食品化学微生物处理的实例.docx

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食品化学微生物处理的实例

微生物处理的实例

一、酱油

     将大豆浸泡在水中16小时左右———>将浸渍过的大豆去皮并加蒸煮———>将米曲霉（Aspergillusoryae）接种到单一的大豆原料或更常见的加有面粉或精面粉的混合原料中，于30℃培养3天，并偶尔进行搅拌，此为制曲阶段。

———>将所制得的原料与盐水混合。

———>然后进行以酵母和乳酸菌为主体的发酵作用，此为酱醪（盐醪）阶段。

———>经过一个月到三年的培养后，便从发酵容器中抽出一种令人愉快的、具有芬芳香气的、黑色而又带有咸味的液体，再经澄清、巴斯德灭菌和包装，便可销售。

1、原料的制备

（1）大豆

    将大豆在清水中浸渍一夜，约16小时，在一定的时间间隔内，更换清水，使细菌，特别是在大豆中不可避免存在的能形成芽孢的革兰氏阳性菌的生长降低到最低程度。

如果不采取预防措施，结果会产热，生酸并生成微生物作用的其它产物，使最终产品产生不良的味道。

废水中含有还原糖和茚三酮呈正反应的化合物，亦可想像其中含有从大豆游离出的树胶和多糖；也一定会产生大量的生物耗氧量，对于大的酱油厂亦将出现废水处理问题。

    然后将浸渍过的大豆蒸煮（或经长时间煮沸，或在加压的容器中蒸煮）；为使该工艺过程的经济性和对经蒸煮的大豆的质量的改进结合起来，乐于采用加压蒸煮的方法，该法具有使大豆得到灭菌的附带优点。

