微生物与发酵食品

第一节 细菌在食品制造中的应用

一、食醋

食醋是我国人民日常生活中主要调味品之一，也是我国利用微生物生产的一个古老的产品。 （一）、菌种

食醋是细菌的发酵产品，常利用醋酸杆菌进行好氧发酵而生产。如以淀粉为原料，还需霉菌和酵母菌的参与；如以糖类物质为原料，需加入酵母菌；只有以乙醇类物质为原料，单纯利用醋酸杆菌就可完成酿醋作用。

1、曲霉菌

酿醋先酿酒，曲霉菌的作用是将淀粉水解为葡萄糖，为酒精发酵提高条件。常用的菌种是黑曲霉(Aspergillus niger)，宇佐美曲霉(A.usamii)等。现常用是北微所选育的黑曲霉变异株UV-11，编号为AS.3.4309，最适pH值为3.5-5.0。米曲霉常用菌株有沪酿3.040,沪酿3.042(AS3.951),AS3.863等。黄曲霉菌株有AS3.800、AS3.384等。

2、酵母菌

酵母菌通过其酒化酶系统把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。其菌种主要是酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)。

3、醋酸菌

醋酸菌具有氧化酒精生成醋酸的能力。醋酸菌的形态为短杆或长杆细胞，单独、成对或排列成链状。不形成芽孢，革兰氏染色，幼龄阴性，老龄不稳定。好氧，喜欢在含糖和酵母膏的培养基上生长。最适生长温度为30oC左右，最适pH值为5.4-6.3。

目前国内外用于生产的食醋菌种有：奥尔兰醋酸杆菌(Acetobacter orleanwnse)、许氏醋酸杆菌(A.schutzenbachu)、弯曲杆菌(A.curvum)、产醋醋杆菌(A.acetigenum)、醋化醋杆菌(A.aceti)、恶臭醋杆菌(A.ranlens)等。我国目前使用人工纯培养的醋酸菌种，主要有中微所培育出的恶臭醋杆菌的混浊变种(AS1.41)、上海酿造所和上海醋厂从丹东速酿醋中分离而得的巴氏醋杆菌(A.pasteurianus)巴氏亚种（沪酿1.01号）。 （二）、发酵机理

(C6H12O6)N+nH2O nC6H12O6

C6H12O6+2ADP+2Pi 2CH3CH2OH+CO2+2ATP CH3CH2OH+NAD CH3CHO+NADH2 CH3CHO+NAD+H2O CH3OOH+NADH2

食醋在发酵过程中，通过美拉德反应和酶促褐变反应生成色素。发酵过程中产生各种有机酸和醇类，通过酯化反应合成各种酯类，赋予特殊的香气。脂类以乙酸乙酯为主。醋酸是形成酸味的主体酸，甜味来自糖分。鲜味来自蛋白质的水解产物氨基酸和菌体自溶核酸的降解产物核苷酸。 （三）、工艺流程

