第七章 发酵食品微生物 第一节 食品工业中常用的细菌及其应用 第二节 食品工业中酵母菌及其应用 第三节 食品工业中霉菌及其应用 第四节 微生物酶制剂及其在食品工业中的应用
第七章 发酵食品微生物 第一节 食品工业中常用的细菌及其应用 第二节 食品工业中酵母菌及其应用 第三节 食品工业中霉菌及其应用 第四节 微生物酶制剂及其在食品工业中的应用
第一节 食品工业中常用的细菌 乳酸菌及其在食品工业上的应用 醋酸菌及其应用 谷氨酸产生菌及其在味精等调味品中的应用
第一节 食品工业中常用的细菌 乳酸菌及其在食品工业上的应用 醋酸菌及其应用 谷氨酸产生菌及其在味精等调味品中的应用
一、乳酸菌 乳酸菌的概念及其分布 乳酸菌一词并非生物分类学名词，而是指能够利用发酵性糖 类产生大量乳酸的一类微生物的统称。虽然有些霉菌也能产生大 量乳酸，但以乳酸细菌为主要类群，因而通常将乳酸细菌之为乳 酸菌。乳酸菌主要分布在： – 乳杆菌属（Lactobacillus） – 链球菌属（Streptococcus） – 明串珠菌属（Leuconostoc） – 片球菌属（Pediococcus） – 双歧杆菌属（Bifidobacterium）
一、乳酸菌 乳酸菌的概念及其分布 乳酸菌一词并非生物分类学名词，而是指能够利用发酵性糖 类产生大量乳酸的一类微生物的统称。虽然有些霉菌也能产生大 量乳酸，但以乳酸细菌为主要类群，因而通常将乳酸细菌之为乳 酸菌。乳酸菌主要分布在： – 乳杆菌属（Lactobacillus） – 链球菌属（Streptococcus） – 明串珠菌属（Leuconostoc） – 片球菌属（Pediococcus） – 双歧杆菌属（Bifidobacterium）
（一）乳杆菌属（Lactobacillus） 1．乳杆菌属的形态特征： –细胞呈杆状，多为长杆状、短杆状及棒杆状，一般成短链 排列。革兰氏染色阳性，通常不运动，无芽孢。 –菌落形态 2．乳杆菌属的生理生化特点： –化能异养型，营养要求严格，生长繁殖需要多种氨基酸、 维生素、肽、核酸衍生物。 –厌氧、耐氧性厌氧或兼性厌氧； –生长最适pH为5.5～6.2，在pH≤5的环境中可生长，而中性 或初始碱性条件下生长速率降低。 –生长温度范围，2～53℃，最适生长温度30～40℃。 –可还原硝酸盐，不液化明胶，不分解酪素，联苯胺反应阴 性，不产生吲哚和H2S，多数菌株可产生少量的可溶性氮。 3．乳杆菌属的代表种 （1）保加利亚乳杆菌（L.bulgaricus）。 细胞形态长杆状，两端钝圆。固体培养基生长的菌落呈棉花状， 易与其它乳酸菌区别。能利用葡萄糖、果糖、乳糖进行同型乳酸 发酵产生D型乳酸（有酸涩味，适口性差），不能利用蔗糖。该菌 是乳酸菌中产酸能力最强的菌种，其产酸能力与菌体形态有关， 菌形越大，产酸越多，最高产酸量2%；如果菌形为颗状或细长链 状，产酸较弱，最高产酸量1.3%～2.0%。蛋白质分解力较弱，发 酵乳中可产生香味物质乙醛。最适生长温度37～45℃，温度高于 50℃或低于20℃不生长。常作为发酵酸奶的生产菌。 （2）嗜酸乳杆菌（L.acidophilus）。 细胞形态比保加利亚乳杆菌小，呈细长杆状，能利用葡萄糖、 果糖、乳糖、蔗糖进行同型乳酸发酵产生DL型乳酸，生长繁殖需 要一定的维生素等生长因子，37℃培养生长缓慢，2～3d可使牛乳 凝固。因而，在发酵剂制造及嗜酸菌乳生产中，常在原料乳培养 基中添加5%的蕃茄汁或胡萝卜汁。蛋白质分解力较弱。最适生长 温度37℃，20℃以下不生长，耐热性差。最适生长pH 5.5～6.0， 耐酸性强，能在其它乳酸菌不能生长的酸性环境中生长繁殖。 嗜酸乳杆菌是能够在人体肠道定殖的少数有益微生物菌群之一， 其代谢产物有机酸和抗菌物质——乳杆菌素（Lactocidin）可抑 制病原菌和腐败菌的生长
