细菌在食品制造中的应用

细菌在食品制造中的应用

在食品工业中，细菌与食品生产的关系极为密切，发酵工业中常用的细菌有乳酸菌、醋酸菌及芽孢杆菌。利用细菌制造的食品有酸乳、食醋、纳豆、香肠、益生菌制剂及种类繁多的调味品等。此外，细菌还可用于工业级食品原料（如有机酸、氨基酸、黄原胶等）的生产。

一、乳酸菌与发酵乳制品

发酵乳制品是指原料乳在有益微生物（特定菌）的作用下发酵而成的乳制品，包括酸乳、干酪、酸奶油、乳酒等。乳品经过发酵后，不仅具有良好而独特的风味，而且提高了其营养价值。有些乳制品还可抑制肠胃内的异常发酵和其他肠道病原菌的生长，改善便秘，降低胆固醇等作用。

（一）发酵乳制品中常用的微生物

生产发酵乳制品的细菌主要是乳酸菌。乳酸菌是一类能使可发酵性糖类转化成乳酸的革兰氏阳性细菌的通称，并非微生物分类学上的名词。常用的乳酸菌有乳杆菌属（干酪乳杆菌、保加利亚亚种、嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌、瑞士乳杆菌等）、链球菌属（嗜热链球菌、乳酸链球菌、乳脂链球菌等）、双歧杆菌属（两歧双歧杆菌、长双歧杆菌、短双歧杆菌、青春双歧杆菌、婴儿双歧杆菌等）和明串珠菌属等。

有些发酵乳制品如干酪、酸奶油等，除乳酸菌外，酵母菌、霉菌也参与发酵，这些微生物不仅会引起产品外观和理化性质的改善，而且可以丰富发酵产品的风味。

作为发酵乳制品生产的发酵剂，有时使用单一菌株，而更多的时候则是用两种或两种以上的菌种复配进行发酵，以便获得更好的风味和保健效果。

（二）发酵过程中的生物化学变化 1．乳酸发酵

乳酸发酵是所有发酵乳制品所共有和最重要的化学变化，其代谢产物乳酸是发酵乳制品中最基本的风味化合物。在发酵乳制品生产中，乳酸发酵所累积的乳酸最大可达1.5%。乳酸菌在分解乳糖产生乳酸同时，还可代谢产生多种风味物质，赋予产品独特的风味。

2．柠檬酸代谢

柠檬酸代谢是乳酸菌发酵的另一重要代谢。乳中柠檬酸的含量较低，平均含量为0.18%，且仅能被嗜温型的风味细菌利用生成双乙酰。双乙酰是一种极其重要的风味化合物，可使发酵乳制品具有“奶油”特征，有一种类似坚果仁的香味和风味。

3．乙醇的产生

一些风味细菌如明串珠菌在异型乳酸发酵中可形成少量乙醇，赋予某些发酵乳制品特殊风味。而在酸奶酒中，乙醇主要是由开菲尔酵母和开菲尔球拟酵母产生的，最品中酒精含量可达1%;在马奶酒中是由球拟酵母产生，酒精含量一般为0.1%～1.0%。

4．产生胞外多糖

一些乳酸菌能利用培养基中的糖类物质产生胞外多糖，如链球菌变种、肠膜明喜薯垂菌能产生胞外葡聚糖；嗜热链球菌产生的胞外多糖以葡萄糖、半乳糖为主要成分，还少量木糖、阿拉伯糖、鼠李糖和甘露糖等。生产上可以利用产胞外多糖的专用菌株来提高发酵乳的黏度和胶体稳定性，改善发酵乳的品质和稳定性。

在各种代谢产物中，一些较次要的代谢产物即使数量很少甚至是微量的，但在保持发酵乳制品的风味平衡方面却起着非常重要的作用。

（三）各类发酵乳制品 1．酸乳

酸乳是新鲜牛乳经乳酸菌发酵制成的乳制品，其中含有大量活菌。根据其发酵方式的不同分为凝固型、搅拌型和饮料型三种。酸乳除具有较高的营养价值外，在胃肠内还具有抑制腐败细菌导致的异常发酵，防止和治疗胃肠炎等效果。