食醋的酿造方法通常分为固态发酵和液态发酵两大类。我国传统的酿造法多采用固体发酵，该法生产的醋风味较好，但需要辅料多，发酵周期长，原料利用率低，劳动强度大。

一般工艺流程为：原料混合，加水拌匀，烝煮，冷凉和加麸皮和酵母，糖化、发酵，拌糠接入醋酸菌，醋酸发酵，加盐陈酿，淋醋，陈醋，配兑，灭菌，包装，成品。

可用于食醋生产的原料很多，有糖蜜、高粱、大米、玉米、甘薯、糖糟、梨、柿等干果以及野生含糖和含淀粉的果实等。一般著名的醋仍以糯米、大米、高粱等粮食作物为原料。

我国食醋名优产品如山西陈醋 、镇江陈醋、江浙玫瑰醋、四川麸醋÷福建红曲醋、东北白醋等。

二、乳酸发酵制品

（一）乳酸菌及其有关属

按生化性状分类法：乳杆菌属、链球菌属、明串珠菌属、双歧杆菌属和片球菌属。 1、乳杆菌属

形态多样，长、细长、弯曲及短杆、棒形球杆状，一般形成链，通常不运动，无芽胞，G=。

微嗜氧，营养要求复杂，需要氨基酸、肽、核酸衍生物、盐类、脂肪酸、可发酵的碳水化合物。

生长温度范围2-53oC，最适生长温度30-40oC，耐酸H5.5-6.2。不能还原硝酸盐，H2O2酶反应阴性，细胞色素阴性。G+C范围32%-53%。

德氏乳杆菌、保加利亚乳杆菌、瑞士乳杆菌、嗜酸乳杆菌等。

目前将乳杆菌分为三个亚属：专性同型发酵群、兼性异性发酵群和专性异型发酵群。

2、链球菌属

通常排列成对或链，无芽孢，G=，发酵碳水化合物主要是乳酸，代谢过程中不能利用氧，但可在氧环境中生长，是一种耐氧的厌氧菌，H2O2酶反应阴性。

该菌属有些是人和动物的病原菌，如牛乳房炎的无乳链球菌；引起咽喉炎的溶血链球菌；食品发酵工业上应用的有乳酸链球菌、乳酪链球菌、嗜热乳链球菌等。

3、明串珠菌属

细胞球形，通常呈豆状，G=，不运动，无芽胞，兼性厌氧，菌落通常小于Φ1㎝，光滑、圆形，灰白色。培养液生长物混浊均匀，但形成长链的菌株趋向于沉淀。

生长温度范围5-30oC，最适20-30oC。

需要复合生长因子、氨基酸以及烟酸、硫胺素、生物素、可发酵葡萄糖，产生D（-）乳酸，乙醇和CO2。

接触酶阴性，无细胞色素，不水解精氨酸，通常不酸化和凝固牛乳。不分解蛋白，不产生吲哚，不还原硝酸盐，不溶血。G+C为38-44%。

食品中常用的菌种有肠膜明串珠菌、及其乳脂亚种、酒明串珠菌等。 4、双歧杆菌属

双歧杆菌属细菌的细胞呈现多样形态，有短杆较规则形或纤细杆状带有尖细末端的细胞，有呈球形者，弯曲状的分支或分叉形，棍棒状或匙形。

单个或链状，V形，栅栏状排列，聚合成星状等。G=，不抗酸，不形成芽孢，不运动、厌氧，最适生长温度37-41oC，初始生长最适PH6.5-7.0。G+C含量为55-67%。

模式种为双歧双歧杆菌。应用在发酵乳制品有双歧双歧杆菌、婴儿双歧杆菌、青春双歧杆菌、长双歧杆菌和短双歧杆菌。 5、片球菌属

细胞圆球形，一般成对，单个罕见，G=，不运动，不形成芽孢，兼性厌氧。菌落大小可变，Φ1.2-2.5㎝，最适生长温度范围25-40oC，生长时需要有复合的生长因子和氨基酸，还需要烟酸、泛酸、生物素。接触酶阴性，无细胞色素，通常不酸化和凝固牛乳，不分解蛋白，不产生吲哚，不还原硝酸盐，不水解马尿酸钠。

（二）、乳酸发酵类型

葡萄糖进入细胞后的代谢情况依微生物的不同而不同。乳酸菌属于兼性厌氧菌和厌氧菌，它们只能通过发酵作用进行糖代谢，主要产物有乳酸、和一些其它

还原性的产物。根据菌体内酶系统的差异，其代谢途径分三类，即同型发酵途径、异型发酵途径和双歧途径。

同型乳酸发酵是指发酵终产物90%以上为乳酸的乳酸发酵过程。

异型乳酸发酵是指终产物中除乳酸外，还有乙醇、二氧化碳等成分的乳酸发酵过程。

双歧途径是双歧杆菌的产能模式。在葡萄糖代谢中，2mol葡萄糖产生3mol乙酸，2.5mol乳酸和ATP。 （三）、泡菜

泡菜是一种独特而具有悠久历史的大众的乳酸发酵蔬菜制品,制作工艺可以追溯到2000多年前,乳酸发酵的“冷加工”方法对蔬菜和营养成分,色香味体的保持极为有利,产品既有良好的感官品质,又节约能源。具有设备简单,操作容易,成本低廉,原料丰富,食用方便等众多优点。千百年来,泡菜以其酸鲜纯正,脆嫩芳香,清爽可口,回味悠久,解腻开胃,促消化,增食欲的品位及功效吸引着国内外众多消费者。使泡菜这种食文化世代相传、源远流长、经久不衰。如今以成都泡菜为代表的中国泡菜与韩国泡菜、日本泡菜齐名,成为世界公认的健康发酵蔬菜制品。虽然三国泡菜生产工艺各有绝技,产品质量各具特色,但是无一不焕发出青春,以崭新的面貌继续造福于人类。

韩国泡菜具有千年以上的历史,但直到1950年前后,仍停留在家庭作坊的制作方式。自1974年出现第一家工厂化生产泡菜的企业以来,今日韩国泡菜几乎成为纯粹的工业产品。由于韩国泡菜的不断更新在国际上得到了认可。1997年在国际食品规格委员会会议上,将泡菜的国际标记定为韩国“泡菜”两字发音的“kimchi”。此外韩国清州大学于2000年增设了泡菜食品科学专业。

日本生产的日式泡菜源于韩国,后根据本国国情加以改进自成一家。自80年代后期开始盛行,除满足本国消费外也批量出口。产品从口味到制作工艺均与中国泡菜和韩国泡菜有明显区别。制作方式为:使用天然色素或酱油泡制,没有经过乳酸菌作用,属于低盐、低酸的非发酵型蔬菜制品，通常需冷链销售。

国内的泡菜产地主要在四川成都,成都泡菜以其独有的高品质闻名于世。目前成都地区的蔬菜年产量已达到300万吨。丰富的原料资源和自然优势造就了泡菜行业的崛起和兴旺。据不完全统计,仅成都及周边地区的泡菜生产企业就在千家以上。产品畅销祖国大江南北,甚至远销国外。但是也应当看到,在众多泡菜生产企业中除为数不多的具备工业化生产能力以外,其余均属零星、分散、小规模的作坊式生产。

在制作泡菜过程中，微生物类群的消长变化，可以分为三个阶段：

第一阶段为微酸阶段：乳酸菌利用蔬菜中的可溶性养分进行乳酸发酵，形成乳酸，抑制了其他微生物的活动，主要菌为链球菌和肠膜明串珠菌，另外常见的微生物类群还有假单胞菌、产气肠杆菌、阴沟肠杆菌、短小芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、多黏芽孢杆菌等。

第二阶段为酸化成熟阶段：腐败微生物的活动受到抑制后，更有利于乳酸菌的大量繁殖和乳酸发酵的继续进行使乳酸浓度愈来愈高，达到了酸化成熟阶段。参与发酵的优势微生物种类有肠膜明串珠菌、植物乳杆菌、短乳杆菌和发酵乳杆菌。

