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1、现代食品微生物学,第五章 食品微生物资源的利用,主要内容,简介发酵乳制品发酵肉制品发酵蔬菜发酵蛋白类制品发酵淀粉类制品,1.简介,什么是发酵食品?日常接触到的发酵食品有哪些?发酵食品的优点?发酵食品的类型?,1.1发酵食品：,通过微生物的发酵作用制备的食品都可以称作发酵食品，获得发酵制品一般是以下几类微生物作用的结果：细菌发酵：乳酸菌、醋酸菌酵母发酵：啤酒酵母霉菌发酵：米曲霉、黑曲霉、毛霉、米根霉，青霉等,1.2发酵食品的种类,面包、馒头奶酪酸奶酒酱油醋泡菜可可豆咖啡茶叶,咸肉发酵香肠腐乳豆豉鱼露食用藻类微生物食用胶体食用真菌单细胞蛋白青贮饲料,1.3 优点,通过微生物的发酵作用，可以：改善原
2、料的质地增进风味提高营养延长货架期便于保藏,1.4发酵食品分类,2.发酵乳制品,2.1发酵乳制品的种类 2.2发酵乳制品的历史 2.3传统用于发酵乳制品的微生物 2.4酸奶制造 2.5干酪制造 2.6其它发酵乳制品的制造 2.7发酵乳制品的功能,2.1发酵乳制品的种类,发酵酸奶奶酪,2.2发酵乳制品的历史,Before 1900: 自然过夜发酵，用剩余的乳清接种;1857: Pasteur, 发现由于细菌的作用产生了乳酸发酵1873: Lister，分离了乳酸菌（现在的乳酸乳球菌）; 1890s: 粉状发酵剂 by Char.Hansen Lab（丹麦）; 英国乳品学院Lloyd发酵剂实验室;
3、1910: Metchnikoff（Russian）梅奇尼科夫(Elie, 1845-1916, 俄国动物学家、细菌学家, 曾获1908年诺贝尔生理学-医学奖), 阐述了酸奶与人体的健康之间的关系;,2.2发酵乳制品的历史,1919: Orla Jensen（丹麦）提出关于发酵剂菌种特性;1930/1940s: Whitehead（新西兰）提出了纯菌发酵（乳球菌）的概念，并提出噬菌体是发酵过程重要的致病因素;1950s: Lewis （英国）, 工业化发酵剂增殖保护体系;1960/1970s: 出现浓缩和冻干批量发酵剂菌种; 采用抗噬菌体保护物质;1980/90s: DVI直接桶接发酵剂出现并
4、大量推广应用。今天：发现质粒的一些编码，决定其性状。运用基因重组技术修饰菌种，改良性状，提高产品质量，特别是噬菌体抗性。,发酵乳制品的现状,发酵乳制品生产是第二位的重要发酵工业（仅次于酒精饮料），占世界发酵产品量的20%，而且逐年上升。根据国际乳酪业联合会（IDF）的数据，发酵乳消费量最大的是芬兰，87年37.1kg，92年34.9kg。中国的酸奶消费估计在0.51kg左右，在乳制品消费上，奶粉和鲜奶占大多数。,2.3传统用于发酵乳制品的微生物细菌,乳杆菌：德氏乳杆菌、德氏乳杆菌乳酸亚种、德氏乳杆菌保加利亚亚种、瑞士乳杆菌、嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌、发酵乳杆菌、短乳杆菌、酸奶乳杆菌乳球菌：乳酸乳
5、球菌乳酸亚种、乳酸乳球菌乳酸亚种双乙酰亚种、乳酸乳球菌乳脂亚种明串珠菌：肠膜明串珠菌、肠膜明串珠菌葡萄糖亚种、肠膜明串珠菌乳脂亚种、乳酸明串珠菌链球菌：嗜热链球菌片球菌：戊糖片球菌、乳酸片球菌醋酸菌：醋酸醋菌,克鲁维氏酵母：马克斯克鲁维氏酵母马克斯亚种、马克斯克鲁维氏酵母保加利亚亚种、乳酸克鲁维氏酵母假丝酵母：酸奶假丝酵母糖酵母：啤酒酵母、乳酸糖酵母有孢园酵母：德氏有孢园酵母地霉：白地霉,2.3传统用于发酵乳制品的微生物酵母,青霉属：娄地青霉、白青霉、酪生青霉、沙门柏干酪青霉,2.3传统用于发酵乳制品的微生物霉菌,2.3乳酸发酵,乳酸菌之间的乳糖代谢途径不同乳酸乳球菌：通过PEP-PTS（磷酸
