食品发酵微生物.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 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（Leuconostoc） 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。 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.cremoris）。 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：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：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6570°T。 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，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%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（probiotic 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,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3.042、米曲霉AS 3.683等。 酿醋所用糖化剂的类型包括：大曲、小曲、麸曲、红曲、液体曲、淀粉酶制剂。,（2）酒母菌种的选择。 酒母系指接种使用的并能够利用可发酵性糖类进行酒精发酵的酵母菌培养物。 上海香醋使用501黄酒酵母； 高粱酿醋及速酿醋选择南阳混和酵母（1308酵母）。,（3）醋母菌种的选择。 醋母系指生产中接种使用的并能够氧化酒精生成醋酸的醋酸菌培养物。 目前我国食醋酿造使用最多的醋酸菌种是：AS 1.41醋酸杆菌和沪酿1.01醋酸杆菌。,三、谷氨酸菌,谷氨酸菌在细菌分类学中属于棒杆菌属（Corynebacterium）、短杆菌属（Brevibacterium）、小杆菌属（Microbacterium）和节杆菌属（Arthrobacter）中的细菌。目前我国谷氨酸发酵最常见的生产菌种是北京棒杆菌AS 1.299和钝齿棒杆菌AS 1.542。,1北京棒杆菌AS 1.299（Corynebacterium pekinense n.sp.AS1.299） 细胞呈短杆或棒状，有时略呈弯曲状，两端钝圆，排列为单个、成对或V字形。革兰氏染色阳性。无芽孢，无鞭毛，不运动。 普通肉汁固体平皿培养，菌落圆形，中间隆起，表面光滑湿润，边缘整齐，菌落颜色开始呈白色，直径1mm，随培养时间延长变为淡黄色，直径增大至6mm，不产水溶性色素。普通肉汁液体培养，稍混浊，有时表面呈微环状，管底有粒状沉淀。 化能异养型，能利用葡萄糖、果糖、甘露糖、麦芽糖、不分解淀粉、纤维素。铵盐和尿素均可作为氮源，能还原硝酸盐。 要求多种无机离子，需要生物素作为生长因子，同时加入硫胺素具有明显的促生长作用。 好氧或兼性厌氧，过氧化氢酶反应阳性。最适生长温度3032，最适生长pH值6.07.5。在含7.5%NaCl或2.6%尿素肉汁培养基中生长良好，10%的NaCl或3%尿素生长受到抑制。 