5微生物与发酵食品

关于食品微生物微生物与发酵食品思维导图，包含发酵乳制品、 泡菜制作、食醋、乳酸菌与发酵食品、 单细胞蛋白等。

微生物与发酵食品

• 菌种的选育，保藏与复壮
  • 菌种是决定发酵产品是否具有产业化和商业价值的关键因素，是发酵工业的灵魂
  • 工业化菌种的要求
    • 利用原料便宜，培养基简单，大量高效合成产物
    • 合成途径简单，菌种改造可操作性强
    • 遗传性能相对稳定
    • 不易污染其他微生物或噬菌体
    • 考虑生产菌及其产物毒性，最好与致病菌无关
    • 生产特性符合工艺要求
  • 菌种获得途径
    • 知识产权保护，从菌种保护机构直接购买
    • 从自然界中筛选
    • 在生产过程中发酵水平高的批号中重新进行分离筛选
  • 菌种分离筛选步骤
    • 流程：订方案，样品采集，样品预处理，目的菌富集培养，菌种分离，菌种初筛，菌种复筛，菌种发酵性能鉴定
    • 分离：获得目的菌，排除非目的菌
    • 筛选：根菌目标菌的性质设计
    • 菌种分离操作
    • 划线获得纯培养
  • 菌种保藏
    • 菌种保藏是根据菌种特性和保藏目的，给微生物特定条件使其存活延续
    • 目的：妥善保藏菌种，达到菌不死，不衰，便于研究，交换和使用目的
    • 原理：优良纯种的选择（最好用休眠体）；良好休眠环境的创造条件，如干燥，低温，缺氧，避光，缺乏营养，加保护剂，使微生物不生长，少死亡，以保持遗传性，减少变异
  • 菌种退化
    • 衰退原因
      • 基因的自发突变
      • 育种后未经很好的分离纯化
      • 培养条件的改变
      • 污染杂菌
    • 防止衰退
      • 控制传代次数，避免不必要的移种和传代
      • 合理的育种
      • 创造良好的培养条件
      • 采用合适培养基及有效的菌种保藏方法
  • 菌种复壮
    • 复壮：在菌种的生产性能尚未衰退前就经常有意识地进行纯种分离和生产性能的测定，以期菌种的生产性能逐步提高
    • 方法：纯种分离法；通过宿主体内生长进行复壮；淘汰已衰退的个体
• 发酵食品概述
  • 发酵的类型和特点
    • 含义
      • 生化或生理：电子供体是有机化合物，电子受体也是有机化合物的生物氧化过程
      • 工业意义
        • 发酵：利用特定微生物，控制适宜的工艺条件，产生人们需要的产品或达到某些目的的过程
        • 酿造：利用微生物或酶的发酵作用，将农产品原料制成食品的过程
        • 与酿造的异同
          • 同：控制环境因子，利用有益微生物
          • 异
            • 发酵：单一微生物，特定容器，工业控制
            • 酿造：多菌种，固体或半固体，长时间
  • 发酵食品及主要微生物
    • 发酵食品：微生物或酶使加工原料啊发生理想的生物化学及物理变化而制成的食品
    • 微生物
  • 促进稳定和安全性的因子
    • 有机酸，如乙酸，乳酸，甲酸
    • 降低PH值
    • 低Eh
    • 消耗营养物
    • 抑制剂
      • 细菌素，抗生素，乳球菌素，乳链球菌素，纳她霉素
    • 乙醇
    • 二氧化碳
• 乳酸菌与发酵食品
  • 乳酸菌及其特点
    • 定义：能利用可发酵碳水化合物大量产生乳酸的细菌的统称
    • 18个属200多种
    • 特点
      • 阳性
      • 无芽胞
      • 大多为兼性厌氧或厌氧菌
      • 营养要求高
      • 对抗生素敏感
  • 乳酸菌的发现
    • 俄国生物学家梅基尼科夫
      • 二十世纪初，保加利亚居民长寿
    • 从酸奶中分离出乳酸菌
      • 保加利亚乳杆菌
      • 嗜高温乳酸链球菌
  • 乳酸菌主要分布
    • 乳杆菌
      • 保加利亚乳杆菌
        • 酸奶
      • 嗜酸乳杆菌
    • 链球菌属
      • 乳脂链球菌
        • 干酪，酸奶油
      • 嗜热链球菌
