乳品中的微生物 微生物的发展史 ■基本微生物 ■乳中徽生物 ■发酵微生物 微生物的发现及微生物学的发展 91.微生物学的启蒙期形态学期 y2.微生物的奠基时期一生理学期 93微生物学的分子时代分子生物学期 微生物学的启蒙时期一形态学期 ■1590年,荷兰人 Janssen制作了第一架显微镜 ■1664年,英国人 Robert hooke用自己设计的显微镜观察软木塞切片,发现细胞,成 为细胞学研究的开创者; ■第一个详细描述生物学形态的是荷兰的一个显微镜业余爱好者列文虎克。 微生物学的莫基时期一生理学期 ■虽然在十七世纪就通过显微镜发现了微生物的存在,但是微生物学宜到十九世纪才得 到发展。 ■十九世纪两个焦点问题的争论促使了微生物研究技术的诞生。 ■问题之一:微生物能不能自发产生 ■问题之二:传染病的性质是什么
乳 品 中 的 微 生 物 ◼ 微生物的发展史 ◼ 基本微生物 ◼ 乳中微生物 ◼ 发酵微生物 微生物的发现及微生物学的发展 1.微生物学的启蒙期—形态学期 2.微生物的奠基时期—生理学期 3.微生物学的分子时代—分子生物学期 微生物学的启蒙时期—形态学期 ◼ 1590 年，荷兰人 Janssen 制作了第一架显微镜； ◼ 1664 年，英国人 Robert Hooke 用自己设计的显微镜观察软木塞切片，发现细胞，成 为细胞学研究的开创者； ◼ 第一个详细描述生物学形态的是荷兰的一个显微镜业余爱好者列文虎克。 微生物学的奠基时期—生理学期 ◼ 虽然在十七世纪就通过显微镜发现了微生物的存在，但是微生物学直到十九世纪才得 到发展。 ◼ 十九世纪两个焦点问题的争论促使了微生物研究技术的诞生。 ◼ 问题之一：微生物能不能自发产生 ◼ 问题之二：传染病的性质是什么
■1748年, John Needham提出微生物自生学说,他认为腐败肉汁中的微生物是自发产 生的。当时相当多的人都认同此观点。 ■法国科学家 Louis pasteur是自生说的最强烈的反对者。 1876年,科赫证实是患病的起因 微生物的分子生物学期 ■1953年,沃森和克里克提出DNA双螺旋结构模型,从此微生物进入了分子时代 ■半保留复制 ■冈奇片断 ■乳糖操纵子模型:1960-1961雅各布和莫诺,开创了基因表达调控的新机制 ■遗传密码词典:1965年,尼伦博格 ■1952J.1 ederberg提出质粒概念 ■1976年限制性内切酶的发现 ■1976年以后基因工程菌 不同时期观察到酵母细胞结构 基本微生物 细菌酵母 莓菌 细菌 ■细菌类型 ■球菌(Coci) ■- spherical shape ■-0.4-1.5Hm
◼1748 年，John Needham 提出微生物自生学说，他认为腐败肉汁中的微生物是自发产 生的。当时相当多的人都认同此观点。 ◼ 法国科学家 Louis Pasteur 是自生说的最强烈的反对者。 ◼1876 年，科赫证实是患病的起因 微生物的分子生物学期 ◼1953 年，沃森和克里克提出 DNA 双螺旋结构模型，从此微生物进入了分子时代 ◼ 半保留复制 ◼ 冈奇片断 ◼ 乳糖操纵子模型：1960－1961 雅各布和莫诺，开创了基因表达调控的新机制 ◼ 遗传密码词典：1965 年，尼伦博格 ◼ 1952 J.lederberg 提出质粒概念 ◼ 1976 年限制性内切酶的发现 ◼ 1976 年以后基因工程菌 不同时期观察到酵母细胞结构 基本微生物 ◼ 细菌 酵母 霉菌 细 菌 ◼ 细菌类型 ◼ 球菌（Cocci）: ◼- spherical shape ◼- 0.4 - 1.5 µ m