第三阶段为过酸阶段：当乳酸浓度继续增高，乳酸菌的活动受到抑制，此时泡菜和酸菜内的微生物活动几乎完全停止，因此蔬菜得以长时间保存不坏。这一期间的优势微生物主要是植物乳杆菌和短乳杆菌。

乳酸菌在发酵过程中，除了产乳酸外，还产生大量的乙醛、乙醇、二氧化碳、甘露醇、葡聚糖及其它风味物质。 （四）、发酵乳制品

新鲜的原乳经过微生物的发酵作用，成为具有特殊风味的食品，这些食品称之为发酵乳制品。该制品具有良好的风味，较高的营养，同时具有一定的保健作用。其产品主要有干酪、酸奶油、酸乳、马奶酒等。 1、菌种

乳酸细菌发酵糖类的类型可分为两种：同型乳酸发酵和异型乳酸发酵。同型发酵即一些乳酸菌在发酵过程中能使80%-90%的葡萄糖转化为乳酸，仅有很少量的其他产物，引起这种发酵的乳酸菌叫做同型乳酸菌。常用的菌种有干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)、保加利亚乳杆菌(L.bulgaricus)、乳链球菌(Streptococcus lactis)、嗜酸乳杆菌(Lactobacillus acidophilum)、胚芽乳杆菌(L.plantarum)、嗜热链球菌(Streptococcus thermophilus)、丁二酮链球菌(Strediacetilactis)等等。异型发酵即一些乳酸菌在发酵过程中，能使发酵液中50%的糖转化为乳酸，另外50%的糖转化为其他有机酸、醇、二氧化碳等，引起这种发酵的乳酸菌叫做异型乳酸菌。常用的菌种有嗜柠檬酸明串珠菌(Lcuconostoc citrovorum)和葡萄糖明串珠菌(L.dextranicum)等。

所有的乳酸菌通常是不运动的，不形成芽孢。兼性厌氧，罕见色素，营养要求复杂。在固体培养基上形成的菌落较小。它们对酸具有高度的耐性。 2、发酵乳制品种类

（1）、酸性奶油

酸性奶油就是把从合格鲜乳中分离出来的稀奶油，经过杀菌冷却，接种纯发

酵剂，在合适温度下进行发酵而产生一定的芳香风味和酸度，在经物理成熟得到的合格产品。其工艺流程如下：乳的验收→离心→分离→稀奶油→中和→杀菌→冷却→添加发酵菌剂→物理成熟→添加色素→搅拌→排除酪乳→压练 包装→检验→成品。

目前常用混合菌剂进行发酵，酸制奶油菌种有乳酸链球菌、乳脂（酪）链球菌、嗜柠檬酸链球菌、丁二酮乳链球菌和嗜柠檬酸明串珠菌等。乳链球菌和乳酪链球菌产酸较强，但产香味能力较差。而嗜柠檬酸链球菌、丁二酮乳链球菌能使乳液中的柠檬酸分解为羟丁酮，再氧化为具有芳香味的丁二酮。

目前认为较好的奶油发酵酒一般含有乳链球菌乳酪链球菌和丁二酮乳链球菌三种菌种的混合菌种。在生产中要防止噬菌体和杂菌的浸染。

（2）、干酪

干酪是由优质鲜乳经杀菌后，加入凝乳酶或微生物菌种，首先使乳液形成凝块，然后脱去乳清，再压块，发酵，逐渐“成熟”而成。其主要成分是酪蛋白和乳脂，还含有丰富的钙、磷、硫等，也含有较多的B族维生素和VA。

干酪发酵剂也多采用多菌种混合，与酸奶油基本相似，再添加一些乳杆菌，除产生乳酸外，还能分解蛋白质产生香味，其风味物质主要是蛋白质分解产生氨基酸，由乳糖及柠檬酸发酵，脂肪水解产生挥发酸及盐类或酯类、以及丁二酮等物质形成。

干酪在发酵过程中，初期含菌量较多，乳酸菌占优势，数量增加较快，随着干酪成熟，乳糖被消耗，乳酸菌随之逐渐死亡。

干酪在生产中，要注意防止微生物污染，特别说噬菌体对干酪生产威胁较大。表面如污染了酵母和霉菌以及一些分解蛋白质的细菌，常使干酪软化、褪色和产生臭味等等。所以为了保证干酪的发酵质量，必须严格质量管理和菌种选育。

（3）、酸牛乳

酸牛乳是新鲜牛乳经乳酸菌发酵制成的发酵食品，具有整肠，增加人体的抵抗力，减轻乳糖的不耐受性，降低血液中胆固醇的含量，抑制肠道中有害菌的生长等保健作用，因此，它深受消费者的喜爱。

酸牛奶制品中典型的混合发酵剂是保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌（1：1），它们的最适生长温度为42-43oC，采用混合菌生产比单一菌种产酸率要高很多。

酸牛乳在生产过程中要严格注意操作人员和环境的卫生，防止杂菌和病原菌的污染。

三、氨基酸

氨基酸是组成蛋白质的基本成分。常见的有20种氨基酸，其中有8种氨基

酸是人体必需但在体内又不能合成的，通常称为必需氨基酸。另外在食品工业中，氨基酸可作为调味品，如谷氨酸钠作鲜味剂用，色氨酸和甘氨酸可作甜味剂。在某些食品中还可通过添加某种氨基酸来调整氨基酸的比例，可提高蛋白质的利用率。在畜禽生产中也通常要加入必需的氨基酸。所以氨基酸的生产具有重要意义。

