微生物在食品發酵工業的應用第1頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四一、食品制造中的主要細菌及其作用二、食品制造中的酵母及其應用三、食品制造中的霉菌及其應用四、食品制造中的主要微生物酶制劑及其應用第十三章第2頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四一、食品制造中的主要細菌及其作用微生物用于食品制造是人類利用微生物的最早、最重要的一個方面，在我國已有數千年的歷史。在食品工業中，可利用細菌制造出許多食品，如乳酸飲料、味精及種類繁多的調味品等。（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。其中產量最大且與我們關系最為密切的是釀造醋，它是利用糧食等淀粉質為原料，經微生物制曲、糖化、酒精發酵、醋酸發酵等階段釀制而成。第3頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四釀造微生物：（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）酒精發酵微生物生產上一般采用囊菌亞門酵母屬中的酵母，但不同的酵母菌株，其發酵能力也不同，產生的滋味和香氣也不同。（3）醋酸發酵微生物醋酸菌是醋酸發酵的主要菌種。第4頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四（二）發酵乳制品

發酵乳制品是指良好的原料乳經過殺菌作用接種特定的微生物進行發酵作用，產生具有特殊風味的食品，稱為發酵乳制品。常用發酵乳制品有酸奶、奶酪、酸奶油、馬奶酒等。發酵乳制品主要包括酸奶和奶酪兩大類，生產菌種主要是乳酸菌，分為球菌和桿菌兩種。第5頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四（三）氨基酸發酵氨基酸是組成蛋白質的基本成分，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。在食品工業中，氨基酸可作為調味料；在食品中添加某些氨基酸可提高其營養價值等等。

自從20世紀60年代以來，微生物直接用糖類發酵生產谷氨酸獲得成功，并投入工業化生產。第6頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四生成的氨基酸使用的菌株谷氨酸谷氨酸棒桿菌、乳糖發酵短桿菌或黃色短桿菌、北京棒桿菌或鈍齒棒桿菌纈氨酸北京棒桿菌、乳糖發酵短桿菌DL-丙氨酸凝結芽孢桿菌脯氨酸鏈形寇氏桿菌、黃色短桿菌賴氨酸黃色短桿菌、乳糖發酵短桿菌、谷氨酸棒桿菌部分氨基酸及其生產所用菌株第7頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四生成的氨基酸使用的菌株亮氨酸黃色短桿菌酪氨酸氨酸棒桿菌蘇氨酸大腸桿菌、大腸桿菌W鳥氨酸谷氨酸棒桿菌、黃色短桿菌部分氨基酸及其生產所用菌株生成的氨基酸使用的菌株第8頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四

（1）谷氨酸生產菌

主要使用的菌株是谷氨酸棒桿菌，除此之外，還有發酵乳糖短桿菌、黃色短桿菌。（2）生產原料有淀粉質原料：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；谷氨酸的發酵第9頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四（四）黃原膠黃原膠別名汗生膠，又稱黃單胞多糖，是國際上20世紀70年代發展起來的新型發酵產品。它是由甘藍黑腐病黃單胞細菌以碳水化合物為主要原料，經通風發酵、分離提純后得到的一種微生物高分子酸性胞外雜多糖。其作為新型優良的天然食品添加劑用途越來越廣泛，可代替多種膠體。第10頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四二、食品制造中的酵母及其應用（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的發酵食品。酵母菌種：

面包酵母是一種單細胞生物，屬真菌類。面包酵母有圓形、橢圓形等多種形態。以橢圓形的用于生產較好。酵母為兼性厭氧微生物，在有氧及無氧條件下都可以進行發酵。酵母是生產面包必不可少的生物松軟劑第11頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四（二）釀酒我國是一個酒類生產大國，也是一個酒文化文明古國，在應用酵母菌釀酒的領域里，有著舉足輕重的地位。1、啤酒啤酒是以優質大麥芽為主要原料，大米、酒花等為輔料，經過制麥、糖化、啤酒酵母發酵等工序釀制而成的一種含有CO2、低酒精濃度和多種營養成分的飲料酒。啤酒的發酵溫度：30oC左右7oC左右0oC第12頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四2、葡萄酒葡萄酒是有新鮮葡萄或葡萄汁通過酵母的發酵作用而制成的一種低酒精含量的飲料。葡萄酒質量的好壞和葡萄品種及酒母有著密切的關系。葡萄酒發酵的溫度：37.8oC

