1、第五章第五章5.1 5.1 微生物与乳制品微生物与乳制品 5.2 5.2 微生物与发酵调味品微生物与发酵调味品 5.3 5.3 微生物与酿造酒微生物与酿造酒5.4 5.4 微生物与单细胞蛋白微生物与单细胞蛋白5.5 5.5 食品工业中微生物酶制剂食品工业中微生物酶制剂5.1 5.1 微生物与乳制品微生物与乳制品5.1.1 5.1.1 乳制品中的乳酸细菌类群乳制品中的乳酸细菌类群 乳酸细菌是一类能使可发酵性碳水化合物转化成乳酸的细菌的统称。它并非是微生物分类学上的名词，只是由于这类细菌在自然界分布广泛，在工业、农业和医药等与人类生活密切相关的重要领域应用价值高，且有些种、属的细菌对人的健康带来益
2、处，也有些对人畜致病，而受到人们的极大重视。随着人们对乳酸菌的研究不断深入，乳酸菌群中出现了许多新的属、种。几乎每年都有乳酸细菌新种（属）的报道。目前发现的乳酸菌，至少分布于19个属的微生物中。下面介绍几种在乳制品中的乳酸菌属（种）。5.1.1.1 乳杆菌属 （1）形态特征 细胞多呈长或细长杆状、弯曲形短杆状及棒状球杆状，一般呈链排列。大多数革兰氏染色阳性，有些菌株革兰氏染色或甲基蓝染色显示两极体，内部有颗粒物条纹状。通常不运动，有的具有周生鞭毛能够运动。无芽孢。大多不产色素。（2）生理生化特点 化能异养型，对营养要求严格，生长繁殖需要多种氨基酸、维生素等。根据对碳水化合物的发酵类型，可将乳杆
3、菌属分为三个类群，即第一类是同型发酵群：发酵葡萄糖产生85%以上的乳酸，不能发酵戊糖和葡萄糖酸盐；第二类是兼异性发酵群：即能发酵葡萄糖产生85%以上的乳酸，也以发酵某些戊糖和葡萄糖酸盐；第三类是异型发酵群：发酵葡萄糖产生等量物质的乳酸、乙酸、乙醇及CO2。（3）乳酸杆菌属的代表种 保加利亚乳杆菌。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，极易与其他乳酸菌区别。能利用葡萄糖、果糖、乳糖进行同型乳酸发酵，不能利用蔗糖。是乳菌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，产酸能力强，反之就弱。最适生长温度3745，温度高于50或低于20不生长。嗜酸乳杆菌。细胞形态比保加利
4、亚乳杆菌小，呈细长杆状。能利用葡萄糖、果糖、乳糖及蔗糖进行同型乳酸发酵。生长繁殖需一定的维生素等生长因子。生长因子通常是指氨基酸、嘌呤、嘧啶和B族维生素的一种，又叫维生素H或辅酶R。最适生长温度37，低于20不生长。耐热性差，耐酸性强，能在其他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内有益的微生物菌群之一，其代谢产物乳杆菌素（lactocidin）、嗜酸乳素(acidophilin)、酸菌素(acidolin)可抑制病原菌和腐败菌的生长。此外，该菌在改善乳糖不耐症、治疗便秘、痢疾及激活人体免疫系统，抗肿瘤等方面都具有一定的功效。5.1.1.2 链球菌属 （1）形态特征 细
5、胞呈球形或卵园形，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。（2）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，厌氧培养生长良好。（3）链球菌属的代表种 嗜热链球菌。细胞呈长链球状。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。可使牛乳凝固。蛋白质分解能力较弱。其特征是：在高温条件下产酸，低于20不产酸。最适生长温度4045，耐热性强，能耐6568，常作为发酵乳、干酪的生产菌。乳酸链球菌。细胞呈双球、短链或长链状。同型乳酸发酵。牛乳随便放置时的凝固大部分由该菌所致。产酸能力弱。对温度适应范围广，最适生长温度30。对热抵抗力弱，60，30mi
6、n全部死亡。常作为干酪、酸奶油及乳酒发酵菌种。乳脂链球菌。细胞比乳酸链球菌大，长链状，同型乳酸发酵。产酸和耐酸能力都较弱，产酸温度低，约1820，37以上不产酸、不生长。由于该菌耐酸能力差，菌种保保藏非常困难，需每周转接菌种一次。此菌常作为干酪、酸奶油的发酵菌种。5.1.1.3 双歧杆菌属 （1）形态特征 细胞呈现多样性：Y字形、V字形、弯曲状，典型的形态为分叉杆菌，故取名bifidum（拉丁文指分开、裂开之意）。革兰氏染色阳性，无芽孢和鞭毛，不运动。（2）生理生化特点 化能异养型，有特殊的营养要求，生长繁殖需要多种双歧因子（一种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