1、谷氨酸的生产

用于谷氨酸发酵生产的微生物有谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)、黄色短杆菌(Brevibacterium flavum)等。我国使用的菌株是北京棒状杆菌(Corynebacterium Pekinese sp)AS1.299、钝齿棒杆菌(Corgnebacterium crenatum)AS1.542等。

在用于谷氨酸生产菌中，除芽孢杆菌外，其他菌随不属于一个种，但都具有共同的特征，菌体为球形、短杆或棒状，无鞭毛，不运动，不形成芽孢，革兰氏染色呈阳性，需要生物素，在通气条件下培养产生谷氨酸。

微生物合成谷氨酸的途径大致是葡萄糖经糖酵解和单磷己糖支路两种途径生成丙酮酸，丙酮酸进一步生成乙酰辅酶A，然后进入三羧酸循环，生成α-酮戊二酸，在谷氨酸脱氢酶的作用下，有NH+4存在时生成L-谷氨酸。

谷氨酸生产原料通常有淀粉质类的物质。以甘薯淀粉最为常用。 2、赖氨酸生产

赖氨酸生产上主要应用营养缺陷型菌株，目前国内主要用生产谷氨酸的北京棒状杆菌AS1.299经硫酸二乙酯诱变选育出的高丝氨酸缺陷型菌株AS1.563。

生产赖氨酸的碳源很广，常用玉米、小麦、甘薯、甘蔗糖液、甜菜糖液等；常用尿素和硫铵作氮源。

四、维生素C

维生素C不仅是重要的营养成分外，在食品工业中常用作抗氧化剂，常用于脂肪、油、冷藏食品、啤酒的保藏，同时也是重要的医药制品。

目前我国二次发酵法生产维生素C生产工艺处于世界领先水平。该工艺是以氧化葡萄糖酸杆菌(Gluconobacter oxydans)为主要产酸菌，以条纹假单胞菌(Pseudomonas striata)为伴生菌的自然共生菌丝。单纯培养时，前者生长缓慢且产酸能力弱，而后者根本不产酸，但两者共同发酵时，都能将L-山梨糖直接转化成2-酮基-L-古洛糖。

在将D-山梨醇转化为L-山梨糖发酵中，常用的菌种是弱氧化醋酸杆菌(Acetobacter suboxydans)和生黑醋酸杆菌(Acetobacter melanogenum)。另外还可使用生黑葡萄糖醋酸杆菌(Gluconobacter roscum)、恶臭醋酸杆菌(Acetobacter rancens)、醋化醋酸杆菌(Acetobacter aceti)和拟胶醋酸杆菌(Bscterium xlinoxides)

等。

生产时，可直接用葡萄糖作原料，也可用甘薯、木薯或马铃薯淀粉为起始原料，经酸法或酶法转化成精制葡萄糖水溶液进行发酵生产。

五、纳豆菌与纳豆发酵

纳豆是日本的传统发酵大豆食品。传统的方法是以稻草包裹煮熟的大豆，经自然发酵而成。纳豆不仅营养丰富，而且具有抑菌、解酒、恢复疲劳、改善肝功能、预防口腔炎、肺结核和心脑血官疾病等功效，长期食用可达到美白肌肤的效果。

纳豆生产用的纳豆菌属枯草芽孢杆菌纳豆菌亚种。G+、好氧、有鞭毛、极易成链。营养琼脂培养基上的菌落特征为粗糙型，表面有皱褶，边缘不整齐，圆形或不规则形，易蔓延；能发酵葡萄糖、木糖、甘露醇产酸，不产气、有荚膜。0-100℃℃可存活，最适生长温度为40-42℃。纳豆菌在生长繁殖过程中，可产生淀粉酶、蛋白酶、脱氨酶和纳豆激酶等多种酶类化合物。

纳豆菌可杀死霍乱菌、伤寒菌、大肠杆菌O-157H7等，起到抗生素的作用。纳豆菌还可以灭活葡萄酒菌肠毒素；纳豆中含有100种以上的酶，特别是纳豆激酶，具有很强的溶血栓作用。另外纳豆菌在发酵过程中能产生大量的黏性物质，主要成分是γ-谷氨酸的聚合物（γ-PGA），可开发成新型的外科手术材料。纳豆中含有丰富的维生素B2、B6、B12、E、K等多种营养物质。每克纳豆中含有38.5-229.1ug的染料木素，71.7-492.8mug染料木甙，染料木素是抗癌的主要活性成分。

其基本的生产工艺为：精选大豆→浸泡、沥干→蒸煮→冷却、接种纳豆菌→发酵→4℃放置1天→纳豆。

第二节 酵母菌在食品制造中应用

一、面包

面包是一种营养丰富、组织膨松、易于消化吸收、食用方便的食品之一。它是以面粉为主要原料，加上适量的酵母菌和其他辅助材料，用水调制成面团，再经过发酵、整形、成型、烘烤等工序而制成。 （一）、菌种

在面包生产中，所用的菌种主要有压榨酵母和活性干酵母。压榨酵母又称鲜酵母，它是用酵母液经压榨而制成，使用方便，但不易久存。活性干酵母是由压榨酵母经低温干燥而成，其发酵力有所减弱，使用时须活化再用。

