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第五章:微生物在食品制造中的作用


第五章 微生物在食品制造中的作用

第一节
酸性调味品

食醋
微生物产品

主要成分:
名优产品:

乙酸(醋酸) 镇江香醋
玫瑰醋

山西陈醋
四川麸醋

一、醋酸发酵的生化过程 谷物 可发酵单糖、二糖<

br />
乙醇 自然发酵

醋酸

纯种发酵

二、食醋酿造中的微生物
1、淀粉糖化微生物
糖化作用:淀粉在酸或酶的作用 下分解为单糖或寡糖的过程。 (C6H10O5)n + nH2O nC6H12O6

曲霉

1、淀粉糖化微生物
1)米曲霉(Aspergillus oryzae)
沪酿3.042 3.040 AS.3.683 一般情况 酸度大、碳源丰富 酸度小、氮源多 老化 黄绿色 绿色 黄色 褐色

1)米曲霉(Aspergillus oryzae)

37℃ pH5.5~6.0 液化力、蛋白质分解力强

2)黄曲霉(Asp. flavus)

AS.3.800
曲酸

曲酸在水中与氯化高铁反应生成特有的 红色 菌落 黄色 绿色 褐色

3)甘薯曲霉(Asp. batatae)
AS.3.324
菌丝暗黑色、孢子头球形、

孢子圆球状
37℃ 单宁酶

4)宇佐美曲(Asp.usamii)

AS.3.758

日本

糖化力强 单宁酶

5)泡盛曲霉(Asp. awamori) 菌丝白色 分生孢子头褐


曲酸 柠檬酸 糖化、液化力强

2、乙醇发酵微生物
1)乙醇发酵过程 酵母菌 无氧 EMP

C6H12O6+2ADP+2Pi
2CH3CH2OH+2CO2+2ATP

2)微生物(酵母菌)
a. 拉斯2号酵母(德国2号酵母)

Lindner 1889年分离
细胞长形 难形成子囊孢子 发酵葡萄糖、 蔗糖、 麦芽糖 乳糖 X

a. 拉斯2号酵母(德国2号酵母)

营养丰富
营养缺乏

肝糖
空泡

淀粉质原料生产酒、醋

b.拉斯12号酵母(德国12号酵母)
Matthes 1902年分离
细胞圆形、近卵原形

易形成子囊孢子
富含肝糖 无空泡

c. k字酵母 日本引进 细胞圆形

细胞较小 生长迅速
高粱、大米、薯干

d. 南阳五号酵母(1300)
菌落白色、表面光滑、质地湿润、边缘整齐,

细胞卵原形

发酵麦芽糖、葡萄糖、蔗糖
不发酵乳糖、菊糖、密二糖 耐13%以下浓度酒精

3、醋酸发酵微生物

1)醋酸发酵过程
乙醇在醋酸菌的作用下氧化成乙

酸,称醋酸发酵。
C2H5OH + O2 H3COOH + H2O

乙醇氧化可分二个阶段:
1.

CH3CH2OH + NAD

CH3CHO + NADH2
2.

CH3CHO + NAD + H2O CH3COOH + NADH2

CH3COOH + 2O2

2CO2 + 2H2O

2)醋酸发酵微生物
醋酸菌:
短杆状或长杆状细胞,G无芽胞、好氧、30 ℃、

pH5.4~6.3

工业常用的醋酸菌:
i.

奥尔兰醋杆菌 (Acetobacter orleanense) 产生少量的酯 产醋酸能力弱, 耐酸能力强 氧化葡萄糖成葡萄糖酸

ii. 许氏醋杆菌 (A.schutzenbachii)

产酸11.5%

25~27.5 ℃

37 ℃时 不产醋

对醋酸无进一步的氧化作用

iii.

恶臭醋杆菌(A.rancens)
工业常用的醋酸菌 菌膜 产酸6~8%

三、食醋酿造工艺:
原料处理
加盐后熟与陈酿

糖化与酒精发酵
配制 固态酿造 灭菌

醋酸发酵
成品

酿造 液态酿造

第二节
一、概述

发酵乳制品

1. 定义:良好的原乳经过微生物的发酵 作用,成为具有特殊风味的食品。 酸牛乳 干酪 酸奶油

2. 乳酸菌发酵糖的类型:
?

同型乳酸发酵:将全部葡萄糖变为乳酸。 保加利亚乳杆菌 乳链球菌 乳酪乳杆菌

?