7、利用葡萄糖、果糖、乳糖和半乳糖，通过6-磷酸支路生成乳酸和乙酸及少量的甲酸和琥珀酸，不产生CO2。蛋白质分解力微弱，能利用铵盐作为氮源，不能还原硝酸盐，不液化明胶。专性厌氧，对氧的敏感性不同的菌种有差异，多次传代后，菌株的耐氧性增强，接触酶反应阴性。最适生长温度37。不耐酸，酸性环境（pH5.5）对菌体存活不利。目前已知的双歧杆菌共有24种，其中9种存在于人体肠道内，它们是两歧双歧杆菌、长双歧杆菌、短双歧杆菌、婴儿双歧杆菌、链状双歧杆菌、假链状双歧杆菌和牙双歧杆菌等。应用于发酵乳制品生产的仅为前面5种。5.1.2 5.1.2 乳酸菌与发酵乳制品乳酸菌与发酵乳制品 发酵乳制品是指良好的原料乳经过
8、杀菌作用接种特定的微生物（主要是乳酸菌）进行发酵，产生具有特殊风味的食品，称为发酵乳制品。它们通常不仅有良好的风味、较高的营养价值、还具有一定的保健作用。并深受消费者的普遍欢迎。近些年来，由于确认了乳酸菌尤其是双歧杆菌、嗜热乳杆菌等肠道有益菌具有许多重要的生理功能，各种乳酸菌发酵乳制品开始风靡世界，被誉为“21世纪的功能性食品”。发酵乳制品是一综合性的名称，包括酸奶，酸奶酒、酸奶油及干酪等。目前根据发酵乳制品的生产过程、发酵剂的种类、产品的特征及其他特性的不同大致将发酵乳制品分为四大类：发酵乳、干酪、酸乳菌制剂和酸乳粉。其中发酵乳和干酪生产量最大。有些发酵乳制品如干酪、酸奶油等，除乳酸菌细菌外
9、、酵母菌、霉菌也参与发酵。这些微生物不仅会引起产品外观和理化特性的改善，而且可以丰富发酵产品的风味。5.1.2.1微生物与发酵乳制品中风味物质的形成 （1）乳糖的乳酸发酵 这是所有发酵乳制品所共有的最为重要的乳糖代谢方式。由乳酸菌产生的乳酸是乳制品中最基本的风味化合物。一般乳液中含4.7%4.9%的乳糖，它是乳液中微生物生长的主要能源和碳源。因此，。那些具有乳糖酶的乳链球菌、嗜热链球菌和乳杆菌等才能在乳液中正常生长，并在与其他菌的竟争生长中成为优势菌群。（2）柠檬酸转变为双乙酰 乳脂明串珠菌、乳链球菌丁二酮亚种等将发酵牛乳中产生的另一种代谢物质柠檬酸转变为双乙酰，它是乳制品中极其重要的风味物质
10、，它使发酵乳制品具有奶油特征，还有一种类似坚果仁的香味和风味。但乳脂明串球菌在牛乳中生长很慢，利用乳糖产酸的的能力弱，因而在生产上常加葡萄糖和酵母膏的办法促进其生长，这样只有当乳液中有足够的酸时，乳脂明串珠菌才能发酵牛乳中的柠檬酸生成双乙酰。研究还表明，风味细菌的柠檬酸酶只有在pH低于6.0以下时才有活性，而牛乳的pH一般为 6.66.7，这就要求它与乳酸菌共同生长。（3）乙醛的产生 嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌在乳酸的代谢过程中，产生的乙醛也是一种重要的风味物质，以增进酸牛乳的美味。但发酵酸性奶油时，乙醛的存在会有害，会带来一种不良的风味，故酸性奶油的生产中禁用这些菌株。而乙醇脱氢酶活性较强的
11、乳脂明串珠菌则能将乙醛转变为乙醇。（4）乙醇的产生 乳脂明串珠菌在异型乳酸发酵中可形成少量的乙醇，它也是发酵乳制品中重要的风味物质之一，而乳脂明串珠菌有较强的乙醇脱氢酶活性，能将乙醛转变为乙醇。故也称风味菌、香气菌或产香菌。在酸奶酒中的乙醇则是由酵母菌产生的，不同乳制成的酸奶酒由不同的酵母菌产生乙醇。如牛奶酒由克菲尔酵母和克菲尔圆酵母产生，而马奶酒则是由乳酸酵母产生的。（5）甲酸、乙酸和丙酸的产生 链球菌丁二酮亚种，利用酪蛋白水解物形成的挥发性脂肪酸中的甲酸、乙酸和丙酸也是构成发酵乳制品风味物质的重要化合物。挥发性脂肪酸对成熟干酪的口味形成是有益的。（6）二氧化碳的产生 异型乳酸菌、酵母菌发酵
12、乳糖及乳脂明串珠菌发酵柠檬酸在乳液中产生的二氧化碳使酸乳酪和酸奶酒产品膨胀或起泡。5.1.2.1 酸乳 酸乳是新鲜牛乳经过乳酸菌发酵后制成的发酵乳饮料。根据其发酵方式可分为凝固型、搅拌型和饮料型三种。（1）乳酸菌种选择及生产工艺 菌种的选择对发酵剂的质量起着重要的作用，应根据不同的生产目的选择适当的菌种，要以产品的主要技术特性，如产香、产酸、产生黏性物质及蛋白水解能力等作为发酵剂菌种的选择依据。通常使用两种或两种以上菌种的混合使用，相互产生共生作用。大量的研究证明，混合使用的效果比单一使用的效果好。共同发酵法生产工艺 共同发酵法双歧杆菌酸奶的生产工艺流程如下：原料乳 标准化 调配(蔗糖10%+