Examples: staphylococci -form grape-like clusters; streptococci -form bead-like chains 单球菌:细胞呈球形,细菌独立存在。 双球菌:细菌细胞分裂沿一平面进行,新形成的两个球形细胞成对排列,如肺炎双球 菌 链球菌:细胞成链状排列,如溶血链球菌、乳链球菌 桊四联球菌:细胞分裂沿两个相互垂直的方向进行,两次分裂后形成的细胞呈田字形 八叠球菌:细胞分裂沿三个相互垂直的方向进行,分裂后每八个细胞特征性地叠在 起 桊葡萄球菌:细胞分裂不规则,细胞堆积在一起,犹如一串葡萄。 杆菌(Rods): ■-0.25-1.0μ皿 width by0.5-6.0μm1ong Examples: bacilli-straight rod: spirilla-spiral rod 细菌生长曲线 Log phase ■ Stationary phase Death phase
◼Examples: staphylococci - form grape-like clusters; streptococci - form bead-like chains 单球菌：细胞呈球形，细菌独立存在。 双球菌：细菌细胞分裂沿一平面进行，新形成的两个球形细胞成对排列，如肺炎双球 菌 链球菌：细胞成链状排列，如溶血链球菌、乳链球菌 四联球菌：细胞分裂沿两个相互垂直的方向进行，两次分裂后形成的细胞呈田字形 八叠球菌：细胞分裂沿三个相互垂直的方向进行，分裂后每八个细胞特征性地叠在一 起。 葡萄球菌：细胞分裂不规则，细胞堆积在一起，犹如一串葡萄。 杆菌（Rods）: ◼- 0.25 - 1.0 µ m width by 0.5 - 6.0 µ m long ◼Examples: bacilli - straight rod; spirilla - spiral rod 细菌生长曲线 ◼ Lag phase: ◼ Log phase: ◼ Stationary phase ◼ Death phase: ◼ 酵 母
乳中微生物 Lactic acid bacteria ■乳酸球菌(1 actococcl) 链球菌属:化脓链球菌、停乳链球菌、缺乳链球菌、乳房链球菌;牛链球菌、嗜 热链球菌、粪链球菌、乳链球菌、乳油链球菌 一明串珠菌属:肠膜状明串珠菌、戊糖明 串珠菌 ■乳酸杆菌( lactobacilli) 一高加索乳杆菌 乳酸乳杆菌 瑞士乳杆菌 嗜酸乳杆菌 嗜热乳杆菌 一干酪乳杆菌 赖氏乳杆菌 胚芽乳杆菌 乳中的腐败微生物 psychrotrophic organisms:乳中主要的廣败微生物,绝大多数可经巴氏杀菌杀死 但是 ■ Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas frag可以产生蛋白酶和脂酶,是热稳定 的
