霉菌与其在发酵产品中的应用课件

霉菌及其在发酵产品中的应用齐鲁工业大学 生物工程学院 侯运华 博士主要内容（一）（一）霉菌制曲霉菌制曲（二）生产酱类产品（二）生产酱类产品（三）腐乳（三）腐乳（四）豆豉（四）豆豉（五）柠檬酸（五）柠檬酸（六）苹果酸（六）苹果酸 霉菌在食品工业中用途十分广泛，许多酿造发酵食霉菌在食品工业中用途十分广泛，许多酿造发酵食霉菌在食品工业中用途十分广泛，许多酿造发酵食霉菌在食品工业中用途十分广泛，许多酿造发酵食品、食品原料的制造，都是在霉菌的参与下生产出来的。品、食品原料的制造，都是在霉菌的参与下生产出来的。品、食品原料的制造，都是在霉菌的参与下生产出来的。品、食品原料的制造，都是在霉菌的参与下生产出来的。绝大多数霉菌能把加工所用原料中的淀粉、糖类等绝大多数霉菌能把加工所用原料中的淀粉、糖类等绝大多数霉菌能把加工所用原料中的淀粉、糖类等绝大多数霉菌能把加工所用原料中的淀粉、糖类等碳水化合物、蛋白质等含氮化合物及其他种类的化合物碳水化合物、蛋白质等含氮化合物及其他种类的化合物碳水化合物、蛋白质等含氮化合物及其他种类的化合物碳水化合物、蛋白质等含氮化合物及其他种类的化合物进行转化，制造出多种多样的食品、调味品及食品添加进行转化，制造出多种多样的食品、调味品及食品添加进行转化，制造出多种多样的食品、调味品及食品添加进行转化，制造出多种多样的食品、调味品及食品添加剂。剂。剂。剂。不过，在许多食品制造中，除了利用霉菌以外，还不过，在许多食品制造中，除了利用霉菌以外，还不过，在许多食品制造中，除了利用霉菌以外，还不过，在许多食品制造中，除了利用霉菌以外，还要由细菌、酵母的共同作用下来完成。在食品酿造业中，要由细菌、酵母的共同作用下来完成。在食品酿造业中，要由细菌、酵母的共同作用下来完成。在食品酿造业中，要由细菌、酵母的共同作用下来完成。在食品酿造业中，常常以淀粉质为主要原料，只有将淀粉转化为糖才能被常常以淀粉质为主要原料，只有将淀粉转化为糖才能被常常以淀粉质为主要原料，只有将淀粉转化为糖才能被常常以淀粉质为主要原料，只有将淀粉转化为糖才能被酵母菌及细菌利用。酵母菌及细菌利用。酵母菌及细菌利用。酵母菌及细菌利用。（一）制曲（一）制曲 淀粉的糖化、蛋白质的水解均是通过霉菌产生的淀粉的糖化、蛋白质的水解均是通过霉菌产生的淀粉的糖化、蛋白质的水解均是通过霉菌产生的淀粉的糖化、蛋白质的水解均是通过霉菌产生的淀淀淀淀粉酶和蛋白质水解酶粉酶和蛋白质水解酶粉酶和蛋白质水解酶粉酶和蛋白质水解酶进行的。通常情况是先进行霉菌培进行的。通常情况是先进行霉菌培进行的。通常情况是先进行霉菌培进行的。通常情况是先进行霉菌培养制曲。淀粉、蛋白质原料经过蒸煮糊化加入种曲，在养制曲。淀粉、蛋白质原料经过蒸煮糊化加入种曲，在养制曲。淀粉、蛋白质原料经过蒸煮糊化加入种曲，在养制曲。淀粉、蛋白质原料经过蒸煮糊化加入种曲，在一定温度下培养，曲中由霉菌产生的各种酶将淀粉、蛋一定温度下培养，曲中由霉菌产生的各种酶将淀粉、蛋一定温度下培养，曲中由霉菌产生的各种酶将淀粉、蛋一定温度下培养，曲中由霉菌产生的各种酶将淀粉、蛋白质分解成糖、氨基酸等水解产物。