异型乳酸发酵:将葡萄糖变为乳酸外,还同 时产生乙醇和二氧化碳。

嗜柠檬酸明串珠菌

葡聚糖明串珠菌

3. 发酵乳制品的菌种:乳酸细菌
乳酸细菌: 乳酸球菌 菌落较小 乳酸球菌分属于 链球菌属 (Streptococcus) 片球菌属 (Pediococcus) 乳酸杆菌 高度耐酸性 不运动 无芽胞 兼性厌氧

明串珠菌属 (Leuconostoc)
乳酸杆菌属于乳杆菌属(Lactobacillus)

二、酸牛乳 ( sour milk、yoghurt)
1. 菌种:嗜热链球菌 保加利亚乳杆菌

比例:

1:1~2:1

接种量: 2%~3%

嗜热链球菌

(Streptococcus thermophilus)
耐热性强 高温下产酸(37~50 ℃) 凝固发酵剂

保加利亚乳杆菌 (Lactobacillus bulgaricus) 形状 长杆状 两端钝圆

产酸量最高(乳酸细菌) 生产菌
产酸能力与形态有关 大 棉花状菌落 多

2. 酸牛乳生产工艺:
合格鲜牛乳 均质 装瓶 热处理(杀菌90~95℃ 30min ) 44~45 ℃加入发酵剂(3%) 42 ℃保温(发酵)3-5h ,pH4.5

4 ℃冷藏和后熟

三、干酪 cheese 1)主要成分: 酪蛋白 乳脂 Ca P S VB VA 2)主要菌种: 乳酸菌 丙酸菌 丝状真菌

乳酸菌: 乳球菌 嗜热链球菌 保加利亚乳杆 菌 干酪乳杆菌 瑞士乳杆菌 植物乳杆菌 噬柠檬酸链球菌…. 凝乳酶: 皱胃酶 木瓜蛋白酶 3)风味物质: 氨基酸 挥发酸 酯 类 丁二酮

4) 干酪制造工艺: 原乳加热杀菌(巴氏法 72 ℃ 15min) 发酵剂(30~32 ℃ 1~2% v/v) 凝 乳酶 凝块 切割凝块、搅拌、加热 排除乳 清 粉碎凝块 入膜压榨 加热 发酵成熟

5) 干酪的污染: 酵母 丁酸梭菌 霉菌 产气 细菌 多孔状结构

圆酵母、液化链球菌 蛋白质 苦味 假单胞菌 发粘





色斑

第三节

氨基酸

必需氨基酸: 8种 调味料: 谷氨酸钠(味精) 甜味剂: 色氨酸 甘氨酸 1820年 1910年 日本 水解法 商品味精 1957年 微生物发酵法 1963年

味精 ( L-Glu的钠盐)
1、菌种:
谷氨酸棒状杆菌 黄色短杆菌

双歧短杆菌
北京棒状杆菌 AS.1.299 钝齿棒杆菌 AS.1.542

菌种共同特性(芽胞杆菌除外):

球形、短杆至棒状、无鞭毛
不运动 生物素 无芽胞 O2 G+

2、发酵机理

合成途径:
葡萄糖经糖酵解(EMP)或己糖磷酸支

路(HMP)
乙酰CoA

丙酮酸
TCA(三羧酸循环) L-谷氨酸

a-酮戊二酸

总反应式: 2C6H12O6 + 2NH3 + 3O2 2C5H9O4N + 2CO2 + 6H2O

理论转化率 81.7%
实际转化率 40~50% 生物素

3.谷氨酸生产的工艺过程:
淀粉质原料 糖化 冷却过滤

加入玉米浆及其它营养物配成合适培养基

接种菌种
谷氨酸结晶 钠

发酵

发酵液提取
谷氨酸

碳酸钠中和

生产原料:
?

淀粉质类
玉米 甘薯 小麦 大米

?

氮源

尿素

氨水

第四节



定义:凡含有乙醇成分的饮料都称为酒 酒的种类:4 类

啤酒

黄酒

果酒

白酒

啤 酒
1、定义:麦芽 酒花
液态面包 2、菌种: 啤酒酵母

BEER
3~5%酒精 CO2

细胞形态
幼龄较小

圆形或卵圆形
成熟较大

液体
菌落

固体

? 上面啤酒酵母:



英国 新西兰
? 下面啤酒酵母:凝聚状

欧洲

中国

3、发酵(fermentation)机理
麦芽 麦芽糖、葡萄糖 啤酒

主要生化反应 : 麦芽糖 2葡萄糖

葡萄糖

乙醇 + CO2

4、工艺流程:
大麦 浸泡 发芽 粉碎 烘焙 糖化

去根、贮存

加酒花煮沸过滤
接种酵母 过滤或离心 主发酵 灌装

麦芽汁
后发酵 成品

5、啤酒生产中的有害微生物:
?

野生酵母

?

细菌污染 乳酸杆菌

浑浊

发粘 变酸 足球菌

醋酸菌

第五节

酱油

成分: 糖份 维生素 多肽 食盐 氨基酸 水

一、菌种:

霉菌 酵母 细菌 霉菌 发酵速度 颜色 味道

酵母、乳酸菌

风味

1、米曲霉(Aspergillus oryzae)
? 菌落颜色

白色
? 利用多种碳源

黄色

黄绿色

单糖 双糖 有机酸 醇类
?