（一）乳杆菌属（Lactobacillus） 1．乳杆菌属的形态特征： –细胞呈杆状，多为长杆状、短杆状及棒杆状，一般成短链 排列。革兰氏染色阳性，通常不运动，无芽孢。 –菌落形态 2．乳杆菌属的生理生化特点： –化能异养型，营养要求严格，生长繁殖需要多种氨基酸、 维生素、肽、核酸衍生物。 –厌氧、耐氧性厌氧或兼性厌氧； –生长最适pH为5.5～6.2，在pH≤5的环境中可生长，而中性 或初始碱性条件下生长速率降低。 –生长温度范围，2～53℃，最适生长温度30～40℃。 –可还原硝酸盐，不液化明胶，不分解酪素，联苯胺反应阴 性，不产生吲哚和H2S，多数菌株可产生少量的可溶性氮。 3．乳杆菌属的代表种 （1）保加利亚乳杆菌（L.bulgaricus）。 细胞形态长杆状，两端钝圆。固体培养基生长的菌落呈棉花状， 易与其它乳酸菌区别。能利用葡萄糖、果糖、乳糖进行同型乳酸 发酵产生D型乳酸（有酸涩味，适口性差），不能利用蔗糖。该菌 是乳酸菌中产酸能力最强的菌种，其产酸能力与菌体形态有关， 菌形越大，产酸越多，最高产酸量2%；如果菌形为颗状或细长链 状，产酸较弱，最高产酸量1.3%～2.0%。蛋白质分解力较弱，发 酵乳中可产生香味物质乙醛。最适生长温度37～45℃，温度高于 50℃或低于20℃不生长。常作为发酵酸奶的生产菌。 （2）嗜酸乳杆菌（L.acidophilus）。 细胞形态比保加利亚乳杆菌小，呈细长杆状，能利用葡萄糖、 果糖、乳糖、蔗糖进行同型乳酸发酵产生DL型乳酸，生长繁殖需 要一定的维生素等生长因子，37℃培养生长缓慢，2～3d可使牛乳 凝固。因而，在发酵剂制造及嗜酸菌乳生产中，常在原料乳培养 基中添加5%的蕃茄汁或胡萝卜汁。蛋白质分解力较弱。最适生长 温度37℃，20℃以下不生长，耐热性差。最适生长pH 5.5～6.0， 耐酸性强，能在其它乳酸菌不能生长的酸性环境中生长繁殖。 嗜酸乳杆菌是能够在人体肠道定殖的少数有益微生物菌群之一， 其代谢产物有机酸和抗菌物质——乳杆菌素（Lactocidin）可抑 制病原菌和腐败菌的生长
（二）链球菌属（Streptococcus） 1．链球菌属的形态特征 细胞呈球形或卵圆形，成对或成链排 列。革兰氏染色阳性，无芽孢，一般不运动，不产生色素。但肠 球菌群中某些种能运动或产色素。 2．链球菌属的生理生化特点 化能异养型，同型乳酸发酵产生 右旋乳酸；兼性厌氧型，接触酶反应阴性，厌氧培养生长良好。 根据生理生化特性可将链球菌属分为四个种群（见表7-1）。 表7-1 链球菌属不同种群生理生化特征 化脓性群 绿色群 肠球菌群 乳酸链球菌 抗原群 A,B,C,F,G 未分群 D N 鲜血琼脂平板培养 溶血 变绿 变绿或溶血 无 最适生长温度℃ 37 37 35～37 35 60℃,30min存活 － － ＋ ＋ 肉汤中生长 6.5% NaCl － － ＋ － pH9.6 － － ＋ － 0.1% 次甲基蓝 － － ＋ ＋ 40% 胆汁 － － ＋ ＋ * 乳品工业中应用最多的是链球菌属中的乳酸链球菌群