白质分解成糖、氨基酸等水解产物。白质分解成糖、氨基酸等水解产物。白质分解成糖、氨基酸等水解产物。利用霉菌生产淀粉酶、糖化酶的常用菌种：利用霉菌生产淀粉酶、糖化酶的常用菌种：根霉属中常用的有日本根霉、米根霉、华根霉等；根霉属中常用的有日本根霉、米根霉、华根霉等；曲霉菌属中常用的有黑曲霉、宇佐美曲霉、米曲霉、曲霉菌属中常用的有黑曲霉、宇佐美曲霉、米曲霉、泡盛曲霉等；泡盛曲霉等；毛霉属中常用的有鲁氏毛霉；毛霉属中常用的有鲁氏毛霉；还有红曲属中的一些种也是较好的糖化剂，如紫红曲还有红曲属中的一些种也是较好的糖化剂，如紫红曲霉、安氏红曲霉等；霉、安氏红曲霉等；（二）生产酱类产品（二）生产酱类产品 酱类包括大豆酱、蚕豆酱、面酱、豆瓣酱、豆豉及酱类包括大豆酱、蚕豆酱、面酱、豆瓣酱、豆豉及其加工制品，都是由一些粮食和油料作物为主要原料，其加工制品，都是由一些粮食和油料作物为主要原料，利用以米曲霉为主微生物经发酵酿造制成的。利用以米曲霉为主微生物经发酵酿造制成的。用于酱类生产的霉菌主要是米曲霉，生产上用于酱类生产的霉菌主要是米曲霉，生产上常用的常用的有沪酿有沪酿3.042、黄曲霉、黄曲霉Cr-1菌株、黑曲霉等菌株、黑曲霉等。所用的曲霉具有较强的蛋白酶、淀粉酶及纤维素酶的活力，它们把原料中的蛋白质分解为氨基酸，淀粉变为糖类，在其他微生物的共同作用下生成醇、酸、酯等，形成酱类特有的风味。酱油酱油是以蛋白质和淀粉质原料为主料，利用曲霉及其是以蛋白质和淀粉质原料为主料，利用曲霉及其他微生物的共同发酵微生物发酵酿造而成的具有特殊色、他微生物的共同发酵微生物发酵酿造而成的具有特殊色、香、味、体齐备，具有酸、甜、苦、咸、鲜五味调和的香、味、体齐备，具有酸、甜、苦、咸、鲜五味调和的一种液体调味品。一种液体调味品。酱油生产中常用的霉菌有酱油生产中常用的霉菌有米曲霉、黄曲霉和黑曲霉米曲霉、黄曲霉和黑曲霉等，等，应用于酱油生产的曲霉菌株应符合如下条件：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；生长速度快、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；酱油生产霉菌：酱油生产上常用的米曲霉菌株有：酱油生产上常用的米曲霉菌株有：AS 3.951；UE328、UE336；AS 3.863；渝；渝3.811等。等。生产中常常是由两菌种以上复合使用，以提高原料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。基酸、色素以及香味物质的水平。除曲霉外，还有酵母除曲霉外，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。分重要的作用。（1）米曲霉（Aspergillus oryzae)蛋白酶、蛋白酶、-淀粉酶、糖化酶及谷氨酰胺酶这淀粉酶、糖化酶及谷氨酰胺酶这四种酶与酱油的质量及原料的利用率关系密切，四种酶与酱油的质量及原料的利用率关系密切，还含有纤维素酶及半纤维素酶。