淀粉

好氧

35 ℃ pH6.0~

蛋白酶: 谷氨酰胺酶:

氨基酸、胨、肽 谷氨酸

淀粉酶:

糊精、 葡萄糖

2、酱油曲霉(A.sojae) 分生孢子表面有小突起 ? 日本制曲 混合菌种 米曲霉 79% 酱油曲霉 21% ? 我国 纯米曲霉菌种 米曲霉3.042

选择菌种依据: 不产真菌毒素(黄曲霉毒素) 酶的活力强

生长繁殖快
抵抗力强 香味物质

3、酵母菌
鲁氏酵母(Saccharomyces rouxii)
耐高渗透压(18%食盐) 葡萄糖 乙醇、甘油 酯、糖醇

4、乳酸菌
酱油四联球菌 (Tetrecoccus soyae) ? 嗜盐片球菌 (Pediococcus halophilus) ? 酱油片球菌 (P. soyae)
?

后期

前期 风味

乳酸菌的作用:

糖产生乳酸 乳酸和乙醇作用生成

乳酸乙酯
pH5左右 乳酸菌数:酵母菌数 10:1

二、机理

多种微生物协同作用

酶的催化作用 物理化学
生物化学

蛋白质
外肽酶

内肽酶



内肽酶

多肽

氨基酸

米曲霉分泌3 种蛋白酶
酸性蛋白酶 pH3

中性蛋白酶
碱性蛋白酶

pH7
pH8 多

淀粉酶: a-淀粉酶 a-1,4葡萄糖苷键

三、生产过程
原料蒸煮
浸出淋油

制曲
配制

制醅发酵
消毒 装瓶

四、原料:
蛋白质类 豆饼 淀粉类 花生饼 大豆等

麸皮 小麦 玉米 甘薯

第六节 其他食品
一、泡菜 1.制作

鲜菜
菜卤

菜卤

腌制(乳酸发酵)

主料:16%(W/W)盐
辅料:酒、花椒、辣椒、姜等

2. 微生物类群 三个阶段 (1)微酸阶段 除乳酸菌外,还有:假单胞菌、 产气肠杆菌、阴沟肠杆菌、短小芽孢 杆菌、巨大芽孢杆菌、多黏芽孢杆菌、 粪链球菌等 优势菌:肠膜明串珠菌

(2)酸化成熟阶段

肠膜明串珠菌、植物乳杆菌、短
乳杆菌、发酵乳杆菌

(3)过酸阶段
植物乳杆菌、短乳杆菌 异型乳酸发酵

3.泡菜的腐败与软化

腐败:白地霉、野生酵母(密闭不严)
软化:自然软化酶、微生物软化酶 (盐不足、酵母、霉菌)

二、榨菜 1. 制作

发酵腌制品(腌制与微生物发酵联合)
腌制:去水、防腐 发酵:乳酸发酵(同型、异型)

酒精发酵(少量) 醋酸发酵(微弱)

2.有害微生物
(1)产膜酵母
O2, 利用有机酸,pH , 腐败变质

(2)丁酸菌
厌气性梭菌,丁酸发酵 臭味

(3)霉菌 霉斑,同产膜酵母(氧化性酵母)

三、纳豆 日本传统发酵大豆制品

营养丰富,抗菌、保健多种功能

100多种酶,如碱性蛋白酶、淀粉酶, 脱氨酶,纳豆激酶(Nattokinase)等。

菌种: 纳豆菌 Bacillus subtilis(natto)

G+,好氧,杆状,极易成链,有芽孢,
有鞭毛,有夹膜,大小0.5-1.0μm X 1.2-1.9 μm,0-100 °C可存活,最适40-42 °C, 肉汤上不混浊,表面白色菌膜,营养琼脂上

粗糙型,能发酵葡萄糖、木糖、甘露糖产酸,

不产气。

生产工艺: 精选大豆 浸泡、沥干 蒸煮

冷却


接种

发酵

4 °C放置1

纳豆

四、腐乳 营养丰富的蛋白质发酵食品

大豆 ----- 豆浆 -----豆腐----- 切块
自然接种(环境) 腐乳毛坯

人工接种(毛霉或根霉)
腌坯(盐与辅料)(细菌)

五. 豆酱与豆豉 1. 豆酱 与酱油生产相同或相似 豆类 --- 蒸熟 --- 制曲 --- 发酵 传统:自然制曲,晒露制酱

目前:纯种制曲,保温发酵制酱
米曲霉是主要的微生物

2. 豆豉
与酱油、豆酱基本相同

大豆 --- 蒸煮 --- 制曲 --- 发酵
菌种:毛霉、曲霉或细菌

毛霉型豆豉:自然制曲,拌料发酵
总状毛霉为主(低温) 曲霉型豆豉:纯种制曲

米曲霉(沪酿 3.042)

六. 丹贝: 天培(Tempeh),印度尼 西亚传统 大豆发酵制品

大豆-- 蒸煮-- 霉菌-- 37°C发酵(袋 中)

少孢根霉(Rhizopus oligosporus) 是主要的微生物,其他:葡支根霉、米
根霉、无根根霉。

少孢根霉 PDA:菌丝无色---灰黑色;孢囊梗短而 粗,梗长150-800 μm, 宽15-18 μm;

假根不发达,短,不分枝;形成孢囊孢
子和厚垣孢子;最适30-35 °C ,最高46
°C ;较广的碳、氮源谱。

一步发酵 控制空气平衡
严格厌氧:霉菌不长 氧气过多:产孢


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