（二）链球菌属（Streptococcus） 1．链球菌属的形态特征 细胞呈球形或卵圆形，成对或成链排 列。革兰氏染色阳性，无芽孢，一般不运动，不产生色素。但肠 球菌群中某些种能运动或产色素。 2．链球菌属的生理生化特点 化能异养型，同型乳酸发酵产生 右旋乳酸；兼性厌氧型，接触酶反应阴性，厌氧培养生长良好。 根据生理生化特性可将链球菌属分为四个种群（见表7-1）。 表7-1 链球菌属不同种群生理生化特征 化脓性群 绿色群 肠球菌群 乳酸链球菌 抗原群 A,B,C,F,G 未分群 D N 鲜血琼脂平板培养 溶血 变绿 变绿或溶血 无 最适生长温度℃ 37 37 35～37 35 60℃,30min存活 － － ＋ ＋ 肉汤中生长 6.5% NaCl － － ＋ － pH9.6 － － ＋ － 0.1% 次甲基蓝 － － ＋ ＋ 40% 胆汁 － － ＋ ＋ * 乳品工业中应用最多的是链球菌属中的乳酸链球菌群
3．链球菌属的代表种 （1）嗜热链球菌（St.thermophilus）。 – 细胞形态呈链球状。某些菌株若不经过中间牛乳培养则在固体培养 基上得不到菌落。 – 能利用葡萄糖、果糖、乳糖和蔗糖进行同型乳酸发酵产生L型 乳酸 （适口性好）。在石蕊牛乳中不还原石蕊，可使牛乳凝固。 – 蛋白质分解力较弱，在发酵乳中可产生香味物质双乙酰。 – 该菌主要特征是能在高温条件下产酸，最适生长温度40～45℃，温 度低于20℃不产酸。耐热性强，能耐65～68℃的高温。 – 常作为发酵酸乳、瑞士干酪的生产菌。 （2）乳酸链球菌（St.lactis）。 细胞形态呈双球、短链或长链状。 同型乳酸发酵。在石蕊牛乳中可使牛乳凝固。牛乳随便放置 时，牛乳的凝固90%是由该菌所致。 产酸能力弱，最大乳酸生物量0.9%～1.0%。 可在4% NaCl肉汤培养基和0.3%亚甲基兰牛乳中生长，能水解 精氨酸产生NH3， 对温度适应范围广泛，10～40℃均产酸，最适生长温度30℃。 而对热抵抗力弱，60℃ 30min全部死亡。 常作为干酪、酸制奶油及乳酒和酸泡菜发酵剂菌种。 （3）乳脂链球菌（St.cremoris）。 细胞比乳酸链球菌大，长链状。 同型乳酸发酵。产酸和耐酸能力均较弱。 产酸温度较低，约18～20℃，37℃以上不产酸、不生长。 由于该菌耐酸能力差，菌种保藏非常困难，需每周转接菌种一次 或 在培养基中添加CaCO3 1%～3%保藏。 不能在4% NaCl肉汤培养基和0.3%亚甲基兰牛乳中生长，不水解精 氨酸。 此菌常作为干酪、酸制奶油发酵剂菌种
3．链球菌属的代表种 （1）嗜热链球菌（St.thermophilus）。 – 细胞形态呈链球状。某些菌株若不经过中间牛乳培养则在固体培养 基上得不到菌落。 – 能利用葡萄糖、果糖、乳糖和蔗糖进行同型乳酸发酵产生L型 乳酸 （适口性好）。在石蕊牛乳中不还原石蕊，可使牛乳凝固。 – 蛋白质分解力较弱，在发酵乳中可产生香味物质双乙酰。 – 该菌主要特征是能在高温条件下产酸，最适生长温度40～45℃，温 度低于20℃不产酸。耐热性强，能耐65～68℃的高温。 – 常作为发酵酸乳、瑞士干酪的生产菌。 （2）乳酸链球菌（St.lactis）。 细胞形态呈双球、短链或长链状。 同型乳酸发酵。在石蕊牛乳中可使牛乳凝固。牛乳随便放置 时，牛乳的凝固90%是由该菌所致。 产酸能力弱，最大乳酸生物量0.9%～1.0%。 可在4% NaCl肉汤培养基和0.3%亚甲基兰牛乳中生长，能水解 精氨酸产生NH3， 对温度适应范围广泛，10～40℃均产酸，最适生长温度30℃。 而对热抵抗力弱，60℃ 30min全部死亡。 常作为干酪、酸制奶油及乳酒和酸泡菜发酵剂菌种。 （3）乳脂链球菌（St.cremoris）。 细胞比乳酸链球菌大，长链状。 同型乳酸发酵。产酸和耐酸能力均较弱。 产酸温度较低，约18～20℃，37℃以上不产酸、不生长。 由于该菌耐酸能力差，菌种保藏非常困难，需每周转接菌种一次 或 在培养基中添加CaCO3 1%～3%保藏。 不能在4% NaCl肉汤培养基和0.3%亚甲基兰牛乳中生长，不水解精 氨酸。 此菌常作为干酪、酸制奶油发酵剂菌种
（三）明串珠菌属（Leuconostoc） 1．明串珠菌属的形态特征: –明串珠菌属的菌落特征 固体培养，菌落一般小于1.0mm， 光滑、圆形、灰白色；液体培养，通常混浊均匀，但长 链状菌株可形成沉淀。 –细胞球形或豆状，成对或成链排列。 –革兰氏染色阳性，不运动，无芽孢。 2．明串珠菌属的生理生化特点: 化能异养型，生长繁殖需要复合生长因子：烟酸、硫胺素、 生物素和氨基酸，不需要泛酸及其衍生物。 利用葡萄糖进行异型乳酸发酵产生D型乳酸、乙酸或醋酸、CO2， 可使苹果酸转化为L型乳酸。 通常不酸化和凝固牛乳，不水解精氨酸,不水解蛋白，不还原 硝酸盐，不溶血，不产吲哚。兼性厌氧型，接触酶反应阴性。 生长温度范围5～30℃，最适生长温度25℃。 ３．代表种——肠膜状明串珠菌（L.mesenterides） 固体培养，菌落直径小于1.0mm；液体培养，混浊均匀。 细胞球形或豆状，成对或短链排列。 利用葡萄糖进行异型乳酸发酵，在高浓度的蔗糖溶液中生长合 成大量的荚膜物质——葡聚糖，形成特征性粘液。 最适生长温度25℃，生长的pH值范围3.0～6.5，具有一定嗜渗 压性，可在含4%～6%的NaCl培养基中生长。 该菌不仅是酸泡菜发酵重要的乳酸菌，而且已被用于生产右旋 糖苷的发酵菌株，右旋糖苷是代血浆的主要成分
（三）明串珠菌属（Leuconostoc） 1．明串珠菌属的形态特征: –明串珠菌属的菌落特征 固体培养，菌落一般小于1.0mm， 光滑、圆形、灰白色；液体培养，通常混浊均匀，但长 链状菌株可形成沉淀。 –细胞球形或豆状，成对或成链排列。 –革兰氏染色阳性，不运动，无芽孢。 2．明串珠菌属的生理生化特点: 化能异养型，生长繁殖需要复合生长因子：烟酸、硫胺素、 生物素和氨基酸，不需要泛酸及其衍生物。 利用葡萄糖进行异型乳酸发酵产生D型乳酸、乙酸或醋酸、CO2， 可使苹果酸转化为L型乳酸。 通常不酸化和凝固牛乳，不水解精氨酸,不水解蛋白，不还原 硝酸盐，不溶血，不产吲哚。兼性厌氧型，接触酶反应阴性。 生长温度范围5～30℃，最适生长温度25℃。 ３．代表种——肠膜状明串珠菌（L.mesenterides） 固体培养，菌落直径小于1.0mm；液体培养，混浊均匀。 细胞球形或豆状，成对或短链排列。 利用葡萄糖进行异型乳酸发酵，在高浓度的蔗糖溶液中生长合 成大量的荚膜物质——葡聚糖，形成特征性粘液。 最适生长温度25℃，生长的pH值范围3.0～6.5，具有一定嗜渗 压性，可在含4%～6%的NaCl培养基中生长。 该菌不仅是酸泡菜发酵重要的乳酸菌，而且已被用于生产右旋 糖苷的发酵菌株，右旋糖苷是代血浆的主要成分
