范文一：微生物在食品工业中的应用

微生物在食品工业中的应用

年级专业班级: 2011级物电学院电子一班

姓名: 刘明祥

学号: 201140630115

微生物在我们的生活中起着非常重要的作用，比如我们吃的食品、饮料很多就是通过微生物发酵生产，本文重点介绍微生物在食品工业方面的应用。 1 细菌在食品制造中的应用

1.1 食醋

食醋是我国劳动人民在长期的生产实践中制造出来的一种酸性调味品。它能增进食欲，帮助消化，在人们饮食生活中不可缺少。在我国的中医药学中醋也有一定的用途。全国各地生产的食醋品种较多。著名的山西陈醋、镇江香醋、四川麸醋、东北白醋、江浙玫瑰米醋、福建红曲醋等是食醋的代表品种。食醋按加工方法可分为合成醋、酿造醋、再制醋三大类。其中产量最大且与我们关系最为密切的是酿造醋，它是用粮食等淀粉质为原料，经微生物制曲、糖化、酒精发酵、醋酸发酵等阶段酿制而成。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、醇和酯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。

1.1.1 生产原料

目前酿醋生产用的主要原料有：薯类 如甘薯、马铃薯等；粮谷类 如玉米、大米等；粮食加工下脚料 如碎米、麸皮、谷糠等；果蔬类 如黑醋栗、葡萄、胡萝卜等；野生植物 如橡子、菊芋等；其他 如酸果酒、酸啤酒、糖蜜等。

生产食醋除了上述主要原料外，还需要疏松材料如谷壳、玉米芯等，使发酵料通透性好，好氧微生物能良好生长。

1.1.2 酿造微生物

传统工艺酿醋是利用自然界中的野生菌制曲、发酵，因此涉及的微生物种类繁多。新法制醋均采用人工选育的纯培养菌株进行制曲、酒精发酵和醋酸发酵，因而发酵周期短、原料利用率高。

1.2 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。并深受消费者的普遍欢迎。常用发酵乳制品有酸奶、奶酪、酸奶油、马奶酒等。

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、植物乳杆菌、乳酸乳杆菌、乳酸乳球菌、嗜热链球菌等。

近年来，随着对双歧乳酸杆菌在营养保健方面作用的认识，人们便将其引入酸奶制造，使传统的单株发酵，变为双株或三株共生发酵。由于双歧杆菌的引入，使酸奶在原有的助消化、促进肠胃功能作用基础上，又具备了防癌、抗癌的保健作用。双歧杆菌因其菌体尖端呈分枝状(如Y 型或V 型) 而得名。双歧杆菌是无芽孢革兰氏阳性细菌，专性厌氧、不抗酸、不运动、过氧化氢酶反应为阴性，最适生长温度为37~ 41℃。初始生长最适pH6.5 ～ 7.0，能分解糖。双歧杆菌能利用葡萄糖发酵产生醋酸和乳酸(2：3) ，不产生CO2。目前已知的双歧杆菌共有24。种，其中9种存在于人体肠道内，它们是两歧双歧杆菌、长双歧杆菌、短双歧杆菌、婴儿双歧杆菌、链状双歧杆菌、假链状双歧杆菌、和牙双歧杆菌等。应用于发酵乳制品生产的仅为前面5种。

现仅简要介绍一下双歧杆菌酸奶的生产工艺。双歧杆菌酸奶的生产有两种不同的工艺。一种是两歧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，称共同发酵法。另一种是将两歧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，以生物法耗氧，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。

1.3 氨基酸发酵

1.3.1 概述

氨基酸是组成蛋白质的基本成分，其中有8种氨基酸是人体不能合成但又必需的氨基酸，称为必需氨基酸，人体只有通过食物来获得。另外在食品工业中，氨基酸可作为调味料，如谷氨酸钠、肌苷酸钠、鸟苷酸钠可作为鲜味剂，色氨酸和甘氨酸可作为甜味剂，在食品中添加某些氨基酸可提高其营养价值等等。因此氨基酸的生产具有重要的意义。自从60年代以来，微生物直接用糖类发酵生产谷氨酸获得成功并投入工业化生产。我国成为世界上最大的味精生产大国。味精以成为调味品的重要成员之一，氨基酸的研究和生产得到了迅速发展。随着科学