6、烯醇式丙酮酸转磷酸酶系统）以乳糖磷酸盐的形式活跃穿过细胞膜，被半乳糖苷酶水解为葡萄糖和6-磷酸半乳糖，葡萄糖通过糖酵解途径，代谢生产L-乳酸,2.4酸奶制造,2.4.1酸奶的分类依据形态：凝固型、搅拌型、饮用型蛋白质含量：酸奶(3%蛋白质) 、酸奶饮料(1%蛋白质)脂肪含量：全脂(3.0%)、半脱脂(3.00.5%)、脱脂(0.5%)风味：原味、风味(果汁、果粒、香精、色素)含水量：酸奶、浓缩酸奶、干燥酸奶含活菌：杀菌酸奶、活菌酸奶保健类型：双歧酸奶、降血脂酸奶、降胆固醇酸奶、产共轭亚油酸酸奶等,2.4酸奶制造,2.4.2酸奶制造的一般工艺：原料乳标准化均质杀菌冷却至发酵温度接种搅拌罐装发酵冷
7、却凝固型成品 发酵冷却罐装搅拌型成品 加果粒罐装果粒酸奶酸乳饮料、干燥酸奶、冷冻酸奶、杀菌酸奶,2.4.3发酵剂的制作菌种母发酵剂中间发酵剂工作发酵剂酸奶制造常规菌种保加利亚乳杆菌（德氏乳杆菌保加利亚亚种）嗜热链球菌,2.4酸奶制造,工艺简图,Procedures for the preparation of starters,2.4.4菌种注意事项菌种的选择一般选用产酸速度快，活力高的菌株。活力如果降低，必须活化可以根据需要，选用产荚膜多糖的菌株，可以减少的乳清析出，得到质地优良的产品能耐受噬菌体的感染变异小，长期传代，不易丢失其优良性状低温后熟阶段，产酸量少，可以在较长时间内维持一定酸度，
8、延长货架期。,2.4酸奶制造,2.4.4菌种注意事项常规菌种应该保持较少的传代次数，防止发生变异，影响发酵的进程一般乳脂链球菌和乳酸链球菌连续培养50次没有变异，而保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌只能扩大20-25次。母发酵剂一般应当当天生产，而且条件要求极高。如果为了连续生产和保持活力为目的，一般应在0-6冷藏，用前活化，并2周内用完。如果发酵剂的菌种已经混合，传代不能超过3次。,2.4酸奶制造,2.4.5发酵过程中微生物的消长规律初期，球菌生长占主导，电位降低，乳酸、乙酸、乙醛、双乙酰、甲酸适量积累。杆菌生长慢，但微弱的蛋白酶活力水解蛋白，产生足量的肽和氨基酸，刺激球菌的生长。pH降到5.5时，
9、球菌生长受限制，系统中氧的耗尽和甲酸的存在，有利杆菌的生长，直到pH达到4.2左右，可以停止发酵。酸奶大部分风味必需物乳酸、乙醛是由乳杆菌提供的。,2.4酸奶制造,2.4.6发酵后营养的变化和生理特性可以降解30%的乳糖，适宜乳糖不耐症的人群。乳酸的存在改变了酪蛋白的性质，提高了唾液和胃胰蛋白酶的分泌，提高消化力。发酵改变了过敏原乳蛋白，而且增加了其中的氨基酸及多肽的含量（增加了几倍），易消化吸收，适宜几乎全部人群。部分脂肪酸水解，人体更易吸收，也是风味的重要来源尼克酸和叶酸的含量增加，维生素B12、B1、B2和泛酸的含量减少。乳糖的存在增加了对钙的吸收，乳酸的存在增加了钙铁的溶解，更易吸收虽
10、然乳酸菌经过胃后仅有15%存活，但胆汁增加了细胞膜的通透性，细胞水解乳糖的速度加快。并存在一定数量的乳糖水解酶。,2.4酸奶制造,2.4.6发酵后营养的变化和生理特性发酵后产品中存在一些细菌素，有些菌还产生H2O2，可以抑制大部分食源性病原菌。可以用于治疗和预防腹泻，缩短腹泻时间，并用于恢复被抗生素破坏的肠道菌群系统。有人还预测可以替代部分抗生素。具有亚硝酸盐还原酶活性，消除体内的亚硝酸盐含量，降低转化为亚硝酸胺的可能，消除致癌物质。减少粪酶（偶氮还原酶、葡萄糖醛羧酶、硝基还原酶，可将致癌的前体物质转化为致癌物质）的含量。,2.4酸奶制造,2.4.6发酵后营养的变化和生理特性乳酸菌的细胞和细胞
11、壁部分成分可以激活体寄主内的巨噬细胞，提高机体免疫机能。降低血清胆固醇含量（国外已经有产品，主要原因是菌株之间差压较大，还有待进一步研究）1978年，Rasic和Kurmann提到酸奶可以广泛用于皮肤病、湿疹、口腔感染、治疗癌时引发的溃疡和皮肤脱落。1989年，Vant Veer发现可以预防乳腺癌1994年，Yamamoto发现有抗高血压活性,2.4酸奶制造,2.4.7发酵注意事项接种后搅拌均匀，保证发酵温度适宜。pH达到要求时，搅拌缓慢，防止破乳严重而破坏组织形态冷却及时，凝固型如果太快会使乳清析出，太慢，酸度过高发酵间转移到冷却间时避免剧烈振动，造成乳清析出。原料选用无抗奶源为了防止噬菌体