◼ 霉 菌 乳中微生物 ◼ Lactic acid bacteria: ◼乳酸球菌（lactococci） -链球菌属：化脓链球菌、停乳链球菌、缺乳链球菌、乳房链球菌；牛链球菌、嗜 热链球菌、粪链球菌、乳链球菌、乳油链球菌 －明串珠菌属：肠膜状明串珠菌、戊糖明 串珠菌 ◼乳酸杆菌（lactobacilli） －高加索乳杆菌 －乳酸乳杆菌 －瑞士乳杆菌 －嗜酸乳杆菌 －嗜热乳杆菌 －干酪乳杆菌 －赖氏乳杆菌 －胚芽乳杆菌 ◼乳中的腐败微生物 ◼ psychrotrophic organisms：乳中主要的腐败微生物，绝大多数可经巴氏杀菌杀死， 但是 ◼ Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas fragi 可以产生蛋白酶和脂酶，是热稳定 的
Bacillus, Clostridium, Cornebacterium, Arthrobacter, Lactobacillu Microbacterium, Micrococcus, and Streptococcus中的一些菌株可在冷藏条件下生 长,是导致乳腐败的主要原医 乳中的致病徵生物 ■ Bacillus ceres(芽孢杆菌) Listeria monocytogenes Yersinia enterocolitica ■ Sa monell Escherichia coli 0157: H7 ampylobacterjeJunnz 莓菌 ■青幂菌属 灰绿青幂、卡门柏青幂、娄地青幂等,后两者用于干酪加工。 曲霉属 黑曲每:千酪如污染此菌,表面变黑以致变质 米曲莓:可用于制造特殊干酪,具有很强地蛋白分解能力; 白地曲幂:分解乳酸,在酸败乳和酸性乳制品表面形成白膜 噬菌体 ■噬菌体是侵入微生物中病毒地总称,故也称细菌病毒。它只生长在寄主细菌内繁殖, 导致寄主的破裂。 ■噬菌体主要感染发酵剂,噬菌体生长速度极快,其感染细菌主要分为潜伏期和裂殖期, 前期较缓慢,对发酵剂没有影响,进入裂殖期后对发酵剂造成极大危害。 ■耐热性低的噬菌体65℃5分钟可破坏,但耐热性强地噬菌体需在75℃15分钟以上才 能杀灭 乳中微生物的来源
◼ Bacillus, Clostridium, Cornebacterium, Arthrobacter, Lactobacillus, Microbacterium, Micrococcus , and Streptococcus 中的一些菌株可在冷藏条件下生 长，是导致乳腐败的主要原因。 乳中的致病微生物 ◼Bacillus cereu(芽孢杆菌） ◼Listeria monocytogenes ◼Yersinia enterocolitica ◼Salmonella spp. ◼Escherichia coli O157:H7 ◼Campylobacter jejuni 霉 菌 ◼ 青霉菌属 －灰绿青霉、卡门柏青霉、娄地青霉等，后两者用于干酪加工。 ◼ 曲霉属 －黑曲霉：干酪如污染此菌，表面变黑以致变质。 －米曲霉：可用于制造特殊干酪，具有很强地蛋白分解能力； －白地曲霉：分解乳酸，在酸败乳和酸性乳制品表面形成白膜。 噬 菌 体 ◼ 噬菌体是侵入微生物中病毒地总称，故也称细菌病毒。它只生长在寄主细菌内繁殖， 导致寄主的破裂。 ◼ 噬菌体主要感染发酵剂，噬菌体生长速度极快，其感染细菌主要分为潜伏期和裂殖期， 前期较缓慢，对发酵剂没有影响，进入裂殖期后对发酵剂造成极大危害。 ◼ 耐热性低的噬菌体 65℃5 分钟可破坏，但耐热性强地噬菌体需在 75℃15 分钟以上才 能杀灭 乳中微生物的来源
