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5微生物與發酵食品
關於食品微生物微生物與發酵食品心智圖，包含發酵乳製品、 泡菜製作、食醋、乳酸菌與發酵食品、 單細胞蛋白等。
Editado em 2024-01-20 17:23:27
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微生物與發酵食品
菌種的選育，保藏與復壯
菌種是決定發酵產品是否具有產業化和商業價值的關鍵因素，也是發酵工業的靈魂
工業化菌種的要求
利用原料便宜，培養基簡單，大量高效合成產物
合成途徑簡單，菌種改造可操作性強
遺傳性能相對穩定
不易污染其他微生物或噬菌體
考慮生產菌及其產物毒性，最好與致病菌無關
生產特性符合製程要求
菌種取得途徑
智慧財產權保護，從菌種保護機構直接購買
從大自然中篩選
在生產過程中發酵水平高的批號中重新進行分離篩選
菌種分離篩選步驟
流程：訂方案，樣本採集，樣本預處理，目的菌富集培養，菌種分離，菌種初篩，菌種複篩，菌種發酵性能鑑定
分離：獲得目的菌，排除非目的菌
篩選：根菌目標菌的性質設計
菌種分離操作
劃線獲得純培養
菌種保藏
菌種保藏是根據菌種特性和保藏目的，給予微生物特定條件使其存活延續
目的：妥善保藏菌種，達到菌不死，不衰，便於研究，交換使用目的
原理：優良純種的選擇（最好用休眠體）；良好休眠環境的創造條件，如乾燥，低溫，缺氧，避光，缺乏營養，加保護劑，使微生物不生長，少死亡，以保持遺傳性，減少變異
菌種退化
衰退原因
基因的自發突變
育種後未經很好的分離純化
培養條件的改變
污染雜菌
防止衰退
控制傳代次數，避免不必要的移種和傳代
合理的育種
創造良好的培養條件
採用合適培養基及有效的菌種保藏方法
菌種復壯
復壯：在菌種的生產性能尚未衰退前就經常有意識地進行純種分離和生產性能的測定，以期菌種的生產性能逐步提高
方法：純種分離法；經由宿主體內生長復壯；淘汰已衰退的個體
發酵食品概述
發酵的類型和特點
意義
生化或生理：電子供體是有機化合物，電子受體也是有機化合物的生物氧化過程
工業意義
發酵：利用特定微生物，控制適當的製程條件，產生人們所需的產品或達到某些目的的過程
釀造：利用微生物或酵素的發酵作用，將農產品原料製成食品的過程
與釀造的異同
同：控制環境因子，利用有益微生物
異
發酵：單一微生物，特定容器，工業控制
釀造：多菌種，固體或半固體，長時間
發酵食品及主要微生物
發酵食品：微生物或酵素使加工原料啊發生理想的生物化學及物理變化而製成的食品
微生物
促進穩定和安全性的因子
有機酸，如乙酸，乳酸，甲酸
降低PH值
低Eh
消耗營養物
抑制劑
細菌素，抗生素，乳球菌素，乳鏈球菌素，納她黴素
乙醇
二氧化碳
乳酸菌與發酵食品
乳酸菌及其特點
定義：能利用可發酵碳水化合物大量產生乳酸的細菌的統稱
18個屬200多種
特點
陽性
無芽胞