13、葡萄糖2%)均质(1520MPa)杀菌(115，8min)冷却(3840)适量维生素C接种(双歧杆菌6%、嗜热链球菌（保加利亚乳杆菌）3%)灌装消毒瓶 发酵(3839，6h)冷却(10左右)冷藏(15)成品 双岐杆菌酸奶的工艺要求：双歧杆菌产酸能力低，凝乳时间长，最终产品的口味和风味欠佳，因而，生产上常选择一些对双歧杆菌生长无太大影响，但产酸快的乳酸菌，如嗜热链球菌、保加利亚乳杆菌、嗜酸乳杆菌、乳脂明串珠菌等与双歧杆菌共同发酵。这样既可以使制品中含有足够量的双歧杆菌，又可以提高产酸能力，大大缩短凝乳时间，缩短生长周期，并改善制品的口感和风味。共生发酵法生产工艺 双歧杆菌、酵母共生发酵乳的生产工
14、艺流程如下：原料乳 标准化9.5%蔗糖10%葡萄糖2%调配 均质(1520MPa)杀菌(115，8min)冷却(2628)两歧双歧杆菌6%接种乳酸酵母3%发酵(2628，2h)升温(37)发酵(37，5h)冷却(10左右)罐装 冷藏(l5)成品 双歧杆菌、酵母共生发酵乳的生产工艺要求：共生发酵法常用的菌种搭配为双歧杆菌和用于马奶酒制造的乳酸酵母，接种量分别为6%和3%。在调配发酵培养用原料乳时，用适量脱脂乳粉加入到新鲜脱脂乳中，以强化乳中固形物含量(固形物大于等于9.5%)，并加入10%蔗糖和2%的葡萄糖，接种时还可加入适量维生素C，以利于双歧杆菌生长。酵母菌的最适生长温度为2628。为了有利
15、于酵母先发酵，为双歧杆菌生长营造一个适宜的厌氧环境，因而接种后，首先在温度2628下培养，以促进酵母的大量繁殖和基质乳中氧的消耗，然后将温度提高到30左右，以促进双歧杆菌的生长。由于采用了共生混合的发酵方式，双歧杆菌生长迟缓的状况大为改观，总体产酸能力提高，加快了凝乳速度，所得产品酸甜适中，富有纯正的乳酸口味和淡淡的酵母香气。此工艺生产的酸奶最好在生产7d内销售出去，而且在生产与销售之间必须形成冷冻链，因为即使在510以下，存放7d后，双歧杆菌活菌的死亡率高达96%，20下存放7d后，死亡率达99%以上。5.1.2.3干酪 干酪的主要成分是蛋白质和脂肪。它是一种营养丰富、风味独特、较易消化的食
16、品。干酪是在乳中（也可用脱脂或稀奶油）加入适量的乳酸菌发酵剂和凝乳酶，使蛋白质（主要是酪蛋白）凝固后，排除乳清，将凝块压成块状而制成的产品。制成后未经发酵的产品称新鲜干酪，经长时间发酵而成熟而制成的产品称为成熟干酪，这两种干酪称为天然干酪。干酪是一大类发酵乳制品，占世界发酵食品产量的1/4，是目前消费量仅次于酒类的一种发酵产品。目前世界干酪中，用牛乳生产的约占94%，羊奶及马奶等制品约占6%左右。根据干酪的质地特性和成熟的基本方式，可将干酪分为硬干酪、半硬干酪、和软干酪三类。它们可用细菌或霉菌成熟，或不经成熟。（1）干酪生产工艺 不同的品种干酪的风味、颜色、质地等特性不同，其生产工艺也不尽相同
17、，但都有共同之处。一般工艺流程：原料乳检验净化标准化调制杀菌冷却添加发酵剂调整酸度CaCl2加色素加乳凝酶静置凝乳凝块切割搅拌加热升温排乳清压榨成型盐渍生干酪发酵成熟上色挂蜡成熟干酪 （2）菌种 用于干酪发酵的菌种大多数为乳酸菌，但有些干酪使用丙酸菌和霉菌。乳酸菌发酵剂大多是多菌的混合发酵剂，根据最适生长温度不同，可将干酪生产的乳酸菌发酵剂菌种分为二大类：一类是适温型乳酸菌，包括乳酸链球菌、乳脂链球菌、乳脂明串珠菌等，主要作用是将乳糖转化为乳酸和将柠檬酸转化成双乙酰。另一类是具有脂肪分解酶和蛋白质分解酶的嗜热型乳酸菌，包括嗜热链球菌、乳酸乳杆菌、干酪乳杆菌、短杆菌、嗜酸乳杆菌等。（3）干酪微生
18、物的次生菌群 霉菌。霉菌是成熟干酪的主要菌种，如白地霉和沙门氏柏干酪青霉，在实际生产过程中，一般是将这两种菌混合使用，使干酪表面形成灰白色的外皮。酵母菌。酵母菌是许多表面成熟干酪的微生物群的重要组成部分，酵母可水解蛋白质，又可水解脂类，产生多种挥发性的风味物质。细菌。在干酪次生菌群中特别重要的是微球菌、乳杆菌、片球菌、棒状杆菌和丙酸杆菌，它们是干酪表面涂抹菌种的重要组成部分，在干酪成熟过程中发挥着重要的作用。总之，次生菌群的生长、代谢活动及蛋白质水解酶与脂肪水解酶的分泌可以改变干酪的结构和风味。但由于成熟干酪的次生菌群相当复杂，因此各个单独的菌种的作用机制并未完全了解。5.1.35.1.3乳菌
