微生物用于食品制造是人類(lèi)利用微生物的最早、最重要的一個(gè)方面，在我國(guó)已有數(shù)千年的歷史。在食品工業(yè)中，可利用細(xì)菌制造出許多食品，如乳酸飲料、味精及種類(lèi)繁多的調(diào)味品等。下面選擇幾種用細(xì)菌生產(chǎn)的食品作簡(jiǎn)要介紹。
1.1 食醋
食醋是我國(guó)勞動(dòng)人民在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中制造出來(lái)的一種酸性調(diào)味品。它能增進(jìn)食欲，幫助消化，在人們飲食生活中不可缺少。在我國(guó)的中醫(yī)藥學(xué)中醋也有一定的用途。全國(guó)各地生產(chǎn)的食醋品種較多。著名的山西陳醋、鎮(zhèn)江香醋、四川麩醋、東北白醋、江浙玫瑰米醋、福建紅曲醋等是食醋的代表品種。食醋按加工方法可分為合成醋、釀造醋、再制醋三大類(lèi)。其中產(chǎn)量最大且與我們關(guān)系最為密切的是釀造醋，它是用糧食等淀粉質(zhì)為原料，經(jīng)微生物制曲、糖化、酒精發(fā)酵、醋酸發(fā)酵等階段釀制而成。其主要成分除醋酸(3%～5%)外，還含有各種氨基酸、有機(jī)酸、糖類(lèi)、維生素、醇和酯等營(yíng)養(yǎng)成分及風(fēng)味成分，具有獨(dú)特的色、香、味。它不僅是調(diào)味佳品，長(zhǎng)期食用對(duì)身體健康也十分有益。
1.1.1 生產(chǎn)原料
目前釀醋生產(chǎn)用的主要原料有：薯類(lèi) 如甘薯、馬鈴薯等；糧谷類(lèi) 如玉米、大米等；糧食加工下腳料 如碎米、麩皮、谷糠等；果蔬類(lèi) 如黑醋栗、葡萄、胡蘿卜等；野生植物 如橡子、菊芋等；其他 如酸果酒、酸啤酒、糖蜜等。
生產(chǎn)食醋除了上述主要原料外，還需要疏松材料如谷殼、玉米芯等，使發(fā)酵料通透性好，好氧微生物能良好生長(zhǎng)。
1.1.2 釀造微生物
傳統(tǒng)工藝釀醋是利用自然界中的野生菌制曲、發(fā)酵，因此涉及的微生物種類(lèi)繁多。新法制醋均采用人工選育的純培養(yǎng)菌株進(jìn)行制曲、酒精發(fā)酵和醋酸發(fā)酵，因而發(fā)酵周期短、原料利用率高。
1） 淀粉液化、糖化微生物
淀粉液化、糖化微生物能夠產(chǎn)生淀粉酶、糖化酶。使淀粉液化、糖化的微生物很多，而適合于釀醋的主要是曲霉菌。常用的曲霉菌種有：
甘薯曲霉AS 3.324 因適用于甘薯原料的糖化而得名，該菌生長(zhǎng)適應(yīng)性好、易培養(yǎng)、有強(qiáng)單寧酶活力，適合于甘薯及野生植物等釀醋；
東酒一號(hào) 它是AS 3.758的變異株，培養(yǎng)時(shí)要求較高的濕度和較低的溫度，上海地區(qū)應(yīng)用此菌制醋較多；
黑曲霉AS 3.4309(UV-11) 該菌糖化能力強(qiáng)、酶系純，最適培養(yǎng)溫度為32℃。制曲時(shí)，前期菌絲生長(zhǎng)緩慢，當(dāng)出現(xiàn)分生孢子時(shí)，菌絲迅速蔓延；
宇佐美曲霉 AS 3.758是日本在數(shù)千種黑曲霉中選育出來(lái)的其糖化力極強(qiáng)、耐酸性較高的糖化型淀粉酶菌種。菌絲黑色至黑褐色。孢子成熟時(shí)呈黑褐色。能同化硝酸鹽，其生酸能力很強(qiáng)。對(duì)制曲原料適宜性也比較強(qiáng)。
此外還有米曲霉菌株：滬釀3.040、滬釀3.042(AS 3.951)、AS 3.863等。黃曲霉菌株：AS 3.800，AS 3.384等。
2） 酒精發(fā)酵微生物
生產(chǎn)上一般采用子囊菌亞門(mén)酵母屬中的酵母，但不同的酵母菌株，其發(fā)酵能力不同，產(chǎn)生的滋味和香氣也不同。北方地區(qū)常用1300酵母，上海香醋選用工農(nóng)501黃酒酵母。K字酵母適用于以高梁、大米、甘薯等為原料而釀制普通食醋。AS 2.109、AS 2.399適用于淀粉質(zhì)原料，而AS 2.1189、AS 2.1190適用于糖蜜原料。
3） 醋酸發(fā)酵微生物
① 醋酸菌的選擇
醋酸菌是醋酸發(fā)酵的主要菌種。醋酸菌具有氧化酒精生成醋酸的能力，其形態(tài)為長(zhǎng)桿狀或短桿狀細(xì)胞，單獨(dú)、成對(duì)或排列成鏈狀。不形成芽孢，革蘭氏染色幼齡菌陰性，老齡菌不穩(wěn)定，好氧，喜歡在含糖和酵母膏的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)。其生長(zhǎng)最適溫度為28~32℃，最適pH值為3.5~6.5。
醋廠(chǎng)選用的醋酸菌的標(biāo)準(zhǔn)為：氧化酒精速度快、耐酸性強(qiáng)、不再分解醋酸制品、風(fēng)味良好的菌種。目前國(guó)內(nèi)外在生產(chǎn)上常用的醋酸菌有：
奧爾蘭醋桿菌(A. orleanense) 它是法國(guó)愛(ài)爾蘭地區(qū)用葡萄酒生產(chǎn)醋的主要菌種。生長(zhǎng)最適溫度為30℃。該菌能產(chǎn)生少量的酯，產(chǎn)酸能力較弱，但耐酸能力較強(qiáng)。
許氏醋桿菌(A. schutzenbachii) 它是國(guó)外有名的速釀醋菌種，也是目前制醋工業(yè)較重要的菌種之一。在液體中生長(zhǎng)的最適溫度為25~27.5℃，固體培養(yǎng)的最適溫度為28~30℃，最高生長(zhǎng)溫度37℃。該菌產(chǎn)酸高達(dá)11.5%。對(duì)醋酸沒(méi)有氧化作用。
惡臭醋桿菌(A. rancens) 惡臭醋桿菌是我國(guó)釀醋常用菌株之一。該菌在液面處形成菌膜，并沿容器壁上升，菌膜下液體不渾濁。一般能產(chǎn)酸6~8%，有的菌株副產(chǎn)2%的葡萄糖酸，并能把醋酸進(jìn)一步氧化成二氧化碳和水。
AS 1.41醋酸菌 它屬于惡臭醋酸桿菌，是我國(guó)釀醋常用菌株之一。該菌細(xì)胞呈桿狀，常呈鏈狀排列，單個(gè)細(xì)胞大小為（0.3~0.4）μm×（1~2）μm，無(wú)運(yùn)動(dòng)性、無(wú)芽孢。在不良的環(huán)境條件下，細(xì)胞會(huì)伸長(zhǎng)變成線(xiàn)形、棒形或管狀膨大。平板培養(yǎng)時(shí)菌落隆起，表面平滑，菌落呈灰白色，液體培養(yǎng)時(shí)則形成菌膜。該菌生長(zhǎng)的適宜溫度為28~30℃，生成醋酸的最適宜的溫度為28~33℃，最適PH3.5~6.0，耐受酒精濃度為8%（體積分?jǐn)?shù)）。最高產(chǎn)醋酸為7~9%，產(chǎn)葡萄糖酸力弱。能氧化分解醋酸為二氧化碳和水。
滬釀1.01醋酸菌 它是從丹東速釀醋中分離得到的，是我國(guó)食醋工廠(chǎng)常用的菌種之一。該菌細(xì)胞呈桿形，常呈鏈狀排列，菌體無(wú)運(yùn)動(dòng)性，不形成芽孢。在含酒精的培養(yǎng)液中，常在表面生長(zhǎng)，形成淡青灰色薄層菌膜。在不良的條件下，細(xì)胞會(huì)伸長(zhǎng)，變成線(xiàn)狀或棒狀，有的呈膨大狀、分支狀。該菌由酒精生成醋酸的轉(zhuǎn)化率平均高達(dá)93~95%。
② 醋酸菌的培養(yǎng)及保藏
a 斜面試管培養(yǎng)基
下面是斜面試管培養(yǎng)基兩例：
酒精(6%) 100ml 葡萄糖 0.3g 酵母膏 1g CaCO3 1.5g 瓊脂 2.5g；
葡萄糖1g 酒精2ml 碳酸鈣（CaCO3）1.5g 酵母膏1g 瓊脂2.5g 水100ml。
PH值自然（各種成分先加熱溶解后再將酒精加熱）。
b 醋酸菌培養(yǎng)與保藏
斜面接種醋酸菌后置于30~32℃恒溫箱內(nèi)培養(yǎng)48h。醋酸菌因?yàn)闆](méi)有孢子，所以容易被自己所產(chǎn)生的酸殺死。在醋酸菌中，特別能產(chǎn)生香酯的菌種每過(guò)十幾天即死亡，因此宜保藏在0~4℃冰箱內(nèi)備用。由于培養(yǎng)基中已加入碳酸鈣，以中和產(chǎn)生的酸，所以保藏時(shí)間長(zhǎng)一些。
1.1.3 固態(tài)法食醋生產(chǎn)
醋酸菌在充分供給氧的情況下生長(zhǎng)繁殖，并把基質(zhì)中的乙醇氧化為醋酸，這是一個(gè)生物氧化過(guò)程，其總反應(yīng)式為：C2H5OH+O2=CH3COOH+H2O
1） 醋酸菌種制備工藝流程
斜面原種→斜面菌種(30~32℃，48h)→三角瓶液體菌種(一級(jí)種子30~32℃，振蕩24h)→種子罐液體菌種(二級(jí)種子)→(30~32℃，通氣培養(yǎng)22~24h)→醋酸菌種子
2） 工藝流程
麩曲、酵母
↓
薯干(或碎米、高粱等)→粉碎→加麩皮、谷糠混合→潤(rùn)水→蒸料→冷卻→接種→入缸糖化發(fā)酵→拌糠接種→醋酸發(fā)酵→翻醅→加鹽后熟→淋醋→貯存陳醋→配兌→滅菌→包裝→成品
↑
醋酸菌
3） 生產(chǎn)工藝
① 原料配比及處理
甘薯或碎米、高粱等100kg，細(xì)谷糠80kg，麩皮120kg，水400kg，麩皮50kg，礱糠50kg，醋酸菌種子40kg，食鹽3.75~7.5kg(夏多冬少)。
將薯干或碎米等粉碎，加麩皮和細(xì)谷糠拌合，加水潤(rùn)料后以常壓蒸煮1h或在0.15MPa壓力下蒸煮40min，出鍋冷卻至30~40℃。
② 發(fā)酵
原料冷卻后，拌入麩曲和酒母，并適當(dāng)補(bǔ)水，使醅料水分達(dá)60%~66%。入缸品溫以24~28℃為宜，室溫在25~28℃左右。入缸第二天后，品溫升至38~40℃時(shí)，應(yīng)進(jìn)行第一次倒缸翻醅，然后蓋嚴(yán)維持醅溫30~34℃進(jìn)行糖化和酒精發(fā)酵。入缸后5~7d酒精發(fā)酵基本結(jié)束，醅中可含酒精7%~8%，此時(shí)拌入礱糠和醋酸菌種子，同時(shí)倒缸翻醅，此后每天翻醅一次，溫度維持37~39℃。約經(jīng)12d醋酸發(fā)酵，醅溫開(kāi)始下降，醋酸含量達(dá)7.0%~7.5%時(shí)，醋酸發(fā)酵基本結(jié)束。此時(shí)應(yīng)在醅料表面加食鹽。一般每缸醋醅夏季加鹽3kg，冬季加鹽1.5kg。拌勻后再放兩天，再經(jīng)2d后醋醅成熟即可淋醋。
③淋醋
淋醋工藝采用三套循環(huán)法。先用二醋浸泡成熟醋醅20~24h，淋出來(lái)的是頭醋，剩下的頭渣用三醋浸泡，淋出來(lái)的是二醋，缸內(nèi)的二渣再用清水浸泡，淋出三醋。如以頭淋醋套頭淋醋為老醋；二淋醋套二淋醋3次為雙醋，較一般單淋醋質(zhì)量為佳。
④ 陳釀及熏醋
陳釀是醋酸發(fā)酵后為改善食醋風(fēng)味進(jìn)行的儲(chǔ)存、后熟過(guò)程。陳釀?dòng)袃煞N方法，一種是醋醅陳釀，即將成熟醋醅壓實(shí)蓋嚴(yán)，封存數(shù)月后直接淋醋�；蛴么朔ㄙA存醋醅，待銷(xiāo)售旺季淋醋出廠(chǎng)。另一種是醋液陳釀，即在醋醅成熟后就淋醋，然后將醋液貯入缸或罐中，封存1~2個(gè)月，可得到香味醇厚、色澤鮮艷的陳醋。有時(shí)為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善風(fēng)味，則將部分醋醅用文火加熱至70~80℃，24h后再淋醋，此過(guò)程稱(chēng)熏醋。
⑤ 配兌和滅菌
陳釀醋或新淋出的頭醋都還是半成品，頭醋進(jìn)入澄清池沉淀，調(diào)整其濃度、成分、使其符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。除現(xiàn)銷(xiāo)產(chǎn)品及高檔醋外，一般要加入0.1%苯甲酸鈉防腐劑后進(jìn)行包裝。陳醋或新淋的醋液應(yīng)于85~90℃維持50min殺菌，但滅菌后應(yīng)迅速降溫后方可出廠(chǎng)。一般一級(jí)食醋的含酸量5.0%，二級(jí)食醋含酸量3.5%。
1.1.4 酶法液化通風(fēng)回流制醋
1） 酶法液化通風(fēng)回流制醋特點(diǎn)
酶法液化通風(fēng)回流新工藝，是利用自然通風(fēng)和醋汁回流代替倒醅的制醋新工藝。本法的特點(diǎn)是：α-淀粉酶制劑將原料進(jìn)行淀粉液化后再加麩曲糖化，提高了原料的利用率；采用液態(tài)酒精發(fā)酵、固態(tài)醋酸發(fā)酵的發(fā)酵工藝；醋酸發(fā)酵池近底處設(shè)假底的池壁上開(kāi)設(shè)通風(fēng)洞，讓空氣自然進(jìn)入，利用固態(tài)醋醅的疏松度使醋酸菌得到足夠的氧，全部醋醅都能均勻發(fā)酵；利用假底下積存的溫度較低的醋汁，定時(shí)回流噴淋在醋醅上，以降低醋溫度醅調(diào)節(jié)發(fā)酵溫度，保證發(fā)酵在適當(dāng)?shù)臏囟认逻M(jìn)行。