技术的进步，对传统的工艺不断地进行改革，但如何保持传统工艺生产的特有风味，从而使新工艺生产出的产品更具魅力，是今后研究的课题。

1.4 谷氨酸发酵

1.4.1 谷氨酸生产菌

谷氨酸棒杆、乳糖发酵短杆菌、黄色短杆菌。我国使用的生产菌株是北京棒杆菌AS1.299、北京棒杆菌D110、钝齿棒杆菌AS1.542、棒杆菌S-914和黄色短杆菌T6 ~ 13等。

1.4.2 生产原料

发酵生产谷氨酸的原料有淀粉质原料：玉米、小麦、甘薯、大米等。其中甘薯和淀粉最为常用；糖蜜原料：甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜；氮源料：尿素或氨水。

1.4.3 工艺流程

味精生产全过程可分五个部分：淀粉水解糖的制取；谷氨酸生产菌种子的扩大培养；谷氨酸发酵；谷氨酸的提取与分离；由谷氨酸制成味精。

1.5 黄原胶

1.5.1 概况

黄原胶(Xamthan Gum)别名汉生胶，又称黄单胞多糖，是国际上70年代发展起来的新型发酵产品。它是由甘兰黑腐病黄单胞细菌(Xanthomonas campestris)以碳水化合物为主要原料，经通风发酵、分离提纯后得到的一种微生物高分子酸性胞外杂多糖。其作为新型优良的天然食品添加剂用途越来越广泛。

2 酵母菌在食品制造中的应用

2.1 面包

面包是产小麦国家的主食，几乎世界各国都有生产。它是以面粉为主要原料，以酵母菌、糖、油脂和鸡蛋为辅料生产的发酵食品，其营养丰富，组织蓬松，易于消化吸收，食用方便，深受消费者喜爱。

酵母是生产面包必不可少的生物松软剂。面包酵母是一种单细胞生物，属真菌类，学名为啤酒酵母。面包酵母有圆形、椭圆形等多种形态。以椭圆形的用于生产较好。酵母为兼性厌氧性微生物，在有氧及无氧条件下都可以进行发酵。

2.2 单细胞蛋白的生产

由于微生物的蛋白含量高，一般细菌含60%~70%，酵母45%~65%,霉菌

35%~40%。因此，它是很理想的一种蛋白质来源，也是解决全球蛋白质资源紧缺的重要途径之一。为了和来源于动物、植物中的蛋白质区别，人们把来源于微生物的蛋白叫做单细胞蛋白。它有以下几种优点：一 SCP 营养丰富，二 利用原料广 可就地取材，廉价大量地解决原料问题，三 生产速率高 一般蛋白质生产速度同猪、牛、羊等体重的倍增时间成正比，四 劳动生产率高 生产不受季节气候的制约，易于人工控制，同时由于在大型发酵罐中立体式培养占地面积少，

五 可以完全工业化生产 单细胞蛋白生产比农业生产需要的劳动力少，又不受地区、季风和气候条件的制约，可在占地有限的小设备上进行，不仅数量大，而且质量好，远远超过现有粮食品种的蛋白质，六 单细胞生物易诱变，不动、植物品种容易改良 可采用物理、化学、生物学方法定向诱变育种，获得蛋白质含量高、质量好、味美，并易于提取蛋白质的优良菌种。

2.3 酿酒

我国是一个酒类生产大国，也是一个酒文化文明古国，在应用酵母菌酿酒的领域里，有着举足轻重的地位。许多独特的酿酒工艺在世界上独领风骚，深受世界各国赞誉，同时也为我国经济繁荣作出了重要贡献。