典型的工艺条件为，加入充分的水浸没大豆，于115℃的高压灭菌器中灭菌1小时。

弃去蒸煮水，其中亦具有很高的生物耗氧量。

（2）小麦

    在中国，酱油似乎全部或者主要是由大豆制成的。

另一方面，在日本则喜欢采用含达50%小麦的混合物制作酱油。

很奇异的是，作为人类食物在营养上表现出缺欠的豆类的谷物种子的氨基酸组成是可以互为补充的。

（3）混合

    将制得的大豆和小麦加以充分混合，以致使每颗豆粒都为小麦所包裹，这样便形成一层干燥的表面。

这是至关重要的，因为这将使霉菌得以生长，但却阻抑了细菌的生长。

（4）制曲

    在温暖、潮湿和进行很好通气的条件下，霉菌孢子便迅速萌发，经20小时左右的培养后，已得到显著萌发。

在生化上的最初的变化之一是，由于萌发孢子中蔗糖酶的释放，对大豆中存在的蔗糖的水解作用而引起的还原糖量的显著增加。

然后霉菌便迅速生长，甚至在浅盘中，所释放出的代谢热亦可使曲温提高至35℃。

在深盘中，温度可超过40℃，对霉菌有害。

（5）酱醪阶段

    传统的方法将曲、海盐及水相混合，借助于加入一部分前批业已良好发酵的酱醪，听其自然发酵。

在这样的条件下，许多微生物便能从含盐的酱醪中生长出来，但是看来，这两类微生物即酵母菌和产生乳酸的细菌和片球菌至为重要。

有些研究小组的工作证实，当pH值降低到5或5以下时，在酱油中所存在的酵母菌才能在盐分高的酱醪（18%NaCl）中生长。

很明显在无菌的条件下制备而成的且未检测出细菌的曲与盐水的混合液的pH值，经几天后从最初的左右降到4.4，然后酱油酵母将维持旺盛的生长。

生产流程图示

二、面包

1、发面剂

    在制备焙烤食品时,许多物质都能起到膨松或发起的作用。

大多数的焙烤食品都是通过酵母的发酵作用，产生二氧化碳，作为膨松气体而得以膨发。

2、制备面团的方法

传统的发面团法

直接面团法：

采取一次发酵工艺，刻法将所有配料分批混合在一起。

在发面团法中，发酵作用主要发生在预发酵过程中。

连续面团法：

是以超高速和面法为其基础的。

把按此法生成的面团，看作为不发酵面团，亦即并未进行整体发酵。

在面团醒发成形阶段的中期和末期，即已产生必需的发酵风味，生成二氧化碳。

液体发酵剂法：

通过采用可泵送的液体发酵剂来代替发面团阶段，而将液体发酵剂法改变为简化的发面团法，液体发酵剂的基本配方通常为水、酵母和酵母营养物以及其他组分。

3、酵母在面包制作过程中的作用

首先，它能在有效的时间内产生大量的二氧化碳，使面团发起产生轻微海绵状结构，当进行适当焙烤时，便可制成可口的面包

其次，酵母也有助于谷蛋白结构发生必要的变化，即通常所说的成熟作用。

再者，它也能产生多咱复杂的化学物质，增进面包的风味。

三、干酪

1、干酪细菌发酵剂

（1）分类

a、未成熟干酪

b、成熟干酪

∙  切达干酪

∙  瑞士干酪

∙  由霉菌成熟的干酪

    用于干酪工业的乳酸菌属于链球菌属，明串珠菌属（Leuconostoc）和乳杆菌属（Lactobacillus）。

链球菌被认为是同型发酵的，主要从葡萄糖或乳糖生成L（+）乳酸异构体。

Sherman（1938）从粪链球菌（Strep.faecalis）（链球菌D群,Lancefield,1933）中鉴别出嗜温菌种,而Shattock和Mattick（1943,乳酸球菌）,Briggs和Newland（1952,乳脂链球菌）和Briggs（1952,丁二酮乳链球菌）将它们定为血清型N型.

（2）生态学

    乳酸链球菌最初是从酸牛奶中分离出来的。

Lister（1878）描述了后来被称为乳链球菌（Strep.lactis）的这种分离物（Orla-Jensen,1919）,其天然栖息地看来是植物性材料（Sandine等,1972）。

另一方面，乳脂链球菌从未由除牛奶、奶油或有关材料外的任何来源中被分离出来和明确地鉴别出来。

它可以少量地存在于和乳链球菌同样的生存环境中，但现代的分离方法尚不能进一步证实这一点。

嗜热链球菌的天然栖息地尚不清楚，但它能从热处理过的牛奶中分离到。

它能在高温下生长，可以表明它起源于肠胃内，也许与乳杆菌发酵剂一起生长；它们可能通过历史上用来帮助牛奶发酵的羊和牛的胃制备物而进入牛奶栖息地。

（3）干酪发酵剂的组成

    那些仅产生乳酸的发酵剂用来制作组织致密的干酪，而能发酵柠檬酸的菌种用来制作或者是要求有能供霉菌孢子萌发通气用的疏松组织的干酪，或者是有“洞眼”以形成一种典型的外形的干酪。

这些发酵剂从柠檬酸生成双乙酰的能力也使它们适用于制作酪农干酪。

嗜温菌种（N型链球菌）用于制造不要求“热处理”阶段或“热处理”阶段低于40℃的那些干酪，而嗜热细菌能酸化高温热处理-凝乳的干酪（50℃），如瑞士干酪和意大利硬干酪。