还含有纤维素酶及半纤维素酶。米曲霉生长的最适温度是米曲霉生长的最适温度是3235，适宜，适宜pH为为6.56.8，曲含水，曲含水48%-50%，好氧微生物。，好氧微生物。（2）酱油曲霉（）酱油曲霉（Aspergillus sojae)日本学者坂口在日本学者坂口在20世纪世纪30年代从酱油中分年代从酱油中分离出来的，其分生孢子表面有小突起，多聚半离出来的，其分生孢子表面有小突起，多聚半乳糖醛酸酶活性较高。乳糖醛酸酶活性较高。（3）黑曲霉（）黑曲霉（Aspergillus niger)含有较高的酸性蛋白酶，可弥补以上两含有较高的酸性蛋白酶，可弥补以上两种霉菌的蛋白酶的不足种霉菌的蛋白酶的不足酱油发酵过程中的微生物变化酱油发酵过程中的微生物变化（1）曲霉）曲霉 提供酶类，入池后很快自溶。提供酶类，入池后很快自溶。（2）酵母菌）酵母菌 合成酒精，产香；鲁氏酵母的自溶可促进球拟合成酒精，产香；鲁氏酵母的自溶可促进球拟酵母的生长。酵母的生长。（3）细菌）细菌 前期足球菌多，后期四链球菌多；与酵母有协前期足球菌多，后期四链球菌多；与酵母有协同发酵作用。同发酵作用。1 1）种曲制造）种曲制造）种曲制造）种曲制造 纯种的扩大培养纯种的扩大培养纯种的扩大培养纯种的扩大培养 米曲霉米曲霉米曲霉米曲霉AS3.951AS3.951，AS3.863AS3.863 试管斜面试管斜面试管斜面试管斜面 三角瓶培养三角瓶培养三角瓶培养三角瓶培养接种接种接种接种曲料发白曲料发白曲料发白曲料发白结饼结饼结饼结饼摇瓶摇瓶摇瓶摇瓶 一次一次一次一次至全部长满黄绿色孢子至全部长满黄绿色孢子至全部长满黄绿色孢子至全部长满黄绿色孢子原料混合原料混合原料混合原料混合蒸料蒸料蒸料蒸料过筛、摊冷过筛、摊冷过筛、摊冷过筛、摊冷接种接种接种接种装盒装盒装盒装盒第一第一第一第一次翻曲次翻曲次翻曲次翻曲第二次翻曲第二次翻曲第二次翻曲第二次翻曲揭纱布或草帘揭纱布或草帘揭纱布或草帘揭纱布或草帘种曲种曲种曲种曲酱油酿制的工艺过程酱油酿制的工艺过程 固体曲使用广泛，制曲方法有厚层通风制曲、曲固体曲使用广泛，制曲方法有厚层通风制曲、曲盘制曲、圆盘式机械制曲等。盘制曲、圆盘式机械制曲等。以豆粕和麸皮为原料的厚层通风制曲工艺流程：以豆粕和麸皮为原料的厚层通风制曲工艺流程：种曲种曲豆粕、麸皮豆粕、麸皮混合混合润水润水蒸料蒸料冷却冷却接种接种入池培养入池培养第一次翻曲第一次翻曲第二次翻曲第二次翻曲成曲成曲2）制曲工艺）制曲工艺3）发酵）发酵酱醪：成曲拌入大量盐水，成为浓稠的半流动状态。酱醪：成曲拌入大量盐水，成为浓稠的半流动状态。酱醅：成曲拌入少量盐水，成为不流动状态。酱醅：成曲拌入少量盐水，成为不流动状态。将将酱酱醪醪或或酱酱醅醅装装入入发发酵酵容容器器中中，利利用用曲曲中中酶酶和和微微生生物物作作用用，将将其其中中原原料料分分解解、转转化化、形形成成酱酱油油独独有有的的色色、香香、味、体成分。味、体成分。工艺流程：工艺流程：成曲成曲粉碎粉碎制醅制醅保温发酵保温发酵成熟酱醅成熟酱醅 发酵室发酵池（三）腐乳的酿制（三）腐乳的酿制1.