酵母在面包中所起的作用如下：

1、使面包结构膨松。酵母菌在发酵过程中产生大量的二氧化碳能使面包疏

松多孔，呈海绵状。

2、改善面包的风味。酵母菌在发酵过程中产生的酒精和其它物质，与面团中的有机酸在烘烤中形成特有的香味。

3、增加面包的营养价值。酵母细胞含有丰富的营养物质，菌体残留在面包中，因而提高了发酵食品的营养价值。 （二）、发酵机理

将酵母加入面粉和水的混和物中，在适当的温度下（28oC左右），酵母便开始生长繁殖。它首先利用面粉中含有的少量单糖和蔗糖。在发酵同时，面粉中的β-淀粉酶能将面粉中的淀粉转化为麦芽糖。

麦芽糖的增加为酵母菌进一步提供营养物质，酵母菌本身能够分泌麦芽糖酶和蔗糖酶，将麦芽糖和蔗糖分解成单糖，供酵母使用。

酵母菌利用这些糖类及其它物质先后进行有氧呼吸和无氧呼吸，产生CO2、醇、醛和一些有机酸等产物。

生成的CO2被面筋包围，不易逸散，从而使面团逐渐胖大，发酵后的面团，经揉搓、造型后、烘烤，由于CO2受热膨胀，从而使面团形成多孔海绵状。在发酵中形成的其它物质，如乙醇、乳酸、醛、酮等，在烘烤中形成面包特有的香味。 （三）、危害面包的微生物

在菌种生长过程中，有些酵母如圆酵母(Torula)、假丝酵母及醭酵母(Mycoderma)等常比啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiac)生长快，妨碍了啤酒酵母的大量繁殖，从而降低了酵母的发酵生产能力。

许多微生物在压榨酵母上也能生长，造成菌种污染腐败，如乳粉孢霉(Oidiumlactis)能使压榨酵母产生霉味；青霉属的一些种在菌种上形成绿色的菌斑；曲霉则在菌种上形成浅黄至褐色一层。

面粉中含有较多微生物，如烘烤时间不够，在面包中心会残留少量的微生物，如巨大芽孢杆菌(Bacillus megatherium)、粘稠芽孢杆菌(Bacillus viscosus)存在时，会使面包发粘，产生典型的抽丝现象。酪酸（丁酸）梭状芽孢杆(Clostridium butyricum)菌能使面包产生酸败的臭味。

二、酵母细胞的利用

酵母细胞含有丰富的蛋白质、糖类、维生素和脂肪。随着人口的增长和动植物资源的限制，从微生物中获得蛋白质（单细胞蛋白）是解决人类蛋白质食物资源的一条重要而有效的途径。微生物生长繁殖迅速，其生长条件完全受人工控制，而微生物对营养物质适应性强，可利用农副产品废弃物糖蜜、纸浆废液、烃类及醇类进行生产。以酵母菌发酵生产单细胞蛋白主要有如下用途：

1、用作食品

酵母菌菌体营养丰富，含有除蛋氨酸外其它人体必需氨基酸，素有“人造肉”之称，成人每天吃干酵母10-15g，蛋白质就能满足。

2、用作发酵剂

新鲜酵母和活性干酵母可用作面包和馒头发酵剂。 3、用作饲料

用假丝酵母和产朊酵母作为菌种，利用亚硫酸废液或石油生产酵母菌体，可用于牲畜饲料。

4、用作医药

酵母片可帮助消化，从酵母中提取的凝血质用于各种出血，麦角固醇是制造维生素D的原料，辅酶A可用于治疗动脉硬化、白细胞减少症、慢性肝炎、血小板减少症等。辅酶I（NAD）用于治疗肝病或肾病，细胞色素C是细胞呼吸激活剂。

5、用作试剂

酵母浸出汁和酵母海藻糖等可用作生物试剂，用于生化、微生物等研究。

三、酿酒

（一）、白酒

白酒又名烧酒，是用高粱、小麦、玉米等淀粉质原料经蒸煮、糖化发酵和蒸馏而制成。根据发酵剂与工艺的不同，一般可将蒸馏白酒分为大曲酒、小曲酒、麸曲白酒及液态白酒四大类。 1、酒窖窖泥微生态系

“千年老窖出好酒”是中国传统白酒生产实践的科学总结。窖泥是采用黄土建成，新的发酵窖经过七八轮发酵后，窖泥由黄色变为黑色，再经过约两年的发酵，又逐渐变为乌白色，并变绵软为脆硬，产品质量也随着时间的推移和窖泥的变色二逐渐提高。老窖与新窖的根本差别是它们所含的产香微生物数量和种类的不同。老窖泥中主要有己酸菌、丁酸菌等细菌类微生物以及酵母和少量的放线菌等。其中厌氧芽孢杆菌在酒窖中占有主导的地位，为优势微生物群，在酒窖微生态中有重要 的生态功能。 2、大曲发酵

大曲酒发酵是较为粗放的多菌种混合发酵，参与发酵的微生物种类很多，数量大，它们相互依存，密切配合，形成一个动态的微生物群系。由于生产工艺、曲的种类和窖池以及地区、季节的不同，发酵酒醅微生物的构成也不一样，并且随发酵过程的进展而变化。