在瑞士干酪中，产生二氧化碳而形成“洞眼”的是丙酸菌，而不是二丁酮乳链球菌。

2、传统的生产方法和使用

（1）传统的生产方法

（2）浓缩发酵剂

（3）直接大桶接种

3、在干酪桶中发酵剂菌种的生长

（1）噬菌体

a、形态学和分类

b、裂解周期和溶原性

c、噬菌体的来源和控制方法

（2）凝集素

（3）乳过氧化物酶

（4）抗生素

4、发酵剂营养

（1）发酵剂对牛奶蛋白质和利用

（2）发酵剂对乳糖的利用

四、发酵牛奶

1、牛奶成分的微生物改性

（1）乳糖代谢

（2）柠檬酸代谢

（3）各种代谢产物

a、乙醛

b、其他的羰基化合物

c、乙醇和挥发性脂肪酸

d、二氧化碳

2、种类

∙发酵酸奶油

∙酸性酪乳

∙酸性稀奶油

∙酸牛奶

∙酸牛奶酒

∙马奶酒

∙保加利亚酸乳

∙嗜酸菌乳

五、发酵蔬菜

1、自然发酵的腌制操作

（1）腌制前的预处理

收割→运输→分选→腌制前的预处理→装罐→腌制→发酵→贮存→进一步加工→成品

（2）腌制方法

蔬菜可以用于干腌法或盐水法，在不同的浓度下腌制。

干腌是在蔬菜放进罐中进，随同加入盐；然后用盖将罐盖起来。

（3）腌制容器

2、自然发酵期间的微生物

（1）微生物群的生长顺序

I、起始阶段

    可以包括许多原先存在于新鲜原料上的兼性厌氧菌和严格厌氧菌的生长，但当有了乳酸菌时，pH值就下降，不需要的微生物如革兰氏阴性菌和产芽孢菌的生长就受到抑制。

成品的质量主要取决于出现乳酸菌和去除不需要微生物的速度。

II、主发酵阶段

    乳酸菌和发酵酵母是占优势的活性微生物菌群。

它们在盐水中生长，直到可发酵糖被耗尽或者由于产生乳酸和醋酸，使pH值下降，从而使乳酸菌生长受到抑制为止。

植物性材料的缓冲能力和可发酵糖的含量是支配乳酸发酵程度以及随后的酵母菌发酵程度的重要因素。

III、二次发酵

    主要是由发酵酵母引起的。

这些酵母可在主发酵阶段就出现，它们是耐用酸的，如果乳酸菌由于pH值低而受到抑制后，还存在发酵糖，则它们会继续生长，直至可发酵糖被耗尽为止。

IV、后发酵阶段

    当可发酵糖耗尽时，微生物生长就局限于与空气接触的盐水表面。

当盐水表面暴露时，氧化酵母、霉菌和极度腐败菌可以在不正确操作的腌制罐的表面出现。

在厌氧罐中则不产生表面生长。

a、乳酸菌

b、酵母菌

c、霉菌

3、腐败问题

（1）软化

（2）产气性腐败

（3）其他腐败问题

4、乳酸纯培养的使用

（1）纯种接种

（2）黄瓜控制发酵

六、咖啡

（1）自然发酵

    所谓自然发酵就是指粘液由天然存在于咖啡果中的酶除去或由咖啡豆从周围环境中得到的天然微生物菌群菌作用的加工过程。

打浆的咖啡放在混凝土或木制罐中，并让其在水下发酵或通过不断排掉水和粘液来发酵，后一种称为"干发酵"的过程更为可取。

水下发酵比较缓慢，并联产生很多挥发酸，它会使最后的咖啡饮料变质。

自然发酵要经过20到100小时不等。

发酵的时间随成熟期、温度、pH值、离子的浓度、咖啡品种、微生物菌群和通风情况不同。

业已证明，降低温度和pH值会降低发酵速度，需氧发酵比厌氧发酵迅速。

可以预料，在水下可利用的氧会受到在给定的时间内能溶解于水的氧气量的限制。

    咖啡发酵就是从受酶作用的带外皮的咖啡豆上除去粘液。

其目的在于水解粘质浆状物，易于后续的清洗工作;此外，若粘质浆状物残留在咖啡豆，则在干燥时会生成不良的发酵作用，会危害到咖啡的质量。

站在生物化学的观点而言，发酵作用就是在进行果胶的水解作用，虽然主要的水解作用是由果实所含之果胶水解酶所进行的，但是也会因微生物的参与，生成不同程度的促进作用。

应避免生成酸性有害微生物的生长。

（2）工业用酶

    现有几种工业用酶可用于咖啡发酵中。