大多為兼性厭氧或厭氧菌
營養要求高
對抗生素敏感
乳酸菌的發現
俄國生物學家梅基尼科夫
二十世紀初，保加利亞居民長壽
從優格分離出乳酸菌
保加利亞乳酸桿菌
嗜高溫乳酸鏈球菌
乳酸菌主要分佈
乳酸桿菌
保加利亞乳酸桿菌
優格
嗜酸乳桿菌
鏈球菌屬
乳脂鏈球菌
乾酪，酸奶油
嗜熱鏈球菌
優格
明串珠菌屬
腸膜明串珠菌
酸泡菜及右旋糖苷
片球菌屬
嗜鹽片球菌，耐18%～20%氯化鈉，醬油釀造
乳酸片球菌，6%～8%氯化鈉中生長， 耐13%～20%，酸泡菜
雙歧桿菌
乳營養成分預先消化，產雙歧桿素，促進免疫球蛋白的產生，分解N-亞硝胺
乳酸發酵的類型
乳酸發酵：乳酸菌將可發酵性糖轉化為乳酸的過程
同乳酸發酵：終產物大於90%為乳酸的發酵過程
保加利亞乳桿菌，乳鏈球菌，乳酪乳桿菌
異乳酸發酵：除乳酸，也產生乙醇和二氧化碳等的乳酸發酵過程
明串珠菌屬，短乳桿菌
馬奶酒，酸性酪乳
雙歧途徑
雙歧桿菌，嚴格厭氧菌
不進行EMP途徑
磷酸解酮酶
單細胞蛋白
定義：微生物蛋白或菌體蛋白，是酵母菌，黴菌，非病原細菌，藻類等含有的蛋白質
生產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
藻類：自養型，需陽光和二氧化碳 蛋白含量高，纖維質胞壁不易消化
螺旋藻
小球藻
細菌：原料廣泛，生長週期短，收穫困難，核酸含量高，消化性不好
黴菌：易回收，糖化力強，生產速度慢，蛋白質含量不高，易受酵母污染 蛋白質添加物
菌種要求
生長快，產率高
菌體以大為好，含較多蛋白
最適溫度高，生長ph偏酸為佳
耐高濃度基質
菌種無毒，不使基質產生有害物質
胺基酸
必需胺基酸八種
甜味劑：色氨酸，甘氨酸
調味料：谷氨酸鈉（味精） 可解氨毒害，腦蛋白代謝和糖代謝，治療肝病的輔助藥物
L-谷氨酸鈉菌種
陽性，球形，短棒短桿狀，無鞭毛不運動，無芽胞
需要氧氣，生物素
含谷氨酸脫氫酶
生產原料
澱粉類
氮源：尿素，氨水
工藝過程
澱粉質原料，糖化，冷卻過濾，加入生物素，接菌種，發酵，發酵液提取，得谷氨酸，碳酸鈉中和脫色，得谷氨酸鈉
酒
含有乙醇成分的飲料
大麴酒：曲霉 小麴酒：根黴
窖泥微生態系
己酸菌：梭狀芽孢桿菌少數種 酒精為基質，生成，己酸和己酸乙酯
丁酸菌：梭狀芽孢桿菌 糖為基質生成丁酸，汗臭味，腐爛味，己酸生成的中間產物
甲烷菌 還原二氧化碳生成甲烷 刺激產酸作用，與己酸共同影響窖泥品質 新窖泥中檢測不到
放線菌 與己酸菌互利共生
酵母菌 己酸菌活躍，加速窖泥老熟及產香
酒醅微生物
曲：微生物，酶，基質
大曲：多菌種混合發酵
黴菌：米曲霉，黃麴菌，紅麴菌，根黴，毛黴
酵母菌：酵母屬，假絲酵母，漢遜酵母
細菌：乳酸菌，醋酸菌，芽胞桿菌
啤酒
液態麵包
麥汁，酒花，酵母的乙醇發酵 二氧化碳，3～5%酒精
啤酒酵母
細胞球形或橢球形，幼齡較小，成熟較大
固體培養條件形成菌落
液體：上面啤酒酵母：酺 下面啤酒酵母：凝聚狀
發酵機理
