微生物與食品

1.1 食醋

食醋是我國勞動人民在長期的生產實踐中製造出來的一種酸性調味品。它能增進食欲，幫助消化，在人們飲食生活中不可缺少。在我國的中醫藥學中醋也有一定的用途。全國各地生產的食醋品種較多。著名的山西陳醋、鎮江香醋、四川麩醋、東北白醋、江浙玫瑰米醋、福建紅曲醋等是食醋的代表品種。食醋按加工方法可分為合成醋、釀造醋、再製醋三大類。其中產量最大且與我們關係最為密切的是釀造醋，它是用糧食等澱粉質為原料，經微生物製曲、糖化、酒精發酵、醋酸發酵等階段釀製而成。其主要成分除醋酸(3%～5%)外，還含有各種氨基酸、有機酸、糖類、維生素、醇和酯等營養成分及風味成分，具有獨特的色、香、味。它不僅是調味佳品，長期食用對身體健康也十分有益。

1.1.1 生產原料

目前釀醋生產用的主要原料有：薯類 如甘薯、馬鈴薯等；糧穀類如玉米、大米等；糧食加工下腳料 如碎米、麩皮、穀糠等；果蔬類 如黑醋栗、葡萄、胡蘿卜等；野生植物 如橡子、菊芋等；其他 如酸果酒、酸啤酒、糖蜜等。

生產食醋除了上述主要原料外，還需要疏鬆材料如穀殼、玉米芯等，使發酵料通透性好，好氧微生物能良好生長。

 

1.2 發酵乳製品

發酵乳製品是指良好的原料乳經過殺菌作用接種特定的微生物進行發酵作用，產生具有特殊風味的食品，稱為發酵乳製品。它們通常具有良好的風味、較高的營養價值、還具有一定的保健作用。並深受消費者的普遍歡迎。常用發酵乳製品有酸奶、奶酪、酸奶油、馬奶酒等。

發酵乳製品主要包括酸奶和奶酪兩大類，生產菌種主要是乳酸菌。乳酸菌的種類較多，常用的有幹酪乳杆菌(Lactobacillus casei)、保加利亞乳杆菌(L. bulgaricus)、嗜酸乳杆菌(L. acidophilus)、植物乳杆菌(L. plantarum)、乳酸乳杆菌(L. Lactis)、乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)、嗜熱鏈球菌(Streptococcus thermophilus)等。

近年來，隨著對雙歧乳酸杆菌在營養保健方麵作用的認識，人們便將其引入酸奶製造，使傳統的單株發酵，變為雙株或三株共生發酵。由於雙歧杆菌的引入，使酸奶在原有的助消化、促進腸胃功能作用基礎上，又具備了防癌、抗癌的保健作用。雙歧杆菌因其菌體尖端呈分枝狀(如Y型或V型)而得名。雙歧杆菌是無芽孢革蘭氏陽性細菌，專性厭氧、不抗酸、不運動、過氧化氫酶反應為陰性，最適生長溫度為37~41℃。初始生長最適pH6.5~7.0，能分解糖。雙歧杆菌能利用葡萄糖發酵產生醋酸和乳酸(2：3)，不產生CO2。目前已知的雙歧杆菌共有24種，其中9種存在於人體腸道內，它們是兩歧雙歧杆菌(B. bifidum)、長雙歧杆菌(B. longum)、短雙歧杆菌(B. brevvis)、嬰兒雙歧杆菌(B. angulatum)、鏈狀雙歧杆菌(B. adolescentis)、假鏈狀雙歧杆菌(B. pseudocatenulatum)和牙雙歧杆菌(B. dentmum)等。應用於發酵乳製品生產的僅為前麵5種。