酿酒具有悠久的历史，产品种类繁多如：黄酒、白酒、啤酒、果酒等品种。而且形成了各种类型的名酒，如绍兴黄酒、贵州茅台酒、青岛啤酒等。酒的品种不同，酿酒所用的酵母以及酿造工艺也不同，而且同一类型的酒各地也有自己独特的工艺。

2.3.1 啤酒

啤酒是以优质大麦芽为主要原料，大米、酒花等为辅料，经过制麦、糖化、啤酒酵母发酵等工序酿制而成的一种含有C02、低酒精浓度和多种营养成分的饮料酒。它是世界上产量最大的酒种之一。

3 霉菌在食品制造中的应用

霉菌在食品加工工业中用途十分广泛，许多酿造发酵食品、食品原料的制造，如豆腐乳、豆豉、酱、酱油、柠檬酸等都是在霉菌的参与下生产加工出来的。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它种类的化合物进行转化，制造出多种多样的食品、调味品及食品添加剂。不过，在许多食品制造中，除了利用霉菌以外，还要有细菌、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酵母菌及细菌利用。

3.1 酱类

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，利用以米曲霉为主的微生物经发酵酿制的。酱类发酵制品营养丰富，易于消化吸收，即可作小菜，又是调味品，具有特有的色、香、味，价格便宜，是一种受欢迎的大众化调味品。

用于酱类生产的霉菌主要是米曲霉（Asp.oryzae ），生产上常用的有沪酿3.042，黄曲霉Cr-1菌株（不产生毒素），黑曲霉（Asp. Nigerf-27）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。

3.2 酱油

酱油是人们常用的一种食品调味料，营养丰富，味道鲜美，在我国已有两千多年的历史。它是用蛋白质原料(如豆饼、豆柏等) 和淀粉质原料(如麸皮、面粉、小麦等) ，利用曲霉及其他微生物的共同发酵作用酿制而成的。 酱油生产中常用的霉菌有米曲霉、黄曲霉和黑曲霉等，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；生长快速、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。

3.3 柠檬酸

柠檬酸(Citric acid)分子式为C6H807。又名枸橼酸，外观为白色颗粒状或白色结晶粉末，无臭，具有另人愉快的强烈的酸味，相对密度为1.6550。柠檬酸易溶于水、酒精、不溶于醚、酯、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，前者在高于36.6℃的水溶液中结晶析出，后者在低于36.6℃水溶液中结晶析出。它天然存在于果实中，其中以柑桔、菠萝、柠檬、无花果等含量较高。柠檬酸是生物体主要代谢产物之一。早期的柠檬酸生产是以柠檬、柑桔等天然果实为原料加工而成的。1893年德国微生物学家Wehmen 发现二种青霉菌能够积累柠檬酸，1923年美国科学家研究成功了以废糖蜜为原料的浅盘法柠檬酸发酵，并设厂生产。1951年美国Miles 公司首先采用深层发酵大规模生产

柠檬酸。我国1968年用薯干为原料采用深层发酵法生产柠檬酸成功，由于工艺简单、原料丰富、发酵水平高，各地陆续办厂投产，至20世纪70年代中期，柠檬酸工业已初步形成了生产体系。

柠檬酸在果酱与酿造酒、腌制品、罐头食品、豆制品及调味品等其它方面均有广泛的运用。

4 微生物保鲜技术在食品方面的应用

微生物保鲜是微生物在食品方面的另一种重要应用。与传统的机械低温贮藏和化学药剂处理相比生物制剂对食品进行贮藏保鲜不但没有污染问题，而且贮藏环境小，贮藏条件好控制，处理目标明确，处理费用低。