■来源于乳房的污染 ■来源于牛体地污染 ■来源于空气地污染 ■来源于挤奶用具和奶桶等地污染 ■其他污染来源 发酵微生物 ■发酵剂的发展史 ■作为发酵剂的两类微生物 ■两类发酵微生物的作用 ■发酵剂的选择与生产 发酵剂的发展史 ■1900前:乳放置过夜,自然变酸;乳用乳清接种 ■1857:巴斯德(法国)乳酸发酵是由细菌引起;巴氏杀菌概念的产生 ■1873:酸乳乳球菌被 Lister分离出来 ■1890s:粉状发酵剂产生 -Char. Hansen实验室研制出; Lloyd发酵剂试验 ■1960: Marschal1发酵剂(USA) 1910:迈克尼考夫(俄国)一健康和酸奶细菌 ■1919:奥拉詹森(丹麦)关于发酵剂自然特性的论文发表 ■1930/1940s:白头(新西兰)单一菌种发现和噬菌体概念的提出 1950s: Lewis(UK)提出工业化发酵剂黛殖的体系 1960/1970s:浓缩、深冻和冻干发酵剂;抑制噬菌体的媒介 1980/90s商业直投式发酵剂;乳酸菌的基因改造 作为发酵剂的两类微生物 第一类乳酸菌:可分为嗜温型和嗜热型两类
◼ 来源于乳房的污染 ◼ 来源于牛体地污染 ◼ 来源于空气地污染 ◼ 来源于挤奶用具和奶桶等地污染 ◼ 其他污染来源 发酵微生物 ◼ 发酵剂的发展史 ◼ 作为发酵剂的两类微生物 ◼ 两类发酵微生物的作用 ◼ 发酵剂的选择与生产 发酵剂的发展史 ◼ 1900 前: 乳放置过夜，自然变酸；乳用 乳清接种 ◼ 1857 : 巴斯德（法国）乳酸发酵是由细菌引起；巴氏杀菌概念的产生 ◼ 1873 : 酸乳乳球菌被 Lister 分离出来 ◼ 1890s: 粉状发酵剂产生—Char.Hansen 实验室研制出；Lloyd 发酵剂试验 ◼ 1960: Marschall 发酵剂（USA） 1910:迈克尼考夫（俄国）—健康和酸奶细菌 ◼ 1919:奥拉.詹森（丹麦）关于发酵剂自然特性的论文发表 ◼ 1930/1940s:白头（新西兰）单一菌种发现和噬菌体概念的提出 ◼ 1950s:Lewis（UK）提出工业化发酵剂繁殖的体系 ◼ 1960/1970s:浓缩、深冻和冻干发酵剂；抑制噬菌体的媒介 ◼ 1980/90s 商业直投式发酵剂；乳酸菌的基因改造 作为发酵剂的两类微生物 ❖第一类乳酸菌：可分为嗜温型和嗜热型两类
嗜温型乳酸菌:最适生长温度为3033℃;主要菌为乳酸球菌和明串珠菌;主要用于 培养温度为2040℃的发酵 嗜热型乳酸菌:最适生长温度为4045℃;主要的嗜热型乳酸菌包括链球菌中的嗜热 链球菌亚种、德氏乳酸杆菌的保加利亚亚种;常用于发酵温度为30-50℃的乳品生产工 除此之外,还有具有健康功能的乳酸菌,如嗜酸乳杆菌、Lb. deuterium、双歧杆菌 令乳酸菌发酵剂的作用 ■1酸化作用 酸化作用是乳酸菌的主要作用。酸化作用主要是乳酸菌发酵乳糖变为乳酸,导致pH 下降而引起的。酸化作用可以抑制食品中致病菌和食品腐败微生物生长;在干酪制作过 程中,可促使干酪凝块中乳清析出,降低干酪中水分含量,提高保藏效果。 ■2改善质构 干酪:在干酪制作过程中,酸化过程加速凝块的收缩,这一脱水过程可被加热和浓缩过 程进一步提高。干酪pH在52-5.5时,凝块具有弹性,蛋白质聚集的直径在10-15nm 当pH为4.8时,凝块无凝结性,或呈屑状,蛋白质凝聚直径在3-4nm 发酵乳:发酵乳的质构在很大程度上是由乳酸菌发酵产生的乳酸的作用下形成的。个别 乳酸菌分泌的胞外多糖(EPS)可以提高发酵乳的粘性或质构(酸乳乳球菌可产生胞外多 糖) 3提高风味 乳酸菌可以通过以下三种途径增强乳的风味 ■通过提高酸度和降低氧化还原电位为乳中的酶和非醇反应的发生提供适宜的条件 ■通过乳糖代谢和柠檬酸代谢直接产生风味物质 ■分解乳蛋白质或乳脂肪产生肽、氨基酸和挥发性成分