腐乳发酵微生物及其作用腐乳发酵微生物及其作用（1 1）毛霉菌）毛霉菌（2 2）根霉菌）根霉菌（3 3）曲霉）曲霉（4 4）青霉）青霉（5 5）酵母菌）酵母菌特点：自然培养、特点：自然培养、混菌发酵，混菌发酵，毛霉为主毛霉为主腐乳酿造选择优良菌种的条件腐乳酿造选择优良菌种的条件不产生毒素，菌丝壁细软，棉絮状，色白或淡黄；不产生毒素，菌丝壁细软，棉絮状，色白或淡黄；生长繁殖快速，且抗杂菌力强；生长繁殖快速，且抗杂菌力强；生产的温度范围大，不受季节限制；生产的温度范围大，不受季节限制；有蛋白酶、脂肪酶、肽酶及有益于腐乳质量的酶有蛋白酶、脂肪酶、肽酶及有益于腐乳质量的酶系；系；使产品质地细腻柔糯，气味正常良好使产品质地细腻柔糯，气味正常良好腐乳生产工艺腐乳生产工艺 腌制腐乳腌制腐乳 豆腐坯豆腐坯煮沸煮沸腌腌坯坯装坛装坛后发酵后发酵成品成品霉菌型腐乳霉菌型腐乳 豆腐坯豆腐坯接种接种主发酵主发酵搓毛搓毛盐盐坯坯装坛装坛后发酵后发酵成品成品细菌型腐乳细菌型腐乳 豆腐坯豆腐坯上蒸上蒸盐腌盐腌切洗切洗接种接种前发酵前发酵烘干烘干装坛装坛后发酵后发酵成品成品食盐毛霉或根霉各种辅料小球菌各种辅料（四）豆豉柠檬酸分子式为柠檬酸分子式为C6H8O7，外观为白色颗，外观为白色颗粒状或白色结晶粉末，无臭，具有令人粒状或白色结晶粉末，无臭，具有令人愉快的强烈的酸味，相对密度为愉快的强烈的酸味，相对密度为1.6550。柠檬酸易溶于水、酒精，不溶于醚、酯、柠檬酸易溶于水、酒精，不溶于醚、酯、氯仿等有机溶剂。商品柠檬酸主要是无氯仿等有机溶剂。商品柠檬酸主要是无水柠檬酸和一水柠檬酸。它天然存在于水柠檬酸和一水柠檬酸。它天然存在于果实中，其中以柑橘、菠萝、柠檬、无果实中，其中以柑橘、菠萝、柠檬、无花果等含量较高。花果等含量较高。柠檬酸是生物体主要代谢产物之一柠檬酸是生物体主要代谢产物之一。早。早期的柠檬酸生产是以柠檬、柑橘等天然期的柠檬酸生产是以柠檬、柑橘等天然果实为原料加工而成的。果实为原料加工而成的。柠檬酸（五）柠檬酸的生产（五）柠檬酸的生产1、柠檬酸在食品中的应用（1）饮料与冰激凌 柠檬酸广泛用于配制各种水果型的饮料以及软饮料。（2）果酱与酿造酒 柠檬酸在果酱与果冻中同样可以增进风味，并使产品抗氧化作用。（3）腌制品 各种肉类和蔬菜在腌制加工时，加入或涂上柠檬酸可以改善风味，除腥去臭，抗氧化。（4）罐头制品 加入柠檬酸除了调酸作用之外，还有螯合金属离子的作用，保护其中的抗坏血酸，使之不被金属离子破坏。（5）豆制品及调味品 用含有柠檬酸的水浸渍大豆，可以脱腥并便于后续加工。（6）其他 柠檬酸在医药、化学等其他工业中也有一定的作用。2、柠檬酸发酵菌种、柠檬酸发酵菌种（1 1 1 1）黑曲霉的形态特征）黑曲霉的形态特征）黑曲霉的形态特征）黑曲霉的形态特征 在固体培养基上，菌落由白在固体培养基上，菌落由白在固体培养基上，菌落由白在固体培养基上，菌落由白色逐渐变至棕色。孢子区域为黑色逐渐变至棕色。孢子区域为黑色逐渐变至棕色。孢子区域为黑色逐渐变至棕色。孢子区域为黑色，菌落呈绒毛状，边缘不整齐。色，菌落呈绒毛状，边缘不整齐。