食品发酵中微生物的利用-食品加工原理

（一）发酵食品中细菌的利用

1.乳酸发酵

乳酸菌（Lactic acid bacteria，LAB）是一类能利用可发酵碳水化合物产生大量乳酸的细菌的通称。这类细菌广泛分布于空气中，肉、乳、果蔬等食品的表面上，水以及器具等的表面上也有乳酸菌。乳酸菌种类很多，有球状、杆状等，一般生长发育的最适温度为26～30℃。

按对糖发酵特性的不同，乳酸菌发酵可分为同型乳酸发酵和异型乳酸发酵。同型乳酸发酵是指乳酸菌在发酵过程中，能使80%～90%的糖转化为乳酸，仅有少量的其他产物，引起这种发酵的乳酸菌叫做同型乳酸菌。异型乳酸发酵是指一些乳酸菌在发酵过程中使发酵液中大约50%的糖转化为乳酸，另外的糖转变为其他有机酸、醇、二氧化碳、氢等，引起这种发酵的乳酸菌叫异型乳酸菌。

酸奶是以新鲜的牛奶为原料，加入一定比例的蔗糖，经过高温杀菌冷却后，再加入纯乳酸菌培养物经发酵制得的一种乳制品，口味酸甜细滑，营养丰富，具有一定保健疗效，其营养价值要好于鲜牛奶和各种奶粉。可供酸奶发酵用的菌种有多种，如保加利亚乳杆菌、嗜酸乳杆菌、乳链球菌、嗜热链球菌等。酸奶发酵一般采用两种以上的混合菌种，在一定的温度下经过12～48h的发酵，乳液即形成均匀糊状液体，酸度可达1%左右，并具有特殊的风味。在这种已发酵完毕的酸奶中，根据不同的口味和要求，还可加入食糖、柠檬酸、果汁及香料等物质配成各种口味的酸奶，这种含有活的乳酸菌的酸乳，在保证卫生的条件下就不需要再经消毒处理，可以直接供人们饮用。

泡菜亦称酸菜，主要是利用乳酸菌在低浓度食盐溶液中进行乳酸发酵制成。只要乳酸含量达到一定的浓度，并使产品与空气隔离就可以久贮不坏，达到长期保存的目的。凡是组织紧密、质地脆嫩、肉质肥厚而不易软化的新鲜蔬菜均可作为泡菜的原料。蔬菜的乳酸发酵过程大致分为三个阶段：首先是初期发酵，新鲜蔬菜原料浸没于盐水（一般为6%～8%的浓度）中后，在渗透压的作用下，蔬菜中的水分不断向外渗出，可溶性营养物质如糖分也会扩散至盐水中，同时食盐也扩散到原料组织中。泡菜盐水的含盐量下降，变成了含有糖及其他营养物质的盐水（为2%～4%）。在此过程中抗盐性较弱的和抗盐性较强的微生物都同时活动，其中除乳酸菌外，还有酵母菌和大肠杆菌。发酵初期，占优势的还是大肠杆菌。大肠杆菌将糖分解成乳酸、醋酸、琥珀酸、乙醇、二氧化碳和氢等，因此在初期会有大量的气体不断由容器内向外逸出。这些气体有一部分也是蔬菜在浸泡于盐水后，其细胞间隙内的空气因盐水渗入而逸散出来的。发酵初期乳酸的生成量不高，在0.3%～0.4%。之后是中期发酵阶段，当乳酸的含量达到0.3%以上时，因大肠杆菌群对酸性物质最为敏感，所以不能适应这种环境。取而代之占优势的是乳酸菌群，它能将糖分分解成乳酸但不产生气体，因此中期的气体数量大为减少。中期发酵阶段生成的乳酸含量在0.4%～0.8%，此时抗酸性弱的微生物被抑制甚至死亡。大肠杆菌、丁酸菌以及其他腐败细菌均不能够生存。霉菌虽然抗酸性很强，但因坛内缺氧也无法活动，此时只有乳酸菌继续生长。最后进入发酵末期，此阶段泡菜的酸度继续升高，乳酸含量可达到1.2%以上，乳酸菌群也逐渐不能适应，发酵活动也就停止了。根据经验，泡菜在中期发酵阶段的品质为最佳，其乳酸含量大致在0.6%时风味最好。如果乳酸含量超过1%，泡菜便失去了应有的良好风味。