（五）片球菌属（Pediococcus） 1.片球菌属的形态特征: –细胞球形，成对或四联状排列。 –革兰氏染色阳性，无芽孢，不运动， –固体培养，菌落大小可变，直径1.0～2.5mm。 –无细胞色素。 2．片球菌属的生理生化特点: 化能异养型，生长繁殖需要复合生长因子：烟酸、泛酸、生物素 和氨基酸，不需要硫胺素、对-氨基苯甲酸和钴胺素。 利用葡萄糖进行同型乳酸发酵产生DL型或L型乳酸。 通常不酸化和凝固牛乳，不分解蛋白质，不还原硝酸盐，不产吲 哚。兼性厌氧，接触酶反应阴性。 生长温度范围25～40℃，最适生长温度30℃。 该属中，嗜盐片球菌（Pc.halophilus）耐NaCl浓度18%～20%,是 参与酱油酿造的重要乳酸菌; 乳酸片球菌（Pc.acidilactici）可在 含6%～8% 的NaCl环境中生长，耐NaCl浓度13%～20%，是酸泡菜发酵 中重要的乳酸菌
（五）片球菌属（Pediococcus） 1.片球菌属的形态特征: –细胞球形，成对或四联状排列。 –革兰氏染色阳性，无芽孢，不运动， –固体培养，菌落大小可变，直径1.0～2.5mm。 –无细胞色素。 2．片球菌属的生理生化特点: 化能异养型，生长繁殖需要复合生长因子：烟酸、泛酸、生物素 和氨基酸，不需要硫胺素、对-氨基苯甲酸和钴胺素。 利用葡萄糖进行同型乳酸发酵产生DL型或L型乳酸。 通常不酸化和凝固牛乳，不分解蛋白质，不还原硝酸盐，不产吲 哚。兼性厌氧，接触酶反应阴性。 生长温度范围25～40℃，最适生长温度30℃。 该属中，嗜盐片球菌（Pc.halophilus）耐NaCl浓度18%～20%,是 参与酱油酿造的重要乳酸菌; 乳酸片球菌（Pc.acidilactici）可在 含6%～8% 的NaCl环境中生长，耐NaCl浓度13%～20%，是酸泡菜发酵 中重要的乳酸菌
（六）双歧杆菌属（Bifidobacterium） 1．双歧杆菌属的形态特征: – 细胞呈多样形态：Y字型、V字型、弯曲状、勺型，典型形态为分叉 杆菌，因而取名bifidus(拉丁语源是分开、裂开之意)。 – 革兰氏染色阳性，亚甲基兰染色菌体着色不规则。无芽孢和鞭毛， 不运动。 2．双歧杆菌属的生理生化特点及其功能性: 化能异养型，对营养要求苛刻，生长繁殖需要多种双歧因子（能 促进双歧杆菌生长，不被人体吸收利用的天然或人工合成的物质）， 能利用葡萄糖、果糖、乳糖和半乳糖，通过果糖-6-磷酸支路生成 摩尔比2:3的乳酸和乙酸及少量的甲酸和琥珀酸。 蛋白质分解力微弱，能利用铵盐作为氮源，不还原硝酸盐，不水 解精氨酸，不液化明胶，不产生吲哚，联苯胺反应阴性。 专性厌氧，接触酶反应阴性，对氧的敏感性存在不同菌种或菌株 的差异，多次传代培养后，菌株的耐氧性增强。 生长温度范围25～45℃，最适生长温度37℃。生长pH值范围4.5～ 8.5，最适生长起始pH值6.5～7.0，不耐酸，酸性环境（pH≤5.5） 对菌体存活不利。 3.