雙歧杆菌與人體，除了如在酸奶中起到和其它乳酸菌一樣的對乳營養成分的“預消化”作用，使鮮乳中的乳糖、蛋白質水解成為更易為人體吸收利用的小分子以外，主要產生雙歧杆菌素。其對腸道中的致病菌如沙門氏菌、金黃色葡萄球菌、誌賀氏菌等具有明顯的殺滅效果。乳中的雙歧杆菌還能分解積存於腸胃中的致癌物N-亞硝基胺，防止腸道癌變，並能通過誘導作用產生細胞幹擾素和促細胞分裂劑，活化NK細胞，促進免疫球蛋白的產生、活化巨嗜細胞的功能，提高人體的免疫力，增強人體對癌症的抵抗和免疫能力。

目前，發酵乳製品的品種很多，如酸奶、飲料、幹酪、乳酪等。現僅簡要介紹一下雙歧杆菌酸奶的生產工藝。

雙歧杆菌酸奶的生產有兩種不同的工藝。一種是兩歧雙歧杆菌與嗜熱鏈球菌、保加利亞乳杆菌等共同發酵的生產工藝，稱共同發酵法。另一種是將兩歧雙歧杆菌與兼性厭氧的酵母菌同時在脫脂牛乳中混合培養，利用酵母在生長過程中的呼吸作用，以生物法耗氧，創造一個適合於雙歧杆菌生長繁殖、產酸代謝的厭氧環境，稱為共生發酵法。

1.3 氨基酸發酵

1.3.1 概述

氨基酸是組成蛋白質的基本成分，其中有8種氨基酸是人體不能合成但又必需的氨基酸，稱為必需氨基酸，人體隻有通過食物來獲得。另外在食品工業中，氨基酸可作為調味料，如穀氨酸鈉、肌苷酸鈉、鳥苷酸鈉可作為鮮味劑，色氨酸和甘氨酸可作為甜味劑，在食品中添加某些氨基酸可提高其營養價值等等。因此氨基酸的生產具有重要的意義。表7~1列出部分氨基酸生產所用的菌株。

自從60年代以來，微生物直接用糖類發酵生產穀氨酸獲得成功並投入工業化生產。我國成為世界上最大的味精生產大國。味精以成為調味品的重要成員之一，氨基酸的研究和生產得到了迅速發展。隨著科學技術的進步，對傳統的工藝不斷地進行改革，但如何保持傳統工藝生產的特有風味，從而使新工藝生產出的產品更具魅力，是今後研究的課題。

1.5 黃原膠

1.5.1 概況

黃原膠(Xamthan Gum)別名漢生膠，又稱黃單胞多糖，是國際上70年代發展起來的新型發酵產品。它是由甘蘭黑腐病黃單胞細菌(Xanthomonas campestris)以碳水化合物為主要原料，經通風發酵、分離提純後得到的一種微生物高分子酸性胞外雜多糖。其作為新型優良的天然食品添加劑用途越來越廣泛。

國際上，黃原膠開發及應用最早的是美國。美國農業部北方地區Peoria實驗室於60年代初首先用微生物發酵法獲得黃原膠。1964年，美國Merck公司Keco分部在世界上首先實現了黃原膠的工業化生產。1979年世界黃原膠總產量為2000t，1990年達4000t以上。在美國，黃原膠年產值約為5億美元，僅次於抗生素和溶劑的年產值，在發酵產品中居第3位。

我國對黃原膠的研究起步較晚，進行開發研究的單位，如南開大學、中科院微生物研究所、山東食品發酵研究所等，均已通過中試鑒定。目前全國有煙台、金湖、五連等數家黃原膠生產廠，年產在200t左右，主要用作食品添加劑。我國生產黃原膠的澱粉用量一般在5%左右，發酵周期為72~96h，產膠能力30~40g/L，與國外比較，生產水平較低。隨著黃原膠生產和應用範圍的進一步發展，目前北京、四川、鄭州、蘇州、山東等地都有黃原膠生產新廠建成，預示著我國的黃原膠生產將呈現一個新的局麵。