不受钝齿棒杆菌AS 1.542噬菌体侵染。,2钝齿棒杆菌AS 1.542（Corynebacterium crenatum n.sp.AS 1.542） 细胞呈短杆或棒状，两端钝园，排列为单个、成对或V字形。革兰氏染色阳性。无芽孢，无鞭毛，不运动。 细胞内次极端有异染颗粒并存在数个横隔。普通肉汁固体平皿培养，菌落扁平，呈草黄色，表面湿润无光泽，边缘较薄呈钝齿状，不产水溶性色素，直径35mm。普通肉汁液体培养混浊，表面有薄菌膜，管底有较多沉淀。 化能异养型，能利用葡萄糖、果糖、甘露糖、麦芽糖、蔗糖、水杨苷、七叶灵以及乙酸、柠檬酸、乳酸、葡萄糖酸、延明羧酸等多种有机酸作为碳源迅速进行谷氨酸发酵，不分解淀粉、纤维素、油酯和明胶。铵盐和尿素均可作为氮源，能还原硝酸盐，不同化酪蛋白。要求多种无机离子，需要生物素作为生长因素。好氧或兼性厌氧，过氧化氢酶反应阳性。2037生长良好，39生长微弱，最适生长温度30。pH 69生长良好，pH 10生长减弱，pH 45不生长。在含7.5%NaCl或2.5%尿素肉汁培养基中生长良好，10%NaCl和3%尿素生长受到抑制。不受北京棒杆菌1.299的噬菌体侵染。,（二）谷氨酸发酵及味精生产,L-谷氨酸单钠，俗称味精，具有肉类鲜味，是人们日常生活中普遍使用的调味料。我国于1963年开始采用谷氨酸发酵法生产味精。,1谷氨酸菌的扩大培养 谷氨酸发酵生产通常采用谷氨酸菌二级扩大的种子液获得发酵所需的菌量。 扩大培养的工艺流程： 斜面原种斜面活化(32 1824h) 200mL液体振荡培养(32 12h) 1000mL三角瓶（一级种子）50L500L种子罐（二级种子）,2谷氨酸发酵及味精生产工艺 （1）工艺流程。淀粉质原料粉碎调浆水解糖化冷却中和脱色过滤添加氮源、无机盐和生长因子接种二级种子谷氨酸发酵谷氨酸提取加碱中和除铁脱色浓缩干燥过筛包装成品味精,（2）技术要点。 原料的处理。淀粉质原料必须经过水解糖化后才能用于谷氨酸发酵,目前我国谷氨酸发酵大多采用酸解法进行淀粉糖化。 发酵培养基的制备。常用的氮源是尿素和氨水，碳氮比为100:25，比一般工业发酵培养基（C/N为100：0.52）的氮源用量大得多。 谷氨酸发酵条件控制。前期为3032，中后期为3436。发酵前期pH控制在7.5左右，发酵后期通过流动尿素的方法控制pH在7.07.2。溶氧量主要由通风量和搅拌速度决定，通风量大小对谷氨酸发酵存在显著影响。发酵前期以低通风量为宜（溶氧系数Kd保持5×10-4摩尔氧/升·分·大气压）；发酵中后期以高通风量为宜。 谷氨酸提取。提取谷氨酸的方法有：目前我国大多采用等电气法提取谷氨酸一般提取率可达80%以上。 味精的制造。谷氨酸与纯碱作用生成谷酸酸单钠的过程称为谷氨酸的中和。加入Na2CO3形成味精，即可制得味精粗品，进一步进行除铁、脱色和结晶处理，即可制备味精成品。,第二节 食品工业中酵母菌及其应用,一、啤酒酵母（Saccharomyces cerevisiae） 啤酒酵母属于典型的上面酵母，又称爱丁堡酵母。广泛应用于啤酒、白酒酿造和面包制作。,（一）啤酒酵母的形态特征 细胞呈圆形或短卵圆形，大小为 37×510m，通常聚集在一 起，不运动。单倍体细胞或双倍 体细胞都能以多边出芽方式进行 无性繁殖，能形成有规则的假菌 丝（芽簇），但无真菌丝。有性 繁殖为2个单倍体细胞同宗或异宗 接合或双倍体细胞直接进行减数 分裂形成14个子囊孢子。细胞 形态往往受培养条件的影响，但 恢复原有的培养条件，细胞形态 即可恢复原状。