微生物中利用细菌保鲜的报道比较多。如利用腊样芽孢杆菌对绿茶进行生物保鲜的技术已获得中国专利发明，乳酸菌在水果、蔬菜、肉品、奶类的生物保鲜方面已有了较深的研究和较为广泛的应用。在外国有利用木霉对果蔬进行保鲜的报道。微生物对食品进行保鲜室绝对安全的，但也有些微生物的安全性还有待进一步研究。

微生物在食品工业中的应用是非常广泛的，随着人民生活水平的提高和科学技术的快速发展，人民对食品的要求越来越高，这必将推动食品工业的快速发展，也将加大对微生物的研究，使其在食品工业中发挥更大的作用。因此，微生物在食品工业中具有广泛的发展前景。

范文二：微生物在食品工业中的应用

微生物在食品工业中的应用

摘要

关键字

微生物是 所 有形 体 微小、单 细胞 或 个 体结 构 简单的 多 细 胞 以 至 没 有 细 胞 结 构 的 低 等 生 物 的 总称。微 生物 种 类繁 多、分布 广、代谢类 型 多、代谢 能力强、生 长 繁殖 快、易培 养、易 变 异、适 应 能力强,正 是 上 述 特 性,使微 生 物 与 人 类 关系 密切,微生 物不仅 在 自然界 物质循 环 中起 着重要 作用,而且在工 业 中的应 用 也 非 常广 泛。

一 微 生 物 与食 品工 业的关 系

随着人 们对微生 物认 识 的不 断深 人,微生物 已被广泛应 用 于食 品生 产 中。今 天,基 因工 程、固定化酶、固定化细 胞 等 先 进技 术 的应 用,进一 步 发 掘了微生 物在食 品工业 中的巨 大潜力。微 生物在食 品工 业 生 产 中 既有 利 又有 害,有利的方 面如 酵母菌可制 面包、酒;霉 菌可制豆 酱、酱油;乳 酸菌可 制泡 菜、酸 奶 等;有 害 方 面 主要 表现在会使食 品 变质,如制 面 包 时,若不用 高温 充 分烘 烤,其中 的 芽抱杆 菌 就 会大量 繁 殖 使面 包变 味;制泡菜时,若温 度 过 高,丁 酶菌 迅 速 生 长繁殖 会带来腐臭等 异味。我们要 充 分利 用微生 物 有利 的方面为食品工 业服 务,消除其有害影 响,造福人 类。

二微生 物在 传统食 品生 产 中 的应用

2、1、 酒类

果酒、 啤酒、 白酒及其他酒均是利用酿酒酵母， 在厌氧条件下进行发酵， 将葡萄糖转化为酒精生产的。白酒经过蒸馏， 因此酒的主要成分是水和酒精， 以及一些加热后易挥发物质， 如各种酯类、其他醇类和少量低碳醛酮类化合物。果酒和啤酒是非蒸馏酒， 发酵时酵母将果汁中或发酵液中的葡萄糖， 转化为酒精，而其他营养成分会部分被酵母利用， 产生一些代谢产物， 如氨基酸、 维生素等， 也会进入发酵的酒液中。

2、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。如酸奶， 是牛奶在厌氧条件下， 由乳酸菌发酵， 将乳糖分解， 并进一步发酵产生乳酸和其他有机酸， 以及一些芳香物质和维生素等；同时蛋白质也部分水解。市场上较多的双歧杆菌酸奶的生产有两种不同的工艺。一种是两歧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， 称共同发酵法。另一种是将两歧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， 以生物法耗氧，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。 2、3 调味品

食品店或超市出售的醋， 除白醋外， 其他的则是由醋酸菌在

好氧条件下发酵， 将固体发酵产生的酒精转化为醋酸生产的。 由

于使用的微生物菌种或曲种的差异，在葡萄糖发酵过程中会产

生乳酸或其他有机酸，因而使醋有不同的风味。食醋中的酿造

醋， 它是用粮食等淀粉质为原料， 经微生物制曲、 糖化、 酒精发酵、

醋酸发酵等阶段酿制而成。

酱油是人们常用的一种食品调味料， 营养丰富， 味道鲜美，

在我国已有两千多年的历史。 它是用蛋白质原料和淀粉质原料，

利用曲霉及其他微生物的共同发酵作用酿制而成的。酱油生产

中常用的霉菌有米曲霉、 黄曲霉和黑曲霉等， 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； 生长快速、 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