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。第13頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四（三）酵母細胞的綜合利用酵母細胞中含有蛋白質、脂肪、糖類、維生素和無機鹽等，其中蛋白質的含量非常豐富，因此它具有較高的營養價值，是良好的蛋白質資源，可作為食用和飼用。微生物生長繁殖迅速,其生長條件完全受人工控制,而且由于微生物對營養物質適應性強,可以利用農副產廢棄物、糖蜜、谷氨酸發酵廢液，稻草、稻殼、玉米秸、釀造、食品廠的廢渣、廢液、木屑、紙漿廢液等進行生產都可以作為培養酵母的材料，以達到綜合利用的目的。當然作為食用還需要解決一些適口性問題。第14頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四

霉菌在食品加工工業中用途十分廣泛，許多釀造發酵食品、食品原料的制造，都是在霉菌的參與下生產加工出來的。

絕大多數霉菌能把加工所用原料中的淀粉、糖類等碳水化合物、蛋白質等含氮化合物及其他種類的化合物進行轉化，制造出多種多樣的食品、調味品及食品添加劑。

不過，在許多食品制造中，除了利用霉菌以外，還要由細菌、酵母的共同作用下來完成。在食品釀造業中，常常以淀粉質為主要原料，只有將淀粉轉化為糖才能被酵母菌及細菌利用。三、食品制造中的霉菌及其應用第15頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四（一）生產用霉菌菌種淀粉的糖化、蛋白質的水解均是通過霉菌產生的淀粉酶和蛋白質水解酶進行的。通常情況是先進行霉菌培養制曲。淀粉、蛋白質原料經過蒸煮糊化加入種曲，在一定溫度下培養，曲中由霉菌產生的各種酶起作用，將淀粉、蛋白質分解成糖、氨基酸等水解產物。第16頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四在生產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；第17頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四（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發酵釀造制成的。

用于醬類生產的霉菌主要是米曲霉，生產上常用的有滬釀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分解為氨基酸，淀粉變為糖類，在其他微生物的共同作用下生成醇、酸、酯等，形成醬類特有的風味。第18頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四

醬油是人們常用的一種食品調味料，營養豐富，味道鮮美，在我國已有2000多年的歷史了。它是用蛋白質原料和淀粉質原料，利用曲霉及其他微生物的共同發酵作用釀造而成的。

醬油生產中常用的霉菌有米曲霉、黃曲霉和黑曲霉等，應用于醬油生產的曲霉菌株應符合如下條件：不產黃曲霉毒素；蛋白酶、淀粉酶活力高，有谷氨酰胺酶活力；生長速度快、培養條件粗放、抗雜菌能力強；不產生異味，制曲釀造的醬制品風味好；第19頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四醬油生產霉菌：醬油生產上常用的米曲霉菌株有：AS3.951；UE328、UE336；AS3.863；渝3.811等。生產中常常是由兩菌種以上復合使用，以提高原料蛋白質及碳水化合物的利用率，提高成品中還原糖、氨基酸、色素以及香味物質的水平。除曲霉外，還有酵母菌、乳酸菌參與發酵，它們對醬油香味的形成也起著十分重要的作用。第20頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四（三）檸檬酸檸檬酸分子式為C6H8O7，外觀為白色顆粒狀或白色結晶粉末，無臭，具有令人愉快的強烈的酸味，相對密度為1.6550。檸檬酸易溶于水、酒精，不溶于醚、酯、氯仿等有機溶劑。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物之一。早期的檸檬酸生產是以檸檬、柑橘等天然果實為原料加工而成的。檸檬酸第21頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四1、檸檬酸在食品中的應用（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風味，并使產品抗氧化作用。當葡萄或其他釀酒原料成熟過度而酸度不足時，可以用檸檬素調節，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，加入或涂上檸檬酸可以改善風味，除腥去臭，抗氧化。第22頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四（4）罐頭制品加入檸檬酸除了調酸作用之外，還有螯合金屬離子的作用，保護其中的抗壞血酸，使之不被金屬離子破壞。（5）豆制品及調味品用含有檸檬酸的水浸漬大豆，可以脫腥并便于后續加工。（6）其他