茅香型酒醅中一般以芽孢杆菌类较多，其中包括巨大芽孢杆菌、地衣型芽孢杆菌、梭状芽孢杆菌以及枯草芽孢杆菌等；而霉菌和酵母较少。泸香型酒曲霉菌和酵母菌较多，主要的霉菌有米曲霉、黄曲霉、根霉、毛霉、红曲霉等；酵母菌主要有假丝酵母、拟内酵母、酵母属酵母和汉逊氏酵母等。

发酵酒醅的微生物来源主要有两个方面：

（1）、发酵酒醅的微生物主要来源于酒曲。通过接种使酒醅获得菌种，同时还给酒醅提供了大量的淀粉酶、蛋白酶等各种酶类。通过这些酶的作用，为酒醅微生物的生长繁殖提供大量的营养和能源。

（2）、窖泥、环境空气、酿造用水、器具设备等也是酒醅微生物的重要来源。

3、小曲微生物

小曲酒在我国具有悠久的历史，其特点是用曲量小，发酵期短，出酒率高等。小曲又名药曲，因曲胚形小而得名。是用米粉、米糠和中草药接入隔年老曲经过自然发酵而成。小曲中的优势微生物种类主要是根霉和少量的毛霉等，此外还有乳酸菌、醋酸菌以及污染的一些杂菌。如芽孢杆菌、青霉、黄曲霉等。 4、麸曲白酒酿造中的微生物

麸曲白酒是新中国成立后发展起来的。采用麸曲加酒母代替传统大曲所酿制的蒸馏白酒称为麸曲白酒。

麸曲又名糖化曲，它是用以进行淀粉糖化的霉菌制品，主要的糖化菌以曲霉为主，常用的有黑曲霉、米曲霉、黄曲霉及甘薯曲霉等。 （二）、啤酒

啤酒是以麦芽、酒花为原料，经过麦芽糖化和酵母发酵而成的、含有低度酒精（3-5%左右）的饮料酒，营养价值高，素有“液体面包”之称。

酿造啤酒的菌种采用啤酒酵母的各种菌株。啤酒酵母的细胞形态为圆形或卵圆形。幼年细胞较小，成熟时细胞较大。液体中培养的细胞往往大于在固体培养基中生长的细胞。在麦芽汁固体培养基上生长，菌落表现出光滑、湿润、乳白色、边缘整齐的特征。在液体培养基中，呈混浊状态。上面啤酒酵母，悬浮于液体表面形成醭。而下面酵母则呈絮凝状，沉积于容器的底部。另外用梨形酵母和蠕形杆菌共同发酵可以酿造姜汁啤酒。

啤酒酿造中常见的杂菌污染主要有巴氏乳杆菌和啤酒片球菌以及某些野生酵母。

第三节 霉菌在食品工业中应用

一、酱油

酱油是日常生活中重要的调味品，我国生产已有两千多年历史。主要是由曲霉产生的蛋白酶将大豆蛋白进行分解，并同其他微生物共同作用，形成营养丰富，风味独特的食品。 （一）、菌种

酱油是多种微生物混合作用的结果。 1、米曲霉和酱油曲霉

酱油中应用的曲霉菌主要是米曲霉(Aspergillus oryzae)和酱油曲霉(A.sojse)，米曲霉和酱油曲霉对原料发酵快慢、成品颜色浓淡、味道鲜美程度有直接关系。

米曲霉菌落生长很快，初为白色外，渐变黄色。分生孢子成熟后，成黄绿色。分生孢子头为放射形，顶囊球形或瓶形，粗糙或近于光滑。

米曲霉有复杂的酶系统，主要有蛋白酶、谷氨酰胺酶、淀粉酶，此外还有果胶酶、半纤维素梅和酯酶等。其中重要的是蛋白酶、淀粉酶、谷氨酰胺酶，它们决定着原料的利用率，酱醪发酵成熟的时间以及产品的味道和色泽。

酱油曲霉是日本学者坂口在30年代从酱油中分离出来的，并应用于酱油的生产。酱油曲霉分生孢子囊表面有小突起，孢子柄表面平滑。含有蛋白酶、聚半乳糖醛酸酶等。

目前日本制曲用混合菌种，其中米曲霉占79%，酱油曲霉占21%。我国则使用纯米曲霉菌种，广泛使用是米曲霉3.042，该菌特点是产蛋白酶高，生长速度快，抗杂菌能力强，酱油的香气和滋味均优良，不产黄曲霉毒素等。现对3.042进行诱变育种，获得产蛋白酶高一倍的沪酿UE328和沪酿UE336新菌株。另外，对UE336进行诱变，筛选出谷氨酰胺酶活力比对照组高2倍以上的沪酿422号，在同等发酵条件下，谷氨酸含量提高40%左右，并且不含黄曲霉毒素B1。 2、酵母菌

从酱醪中分离出的酵母有7个属，23个种，其基本形态是圆形、卵圆形、柠檬形、腊肠形等，最适生长温度为28-30oC，pH值是在4.6-5.6之间。

与酱油质量关系密切的是鲁氏酵母(Saccharomyces rouxii)、易变球拟酵母(Torulopsis versatilis)、埃契氏球拟酵母(T.etchellsii)、无名球拟酵母(T.famata)等。鲁氏酵母主要是发酵葡萄糖等生成乙醇、甘油等，从而进一步生成酯、糖醇等，增加酱油的风味。在后发酵期，鲁氏酵母开始自溶，促进了易变拟球酵母和埃契氏球拟酵母的生长，它们是酯香型酵母，参与酱醪的成熟，生成烷基苯酚类香味物质，如4-2乙基苯酚等，改善了酱油的风味。