,（二）啤酒酵母的培养特征 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面上形成酵母泡盖。因此而称上面酵母。,（三）啤酒酵母的生理生化特性 化能异养型，能发酵葡萄糖、果糖、半乳糖、蔗糖、麦芽糖和麦芽三糖以及1/3的棉子糖，不发酵蜜二糖、乳糖和甘油醛，也不发酵淀粉、纤维素等多糖。不分解蛋白质，可同化氨基酸和氨态氮，不同化硝酸盐。需要B族维生素和P、S、Ca、Mg、K、Fe等无机元素。兼性厌氧，有氧条件下，将可发酵性糖类通过有氧呼吸作用彻底氧化为CO2和H2O，释放大量能量供细胞生长；无氧条件下，使可发性糖类通过发酵作用（EMP途径）生成酒精和CO2，释放较少能量供细胞生长。最适生长温度25，发酵最适温度10-25。最适发酵pH为4.5-6.5。真正发酵度达60%-65%。,二、葡萄酒酵母 （Saccharomyces ellipsoideus）,葡萄酒酵母属于啤酒酵母的椭圆变种，简称椭圆酵母。常用于葡萄酒和果酒的酿造。 （一）葡萄酒酵母的形态特征 细胞呈椭圆形或长椭圆形，大小为310×515m，不运动。单倍体细胞或双倍体细胞都能以多边出芽方式进行无性繁殖，形成有规则的假菌丝。 在环境不利条件下进行有性繁殖：2个单倍体细胞同宗或异宗接合或双倍体细胞直接进行减数分裂形成14个子囊孢子。细胞形态往往受培养条件的影响，但恢复原有的培养条件，细胞形态即可恢复原状。,（二）葡萄酒酵母的培养特征 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。,（三）葡萄酒酵母的生理生化特点 化能异养型，可发酵葡萄糖、果糖、半乳糖、蔗糖、麦芽糖、麦芽三糖以及1/3的棉子糖，不发酵蜜二糖、乳糖和甘油醛，也不发酵淀粉、纤维素等多糖。 不分解蛋白质，不还原硝酸盐，可同化氨基酸和氨态氮。需要B族维生素和P、S、Ca、Mg、K、Fe等无机元素。 兼性厌氧，有氧条件下，将可发性糖类通过有氧呼吸作用彻底氧化为CO2和H2O，释放大量能量供菌体繁殖； 无氧条件下，使可发酵性糖类通过发酵作用（EMP途径）生成酒精和CO2，释放较少能量供细胞繁殖。 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、耐乙醇、耐高渗、耐二氧化硫能力强于啤酒酵母。葡萄酒发酵后乙醇含量达16%以上。,三、卡尔酵母（Saccharomgces Carlsbergensis）,卡尔酵母属于典型的下面酵母，又称卡尔斯伯酵母或嘉士伯酵母。常用于啤酒酿造、药物提取以及维生素测定的菌种。 （一）卡尔酵母的形态特征 细胞呈椭圆形，大小为35×710m，通常分散独立存在，不运动。 单倍体细胞或双倍体细胞大多都以单端出芽方式进行无性繁殖，能形成不规则的假菌丝，但无真菌丝。采用特殊方法培养才能进行有性生殖形成子囊孢子。,（二）卡尔酵母的培养特征 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。 麦芽汁液体培养，表面产生泡沫，液体变混，培养后期菌体沉降于容器底部，因此又称下面酵母。,（三）卡尔酵母的生理生化特点 化能异养型，能发酵葡萄糖、果糖、半乳糖、蔗糖、麦芽糖、蜜二糖、麦芽三糖和甘油醛以及全部的棉子糖，不发酵乳糖以及淀粉、纤维素等多糖。 不分解蛋白质，不还原硝酸盐，可同化氨基酸和氨态氮。需要B族维生素以及P、S、Ca、Mg、K、Fe等无机离子。 