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微生物与食品制造 郑大 食品药品安全与检测（广告）摘要微生物是一类宝贵而又丰富的生物资源 。它广泛应用于食品、发酵、制药、环保、冶金和农业等众多行业。这类资源如能进一步科学合理地开发，必将为人类创造出巨大的物质财富。民以食为天，食品是人类赖以生存的基础。近年来，全世界由于人 口的增加和生活水平的提高，对食品的质和量提出了更高的要求。随着食品资源的不断被利用，开辟新的食品资源 已越来越引起人们的思考。在寻找食品新资源的过程中，虽然人们还习惯把着眼点主要放在扩大种植业、畜牧业和水产业上，但由于微生物具有与众不同的特点，已使人们产生浓厚的兴趣，开拓了人们寻找食品新资源的视野。经过不断研究和开发，一大批应用微生物生产的食品相继面市。微生物在丰富食品种类、增加或提高营养成分的含量以及改善食品的风味方面正日益扮演重要的角色，显示出广阔的应用前景，逐渐实现食品由植物、动物二维结构向植物、动物、微生物三维结构的转变。正文微生物发酵当今人们采用的主要技术是利用微生物的发酵来制造食品。微生物发酵就是利用微生物，在适宜的条件下，将原料经过特定的代谢途径转化为人类所需要的产物的过程。微生物菌种是进行发酵的根本因素，通过变异和菌种筛选，可以获得高产的优良菌株并使生产设备得到充分利用，也可以因此获得按常规方法难以生产的产品。发酵有三大过程要素 1、温度 2、PH值 3、氧气现代微生物发酵工程的内容⑴利用现代化的手段对微生物加以筛选和改造，以形成更符合工业生产需要的新菌种的工业微生物育种技术、其中渗透了基因工程、细胞工程的一些内容，经过改造的、满足人们需要的微生物菌种通常被称之为工程菌；⑵微生物菌体的生产，即利用先进的生产工艺高速地对某种微生物进行大量的纯培养，即工程菌的克隆；⑶从微生物中分离有用物质，如利用微生物以一些廉价的废弃物做底物生产单细胞蛋白质等；⑷微生物初级和次级代谢产物的发酵生产，如生产氨基酸，抗生素等生理活性物质；⑸发酵产物的分离纯化和加工后处理；⑹利用微生物控制或参与工业生产，如采矿、冶金等；以及微生物生物反应器的研究开发，新型发酵装置、生物传感器和使用电子计算机控制的自动化连续发酵的技术等等。微生物与酿造品一、醋酸菌的应用——食醋的生产我们知道，食醋是我国人民日常生活中的调味品之一，也是我国利用微生物生产的一个古老的产品。在民间，食醋的生产是采用存在于自然界中的醋酸菌进行自然发酵的；在工厂里，为了提高产量和质量，避免杂菌污染，采用人工纯接种的方式进行发酵。长期以来用于食醋生产的细菌有纹膜醋酸菌（醋化醋杆菌）、许氏醋杆菌。但目前应用最多的是恶臭醋杆菌混浊变种（AS1.41）、巴氏醋酸菌巴氏亚种(泸酿1.01号)。 醋酸菌在充分供给氧气的情况下生长繁殖,并把基质中的乙醇氧化为醋酸，这是一个生物氧化过程，反应式省略。 根据菌种不同，在发酵过程中还可产生少量的其它有机酸以及有香味的酯类等，使食醋具有良好的风味，因此，选择优良的菌种对食醋生产非常重要。 食醋的酿造方法通常可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态发酵。用这种方法生产的醋风味较好，但需要的辅料多，发酵周期长，原料利用率低，劳动强度大（一）原料 可用于食醋生产的原料很多，有粮食、干鲜果品、野生的含糖或淀粉的果类等。例如：糖、蜜、高梁、大米、玉米、甘薯、糖糟、梨、柿、枣类等。一般著名的食醋仍以糯米、大米、高梁等粮食原料为主。（二）工艺流程 原料混合→ 加水拌匀、蒸煮→ 冷却后加麸曲和酒目→ 糖化、发酵→ 接入醋酸菌→ 醋酸发酵→ 加盐陈酿→ 淋酸 →陈酿（脂化、增香、增加固形物和色泽、使醋酸提高到5%以上）→配兑→ 灭菌→ 包装、成品。 我国生产的食醋品种很多，而且有许多名优产品。如山西陈醋、镇江香醋、四川麸醋、江浙的玫瑰醋、福建的红曲醋以及东北的白醋等。各种醋在选料、发酵工艺及最后的调配料、陈酿上都有各自的特点。二、氨基酸发酵 氨基酸是组成蛋白质的基本成分。在氨基酸中有八种是体内（人体）不能合成但又需要的氨基酸，通常这八种氨基酸称为必需氨基酸，人体只有通过食物来获得。 另外，在食品工业中，氨基酸可以作为调味料，如谷氨酸钠——味精，作为鲜味剂使用；色氨酸和甘氨酸可作甜味剂。在食品中添加某些氨基酸可提高食品的营养价值，如在大米中添加赖氨酸，可提高蛋白质的利用率等。为了改善禽畜的饲料质量，往往也添加赖氨酸和蛋氨酸等必需氨基酸。因此，氨基酸的生产具有重要的意义。 最初，氨基酸的生产通过水解蛋白质进行。