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微生物用于食品制造在我国已有数千年的历史，也是人类利用微生物的最早、最重要的 一个方面。一般认为，食品的生物技术包括发酵工程、酶工程、细胞工程及基因工程四个部 分。本节将着重讨论食品发酵工程和酶处理技术。

发酵工程是采用现代发酵设备，利用微生物的生长和代谢活动，经优选的细胞或经现代 技术改造的菌种进行放大培养和控制性发酵，获得工业化生产预定的食品或食品的功能成分。

(一)影响微生物发酵的因素

1.温度温度是影响微生物生长繁殖的最重要的因素之一。对于微生物发酵，温度从多方 面产生影响，主要表现在对细胞生长、产物形成、发酵液的物理性质和生物合成等方面产生 影响。随着温度的升高，细胞的生长繁殖加快，但同时酶失去活性的速度也加快，菌体提前 衰老，对发酵不利。

2.pH值pH值对微生物的生长代谢也起关键作用。多数细菌生长的最适宜的pH值范围在6.3～7.5，真菌和酵母菌生长的最适pH值为3～6，放线菌生长的最适pH范围为7～8。

3.含水量的影响水是发酵的主要媒介，含水量是决定发酵成功与否的关键因素之一。应 根据原料的性质(细度、持水性等)、微生物的特性(厌氧、兼性厌氧或需氧)、培养室条件(温 度、湿度、通风状况)等来决定基质的含水量。若含水量较高，则导致基质多孔性降低，减 少了基质内气体的体积和气体交换，难以通风、降温，增加了杂菌污染的危险；而含水量低， 则造成基质膨胀程度低，微生物生长受抑制，后期可因为微生物生长及蒸发造成物料干燥， 微生物难以生长，产量降低。

4.氧对发酵的影响氧气的供应往往是决定在好氧深层培养中，发酵能否成功的重要限制 因素之一。随着高产菌株的广泛应用和营养丰富的培养基的采用，生物发酵对氧的要求更高。 在发酵旺盛时期，即使培养基已被空气饱和，它所储存的氧量仍然很少，一般也只能维持正 常呼吸15～30秒。其后微生物的呼吸就会受到限制，所以生物生长过程中，通常采用通风、 搅拌或翻动来增大氧的传递。

(二)发酵技术在食品工业中的应用 微生物发酵技术在食品工业中的应用包括：生产微生物酶，培养微生物菌体，获取微生物体内或体外的各种有用酶类物质；生产微生物代谢产品；生产微生物转化产品，利用微生 物酶的作用来改变农产品、畜产及水产品的色、香、味等；生产微生物菌体，培养细菌、酵 母菌和真菌，然后从培养物中分离出菌体，用作粮食、饲料或其他再加工制品。

1.食用醋的发酵生产酿造醋是用粮食等淀粉为原料，经醋酸杆菌有氧发酵而产生的。其 主要成分除醋酸(3％～5％)外，还含有各种氨基酸、有机酸、糖类、维生素等营养成分及风 味成分，具有独特的色、香、味。它不仅是调味佳品，长期食用对身体健康也十分有益。醋酸杆菌在进行发酵时，发酵液必须保持30~C左右的温度，发酵原液的酸碱度应偏于酸性。因 为醋酸杆菌为需氧菌，所以通常采用通气培养，以保证供氧充足，使发酵液中的乙醇转化为 乙酸和少量的其他有机酸、乙酸乙酯等物质。食用醋的酸味主要来自乙酸，香味主要来自乙 酸乙酯。

2.发酵乳制品发酵乳制品是指良好的原料乳经过杀菌作用接种特定的微生物进行发酵 作用，产生具有特殊风味的食品，称为发酵乳制品。它们通常具有良好的风味、较高的营养 价值、还具有一定的保健作用。

发酵乳制品主要包括酸奶和奶酪两大类，生产菌种主要是乳酸菌。乳酸菌的种类较多， 常用的有干酪乳杆菌、保加利亚乳杆菌、嗜酸乳杆菌、双歧乳酸杆菌等。一般认为发酵乳制 品的健康价值主要有增加奶的可消化性和营养价值，减少乳糖含量，增加钙、铁的吸收，控 制肠道微生物菌群的生长。