2、4面食

面食中的面 包、馒 头 都是 以面 粉 为原 料,加 水和 一定 量 的酵母 菌 ( 主要 是啤酒 酵母 豁c eha ro nwc e sc ere v i s i a e ),混合 成面 团,经发 酵、造 型、烘 烤 或蒸煮而成。在 发 酵过 程 中,面粉 中 的 葡 萄糖、果糖或蔗糖 为酵母菌提 供营养 物 质,加上 淀 粉 酶 与转 化 酶的作用,酵母菌 分解 糖产 生 Cq、醇、醛 和 一 些 有机酸 等物质。发 酵 造 型后 的面 团经 烘 烤或 蒸 煮,其中的 以无 受热膨 胀,造 成多孔 的海 绵状结 构,面 团中其他发 酵产 物 则构 成 面 包、馒 头 特 有香 味。从 面包、馒头 的生产 工艺 过 程不 难 看 出,酵母 菌起 了关键作用。

三、微生物在食品工业中应用的研究热点

3、1益生菌

益生菌( pr o bio tic s) 是指通过改善肠道菌群微生态平衡而对宿主动物的健康产生有益作用的活体微生物。益生菌具有可以控制肠道感染, 减缓乳糖不耐症, 抗腹泻, 降低血浆胆固醇的含量, 增强免疫力,防癌抑癌等功效。目前应用于人体的益生菌有双歧杆菌、 乳杆菌、肠球菌、 大肠杆菌、 枯草杆菌、 蜡样芽胞杆菌、 地衣芽胞杆菌、 酵母菌等。在这些益生菌当中研究最多的要属乳酸杆菌属和双岐杆菌属等。对于芽孢杆菌属的研究相对较少。有究表明芽孢杆菌属有着很强的营养特性, 并且具有耐高温, 耐酸碱的良好稳定性和优良的产酸、 产酶、 产维生素等性能, 能保持较高活菌数, 并且能够较好地 发挥生理生化 作用 2001 年黄丽彬等人对一株蜡状芽孢杆菌 SF U - 9 的发酵工艺进行了研究, 使其在最佳条件下发酵, 活菌数可达 10-12C F U / mL [ 7] 黄丽彬, 陈有容, 齐凤兰. 益生菌 SF U - 9 发酵工艺的确定 [ J] . 上海水产大学学报, 2 00 1, ( 10 ) 3: 2 34 - 23 8

3、2微生物风味剂

酵母抽提物被誉为第三代调味剂, 是以新鲜的酵母为原料, 采用生物酶解技术, 将酵母细胞内的蛋白质、 核酸等进行生物降解精制而成的复合型天然调味料。其富含多种氨基酸、 肽类物质、 维生素等营养成分, 已被广泛地应用于食品工业用作生产酵母抽提物的菌种来源主要有酿酒酵母、 假丝酵母和废啤酒酵母等。优良酵母品种的选育仍然是此方向的研究重点

3、3微生物防腐剂

防腐剂是 食品工业生产 中最重要的添加 剂之一, 添加剂 的安全性始终是一个 亟待解决的问 题。随着对微生物研究的不断深入, 各种天然防腐剂相继发现, 这类防腐剂不仅安全无毒甚至对人体有保健作用。首次用于食品防腐剂的是乳酸链球素随着人们健康意识的提高, 用微生物防腐剂代替化学防腐剂已成为食品保藏技术的发展趋势, 对各种微生物防腐剂抑菌物质的鉴定, 抗菌谱的确立, 食品毒理学分析等将成为研究的重点。