19、素在食品工业中的应用乳菌素在食品工业中的应用 乳酸链球菌肽Nisin，又称乳酸链球菌素，是从乳酸链球菌发酵产物中提取的一类多肽化合物，食入胃肠道易被蛋白酶所分解，因而是一种安全的天然食品防腐剂。FAO（世界粮农组织）和WHO（世界卫生组织）已于1969年给予认可，是目前唯一允许作为防腐剂在食品中使用的细菌素。Nisin是一种仅有34个氨基酸残基的短肽，分子量约为3500Da，正常情况下，以二聚体状态存在，在分子组成中Nisin含有羊硫氨酸（lanthlonine）-甲基羊硫氨酸（-methy llanthionine）、脱氢丙氨酸（dehy droalanine）、-甲基脱氢丙氨酸（-metl
20、y ldehydroa lanine）四种不常见的氨基酸残基。Nisin的抑菌机制是作用于细菌细胞的细胞膜，可以抑制细菌细胞壁中肽聚糖的生物合成，使细胞膜和磷脂化合物的合成受阻，从而导致细胞内物质的外泄，甚至引起细胞裂解。也有的学者认为Nisin 是一个疏水带正电荷的小肽，能与细胞膜结合形成管道结构，使小分子和离子通过管道流失，造成细胞膜渗漏。Nisin的作用范围相对较窄，仅对大多数革兰氏阳性菌（G+）具有抑制作用，如金黄色葡萄球菌，链球菌、乳酸杆菌、微球菌、单核细胞增生利斯特菌、丁酸梭菌等，且对芽孢杆菌、梭状芽孢杆菌孢子的萌发抑制作用比对营养细胞的作用更大。但Nisin对真菌和革兰氏阴性菌（
21、G-）没有作用，因而只适用于G+引起的食品腐败的防腐。最近报道，Nisin 与螯合剂EDTA二钠连接可以抑制一些 G-，如抑制沙门氏菌、志贺氏菌和大肠杆菌等细菌生长。Nisin在中性或碱性条件下溶解度较小，因此添加Nisin防腐食品必须是酸性，在加工和贮存中室温、酸性条件是稳定的。5.1.3.1 在罐头食品中的应用 目前Nisin已成功地应用于高酸性食品（pH4.5）的防腐；对于非酸性罐头食品，添加Nisin可减缓罐头热处理温度和时间，更好地保持产品的营养和风味。5.1.3.2 在肉制品中的应用 Nisin用于鱼、肉类制品中，不影响肉的色泽和防腐效果，还可明显降低硝酸盐的使用量，达到有效防止肉
22、毒梭状芽孢杆菌毒素形成目的。5.1.3.3 在酒精饮料生产中的应用 在酒精饮料中，Nisin对G-菌和霉菌几乎没有作用，因此在生产啤酒、果酒和烈性乙醇饮料时，加入100 g/mL的Nisin对乳杆菌、片球菌等酸败革兰氏阳性细菌均有抑制作用。5.1.3.4 在乳品工业的应用 在德国和瑞士的硬干酪或半硬干酪发酵生产中，向原料乳加入Nisin等乳酸菌素，可以有效地防止芽孢杆菌生长过盛而形成“气泡”现象。未经巴氏杀菌的牛奶加入Nisin，可以有效地控制鲜乳的质量，而且乳酸链球菌可以正常地生长并产酸，使干酪具有更好的质量与风味。2000年10月，国家“九五”攻关项目乳链球菌肽（Nisin）的工业化生产通
23、过专家鉴定，其产品也终于从实验室走向国内外市场 5.2 微生物与发酵调味品5.2.1 微生物与食醋 食醋是中国劳动人民在长期的生产实践中制造出来的一种酸性调味品。它能增进食欲，帮助消化，在人们饮食生活中不可缺少。在中国的中医药学中醋也有一定的用途。全国各地生产的食醋品种较多。著名的山西陈醋、镇江香醋、四川麸醋、东北白醋、江浙玫瑰米醋、福建红曲醋等是食醋的代表品种。食醋按加工方法可分为合成醋、酿造醋、再制醋三大类。其中产量最大且与我们关系最为密切的是酿造醋，它是用粮食等淀粉质为原料，经微生物制曲、糖化、酒精发酵、醋酸发酵等阶段酿制而成。其主要成分除醋酸(3%5%)外，还含有各种氨基酸、有机酸、糖
24、类、维生素、醇和酯等营养成分及风味成分，具有独特的色、香、味。它不仅是调味佳品，长期食用对身体健康也十分有益。5.2.1.1 醋酸细菌 （1）形态特征 醋酸细菌两端钝园和杆状，单生或呈链排列，无芽孢，属革兰氏阴性菌。周生鞭毛或极生鞭毛。在高温或高盐浓度或营养不足等培养条件下，菌体会伸长，变成线形、棒形或管状膨大等。（2）生理生化特性 醋酸菌为化能异养型，合适的碳源是葡萄糖、果糖、蔗糖和麦芽糖，不能直接利用淀粉等多糖。酒精也是很适宜的碳源，生长繁殖最适温度为2833。醋酸细菌不耐热，在60下经10min即死亡。醋酸细菌生长最适pH为3.56.5。醋酸细菌为好氧菌，必须供给充足的氧气才能进行正常发
25、酵。醋酸细菌具有相当强的醇脱氢酶、醛脱氢酶等氧化酶系活性，因此，除氧化酒精生成醋酸外，也有氧化其他醇类和糖类的能力，生成相应的酸、酮等物质。醋酸菌还有生成酯的能力，如接入产生芳香酯的醋酸菌种，可以使食醋的香味倍增。（3）醋酸细菌分类 醋酸杆菌属。能在比较高的温度下（3940）可以发育；增殖最适温度高于30；主要作用是将酒精氧化为醋酸，也能氧化葡萄糖生成少时的葡萄糖酸，并可将醋酸进上步氧化成二氧化碳和水。葡萄糖氧化杆菌属。能在比较低的温度下（79）可以发育；醋酸菌又分成两类，一类是不产生鞭毛的细菌，另一类是产生极生鞭毛的细菌，它们不能进一步氧化醋酸。增殖最适温度低于30；主要作用是将葡萄糖氧化为