2） 工藝流程
(細(xì)菌a-淀粉酶、氯化鈣、碳酸鈉)
水 ↓ 麩曲 （松醅、回流）
↓ ↓ ↓ ↓ ↓
碎米→浸泡→磨漿→調(diào)漿→加熱→液化→糖化→冷卻→液態(tài)酒精發(fā)酵→酒液→拌和入池→固態(tài)醋酸發(fā)酵→加鹽→淋醋→加熱滅菌→裝壇→成品。 ↑ ↑
↑ 酒母 （麩皮 礱糠 醋酸菌種子）
食鹽
3） 生產(chǎn)工藝
① 配料
碎米1200kg、麩皮1400kg、礱糠1650kg、碳酸鈉1.2kg、氯化鈣2.4kg、a-淀粉酶以每克碎米130酶活力單位計(jì)3.9kg，麩曲60kg、酒母500kg、醋酸菌種子200kg、食鹽100kg、水3250kg(配發(fā)酵醪用)。
② 水磨與調(diào)漿
將碎米浸泡使米粒充分膨脹，將米與水1:1.5的比例送入磨粉機(jī)，磨成70目以上的細(xì)度粉漿。使粉漿濃度在20%~23%，用碳酸鈉調(diào)至pH值6.2~6.4，加入氯化鈣和α-淀粉酶后，送入糖化鍋。
③ 液化和糖化
粉漿在液化鍋內(nèi)應(yīng)攪拌加熱，在85~92℃下維持10~15min，用碘液檢測(cè)顯棕黃色表示已達(dá)到液化終點(diǎn)，再升溫至100℃維持l0min，達(dá)到滅菌和使酶失活的目的，然后送入糖化鍋。將液化醪冷至60~65℃時(shí)加入麩曲，保溫糖化35min，待糖液降溫至30℃左右，送入酒精發(fā)酵容器。
④ 酒精發(fā)酵
將糖液加水稀釋至7.5~8.0′Bx，調(diào)pH值至4.2~4.4接入酒母，在30~33℃下進(jìn)行酒精發(fā)酵70h，得出約含酒精8.5%的酒醪，酸度在0.3~0.4左右。然后將酒醪送至醋酸發(fā)酵池。
⑤ 醋酸發(fā)酵
將酒醪與礱糠、麩皮及醋酸菌種拌合，送入有假底的發(fā)酵池，扒平蓋嚴(yán)。進(jìn)池品溫35~38℃為宜，而中層醋醅溫度較低，入池24h進(jìn)行一次松醅，將上面和中間的醋陪盡可能疏松均勻，使溫度一致。
當(dāng)品溫升至40℃時(shí)進(jìn)行醋汁回流，即從假底放出部分醋液，再潑回醋醅表面，一般每天回流6次，發(fā)酵期間共回流120~130次，使醅溫降低。醋酸發(fā)酵溫度，前期可控制在42~44℃，后期控制在36~38℃。經(jīng)20~25d醋酸發(fā)酵，醋汁含酸達(dá)6.5%~7.0%時(shí)，發(fā)酵基本結(jié)束。醋酸發(fā)酵結(jié)束，為避免醋酸被氧化成二氧化碳和水，應(yīng)及時(shí)加入食鹽以抑制醋酸菌的氧化作用。方法是將食鹽置于醋醅的面層，用醋汁回流溶解食鹽使其滲入到醋醅中。淋醋仍在醋酸發(fā)酵池內(nèi)進(jìn)行。再用二醋淋澆醋醅，池底繼續(xù)收集醋汁，當(dāng)收集到的醋汁含酸量降到5%時(shí)，停止淋醋。此前收集到的為頭醋。然后在上面澆三醋，由池底收集二醋，最后上面加水，下面收集三醋。二醋和三醋共淋醋循環(huán)使用。
⑥ 滅菌與配兌
滅菌是通過(guò)加熱的方法把陳醋或新淋醋中的微生物殺死；破壞殘存的酶；使醋的成分基本固定下來(lái)。同時(shí)經(jīng)過(guò)加熱處理，醋的香氣更濃，味道更和潤(rùn)。
滅菌后的食醋應(yīng)迅速冷卻，并按照質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)配兌。
1.1.5 液體深層發(fā)酵制醋
液體深層發(fā)酵制醋是利用發(fā)酵罐通過(guò)液體深層發(fā)酵生產(chǎn)食醋的方法，通常是將淀粉質(zhì)原料經(jīng)液化、糖化后先制成酒醪或酒液，然后在發(fā)酵罐里完成醋酸發(fā)酵。液體深層發(fā)酵法制醋具有機(jī)械化程度高、操作衛(wèi)生條件好、原料利用率高（可達(dá)65-70%）、生產(chǎn)周期短、產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是醋的風(fēng)味較差。
1） 工藝流程
麩曲 酒母 醋酸菌
↓ ↓ ↓
碎米→浸泡→磨漿→調(diào)漿→液化→糖化→酒精發(fā)酵→酒醪→醋酸發(fā)酵→醋醪→壓濾→配兌→滅菌→陳醋→成品
2） 生產(chǎn)工藝
在液體深層發(fā)酵制醋過(guò)程中，到酒精發(fā)酵為止的工藝均與酶法液化通風(fēng)回流制醋相同，不同的是從醋酸發(fā)酵開(kāi)始，采用較大的發(fā)酵罐進(jìn)行液體深層發(fā)酵，并需通氣攪拌，醋酸菌種子為液態(tài)，即醋母。
醋酸液體深層發(fā)酵溫度為32~35℃，通風(fēng)量前期為1:0.13/min；中期為1:0.17/min；后期為1:0.13/min。罐壓維持0.03MPa。連續(xù)進(jìn)行攪拌。醋酸發(fā)酵周期為65~72h。經(jīng)測(cè)定已無(wú)酒精，殘?zhí)菢O少，測(cè)定酸度不再增加說(shuō)明醋酸發(fā)酵結(jié)束。
液體深層發(fā)酵制醋也可采用半連續(xù)法，即當(dāng)醋酸發(fā)酵成熟時(shí)，取出三分之一成熟醪，再加三分之一酒醪繼續(xù)發(fā)酵，如此每20~22h重復(fù)一次。目前生產(chǎn)上多采用此法。
1.2 發(fā)酵乳制品
發(fā)酵乳制品是指良好的原料乳經(jīng)過(guò)殺菌作用接種特定的微生物進(jìn)行發(fā)酵作用，產(chǎn)生具有特殊風(fēng)味的食品，稱(chēng)為發(fā)酵乳制品。它們通常具有良好的風(fēng)味、較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、還具有一定的保健作用。并深受消費(fèi)者的普遍歡迎。常用發(fā)酵乳制品有酸奶、奶酪、酸奶油、馬奶酒等。
發(fā)酵乳制品主要包括酸奶和奶酪兩大類(lèi)，生產(chǎn)菌種主要是乳酸菌。乳酸菌的種類(lèi)較多，常用的有干酪乳桿菌(Lactobacillus casei)、保加利亞乳桿菌(L. bulgaricus)、嗜酸乳桿菌(L. acidophilus)、植物乳桿菌(L. plantarum)、乳酸乳桿菌(L. Lactis)、乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)、嗜熱鏈球菌(Streptococcus thermophilus)等。
近年來(lái)，隨著對(duì)雙歧乳酸桿菌在營(yíng)養(yǎng)保健方面作用的認(rèn)識(shí)，人們便將其引入酸奶制造，使傳統(tǒng)的單株發(fā)酵，變?yōu)殡p株或三株共生發(fā)酵。由于雙歧桿菌的引入，使酸奶在原有的助消化、促進(jìn)腸胃功能作用基礎(chǔ)上，又具備了防癌、抗癌的保健作用。雙歧桿菌因其菌體尖端呈分枝狀(如Y型或V型)而得名。雙歧桿菌是無(wú)芽孢革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌，專(zhuān)性厭氧、不抗酸、不運(yùn)動(dòng)、過(guò)氧化氫酶反應(yīng)為陰性，最適生長(zhǎng)溫度為37~41℃。初始生長(zhǎng)最適pH6.5~7.0，能分解糖。雙歧桿菌能利用葡萄糖發(fā)酵產(chǎn)生醋酸和乳酸(2：3)，不產(chǎn)生CO2。目前已知的雙歧桿菌共有24種，其中9種存在于人體腸道內(nèi)，它們是兩歧雙歧桿菌(B. bifidum)、長(zhǎng)雙歧桿菌(B. longum)、短雙歧桿菌(B. brevvis)、嬰兒雙歧桿菌(B. angulatum)、鏈狀雙歧桿菌(B. adolescentis)、假鏈狀雙歧桿菌(B. pseudocatenulatum)和牙雙歧桿菌(B. dentmum)等。應(yīng)用于發(fā)酵乳制品生產(chǎn)的僅為前面5種。
雙歧桿菌與人體，除了如在酸奶中起到和其它乳酸菌一樣的對(duì)乳營(yíng)養(yǎng)成分的“預(yù)消化”作用，使鮮乳中的乳糖、蛋白質(zhì)水解成為更易為人體吸收利用的小分子以外，主要產(chǎn)生雙歧桿菌素。其對(duì)腸道中的致病菌如沙門(mén)氏菌、金黃色葡萄球菌、志賀氏菌等具有明顯的殺滅效果。乳中的雙歧桿菌還能分解積存于腸胃中的致癌物N-亞硝基胺，防止腸道癌變，并能通過(guò)誘導(dǎo)作用產(chǎn)生細(xì)胞干擾素和促細(xì)胞分裂劑，活化NK細(xì)胞，促進(jìn)免疫球蛋白的產(chǎn)生、活化巨嗜細(xì)胞的功能，提高人體的免疫力，增強(qiáng)人體對(duì)癌癥的抵抗和免疫能力。
目前，發(fā)酵乳制品的品種很多，如酸奶、飲料、干酪、乳酪等。現(xiàn)僅簡(jiǎn)要介紹一下雙歧桿菌酸奶的生產(chǎn)工藝。
雙歧桿菌酸奶的生產(chǎn)有兩種不同的工藝。一種是兩歧雙歧桿菌與嗜熱鏈球菌、保加利亞乳桿菌等共同發(fā)酵的生產(chǎn)工藝，稱(chēng)共同發(fā)酵法。另一種是將兩歧雙歧桿菌與兼性厭氧的酵母菌同時(shí)在脫脂牛乳中混合培養(yǎng)，利用酵母在生長(zhǎng)過(guò)程中的呼吸作用，以生物法耗氧，創(chuàng)造一個(gè)適合于雙歧桿菌生長(zhǎng)繁殖、產(chǎn)酸代謝的厭氧環(huán)境，稱(chēng)為共生發(fā)酵法。
1.2.1 共同發(fā)酵法生產(chǎn)工藝
1） 工藝流程
共同發(fā)酵法雙歧桿菌酸奶的生產(chǎn)工藝流程如下：
原料乳
↓
標(biāo)準(zhǔn)化
↓
調(diào)配←(蔗糖10% +葡萄糖2%)
↓
均質(zhì)(15~20MPa)
↓
殺菌(115℃，8min)
↓
冷卻(38~40℃)
↓
適量維生素C→接種←(兩歧雙歧桿菌6%、嗜熱鏈球菌3%)
↓
灌裝 ← 消毒瓶
↓
發(fā)酵(38-39℃， 6h)
↓
冷卻(10℃左右)
↓
冷藏(1~5℃)
↓
成品
2） 生產(chǎn)工藝
雙歧桿菌產(chǎn)酸能力低，凝乳時(shí)間長(zhǎng)，約需18~24h，且由于其屬于異型發(fā)酵，最終產(chǎn)品的口味和風(fēng)味欠佳。因而，生產(chǎn)上常選擇一些對(duì)雙歧桿菌生長(zhǎng)無(wú)太大影響，但產(chǎn)酸快的乳酸菌，如嗜熱鏈球菌、保加利亞乳桿菌、嗜酸乳桿菌、乳脂明串珠菌等與雙歧桿菌共同發(fā)酵。這樣既可以使制品中含有足夠量的雙歧桿菌，又可以提高產(chǎn)酸能力，大大縮短凝乳時(shí)間，縮短生長(zhǎng)周期，并改善制品的口感和風(fēng)味。
1.2.2 共生發(fā)酵法生產(chǎn)工藝
1） 工藝流程
雙歧桿菌、酵母共生發(fā)酵乳的生產(chǎn)工藝流程如下：
原料乳
↓
標(biāo)準(zhǔn)化≥9.5%
↓
蔗糖10%十葡萄糖2%→調(diào)配
↓
均質(zhì)(15~20MPa)
↓
殺菌(115℃，8min)
↓
冷卻(26~28℃)
↓
兩歧雙歧桿菌6%→接種←乳酸酵母3%
↓
發(fā)酵(26~28℃，2h)
↓
升溫(37℃)
↓
發(fā)酵(37℃，5h)
↓
冷卻(10℃左右)
↓
罐裝
↓
冷藏(l~5℃)
↓
成品
2） 生產(chǎn)工藝
共生發(fā)酵法常用的菌種搭配為兩歧雙歧桿菌和用于馬奶酒制造的乳酸酵母(Sacch. Lactis)，接種量分別為6%和3%。在調(diào)配發(fā)酵培養(yǎng)用原料乳時(shí)，用適量脫脂乳粉加入到新鮮脫脂乳中，以強(qiáng)化乳中固形物含量(固形物大于等于9.5%)，并加入10%蔗糖和2%的葡萄糖，接種時(shí)還可加入適量維生素C，以利于雙歧桿菌生長(zhǎng)。酵母菌的最適生長(zhǎng)溫度為26~28℃。為了有利于酵母先發(fā)酵，為雙歧桿菌生長(zhǎng)營(yíng)造一個(gè)適宜的厭氧環(huán)境，因而接種后，首先在溫度26~28℃下培養(yǎng)，以促進(jìn)酵母的大量繁殖和基質(zhì)乳中氧的消耗，然后提高溫度到30℃左右，以促進(jìn)雙歧桿菌的生長(zhǎng)。由于采用了共生混合的發(fā)酵方式，雙歧桿菌生長(zhǎng)遲緩的狀況大為改觀，總體產(chǎn)酸能力提高，加快了凝乳速度，所得產(chǎn)品酸甜適中，富有純正的乳酸口味和淡淡的酵母香氣，制品酸度為80~900T雙歧桿菌活菌數(shù)保證在100萬(wàn)個(gè)/mL以上。因此，酸奶最好在生產(chǎn)7d內(nèi)銷(xiāo)售出去，而且在生產(chǎn)與銷(xiāo)售之間必須形成冷凍鏈，因?yàn)榧词乖?~10℃以下，存放7d后，雙歧活菌的死亡率高達(dá)96%，20℃下存放7d后，死亡率達(dá)99%以上。