色，菌落呈绒毛状，边缘不整齐。色，菌落呈绒毛状，边缘不整齐。菌丝有隔膜和分支。是多细胞的菌丝有隔膜和分支。是多细胞的菌丝有隔膜和分支。是多细胞的菌丝有隔膜和分支。是多细胞的菌丝体，无色或有色，有足细胞，菌丝体，无色或有色，有足细胞，菌丝体，无色或有色，有足细胞，菌丝体，无色或有色，有足细胞，顶囊生成顶囊生成顶囊生成顶囊生成1 1层或层或层或层或2 2层小梗，小梗顶层小梗，小梗顶层小梗，小梗顶层小梗，小梗顶端产生一串串分生孢子端产生一串串分生孢子端产生一串串分生孢子端产生一串串分生孢子。（2）柠檬酸发酵机制 关于柠檬酸发酵的机制虽有多种理论，但目前大多数学者认为它与三羧酸循环有密切的关系。糖经糖酵解途径（EMP途径），形成丙酮酸，丙酮酸羧化形成C4化合物，丙酮酸脱羧形成C2化合物，两者缩合形成柠檬酸。（3）柠檬酸发酵用原料 柠檬酸发酵的原料有糖质原料、淀粉质原料和正烷烃类原料3大类。L-L-苹果酸广泛存在于生物中，是生物体三羧酸循环的苹果酸广泛存在于生物中，是生物体三羧酸循环的苹果酸广泛存在于生物中，是生物体三羧酸循环的苹果酸广泛存在于生物中，是生物体三羧酸循环的成员。苹果酸广泛应用于食品领域。因为苹果酸具有成员。苹果酸广泛应用于食品领域。因为苹果酸具有成员。苹果酸广泛应用于食品领域。因为苹果酸具有成员。苹果酸广泛应用于食品领域。因为苹果酸具有比柠檬酸柔和的酸味，滞留时间长和口味更好的优点，比柠檬酸柔和的酸味，滞留时间长和口味更好的优点，比柠檬酸柔和的酸味，滞留时间长和口味更好的优点，比柠檬酸柔和的酸味，滞留时间长和口味更好的优点，所以作为食品酸味剂更为理想。所以作为食品酸味剂更为理想。所以作为食品酸味剂更为理想。所以作为食品酸味剂更为理想。许多微生物都能产生苹果酸。工业生产目前仅限于少许多微生物都能产生苹果酸。工业生产目前仅限于少许多微生物都能产生苹果酸。工业生产目前仅限于少许多微生物都能产生苹果酸。工业生产目前仅限于少数几种：用于一步发酵法的黄曲霉、米曲霉、寄生曲数几种：用于一步发酵法的黄曲霉、米曲霉、寄生曲数几种：用于一步发酵法的黄曲霉、米曲霉、寄生曲数几种：用于一步发酵法的黄曲霉、米曲霉、寄生曲霉；用于两步发酵法的华根霉、无根根霉、短乳杆菌、霉；用于两步发酵法的华根霉、无根根霉、短乳杆菌、霉；用于两步发酵法的华根霉、无根根霉、短乳杆菌、霉；用于两步发酵法的华根霉、无根根霉、短乳杆菌、膜睽毕赤酵母；用于酶转化法的短乳杆菌、大肠杆菌、膜睽毕赤酵母；用于酶转化法的短乳杆菌、大肠杆菌、膜睽毕赤酵母；用于酶转化法的短乳杆菌、大肠杆菌、膜睽毕赤酵母；用于酶转化法的短乳杆菌、大肠杆菌、产氨短杆菌、黄色短杆菌。产氨短杆菌、黄色短杆菌。产氨短杆菌、黄色短杆菌。产氨短杆菌、黄色短杆菌。（六）苹果酸以糖类为发酵原料，用霉菌直接以糖类为发酵原料，用霉菌直接以糖类为发酵原料，用霉菌直接以糖类为发酵原料，用霉菌直接发酵生产发酵生产发酵生产发酵生产L-L-苹果酸的方法称为一苹果酸的方法称为一苹果酸的方法称为一苹果酸的方法称为一步发酵法。一步发酵法采用黄曲步发酵法。一步发酵法采用黄曲步发酵法。