自1957年用微生物直接发酵糖类生产谷氨酸获得成功，投入工业化生产以来，氨基酸的研究和生产得到了迅速发展，约有十余种进入工业规模生产，我国也于1963年开始了谷氨酸的发酵生产。（一）谷氨酸钠（味精）的生产： 谷氨酸发酵菌：谷氨酸棒杆菌、菌色短杆菌等。 我国使用的生产菌株：北京棒状杆菌，AS1.299；钝齿棒杆菌，AS1.542。这些菌的共同特性是：菌体为球形，短杆至棒状，无鞭毛、不运动、不形成芽孢，革兰氏染色阳性，生长需要求生物素，在通气条件下培养产生谷氨酸。 谷氨酸发酵的生化过程：首先是葡萄糖经糖酵解和单磷酸已糖支路两种途径生成丙酮酸，丙酮酸→乙酰辅酶A→三羧循环→生成α—酮戊二酸，在谷氨酸脱氢酶的作用下，在NH4+存在时生成L—谷氨酸。 1、原料：发酵法生产谷氨酸钠的原料有淀粉质类的玉米、甘薯、小麦、大米等，其中甘薯淀粉最为常用。此外，糖蜜等也可用来作发酵培养基的碳源。氮源可用尿素或氨水。 2、工艺流程： 淀粉质原料→糖化→冷却过滤→加入玉米浆及其它营养物，配成合适的培养基→按种发酵菌→发酵→发酵液→提取（等电点法、离子交换法等）→谷氨酸结晶→Na2CO3中和→谷氨酸钠（味精）→经过去铁、脱色、过滤、浓缩、结晶（味精）→干燥后即得成品。三、蔬菜和水果的乳酸发酵食品 蔬菜和水果经乳酸菌的发酵，不仅可以得到富于营养、具有一定风味的产品，是一种食物的加工方法；同时又是一种具有悠久历史的食品保藏方法。随着人们对果蔬乳酸发酵食品的营养价值及其对人体的有益作用认识的逐渐提高，使果蔬食品乳酸发酵加工业得到了发展，不但品种增多，而且加工过程也从家庭式的手工业逐渐走向机械化的工业生产。 我国人民在制作乳酸发酵果蔬制品方面具有悠久的历史，包括美味营养的酸泡菜、酸腌菜、渍酸菜，还有花样繁多、风味各异的酱腌菜、乳酸发酵的果蔬汁等等，举不胜举。酵母菌在食品制造中的应用 酵母菌的应用非常广泛，主要有食品制造（酒类、面包的生产）、单细胞蛋白、医药化工（核酸、维生素的生产），石油烃类发酵等。 酵母菌与人类生活的关系十分密切，长期以来人们利用酵母菌制作食物Pr，面包，各种酒类等多种食品，因此，酵母菌在食品工业中占有极其重要的地位。 下面介绍酵母菌在食品中的应用面包的生产 面包和馒头几乎是我国广大城乡人民经常食用的食品，它们都是由面粉经过酵母菌发酵后制成的，其质地松软，味香可口，但面包的原料配合较为合理，经过烘烤而成，因而更加可口和富于营养，也便于携带和保存。 用于制造面包的酵母——啤酒酵母，可以从啤酒厂得到，但有专业的工厂生产酵母制品，专门用来生产面包的酵母产品有压榨酵母（鲜酵母）、活性干酵母（ADY），一般用压榨酵母较多。 面包制造是以面粉为主要原料，加水和酵母菌混合成面团，在30℃左右发酵，酵母菌利用面粉中淀粉酶分解淀粉生成的麦、葡、果、蔗糖，产生二氧化碳、醇、醛和一些有机酸等产物。 二氧化碳使面团膨胀，发酵好的面团，经过揉搓添加配料，成型后放到烘焙炉中在高温下烘烤。二氧化碳受热膨胀使面包成为多孔的海绵状结构，使产品具有松软的质地。发酵中产生的有机酸、醇、醛等赋予面包以特有的风味。有的还添加各种食用香精、果仁、果脯等辅料，形成不同的花色品种。微生物酶在食品工业中的应用 酶用于食品制造历史悠久，但对于酶的了解则是近代科学的重要成就。随着食品工业的发展，对于酶的品种、数量、质量提出了更高的要求。因此，世界各国都普遍重视酶的研究和生产。一、微生物生产酶制剂的优点 一般认为M 细胞至少能产生2500种以上不同的酶。 微生物酶的生产具有选择性（选择菌株），便于工业化生产，不受季节、气候、地理等条件的限制；生产能力也可以不受限制，而且M生长周期短，有可能保证酶的供应。二、微生物酶及其在食品工业中的应用 1、酶生产用的微生物：微生物酶制剂可以由细菌、放线菌、酵母菌、霉菌、等M产生。 2、酶的种类：微生物酶的种类较多，主要包括淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶、果胶酶、过氧化氢酶等。各种酶类在食品工业中起到不同的作用。发酵工程在在食品工业上的应用：主要有三大类产品，一是生产传统的发酵产品，如啤酒、果酒、食醋等；二是生产食品添加剂；三是帮助解决粮食问题。在食品工业中，不仅利用微生物生产食品产品，而且还把它作为食品卫生标准中的检测指标之一来判断食品的卫生质量，从而有效地保证了产品质量，更好地指导消费和保护人类的身体健康 。在微生物发酵方面，利益与弊端并存，发展与挑战同在，我们要做的就是通过不断发展的科技趋利避害，直面挑战才能求得发展。尽管我们今天享用的许多产品还离不开传统的发酵工业，但现代微生物工程已冲击到包括传统食品发酵业、制药业、有机酸制造业、饲料业等各个产业。