2 食品製造中的酵母及其應用

酵母菌與人們的生活有著十分密切的關係，幾千年來勞動人民利用酵母菌製作出許多營養豐富、味美的食品和飲料。目前，酵母菌在食品工業中占有極其重要的地位。利用酵母菌生產的食品種類很多，下麵僅介紹幾種主要產品。

2.1 麵包

麵包是產小麥國家的主食，幾乎世界各國都有生產。它是以麵粉為主要原料，以酵母菌、糖、油脂和雞蛋為輔料生產的發酵食品，其營養豐富，組織蓬鬆，易於消化吸收，食用方便，深受消費者喜愛。

酵母是生產麵包必不可少的生物鬆軟劑。麵包酵母是一種單細胞生物，屬真菌類，學名為啤酒酵母。麵包酵母有圓形、橢圓形等多種形態。以橢圓形的用於生產較好。酵母為兼性厭氧性微生物，在有氧及無氧條件下都可以進行發酵。

2.2 釀酒

我國是一個酒類生產大國，也是一個酒文化文明古國，在應用酵母菌釀酒的領域裏，有著舉足輕重的地位。許多獨特的釀酒工藝在世界上獨領風騷，深受世界各國讚譽，同時也為我國經濟繁榮作出了重要貢獻。

釀酒具有悠久的曆史，產品種類繁多如：黃酒、白酒、啤酒、果酒等品種。而且形成了各種類型的名酒，如紹興黃酒、貴州茅台酒、青島啤酒等。酒的品種不同，釀酒所用的酵母以及釀造工藝也不同，而且同一類型的酒各地也有自己獨特的工藝。

2.2.1 啤酒

啤酒是以優質大麥芽為主要原料，大米、酒花等為輔料，經過製麥、糖化、啤酒酵母發酵等工序釀製而成的一種含有C02、低酒精濃度和多種營養成分的飲料酒。它是世界上產量最大的酒種之一。

3.1 生產用黴菌菌種

澱粉的糖化、蛋白質的水解均是通過黴菌產生的澱粉酶和蛋白質水解酶進行的。通常情況是先進行黴菌培養製曲。澱粉、蛋白質原料經過蒸煮糊化加入種曲，在一定溫度下培養，曲中由黴菌產生的各種酶起作用，將澱粉、蛋白質分解成糖、氨基酸等水解產物。

在生產中利用黴菌作為糖化菌種很多。根黴屬中常用的有日本根黴(Rhizopus japonicus AS3. 849)、米根黴(Rhizopus oryzae)、華根黴(Rhizopus chinensis〉等；曲黴屬中常用的有黑曲黴(Aspergillus niger)、宇佐美曲黴(Asp. usamii)、米曲黴(Asp. oryzae)和泡盛曲黴(Asp. awamori)等；毛黴屬中常用的有魯氏毛黴(Mucor rouxii)，還有紅曲屬(Monascus)中的一些種也是較好的糖化劑，如紫紅曲黴(Monascus. Purpurens)、安氏紅曲黴(Monascus. anka)、鏽色紅曲黴(Monascus. rubiginosusr)、變紅曲黴(Monascus. serorubescons AS3.976)等。

3.2 醬類

醬類包括大豆醬、蠶豆醬、麵醬、豆瓣醬、豆豉及其加工製品，都是由一些糧食和油料作物為主要原料，利用以米曲黴為主的微生物經發酵釀製的。醬類發酵製品營養豐富，易於消化吸收，即可作小菜，又是調味品，具有特有的色、香、味，價格便宜，是一種受歡迎的大眾化調味品。

用於醬類生產的黴菌主要是米曲黴（Asp.oryzae），生產上常用的有滬釀3.042，黃曲黴Cr-1菌株（不產生毒素），黑曲黴（Asp. Nigerf-27）等。所用的曲黴具有較強的蛋白酶、澱粉酶及纖維素酶的活力，它們把原料中的蛋白質分解為氨基酸，澱粉變為糖類，在其他微生物的共同作用下生成醇、酸、酯等，形成醬類特有的風味。