1.3 氨基酸發(fā)酵
1.3.1 概述
氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本成分，其中有8種氨基酸是人體不能合成但又必需的氨基酸，稱(chēng)為必需氨基酸，人體只有通過(guò)食物來(lái)獲得。另外在食品工業(yè)中，氨基酸可作為調(diào)味料，如谷氨酸鈉、肌苷酸鈉、鳥(niǎo)苷酸鈉可作為鮮味劑，色氨酸和甘氨酸可作為甜味劑，在食品中添加某些氨基酸可提高其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值等等。因此氨基酸的生產(chǎn)具有重要的意義。表7~1列出部分氨基酸生產(chǎn)所用的菌株。
自從60年代以來(lái)，微生物直接用糖類(lèi)發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸獲得成功并投入工業(yè)化生產(chǎn)。我國(guó)成為世界上最大的味精生產(chǎn)大國(guó)。味精以成為調(diào)味品的重要成員之一，氨基酸的研究和生產(chǎn)得到了迅速發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)傳統(tǒng)的工藝不斷地進(jìn)行改革，但如何保持傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的特有風(fēng)味，從而使新工藝生產(chǎn)出的產(chǎn)品更具魅力，是今后研究的課題。
1.4 谷氨酸發(fā)酵
1） 谷氨酸生產(chǎn)菌
谷氨酸棒桿菌(Corynebacterium glutamicum)、乳糖發(fā)酵短桿菌(Brevibacterium lactofermentum)、黃色短桿菌(Brevibacterium flavum)。我國(guó)使用的生產(chǎn)菌株是北京棒桿菌(Corynebacterium pekinenese n.sp.)AS1.299、北京棒桿菌D110、鈍齒棒桿菌(Corynebacterium crenatum n.sp)AS1.542、棒桿菌S-914和黃色短桿菌T6~13（Brevibacterium flavum T6~13）等。
在己報(bào)道的谷氨酸產(chǎn)生菌中，除芽孢桿菌外，雖然它們?cè)诜诸?lèi)學(xué)上屬于不同的屬種，但都有一些共同的特點(diǎn)，如菌體為球形、短桿至棒狀、無(wú)鞭毛、不運(yùn)動(dòng)、不形成芽孢、呈革蘭氏陽(yáng)性、需要生物素、在通氣條件下培養(yǎng)產(chǎn)生谷氨酸。
2） 生產(chǎn)原料
發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸的原料有淀粉質(zhì)原料：玉米、小麥、甘薯、大米等。其中甘薯和淀粉最為常用；糖蜜原料：甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜；氮源料：尿素或氨水。
3）工藝流程
味精生產(chǎn)全過(guò)程可分五個(gè)部分：淀粉水解糖的制取；谷氨酸生產(chǎn)菌種子的擴(kuò)大培養(yǎng)；谷氨酸發(fā)酵；谷氨酸的提取與分離；由谷氨酸制成味精。
表7-1 部分氨基酸及其生產(chǎn)所用菌株
生成的氨基酸 使用的菌株
谷氨酸 谷氨酸棒桿菌、乳糖發(fā)酵短桿菌或黃色短桿菌 北京棒桿菌（AS1.299）或鈍齒棒桿菌（AS1.542或B9）纈氨酸 北京棒桿菌（AS1.586(ile-)*） 乳糖發(fā)酵短桿菌(thr-)DL丙氨酸 凝結(jié)芽孢桿菌(Bacillus cuagulans)(met-)脯氨酸 鏈形寇氏桿菌(kurthia catenoform)(ser-) 黃色短桿菌(ile+SGR)*賴(lài)氨酸 黃色短桿菌(AECR) 乳糖發(fā)醇短桿菌(AECR+ser-或AECR+Ade-+Gu) 谷氨酸棒桿菌(AECR+Leu或AECR+met或AECR+Ala)蘇氨酸 大腸桿菌(met-+var) 、大腸桿菌 W(DAP_+met+ile_)鳥(niǎo)氨酸 谷氨酸棒桿菌(Cit_) 、黃色短桿菌(Cit-或Arg-)亮氨酸 黃色短桿菌(ile-+met-+Tar)酪氨酸 氨酸棒桿菌(Phe-+Pu-)
*營(yíng)養(yǎng)缺陷型，R：抗性。
菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)
↓
淀粉質(zhì)原料→糖化→中和、脫色、過(guò)濾→培養(yǎng)基調(diào)配→接種→發(fā)酵→提取(等電點(diǎn)法、離子交換法等)→谷氨酸→谷氨酸-Na→脫色→過(guò)濾→干燥→成品
4） 發(fā)酵生產(chǎn)工藝
①培養(yǎng)基成分
碳源：碳源是構(gòu)成菌體和合成谷氨酸的碳架及能量的來(lái)源。由于谷氨酸產(chǎn)生菌是異養(yǎng)微生物，因此只能從有機(jī)物中獲得碳素，而細(xì)胞進(jìn)行合成反應(yīng)所需要能量也是從氧化分解有機(jī)物過(guò)程中得到的。實(shí)際生產(chǎn)中以糖質(zhì)原料為主。培養(yǎng)基中糖濃度對(duì)谷氨酸發(fā)酵有密切的關(guān)系。在一定的范圍內(nèi)，谷氨酸產(chǎn)量隨糖濃度的增加而增加。
氮源：氮源是合成菌體蛋白質(zhì)、核酸及谷氨酸的原料。碳氮比對(duì)谷氨酸發(fā)酵有很大影響。大約85%的氮源被用于合成谷氨酸，另外15%用于合成菌體。谷氨酸發(fā)酵需要的氮源比一般發(fā)酵工業(yè)多得多，一般發(fā)酵工業(yè)碳氮比為100：0.2~2.0，谷氨酸發(fā)酵的碳氮比為100：15~21。
無(wú)機(jī)鹽：是微生物維持生命活動(dòng)不可缺少的物質(zhì)。其主要功能是：構(gòu)成細(xì)胞的組成成分；作為酶的組成成分；激活或抑制酶的活力；調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的滲透壓；調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的pH；調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的氧化還原電位。起著調(diào)節(jié)微生物生命活動(dòng)的作用。發(fā)酵時(shí)，使用的無(wú)機(jī)離子有K+、Mg2+、Fe2+、Mn2+等陽(yáng)離子和PO43-、SO42-、Cl－等陰離子，其用量如下：
KH2PO4 0.05%~0.2%；
K2HPO4 0.05%~0.2%；
MgSO4.7H2O 0.005%~0.1%；
FeSO4.7H2O 0.0005%~0.01%；
MnSO4..4H2O 0.0005%~0.005%。
生長(zhǎng)因子：凡是微生物生命活動(dòng)不可缺少，而微生物自身又不能合成的微量有機(jī)物質(zhì)都稱(chēng)為生長(zhǎng)因子。生長(zhǎng)因子通常是指氨基酸、嘌呤、嘧啶和B族維生素的一種，又叫維生素H或輔酶R。糖質(zhì)為碳源的谷氨酸產(chǎn)生菌幾乎都是生物素缺陷型，也就是說(shuō)這些細(xì)菌本身都不能合成生物素。生長(zhǎng)素的作用是影響代謝途徑；影響細(xì)胞的滲透性。
生長(zhǎng)因子含量的多少，與生產(chǎn)有著十分密切的關(guān)系。實(shí)際生產(chǎn)中通過(guò)添加玉米漿、麩皮、水解液、糖蜜等作為生長(zhǎng)因子的來(lái)源，來(lái)滿(mǎn)足谷氨酸產(chǎn)生菌必須的生長(zhǎng)因子。
② 培養(yǎng)基
a 斜面培養(yǎng)基
葡萄糖 0.1% 牛肉膏 1.0% 蛋白胨 1.0% 氯化鈉 0.5% 瓊脂 2.0% pH 7.0~7.2
121℃滅菌30min(傳代和保藏斜面不加葡萄糖)。
b 一級(jí)種子、二級(jí)種子及發(fā)酵培養(yǎng)基
一級(jí)種子 葡萄糖 2.5% 尿素 0.6% KH2PO4 0.1% MgSO4.7H2O 0.04% 玉米漿 2.3~3.0ml pH 7.0
二級(jí)種子 水解糖 3.0% 尿素 0.6% 玉米漿 0.5~0.6ml K2HPO4 0.1~0.2% MgSO4.7H2O 0.04% pH 7.0
發(fā)酵培養(yǎng)基 水解糖12~14% 尿素 0.5~0.8% 玉米漿 0.6ml MgSO4.7H2O 0.06% KCl 0.05% Na2HPO4 0.17% pH 7.0
③ 發(fā)酵條件的控制
a 溫度
谷氨酸發(fā)酵前期(0~12h)是菌體大量繁殖階段，在此階段菌體利用培養(yǎng)基中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)合成核酸、蛋白質(zhì)等，供菌體繁殖用，而控制這些合成反應(yīng)的最適溫度均在30~32℃。在發(fā)酵中、后期，是谷氨酸大量積累的階段，而催化谷氨酸合成的谷氨酸脫氫酶的最適溫度在32~36℃，故發(fā)酵中、后期適當(dāng)提高罐溫對(duì)積累谷氨酸有利。
b pH值
發(fā)酵液的pH影響微生物的生長(zhǎng)和代謝途徑。發(fā)酵前期如果pH偏低，則菌體生長(zhǎng)旺盛，長(zhǎng)菌而不產(chǎn)酸；如果pH偏高，則菌體生長(zhǎng)緩慢，發(fā)酵時(shí)間拉長(zhǎng)。在發(fā)酵前期將pH值控制在7.5~8.0左右較為合適，而在發(fā)酵中、后期將pH值控制在7.0~7.6左右對(duì)提高谷氨酸產(chǎn)量有利。
c 通風(fēng)
在谷氨酸發(fā)酵過(guò)程中，發(fā)酵前期以低通風(fēng)量為宜；發(fā)酵中、后期以高通風(fēng)量為宜。實(shí)際生產(chǎn)上，以氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)來(lái)檢查通氣量，即以每分鐘單位體積的通氣量表示通風(fēng)強(qiáng)度。另外發(fā)酵罐大小不同，所需攪拌轉(zhuǎn)速與通風(fēng)量也不同。
d 泡沫的控制
在發(fā)酵過(guò)程中由于強(qiáng)烈的通風(fēng)和菌體代謝產(chǎn)生的CO2，使培養(yǎng)液產(chǎn)生大量的泡沫，不僅使氧在發(fā)酵液中的擴(kuò)散受阻，影響菌體的呼吸和代謝。給發(fā)酵帶來(lái)危害，必須加以消泡。消泡的方法有機(jī)械消泡(耙式、離心式、刮板式、蝶式消泡器)和化學(xué)消泡(天然油脂、聚酯類(lèi)、醇類(lèi)、硅酮等化學(xué)消泡劑)兩種方法。
e 發(fā)酵時(shí)間
不同的谷氨酸產(chǎn)生菌對(duì)糖的濃度要求也不一樣，其發(fā)酵時(shí)間也有所差異。一般低糖(10%~12%)發(fā)酵，其發(fā)酵時(shí)間為36~38h，中糖(14%)發(fā)酵，其發(fā)酵時(shí)間為45h。
1.5 黃原膠
1.5.1 概況
黃原膠(Xamthan Gum)別名漢生膠，又稱(chēng)黃單胞多糖，是國(guó)際上70年代發(fā)展起來(lái)的新型發(fā)酵產(chǎn)品。它是由甘蘭黑腐病黃單胞細(xì)菌(Xanthomonas campestris)以碳水化合物為主要原料，經(jīng)通風(fēng)發(fā)酵、分離提純后得到的一種微生物高分子酸性胞外雜多糖。其作為新型優(yōu)良的天然食品添加劑用途越來(lái)越廣泛。
國(guó)際上，黃原膠開(kāi)發(fā)及應(yīng)用最早的是美國(guó)。美國(guó)農(nóng)業(yè)部北方地區(qū)Peoria實(shí)驗(yàn)室于60年代初首先用微生物發(fā)酵法獲得黃原膠。1964年，美國(guó)Merck公司Keco分部在世界上首先實(shí)現(xiàn)了黃原膠的工業(yè)化生產(chǎn)。1979年世界黃原膠總產(chǎn)量為2000t，1990年達(dá)4000t以上。在美國(guó)，黃原膠年產(chǎn)值約為5億美元，僅次于抗生素和溶劑的年產(chǎn)值，在發(fā)酵產(chǎn)品中居第3位。