2.醋酸发酵

参与醋酸发酵的微生物主要是细菌，统称为醋酸菌。它们之中既有好氧型的醋酸菌，例如纹膜醋酸杆菌、氧化醋酸杆菌、巴氏醋酸杆菌、氧化醋酸单胞菌等，也有厌氧型的醋酸菌，例如热醋酸梭菌、胶醋酸杆菌等，好氧型的醋酸发酵是制醋工业的基础。制醋原料或酒精接种醋酸菌后，经发酵生成醋酸，醋酸发酵液还可以经提纯制成一种重要的化工原料——冰醋酸。厌氧型的醋酸发酵是我国糖醋酿造的主要途径。

食醋是一种酸性调味品，它能增进食欲，帮助消化。目前我国食醋生产工艺有固态发酵法、液体深层发酵法和酶法液化通风回流法等，不同工艺从原料利用率、产酸速度、产品风味、生产效率和成本等方面各有差异。食醋按产品特征可分为合成醋、酿造醋、再制醋三大类。其中产量最大且与人们日常生活关系最为密切的是酿造醋，它是用粮食等淀粉质为原料，经微生物制曲、糖化、酒精发酵、醋酸发酵等阶段酿制而成。其主要成分除醋酸（3%～5%）外，还含有各种氨基酸、有机酸、糖类、维生素、醇和酯等营养成分及风味成分，具有独特的色、香、味。

3.谷氨酸发酵

通常谷氨酸发酵用于生产味精，即谷氨酸钠。谷氨酸棒杆菌、乳糖发酵短杆菌、黄色短杆菌是主要的谷氨酸生产菌。味精的生产工艺包括淀粉制糖、接种发酵、谷氨酸提取、中和反应、产品精制。过去生产味精曾使用粮食中的蛋白质（面筋）为原料，用加酸水解方法制取，采用这种方法需要大量的蛋白质。若从粮食中获得蛋白质，则所需要的粮食量较大，因此成本较高。现在所采用的微生物发酵方法既可以节约粮食，又可大大降低成本。在制取L—谷氨酸的微生物发酵过程中，利用的原料主要是淀粉，但是大部分谷氨酸发酵的菌种不具有糖化能力，因而需要将淀粉转变为葡萄糖之后才能进行谷氨酸发酵。

（二）发酵食品中酵母菌的利用

1.酒的生产

酵母是生产酒类的重要微生物。不同的酒用不同的酵母，甚至于同种但不同品牌的酒要用不同的酵母，这也是为什么酒的种类繁多、风味各异的主要原因。

酿酒的原料一般都是含淀粉较多的谷物，如大麦、大米、高粱；植物块根，如红薯、木薯等；含糖分较多的水果，如葡萄、山楂、橘子等；某些含淀粉的野生植物，如茅栗、苦槠、青冈等。酿酒原料的不同和对酿造的质量要求不同，酿造的工艺也不尽相同。但凡是供酿酒用的淀粉原料，一般都要先经过糊化及酶的糖化，然后再加入一定的酵母菌种进行酒精发酵。(www.xing528.com)

葡萄酒是用葡萄汁经酵母发酵而制成的一种低酒精含量的饮料。葡萄酒质量的好坏和葡萄品种、葡萄质量及酒母有着密切的关系，因此在葡萄酒生产中，葡萄的品质、酵母菌种的选择是相当重要的。