檸檬酸在醫藥、化學等其他工業中也有一定的作用。第23頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四2、檸檬酸發酵微生物（1）黑曲霉的形態特征在固體培養基上，菌落由白色逐漸變至棕色。孢子區域為黑色，菌落呈絨毛狀，邊緣不整齊。菌絲有隔膜和分支。是多細胞的菌絲體，無色或有色，有足細胞，頂囊生成1層或2層小梗，小梗頂端產生一串串分生孢子。第24頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四（2）檸檬酸發酵機制關于檸檬酸發酵的機制雖有多種理論，但目前大多數學者認為它與三羧酸循環有密切的關系。糖經糖酵解途徑（EMP途徑），形成丙酮酸，丙酮酸羧化形成C4化合物，丙酮酸脫羧形成C2化合物，兩者縮合形成檸檬酸。（3）檸檬酸發酵用原料檸檬酸發酵的原料有糖質原料、淀粉質原料和正烷烴類原料3大類。第25頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四（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的成員。蘋果酸廣泛應用于食品領域。因為蘋果酸具有比檸檬酸柔和的酸味，滯留時間長和口味更好的優點，所以作為食品酸味劑更為理想。許多微生物都能產生蘋果酸，但能在培養液中積累蘋果酸并適合于工業生產的，目前僅限于少數幾種，大致有：用于一步發酵法的黃曲霉、米曲霉、寄生曲霉；用于兩步發酵法的華根霉、無根根霉、短乳桿菌、膜睽比赤酵母；用于酶轉化法的短乳桿菌、大腸桿菌、產氨短桿菌、黃色短桿菌。第26頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四以糖類為發酵原料，用霉菌直接發酵生產L-蘋果酸的方法稱為一步發酵法。一步發酵法采用黃曲霉A-114生產蘋果酸。兩步發酵法是以糖類為原料，先由根菌霉發酵生成延胡索酸和蘋果酸的混合物，然后接入酵母或細菌，將混合物中的延胡索酸轉化為蘋果酸。第27頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四四、食品制造中的主要微生物酶制劑及其應用

酶是一種生物催化劑,催化效率高、反應條件溫和和專一性強等特點已經日益受到人們的重視，應用也越來越廣泛。

生物界中已發現有多種生物酶，在生產中廣泛應用的僅有淀粉酶、蛋白酶、果膠酶、脂肪酶、纖維素酶、葡萄糖異構酶、葡萄糖氧化酶等十幾種。第28頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四

利用微生物生產生物酶制劑要比從植物瓜果、種子、動物組織中獲得更容易。因為：A、動植物來源有限，且受節氣、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、生長速度快、加工提純容易、加工成本相對比較低，充分顯示了微生物生產酶制劑的優越性。

現在除少數幾種酶仍從動、植物中提取外，絕大部分是用微生物來生產的。第29頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四（一）主要酶制劑、用途及產酶微生物酶制劑可以由細菌、酵母菌、霉菌、放線菌等微生物生產。酶用途來源耐高溫-淀粉酶水解淀粉制造葡萄糖、麥芽糖、糊精細菌、霉菌糖化酶水解淀粉成葡萄糖細菌、霉菌普魯蘭酶水解淀粉成直鏈低聚糖細菌、霉菌蛋白酶軟化肌肉纖維、啤酒果酒澄清、動植物蛋白質水解營養液細菌、霉菌脂肪酶用于制造干酪和奶油，增進食品香味，大豆脫腥等酵母、霉菌纖維素酶用于大米、大豆、玉米脫皮，淀粉制造霉菌半纖維素酶用于大米、大豆、玉米脫皮，提高果汁澄清度霉菌果膠酶用于柑橘脫囊衣，飲料、果酒澄清等霉菌、細菌第30頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四酶用途來源葡萄糖異構酶菌可使葡萄糖轉化為果糖細菌、放線菌蔗糖酶制造轉化糖，防止高濃度糖漿中蔗糖析出，防止果糖發沙酵母橙皮苷酶防止柑橘罐頭的白色沉淀霉菌乳糖酶乳糖缺乏的乳品制造，防止乳制品中乳糖析出酵母、霉菌單寧酶食品脫澀霉菌花色素酶防止水果制品變色，白葡萄酒脫去紅色霉菌凝乳酶乳液凝固劑霉菌胺氧化酶胺類脫臭酵母、細菌葡萄糖化酶用于蛋白質脫葡萄糖以防止食品褐變，食品除氧防腐霉菌第31頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四（二）微生物酶制劑生產

1、菌種的選擇能用于酶發酵生產的細胞必須具備如下條件：（1）產酶細胞具有高產的特性（2）產酶細胞容易培養和管理（3）產酶穩定性好（4）產酶細胞本身及其他雜質易于和酶分離（5）使用的細胞及其代謝物安全無毒第32頁，共37頁，2023年，2月20日，星期四2、產酶培養酶的發酵生產是以獲得大量所需的酶為目的。為此，除了選擇性能優良的產酶細胞以外，還必須滿足細胞生長、繁殖和發酵產酶的各種工藝條件，并根據發酵過程的變化進行優化控制。