四、微生物在食品应用的前景

与生物制药和生物化工相比， 食品微生物发酵的规模虽小，但食品微生物发酵扮演的角色比较重要。未来食品微生物发酵有很大的发展空间。 微生物制造是有发展的特点和投资的热点，发展方向比较广，不过在发展过程中的核心技术和资金瓶颈一直困扰着企业。

利 用微 生物发 酵 作用 制取 的食品 即发 酵食 品 已成为 食品工 业 中的 重要 分 支,微 生 物发 酵 在食 品领域 中的应用 比化 学 合成 有 着更 多的 优点,它 可 提高

原料 利用 率、缩 短生产 周期、降低 成本、减少 污染,发酵 食 品中不 含诱变 剂,易 于吸收,是 高 质 量 的天然食品。利 用微 生物发 酵 制取 的保 健食 品对 改善 婴幼儿、中老年人及 免 疫 力 下 降人 群 的健 康有 重要 的意 义。微 生物广 泛 用 在食 品工业 中,必 将 给 人类 带来更 廉价、更 健 康、更 营养 的食 品,它 将 为食 品工业 的发展 开拓 更广 阔的前景。

范文三：微生物在酿酒中的应用(应用微生物论文)

微生物在酿酒中的应用

10生物技术 1班 10102041001 蔡冠超

摘要:微生物用于食品加工是人类利用微生物的最早、最重要的一个方面,在我国已 有数千年历史。 人们在长期的实践中积累了丰富的经验, 利用微生物制造了种类繁多、 营养 丰富、 风味独特的食品。 随着经济的快速发展,人们的生活变得越来越好, 酒逐渐成为人们 生活中必不可少的一部分。 酒行业也发展的越来迅速, 各种类型的酒相继出现, 利用微生物 酿酒的技术也越来越显得重要。所以,本文侧重探讨的是微生物在酿酒中的应用。

关键字:曲霉菌;枯草芽孢杆菌;酵母菌;糖化菌;乳酸菌

1各种微生物在酿酒中的应用

1. 1 曲霉菌在酿酒中的应用

①红曲霉在酿酒过程中的应用:白酒香型的风格主要是由其中的酯类、 高级 醇、 有机酸等微量成分及其比例关系和其协调性来定, 尤其是酯类。 由于某些红 曲霉具有较强的酯化己酸与乙醇为己酸乙酯能力, 所以其在浓香型白酒中研究更 多,应用也更为广泛,其利用方式有很多种。可以用作酯化大曲、酯化液、粗酶 制剂等 [1]。

②米曲霉在酿酒过程中的应用:米曲霉具有较强的蛋白质分解能力, 同时也 具有糖化活力。 米曲霉繁殖和产酶的同时, 产生葡萄糖、 氨基酸、 维生素等成分, 为酵母提供营养来源, 并生成有机酸、 高级醇及酯类等成分; 再者米曲霉产生的 曲香及辅料的成分,作为酒的前体物质赋予酒以独特的风味 [2]。

③黄曲霉在酿酒过程中的应用:黄曲霉产液化型淀粉酶的能力强, 蛋白质分解 能力仅次于米曲霉,并且它能分鬃 DNA 产力强,蛋白质分解能力仅次于米曲霉, 并且它能分解 DNA 产生核苷酸。

1.2 枯草芽孢杆菌在酿酒中的应用

酯类是具有芳香性气味的挥发性化合物,白酒中酯类主要以乙酸乙酯、己酸 乙酯、 丁酸乙酯、 乳酸乙酯为主。 枯草芽孢杆菌生产出的白酒中己酸乙酯的含量 显著降低。因此应用时需考虑到其负面作用,搭配使用其他功能曲,例如:堆积