啤酒是以大麦为主要原料，经发芽、糖化、啤酒酵母发酵制成。在酿造啤酒时，通常要加入酒花，使啤酒具有独特的苦味和香气。另外，酒花还具有防腐和澄清麦芽汁的能力。

2.面包的生产

面包是以面粉为主要原料，以酵母菌、糖、油脂和鸡蛋为辅料生产的发酵食品，发酵好的面团还需经焙烤等熟化过程。应用于发酵面包的酵母菌种应当是发酵力强并能产生香味的。目前，市面上使用较普遍的酵母菌种产品是活性干酵母。活性干酵母是由酵母在低温真空条件下脱水而制成，使用前需通过温水溶解等手段活化。在处理和使用各种酵母时，注意切勿使酵母同油脂和浓度高的食盐溶液或砂糖溶液直接混合，以免抑制酵母活性，从而影响正常发酵。酵母适宜发酵温度在30℃左右。

（三）发酵食品中霉菌的利用

1.腐乳制造中霉菌的利用

腐乳又名豆腐乳，是我国著名的一种发酵食品，早在1500多年前就有历史记载。按色泽，腐乳分为红腐乳（俗称红方）、白腐乳（俗称糟方）和青腐乳（俗称青方或臭豆腐）。此外，在腐乳的制造中，添加其他辅料就可制成别具风味的各式腐乳，如添加黄酒的醉方，以及添加芝麻、玫瑰、虾籽、香油等的花色腐乳。

腐乳的生产原料是大豆，有黄豆、青豆和黑豆，以黄豆为优，也最普遍。发酵腐乳的菌种主要是毛霉，如腐乳毛霉、鲁氏毛霉、总状毛霉，还有红曲霉、溶胶根霉、青霉以及少量的酵母和细菌等微生物。

我国各地都有腐乳的生产，它们虽然大小不一，配料不同，品种名称繁多，但制作工艺和原理大都相同。选料后，原料要经浸泡、制浆、煮浆、点浆、养浆、成型（豆腐），然后压坯划成小块，摆在木盒中即可接上蛋白酶活力很强的根霉或毛霉菌的菌种，接着便进入发酵和腌坯期。最后根据不同品种的要求加以红曲酶、酵母菌、米曲霉等进行密封贮藏。在这期间微生物分泌出各种酶，促使豆腐坯中的蛋白质分解成营养价值高的氨基酸和一些风味物质。有些氨基酸本身就有一定的鲜味，腐乳在发酵过程中也促使豆腐坯中的淀粉转化成酒精和有机酸，同时还有辅料中的酒及香料也参与作用，共同生成了带有香味的酯类及其他一些风味成分，从而构成了腐乳所特有的风味。

2.酱油制造中霉菌的利用

酱油是人们常用的一种食品调味料，营养丰富，味道鲜美，在我国已有两千多年的历史。它是用蛋白质原料（如豆饼、豆粕等）和淀粉质原料（如麸皮、面粉、小麦等），利用曲霉及其他微生物的共同发酵作用酿制而成的。

酱油生产中常用的霉菌有米曲霉、黄曲霉和黑曲霉等，应用于酱油生产的曲霉菌株应符合如下条件：不产黄曲霉毒素；蛋白酶、淀粉酶活力高，有谷氨酰胺酶活力；生长快速、培养条件粗放、抗杂菌能力强；不产生异味，制曲酿造的酱制品风味好。

酱油生产所用的霉菌主要是米曲霉（Aspergillus oryzae）。生产上常用的米曲霉菌株有：AS 3.951（沪酿3.042）、UE328、UE336、AS 3.863、渝3.811等。生产中常常是由两菌种以上复合使用，以提高原料蛋白质及碳水化合物的利用率，提高成品中还原糖、氨基酸、色素以及香味物质的水平。除曲霉外，还有酵母菌、乳酸菌参与发酵，它们对酱油香味的形成也起着十分重要的作用。