12、侵染，需要经常更换菌种，清洗设备要到位洗涤剂和消毒剂的残留要控制,2.4酸奶制造,2.4酸奶制造,2.4.8发酵剂的制备工业上常用的发酵剂种类：DVI、批量发酵剂、活化发酵剂（传统方法）生长在酸奶中的乳酸菌可以达到108-109个/ml采用pH控制技术可以达到109-1010个/ml采用超滤技术，除去乳酸，增加营养，可以达到1010-1011个/ml浓缩采用微滤比离心效果好，之后可以冷冻或冷冻干燥。在工厂中一般按照活力单位来接种。菌种比例可以按照要求改变，一般1:1,2.5干酪制造,干酪制造历史干酪的种类、发酵剂和微生物菌群不同干酪品种的生产工艺,2.5.1干酪制造历史,起源：一万年，中东地区
13、，气候温暖，天然乳杆菌使牛奶变酸凝固，搅拌后，可以作为食品和饮料。发展到用动物的胃作为标准化储奶容器，利用了动物胃中的凝乳酶和乳杆菌双重作用，这样的酸奶有更好的脱水收缩性。1851年，美国纽约建立第一个干酪工厂。如今，现代化的工厂每天可以制造100T干酪（需处理鲜奶约600T/天）。全球估计每年生产约1400万吨干酪,用来加工干酪的奶源很多，主要是牛奶、羊奶、水牛奶。过去100多年间才对干酪发酵的微生物学原理进行了了解。开始了接种发酵。（存在了1万年）干酪主要是以乳酸菌为主，但次生菌群十分关键，正是由于次生菌群的作用，才使干酪出现了多种风味。次生菌群主要包括酵母、霉菌、细菌,2.5.2干酪种类
14、、发酵剂和微生物菌群,P165发酵食品,2.5.2干酪种类、发酵剂和微生物菌群,P165发酵食品,2.5.2干酪种类、发酵剂和微生物菌群,P165发酵食品,2.5.3不同干酪品种的生产工艺,P223发酵食品微生物学,2.5.3不同干酪品种的生产工艺,P223发酵食品微生物学,2.5.3不同干酪品种的生产工艺,P223发酵食品微生物学,2.5.3不同干酪品种的生产工艺,P223发酵食品微生物学,2.5.3不同干酪品种的生产工艺,P223发酵食品微生物学,2.5.3不同干酪品种的生产工艺,P223发酵食品微生物学,2.5.4干酪发酵的次生菌群,霉菌：娄地青霉、白青霉、酪生青霉、沙门柏干酪青霉酵母：
15、克鲁维氏酵母、假丝酵母、德巴利酵母、糖酵母等，即可以水解蛋白质，也可以水解脂肪。细菌：棒杆菌属、微球菌属、丙酸杆菌等,2.5.5干酪风味的来源,干酪风味的形成是一个复杂的过程，迄今还没有完全了解。影响风味的主要因素：奶的成分、奶的热处理、乳酸菌、次生菌群、pH、盐/水含量、奶中的酶含量、凝乳酶、干酪制作的操作参数、干酪的贮存条件。风味的主要来源是对蛋白质和脂肪的分解而形成。另外微生物的代谢副产物如双乙酰、丁二醇、乙醛、乙醇等都是风味物质的主要成分。近年来，对选择性蛋白酶的应用，加速干酪成熟进行了大量的研究,2.6.1发酵酪乳制作：巴氏灭菌脱脂或低脂乳，22，接种1%的嗜温发酵剂,2.6 其它发
16、酵乳制品,2.6.2发酵奶油高温杀菌后的稀奶油，含少量蛋白质和水分，添加乳酸菌发酵后，比鲜奶油更浓的芳香，也有利于保藏，但脂肪易氧化。,2.6其它发酵乳制品,2.4.8其它发酵乳制品3斯勘的纳维亚酪乳酪挪威和瑞典最常见的发酵乳制品生产方法与发酵酪乳类似发酵时添加了能产黏丝的乳球菌，发酵温度较低，18-20。,2.6 其它发酵乳制品,2.4.8其它发酵乳制品4Viili起源于芬兰，又叫Vilia、Filia具有丝状或线状的组织，具有及其怡人的口味和较好的双乙酰风味。发酵菌株具有产荚膜的乳酸乳球菌乳酸亚种和乳酸乳球菌乳脂亚种，还有乳酸乳球菌乳酸亚种双乙酰乳酸变种、肠膜明串珠菌乳脂亚种、白地霉。风味
17、与纳维亚酪乳酪类似，但带有白地霉的酶味，白地霉的存在降低了酸度，消耗了氧，产生了CO2，使产品有轻微的饱和碳酸状态。,2.6其它发酵乳制品,2.4.8其它发酵乳制品5Yakult起源日本，远东和中部美洲也开始食用用脱脂乳加葡萄糖和绿藻提取物，在37用干酪乳杆菌发酵4天，酸度达到2.7，固形物约35%牛奶。后添加其它糖类物质，达到14%，培养过程产生了柠檬酸、琥珀酸、苹果酸、乙酸、双乙酰、3-羟基-2-丁酮，具有迷人的感官特性。食用后人粪便中干酪乳杆菌增加，而且有报道在预防肠道疾病中是有效的。目前花样更多，添加了各种蔬菜和果汁，风味各异。,2.6其它发酵乳制品,2.4.8其它发酵乳制品6Kefi