26、葡萄糖酸，将酒精氧化为醋酸的能力较弱，不能将醋酸氧化为CO2和H2O。5.2.1.2 酿醋工业常用和常见的醋酸菌 （1）许氏醋酸杆菌 是国外的速酿醋菌种，也是目前制醋工业较重要的菌种之一，产酸量可高达11.5%。最适生长温度为2830，达到37即不再产醋酸。它对醋酸没有进一步的氧化作用。（2）恶臭醋酸杆菌 是中国醋厂使用的菌种之一。该菌种在液面形成菌膜，并沿容器壁上升，菌膜下液体不浑浊。一般能产酸6%8%，有的菌株的副产品为2%葡萄糖酸，能把醋酸进一步氧化为CO2和H2O。（3）攀膜醋酸杆菌 它是葡萄酒酿造过程中的有害菌。在醋醅中常能分离出来。最适生长温度为31，最高生长温度44。在液面形成易
27、破碎的膜，菌膜沿容器壁上升很高，菌膜下液体很浑浊。（4）奥尔兰醋酸杆菌 它是法国奥尔兰地区用葡萄酒生产醋的主要菌株。生长最适温度为30。该菌产生少量的酯，产醋酸的能力弱，能由葡萄糖产5.3%的葡萄糖酸，耐酸能力较强。（5）AS1.41醋酸菌 它属于恶臭醋酸杆菌，是中国酿醋工业长远的菌株之一。该菌细胞杆状，常呈链状排列。液体培养时形成菌膜。生长最适温度为2830，生成醋酸的最适温度为2833，耐酒精浓度为8%（体积分数）。最高产醋酸7%9%，产葡萄酸能力弱。能进一步将醋酸氧化为CO2和H2O。（6）胶膜醋酸杆菌 它是一种特殊的醋酸菌，若在酿酒醪液中繁殖，会引起酒酸败，变黏。该菌生成醋酸的能力弱，
28、又会氧化分解醋酸，因此是酿醋的有害菌。在液面会形成一层皮革状类似纤维样的厚膜。（7）沪酿1.01醋酸菌 它是从丹东速酿醋中分离得到的，是中国食醋工厂长远菌种之一。在含酒精的培养液中形成淡青色的薄层膜。该菌由酒精产醋酸的转化率为93%95%。5.2.1.3 中国传统食醋生产的工艺碎米浸泡磨浆调浆液化糖化酒精发酵酒醪醋酸发酵醋醪压滤配兑灭菌陈醋成品 麸曲 酒母 醋酸菌 中国酿造醋的生产工艺经过了几次重大的变革，以前发酵用的微生物是利用自然界中的野生菌，设备落后，卫生条件差，原料利用率低，成本高。20世纪50年代开始采用人工选育优良菌种，使原料利用率提高，酿造周期缩短；60年代上海醋厂采用酶法液化自
29、然通风回流制醋，把酿醋机械化程度提高了一大步；进入70年代，石家庄、天津、上海等厂试验成功液态深层发酵制醋，这无疑是对传统制醋观念的更新。此后，生料制醋、固定化细胞连续发酵等新工艺成功地运用于生产，使中国制醋工业水平上了一个又一个的新台阶。5.2.1.4 食醋酿造用微生物类群及其作用 传统工艺制醋是利用自然界中的野生菌制曲、发酵。因此，涉及的微生物种类多而复杂。在众多的微生物中，有对酿醋有益的菌种，也有对酿醋有害的菌种。新法酿醋，均采用人工选育的菌种，进行制曲、酒精发酵和醋酸发酵。（1）曲霉菌 曲霉菌有丰富的淀粉酶、糖化酶等酶系。因此，常用曲霉菌制糖化曲，其主要作用是将制醋原料中的淀粉水解糊精
30、及葡萄糖；蛋白质被水解为肽、氨基酸。常用的有黑曲霉和黄曲霉类群。（2）酵母菌 在食醋酿造过程中，淀粉质原料经曲的糖化作用产生葡萄糖，酵母菌则通过其酒化酶系将葡萄糖转化为酒精和二氧化碳，完成酿醋过程中的酒精发酵阶段。除此之外，酵母菌还有麦芽糖酶、蔗糖酶、乳糖分解酶等，在酵母酒精发酵中，除生产酒精外，还有少量的有机酸、杂醇油、酯类等物质，这些对形成醋的风味有一定的作用。因而，有的厂还添加产酯能力强的产酯酵母进行混合发酵。酿制食醋用酵母菌与生产酒类使用的酵母菌相同。（3）醋酸菌 醋酸菌可将酵母菌产生的酒精进一步氧化成醋酸，是食醋生产的关键菌种。酿醋用的醋酸菌最好是氧化酒精速度快、产醋酸产率高、不再分
31、解醋酸、耐酸性强、制品风味好的菌种。在目前发现和使用的醋酸菌种中，有些醋酸菌虽然不会分解醋酸；但产醋酸能力弱；有些醋酸菌醋酸产率高，但具有将醋酸氧化成二氧化碳和水的能力。因而目前国内外有些工厂用混合醋酸菌生产食醋，除能快速完成醋酸发酵，提高醋酸产率外，还能形成其他有机酸和酯类等成分，能增加成品的香气和固形物含量。5.2.25.2.2微生物与酱油微生物与酱油 酱油是一种常用的咸味调味品，它是以蛋白质原料和淀粉质原料为主的经微生物发酵酿制而成。酱油中含有多种调味成分，有酱油的特殊的香味、食盐的咸味、氮基酸钠盐的鲜味、糖及其醇甜物质的甜味、有机酸的酸味等，还有天然的红褐色色素。5.2.2.1酱油酿造