代表种：人体肠道中共有8种，其中数量最多的5种为： 两歧双歧杆菌（B.bifidum）、 婴儿双歧杆菌（B.infantis）、 青春双歧杆菌（B.adolescentis）、 长双歧杆菌（B.longum）、 短双歧杆菌(B.breve)。 双歧杆菌是人体肠道有益菌群，它可定殖在宿主的肠粘膜上形 成生物学屏障，具有拮抗致病菌、改善微生态平衡、合成多种微生 素、提供营养、抗肿瘤、降低内毒素、提高免疫力、保护造血器官、 降低胆固醇水平等重要生理功能，其促进人体健康的有益作用，远 远超过其它乳酸菌
（六）双歧杆菌属（Bifidobacterium） 1．双歧杆菌属的形态特征: – 细胞呈多样形态：Y字型、V字型、弯曲状、勺型，典型形态为分叉 杆菌，因而取名bifidus(拉丁语源是分开、裂开之意)。 – 革兰氏染色阳性，亚甲基兰染色菌体着色不规则。无芽孢和鞭毛， 不运动。 2．双歧杆菌属的生理生化特点及其功能性: 化能异养型，对营养要求苛刻，生长繁殖需要多种双歧因子（能 促进双歧杆菌生长，不被人体吸收利用的天然或人工合成的物质）， 能利用葡萄糖、果糖、乳糖和半乳糖，通过果糖-6-磷酸支路生成 摩尔比2:3的乳酸和乙酸及少量的甲酸和琥珀酸。 蛋白质分解力微弱，能利用铵盐作为氮源，不还原硝酸盐，不水 解精氨酸，不液化明胶，不产生吲哚，联苯胺反应阴性。 专性厌氧，接触酶反应阴性，对氧的敏感性存在不同菌种或菌株 的差异，多次传代培养后，菌株的耐氧性增强。 生长温度范围25～45℃，最适生长温度37℃。生长pH值范围4.5～ 8.5，最适生长起始pH值6.5～7.0，不耐酸，酸性环境（pH≤5.5） 对菌体存活不利。 3.代表种：人体肠道中共有8种，其中数量最多的5种为： 两歧双歧杆菌（B.bifidum）、 婴儿双歧杆菌（B.infantis）、 青春双歧杆菌（B.adolescentis）、 长双歧杆菌（B.longum）、 短双歧杆菌(B.breve)。 双歧杆菌是人体肠道有益菌群，它可定殖在宿主的肠粘膜上形 成生物学屏障，具有拮抗致病菌、改善微生态平衡、合成多种微生 素、提供营养、抗肿瘤、降低内毒素、提高免疫力、保护造血器官、 降低胆固醇水平等重要生理功能，其促进人体健康的有益作用，远 远超过其它乳酸菌
（七）乳酸菌在食品工业中的应用 在发酵食品行业中应用最广泛的是乳酸菌。经过乳酸菌发酵作用 制成的食品称为乳酸发酵食品。随着科学研究的不断深入，逐步 揭示了乳酸菌对人体健康有益作用的机理，因而，乳酸发酵食品 更加受到人们的重视，在食品工业中占有越来越重要的地位。 1．发酵乳制品 （1）酸牛乳（Yoghurt） ①凝固型酸乳的生产 ②搅拌型酸乳（纯酸奶）的生产 ③饮料型酸乳（活性乳）的生产 （2）干酪（Cheese）。 （3) 酸性奶油 2．果蔬汁乳酸菌发酵饮料 3．益生菌制剂
（七）乳酸菌在食品工业中的应用 在发酵食品行业中应用最广泛的是乳酸菌。经过乳酸菌发酵作用 制成的食品称为乳酸发酵食品。随着科学研究的不断深入，逐步 揭示了乳酸菌对人体健康有益作用的机理，因而，乳酸发酵食品 更加受到人们的重视，在食品工业中占有越来越重要的地位。 1．发酵乳制品 （1）酸牛乳（Yoghurt） ①凝固型酸乳的生产 ②搅拌型酸乳（纯酸奶）的生产 ③饮料型酸乳（活性乳）的生产 （2）干酪（Cheese）。 （3) 酸性奶油 2．果蔬汁乳酸菌发酵饮料 3．益生菌制剂