3、乳酸菌

从酱醪中分离的细菌有6个属18个种，和酱油关系最密切的是乳酸菌。其菌体杆状、球形，分散或成链状。对氧要求不一，其中酱油四联球菌(Tetrecoccus soyae)、嗜盐片球菌(Pediococcus halophilus)、酱油片球菌(P.soyae)与酱油风味形成有密切关系。在酱醪发酵过程中，前期嗜盐片球菌多，后期四联球菌多些。

乳酸菌的作用是利用糖产生乳酸。与乙醇作用生成乳酸乙酯，香气很浓，由于乳酸降低了发酵醪的pH值(5.0)，这样可促进鲁氏酵母的繁殖。乳酸菌和酵母菌联合作用，赋予酱油特殊的香气。根据经验，乳酸菌与酵母菌数之比为10：1时，效果最好。

近年来，又发现某些芽孢杆菌也参与酱油的酿造，而且是影响风味的主要因素。

（二）、机理

酿造酱油的过程，实际是多种微生物的协同作用的过程，通过微生物产生的酶的催化作用，将原料中的大分子物质分解为简单物质，再经复杂的物理化学和生物化学反应，就形成了具有独特风味的调味副食品。目前，已知酱油的化学成分达三、四百种。

原料中的蛋白质经米曲霉分泌的蛋白酶作用，逐渐分解成胨、多肽和氨基酸。米曲霉分泌的蛋白酶有三种：酸性(pH3)、中性(pH7左右)、碱性(pH8)，其中以碱性蛋白酶最多，所以如果发酵过程中pH值过低，会影响蛋白质的水解。米曲霉中的外肽酶高于其他曲霉，故有利于氨基酸的生成，谷氨酰胺酶又能将游离的谷氨酰胺分解成氨基酸。

原料中的淀粉经淀粉酶的糖化作用，水解成糊精和葡萄糖等。单糖或其他糖类，有的可被微生物作碳源利用，有的可形成酱色，增加酱油的甜味和粘稠度。

酱油中含有的有机酸有乳酸、醋酸、琥珀酸、葡萄糖酸等，是乳酸菌发酵产生的，这些酸都是酱油重要的呈味物质，又是香味重要成分。

酵母菌发酵产生乙醇等，构成了脂类的前体物质。在发酵过程中产生的酯类以及由化学反应形成的酯类，构成了酱油香气成分的主体。据目前分析有276种成分。

关于酱色的形成，目前一般认为有二种途径。第一种途径是美拉德反应。它是氨基化合物和羰基化合物之间的氨基-羰基反应，最终形成褐色物质——类黑色素，这是主要的生成途径；第二种途径是经过酶褐变反应，由曲生成的多酚氧化酶将蛋白质的水解产物酪氨酸氧化成黑色素。

一般认为，酱油的鲜味来自氨基酸和核酸类物质的钠盐；甜味来自与糖类、

某些氨基酸（甘氨酸）和醇类（甘油）等；酸味来自于糖类；苦味来自于某些氨基酸（如酪氨酸等）、乙醛等；咸味来自于食盐。 （三）、影响酱油质量的微生物 1、曲霉污染

有些原料本身发霉或在发酵过程中污染某些曲霉，这些曲霉能产生黄曲霉毒素，有些菌种也能产黄曲霉毒素。 2、细菌污染

酱油卫生指标中，细菌数每毫升不超过5万个，大肠杆菌近似值100ml不超过30个，致病菌不得检出。如果超标，表示发生污染。主要来源于种曲、容器等，也可能与污染粪便有关。 3、酱油生“花”

酱油生“花”是污染了耐盐性酵母所致，如盐生接合酵母(Zygosaccharomyces alsus)、日本接合酵母(Z.japonicus)、粉状毕赤氏酵母(Pichia farinose)、球拟酵母属(Torulopsis)和醭酵母属(Mycoderma)中的某些种等。酱油生“花”是由于浓度过稀，成熟不完全，含糖过多，食盐不足，灭菌不彻底或容器不清洁所引起的。酱油生霉后引起质量下降，糖和氮减少，香气消失，鲜味减弱，并产生臭味，苦涩味。

二、豆腐乳

腐乳为我国著名的传统食品，有1000多年的历史，它味道鲜美，营养丰富，价格便宜，深受人们喜爱。 （一）、菌种

腐乳以前靠自然发酵，周期长，受季节影响，而且容易污染。目前采用人工纯培养，缩短生产周期，而且不易污染，常年可生产。主要菌种有腐乳毛霉(Mucer sufu)、鲁氏毛霉(M.rouxianus)、五通桥毛霉(M.wutangkial)、总状毛霉(M.recemosus)、华根霉(Rhzopus chinensis)等。另外，还有细菌型腐乳，克东腐乳是利用微球菌属(Micrococrs)中的种进行酿造的，武汉腐乳是利用枯草杆菌进行酿造的。 （二）、机理

腐乳的酿造过程是微生物及其所产的酶不断作用的过程。在发酵前期，主要是毛霉等生长发育期，在豆乳胚周围布满菌丝，同时分泌各种酶，使豆乳中少量淀粉和蛋白质逐步分解，此时由外界来到胚上的细菌、酵母也随之繁殖，参与发酵。加入食盐、红曲、黄油等辅料，装坛后，即进行厌氧后发酵，毛霉产生的蛋白酶和细菌、酵母的发酵作用，将蛋白质分解为眎、胨、多肽和氨基酸等物质，