        • 酸奶
    • 明串珠菌属
      • 肠膜明串珠菌
        • 酸泡菜及右旋糖苷
    • 片球菌属
      • 嗜盐片球菌，耐18%～20%氯化钠，酱油酿造
      • 乳酸片球菌，6%～8%氯化钠中生长， 耐13%～20%，酸泡菜
    • 双歧杆菌
      • 对乳营养成分预消化，产双歧杆素，促进免疫球蛋白的产生，分解N-亚硝胺
  • 乳酸发酵的类型
    • 乳酸发酵：乳酸菌将可发酵性糖转化为乳酸的过程
    • 同乳酸发酵：终产物大于90%为乳酸的发酵过程
      • 保加利亚乳杆菌，乳链球菌，乳酪乳杆菌
    • 异乳酸发酵：除乳酸，还产生乙醇和二氧化碳等的乳酸发酵过程
      • 明串珠菌属，短乳杆菌
      • 马奶酒，酸性酪乳
    • 双歧途径
      • 双歧杆菌，严格厌氧菌
      • 不进行EMP途径
      • 磷酸解酮酶
• 单细胞蛋白
  • 定义：微生物蛋白或菌体蛋白，是酵母菌，霉菌，非病原细菌，藻类等含有的蛋白质
  • 生产SCP的微生物
    • 酵母菌：成熟，核酸含量低，耐低酸，不易污染，易回收，色香味易接受
    • 藻类：自养型，需阳光和二氧化碳 蛋白含量高，纤维质胞壁不易消化
      • 螺旋藻
      • 小球藻
    • 细菌：原料广泛，生长周期短，收获困难，核酸含量高，消化性不好
    • 霉菌：易回收，糖化力强，生产速度慢，蛋白质含量不高，易受酵母污染 蛋白添加物
  • 菌种要求
    • 生长快，产率高
    • 菌体以大为好，并含较多蛋白
    • 最适温度高，生长ph偏酸为佳
    • 耐高浓度基质
    • 菌种无毒，且不使基质产生有害物质
• 氨基酸
  • 必需氨基酸八种
    • 甜味剂：色氨酸，甘氨酸
    • 调味剂：谷氨酸钠（味精） 可解氨毒害，脑蛋白代谢和糖代谢，治肝病的辅助药物
  • L-谷氨酸钠菌种
    • 阳性，球形，短棒短杆状，无鞭毛不运动，无芽胞
    • 需要氧气，生物素
    • 含谷氨酸脱氢酶
  • 生产原料
    • 淀粉类
    • 氮源：尿素，氨水
  • 工艺过程
    • 淀粉质原料，糖化，冷却过滤，加入生物素，接菌种，发酵，发酵液提取，得谷氨酸，碳酸钠中和脱色，得谷氨酸钠
• 酒
  • 含有乙醇成分的饮料
    • 大曲酒：曲霉 小曲酒：根霉
  • 窖泥微生态系
    • 己酸菌：梭状芽胞杆菌少数种 酒精为基质，生成，己酸和己酸乙酯
    • 丁酸菌：梭状芽孢杆菌 糖为基质生成丁酸，汗臭味，腐烂味，己酸生成的中间产物
    • 甲烷菌 还原二氧化碳生成甲烷 刺激产酸作用，与己酸共同影响窖泥质量 新窖泥中检测不到
    • 放线菌 与己酸菌互利共生
    • 酵母菌 己酸菌活跃，加快窖泥老熟和产香
  • 酒醅微生物
    • 曲：微生物，酶，基质
    • 大曲：多菌种混合发酵
      • 霉菌：米曲霉，黄曲霉，红曲霉，根霉，毛霉
      • 酵母菌：酵母属，假丝酵母，汉逊酵母
      • 细菌：乳酸菌，醋酸菌，芽胞杆菌
  • 啤酒
    • 液态面包
      • 麦芽汁，酒花，酵母的乙醇发酵 二氧化碳，3～5%酒精
    • 啤酒酵母
      • 细胞球形或椭球形，幼龄较小，成熟较大
      • 固体培养条件形成菌落
      • 液体：上面啤酒酵母：酺 下面啤酒酵母：凝聚状
    • 发酵机理
      • 麦芽，麦芽糖和葡萄糖，酵母厌氧产啤酒
    • 有害微生物
      • 野生酵母，高级醇变高
      • 细菌污染，浑浊，发黏，变酸 乳酸杆菌，醋酸菌，足球菌，果胶杆菌
• 酱油
  • 以蛋白质和淀粉质原料为主经多种微生物共同发酵酿制而成
    • 酿造酱油
    • 配制酱油
  • 选择菌种依据
    • 不产毒素：黄曲霉毒素
    • 产多种酶：蛋白酶和淀粉酶活性强，谷氨酰胺酶活力
    • 生长快
    • 培养粗放，抗杂菌能力强
    • 产香味不产异味
  • 多种微生物协同作用
    • 酶的催化作用
      • 物理
      • 化学P252