32、中的微生物 酱油酿造是半开放式的生产过程，环境和原料中的微生物都可以参与到酱油的酿造中来。但在酱油的特定的工艺条件下，只有人工接种或适合酱油生态环境的微生物才能生长繁殖，并发挥其作用。主要有米曲霉、酵母菌、乳酸菌和其他细菌。（1）米曲霉 米曲霉是曲霉属的一个种，它的变种很多，由于它与黄曲霉十分相似，所以同属于黄曲霉群。但米曲霉不产黄曲霉毒素。成熟后的米曲霉菌丛呈黄褐色或绿褐色，分生孢子呈放射状，为球形或近球形。米曲霉是好气微生物，最适合生长的培养基水分为45%，pH为6.5-6.8。但是米曲霉的最适生长条件与酶的产生和积累条件往往不一致。米曲霉能分泌复杂的酶系，可分泌胞外酶如（蛋白酶、-淀粉酶
33、、糖化酶、谷氨酰酶、果胶酶、纤维素酶等）和胞内酶（如氧化还原酶等）。这些酶类和酱油品质和原料利用率关系最密切的是蛋白酶、淀粉酶和谷氨酰胺酶。米曲霉可以利用的碳源：单糖、双糖、淀粉、有机酸等。可利用的氮源：铵盐、硝酸盐、蛋白质和酰胺等。米曲霉生长需要磷、钾、硫钙等。因为米曲霉分泌的蛋白酶和淀粉酶是诱导酶，在制酱油曲时要求原料中有较高的蛋白质和淀粉含量，而大豆或脱脂大豆富含蛋白质，小麦含有淀粉，这些农副产品具有较丰富的维生素、无机盐等营养物质，以适当的比例混合作制曲原料，能满足米曲霉生长需要。酿造酱油对米曲霉的要求：不产黄曲霉毒素、蛋白酶和淀粉酶活力高、有谷氨酰酶活力、生长快速、培养条件粗广；抗杂
34、菌能力强、不产异味、酿造酱油香气好。鲁氏酶母是酱油酿造中的主要酵母菌。最适生长温度为2830，在3840生长缓慢，42不生长，最适pH 45。生长在酱醅这一特殊环境中的鲁氏酵母是一种耐盐性强的酵母，抗高渗透压，在含食盐5%8%的培养基中生长良好，在18%食盐浓度下仍能生长，维生素、泛酸、肌醇等能促进它在高食盐浓度下生长。（4）乳酸菌 酱油乳酸菌也是生长在酱醅这一特定环境中的耐盐乳酸菌，其代表菌有嗜盐片球菌、酱油微球菌等。这些乳酸菌耐乳酸能力弱，因此，不会因产过量的乳酸使酱醅中的pH过低而造成酱醅质量变坏。适量的乳酸是构成酱油风味的因素之一。（5）其他微生物 在酱油酿造中除上述优势微生物外，从酱
35、油曲和酱醅中还分离出他一些微生物的存在。如毛霉、青霉、产膜酵母、枯草芽孢杆菌、小球菌等。当制曲条件控制不当或种曲质量差时，这些菌会过量生长，不仅消耗曲料的营养成分，原料利用率下降，而且使成曲酶活力降低，产生异臭，造成酱油浑浊，风味不好。5.2.2.2酱油生产工艺 在酱油的酿造过程中，除了利用物理因素来处理原料外，主要地利用多种微生物的酶的作用，把、原料中的复杂有机物质分解为简单的物质。同时经复杂的生物化学作用，形成独特的色、味、体。固态低盐发酵法工艺流程：原料混合润料蒸料冷却接种曲深层通风培养成曲粉碎 成熟酱 酱醅保温发酵 入发酵容器 拌和制醅 稀盐水糖 糖浆 盐水 工艺要求：制曲过程通常是采
36、用人工接种米曲霉或混合霉菌的方法来获得高品质的酱曲。米曲霉生长的最适温度为3235，低于28和高于40生长缓慢，42以上停止生长。酶的积累与培养温度与培养时间有关。在一定温度下，随着米曲霉培养时间的延长，酶活力提高，到某一时间达到高峰，随后活力下降。当温度高于28时，温度越高，蛋白酶生成越少，淀粉酶生成越多。所以，制曲时应控制前期温度3235，有利于菌体生长；后期温度控制2830，有利于蛋白酶的生成。米曲霉是好氧微生物，当氧气不足时，生长受到抑制。菌体呼吸作用产生的二氧化碳如过多积聚于曲料中，对米曲霉的生长和产酶都不利。米曲霉生长需要一定的水分。当曲料中水分少于40%时会影响菌丝的生长，而曲料
37、水分过高时杂菌容易繁殖。一般在曲霉生长期水分控制在48%左右为宜，在曲霉产酶期，水分可适降低，有利提高蛋白酶的活力。酱醅的发酵阶段，由于食盐的加入和氧气量的减少，米曲霉生长几乎完全停止，而盐性的乳酸菌、和耐盐酵母菌等大量生长，而成为优势菌群。当发酵初始阶段，乳酸细菌大量繁殖，菌体浓度增高，酱醅pH开始下降，同时发酵产生乳酸，乳酸是形成酱油芳香和风味物质的重要成分之一。当pH下降到4.9左右，耐盐鲁氏酵母菌生长旺盛，酱醅中的酒精浓度含量达到2.0%以上，同时生成少量的甘油等，是酱油风味物质重要的来源。在发酵后期，随着糖浓度降低和酱醅的pH下降，鲁氏酵母自溶，而球似酵母繁殖和发酵活跃。而球似酵母是
38、酯香型酵母，能生成酱油重芳香物质。但在采用人工培养酵母工艺时，球拟酵母添加过量，会使酱醅香味恶化，因球似酵母生成过量的醋酸、烷基苯酚等刺激性强的香味物质引起的。5.2.3 微生物与其他发酵食品5.2.3.1 泡菜 泡菜咸酸适度，味美嫩脆，具有增进食欲、助消化的作用，是中国民间的大众食品。泡菜是鲜蔬菜经微生物发酵，产生乳酸及其他风味物质的食品。（1）工艺流程：菜卤（盐水、黄酒、花椒、生姜等）鲜菜洗净（控干水分）入缸封缸（隔绝空气）（2）在腌制泡菜的过程中，微生物的类群的变化 微酸阶段。蔬菜入缸后，其表面的有乳酸细菌和其他腐败微生物同时发育，在嫌气条件下乳酸菌活动占优势，尤其肠膜明串珠菌利用菜卤中