同时生成一些有机酸、醇类、酯类，最后制成具有特殊色、香、味的腐乳成品。 （三）、红曲

红曲是制造腐乳不可缺少的原料，红曲霉色素是天然色素，使用安全，它是红曲霉属的一些种经固体或液体培养产生的色素。红曲霉色素包括红曲霉素(monascin)、红曲霉红素(monascornbin)、红曲霉黄素(monasscoflavin)和红斑红曲霉素(rubropurctatin)等几种色素。

红曲霉的菌丝分隔，初为白色，后逐渐变为红色或紫色，它既能产生分生孢子，也产生子囊孢子。腐生菌，嗜酸，耐高温（35-47OC），耐乙醇（4%-10%），能利用多种碳源，本身能合成多种维生素，抗杂菌污染能力强。

三、豆酱

酱类制品起源于我国周朝，唐代开始传出国外。酱类包括大豆酱、蚕豆酱、面酱、豆瓣辣酱及其加工制品等。它是以豆类与面粉为原料，经蒸熟、制曲、发酵，由成熟酱醅直接配制或经研磨制得的半固态产品，呈红褐色，味鲜香浓，咸淡相宜的产品。米曲霉是酱类生产的主要微生物。

四、丹贝

丹贝又称天培（Tempeh），是印度尼西亚的传统大豆发酵制品。它是大豆经浸泡、脱皮、蒸煮后，接入霉菌，在37℃下于袋中发酵而成的产品。生产菌种为少孢根霉（Rhizopus oligosporus）。另外从丹贝中分离到葡之根霉、米根霉和无根根霉。

丹贝生产的关键是控制空气平衡。处于严格厌氧条件下霉菌生长不良，甚至不生长，但在氧气过多的条件下霉菌产生孢子，形成有一种难闻气味的黑色产品。在氧气平衡时霉菌形成紧密的白色乳状菌丝，缚在豆瓣上，形成一个坚硬的糕状物，煮后带有柔和的坚果味。由于食品级的塑料袋的透气性较差，所以要用特别的带有小孔的袋子，这样可使霉菌生长良好而无孢子产生。

丹贝在发酵过程中，由于大豆子叶组织出现松弛，使大豆蛋白质、脂肪在霉菌酶体系作用下发生分解，因而丹贝具有柔软、黏滑的口感。

丹贝中含有的染料木素和大豆甙元，具有抑制癌细胞的作用。糖肽和异黄酮混合物对金黄色葡萄球菌、伤寒沙门氏菌、普通变形杆菌、枯草杆菌、大肠杆菌、蜡样芽胞杆菌等食品中常见的腐败菌和致病菌有抑制作用。此外，少孢根霉在丹贝的发酵过程中还可以分泌丰富的SOD。

五、柠檬酸

柠檬酸(Citric acid)是生物体主要代谢产物之一,主要存在水果中,以未成熟的水果含量较多。柠檬酸是食品、医药、化工等领域应用最广泛的有机酸之一。

柠檬酸发酵可利用的微生物很多。主要有黑曲霉(Asp.niger)、文氏曲霉(Asp.wentii)、泡盛曲霉(Asp.awamoti)、宇佐美曲霉(Asp.usamii)、淡黄青霉(Penicillium)、梨形毛霉(Mucor piriforms)、普通黑粉霉(Ustulinavulgaris)、绿色木霉（Trichlderma viride）以及解脂假丝酵母等等。最广泛采用的是黑曲霉(Asp.niger)、文氏曲霉(Asp.wentii)和解脂假丝酵母等菌种。

柠檬酸工业化生产有三种发酵方法：浅盘发酵、固态发酵和液体深层发酵。一般采用深层发酵法生产。

第四节 微生物菌体食品

一、螺旋藻

螺旋藻属于蓝藻门，它们与细菌一样细胞核外无核膜，无有丝分裂器，细胞壁也与细菌相似，有多黏复合物构成，并含有二氨基庚二酸，G。螺旋藻外观为青绿色，显微镜观测成螺旋状。它是由许多细胞组成的螺旋状盘曲的不分枝的丝状体。可进行光合作用。生长温度为25-36℃，最适pH为9-11，在这样的环境条件下，其它许多生物都难以生存，而螺旋藻却能迅速生长繁殖。

螺旋藻蛋白质的含量在60%左右，由18种氨基酸组成，含有丰富的维生素及微量元素，具有很高的保健功效。

-

二、食用菌

食用菌是可以食用的一类大型真菌，主要有蘑菇、木耳、银耳等。食用菌营养丰富，味道鲜美。还有一些食用菌含有的真菌多糖具有增强机体免疫功能和抗癌作用。

食用菌在分类上属于真菌门的子囊菌亚门和担子菌亚门。我国常见的食用菌属于子囊菌的有地菇科、马鞍菌科和盘菌科。属于担子菌的有木耳科、银耳课、口蘑科、侧耳科等26个科。据统计我国食用菌约有350种。最主要的有木耳属的黑木耳、银耳属的银耳、猴头菌属的猴头、伞菌属的双孢蘑菇、小苞脚菇属的草菇、香菇属的香菇侧耳属的平菇。

食用菌的生产通常采用农业栽培法和液体深层发酵法。