第七章 发酵食品微生物
第七章 发酵食品微生物
本章内容 ❖ 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 重点掌握 ❖ 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
本章内容 ❖ 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 重点掌握 ❖ 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
（四）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
（四）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）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
（五）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