3.3 醬油

醬油是人們常用的一種食品調味料，營養豐富，味道鮮美，在我國已有兩千多年的曆史。它是用蛋白質原料(如豆餅、豆柏等)和澱粉質原料(如麩皮、麵粉、小麥等)，利用曲黴及其他微生物的共同發酵作用釀製而成的。

醬油生產中常用的黴菌有米曲黴、黃曲黴和黑曲黴等，應用於醬油生產的曲黴菌株應符合如下條件：不產黃曲黴毒素；蛋白酶、澱粉酶活力高，有穀氨酰胺酶活力；生長快速、培養條件粗放、抗雜菌能力強；不產生異味，製曲釀造的醬製品風味好。

1923年美國科學家研究成功了以廢糖蜜為原料的淺盤法檸檬酸發酵，並設廠生產。1951年美國Miles公司首先采用深層發酵大規模生產檸檬酸。我國1968年用薯幹為原料采用深層發酵法生產檸檬酸成功，許多微生物都能產生蘋果酸，

食品製造中的主要微生物酶製劑及其應用

酶是一種生物催化劑，催化效率高、反應條件溫和和專一性強等特點，已經日益受到人們的重視，應用也越來越廣泛。生物界中已發現有多種生物酶，在生產中廣泛應用的僅有澱粉酶、蛋白酶、果膠酶、脂肪酶、纖維素酶、葡萄糖異構酶、葡萄糖氧化酶等十幾種。利用微生物生產生物酶製劑要比從植物瓜果、種子、動物組織中獲得更容易。因為動、植物來源有限，且受季節、氣候和地域的限製，而微生物不僅不受這些因素的影響，而且種類繁多、生長速度快、加工提純容易、加工成本相對比較低，充分顯示了微生物生產酶製劑的優越性。現在除少數幾種酶仍從動、植物中提取外，絕大部分是用微生物來生產的。

4.1 主要酶製劑、用途及產酶微生物

酶製劑可以由細菌、酵母菌、黴菌、放線菌等微生物生產。

.3.1 酶製劑在食品保鮮方麵的應用

隨著人們對食品的要求不斷提高和科學技術的不斷進步，一種嶄新的食品保鮮技術—酶法保鮮技術正在崛起。酶法保鮮技術是利用生物酶的高效的催化作用，防止或消除外界因素對食品的不良影響，從而保持食品原有的優良品質和特性的技術。由於酶具有專一性強、催化效率高、作用條件溫和等特點，可廣泛地應用於各種食品的保鮮，有效地防止外界因素，特別是氧化和微生物對食品所造成的不良影響。

葡萄糖氧化酶（Glucose oxidase）是一種氧化還原酶，它可催化葡萄糖和氧反應，生成葡萄糖酸和雙氧水。將葡萄糖氧化酶與食品一起置於密封容器中，在有葡萄糖存在的條件下，該酶可有效地降低或消除密封容器中的氧氣，從而有效地防止食品成分的氧化作用，起到食品保鮮作用。

酶製劑在澱粉類食品生產中的應用

澱粉類食品是指含大量澱粉或以澱粉為主要原料加工而成的食品，是世界上產量最大的一類食品。澱粉可以通過水解作用生成糊精、低聚糖、麥芽糊精和葡萄糖等產物。這些產物又可進一步轉化為其他產物。在這些產物的生產中，已廣泛應用各種酶。

在澱粉類食品的加工中，多種酶被廣泛地應用，其中主要的有a-澱粉酶、β-澱粉酶、糖化酶、支鏈澱粉酶、葡萄糖異構酶等。現在國內外葡萄糖的生產絕大多數是采用澱粉酶水解的方法。酶法生產葡萄糖是以澱粉為原料，先經a-澱粉酶液化成糊精，再利用糖化酶生成葡萄糖。果葡糖漿是有葡萄糖異構酶催化葡萄糖異構化生成果糖，而得到含有葡萄糖和果糖的混合糖漿。