18、r起源于高加索山地区，当地的人在皮革袋或橡胶桶中生产19世纪末，流行与中欧和东欧主要作用菌群曲是由乳杆菌、乳球菌和酵母的共生系统组成,2.6其它发酵乳制品,Kefir,生产工艺,Kefir颗粒 and Kefir 饮料,微生物菌群间关系 of kefir grain,L.kerfiranofaciens,F,f,2.4.8其它发酵乳制品7马奶酒最初是由含7%乳糖的马奶所制的马奶在酪蛋白的等电点不会凝固，因此不是凝乳产品一般含0.7-1.8%的乳酸、1.3%的乙醇、0.5-0.88%的CO2。微生物的数量和种类相对不稳定，一般由乳酸菌和酵母组成,2.6其它发酵乳制品,马奶酒一般工艺,在鲜奶中接入
19、30%发酵剂，28保温，每隔1-2hr搅拌一次，直到酸度达到0.7-0.8%，冷却到20，装瓶，封盖，贮存24hr。发酵剂将1份德氏乳杆菌保加利亚亚种在37保温7hr，二份园酵母亚种在30保温15hr，可以加入新鲜马奶生产马奶酒。,2.4.8其它发酵乳制品8新型发酵乳制品采用肠道分离菌发酵生产乳制品一般称为新型发酵乳制品目前采用的菌种主要有：两歧双歧杆菌、婴儿双歧杆菌、青春双歧杆菌、长双歧杆菌、嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌、粪链球菌这些微生物都有都有一定的生物活性，对人体有益，并且在产品销售时应保证微生物的最低数量。建议成品的含菌量应大于106个/ml ，每日最小的治疗饮用量108-109个,2.6
20、其它发酵乳制品,新型发酵乳制品,用于新型发酵乳制品的微生物应具备以下要求原菌的生物活性已经被证实与传统发酵菌种相比，一般要有较快的发酵酸度，特别是在与其它产酸菌一起生长时。在发酵乳中可以大量增殖细胞数量，并有较强的耐酸性，可以保证在贮存期仍能存活。为了使菌株可以到达小肠，必须耐受一定的胆酸盐浓度发酵成品的口味应该是消费者能接受的。,杆菌和球菌,Associative growth of two strains,3.发酵肉制品,一般香肠的加工工艺： 肉 粉碎 添加香辛料、加盐搅拌低温腌制 接种发酵 (22) 成熟、老化 干燥、烟熏等 成品优点：赋予良好的风味，延长保质期一般的其它添加物：胡椒、辣
21、椒、蒜等香辛料水分活度：0.9左右,良好发酵剂的要求,食盐耐受性，能在6%的盐水中快速生长。能在80-100ppm的亚硝酸盐水平良好生长能在26.7-43良好生长同型乳酸发酵不能大量分解蛋白和脂肪，无异味产生。无致病性，57-60可以灭活。？发酵过程微生物菌系的变化及相互作用！,主要微生物菌群,乳杆菌属：植物乳杆菌、嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌、发酵乳杆菌、短乳杆菌等，占主要菌群链球菌属：乳链球菌、粪链球菌片球菌属：乳酸片球菌、嗜盐片球菌、戊糖片球菌微球菌属：易变微球菌酵母和霉菌：白地青霉、娄地青霉、纳地青霉和德巴利酵母,发酵肉制品的分类,干香肠：经过细菌的作用，pH在5.3以下，干燥去掉25%-5
22、0%的水分，最终成品水分与蛋白质的比例不超过2.3:1。半干香肠：经过细菌的作用，pH在5.3以下，干燥去掉15%水分。一般讲，半干香肠发酵后不经干燥处理，直接加热包装，水分与蛋白质的比例不超过3.7:1。火腿：具有中国特色的发酵肉制品，如金华火腿、宣威火腿等国际知名原产地品牌。,4.发酵蔬菜,主要品种：韩国泡菜、德国泡菜、四川泡菜主要蔬菜：黄瓜、卷心菜、白菜、橄榄,发酵蔬菜的主要微生物菌群,LAB in fermented vegetables,发酵过程中微生物的变化,卷心菜发酵过程中的变化,发酵蔬菜一般的工艺过程,5.3 Fermented Vegetable,Figure,Procedu