一步发酵法采用黄曲步发酵法。一步发酵法采用黄曲霉霉霉霉A-114A-114生产苹果酸。生产苹果酸。生产苹果酸。生产苹果酸。两步发酵法是以糖类为原料，先两步发酵法是以糖类为原料，先两步发酵法是以糖类为原料，先两步发酵法是以糖类为原料，先由根霉菌发酵生成延胡索酸和苹由根霉菌发酵生成延胡索酸和苹由根霉菌发酵生成延胡索酸和苹由根霉菌发酵生成延胡索酸和苹果酸的混合物，然后接入酵母或果酸的混合物，然后接入酵母或果酸的混合物，然后接入酵母或果酸的混合物，然后接入酵母或细菌，将混合物中的延胡索酸转细菌，将混合物中的延胡索酸转细菌，将混合物中的延胡索酸转细菌，将混合物中的延胡索酸转化为苹果酸。化为苹果酸。化为苹果酸。化为苹果酸。根霉根霉根霉根霉黄曲霉黄曲霉黄曲霉黄曲霉1）一步法发酵种子培养基组成种子培养基组成(%)葡葡萄萄糖糖 3%，豆豆饼饼粉粉 1%，FeSO4 0.05%，K2HPO4 0.02%，NaCl 0.001%，MgSO4 0.01%，CaCO3 6%(单独灭菌单独灭菌)。种子培养种子培养 将将黄黄曲曲霉霉孢孢子子用用无无菌菌水水洗洗下下并并移移接接到到装装有有100ml种种子子培培养养基基的的500m1三三角角瓶瓶中中，在在33下下静静置置培培养养24d，待待长长出出大大量量孢孢子子后后，将将其其转转入入到到种种子子罐罐扩扩大大培培养养，接接种种量量为为5%。培培养养温温度度3334，通通风风量量0.15 0.3m3/m3.min，培养时间，培养时间1820h。发酵培养基发酵培养基葡萄糖葡萄糖 7%8%，其余成分的组成及用量与种子罐培养基相同。，其余成分的组成及用量与种子罐培养基相同。从发酵醪液中提取苹果酸从发酵醪液中提取苹果酸 工艺流程工艺流程 发酵液发酵液酸解酸解过滤过滤滤液滤液中和中和过滤过滤沉淀沉淀酸解酸解过滤过滤滤液滤液精制精制浓缩浓缩结品结品干燥干燥成品成品 2）两步法发酵1)富马酸发酵富马酸发酵 菌种菌种 两步发酵法以华根霉两步发酵法以华根霉6508为菌种生产苹果酸。为菌种生产苹果酸。斜面培养斜面培养 华根霉华根霉6508于葡萄糖马铃薯汁琼脂斜面上，于葡萄糖马铃薯汁琼脂斜面上，30培养培养7d，易于长出大，易于长出大量孢子。量孢子。摇瓶发酵摇瓶发酵 a 培养基组成培养基组成(%)C6H12O6 10，(NH4)2SO4 0.5，K2HPO4 0.1，聚乙，聚乙二醇二醇10，MgSO4 0.05，FeCl3 0.002，CaCO3 5(单独灭菌单独灭菌)。b 富马酸发酵富马酸发酵 在在500ml三角瓶中装入三角瓶中装入50ml培养基，灭菌，冷却。接种华根霉孢子，培养基，灭菌，冷却。接种华根霉孢子，置往复式摇床上，于置往复式摇床上，于30下培养下培养45d，发酵得到含富马酸和苹果酸的，发酵得到含富马酸和苹果酸的混合液混合液 c 提取提取 从混杂富马酸发酵醪液中提取苹果酸从混杂富马酸发酵醪液中提取苹果酸 发酵醪液发酵醪液浓缩浓缩析出富马酸结晶析出富马酸结晶过滤过滤滤液滤液浓缩浓缩析出富马酸析出富马酸结晶结晶过滤过滤滤液滤液冷却，加晶种冷却，加晶种苹果酸结晶苹果酸结晶干燥干燥成品成品