发酵后添加酯化酶活力较高的大曲再入池发酵。 枯草芽孢杆菌生产出的酒样中乙 醇含量降低。 对出酒率也有负面影响, 应用时需要注意其用量。 高级醇包括正丙 醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、正戊醇、仲戊醇、己醇和庚醇等,这些醇类物质 有强烈的气味。 这些醇的分子量比乙醇的分子量大。 又称为杂醇油。 高级醇是白 酒中醇甜和助香剂的主要物质, 也是形成香味物质的前体物质。 高级醇在人体内 氧化速度较乙醇慢,停留时间长,使人体神经系统充血,弓 l 起头痛。过多的高 级醇不仅对人体有毒害作用, 而且麻醉力也比乙醇强。 高级醇同时也是造成白酒 出现白色浑浊的原因之一, 因此其含量必须控制在一定范围内。 如果白酒中没有 高级醇或其含量过少,酒味将会十分淡薄,但如果含量偏高,其气味强度就高, 就会使酒产生苦味或涩味, 影响酒的口感。 枯草芽孢杆菌生产出的白酒中高级醇 的含量显著降低, 如果生产的白酒中高级醇含量过高, 可以考虑在发酵过程中添 加枯草芽孢杆菌 [3]。

1.3 酵母菌在酿酒中应用

早在四千年前的殷商时代,我国劳动人民就用酵母菌酿酒。

啤酒酵母是酵母菌属中的典型菌种,广泛应用于啤酒、白酒、果酒的酿造。 啤酒酵母根据细胞长与宽的比例可分为三组。 第一组的细胞多为圆形、 短卵形或 卵形,长宽比为 1

~

2,主要应用与啤酒、白酒、酒精发酵。第二组的细胞多为卵 形或长卵形,长宽比通常为 2,主要应用与葡萄酒和果酒的酿造。第三组的细胞 多为长圆形,长宽比大于 2,这组酵母比较耐高渗透压,用甘蔗、糖蜜做原料时 可供酒精发酵。

对于大多数葡萄酒酿造者来说, 自然发酵对葡萄酒风味的影响一般是难以预 测的, 非酿酒酵母可能会产生不良的气味和口感。 因此很多酿酒师为了降低风险 而更习惯于使用商用酿酒酵母,相比较而言,商用酿酒酵母耐高酒精、高温,具 有较强的竞争有限营养物的能力, 而且使葡萄酒的风味更有保障。 但是对于一些 葡萄酒传统产区的酿酒师来说, 他们往往会综合考虑地理位置、 气候条件、 葡萄 品种、栽培情况、酿造工艺条件、卫生状况等因素,在适宜条件下进行葡萄汁自 然发酵,他们能够充分利用非酿酒酵母的优点及其与酿酒酵母间有益的相互作 用,酿造出风味复杂、风格独特的葡萄酒 [4]。

1.4 糖化菌在酿酒中应用

糖化菌可将淀粉质原料转化成葡萄糖的菌类。糖化力强 , 繁殖速度快, 热稳定性良好,耐酸,耐酒精 , 不产或少产可降低甲醇生成量的果胶酶。菌 落特征:菌落为米黄色,茸状,中间略突,边缘菌丝紧贴培养基,易生长米黄色 小颗粒菌核, 背面为黄绿色, 皱褶明显, 无气味, 无露滴; 顶囊球形, 单层小梗, 分生孢子球形,具有足细胞 [5]。

1.5 乳酸菌在酿酒中的应用

葡萄酒的苹果酸一乳酸发酵是酒精发酵后由乳酸菌引起的第二次发酵, 将苹 果酸经脱羧作用转化为乳酸和 C02,从而起到降低酸度,改善口味和香气,提高 细菌学稳定性的作用。引起葡萄酒 MLF 的乳酸菌主要分属于明串珠菌属、片球菌 属、 乳杆菌属和链球菌属, 生产上应用最广泛的多为明串珠菌属细菌, 该属细菌 能耐较高浓度的 sOz 和酒精度,在低 pH 条件下有较高的苹果酸分解率。通常,用 该属细菌进行葡萄酒的苹果酸一乳酸发酵后,葡萄酒变得柔和,香气加浓 [6]。 2 微生物菌剂在酿酒废水处理中的应用