• 嗜温型乳酸菌：最适生长温度为 30-33℃；主要菌为乳酸球菌和明串珠菌；主要用于 培养温度为 20-40℃的发酵。 • 嗜热型乳酸菌：最适生长温度为 40-45℃;主要的嗜热型乳酸菌包括链球菌中的嗜热 链球菌亚种、德氏乳酸杆菌的保加利亚亚种；常用于发酵温度为 30-50℃的乳品生产工 艺。 • 除此之外，还有具有健康功能的乳酸菌，如嗜酸乳杆菌、Lb. reuterium、双歧杆菌。 ❖ 乳酸菌发酵剂的作用 ◼1 酸化作用 酸化作用是乳酸菌的主要作用。酸化作用主要是乳酸菌发酵乳糖变为乳酸，导致 pH 下降而引起的。酸化作用可以抑制食品中致病菌和食品腐败微生物生长；在干酪制作过 程中，可促使干酪凝块中乳清析出，降低干酪中水分含量，提高保藏效果。 ◼2 改善质构 干酪：在干酪制作过程中，酸化过程加速凝块的收缩，这一脱水过程可被加热和浓缩过 程进一步提高。干酪 pH 在 5.2-5.5 时,凝块具有弹性，蛋白质聚集的直径在 10-15nm； 当 pH 为 4.8 时，凝块无凝结性，或呈屑状，蛋白质凝聚直径在 3-4nm。 发酵乳：发酵乳的质构在很大程度上是由乳酸菌发酵产生的乳酸的作用下形成的。个别 乳酸菌分泌的胞外多糖（EPS）可以提高发酵乳的粘性或质构（酸乳乳球菌可产生胞外多 糖） ◼3 提高风味 乳酸菌可以通过以下三种途径增强乳的风味： ◼ 通过提高酸度和降低氧化还原电位为乳中的酶和非酶反应的发生提供适宜的条件 ◼ 通过乳糖代谢和柠檬酸代谢直接产生风味物质 ◼ 分解乳蛋白质或乳脂肪产生肽、氨基酸和挥发性成分
不同发酵产品的特征风味风味物质 1.嗜温发酵产品(酸奶油、 fromage frais、 fromage blam、乡村干酪和乳酸黄油 ■嗜温型乳酸菌发酵乳中柠檬酸盐产生丁二酮。乳酸盐代谢不产生能量,除产生丁二酮 外还产生乙酸、2,3-丁二醇、乙醛和二氧化碳。 ■典型的柠檬酸盐代谢产物及水平如下:丁二酮1-10pm丙酮0-1ppm乙醇 0-3ppm 2嗜热型发酵产品(酸乳) ■嗜热型乳酸菌(保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌) ■乙醛嗜主要的风味物质为20-400,其他风味物质还包括:丙酮、丁二酮,这几种 物质的浓度较低 第二类为第二菌群 ■第二菌群是一类范围较广的微生物,这类微生物主要生长在基质表面,在干酪成熟过 程中改善干酪的风味和质构。 ■第二菌群包括霉菌、酵母和细菌 莓菌 ■沙门柏干酪青霉( Pencillium camemberti):包括两类一类为P.albm(灰白色菌 苔),另一类为P. caseico lun(纯白色菌苔) ■白地霉( Geotrichum candidum)——金黄色短菌苔 ■娄地干酷青霉( Penicillum roqueforti)