另外，食品中鲜味剂的生产；月见草油(γ-亚麻酸)的生产；单细胞蛋白(SCP)及甜味剂 的生产等都可通过发酵过程来完成。

酶是生物催化剂，具有专一性强、催化效率高和作用条件温和等特点，酶催化作用一般 都在常温、常压、pH值接近中性的条件下进行。酶工程是利用酶的催化作用进行物质转化的 技术，是指通过人工操作获得人们所需要的酶，并在生物反应器中，利用酶的催化作用，将 相应的原料转化为有用物质的技术。

(一)酶在淀粉类食品生产中的应用 酶在淀粉类食品生产中的应用范围很广，主要有糊精、环状糊精、饴糖、麦芽糖、葡萄糖、果糖等的生产及啤酒、白酒、黄酒、酒精、谷氨酸等发酵原料的处理等。

1.葡萄糖的生产现在国内外葡萄糖的生产绝大多数是采用淀粉酶水解的方法。酶法生产 葡萄糖是以淀粉为原料，先经仪一淀粉酶液化成糊精，再利用糖化酶糖化生成葡萄糖。在葡萄糖的生产过程中，淀粉先加水配制成30％～40％的淀粉浆，pH值一般调至6.0～6.5，添加一定量的仅-淀粉酶后，在85～90℃的温度下保温45分钟左右，使淀粉液化成糊精。 当采用高温淀粉酶时，液化温度可提高至105～115℃，可大大缩短淀粉液化时间，提高液化 效率。为提高淀粉酶的稳定性，通常要在淀粉浆中添加一定量的氯化钙和氯化钠。

液化完成后，将液化淀粉液冷却至55～60℃，pH值调至4.5～5.0。加入适量的糖化酶， 保温糖化48小时左右，使糊精转变为葡萄糖。

酶法水解生产葡萄糖的优点主要有糖化率高，酶法较酸法葡萄糖得率提高约10％；糖化 液纯度高，酸法生产会形成不需要的副产品，如5一羟甲基糖醛和脱水葡萄糖等化合物；设 备不要求耐酸、耐压，对材料质的要求低，加工简单。

2.果葡糖浆的生产果葡糖浆也称高果糖浆或异构糖浆，是以酶法糖化淀粉所得的糖化液 经葡萄糖异构酶的异构作用，将其中一部分葡萄糖异构成果糖，形成以葡萄糖和果糖为主要 成分的一种混合糖浆。通过酶法生产高果糖浆在国外已经形成产业化，国内正在兴起。

果葡糖浆无色、无嗅，常温下流动性好，使用方便，在饮料生产和食品加工中可以部分 甚至全部取代蔗糖，且较其他糖类更具有醇厚的风味。果葡糖浆中含有的果糖在小肠内吸收 速度慢，在肝脏中代谢速度快，代谢中对胰岛素依赖小，不会引起血糖升高，对糖尿病病人 有利。

(二)酶在乳品工业中的应用

1.凝乳酶生产干酪干酪又称奶酪，是乳中的酪蛋白凝固而成的一种营养价值高、容易消 化吸收的食品，其主要成分是蛋白质和乳脂，还含有少量的无机盐及丰富的维生素。

干酪的生产可以采用乳酸菌发酵的方法，也可采用凝乳蛋白酶的方法进行。用凝乳蛋白 酶生产干酪时，首先在乳中加入凝乳酶和乳杆菌培养物，其中凝乳酶使牛奶中的酪蛋白凝聚，形成凝乳，与乳清分开，然后再以凝乳为原料，根据不同加工工艺，经微生物发酵，包括乳 酸菌对乳糖的分解，蛋白酶对蛋白质的分解，成为游离氨基酸及其他风味物质，形成不同类 型的干酪。

2.低乳糖奶奶中含有的乳糖只有被乳糖酶水解后才能被吸收。通常人体小肠中存在有乳 糖酶，但其含量随种族、年龄和生活习惯的不同而有差别，某些婴幼儿由于遗传上的原因， 缺乏乳糖酶，不能消化奶中的乳糖，致使饮奶后出现腹胀、腹泻等症状。

因此，这些婴幼儿及其他一些体内乳糖酶活性低的人，必须饮用低乳糖奶。低乳糖奶的 生产，可以采用乳糖分离法，也可采用乳糖酶分解法。酶法的生产原理是加进乳糖酶，使奶 中的乳糖水解成为易消化吸收的葡萄糖和半乳糖，从而制成低乳糖奶。