麥芽，麥芽糖和葡萄糖，酵母厭氧產啤酒
有害微生物
野生酵母，高級醇變高
細菌污染，混濁，發黏，變酸 乳酸桿菌，醋酸菌，足球菌，果膠桿菌
醬油
以蛋白質及澱粉質原料為主經多種微生物共同發酵釀製而成
釀造醬油
配製醬油
選擇菌種依據
不產毒素：黃麴毒素
產多種酵素：蛋白酶和澱粉酶活性強，麩醯胺酸酶活力
生長快
培養粗放，抗雜菌能力強
產香味不產異味
多種微生物協同作用
酵素的催化作用
物理
化學P252
米麴菌
菌落顏色：白色變成黃色變成黃綠色
利用多種碳源：單醣，雙醣，有機酸，醇類，澱粉
好氧，中溫
酵素系豐富：分解澱粉，蛋白質
糖化酶：水解澱粉為葡萄糖
澱粉酶：糊精，葡萄糖，甜味
a:a14糖苷鍵，麥芽糖，寡糖，枯草桿菌，曲霉，根黴
B：a14糖苷鍵，麥芽糖，糊精，曲霉，根黴，芽胞菌
葡萄糖澱粉酶：
蛋白酶
酸性
中性
鹼性
蛋白質被內肽酶分解為腖，腖被內肽酶分解為多肽，外肽酶分解生成胺基酸，提供營養
麩醯胺酸酶
胞內酶，生產谷氨酸，提供鮮味
醬油麴菌
日本
鹼性蛋白酶活性強
使用混合菌種，米麴菌和醬油麴菌
我國
純米麴菌
乳酸菌
醬油四聯球菌，嗜鹽片球菌，植物乳桿菌，醬油片球菌，嗜鹽四聯球菌
糖產生乳酸 乳酸與乙醇生成乳酸乙酯產香氣
嗜鹽片球菌與魯氏酵母共同產生糠醇
酵母菌
魯氏酵母：分解葡萄糖生成乙醇和甘油，生產酯和糠醇
球擬酵母：後期，脂香型，酸性蛋白酶
菌群演替
曲霉大量生長，產生水解酶 耐鹽的乳酸菌 ph4.0-5.0,耐酸耐鹽的酵母菌生長 乳酸菌比酵母菌為10:1
風味形成
鹹（食鹽），鮮（胺基酸，多肽），甜（糖，醇甜物質），酸（有機酸），苦（酪胺酸），香氣，色素，維生素
生產工藝
原料蒸煮，製曲（微生物、酵素、基質），製醅發酵，浸出淋油，配製消毒，裝瓶
食醋
單獨或混合使用各種含有澱粉、糖的材料、食用酒精，經微生物發酵釀造而成的液體酸性調味品
主要成分：乙酸/醋酸
種類
釀製醋
單獨或混合使用各種含有澱粉、糖的材料、食用酒精，經微生物發酵釀造而成的液體酸性調味品
配製醋
以釀造醋為主體，與冰醋酸，食品添加劑等混合配製而成的調味食醋，如薑醋，蒜醋，五香醋
醋酸發酵的生化過程
原料
薯類，糧穀類，蔬果類，野生植物（橡子，菊芋）
糖化作用
澱粉在酸或酵素的作用下分解為單醣或寡糖的過程
釀造過程中的微生物
澱粉糖化微生物
糖化劑：微生物製成的糖化曲或酵素製劑
糖化菌：可將澱粉質原料轉化成葡萄糖的微生物，如麴菌，根黴
米麴菌
黃綠色，酸度大，碳源豐富呈綠色，酸度小，氮源多為黃色，老化變為褐色
發酵能力，液化力，蛋白質分解力強
黃麴
菌落為黃色，老化逐步綠色，甚至褐色，產曲酸，有多種功效，與氯化鐵反應生成特有的紅色
甘藷曲霉
菌絲暗黑色，孢子圓球狀，生長適應性好，易培養
強單寧酶活性
甘藷及野生植物釀醋
宇佐美曲
菌絲黑至黑褐色，孢子成熟時黑褐色糖化力強，生酸能力強
單寧酶，對製曲原料適應性強
泡盛麴菌
菌絲白色，分生孢子頭褐色
麴酸，檸檬酸
糖化，液化力強