39、的可溶性养分大量增殖，并进行乳酸发酵，产生乳酸和二氧化碳，使p迅速下降，从而抑制了其他腐败菌的生长。同时二氧化碳取代了菜卤中的空气，提供了乳酸菌良好的厌氧环境。这阶段的优势菌除了肠膜明串珠菌外，还有链球菌、假单孢菌、产气肠杆菌、芽孢杆菌等。酸化成熟阶段。因腐败微生物的活动受到抑制，更有利乳酸细菌的大量繁殖和乳酸发酵进行，乳酸浓度越来越高，达到酸化成熟阶段。这一阶段的优势菌有肠膜明串株菌、植物乳杆菌、发酵乳杆菌和短乳杆菌等。过酸阶段。乳酸浓度继续增高，乳酸细菌的活动也受到抑制，此时的微生物活动几乎全部停止，蔬菜得以长期保存不变坏。这一阶段的优势菌有植物乳杆菌和短乳杆菌。判断泡菜质量的好与坏与发酵
40、初期微酸阶段的乳酸积累有关。如乳酸积累快，可以尽早地抑制各种有害杂菌的活动，从而保证乳酸发酵正常进行。反之，若乳酸积累速度慢，微酸阶段过长，各种杂菌生长旺盛，在腐败菌的作用下，倒致泡菜发臭。5.2.3.2 榨菜 榨菜是一种工艺简单、成本又低、风味独特的大众化食品，它属于发酵腌制品，是利用盐腌制与微生物发酵的共同作用而制成的。在属于酱腌食品。在中国，酱腌菜的制作已有2000多年的历史，榨菜是其中的品种之一。盐腌不仅能杀死植物细胞，并将水分和可溶性物质抽出，使蔬菜组织变紧，食之有脆感觉，而且可以起到防腐作用。腌菜的发酵以乳酸发酵为主，是乳酸细菌厌氧发酵（装坛后）过程。发酵初期，以肠膜串明珠菌异型乳
41、酸发酵产生乳酸、乙酸、乙醇和少量的葡聚糖等口感和风味物质。之后同型乳酸发酵的乳酸菌类发酵产生大量的乳酸增进腌制品的风味和增加保藏性。微生物带来的有害发酵：如榨菜或卤水表面出现一层由产膜酵母产生的灰白色有皱纹的膜。产膜酵母是氧化型酵母，它和霉菌一样只在有氧的情况下才能利用盐水中的有机酸。增殖的结果使pH增高，有利于其他腐败菌生长。此外，丁酸菌利用蔬菜中的糖、淀粉、果胶等进行丁酸发酵，生成一种非常强烈的令人不愉快的臭味。5.2.3.3 豆腐乳 豆腐乳是中国传统的发酵调味品之一，迄今已有1000多年的生产历史。它风味独特滋味鲜美，是一种富有营养的蛋白质发酵食，不仅倍受国内外广大消费者的喜爱，而且在国
42、外也有很大的消费市场。腐乳在世界发酵食品中独树一帜，西方人称之为“东方的植物奶酪”。腐乳是以大豆为原料，将大豆洗净、浸泡、磨浆、煮沸、加入适量凝固剂，除去水分制成豆腐，将豆腐切成小方块，接种微生物进行发酵，然后经过腌制，配料装坛后发酵即成。豆腐乳不仅保留了大豆的营养成分，而且除去了大豆对人体极不利的溶血素和胰蛋白酶抑制物质。另外，通过微生物发酵，水溶性蛋白质及氨基酸含量增多，提高人体对大豆蛋白的利用率。此外，由于微生物作用，产生了大量的核黄素和维生素B12。因此，腐乳不仅是一种很好的调味品，而且是人体营养物质的来源。（1）酿造腐乳微生物 目前的豆腐乳生产大多采用纯菌种接在豆腐坯上，然后置于敞口
43、的自然条件下培养。在培养过程中不可避免地有外界微生物的入侵，而且发酵的配料可能带入其他菌类，因而豆腐乳的发酵过程中的微生物种类十分复杂。中国酿造的微生物大多为丝状真菌，如毛霉属、根霉属等，其中以毛霉菌酿造的腐乳占多数。五通桥毛霉。该菌种为目前中国推广应用的优良菌株之一。菌丝白色，老后销黄，孢子梗不分支，孢子囊呈圆形，色淡，厚垣孢子很多。最适生长温度1025，低于4下勉强能 生长，高于370C不能生长。腐乳毛霉。该菌种的菌丝初期为白色，后期为灰黄色；孢子囊呈球形，灰黄色；孢子轴为圆形；孢子椭圆形，表面光滑。它的最适生长温度为29。总状毛霉。该菌种菌丝初期为白色，后期为黄褐色；孢子梗不分枝；孢子囊
44、为球形，褐色；孢子较短，为卵形。厚垣孢子数量很多，大小均匀，为无色或黄色。该菌种的最适生长温度为23，在低于4和高于37环境下都不能生长。根霉。根霉生长温度比毛霉高，在夏季高温情况下也能生长，而且生长速度又快，因此利用根霉酿造腐乳，不仅打破季节对生产的限制，而且缩短了发酵周期。细菌和酵母菌。它们都具有产蛋白酶的能力，某些代谢产物在豆腐乳的特色凤味的形成过程中起作用。米曲霉。米曲霉能分泌产生淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、氧化酶、转化酶及果胶酶等，不仅能使原料中的淀粉转化为糖、蛋白质分解为氨基酸，还可形成具有芳香气味的酯类。最适培养温度37。羊肚菌。该菌是世界著名的食药两用真菌，它的营养丰富，菌丝体内有