23、re,发酵蔬菜的一般研究过程,对自然发酵泡菜的微生物系统进行分析 用分离到的微生物进行接种发酵 考查合适的菌株及比例 生产泡菜菌种，应用到实际生产,5.其它发酵蛋白类制品,大豆：酱油、豆豉、豆酱、纳豆、腐乳、天培、味增等鱼：鱼露、鱼酱油,6.发酵淀粉类制品,红曲面包馒头啤酒米酒,5.4 Protein based fermented foods,5.4.1 Types of Protein-based fermented foodsSoybean based fermented foodsTempeh, Natto, Soybean sauce, 豆酱, Fermented soybean c
24、urd Fermented Meat: Sausage Fermented Aquatic Foods: Fermented fish product,5.4.2 Soybean based fermented foods,1 Temphe2 Natto Soybean paste and Soybean sauce3 Fermented soybean4 Fermented soybean curd,1 Tempeh,Procedures Soybean Soaked overnight Steaming Mold inoculation sealed package fermentatio
25、nMicrobiology Rhizopus microsporus var. oligosporus, Rhizopus stolonifer, Rhizopus oryzae, 无根根霉Nutritional value of Temphe Antioxidation: Flavoids aminobutyric acid (GABA)Production of Vitamin B12,2 Natto,Procedures Soybean High-temperature Steaming Inoculation Fermentation on 40 fro 12-40 hrsMicrob
26、iology Natto bacteria: Bacillus nattoNutrient value of natto Nattokinase（纳豆激酶）,tt,3 bean paste and Soybean sauce,Manufacture scheme soybean Soaking Steaming Cooling Inoculation ventilated koji making Addition of salt solution Fermentation Secondary addition of salt solution 揿酱 Ripening Soybean paste
27、 Compressing and Soaking Soybean sauceMicrobiology Aspergillus oryzae: huniang (沪酿) 3042、861,3 Fermented soybean,Manufacture procedure Soy bean Soaking Steaming Cooling Inoculation Mold growth removal of yellow coating washing Fermentation TouchiMicrobiology of Fermented soybean Aspergillus oryzae,D
28、,4 Fermented soybean curd,Procedures Soybean curd Inoculation Incubation 晾花 Salt addition 腌坯 Ingredients added post ripening End productMicrobiology of Fermented soybean curd Mucor racemosus（总状毛霉）,Tempeh,5.4.4 Fermented Fish Products,1 Types of Fermented Fish ProductsFish sauce, Cured fish2 Producti