我國(guó)對(duì)黃原膠的研究起步較晚，進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究的單位，如南開(kāi)大學(xué)、中科院微生物研究所、山東食品發(fā)酵研究所等，均已通過(guò)中試鑒定。目前全國(guó)有煙臺(tái)、金湖、五連等數(shù)家黃原膠生產(chǎn)廠(chǎng)，年產(chǎn)在200t左右，主要用作食品添加劑。我國(guó)生產(chǎn)黃原膠的淀粉用量一般在5%左右，發(fā)酵周期為72~96h，產(chǎn)膠能力30~40g/L，與國(guó)外比較，生產(chǎn)水平較低。隨著黃原膠生產(chǎn)和應(yīng)用范圍的進(jìn)一步發(fā)展，目前北京、四川、鄭州、蘇州、山東等地都有黃原膠生產(chǎn)新廠(chǎng)建成，預(yù)示著我國(guó)的黃原膠生產(chǎn)將呈現(xiàn)一個(gè)新的局面。
1.5.2 黃原膠的分子結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)
1） 黃原膠的分子組成
黃原膠是以5分子糖為一單元，由與此相同的單元聚合而成的高分子多糖物質(zhì)。每一單元由2分子葡萄糖，2分子甘露糖和1分子葡萄糖醛酸組成。其主鏈由β-葡萄糖通過(guò)1，4-糖苷鍵相連而成的2分子葡萄糖為單元，其結(jié)構(gòu)與纖維素結(jié)構(gòu)相同，相間在葡萄糖的C3上連有2分子甘露糖和1分子葡萄糖醛酸構(gòu)成側(cè)鏈。在側(cè)鏈上有丙酮酸及竣酸側(cè)基。因其側(cè)鏈含酸性基團(tuán)，在水溶液中呈多聚陰離子，構(gòu)成黃原膠的三級(jí)立體結(jié)構(gòu)：帶陰離子的側(cè)鏈纏繞主鏈形成螺旋結(jié)構(gòu)，分子間靠氫鍵形成雙股螺旋，而雙股螺旋結(jié)構(gòu)間又是靠微弱的非共價(jià)鍵維系，形成規(guī)則的"超級(jí)接合帶狀的螺旋聚合體”。
2） 黃原膠的性質(zhì)
①典型的流變特性
隨著剪切速率增加，因膠狀網(wǎng)絡(luò)遭到破壞，導(dǎo)致粘度降低，膠液變稀，但一旦剪切力消失，粘度又可恢復(fù)，因而使黃原膠具有良好的泵送和加工性能。利用這種特性在需要添加增稠劑的液體中加入黃原膠，不僅液體在輸送過(guò)程中容易流動(dòng)，而且靜止后又能恢復(fù)到所需要的粘度，因此被廣泛應(yīng)用于飲料行業(yè)。
② 低濃度時(shí)的高粘性
含2%~3%黃原膠的液體，其粘度高達(dá)3~7Pa.s。黃原膠的高粘性使其具有廣闊的應(yīng)用前景，但同時(shí)又給生產(chǎn)上的后處理帶來(lái)麻煩。
③ 耐熱性
黃原膠在相當(dāng)寬的溫度范圍內(nèi)(-98~90℃)粘度幾乎無(wú)變化。黃原膠即使在130℃的高溫下保持36min后冷卻，溶液的粘度也無(wú)明顯變化。在經(jīng)多次冷凍-融化循環(huán)后，膠液的粘度并不發(fā)生改變。在高溫條件下若添加少量電解質(zhì)如0。5%NaCI，可穩(wěn)定膠液的粘度。
④ 耐酸、堿性
黃原膠水溶液的粘度幾乎與pH值無(wú)關(guān)。這一獨(dú)特性質(zhì)是其他增稠劑如竣甲基纖維素(CMC)等所不具備的。
⑤相容性及溶解性
黃原膠可與絕大部分的常用食品增稠劑溶液溶混，特別是與藻酸鹽類(lèi)、淀粉、卡拉膠、瓜膠溶混后，溶液的粘度以疊加的形式增加。
黃原膠易溶于水，不溶于醇、酮等極性溶劑。在非常廣的溫度、pH和鹽濃度范圍內(nèi)，黃原膠很容易溶解于水中，其水溶液可在室溫下配制，攪動(dòng)時(shí)應(yīng)盡可能減少空氣混人。如果將黃原膠預(yù)先與一些干物質(zhì)如鹽、糖、味精等混勻，然后用少量水濕潤(rùn)，最后加水?dāng)嚢�，這樣配制出的膠液其性能更好。
⑥ 分散性及保水性
黃原膠是食品添加劑中優(yōu)良的懸浮劑和乳化穩(wěn)定劑。黃原膠對(duì)食品具有良好的保水、保鮮作用。
1.5.3 黃原膠的生產(chǎn)
1） 工藝流程
菌種的擴(kuò)培→發(fā)酵原料配比→發(fā)酵→發(fā)酵條件控制→分離→提純→干燥
2） 菌種
黃原膠生產(chǎn)有廣泛的微生物來(lái)源，黃單胞菌屬的許多種類(lèi)菌株都能產(chǎn)生黃原膠。目前，國(guó)內(nèi)外用于生產(chǎn)黃原膠的菌種大多是從甘蘭黑腐病病株上分離到的甘蘭黑腐病黃單胞菌，也稱(chēng)野油菜黃單胞菌。另外生產(chǎn)黃原膠的菌種還有菜豆黃單胞菌(X. phaseoli)、錦葵黃單胞菌(X. Malvacearum)和胡蘿卜黃單胞菌(X. carotae)等。我國(guó)目前已開(kāi)發(fā)出的菌株有南開(kāi)-01、山大-152、008、L4和L5。這些菌株一般呈桿狀，革蘭氏染色陰性，產(chǎn)莢膜。在瓊脂培養(yǎng)基平板上可形成黃色粘稠菌落，液體培養(yǎng)可形成粘稠的膠狀物。
3） 發(fā)酵培養(yǎng)基
黃原膠發(fā)酵培養(yǎng)基的碳源一般是糖類(lèi)、淀粉等碳水化合物。在黃單胞菌菌體內(nèi)酶的作用下，1、6-糖苷鍵被打開(kāi)，形成直鏈多糖，經(jīng)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，最終變成產(chǎn)物黃原膠。氮源一般以魚(yú)粉和豆餅粉為主。另外，還添加一些微量無(wú)機(jī)鹽，如鐵、錳、鋅等的鹽類(lèi)。特別是輕質(zhì)碳酸鈣以及NaH2PO4和MgSO4，它們對(duì)黃原膠的合成有明顯的促進(jìn)作用。
例如南開(kāi)大學(xué)的南開(kāi)-01菌種所使用的搖瓶發(fā)酵培養(yǎng)基如下：玉米淀粉4%，魚(yú)粉蛋白胨0.5%，輕質(zhì)碳酸鈣0.3%，自來(lái)水配制，pH7.0。在大罐生產(chǎn)中將魚(yú)粉蛋白胨改成魚(yú)粉直接配料，其他原料不變。國(guó)外用作黃原膠發(fā)酵的碳源多數(shù)是葡萄糖。
4） 發(fā)酵
①搖瓶發(fā)酵
搖瓶發(fā)酵條件：接種量1%~5%，旋轉(zhuǎn)式搖床轉(zhuǎn)速220r/min，培養(yǎng)溫度28℃，發(fā)酵72h左右。發(fā)酵結(jié)束，黃原膠產(chǎn)酸能力為20~30g/L，對(duì)碳源的轉(zhuǎn)化率在60%~70%。
② 工業(yè)化生產(chǎn)
接種量為5%~8%。由于培養(yǎng)基的高粘度，黃原膠生產(chǎn)屬高需氧量發(fā)酵，需大通風(fēng)量，一般為1~0.6m3/（m3min)。發(fā)酵溫度為25~28℃。碳源的起始濃度一般在2%~5%。
黃原膠的收率取決于碳、氮源的種類(lèi)和發(fā)酵條件。目前收率一般在起始糖量的40%~75%。黃單胞菌容易利用有機(jī)氮源，而不易利用無(wú)機(jī)氮源。有機(jī)氮源包括魚(yú)粉蛋白胨、大豆蛋白胨、魚(yú)粉、豆餅粉、谷糠等。其中以魚(yú)粉蛋白胨為最佳，它對(duì)產(chǎn)物的生成有明顯的促進(jìn)作用，一般使用量為0.4%~0.6%。在氮源濃度較低時(shí)，隨氮源濃度的提高，細(xì)胞濃度也增加，黃原膠的合成速率加快，黃原膠得率也相應(yīng)提高。起始氮源在中等濃度時(shí)，細(xì)胞濃度和黃原膠的合成速率均有提高，發(fā)酵時(shí)間被縮短，但黃原膠的得率卻降低，這是因?yàn)榧?xì)胞生長(zhǎng)過(guò)快，使用于細(xì)胞生長(zhǎng)及維持細(xì)胞生命的糖量增加，用于合成黃原膠的糖反而減少，導(dǎo)致黃原膠得率下降。如果采用發(fā)酵后期流加糖的方法，使糖濃度始終維持在一定的水平，那么，由于補(bǔ)加的糖只用于細(xì)胞維持生命及合成黃原膠，而沒(méi)有生長(zhǎng)的消耗，從而得率就可比間歇發(fā)酵有較大提高。若起始氮源的濃度再提高，雖然細(xì)胞濃度有所增加，但黃原膠得率及合成速率卻降低了。其主要原因是"氧限制"，高濃度細(xì)胞隨著發(fā)酵的進(jìn)行，發(fā)酵液粘度不斷增大，體積傳質(zhì)系數(shù)降低，造成氧供應(yīng)能力逐漸下降，合成速率變慢，得率降低。
黃原膠發(fā)酵培養(yǎng)基的起始pH值一般控制在6.5~7.0，這有利于初期的細(xì)胞生長(zhǎng)和后期的黃原膠合成。
5） 黃原膠的分離提取
黃原膠通常由玉米淀粉輔以氮源及微量元素經(jīng)微生物發(fā)酵后制得。發(fā)酵醪中除含黃原膠(3%左右)外，還有菌絲體、未消耗完的碳水化合物、無(wú)機(jī)鹽及大量的液體。其中菌絲體等固形物占20%，水溶性無(wú)機(jī)鹽占10%。如果菌絲體等固形物混雜在黃原膠成品中，會(huì)造成產(chǎn)品的色澤差、味臭，從而限制了黃原膠的使用范圍。因此黃原膠的分離提取，其目的在于按產(chǎn)品質(zhì)量規(guī)格的要求將發(fā)酵醪中的雜質(zhì)不同程度地除去，通過(guò)純化、分離、濃縮和干燥等手段獲得成品。黃原膠成品分食品級(jí)、工業(yè)級(jí)和工業(yè)粗制品3種。
① 溶劑沉淀法
先將發(fā)酵液用6mol/LHCI酸化，然后加入工業(yè)酒精使黃原膠沉淀。過(guò)濾后沉淀物先后用工業(yè)酒精和10%KOH洗滌，過(guò)濾，沉淀物干燥后進(jìn)行粉碎，經(jīng)過(guò)篩制得成品。本法由于直接用HCl和工業(yè)酒精進(jìn)行酸化沉淀，沒(méi)有去除掉菌體，因此僅能制得工業(yè)級(jí)黃原膠。
為了制得食品級(jí)黃原膠，在上面的方法基礎(chǔ)上增加了離心除菌體和多次用酒精進(jìn)行沉淀、洗滌的操作，從而提高了成品的純度。
溶劑沉淀法工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)品質(zhì)量高，大型化生產(chǎn)技術(shù)成熟，是目前國(guó)內(nèi)采用的主要生產(chǎn)方法，但該方法溶劑用量大，需設(shè)置溶劑回收設(shè)備，投資較大，生產(chǎn)成本高。本法提取收率在97.7%。
② 鈣鹽-工業(yè)酒精沉淀法
在酸性條件下，黃原膠與氯化鈣形成黃原膠鈣凝膠狀沉淀；加入酸性酒精脫去鈣離子，使成短絮狀沉淀；過(guò)濾，在沉淀中加人酒精并用氫氧化鉀溶液調(diào)節(jié)pH值。
③ 絮凝法
絮凝劑與黃原膠作用產(chǎn)生絮狀沉淀，然后將沉淀物脫水，得到固型物含量為25%左右的濕濾餅；用多糖的非溶劑在適當(dāng)條件下洗提上述濕濾餅，使其變?yōu)樗苄远嗵恰Ｈ缓筮^(guò)濾，將水溶性濾餅干燥；經(jīng)粉碎、篩分后得到合格的黃原膠成品。
④ 直接干燥法
本法采用滾筒干燥或噴霧干燥等方法，直接將發(fā)酵液進(jìn)行干燥，從而制成工業(yè)粗制品級(jí)的黃原膠。該方法因?yàn)闆](méi)有分離提純工序，所以成品質(zhì)量差，限于對(duì)黃原膠質(zhì)量要求不高的場(chǎng)合使用，有利于降低產(chǎn)品成本。
⑤ 超濾脫鹽法
本法采用近代分離技術(shù)，對(duì)高分子的黃原膠與小分子的無(wú)機(jī)鹽和水進(jìn)行超濾分離，將黃原膠發(fā)酵液濃縮至2.5%~5%，而無(wú)機(jī)鹽濃度從10%降低至0.5%~1%，然后再進(jìn)行噴霧干燥。本法與直接干燥法相比，產(chǎn)品質(zhì)量有所提高，達(dá)到工業(yè)精制品等級(jí)。
⑥ 酶處理-超濾濃縮法
本法用酶處理發(fā)酵液，將蛋白質(zhì)水解，從而使發(fā)酵液變得澄清，簡(jiǎn)化了離心過(guò)濾這一步工序。本法使用的酶包括堿性蛋白酶，酸性或中性蛋白酶，或用復(fù)合酶共同進(jìn)行作用。用酶處理后，不但發(fā)酵液澄清度提高，而且氮含量降低，過(guò)濾性能得到改善，在微孔過(guò)濾中過(guò)濾速度可提高3~20倍，成品質(zhì)量也有提高。
綜上所述，黃原膠的分離提取方法很多，但在應(yīng)用上都受到各自條件、特點(diǎn)的制約。比較而言，采用超濾濃縮純化發(fā)酵液的方法是比較理想的選擇。
6） 黃原膠的干燥
為了便于保藏和運(yùn)輸，一般都將黃原膠制成干品。黃原膠的干燥有不同的處理方法：真空干燥、滾筒干燥、噴霧干燥、流化床干燥以及氣流干燥。由于黃原膠是熱敏性物質(zhì)，不能承受長(zhǎng)時(shí)間的高溫處理，因此使用噴霧干燥法會(huì)使黃原膠的溶解性變差。滾筒干燥雖然熱效率較高，但機(jī)械結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，用于大型工業(yè)化生產(chǎn)目前還難實(shí)現(xiàn)。帶有惰性球的流化床干燥，因兼有強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)以及研磨粉碎的功能，物料滯留時(shí)間也較短，所以適合像黃原膠那樣的熱敏性粘稠物料進(jìn)行干燥。
