发酵食品微生物

第一节　发酵食品微生物

一、什么是发酵食品

发酵食品是人类巧妙地利用有益微生物加工制造的一类食品，具有独特的风味，丰富了我们的饮食生活，如酸奶、干酪、酒酿、泡菜、酱油、食醋、豆豉、腐乳、黄酒、啤酒、葡萄酒，甚至还可包括臭豆腐和臭冬瓜，这些都是颇具魅力而长期为人们喜爱的食品。

植物细胞有细胞壁，细胞内的一些成分人体往往难以消化利用，发酵时微生物分泌的酶能裂解细胞壁，提高了营养素的利用程度。微生物还能合成一些B族维生素，特别是维生素B₁₂，动物和植物自身都无法合成这一维生素，只有微生物能“生产”，所以发酵食品中维生素B₁₂较为丰富，维生素B₁₂还能预防老年痴呆症。

发酵食品一般脂肪含量较低，发酵过程中要消耗碳水化合物的能量，因此发酵食品的能量值比较低，这对欲控制热量摄入而减肥的人是首选的低热能食品。

在发酵过程中，微生物保留了原来食物中的一些活性成分，如多糖、膳食纤维、生物类黄酮等对机体有保健作用的物质，还能分解某些对人体不利的因子，如豆类中的低聚糖、胀气因子、豆腥味物质等。微生物新陈代谢时产生的不少代谢产物，多数有调节机体生物功能的作用，能抑制体内有害物的产生，最新的研究表明，不少发酵食品对预防肿瘤的发生有奇特的作用。

未经加热即食用的发酵食品，其含有的微生物被称为益生菌，能保持肠道内各种微生物之间的菌群平衡，改善肠胃道功能，不少微生态制剂的保健食品就是利用这一特点制造的。

毫不起眼的微生物为人类贡献了各种风味的发酵食品，既使我们享受了饮食的乐趣，又能保健养生。

二、常用发酵食品的微生物

最常用的有酵母菌、曲霉以及细菌中的乳酸菌、醋酸菌、黄短杆菌、棒状杆菌等。通过这些微生物作用制成的食品通常有以下5类：①酒精饮料,如蒸馏酒、黄酒、果酒、啤酒等;②乳制品，如酸奶、酸性奶油、马奶酒、干酪等；③豆制品,如豆腐乳、豆豉、纳豆等；④发酵蔬菜,如泡菜、酸菜等；⑤调味品，如醋、黄酱、酱油、甜味剂（如天冬甜味精）、增味剂（如5′-核苷酸）和味精等。

（一）细菌

细菌的形态常随生活环境的变化而改变。但在一定的环境条件下，各种细菌具有一定的形态，基本形态有球状、杆状和螺旋状3种。大多数球菌的直径为0.5～2.0微米，杆菌一般宽0.5～1微米，长1～5微米。产芽孢的细菌一般比无芽孢的细菌稍大些。细菌的质量为1×10～1×10毫克。细菌的表面积与体积比很大，因此它们的新陈代谢十分活跃。如乳酸杆菌的表面积与体积比为120000，而体重为100千克的人的表面积与体积比只有0.3；乳酸杆菌1小时所产生的乳酸为其体重的1000～10000倍，而一个人要想得到1000倍于其体重的糖代谢物则需要40年。利用细菌这种活跃的代谢功能可在发酵食品中创造多种有用产品。

细菌的繁殖是以细胞分裂方式进行的，其繁殖速度很快，最短的世代时间仅十几分钟，生长缓慢的细菌也只需几小时。

用于发酵食品中的细菌，主要有醋酸杆菌、非致病棒杆菌和乳酸菌3种。

1.醋酸杆菌

常见于腐烂的水果、蔬菜、酸果汁、醋和饮料酒中。属革兰氏阴性无芽孢杆菌,兼性好氧，但易出现退化型。退化型菌体出现枝状、丝状等弯曲状。老培养物中的菌株革兰氏染色也常常出现变化。醋酸杆菌能氧化乙醇使之成为乙酸，因而是制造食醋的主要菌种。

2.非致病棒杆菌

经常从土壤、水、空气和被污染的细菌培养皿或血平板中分离得到。非致病棒杆菌中的谷氨酸棒杆菌、力士棒杆菌、解烃棒杆菌经常用于味精（L-谷氨酸盐）的生产。它们能将糖分解成有机酸，并将含氮物质分解成铵离子，再进一步合成谷氨酸并积累于发酵液中。

3.乳酸菌

能产生乳酸，是发酵乳制品制造过程中起主要作用的一类菌。按其对糖发酵特性可分为同型发酵菌和异型发酵菌。

同型发酵菌在发酵过程中，能使发酵液中80%～90%的乳糖转化成乳酸，仅有少量的其他副产物。常用的菌种有：干酪乳杆菌、保加利亚乳杆菌、嗜酸乳杆菌、瑞士乳杆菌、乳酸乳杆菌、乳链球菌、嗜热链球菌及乳链球菌丁二酮乳新亚种。

异型发酵菌在发酵过程中，能使发酵液中50%的乳糖转化为乳酸，另外50%的糖转变为其他有机酸、醇、二氧化碳、氢等。在食品中使用的菌种有葡聚糖明串珠菌和乳脂明串珠菌。