酸乳是由嗜热链球菌和德氏乳杆菌保加利亚亚种共同发酵生产的。在生产中为了增加酸奶的黏稠度、风味或提高产品的功能性效果，还可添加辅助菌种，以单独培养或混合培养后加入乳中。添加的发酵剂主要有产黏发酵剂、产香发酵剂、益生菌发酵剂等。

根据生产上使用的菌种不同，酸乳的生产工艺略有差异。但都有共同之处。以下介绍两种不同的工艺：一种是双歧杆菌与嗜热链球菌、保加利亚乳杆菌等共同发酵的生产工艺，称为共同发酵法；另一种是将双歧杆菌与兼性厌氧的酵母菌同时在脱脂牛乳中混合培养，利用酵母在生长过程中的呼吸作用，创造一个适合于双歧杆菌生长繁殖、产酸代谢的厌氧环境，称为共生发酵法。

(1)共同发酵法生产工艺

共同发酵法双歧杆菌酸乳的生产工艺流程如下：

双歧杆菌产酸能力低，凝乳时间长，最终产品的口味和风味欠佳，因而，生产上常选择一些对双歧杆菌生长无太大影响，但产酸快的乳酸菌，如嗜热链球菌、保加利亚乳杆菌、嗜酸乳杆菌、乳脂明串珠菌等与双歧杆菌共同鸳酵。制品中含有足够量的双歧杆菌，这样既可以缩短生长周期，大大缩短凝乳时间，又可以提高产酸能力，并改善制品的口感和风味。

(2)共生发酵法生产工艺

双歧杆菌、酵母共生发酵乳的生产工艺流程如下：

共生发酵法常用的菌种搭配为双歧杆菌和用于马奶酒制造的乳酸酵母，接种量分别为6%和3%。在调配发酵培养用原料乳时，用适量脱脂乳粉加入到新鲜脱脂乳中，以强化乳中固形物含量，并加入10%蔗糖和2%的葡萄糖，接种时还可加入适量维生素C，以利于双歧杆菌生长。酵母菌的最适生长温度为26～28℃。为了有利于酵母先发酵，为双歧杆菌生长营造一个适宜的厌氧环境，因而接种后，

首先在温度26～28℃下培养，以促进酵母的大量繁殖和基质乳中氧的消耗，然后提高温度到30℃左右，以促进双歧杆菌的生长。由于采用了共生混合的发酵方式，双歧杆菌生长迟缓的状况大为改观，总体产酸能力提高，凝乳速度加快，所得产品酸甜适中，富有纯正的乳酸口味和淡淡的酵母香气。

此工艺生产的酸乳最好在生产7d内销售出去，而且在生产与销售之间必须形成冷链，因为即使在5～10℃以下存放7d后，双歧杆菌活菌的死亡率高达96%；20℃下存放7d后，死亡率达99%以上。

2．干酪

干酪是指在原料乳（也可用脱脂乳或稀奶油）中加入适量的乳酸发酵剂和凝乳酶，使乳蛋白（主要是酪蛋白）凝固后分离乳清，将凝块压成所需形状而制得的乳制品。干酪营养丰富、风味独特、较易消化，主要成分是酪蛋白和乳脂。

干酪发酵剂可分为细菌发酵剂与霉菌发酵剂两大类。细菌发酵剂以乳酸菌为主，主要包括乳酸球菌属、链球菌属、乳杆菌属、片球菌属、明串珠菌、肠球菌属的种或亚种及变种。有时还加入短杆菌属和丙酸菌属的菌株，以使干酪形成特有的组织状态；霉菌发酵剂主要是用脂肪分解强的沙门柏干酪青霉、娄地青霉等。某些酵母菌（如解脂假丝酵母等）也在一些品种的干酪中得到应用。

二、乳酸菌与发酵果蔬制品

果蔬制品的发酵以乳酸发酵为主，同时还辅以轻度的酒精发酵和极轻微的醋酸发酵。蔬菜和水果经乳酸菌发酵后可以得到营养丰富、风味独特，且具有一定保健功能的产品。用于蔬菜、水果乳酸发酵的微生物主要有植物乳杆菌、短乳杆菌、肠膜明串珠菌、小片球菌等。