1.1 食醋
食醋是我國(guó)勞動(dòng)人民在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中制造出來(lái)的一種酸性調(diào)味品。它能增進(jìn)食欲，幫助消化，在人們飲食生活中不可缺少。在我國(guó)的中醫(yī)藥學(xué)中醋也有一定的用途。全國(guó)各地生產(chǎn)的食醋品種較多。著名的山西陳醋、鎮(zhèn)江香醋、四川麩醋、東北白醋、江浙玫瑰米醋、福建紅曲醋等是食醋的代表品種。食醋按加工方法可分為合成醋、釀造醋、再制醋三大類(lèi)。其中產(chǎn)量最大且與我們關(guān)系最為密切的是釀造醋，它是用糧食等淀粉質(zhì)為原料，經(jīng)微生物制曲、糖化、酒精發(fā)酵、醋酸發(fā)酵等階段釀制而成。其主要成分除醋酸(3%～5%)外，還含有各種氨基酸、有機(jī)酸、糖類(lèi)、維生素、醇和酯等營(yíng)養(yǎng)成分及風(fēng)味成分，具有獨(dú)特的色、香、味。它不僅是調(diào)味佳品，長(zhǎng)期食用對(duì)身體健康也十分有益。
1.1.1 生產(chǎn)原料
目前釀醋生產(chǎn)用的主要原料有：薯類(lèi) 如甘薯、馬鈴薯等；糧谷類(lèi) 如玉米、大米等；糧食加工下腳料 如碎米、麩皮、谷糠等；果蔬類(lèi) 如黑醋栗、葡萄、胡蘿卜等；野生植物 如橡子、菊芋等；其他 如酸果酒、酸啤酒、糖蜜等。
生產(chǎn)食醋除了上述主要原料外，還需要疏松材料如谷殼、玉米芯等，使發(fā)酵料通透性好，好氧微生物能良好生長(zhǎng)。
1.1.2 釀造微生物
傳統(tǒng)工藝釀醋是利用自然界中的野生菌制曲、發(fā)酵，因此涉及的微生物種類(lèi)繁多。新法制醋均采用人工選育的純培養(yǎng)菌株進(jìn)行制曲、酒精發(fā)酵和醋酸發(fā)酵，因而發(fā)酵周期短、原料利用率高。
1） 淀粉液化、糖化微生物
淀粉液化、糖化微生物能夠產(chǎn)生淀粉酶、糖化酶。使淀粉液化、糖化的微生物很多，而適合于釀醋的主要是曲霉菌。常用的曲霉菌種有：
甘薯曲霉AS 3.324 因適用于甘薯原料的糖化而得名，該菌生長(zhǎng)適應(yīng)性好、易培養(yǎng)、有強(qiáng)單寧酶活力，適合于甘薯及野生植物等釀醋；
東酒一號(hào) 它是AS 3.758的變異株，培養(yǎng)時(shí)要求較高的濕度和較低的溫度，上海地區(qū)應(yīng)用此菌制醋較多；
黑曲霉AS 3.4309(UV-11) 該菌糖化能力強(qiáng)、酶系純，最適培養(yǎng)溫度為32℃。制曲時(shí)，前期菌絲生長(zhǎng)緩慢，當(dāng)出現(xiàn)分生孢子時(shí)，菌絲迅速蔓延；
宇佐美曲霉 AS 3.758是日本在數(shù)千種黑曲霉中選育出來(lái)的其糖化力極強(qiáng)、耐酸性較高的糖化型淀粉酶菌種。菌絲黑色至黑褐色。孢子成熟時(shí)呈黑褐色。能同化硝酸鹽，其生酸能力很強(qiáng)。對(duì)制曲原料適宜性也比較強(qiáng)。
此外還有米曲霉菌株：滬釀3.040、滬釀3.042(AS 3.951)、AS 3.863等。黃曲霉菌株：AS 3.800，AS 3.384等。
2） 酒精發(fā)酵微生物
生產(chǎn)上一般采用子囊菌亞門(mén)酵母屬中的酵母，但不同的酵母菌株，其發(fā)酵能力不同，產(chǎn)生的滋味和香氣也不同。北方地區(qū)常用1300酵母，上海香醋選用工農(nóng)501黃酒酵母。K字酵母適用于以高梁、大米、甘薯等為原料而釀制普通食醋。AS 2.109、AS 2.399適用于淀粉質(zhì)原料，而AS 2.1189、AS 2.1190適用于糖蜜原料。
3） 醋酸發(fā)酵微生物
① 醋酸菌的選擇
醋酸菌是醋酸發(fā)酵的主要菌種。醋酸菌具有氧化酒精生成醋酸的能力，其形態(tài)為長(zhǎng)桿狀或短桿狀細(xì)胞，單獨(dú)、成對(duì)或排列成鏈狀。不形成芽孢，革蘭氏染色幼齡菌陰性，老齡菌不穩(wěn)定，好氧，喜歡在含糖和酵母膏的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)。其生長(zhǎng)最適溫度為28~32℃，最適pH值為3.5~6.5。
醋廠(chǎng)選用的醋酸菌的標(biāo)準(zhǔn)為：氧化酒精速度快、耐酸性強(qiáng)、不再分解醋酸制品、風(fēng)味良好的菌種。目前國(guó)內(nèi)外在生產(chǎn)上常用的醋酸菌有：
奧爾蘭醋桿菌(A. orleanense) 它是法國(guó)愛(ài)爾蘭地區(qū)用葡萄酒生產(chǎn)醋的主要菌種。生長(zhǎng)最適溫度為30℃。該菌能產(chǎn)生少量的酯，產(chǎn)酸能力較弱，但耐酸能力較強(qiáng)。
許氏醋桿菌(A. schutzenbachii) 它是國(guó)外有名的速釀醋菌種，也是目前制醋工業(yè)較重要的菌種之一。在液體中生長(zhǎng)的最適溫度為25~27.5℃，固體培養(yǎng)的最適溫度為28~30℃，最高生長(zhǎng)溫度37℃。該菌產(chǎn)酸高達(dá)11.5%。對(duì)醋酸沒(méi)有氧化作用。
惡臭醋桿菌(A. rancens) 惡臭醋桿菌是我國(guó)釀醋常用菌株之一。該菌在液面處形成菌膜，并沿容器壁上升，菌膜下液體不渾濁。一般能產(chǎn)酸6~8%，有的菌株副產(chǎn)2%的葡萄糖酸，并能把醋酸進(jìn)一步氧化成二氧化碳和水。
AS 1.41醋酸菌 它屬于惡臭醋酸桿菌，是我國(guó)釀醋常用菌株之一。該菌細(xì)胞呈桿狀，常呈鏈狀排列，單個(gè)細(xì)胞大小為（0.3~0.4）μm×（1~2）μm，無(wú)運(yùn)動(dòng)性、無(wú)芽孢。在不良的環(huán)境條件下，細(xì)胞會(huì)伸長(zhǎng)變成線(xiàn)形、棒形或管狀膨大。平板培養(yǎng)時(shí)菌落隆起，表面平滑，菌落呈灰白色，液體培養(yǎng)時(shí)則形成菌膜。該菌生長(zhǎng)的適宜溫度為28~30℃，生成醋酸的最適宜的溫度為28~33℃，最適PH3.5~6.0，耐受酒精濃度為8%（體積分?jǐn)?shù)）。最高產(chǎn)醋酸為7~9%，產(chǎn)葡萄糖酸力弱。能氧化分解醋酸為二氧化碳和水。
滬釀1.01醋酸菌 它是從丹東速釀醋中分離得到的，是我國(guó)食醋工廠(chǎng)常用的菌種之一。該菌細(xì)胞呈桿形，常呈鏈狀排列，菌體無(wú)運(yùn)動(dòng)性，不形成芽孢。在含酒精的培養(yǎng)液中，常在表面生長(zhǎng)，形成淡青灰色薄層菌膜。在不良的條件下，細(xì)胞會(huì)伸長(zhǎng)，變成線(xiàn)狀或棒狀，有的呈膨大狀、分支狀。該菌由酒精生成醋酸的轉(zhuǎn)化率平均高達(dá)93~95%。
② 醋酸菌的培養(yǎng)及保藏
a 斜面試管培養(yǎng)基
下面是斜面試管培養(yǎng)基兩例：
酒精(6%) 100ml 葡萄糖 0.3g 酵母膏 1g CaCO3 1.5g 瓊脂 2.5g；
葡萄糖1g 酒精2ml 碳酸鈣（CaCO3）1.5g 酵母膏1g 瓊脂2.5g 水100ml。
PH值自然（各種成分先加熱溶解后再將酒精加熱）。
b 醋酸菌培養(yǎng)與保藏
斜面接種醋酸菌后置于30~32℃恒溫箱內(nèi)培養(yǎng)48h。醋酸菌因?yàn)闆](méi)有孢子，所以容易被自己所產(chǎn)生的酸殺死。在醋酸菌中，特別能產(chǎn)生香酯的菌種每過(guò)十幾天即死亡，因此宜保藏在0~4℃冰箱內(nèi)備用。由于培養(yǎng)基中已加入碳酸鈣，以中和產(chǎn)生的酸，所以保藏時(shí)間長(zhǎng)一些。
1.1.3 固態(tài)法食醋生產(chǎn)
醋酸菌在充分供給氧的情況下生長(zhǎng)繁殖，并把基質(zhì)中的乙醇氧化為醋酸，這是一個(gè)生物氧化過(guò)程，其總反應(yīng)式為：C2H5OH+O2=CH3COOH+H2O
1） 醋酸菌種制備工藝流程
斜面原種→斜面菌種(30~32℃，48h)→三角瓶液體菌種(一級(jí)種子30~32℃，振蕩24h)→種子罐液體菌種(二級(jí)種子)→(30~32℃，通氣培養(yǎng)22~24h)→醋酸菌種子
2） 工藝流程
麩曲、酵母
↓
薯干(或碎米、高粱等)→粉碎→加麩皮、谷糠混合→潤(rùn)水→蒸料→冷卻→接種→入缸糖化發(fā)酵→拌糠接種→醋酸發(fā)酵→翻醅→加鹽后熟→淋醋→貯存陳醋→配兌→滅菌→包裝→成品
↑
醋酸菌
3） 生產(chǎn)工藝
① 原料配比及處理
甘薯或碎米、高粱等100kg，細(xì)谷糠80kg，麩皮120kg，水400kg，麩皮50kg，礱糠50kg，醋酸菌種子40kg，食鹽3.75~7.5kg(夏多冬少)。
將薯干或碎米等粉碎，加麩皮和細(xì)谷糠拌合，加水潤(rùn)料后以常壓蒸煮1h或在0.15MPa壓力下蒸煮40min，出鍋冷卻至30~40℃。
② 發(fā)酵
原料冷卻后，拌入麩曲和酒母，并適當(dāng)補(bǔ)水，使醅料水分達(dá)60%~66%。入缸品溫以24~28℃為宜，室溫在25~28℃左右。入缸第二天后，品溫升至38~40℃時(shí)，應(yīng)進(jìn)行第一次倒缸翻醅，然后蓋嚴(yán)維持醅溫30~34℃進(jìn)行糖化和酒精發(fā)酵。入缸后5~7d酒精發(fā)酵基本結(jié)束，醅中可含酒精7%~8%，此時(shí)拌入礱糠和醋酸菌種子，同時(shí)倒缸翻醅，此后每天翻醅一次，溫度維持37~39℃。約經(jīng)12d醋酸發(fā)酵，醅溫開(kāi)始下降，醋酸含量達(dá)7.0%~7.5%時(shí)，醋酸發(fā)酵基本結(jié)束。此時(shí)應(yīng)在醅料表面加食鹽。一般每缸醋醅夏季加鹽3kg，冬季加鹽1.5kg。拌勻后再放兩天，再經(jīng)2d后醋醅成熟即可淋醋。
③淋醋
淋醋工藝采用三套循環(huán)法。先用二醋浸泡成熟醋醅20~24h，淋出來(lái)的是頭醋，剩下的頭渣用三醋浸泡，淋出來(lái)的是二醋，缸內(nèi)的二渣再用清水浸泡，淋出三醋。如以頭淋醋套頭淋醋為老醋；二淋醋套二淋醋3次為雙醋，較一般單淋醋質(zhì)量為佳。
④ 陳釀及熏醋
陳釀是醋酸發(fā)酵后為改善食醋風(fēng)味進(jìn)行的儲(chǔ)存、后熟過(guò)程。陳釀?dòng)袃煞N方法，一種是醋醅陳釀，即將成熟醋醅壓實(shí)蓋嚴(yán)，封存數(shù)月后直接淋醋�；蛴么朔ㄙA存醋醅，待銷(xiāo)售旺季淋醋出廠(chǎng)。另一種是醋液陳釀，即在醋醅成熟后就淋醋，然后將醋液貯入缸或罐中，封存1~2個(gè)月，可得到香味醇厚、色澤鮮艷的陳醋。有時(shí)為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善風(fēng)味，則將部分醋醅用文火加熱至70~80℃，24h后再淋醋，此過(guò)程稱(chēng)熏醋。
⑤ 配兌和滅菌
陳釀醋或新淋出的頭醋都還是半成品，頭醋進(jìn)入澄清池沉淀，調(diào)整其濃度、成分、使其符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。除現(xiàn)銷(xiāo)產(chǎn)品及高檔醋外，一般要加入0.1%苯甲酸鈉防腐劑后進(jìn)行包裝。陳醋或新淋的醋液應(yīng)于85~90℃維持50min殺菌，但滅菌后應(yīng)迅速降溫后方可出廠(chǎng)。一般一級(jí)食醋的含酸量5.0%，二級(jí)食醋含酸量3.5%。
1.1.4 酶法液化通風(fēng)回流制醋
1） 酶法液化通風(fēng)回流制醋特點(diǎn)
酶法液化通風(fēng)回流新工藝，是利用自然通風(fēng)和醋汁回流代替倒醅的制醋新工藝。本法的特點(diǎn)是：α-淀粉酶制劑將原料進(jìn)行淀粉液化后再加麩曲糖化，提高了原料的利用率；采用液態(tài)酒精發(fā)酵、固態(tài)醋酸發(fā)酵的發(fā)酵工藝；醋酸發(fā)酵池近底處設(shè)假底的池壁上開(kāi)設(shè)通風(fēng)洞，讓空氣自然進(jìn)入，利用固態(tài)醋醅的疏松度使醋酸菌得到足夠的氧，全部醋醅都能均勻發(fā)酵；利用假底下積存的溫度較低的醋汁，定時(shí)回流噴淋在醋醅上，以降低醋溫度醅調(diào)節(jié)發(fā)酵溫度，保證發(fā)酵在適當(dāng)?shù)臏囟认逻M(jìn)行。
2） 工藝流程
(細(xì)菌a-淀粉酶、氯化鈣、碳酸鈉)