澱粉酶：a-澱粉酶，B澱粉酶，葡萄糖澱粉酶，異澱粉酶
乙醇發酵微生物
酵母菌，無氧，EMP
拉斯2，12號酵母，k字酵母，南陽五號酵母
大多不利用乳糖，發酵葡萄糖，蔗糖，麥芽糖
醋酸發酵
乙醇在醋酸菌的作用下氧化成乙酸
醋酸菌，以氧氣為終端電子受體，氧化糖、糖醇和醇類生成相應的糖醇，酮和有機酸的陰性細菌總稱
橢球形，桿狀，單個，成對或鏈
好氧，無芽胞，攝氏30度
週生鞭毛，不氧化醋酸
產纖維素或色素
醋酸桿菌屬
無維生素，生葡萄糖酸能力弱，生醋酸強 彎曲醋酸桿菌，生黑～，巴氏～
巴氏醋桿菌：細胞桿狀，呈鏈排列，酒精轉化醋酸轉化率高93～95
許氏醋桿菌：氧化酒精速度快，不再分解醋酸，耐酸強，產酸11.57攝氏度不產醋
奧爾蘭醋桿菌：產醋酸能力弱，少量酯，釀酒
惡臭醋桿菌：耐8%酒精，產酸6～8%，氧化醋酸為二氧化碳及水，1.5～2.5%鹽停止生長
葡糖桿菌屬
需要維生素，生葡萄糖酸能力強，生醋酸弱
釀造工藝
固態釀造，液態釀造
原料處理，糖化，酒精發酵，醋酸發酵，加鹽抑菌，後熟與陳釀，配製，滅菌，成品
泡菜製作
微生物的演替變化
微酸階段
厭氧，低ph
乳酸菌：腸膜明串珠菌，鏈球菌，乳酸桿菌
腐敗菌：假單胞菌，陰溝腸桿菌
有機酸：ph抑制腐敗菌 二氧化碳抑制需氧菌
酸化成熟
乳酸菌大量繁殖，乳酸升高
腸膜明串珠菌，植物乳桿菌，短乳桿菌
過酸階段
優勢菌：植物乳桿菌，短乳桿菌
微生物活動停止，長期保存
泡菜腐敗
密封不嚴
白地黴，酵母黴 分解乳酸
軟化
酵母菌，黴菌，軟化酵素
加鹽2.25%，高鹽阻礙發酵 隔氧
初期：老鹵水，接菌，調酸，抑制腐敗菌
發酵乳製品
定義：以乳液為原料，經微生物發酵而成的乳製品 乳酸菌，乳酸發酵
酸乳
菌種
嗜熱鏈球菌，保加利亞乳桿菌，嗜酸乳桿菌，乳鏈球菌，雙歧桿菌等，多為兼性厭氧菌，發酵最適溫度在35～45，接種量2%～3%
嗜熱鏈球菌
陽性微需氧，卵圓形，成對或鏈， 針尖狀菌落；牛乳菌 最適40～45攝氏度，高溫產酸37～50攝氏度 發酵葡萄糖，果糖，乳糖，蔗糖
同乳酸發酵，產雙乙醯
抗生素極敏感
保加利亞乳酸桿菌
陽性，微厭氧，最適40～43攝氏度 長桿狀，兩端鈍圓，棉花狀菌落
同乳酸發酵，產酸量高
菌落大多，發酵葡萄糖，果糖，乳糖
不利用蔗糖，產乙醛
嗜酸乳桿菌
陽性，微厭氧，最適35～38
同型乳酸發酵，抗生素敏感
營養要求高，耐受胃酸和膽汁
雙歧桿菌
陽性，專性厭氧，最適37，形態不一
雙歧途徑發酵
對熱，抗生素敏感
營養要求高
風味物質
乳酸
最基本，可達1.5%，消耗30%乳糖
雙乙醯
極重要，堅果仁味和奶油狀
還原為乙偶姻破壞口感
發酵檸檬酸生產，乳汁明串珠菌，添加檸檬酸強化，及時冷卻發酵
乙醛
香味
乙醇
揮發性脂肪酸
酸乳生產工藝
乾酪
主要成分
酪蛋白，乳脂，鈣磷硫，維A維B
主要菌種
乳酸菌，丙酸菌，黴菌，乳酸鏈球菌，乾酪乳桿菌，瑞士乳桿菌
凝乳酵素
皺胃酶，木瓜蛋白酶
風味物質
胺基酸，揮發酸，酯類，丁二酮