29、on procedures for fish sauceFish, salt (specific ratio)Cured, autolysis Fermentation in the open air Filtering 晒炼 Late Fermentation Late pasteurization Mixed, sterilized End product3 Microbiology of fish sauce fermentationhalophilic bacteria,5.5 Starch based fermented foods,5.5.1 Types of starch-bas
30、ed fermented foods Bread Beer Sake Red monascus rice Fermented dough,5.5.2 Bread,1 Types of breadthe flour product is produced of specific flavors and texture by utilize of the fermentation of yeasts and bacteria（Formation of Carbon dioxide, alcohol, organic acids) Single-yeast fermented bread Singl
31、e-LAB fermented bread2 Procedures for bread Flour 拌料机 leaven dough Stirring dough recovery Baking End Products,F,3 Microbiology of bread fermentation,Function of S. cerevisiae Gas production pH decrease and alcohol production Improvement of rheological properies Flavor improvementFunction of Lactic
32、acid bacteriaProduction of organic acids,4 Screening of Saccharomyces for bread,Selection criteria Capability of maltose utilization Acid tolerance Resistance against freeze-thaw Resistance against osmosis Flavor production,5.5.3 Red Rice,1 Preparation of red rice Polishment of rice, Sterilize, Inoc
33、ulation, Fermentation for 3 weeks, Red monascus rice,F,2 Microorganisms M. purpureusPigments production: Monascorubin and Monascin,Kiriya Chemical Co. Ltd.,Red monascus rice,Resistance against high temperatures no drift into yellow or blue shades. Monascus Red is ideal for colouring meat and sausage products. An alternative to nitrite-curing-salt,S. typhimurium,