❖不同发酵产品的特征风味风味物质 1.嗜温发酵产品（酸奶油、fromage frais、 fromage blam、 乡村干酪和乳酸黄油） ◼ 嗜温型乳酸菌发酵乳中柠檬酸盐产生丁二酮。乳酸盐代谢不产生能量，除产生丁二酮 外还产生乙酸、2，3-丁二醇、乙醛和二氧化碳。 ◼ 典型的柠檬酸盐代谢产物及水平如下：丁二酮 1-10ppm 丙酮 0-1ppm 乙醇 0-3ppm 2 嗜热型发酵产品（酸乳） ◼ 嗜热型乳酸菌（保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌） ◼ 乙醛嗜主要的风味物质为 20-40ppm，其他风味物质还包括：丙酮、丁二酮，这几种 物质的浓度较低。 第二类为第二菌群 ◼ 第二菌群是一类范围较广的微生物，这类微生物主要生长在基质表面，在干酪成熟过 程中改善干酪的风味和质构。 ◼ 第二菌群包括霉菌、酵母和细菌 霉 菌 ◼ 沙门柏干酪青霉（Pencillium camemberti）：包括两类一类为 P. album(灰白色菌 苔),另一类为 P. caseicolum(纯白色菌苔) ◼ 白地霉(Geotrichum candidum)----金黄色短菌苔 ◼ 娄地干酷青霉(Penicillum roqueforti)
酵母菌 ■酵母在初期生长在干酪表面,可以在含盐量为4%时生长,其代谢乳酸盐的能力可被 病毒强烈抵消; 酵母具有蛋白分解和脂类分解的能力,产生一系列的挥发性物质和肽类、氨基酸风味 物质。 细菌 ■棒状杆菌:G+,中性pH值,最适生长温度为20-30; ■微球菌:需氧、耐盐细菌能够在1020生长; ■乳酸杆菌和片球菌: ■丙酸细菌:代谢乳酸盐为丙酸、乙酸和二氧化碳 第二菌群的作用 ■一般来讲,第二菌群的生长所产生的代谢产物、释放出的蛋白藤和脂肪酶可以改变质 构和风味 发酵剂的选择与生产 令乳酸菌的选择 乳酸菌发酵剂的来源一般包括绿色植物、生乳、发酵乳制品和菌种收集物,在实际生 产中后三者为主要的来源; 令选择指标 发酵乳 ■风味和质构的增强作用 ■酸化速度(在不同温度下
酵母菌 ◼ 酵母在初期生长在干酪表面，可以在含盐量为 4%时生长，其代谢乳酸盐的能力可被 病毒强烈抵消； ◼ 酵母具有蛋白分解和脂类分解的能力，产生一系列的挥发性物质和肽类、氨基酸风味 物质。 细 菌 ◼ 棒状杆菌：G+，中性 pH 值，最适生长温度为 20-30； ◼ 微球菌：需氧、耐盐细菌能够在 10-20 生长； ◼ 乳酸杆菌和片球菌： ◼ 丙酸细菌：代谢乳酸盐为丙酸、乙酸和二氧化碳。 第二菌群的作用 ◼ 一般来讲，第二菌群的生长所产生的代谢产物、释放出的蛋白酶和脂肪酶可以改变质 构和风味。 发酵剂的选择与生产 ❖乳酸菌的选择 • 乳酸菌发酵剂的来源一般包括绿色植物、生乳、发酵乳制品和菌种收集物，在实际生 产中后三者为主要的来源； ❖选择指标 ✓发酵乳 ◼ 风味和质构的增强作用 ◼ 酸化速度（在不同温度下）
■噬菌体的耐受性(与其他菌株的关系) 与其他菌株的竞争 ■对蒸煮温度的耐受 ■蛋白分解活性 ■对盐的敏感性 ■特殊的特性(例如产生多糖) ■细菌特性的稳定性 凝集稳定性 浓缩发酵制品 工业化发酵的产量 生产过程中有效性和活性的维持 冻干或冻结形式的稳定性 DVI形式的活性
◼ 噬菌体的耐受性（与其他菌株的关系） ◼ 与其他菌株的竞争 ◼ 对蒸煮温度的耐受 ◼ 蛋白分解活性 ◼ 对盐的敏感性 ◼ 特殊的特性（例如产生多糖） ◼ 细菌特性的稳定性 ◼ 凝集稳定性 ✓浓缩发酵制品 • 工业化发酵的产量 • 生产过程中有效性和活性的维持 • 冻干或冻结形式的稳定性 • DVI 形式的活性