兼性厌氧，有氧条件下，将可发性糖类通过有氧呼吸作用彻底氧化为CO2和H2O，释放大量能量供菌体繁殖；无氧条件下，使可发酵性糖类通过发酵作用（EMP途径）生成酒精和CO2，释放较少能量供细胞繁殖。 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（Candida utilis）,产蛋白假丝酵母，又称产朊假丝酵母或食用圆酵母，富含蛋白质和维生素B，常作为生产食用或饲用单细胞蛋白（SCP）以及维生素B的菌株。,（一）产蛋白假丝酵母的形态特征 细胞呈圆形、椭圆形或腊肠形， 大小为3.54.5×7.013.0m， 以多边出芽方式进行无性繁殖， 形成假菌丝。没有发现有性生殖 和有性孢子，属于半知菌类酵母 菌。,（二）产蛋白假丝酵母的培养特征 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；玉米固体培养产生原始状假菌丝。 葡萄糖酵母汁蛋白胨液体培养，表面无菌膜，液体混浊，管底有菌体沉淀。,（三）产蛋白假丝酵母的生理生化特点 化能异养型，能发酵葡萄糖、蔗糖和1/3的棉子糖，不发酵半乳糖、麦芽糖、乳糖、蜜二糖。能同化尿素、铵盐和硝酸盐，不分解蛋白质和脂肪。 兼性厌氧，有氧条件下，进行有氧呼吸；无氧条件下，进行酒精发酵。 最适生长温度25，最适生长pH为4.56.5。 在发酵工业中，常采用富含半纤维的纸浆废液、稻草、稻壳、玉米芯、木屑、啤酒废渣等水解液和糖蜜为主要原料，培养产蛋白假丝酵母，生产食用或饲用单细胞蛋白和维生素B。,五、酵母菌在食品工业中的应用,（一）啤酒酿造 （二）果酒酿造 （三）白酒酿造 （四）面包加工 （五）单细胞蛋白生产,（一）啤酒酿造,啤酒酿造是以大麦、水为主要原料，以大米或其它未发芽的谷物、酒花为辅助原料；大麦经过发芽产生多种水解酶类制成麦芽；借助麦芽本身多种水解酶类将淀粉和蛋白质等大分子物质分解为可溶性糖类、糊精以及氨基酸、肽、胨等低分子物质制成麦芽汁；麦芽汁通过酵母菌的发酵作用生成酒精和CO2以及多种营养和风味物质；最后经过过滤、包装、杀菌等工艺制成CO2含量丰富、酒精含量仅3%4%、富含多种营养成份、酒花芳香、苦味爽口的饮料酒即成品啤酒。 啤酒的种类，根据酵母品种可分为上面发酵啤酒和下面发酵啤酒；根据颜色可分为淡色啤酒和浓色啤酒；根据生产方式可分为鲜啤酒、纯鲜啤酒和熟啤酒.,1啤酒发酵优良酵母的评估及选育 （1）啤酒酵母优良性状的评估。啤酒酵母应具有以下优良性状： 生长繁殖力强，发酵活力高； 代谢产物能够赋予啤酒良好的风味； 聚凝性强,沉降速度快,发酵结束易与发酵液分离,便于菌体回收。 （2）优良菌种的选育。 菌种筛选。 诱变育种。 杂交育种。例如，通过杂交育种有可能获得凝聚性强的新菌种、风味良好的新菌种和发酵度比较高的新菌种。 细胞融合育种。例如，凝聚性强但发酵度低的菌株和发酵度高但凝聚性弱的菌株通过细胞融合有可能产生凝聚性强和发酵度高的新型细胞。,2啤酒酵母的扩大培养 （1）工艺流程。 斜面原种活化（25 12d）2个100mL富士瓶(25 12d)2个1000mL巴士瓶(2512d)2个10L卡氏罐(2512d) 200L汉森式种母罐(15 12d)2t扩大罐(10 12d)10t繁殖槽(8 12d)主发酵。 （2）技术要点。 温度控制。培养初期，采用酵母菌最适生长温度25培养，之后每扩大培养1次，温度均有所降低，使酵母菌逐步适应低温发酵的要求。 接种时间。每次扩大培养均采用对数生长期后期的种子液接种，一般泡沫达到最高将要回落时为对数生长期。 