    • 米曲霉
      • 菌落颜色：白色变为黄色变为黄绿色
      • 利用多种碳源：单糖，双糖，有机酸，醇类，淀粉
      • 好氧，中温
      • 酶系丰富：分解淀粉，蛋白质
        • 糖化酶：水解淀粉为葡萄糖
        • 淀粉酶：糊精，葡萄糖，甜味
          • a:a14糖苷键，麦芽糖，寡糖，枯草杆菌，曲霉，根霉
          • B：a14糖苷键，麦芽糖，糊精，曲霉，根霉，芽胞菌
          • 葡萄糖淀粉酶：
        • 蛋白酶
          • 酸性
          • 中性
          • 碱性
          • 蛋白质被内肽酶分解为胨，胨被内肽酶分解为多肽，外肽酶分解生成氨基酸，提供营养
        • 谷氨酰胺酶
          • 胞内酶，生产谷氨酸，提供鲜味
    • 酱油曲霉
      • 日本
        • 碱性蛋白酶活性强
        • 使用混合菌种，米曲霉和酱油曲霉
      • 我国
        • 纯米曲霉
    • 乳酸菌
      • 酱油四联球菌，嗜盐片球菌，植物乳杆菌，酱油片球菌，嗜盐四联球菌
      • 糖产生乳酸 乳酸与乙醇生成乳酸乙酯产香气
      • 嗜盐片球菌与鲁氏酵母共同产生糠醇
    • 酵母菌
      • 鲁氏酵母：分解葡萄糖生成乙醇和甘油，生产酯和糠醇
      • 球拟酵母：后期，脂香型，酸性蛋白酶
  • 菌群演替
    • 曲霉大量生长，产生水解酶 耐盐的乳酸菌 ph4.0-5.0,耐酸耐盐的酵母菌生长 乳酸菌比酵母菌为10:1
  • 风味形成
    • 咸（食盐），鲜（氨基酸，多肽），甜（糖，醇甜物质），酸（有机酸），苦（酪氨酸），香气，色素，维生素
  • 生产工艺
    • 原料蒸煮，制曲（微生物、酶、基质），制醅发酵，浸出淋油，配制消毒，装瓶
• 食醋
  • 单独或混合使用各种含有淀粉、糖的物料、食用酒精，经微生物发酵酿制而成的液体酸性调味品
  • 主要成分：乙酸/醋酸
  • 种类
    • 酿制醋
      • 单独或混合使用各种含有淀粉、糖的物料、食用酒精，经微生物发酵酿制而成的液体酸性调味品
    • 配制醋
      • 以酿造醋为主体，与冰醋酸，食品添加剂等混合配制而成的调味食醋，如姜醋，蒜醋，五香醋
  • 醋酸发酵的生化过程
    • 原料
      • 薯类，粮谷类，果蔬类，野生植物（橡子，菊芋）
    • 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
  • 酿造过程中的微生物
    • 淀粉糖化微生物
      • 糖化剂：微生物制成的糖化曲或酶制剂
      • 糖化菌：可将淀粉质原料转化成葡萄糖的微生物，如曲霉，根霉
        • 米曲霉
          • 黄绿色，酸度大，碳源丰富呈绿色，酸度小，氮源多为黄色，老化变为褐色
          • 发酵能力，液化力，蛋白分解力强
        • 黄曲霉
          • 菌落为黄色，老龄化逐步绿色，甚至褐色，产曲酸，有多种功效，与氯化铁反应生成特有的红色
        • 甘薯曲霉
          • 菌丝暗黑色，孢子圆球状，生长适应性好，易培养
          • 强单宁酶活性
          • 甘薯及野生植物酿醋
        • 宇佐美曲
          • 菌丝黑色至黑褐色，孢子成熟时黑褐色糖化力强，生酸能力强
          • 单宁酶，对制曲原料适应性强
        • 泡盛曲霉
          • 菌丝白色，分生孢子头褐色
          • 曲酸，柠檬酸
          • 糖化，液化力强
      • 淀粉酶：a-淀粉酶，B淀粉酶，葡萄糖淀粉酶，异淀粉酶
    • 乙醇发酵微生物
      • 酵母菌，无氧，EMP
      • 拉斯2，12号酵母，k字酵母，南阳五号酵母
        • 大多不利用乳糖，发酵葡萄糖，蔗糖，麦芽糖
    • 醋酸发酵
      • 乙醇在醋酸菌的作用下氧化成乙酸