根据不同产品的要求，将以上各菌种以不同的组合形式制成发酵剂，用于发酵乳制品的生产。常见的产品有酸性奶油、干酪、酸奶等。

（二）酵母

属真菌，酵母细胞多为单细胞，有球形、卵圆形、圆柱形、柠檬形、梨形等。在特定条件下某些菌种形成延长的细胞长链，形状与霉菌菌丝相似，称为假菌丝。酵母细胞的大小因培养基成分及菌龄的不同而异，一般是（8～10）×（1～5）微米。

利用酵母的菌体或酵母的发酵作用能制造酒类、馒头、面包、单细胞蛋白等多种食品。

酵母细胞中含有蛋白质、碳水化合物、脂肪、维生素、酶和无机盐等。其中蛋白质含量（按干基计）一般为51%～55%，有的甚至更高。组成此蛋白质的氨基酸有13种以上，营养价值高且易于消化吸收。维生素含量也很丰富，已知有14种以上，而且绝大多数是水溶性的。因此酵母是良好的蛋白质资源。

过量的核酸会引起人体发生痛风和肾结石症等疾病。因此供食用的酵母必须加以精制以除去核酸。酵母的浸出液可用于生物营养及营养食品的调味，滋补剂及填充剂等。

食品工业中常用的酵母菌有酿酒酵母、椭圆酵母、卡尔酵母和异常汉逊酵母四种。

1.酿酒酵母

大多呈椭圆形，长与宽之比为2∶1。对酒精有较大的耐力，能发酵葡萄糖、麦芽糖、半乳糖、蔗糖及1/3棉子糖,不能发酵乳糖和蜜二糖。不能同化硝酸盐。常存在于酒曲、果皮、发酵的果汁以及果园的土壤中，是酿酒工业中最常用的菌，也是啤酒酿造中典型的上面发酵酵母。还可发酵制面包，它的转化酶可以转化糖，也可用于巧克力的制作。

2.椭圆酵母

细胞为卵圆形，其他生化特性与酿酒酵母相似，除能耐较高浓度的乙醇外，还能耐较高的葡萄汁酸度和较低浓度的二氧化硫，因而常用于葡萄酒的酿造。

3.卡尔酵母

是啤酒酿造中典型的底面酵母。它的形态与生化特性都与酿酒酵母相似，不同之处是它具有完全发酵棉子糖的能力。

4.异常汉逊酵母

细胞呈圆形、椭圆形或腊肠形。在特定条件下能生成发达的假菌丝。能发酵葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、半乳糖、棉子糖；不能发酵蜜二糖和乳糖。能同化硝酸盐，分解杨梅苷。由于能产生乙酸乙酯，因而在改善食品风味中能起一定作用。如白酒和无盐发酵酱油的增香都可采用此菌。

（三）霉菌

不是分类学上的名称。它是丝状真菌的统称。凡在营养基质上长有菌丝体的真菌统称为霉菌。它包括分类上很不同的许多真菌，如藻状菌纲、子囊菌纲、担子菌纲和半知菌纲。

食品工业中常用的霉菌有毛霉属、根霉属、曲霉属和地霉属4个属。

1.毛霉属

具有毛状的外形，无假根和匍匐枝，菌丝无横隔，孢子囊梗直接由菌丝体生出。繁殖方式可以由子囊孢子直接萌发，也可由接合孢子进行繁殖。毛霉能产生蛋白酶，因而有分解大豆的能力。中国在制作豆腐乳、豆豉时即利用毛霉分解蛋白质产生鲜味。某些种毛霉还具有较强的糖化力，能糖化淀粉。中国酒药中的毛霉就属此类。毛霉还可用于酒精和有机酸工业原料的糖化和发酵过程。

2.根霉属

菌丝体产生匍匐枝，匍匐枝末端长有假根。这是与毛霉属区别的主要形态特征。根霉具有很强的糖化酶活力，能使淀粉分解为糖，是酿酒工业常用的糖化菌。

3.曲霉属

菌丝体分枝并具有横隔，分生孢子从分化了的菌丝（具有厚壁的足细胞）上直立长出。分生孢子的形状、大小、颜色和纹饰都是鉴别曲霉种的重要依据。

曲霉具有分解有机物质的能力。在酿造等工业中得到广泛应用。它具有多种强活性的酶系。例如应用于酿酒的糖化菌具有液化、糖化淀粉的淀粉酶，同时还有蔗糖转化酶、麦芽糖酶、乳糖酶等；有些菌能产生较强的酸性蛋白酶，可用来分解蛋白质或用作食品消化剂。黑曲霉所产生的果胶酶，常用于果汁澄清，柚苷酶和陈皮苷酶用于柑橘类罐头去苦味或防止产生白色沉淀，葡萄糖氧化酶则用于食品的脱糖和除氧。

曲霉能产生延胡索酸、乳酸、琥珀酸等多种有机酸，其中草酰乙酸和乙酰辅酶A通过缩合成为柠檬酸在食品工业中应用较多的曲霉属的菌有宇佐美曲霉、黄曲霉、米曲霉和黑曲霉等。这些曲霉在中国的传统食品豆酱、酱油、白酒、黄酒中起着重要的作用。

4.地霉属

其菌落类似于酵母，故为酵母状霉菌。但它有真菌丝，菌丝有横隔，成熟后菌丝断裂成裂生孢子。裂生孢子多为长筒形，也有方形或椭圆形。一般多呈白色。地霉常见于泡菜、腐烂的果蔬以及动物粪便中。白地霉的菌体蛋白质营养丰富，可供食用或作饲料用。