注意及时通风供氧。从斜面原种至卡氏罐为实验室扩大培养阶段，应注意每天定时摇动容器，达到供氧目的；从汉森罐至酵母繁殖槽为生产现场扩大培养阶段，应定时通入无菌压缩空气供氧。,3啤酒酿造工艺 （1）工艺流程。原料大麦清选分级浸渍发芽干燥麦芽及辅料粉碎糖化过滤麦汁煮沸麦汁沉淀麦汁冷却接种酵母繁殖主发酵后发酵过滤包装杀菌贴标成品。 （2）技术要点。 接种与酵母增殖。冷却麦芽汁入酵母繁殖槽，接种6代以内回收的酵母泥5（或扩大培养的种子液），控制品温68，好氧培养1224h，待起发后入发酵池（罐）进行主发酵。, 主发酵。主发酵也称前发酵，可分为四个时期： 起泡期：入发酵池（罐）后45h，酵母菌产生的CO2使麦芽汁饱和，在麦芽汁表面出现白色、乳脂状气泡，称为起泡期。此时不需人工降温，保持23d。 高泡期：随着发酵的进行，酵母菌厌氧代谢旺盛，使泡沫层加厚，温度升高，发酵进入高泡期。此时需开动冰水人工降温，最高发酵温度不超过9，保持23d。 落泡期：发酵56d后，泡沫开始回缩，颜色变深，称为落泡期。此时需开动冰水逐渐降温，维持2d。 泡盖形成期：发酵78d后，泡沫消退，形成泡盖（由酒花树脂、蛋白质多酚复合物、泡沫和死酵母构成），称为泡盖形成期。此时应急剧降温至45，使酵母沉降，并打捞泡盖、回收酵母，结束主发酵。, 后发酵。后发酵的主要作用是使残糖继续发酵，促进CO2在酒液中饱和；同时利用酵母内酶还原双乙酰； 后处理。后发酵结束，酒液经过过滤、装瓶、热杀菌（60 30min）处理，称为熟啤酒，而不经过热杀菌的啤酒称为鲜啤酒。,（二）果酒酿造,果酒酿造是以多种水果如葡萄、苹果、梨、桔子、山楂、杨梅、猕猴桃等为原料，经过破碎、压榨，制取果汁；果汁通过酵母菌的发酵作用形成原酒；原酒再经陈酿、过滤、调配、包装等工艺制成酒精含量8.5%以上、含多种营养成分的饮料酒称为果酒。在各种果酒中葡萄酒是主要品种，其产量居世界第二位饮料酒种。,1果酒的主要种类 果酒一般以所用的原料来命名，如葡萄酒、苹果酒、梨酒等，根据分类标准不同，果酒有如下种类。 （1）根据酿制方法。 发酵酒：用果汁或果浆经酒精发酵酿制而成。 蒸馏酒：发酵果酒经蒸馏后制成，如白兰地、水果白酒。 露酒：用果实、果汁或果皮经酒精浸泡、兑制而成。 汽酒：含CO2的果酒。 （2）根据果酒含糖量。 干酒。每100mL酒中含糖量少于0.4g。 半干酒。每100mL酒中含糖量为0.41.2g。 半甜酒。每100mL酒中含糖量为1.25.0g。 甜酒。每100mL酒中含糖量为5g以上。 （3）根据果酒酒精含量。 低度果酒。酒精含量在17%（V/V）以下果酒。 高度果酒。酒精含量在18%（V/V）以上的果酒。,2果酒酿造工艺 （1）工艺流程。水果分选洗涤破碎压榨果汁成分调整添加SO2、接种酒母主发酵后发酵陈酿冷、热处理过滤调配灌酒杀菌贴标成品。,（2）技术要点。 前发酵。前发酵的目的是进行酒精发酵，产生芳香物质，浸提色素物质。其方法有分离发酵法和混和发酵法两种。分离发酵法是水果经破碎、压榨后，仅有果汁入发酵池进行发酵；而混和发酵法是水果破碎后不经压榨，将果汁、果浆、皮渣一起入发酵池进行发酵。 分离发酵法：果汁入池后，加入亚硫酸钠，使SO2含量达到80100mg/L。然后接种5%10%的酒母液，控制品温2530进行发酵。待发酵旺盛时，将品温控制在2025进行低温发酵。当残糖下降至5g/L时，分离酒脚进入后发酵。 混和发酵法：果浆、果汁、皮渣入池后，加入亚硫酸钠，使SO2含量达到80100mg/L。然后接种5%1