      • 醋酸菌，以氧气为终端电子受体，氧化糖、糖醇和醇类生成相应的糖醇，酮和有机酸的阴性细菌总称
        • 椭球形，杆状，单个，成对或链
        • 好氧，无芽胞，30摄氏度
        • 周生鞭毛，不氧化醋酸
        • 产纤维素或色素
      • 醋酸杆菌属
        • 无需维生素，生葡萄糖酸能力弱，生醋酸强 弯曲醋酸杆菌，生黑～，巴氏～
          • 巴氏醋杆菌：细胞杆状，呈链排列，酒精转化醋酸转化率高93～95
          • 许氏醋杆菌：氧化酒精速度快，不再分解醋酸，耐酸强，产酸11.5%37摄氏度不产醋
          • 奥尔兰醋杆菌：产醋酸能力弱，少量酯，酿葡萄酒
          • 恶臭醋杆菌：耐8%酒精，产酸6～8%，氧化醋酸为二氧化碳和水，1.5～2.5%盐停止生长
      • 葡糖杆菌属
        • 需要维生素，生葡萄糖酸能力强，生醋酸弱
    • 酿造工艺
      • 固态酿造，液态酿造
      • 原料处理，糖化，酒精发酵，醋酸发酵，加盐抑菌，后熟与陈酿，配制，灭菌，成品
• 泡菜制作
  • 微生物的演替变化
    • 微酸阶段
      • 厌氧，低ph
      • 乳酸菌：肠膜明串珠菌，链球菌，乳杆菌
      • 腐败菌：假单胞菌，阴沟肠杆菌
      • 有机酸：ph抑制腐败菌 二氧化碳抑制需氧菌
    • 酸化成熟
      • 乳酸菌大量繁殖，乳酸升高
      • 肠膜明串珠菌，植物乳杆菌，短乳杆菌
    • 过酸阶段
      • 优势菌：植物乳杆菌，短乳杆菌
      • 微生物活动停止，长期保存
  • 泡菜腐败
    • 密封不严
      • 白地霉，酵母霉 分解乳酸
    • 软化
      • 酵母菌，霉菌，软化酶
      • 加盐2.25%，高盐阻碍发酵 隔氧
    • 初期：老卤水，接菌，调酸，抑制腐败菌
• 发酵乳制品
  • 定义：以乳液为原料，经微生物发酵而成的乳制品 乳酸菌，乳酸发酵
  • 酸乳
    • 菌种
      • 嗜热链球菌，保加利亚乳杆菌，嗜酸乳杆菌，乳链球菌，双歧杆菌等，大多是兼性厌氧菌，发酵最适温度在35～45，接种量2%～3%
        • 嗜热链球菌
          • 阳性微需氧，卵圆形，成对或链， 针尖状菌落；牛乳菌 最适40～45摄氏度，高温产酸37～50摄氏度 发酵葡萄糖，果糖，乳糖，蔗糖
          • 同乳酸发酵，产双乙酰
          • 抗生素极敏感
        • 保加利亚乳杆菌
          • 阳性，微厌氧，最适40～43摄氏度 长杆状，两端钝圆，棉花状菌落
          • 同乳酸发酵，产酸量高
          • 菌落大多，发酵葡萄糖，果糖，乳糖
          • 不利用蔗糖，产乙醛
        • 嗜酸乳杆菌
          • 阳性，微厌氧，最适35～38
          • 同型乳酸发酵，抗生素敏感
          • 营养要求高，耐受胃酸和胆汁
        • 双歧杆菌
          • 阳性，专性厌氧，最适37，形态不一
          • 双歧途径发酵
          • 对热，抗生素敏感
          • 营养要求高
    • 风味物质
      • 乳酸
        • 最基本，可达1.5%，消耗30%乳糖
      • 双乙酰
        • 极重要，坚果仁味和奶油状
        • 还原为乙偶姻破坏口感
        • 发酵柠檬酸生产，乳汁明串珠菌，添加柠檬酸强化，及时冷却发酵
      • 乙醛
        • 香味
      • 乙醇
      • 挥发性脂肪酸
    • 酸牛乳生产工艺
  • 干酪
    • 主要成分
      • 酪蛋白，乳脂，钙磷硫，维A维B
    • 主要菌种
      • 乳酸菌，丙酸菌，霉菌，乳酸链球菌，干酪乳杆菌，瑞士乳杆菌
    • 凝乳酶
      • 皱胃酶，木瓜蛋白酶
    • 风味物质
      • 氨基酸，挥发酸，酯类，丁二酮