出酪乳洗涤加盐压炼包装成品 技术要点:接种发酵剂进行发酵:接种混和发酵剂3
19、%6%,20发酵26h,使乳酸度达0.3%,即中止发酵。物理成熟:发酵结束后,在35低温条件下进行物理成熟36h,使乳脂肪结晶固化,有利于搅拌并排出酪乳。搅拌、排酪乳:搅拌是为了破坏脂肪球膜以便形成大的脂肪球团。一般温度控制1015,搅拌5min后,排出酪乳。洗涤、加盐压炼:在低于搅拌温度12条件下,用纯净水洗涤23次,除去脂肪表面的酪乳。添加2.5%3.0%的粉碎食盐,抑制杂菌生长并改善风味。再在压炼台上将奶油粒压制成奶油层。包装与贮藏:包装后在0贮藏期23周,-15 6个月。,2果蔬汁乳酸菌发酵饮料,乳酸菌发酵果蔬汁是一种新型饮料,它综合了乳酸菌和果蔬汁两方面的营养保健功能,而且产品的原料
20、风味和发酵风味浑然一体,所以深受消费者喜爱。下面以番茄汁乳酸菌发酵饮料的生产为例进行讨论。,工艺流程:番茄清洗热烫榨汁均质调节pH杀菌冷却接种发酵剂发酵加糖调配包装成品 技术要点:番茄汁的制备:选择新鲜、红皮、成熟度一致的番茄为原料。清洗后在9095热水中热烫3min,然后在榨汁机中榨汁。再经胶体磨均质5min,移至发酵罐,用Na2CO3调节pH至6.4。9095杀菌20min,迅速冷却至40。接种发酵剂:用于番茄汁乳酸菌发酵饮料生产的发酵剂系采用保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌以1:1比例制成的混和发酵剂。发 酵:42发酵30h,pH值降至4.04.5,发酵结束。,3益生菌制剂,益生菌(probi
21、otic bacteria or probiotic orgamism),又称正常菌群或生理性菌群,系指与人或动物保持共生关系的一类有益微生物菌群,对宿主具有改善微生态平衡,提供营养,提高免疫力,促进健康等重要生理功能,常见的此类微生物有双歧杆菌、嗜酸乳杆菌等。益生菌制剂是一类新型生物制剂,国外称益生素(probiotics),国内则称微生态制剂(microecologics)。就双歧杆菌制品来看,目前生产规模和产量逐年增加,品种已达70多种,产品形式分为液态型和固态型两种。液态产品有:双歧杆菌发酵乳饮料、双歧杆菌口服液、双歧杆菌果蔬复合汁饮料;固态产品有:双歧杆菌乳粉和干酪、双歧杆菌干制糖果
22、和糕点、双歧杆菌粉剂和胶囊。,二、醋酸菌,醋酸菌不是细菌分类学名词。在细菌分类学主要分布于醋酸杆菌属(Acetobacter)和葡萄糖杆菌属(Glucomobacter),前者最适生长温度30以上,氧化酒精生成醋酸的能力强,有些能继续氧化醋酸生成CO2和H2O;后者最适生长温度30以下,氧化葡萄糖生成葡萄糖酸的能力强,而氧化酒精生成醋酸的能力弱,不能继续氧化醋酸生成CO2和H2O。用于酿醋的醋酸菌种大多属于醋酸杆菌属。下面主要讨论醋酸杆菌属:,(一)醋酸杆菌属(Acetobacter)的生物学特性 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,醋酸杆菌属的形态不稳定,
23、老化细胞或在不适宜条件培养,菌细胞常出现多形态性;其中极生鞭毛菌不能将醋酸氧化为CO2和H2O,而周生鞭毛菌可将醋酸氧化成CO2和H2O。不产色素,液体培养形成菌膜。化能异养型,能利用葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、酒精作为碳源,可利用蛋白质水解物、尿素、硫酸铵作为氮源,生长繁殖需要的无机元素有P、K、Mg。严格好氧,接触酶反应阳性,具有醇脱氢酶、醛脱氢酶等氧化酶类,因此除能氧化酒精生成醋酸外,还可氧化其它醇类和糖类生成相应的酸和酮。具有一定产酯能力。最适生长温度3035,不耐热。最适生长pH值为3.56.5。某些菌株耐酒精和耐醋酸能力强。不耐食盐,因此醋酸发酵结束后,添加食盐除调节食醋风味外,还
24、可防止醋酸菌继续将醋酸氧化为CO2和H2O。,(二)主要醋酸菌种纹膜醋酸杆菌(A.aceti):培养时液面形成乳白色、皱褶状的粘性菌膜。摇动时,液体变混。能产生葡萄糖酸,最高产醋酸量8.75%。最适生长温度30,能耐14%15%的酒精。奥尔兰醋酸杆菌(A.orleanense):属纹膜醋酸杆菌的亚种,也是法国奥尔兰地区用葡萄酒生产食醋的菌种。最高产醋酸量2.9%,耐酸能力强,能产生少量的酯。最适生长温度30。许氏醋杆菌(A.Schutzenbachii):它是法国著名的速酿食醋菌种,也是目前酿醋工业重要的菌种之一。最高产醋酸量达11.5%。对醋酸没有进一步的氧化作用,耐酸能力较弱。最高生长温度
25、37。醋酸杆菌AS 1.41:是我国酿醋工业常用菌种之一。产醋酸量6%8%,可将醋酸进一步氧化为CO2和H2O。最适生长温度2830,耐酒精浓度8%。,(四)醋酸杆菌在食品工业中的应用,1食醋酿造:(熟料固态酿醋传统酿造法)工艺流程:甘薯干或碎米、高粱粉碎添加麸皮、谷糠润水浸渍蒸煮冷却过筛接种麸曲、酒母加水拌均入缸淀粉糖化、酒精发酵、倒醅接种醋母添加粗谷糠拌均醋酸发酵、倒醅加盐后熟淋醋陈酿澄清配兑煎醋(杀菌)成品。,(1)糖化剂菌种的选择。适于酿醋的糖化剂曲霉菌种主要有:黑曲霉AS 3.4309、宇佐美曲霉AS 3.758、甘薯曲霉AS 3.324、东洒一号、米曲霉沪酿3.040、米曲霉沪酿3
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