水 ↓ 麩曲 （松醅、回流）
↓ ↓ ↓ ↓ ↓
碎米→浸泡→磨漿→調(diào)漿→加熱→液化→糖化→冷卻→液態(tài)酒精發(fā)酵→酒液→拌和入池→固態(tài)醋酸發(fā)酵→加鹽→淋醋→加熱滅菌→裝壇→成品。 ↑ ↑
↑ 酒母 （麩皮 礱糠 醋酸菌種子）
食鹽
3） 生產(chǎn)工藝
① 配料
碎米1200kg、麩皮1400kg、礱糠1650kg、碳酸鈉1.2kg、氯化鈣2.4kg、a-淀粉酶以每克碎米130酶活力單位計(jì)3.9kg，麩曲60kg、酒母500kg、醋酸菌種子200kg、食鹽100kg、水3250kg(配發(fā)酵醪用)。
② 水磨與調(diào)漿
將碎米浸泡使米粒充分膨脹，將米與水1:1.5的比例送入磨粉機(jī)，磨成70目以上的細(xì)度粉漿。使粉漿濃度在20%~23%，用碳酸鈉調(diào)至pH值6.2~6.4，加入氯化鈣和α-淀粉酶后，送入糖化鍋。
③ 液化和糖化
粉漿在液化鍋內(nèi)應(yīng)攪拌加熱，在85~92℃下維持10~15min，用碘液檢測(cè)顯棕黃色表示已達(dá)到液化終點(diǎn)，再升溫至100℃維持l0min，達(dá)到滅菌和使酶失活的目的，然后送入糖化鍋。將液化醪冷至60~65℃時(shí)加入麩曲，保溫糖化35min，待糖液降溫至30℃左右，送入酒精發(fā)酵容器。
④ 酒精發(fā)酵
將糖液加水稀釋至7.5~8.0′Bx，調(diào)pH值至4.2~4.4接入酒母，在30~33℃下進(jìn)行酒精發(fā)酵70h，得出約含酒精8.5%的酒醪，酸度在0.3~0.4左右。然后將酒醪送至醋酸發(fā)酵池。
⑤ 醋酸發(fā)酵
將酒醪與礱糠、麩皮及醋酸菌種拌合，送入有假底的發(fā)酵池，扒平蓋嚴(yán)。進(jìn)池品溫35~38℃為宜，而中層醋醅溫度較低，入池24h進(jìn)行一次松醅，將上面和中間的醋陪盡可能疏松均勻，使溫度一致。
當(dāng)品溫升至40℃時(shí)進(jìn)行醋汁回流，即從假底放出部分醋液，再潑回醋醅表面，一般每天回流6次，發(fā)酵期間共回流120~130次，使醅溫降低。醋酸發(fā)酵溫度，前期可控制在42~44℃，后期控制在36~38℃。經(jīng)20~25d醋酸發(fā)酵，醋汁含酸達(dá)6.5%~7.0%時(shí)，發(fā)酵基本結(jié)束。醋酸發(fā)酵結(jié)束，為避免醋酸被氧化成二氧化碳和水，應(yīng)及時(shí)加入食鹽以抑制醋酸菌的氧化作用。方法是將食鹽置于醋醅的面層，用醋汁回流溶解食鹽使其滲入到醋醅中。淋醋仍在醋酸發(fā)酵池內(nèi)進(jìn)行。再用二醋淋澆醋醅，池底繼續(xù)收集醋汁，當(dāng)收集到的醋汁含酸量降到5%時(shí)，停止淋醋。此前收集到的為頭醋。然后在上面澆三醋，由池底收集二醋，最后上面加水，下面收集三醋。二醋和三醋共淋醋循環(huán)使用。
⑥ 滅菌與配兌
滅菌是通過(guò)加熱的方法把陳醋或新淋醋中的微生物殺死；破壞殘存的酶；使醋的成分基本固定下來(lái)。同時(shí)經(jīng)過(guò)加熱處理，醋的香氣更濃，味道更和潤(rùn)。
滅菌后的食醋應(yīng)迅速冷卻，并按照質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)配兌。
1.1.5 液體深層發(fā)酵制醋
液體深層發(fā)酵制醋是利用發(fā)酵罐通過(guò)液體深層發(fā)酵生產(chǎn)食醋的方法，通常是將淀粉質(zhì)原料經(jīng)液化、糖化后先制成酒醪或酒液，然后在發(fā)酵罐里完成醋酸發(fā)酵。液體深層發(fā)酵法制醋具有機(jī)械化程度高、操作衛(wèi)生條件好、原料利用率高（可達(dá)65-70%）、生產(chǎn)周期短、產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是醋的風(fēng)味較差。
1） 工藝流程
麩曲 酒母 醋酸菌
↓ ↓ ↓
碎米→浸泡→磨漿→調(diào)漿→液化→糖化→酒精發(fā)酵→酒醪→醋酸發(fā)酵→醋醪→壓濾→配兌→滅菌→陳醋→成品
2） 生產(chǎn)工藝
在液體深層發(fā)酵制醋過(guò)程中，到酒精發(fā)酵為止的工藝均與酶法液化通風(fēng)回流制醋相同，不同的是從醋酸發(fā)酵開(kāi)始，采用較大的發(fā)酵罐進(jìn)行液體深層發(fā)酵，并需通氣攪拌，醋酸菌種子為液態(tài)，即醋母。
醋酸液體深層發(fā)酵溫度為32~35℃，通風(fēng)量前期為1:0.13/min；中期為1:0.17/min；后期為1:0.13/min。罐壓維持0.03MPa。連續(xù)進(jìn)行攪拌。醋酸發(fā)酵周期為65~72h。經(jīng)測(cè)定已無(wú)酒精，殘?zhí)菢O少，測(cè)定酸度不再增加說(shuō)明醋酸發(fā)酵結(jié)束。
液體深層發(fā)酵制醋也可采用半連續(xù)法，即當(dāng)醋酸發(fā)酵成熟時(shí)，取出三分之一成熟醪，再加三分之一酒醪繼續(xù)發(fā)酵，如此每20~22h重復(fù)一次。目前生產(chǎn)上多采用此法。
1.2 發(fā)酵乳制品
發(fā)酵乳制品是指良好的原料乳經(jīng)過(guò)殺菌作用接種特定的微生物進(jìn)行發(fā)酵作用，產(chǎn)生具有特殊風(fēng)味的食品，稱(chēng)為發(fā)酵乳制品。它們通常具有良好的風(fēng)味、較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、還具有一定的保健作用。并深受消費(fèi)者的普遍歡迎。常用發(fā)酵乳制品有酸奶、奶酪、酸奶油、馬奶酒等。
發(fā)酵乳制品主要包括酸奶和奶酪兩大類(lèi)，生產(chǎn)菌種主要是乳酸菌。乳酸菌的種類(lèi)較多，常用的有干酪乳桿菌(Lactobacillus casei)、保加利亞乳桿菌(L. bulgaricus)、嗜酸乳桿菌(L. acidophilus)、植物乳桿菌(L. plantarum)、乳酸乳桿菌(L. Lactis)、乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)、嗜熱鏈球菌(Streptococcus thermophilus)等。
近年來(lái)，隨著對(duì)雙歧乳酸桿菌在營(yíng)養(yǎng)保健方面作用的認(rèn)識(shí)，人們便將其引入酸奶制造，使傳統(tǒng)的單株發(fā)酵，變?yōu)殡p株或三株共生發(fā)酵。由于雙歧桿菌的引入，使酸奶在原有的助消化、促進(jìn)腸胃功能作用基礎(chǔ)上，又具備了防癌、抗癌的保健作用。雙歧桿菌因其菌體尖端呈分枝狀(如Y型或V型)而得名。雙歧桿菌是無(wú)芽孢革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌，專(zhuān)性厭氧、不抗酸、不運(yùn)動(dòng)、過(guò)氧化氫酶反應(yīng)為陰性，最適生長(zhǎng)溫度為37~41℃。初始生長(zhǎng)最適pH6.5~7.0，能分解糖。雙歧桿菌能利用葡萄糖發(fā)酵產(chǎn)生醋酸和乳酸(2：3)，不產(chǎn)生CO2。目前已知的雙歧桿菌共有24種，其中9種存在于人體腸道內(nèi)，它們是兩歧雙歧桿菌(B. bifidum)、長(zhǎng)雙歧桿菌(B. longum)、短雙歧桿菌(B. brevvis)、嬰兒雙歧桿菌(B. angulatum)、鏈狀雙歧桿菌(B. adolescentis)、假鏈狀雙歧桿菌(B. pseudocatenulatum)和牙雙歧桿菌(B. dentmum)等。應(yīng)用于發(fā)酵乳制品生產(chǎn)的僅為前面5種。
雙歧桿菌與人體，除了如在酸奶中起到和其它乳酸菌一樣的對(duì)乳營(yíng)養(yǎng)成分的“預(yù)消化”作用，使鮮乳中的乳糖、蛋白質(zhì)水解成為更易為人體吸收利用的小分子以外，主要產(chǎn)生雙歧桿菌素。其對(duì)腸道中的致病菌如沙門(mén)氏菌、金黃色葡萄球菌、志賀氏菌等具有明顯的殺滅效果。乳中的雙歧桿菌還能分解積存于腸胃中的致癌物N-亞硝基胺，防止腸道癌變，并能通過(guò)誘導(dǎo)作用產(chǎn)生細(xì)胞干擾素和促細(xì)胞分裂劑，活化NK細(xì)胞，促進(jìn)免疫球蛋白的產(chǎn)生、活化巨嗜細(xì)胞的功能，提高人體的免疫力，增強(qiáng)人體對(duì)癌癥的抵抗和免疫能力。
目前，發(fā)酵乳制品的品種很多，如酸奶、飲料、干酪、乳酪等。現(xiàn)僅簡(jiǎn)要介紹一下雙歧桿菌酸奶的生產(chǎn)工藝。
雙歧桿菌酸奶的生產(chǎn)有兩種不同的工藝。一種是兩歧雙歧桿菌與嗜熱鏈球菌、保加利亞乳桿菌等共同發(fā)酵的生產(chǎn)工藝，稱(chēng)共同發(fā)酵法。另一種是將兩歧雙歧桿菌與兼性厭氧的酵母菌同時(shí)在脫脂牛乳中混合培養(yǎng)，利用酵母在生長(zhǎng)過(guò)程中的呼吸作用，以生物法耗氧，創(chuàng)造一個(gè)適合于雙歧桿菌生長(zhǎng)繁殖、產(chǎn)酸代謝的厭氧環(huán)境，稱(chēng)為共生發(fā)酵法。
1.2.1 共同發(fā)酵法生產(chǎn)工藝
1） 工藝流程
共同發(fā)酵法雙歧桿菌酸奶的生產(chǎn)工藝流程如下：
原料乳
↓
標(biāo)準(zhǔn)化
↓
調(diào)配←(蔗糖10% +葡萄糖2%)
↓
均質(zhì)(15~20MPa)
↓
殺菌(115℃，8min)
↓
冷卻(38~40℃)
↓
適量維生素C→接種←(兩歧雙歧桿菌6%、嗜熱鏈球菌3%)
↓
灌裝 ← 消毒瓶
↓
發(fā)酵(38-39℃， 6h)
↓
冷卻(10℃左右)
↓
冷藏(1~5℃)
↓
成品
2） 生產(chǎn)工藝
雙歧桿菌產(chǎn)酸能力低，凝乳時(shí)間長(zhǎng)，約需18~24h，且由于其屬于異型發(fā)酵，最終產(chǎn)品的口味和風(fēng)味欠佳。因而，生產(chǎn)上常選擇一些對(duì)雙歧桿菌生長(zhǎng)無(wú)太大影響，但產(chǎn)酸快的乳酸菌，如嗜熱鏈球菌、保加利亞乳桿菌、嗜酸乳桿菌、乳脂明串珠菌等與雙歧桿菌共同發(fā)酵。這樣既可以使制品中含有足夠量的雙歧桿菌，又可以提高產(chǎn)酸能力，大大縮短凝乳時(shí)間，縮短生長(zhǎng)周期，并改善制品的口感和風(fēng)味。
1.2.2 共生發(fā)酵法生產(chǎn)工藝
1） 工藝流程
雙歧桿菌、酵母共生發(fā)酵乳的生產(chǎn)工藝流程如下：
原料乳
↓
標(biāo)準(zhǔn)化≥9.5%
↓
蔗糖10%十葡萄糖2%→調(diào)配
↓
均質(zhì)(15~20MPa)
↓
殺菌(115℃，8min)
↓
冷卻(26~28℃)
↓
兩歧雙歧桿菌6%→接種←乳酸酵母3%
↓
發(fā)酵(26~28℃，2h)
↓
升溫(37℃)
↓
發(fā)酵(37℃，5h)
↓
冷卻(10℃左右)
↓
罐裝
↓
冷藏(l~5℃)
↓
成品
2） 生產(chǎn)工藝
共生發(fā)酵法常用的菌種搭配為兩歧雙歧桿菌和用于馬奶酒制造的乳酸酵母(Sacch. Lactis)，接種量分別為6%和3%。在調(diào)配發(fā)酵培養(yǎng)用原料乳時(shí)，用適量脫脂乳粉加入到新鮮脫脂乳中，以強(qiáng)化乳中固形物含量(固形物大于等于9.5%)，并加入10%蔗糖和2%的葡萄糖，接種時(shí)還可加入適量維生素C，以利于雙歧桿菌生長(zhǎng)。酵母菌的最適生長(zhǎng)溫度為26~28℃。為了有利于酵母先發(fā)酵，為雙歧桿菌生長(zhǎng)營(yíng)造一個(gè)適宜的厭氧環(huán)境，因而接種后，首先在溫度26~28℃下培養(yǎng)，以促進(jìn)酵母的大量繁殖和基質(zhì)乳中氧的消耗，然后提高溫度到30℃左右，以促進(jìn)雙歧桿菌的生長(zhǎng)。由于采用了共生混合的發(fā)酵方式，雙歧桿菌生長(zhǎng)遲緩的狀況大為改觀，總體產(chǎn)酸能力提高，加快了凝乳速度，所得產(chǎn)品酸甜適中，富有純正的乳酸口味和淡淡的酵母香氣，制品酸度為80~900T雙歧桿菌活菌數(shù)保證在100萬(wàn)個(gè)/mL以上。因此，酸奶最好在生產(chǎn)7d內(nèi)銷(xiāo)售出去，而且在生產(chǎn)與銷(xiāo)售之間必須形成冷凍鏈，因?yàn)榧词乖?~10℃以下，存放7d后，雙歧活菌的死亡率高達(dá)96%，20℃下存放7d后，死亡率達(dá)99%以上。
1.3 氨基酸發(fā)酵
1.3.1 概述
氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本成分，其中有8種氨基酸是人體不能合成但又必需的氨基酸，稱(chēng)為必需氨基酸，人體只有通過(guò)食物來(lái)獲得。另外在食品工業(yè)中，氨基酸可作為調(diào)味料，如谷氨酸鈉、肌苷酸鈉、鳥(niǎo)苷酸鈉可作為鮮味劑，色氨酸和甘氨酸可作為甜味劑，在食品中添加某些氨基酸可提高其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值等等。因此氨基酸的生產(chǎn)具有重要的意義。表7~1列出部分氨基酸生產(chǎn)所用的菌株。
自從60年代以來(lái)，微生物直接用糖類(lèi)發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸獲得成功并投入工業(yè)化生產(chǎn)。我國(guó)成為世界上最大的味精生產(chǎn)大國(guó)。味精以成為調(diào)味品的重要成員之一，氨基酸的研究和生產(chǎn)得到了迅速發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)傳統(tǒng)的工藝不斷地進(jìn)行改革，但如何保持傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的特有風(fēng)味，從而使新工藝生產(chǎn)出的產(chǎn)品更具魅力，是今后研究的課題。
1.4 谷氨酸發(fā)酵
1） 谷氨酸生產(chǎn)菌
谷氨酸棒桿菌(Corynebacterium glutamicum)、乳糖發(fā)酵短桿菌(Brevibacterium lactofermentum)、黃色短桿菌(Brevibacterium flavum)。我國(guó)使用的生產(chǎn)菌株是北京棒桿菌(Corynebacterium pekinenese n.sp.)AS1.299、北京棒桿菌D110、鈍齒棒桿菌(Corynebacterium crenatum n.sp)AS1.542、棒桿菌S-914和黃色短桿菌T6~13（Brevibacterium flavum T6~13）等。
在己報(bào)道的谷氨酸產(chǎn)生菌中，除芽孢桿菌外，雖然它們?cè)诜诸?lèi)學(xué)上屬于不同的屬種，但都有一些共同的特點(diǎn)，如菌體為球形、短桿至棒狀、無(wú)鞭毛、不運(yùn)動(dòng)、不形成芽孢、呈革蘭氏陽(yáng)性、需要生物素、在通氣條件下培養(yǎng)產(chǎn)生谷氨酸。
2） 生產(chǎn)原料
發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸的原料有淀粉質(zhì)原料：玉米、小麥、甘薯、大米等。其中甘薯和淀粉最為常用；糖蜜原料：甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜；氮源料：尿素或氨水。
3）工藝流程
味精生產(chǎn)全過(guò)程可分五個(gè)部分：淀粉水解糖的制取；谷氨酸生產(chǎn)菌種子的擴(kuò)大培養(yǎng)；谷氨酸發(fā)酵；谷氨酸的提取與分離；由谷氨酸制成味精。
表7-1 部分氨基酸及其生產(chǎn)所用菌株
生成的氨基酸 使用的菌株
谷氨酸 谷氨酸棒桿菌、乳糖發(fā)酵短桿菌或黃色短桿菌 北京棒桿菌（AS1.299）或鈍齒棒桿菌（AS1.542或B9）纈氨酸 北京棒桿菌（AS1.586(ile-)*） 乳糖發(fā)酵短桿菌(thr-)DL丙氨酸 凝結(jié)芽孢桿菌(Bacillus cuagulans)(met-)脯氨酸 鏈形寇氏桿菌(kurthia catenoform)(ser-) 黃色短桿菌(ile+SGR)*賴(lài)氨酸 黃色短桿菌(AECR) 乳糖發(fā)醇短桿菌(AECR+ser-或AECR+Ade-+Gu) 谷氨酸棒桿菌(AECR+Leu或AECR+met或AECR+Ala)蘇氨酸 大腸桿菌(met-+var) 、大腸桿菌 W(DAP_+met+ile_)鳥(niǎo)氨酸 谷氨酸棒桿菌(Cit_) 、黃色短桿菌(Cit-或Arg-)亮氨酸 黃色短桿菌(ile-+met-+Tar)酪氨酸 氨酸棒桿菌(Phe-+Pu-)
*營(yíng)養(yǎng)缺陷型，R：抗性。
菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)
↓
淀粉質(zhì)原料→糖化→中和、脫色、過(guò)濾→培養(yǎng)基調(diào)配→接種→發(fā)酵→提取(等電點(diǎn)法、離子交換法等)→谷氨酸→谷氨酸-Na→脫色→過(guò)濾→干燥→成品
4） 發(fā)酵生產(chǎn)工藝
①培養(yǎng)基成分
碳源：碳源是構(gòu)成菌體和合成谷氨酸的碳架及能量的來(lái)源。由于谷氨酸產(chǎn)生菌是異養(yǎng)微生物，因此只能從有機(jī)物中獲得碳素，而細(xì)胞進(jìn)行合成反應(yīng)所需要能量也是從氧化分解有機(jī)物過(guò)程中得到的。實(shí)際生產(chǎn)中以糖質(zhì)原料為主。培養(yǎng)基中糖濃度對(duì)谷氨酸發(fā)酵有密切的關(guān)系。在一定的范圍內(nèi)，谷氨酸產(chǎn)量隨糖濃度的增加而增加。
氮源：氮源是合成菌體蛋白質(zhì)、核酸及谷氨酸的原料。碳氮比對(duì)谷氨酸發(fā)酵有很大影響。大約85%的氮源被用于合成谷氨酸，另外15%用于合成菌體。谷氨酸發(fā)酵需要的氮源比一般發(fā)酵工業(yè)多得多，一般發(fā)酵工業(yè)碳氮比為100：0.2~2.0，谷氨酸發(fā)酵的碳氮比為100：15~21。
無(wú)機(jī)鹽：是微生物維持生命活動(dòng)不可缺少的物質(zhì)。其主要功能是：構(gòu)成細(xì)胞的組成成分；作為酶的組成成分；激活或抑制酶的活力；調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的滲透壓；調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的pH；調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的氧化還原電位。起著調(diào)節(jié)微生物生命活動(dòng)的作用。發(fā)酵時(shí)，使用的無(wú)機(jī)離子有K+、Mg2+、Fe2+、Mn2+等陽(yáng)離子和PO43-、SO42-、Cl－等陰離子，其用量如下：
KH2PO4 0.05%~0.2%；
K2HPO4 0.05%~0.2%；
MgSO4.7H2O 0.005%~0.1%；
FeSO4.7H2O 0.0005%~0.01%；
MnSO4..4H2O 0.0005%~0.005%。
生長(zhǎng)因子：凡是微生物生命活動(dòng)不可缺少，而微生物自身又不能合成的微量有機(jī)物質(zhì)都稱(chēng)為生長(zhǎng)因子。生長(zhǎng)因子通常是指氨基酸、嘌呤、嘧啶和B族維生素的一種，又叫維生素H或輔酶R。糖質(zhì)為碳源的谷氨酸產(chǎn)生菌幾乎都是生物素缺陷型，也就是說(shuō)這些細(xì)菌本身都不能合成生物素。生長(zhǎng)素的作用是影響代謝途徑；影響細(xì)胞的滲透性。
生長(zhǎng)因子含量的多少，與生產(chǎn)有著十分密切的關(guān)系。實(shí)際生產(chǎn)中通過(guò)添加玉米漿、麩皮、水解液、糖蜜等作為生長(zhǎng)因子的來(lái)源，來(lái)滿(mǎn)足谷氨酸產(chǎn)生菌必須的生長(zhǎng)因子。
② 培養(yǎng)基
a 斜面培養(yǎng)基
葡萄糖 0.1% 牛肉膏 1.0% 蛋白胨 1.0% 氯化鈉 0.5% 瓊脂 2.0% pH 7.0~7.2
121℃滅菌30min(傳代和保藏斜面不加葡萄糖)。
b 一級(jí)種子、二級(jí)種子及發(fā)酵培養(yǎng)基
一級(jí)種子 葡萄糖 2.5% 尿素 0.6% KH2PO4 0.1% MgSO4.7H2O 0.04% 玉米漿 2.3~3.0ml pH 7.0
二級(jí)種子 水解糖 3.0% 尿素 0.6% 玉米漿 0.5~0.6ml K2HPO4 0.1~0.2% MgSO4.7H2O 0.04% pH 7.0
發(fā)酵培養(yǎng)基 水解糖12~14% 尿素 0.5~0.8% 玉米漿 0.6ml MgSO4.7H2O 0.06% KCl 0.05% Na2HPO4 0.17% pH 7.0
③ 發(fā)酵條件的控制
a 溫度
谷氨酸發(fā)酵前期(0~12h)是菌體大量繁殖階段，在此階段菌體利用培養(yǎng)基中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)合成核酸、蛋白質(zhì)等，供菌體繁殖用，而控制這些合成反應(yīng)的最適溫度均在30~32℃。在發(fā)酵中、后期，是谷氨酸大量積累的階段，而催化谷氨酸合成的谷氨酸脫氫酶的最適溫度在32~36℃，故發(fā)酵中、后期適當(dāng)提高罐溫對(duì)積累谷氨酸有利。
b pH值
發(fā)酵液的pH影響微生物的生長(zhǎng)和代謝途徑。發(fā)酵前期如果pH偏低，則菌體生長(zhǎng)旺盛，長(zhǎng)菌而不產(chǎn)酸；如果pH偏高，則菌體生長(zhǎng)緩慢，發(fā)酵時(shí)間拉長(zhǎng)。在發(fā)酵前期將pH值控制在7.5~8.0左右較為合適，而在發(fā)酵中、后期將pH值控制在7.0~7.6左右對(duì)提高谷氨酸產(chǎn)量有利。
c 通風(fēng)
在谷氨酸發(fā)酵過(guò)程中，發(fā)酵前期以低通風(fēng)量為宜；發(fā)酵中、后期以高通風(fēng)量為宜。實(shí)際生產(chǎn)上，以氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)來(lái)檢查通氣量，即以每分鐘單位體積的通氣量表示通風(fēng)強(qiáng)度。另外發(fā)酵罐大小不同，所需攪拌轉(zhuǎn)速與通風(fēng)量也不同。
d 泡沫的控制
在發(fā)酵過(guò)程中由于強(qiáng)烈的通風(fēng)和菌體代謝產(chǎn)生的CO2，使培養(yǎng)液產(chǎn)生大量的泡沫，不僅使氧在發(fā)酵液中的擴(kuò)散受阻，影響菌體的呼吸和代謝。給發(fā)酵帶來(lái)危害，必須加以消泡。消泡的方法有機(jī)械消泡(耙式、離心式、刮板式、蝶式消泡器)和化學(xué)消泡(天然油脂、聚酯類(lèi)、醇類(lèi)、硅酮等化學(xué)消泡劑)兩種方法。
e 發(fā)酵時(shí)間
不同的谷氨酸產(chǎn)生菌對(duì)糖的濃度要求也不一樣，其發(fā)酵時(shí)間也有所差異。一般低糖(10%~12%)發(fā)酵，其發(fā)酵時(shí)間為36~38h，中糖(14%)發(fā)酵，其發(fā)酵時(shí)間為45h。
1.5 黃原膠
1.5.1 概況
黃原膠(Xamthan Gum)別名漢生膠，又稱(chēng)黃單胞多糖，是國(guó)際上70年代發(fā)展起來(lái)的新型發(fā)酵產(chǎn)品。它是由甘蘭黑腐病黃單胞細(xì)菌(Xanthomonas campestris)以碳水化合物為主要原料，經(jīng)通風(fēng)發(fā)酵、分離提純后得到的一種微生物高分子酸性胞外雜多糖。其作為新型優(yōu)良的天然食品添加劑用途越來(lái)越廣泛。
國(guó)際上，黃原膠開(kāi)發(fā)及應(yīng)用最早的是美國(guó)。美國(guó)農(nóng)業(yè)部北方地區(qū)Peoria實(shí)驗(yàn)室于60年代初首先用微生物發(fā)酵法獲得黃原膠。1964年，美國(guó)Merck公司Keco分部在世界上首先實(shí)現(xiàn)了黃原膠的工業(yè)化生產(chǎn)。1979年世界黃原膠總產(chǎn)量為2000t，1990年達(dá)4000t以上。在美國(guó)，黃原膠年產(chǎn)值約為5億美元，僅次于抗生素和溶劑的年產(chǎn)值，在發(fā)酵產(chǎn)品中居第3位。