最早使用的一种工业用酶的商品称为Benefax。

新近的几种牌号还有Pectoayme，Cofepec（BrownbridgeTWootton，1966），以及Ultrazym（Arunga，1973）等。

这些都是加有适当惰性填料的霉菌酶制剂。

工业用酶通常都是果胶酶的混合物，但可能含有半纤维素酶和纤维素酶。

由于资金上的限制，这些酶没有被广泛地应用。

大多数工厂都在高峰时期或在自然发酵太慢的时候才使用工业用酶。

生产过程量和发酵缓慢常常打乱了工厂的生产的平衡运行。

在发酵和浸泡罐中或者在干燥台上可能会造成堆积。

由于野生的和咖啡豆中的微生物伴随有生理学活性，这种状况对咖啡的质量产生了有害影响。

因为工业用酶是在发酵罐中和咖啡混合起来使用的，因而在通常的工厂操作中使用它们只占很少的空间。

（3）机械法除粘液

    人们曾设计出几种机械去除咖啡豆粘液的机器。

Raoeng或Aquapulper是一种联合的打浆机和除粘液机。

据报道，它要耗费大量的动力和水。

但如果它只用作除粘液机，则所需的坳力就可减少。

机械除粘液机的缺点是水量、能源消耗大，要破坏咖啡豆以及可能对质量产生有害影响。

如果机械除粘液后，接着进行水下浸泡，则质量不会受到有害的影响。

这一定要和自然发酵过程中的重量亏损、空间和时间的要求一起权衡考虑。

（4）化学法除粘液

    咖啡的粘液可用碱、酸或温水等化学方法清除。

这些处理主要包括水解作用和银聚作用。

Carbonell和Vilanova（1952）建议用氢氧化钠来清除咖啡豆的粘液。

Sivetz和Foote（1963）描述过建议的用热水来去除咖啡粘液的方法,它具有燃料费用高的缺点。

碱和酸需要小心地操作，并采用适当的处置方法。

所以这种化学方法在农场一级的工厂中没有广泛的适用性。

七、可可

1、酵母菌

    可可发酵中，不管是堆积发酵还是箱式发酵，最主要的微生物活力是酒精发酵，这可从乙醇的香味很容易地鉴别出来。

在被测定的加纳发酵堆中，首次检测以及以后4小时检测时，会发现相当多的酵母。

此后它们开始消失，一直到约144小时后实验结束时，只是偶然能检测到。

相反，乳酸菌则一直存在到实验的结束。

    发酵酵母的基本功能是使蔗糖、葡萄糖和果糖转化成乙醇。

其它功能多少是推测性的，例如分解粘液中的果胶从而产生水分。

现在已知有上些发酵酵母，如脆壁克鲁维酵母（kluyveromycesfragilis）（以前称酵母属Saccharomyces）可以分解果胶。

但酵母还有一些其他功能，如当酵母发酵进，也可能出现有机酸代谢，但这些功能同样没有很好地研究过，虽然Roeloofsen（1958）描写了一些实验，这些实验表明酵母可以分解柠檬酸，并引起可可豆粘液的浸渍溶解。

2、乳酸菌

    乳酸菌由己糖产生乳酸时，还产生了以热量形式散失的能量，使可可温度升高。

己糖不是微生物可以代谢的唯一的基质。

例如它们大部分可发酵许多的糖，包括戊糖。

它们大部分如Whiting和Coggins（1964）所描述的那样，可以作用于苹果酸和柠檬酸，产生如乳酸、醋酸和二氧化碳之类的终产物。

3、醋酸菌

    毫无疑问，任何咖啡发酵中的主要香味是继酵母发酵后很快产生的醋酸。

正是基质乙醇使些细菌发生如下的变化：

C2H5OH+O2→CH3COOH+H2O+496Kj这是一个产生大量能量的放热反应，这个反应放出的热量主要用于使温度升高，有时温度可升高到50℃或更高。

或许正是因为出现了醋酸并伴随着升温才最终杀灭了正在发酵的酵母，并可以解释为什么酵母只能在可可豆发酵的早期才能发现，然而，我们在非洲和马来西亚所做的实验中，乳酸菌的浓度很少超过0.5%，但醋酸浓度却几乎总是达到，并常常高于2%。