45、17种氨基酸，其中有8种是人体必须氨基酸，另外有特殊风味的氨基酸，因此用该菌酿制的腐乳香味独特。（2）毛霉型腐乳工艺流程：选料浸泡磨浆甩浆煮浆点浆压榨豆腐坯接种培养搓毛腌坯 豆渣 成品 后发酵 装坛 配料 5.3 5.3 微生物与酿造酒微生物与酿造酒5.3.1 5.3.1 微生物酿造蒸馏酒微生物酿造蒸馏酒 蒸馏酒是用高梁、小麦、玉米、薯类等淀粉质原料经蒸煮、糖化、发酵和蒸馏而制成。中国蒸馏白酒酿造历史悠久，技术精湛，种类繁多，风格独特。如享有国内外的茅台酒、汾酒、五粮液白酒等。根据发酵剂与工艺的不同，一般按曲种可将蒸馏酒分为大曲酒、小曲酒和麸曲白酒。5.3.1.1 大曲 大曲作为酿制大曲酒的糖
46、化剂、发酵剂，在制造过程中依靠自然界带入的各种野生菌（包括细菌、霉菌和酵母菌），在以大麦为主的淀粉质原料上生长繁殖，保证了各种酿酒用的有益微生物，再经风干、贮藏即为成品大曲。大曲有高温曲（制曲温度60以上和中温曲（制曲温度不超过50）两种类型，目前中国大多数著名的大曲白酒均采用高温制曲生产，如贵州的茅台酒、五粮液酒、山西汾酒等。（1）高温型大曲制作工艺流程：小麦 调料磨碎添加曲母和水拌料踩曲堆积培养成品曲贮藏 大曲中含有丰富的微生物，提供了酿酒所需要的多种微生物混合菌群。特别是大曲中含有霉菌，这是世界上最早把霉菌应用于酿酒的实例。微生物在曲块上生长繁殖时，分泌出各种水解酶类，使大曲具有淀粉的液
47、化力、糖化力和蛋白分解能力等。大曲中含有多种酵母菌，具有发酵能力、产酯能力。在制曲中，一些微生物分解原料产生的代谢产物，如氨基酸、乳酸等形成大曲酒中特有的香味的前体物质。（2）大曲中微生物类群 霉菌有黑曲霉群、灰绿曲霉群、毛霉、根霉及红曲霉等。细菌中主要以芽孢杆菌类较多，其中包括巨大芽孢杆菌、嗜热芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌等。酵母菌类则以酒精酵母、汉逊氏酵母和假丝酵母较为常见，生酸细菌以乳球菌和乳酸杆菌为主。在大曲培菌过程中，微生物数量与温度有关，低温期出现一个高峰，高温期显著低落；微生物的数量变化与通气状况有一定的相关性，在新踩的大曲中，曲皮部分好气菌和嫌气菌都能生长，而在曲心对好气菌不利。从大
48、曲微生物优势类群变化情况来看，低温期以细菌占优势；其次为酵母菌，再次为霉菌；曲皮部分的酵母菌与霉菌数量高于曲心，细菌数量相差不大。以大曲酿造的蒸馏酒香味浓、口味悠长，风格突出，但缺点是用曲量大，耗粮多，出酒率低，生产周期长。5.3.1.2 小曲及微生物类群 小曲酒在中国具有悠久的历史，是中国南方人民乐于饮用的酒类。小曲又名药曲，是以米粉、米糠和中草药接入纯种根霉和酵母菌或二者混合菌种曲，再经制坯、入室培养、干燥等工艺制成。近年来不少厂家已采用纯种根霉代替传统小曲。小曲中加入中草药是为了促进曲中的有益微生物的繁殖和抑制杂菌生长 小曲中优势微生物种类：根霉和少量毛霉、酵母等，此外，还有乳酸菌类，醋
49、酸菌类及污染的杂菌。小曲在小曲酿酒中起接种剂的作用，它为酒醅接入糖化菌种（根霉和毛霉）和发酵菌种（酵母菌），这是小曲酿酒用曲量小的原因，且酿造的酒一般香味淡，出酒率高，属于米香型白酒，如桂林的三花酒、广西全州的湘山酒等。5.3.1.3麸曲及微生物类群 中国麸曲白洒生产是1949年以后才发展起来的，麸曲又名糖化曲，是固态发酵法酿造白酒的糖化剂。采用麸曲加酵母替代传统的大曲，所酿制的白酒称麸曲白酒。麸曲用麸皮、酒糟及谷壳等材料加水制成的曲料，经高压杀菌后，接入纯菌种培养制得，不用粮食，生产周期短，又称快曲。曲中常用的的糖化菌种以黑曲霉、米曲霉及甘薯霉等为主。5.3.2 5.3.2 微生物与啤酒微生
50、物与啤酒 啤酒是以麦芽为主要原料的酿造酒，是各种酒类中酒精含量最低的饮料酒，人们在适量的饮用时，对人体的毒害相对较小，加之营养丰富，深受消费者喜爱。啤酒的生产历史悠久，大约起源于9000年前的中东和古埃及地区，后跨越地中海，传入欧州，美州及亚州等地。啤酒是世界性饮料，除伊斯兰国家因宗教原因不生产和饮酒外，几乎遍及世界各国，也是世界上产量最大的饮料酒。5.3.2.1 啤酒工艺 啤酒酿造工艺是大麦、水为主要原料，以大米或其他未发芽谷物、啤酒花为辅助原料。大麦经过发芽产生多种水解酶类将淀粉及蛋白质等大分子物质分解为可溶性糖、糊精以及氨基酸等制成麦芽汁，麦芽汁通过酵母菌作用生产酒精和二氧化碳以及多种营