我國(guó)對(duì)黃原膠的研究起步較晚，進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究的單位，如南開(kāi)大學(xué)、中科院微生物研究所、山東食品發(fā)酵研究所等，均已通過(guò)中試鑒定。目前全國(guó)有煙臺(tái)、金湖、五連等數(shù)家黃原膠生產(chǎn)廠(chǎng)，年產(chǎn)在200t左右，主要用作食品添加劑。我國(guó)生產(chǎn)黃原膠的淀粉用量一般在5%左右，發(fā)酵周期為72~96h，產(chǎn)膠能力30~40g/L，與國(guó)外比較，生產(chǎn)水平較低。隨著黃原膠生產(chǎn)和應(yīng)用范圍的進(jìn)一步發(fā)展，目前北京、四川、鄭州、蘇州、山東等地都有黃原膠生產(chǎn)新廠(chǎng)建成，預(yù)示著我國(guó)的黃原膠生產(chǎn)將呈現(xiàn)一個(gè)新的局面。
1.5.2 黃原膠的分子結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)
1） 黃原膠的分子組成
黃原膠是以5分子糖為一單元，由與此相同的單元聚合而成的高分子多糖物質(zhì)。每一單元由2分子葡萄糖，2分子甘露糖和1分子葡萄糖醛酸組成。其主鏈由β-葡萄糖通過(guò)1，4-糖苷鍵相連而成的2分子葡萄糖為單元，其結(jié)構(gòu)與纖維素結(jié)構(gòu)相同，相間在葡萄糖的C3上連有2分子甘露糖和1分子葡萄糖醛酸構(gòu)成側(cè)鏈。在側(cè)鏈上有丙酮酸及竣酸側(cè)基。因其側(cè)鏈含酸性基團(tuán)，在水溶液中呈多聚陰離子，構(gòu)成黃原膠的三級(jí)立體結(jié)構(gòu)：帶陰離子的側(cè)鏈纏繞主鏈形成螺旋結(jié)構(gòu)，分子間靠氫鍵形成雙股螺旋，而雙股螺旋結(jié)構(gòu)間又是靠微弱的非共價(jià)鍵維系，形成規(guī)則的"超級(jí)接合帶狀的螺旋聚合體”。
2） 黃原膠的性質(zhì)
①典型的流變特性
隨著剪切速率增加，因膠狀網(wǎng)絡(luò)遭到破壞，導(dǎo)致粘度降低，膠液變稀，但一旦剪切力消失，粘度又可恢復(fù)，因而使黃原膠具有良好的泵送和加工性能。利用這種特性在需要添加增稠劑的液體中加入黃原膠，不僅液體在輸送過(guò)程中容易流動(dòng)，而且靜止后又能恢復(fù)到所需要的粘度，因此被廣泛應(yīng)用于飲料行業(yè)。
② 低濃度時(shí)的高粘性
含2%~3%黃原膠的液體，其粘度高達(dá)3~7Pa.s。黃原膠的高粘性使其具有廣闊的應(yīng)用前景，但同時(shí)又給生產(chǎn)上的后處理帶來(lái)麻煩。
③ 耐熱性
黃原膠在相當(dāng)寬的溫度范圍內(nèi)(-98~90℃)粘度幾乎無(wú)變化。黃原膠即使在130℃的高溫下保持36min后冷卻，溶液的粘度也無(wú)明顯變化。在經(jīng)多次冷凍-融化循環(huán)后，膠液的粘度并不發(fā)生改變。在高溫條件下若添加少量電解質(zhì)如0。5%NaCI，可穩(wěn)定膠液的粘度。
④ 耐酸、堿性
黃原膠水溶液的粘度幾乎與pH值無(wú)關(guān)。這一獨(dú)特性質(zhì)是其他增稠劑如竣甲基纖維素(CMC)等所不具備的。
⑤相容性及溶解性
黃原膠可與絕大部分的常用食品增稠劑溶液溶混，特別是與藻酸鹽類(lèi)、淀粉、卡拉膠、瓜膠溶混后，溶液的粘度以疊加的形式增加。
黃原膠易溶于水，不溶于醇、酮等極性溶劑。在非常廣的溫度、pH和鹽濃度范圍內(nèi)，黃原膠很容易溶解于水中，其水溶液可在室溫下配制，攪動(dòng)時(shí)應(yīng)盡可能減少空氣混人。如果將黃原膠預(yù)先與一些干物質(zhì)如鹽、糖、味精等混勻，然后用少量水濕潤(rùn)，最后加水?dāng)嚢�，這樣配制出的膠液其性能更好。
⑥ 分散性及保水性
黃原膠是食品添加劑中優(yōu)良的懸浮劑和乳化穩(wěn)定劑。黃原膠對(duì)食品具有良好的保水、保鮮作用。
1.5.3 黃原膠的生產(chǎn)
1） 工藝流程
菌種的擴(kuò)培→發(fā)酵原料配比→發(fā)酵→發(fā)酵條件控制→分離→提純→干燥
2） 菌種
黃原膠生產(chǎn)有廣泛的微生物來(lái)源，黃單胞菌屬的許多種類(lèi)菌株都能產(chǎn)生黃原膠。目前，國(guó)內(nèi)外用于生產(chǎn)黃原膠的菌種大多是從甘蘭黑腐病病株上分離到的甘蘭黑腐病黃單胞菌，也稱(chēng)野油菜黃單胞菌。另外生產(chǎn)黃原膠的菌種還有菜豆黃單胞菌(X. phaseoli)、錦葵黃單胞菌(X. Malvacearum)和胡蘿卜黃單胞菌(X. carotae)等。我國(guó)目前已開(kāi)發(fā)出的菌株有南開(kāi)-01、山大-152、008、L4和L5。這些菌株一般呈桿狀，革蘭氏染色陰性，產(chǎn)莢膜。在瓊脂培養(yǎng)基平板上可形成黃色粘稠菌落，液體培養(yǎng)可形成粘稠的膠狀物。
3） 發(fā)酵培養(yǎng)基
黃原膠發(fā)酵培養(yǎng)基的碳源一般是糖類(lèi)、淀粉等碳水化合物。在黃單胞菌菌體內(nèi)酶的作用下，1、6-糖苷鍵被打開(kāi)，形成直鏈多糖，經(jīng)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，最終變成產(chǎn)物黃原膠。氮源一般以魚(yú)粉和豆餅粉為主。另外，還添加一些微量無(wú)機(jī)鹽，如鐵、錳、鋅等的鹽類(lèi)。特別是輕質(zhì)碳酸鈣以及NaH2PO4和MgSO4，它們對(duì)黃原膠的合成有明顯的促進(jìn)作用。
例如南開(kāi)大學(xué)的南開(kāi)-01菌種所使用的搖瓶發(fā)酵培養(yǎng)基如下：玉米淀粉4%，魚(yú)粉蛋白胨0.5%，輕質(zhì)碳酸鈣0.3%，自來(lái)水配制，pH7.0。在大罐生產(chǎn)中將魚(yú)粉蛋白胨改成魚(yú)粉直接配料，其他原料不變。國(guó)外用作黃原膠發(fā)酵的碳源多數(shù)是葡萄糖。
4） 發(fā)酵
①搖瓶發(fā)酵
搖瓶發(fā)酵條件：接種量1%~5%，旋轉(zhuǎn)式搖床轉(zhuǎn)速220r/min，培養(yǎng)溫度28℃，發(fā)酵72h左右。發(fā)酵結(jié)束，黃原膠產(chǎn)酸能力為20~30g/L，對(duì)碳源的轉(zhuǎn)化率在60%~70%。
② 工業(yè)化生產(chǎn)
接種量為5%~8%。由于培養(yǎng)基的高粘度，黃原膠生產(chǎn)屬高需氧量發(fā)酵，需大通風(fēng)量，一般為1~0.6m3/（m3min)。發(fā)酵溫度為25~28℃。碳源的起始濃度一般在2%~5%。
黃原膠的收率取決于碳、氮源的種類(lèi)和發(fā)酵條件。目前收率一般在起始糖量的40%~75%。黃單胞菌容易利用有機(jī)氮源，而不易利用無(wú)機(jī)氮源。有機(jī)氮源包括魚(yú)粉蛋白胨、大豆蛋白胨、魚(yú)粉、豆餅粉、谷糠等。其中以魚(yú)粉蛋白胨為最佳，它對(duì)產(chǎn)物的生成有明顯的促進(jìn)作用，一般使用量為0.4%~0.6%。在氮源濃度較低時(shí)，隨氮源濃度的提高，細(xì)胞濃度也增加，黃原膠的合成速率加快，黃原膠得率也相應(yīng)提高。起始氮源在中等濃度時(shí)，細(xì)胞濃度和黃原膠的合成速率均有提高，發(fā)酵時(shí)間被縮短，但黃原膠的得率卻降低，這是因?yàn)榧?xì)胞生長(zhǎng)過(guò)快，使用于細(xì)胞生長(zhǎng)及維持細(xì)胞生命的糖量增加，用于合成黃原膠的糖反而減少，導(dǎo)致黃原膠得率下降。如果采用發(fā)酵后期流加糖的方法，使糖濃度始終維持在一定的水平，那么，由于補(bǔ)加的糖只用于細(xì)胞維持生命及合成黃原膠，而沒(méi)有生長(zhǎng)的消耗，從而得率就可比間歇發(fā)酵有較大提高。若起始氮源的濃度再提高，雖然細(xì)胞濃度有所增加，但黃原膠得率及合成速率卻降低了。其主要原因是"氧限制"，高濃度細(xì)胞隨著發(fā)酵的進(jìn)行，發(fā)酵液粘度不斷增大，體積傳質(zhì)系數(shù)降低，造成氧供應(yīng)能力逐漸下降，合成速率變慢，得率降低。
黃原膠發(fā)酵培養(yǎng)基的起始pH值一般控制在6.5~7.0，這有利于初期的細(xì)胞生長(zhǎng)和后期的黃原膠合成。
5） 黃原膠的分離提取
黃原膠通常由玉米淀粉輔以氮源及微量元素經(jīng)微生物發(fā)酵后制得。發(fā)酵醪中除含黃原膠(3%左右)外，還有菌絲體、未消耗完的碳水化合物、無(wú)機(jī)鹽及大量的液體。其中菌絲體等固形物占20%，水溶性無(wú)機(jī)鹽占10%。如果菌絲體等固形物混雜在黃原膠成品中，會(huì)造成產(chǎn)品的色澤差、味臭，從而限制了黃原膠的使用范圍。因此黃原膠的分離提取，其目的在于按產(chǎn)品質(zhì)量規(guī)格的要求將發(fā)酵醪中的雜質(zhì)不同程度地除去，通過(guò)純化、分離、濃縮和干燥等手段獲得成品。黃原膠成品分食品級(jí)、工業(yè)級(jí)和工業(yè)粗制品3種。
① 溶劑沉淀法
先將發(fā)酵液用6mol/LHCI酸化，然后加入工業(yè)酒精使黃原膠沉淀。過(guò)濾后沉淀物先后用工業(yè)酒精和10%KOH洗滌，過(guò)濾，沉淀物干燥后進(jìn)行粉碎，經(jīng)過(guò)篩制得成品。本法由于直接用HCl和工業(yè)酒精進(jìn)行酸化沉淀，沒(méi)有去除掉菌體，因此僅能制得工業(yè)級(jí)黃原膠。
為了制得食品級(jí)黃原膠，在上面的方法基礎(chǔ)上增加了離心除菌體和多次用酒精進(jìn)行沉淀、洗滌的操作，從而提高了成品的純度。
溶劑沉淀法工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)品質(zhì)量高，大型化生產(chǎn)技術(shù)成熟，是目前國(guó)內(nèi)采用的主要生產(chǎn)方法，但該方法溶劑用量大，需設(shè)置溶劑回收設(shè)備，投資較大，生產(chǎn)成本高。本法提取收率在97.7%。
② 鈣鹽-工業(yè)酒精沉淀法
在酸性條件下，黃原膠與氯化鈣形成黃原膠鈣凝膠狀沉淀；加入酸性酒精脫去鈣離子，使成短絮狀沉淀；過(guò)濾，在沉淀中加人酒精并用氫氧化鉀溶液調(diào)節(jié)pH值。
③ 絮凝法
絮凝劑與黃原膠作用產(chǎn)生絮狀沉淀，然后將沉淀物脫水，得到固型物含量為25%左右的濕濾餅；用多糖的非溶劑在適當(dāng)條件下洗提上述濕濾餅，使其變?yōu)樗苄远嗵恰Ｈ缓筮^(guò)濾，將水溶性濾餅干燥；經(jīng)粉碎、篩分后得到合格的黃原膠成品。
④ 直接干燥法
本法采用滾筒干燥或噴霧干燥等方法，直接將發(fā)酵液進(jìn)行干燥，從而制成工業(yè)粗制品級(jí)的黃原膠。該方法因?yàn)闆](méi)有分離提純工序，所以成品質(zhì)量差，限于對(duì)黃原膠質(zhì)量要求不高的場(chǎng)合使用，有利于降低產(chǎn)品成本。
⑤ 超濾脫鹽法
本法采用近代分離技術(shù)，對(duì)高分子的黃原膠與小分子的無(wú)機(jī)鹽和水進(jìn)行超濾分離，將黃原膠發(fā)酵液濃縮至2.5%~5%，而無(wú)機(jī)鹽濃度從10%降低至0.5%~1%，然后再進(jìn)行噴霧干燥。本法與直接干燥法相比，產(chǎn)品質(zhì)量有所提高，達(dá)到工業(yè)精制品等級(jí)。
⑥ 酶處理-超濾濃縮法
本法用酶處理發(fā)酵液，將蛋白質(zhì)水解，從而使發(fā)酵液變得澄清，簡(jiǎn)化了離心過(guò)濾這一步工序。本法使用的酶包括堿性蛋白酶，酸性或中性蛋白酶，或用復(fù)合酶共同進(jìn)行作用。用酶處理后，不但發(fā)酵液澄清度提高，而且氮含量降低，過(guò)濾性能得到改善，在微孔過(guò)濾中過(guò)濾速度可提高3~20倍，成品質(zhì)量也有提高。
綜上所述，黃原膠的分離提取方法很多，但在應(yīng)用上都受到各自條件、特點(diǎn)的制約。比較而言，采用超濾濃縮純化發(fā)酵液的方法是比較理想的選擇。
6） 黃原膠的干燥
為了便于保藏和運(yùn)輸，一般都將黃原膠制成干品。黃原膠的干燥有不同的處理方法：真空干燥、滾筒干燥、噴霧干燥、流化床干燥以及氣流干燥。由于黃原膠是熱敏性物質(zhì)，不能承受長(zhǎng)時(shí)間的高溫處理，因此使用噴霧干燥法會(huì)使黃原膠的溶解性變差。滾筒干燥雖然熱效率較高，但機(jī)械結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，用于大型工業(yè)化生產(chǎn)目前還難實(shí)現(xiàn)。帶有惰性球的流化床干燥，因兼有強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)以及研磨粉碎的功能，物料滯留時(shí)間也較短，所以適合像黃原膠那樣的熱敏性粘稠物料進(jìn)行干燥。