酿酒废水属高浓度,高悬浮物的酸性废水,固形物含量高,去渣后的高浓度 有机废水要以含可溶性有机污染物为主, 但同时也含有一定量的难降解物质, 主要由底锅水、冷却水、冲洗水等组成,废水温度较高,达标处理有一定难度。 酿酒废水一般采用厌氧与好氧相结合的处理工艺进行处理。 厌氧处理能耗低, 处 理负荷高, 耐冲击能力强, 可大量降低有机污染物, 并可产生大量可利用的沼气, 同时把一部分难降解的大分子物质转化为易生化的小分子物质, 为后续的好氧达 标处理创造条件。 目前, 厌氧处理最大的问题是由于厌氧菌生长缓慢, 对环境条 件要求高,厌氧污泥驯化缓慢,导致反应器启动时间长,甚至启动失败,但我认 为采用微生物菌剂处理酿酒废水可以解决以上问题 [7]。

3 酿酒中废酵母的综合利用

近年来,应用微生物技术生产酵母饲料发展迅速 , 不仅提供了一种优质的饲 料蛋白源·而且开发出特种功能的饲料添加剂。尤其是在利用工业和食品加工 的废渣废液方面,

化废为宝, 无论对环境保护还是对饲料养殖业都有积极的促进作用。啤酒酵母

是一种可供食用的营养强化剂 , 其精制品广泛地应用于食品和肉类加工的添加 剂。 作为饲料 , 啤酒酵母是优质饲料蛋白 , 还作为气味芳香的诱食剂和含未知生 长因子、 氨基酸、 维生素、 矿物质等营养探的饲料添加剂 , 广泛地应用于禽畜及 鱼虾水产饲料。 通常作为饲料的啤酒干酵母粉 , 是利用啤酒酿造过程中排出的废 酵母泥经脱水干燥而成。 然而 , 目前许多啤酒厂却未能加利用。 主要原因是酵母 泥的脱水干燥工艺设备投资大 , 耗能大 , 成本高 ; 酵母作为副产品数量有限 , 缺乏规模生产的效益。 由于酵母泥不能保存 , 会很快变质腐败 , 通常只能直接作 排污处理 , 不仅加重了污水处理的负荷 , 还造成环境的污染。 因此 , 对啤酒废酵 母的处理成为困扰问题 [8]。

4总结

现在微生物的应用技术越来越成熟, 其微生物发酵在酿酒中具有独特的作用。 相信随着分子生物学技术的发展, 利用基因工程改造非酿酒酵母获得具有新的理 想特征的各种酵母菌种, 酿造具有复杂口感、 风格独特的美酒将会成为现代酿酒 产业发展的重要方向。

参考文献

[1]潘 力等, 曲霉菌的 RAPD 分析及其在酿造工业中的应用, 微生物学报 [J],2007, 47(3) : 533-536

[2] 张春晖等,微生物降酸技术在葡萄酒酿造中的应用,酿酒科技 [J], 2000,(2):66-68 [3] 施小明等,枯草芽孢杆菌在白酒生产中的应用,酿酒科技 [J],2012,(2)

[4] 崔艳 , 刘金福 , 非酿酒酵母在葡萄酒酿造中应用的研究现状 , 中国酿造

[J],2010,(11):13-16

[5] 任道群等,四株优良功能微生物在浓香型酒上的应用研究,酿酒 [J],36(2):57-59 [6] 郭红珍,葡萄酒酿造中的微生物及现代科学技术的应用和展望,山西食品工业, 2003, (1) :36-38

[7] 黄钧等,微生物菌剂在酿酒废水处理中的应用研究,四川环境, 2001,20(4) :1-6 [8] 王初升 , 林建云 , 利用啤酒废酵母开发营养型发酵饲料 , 台湾海峡 [J],1998,17,增刊: 79-84

范文四：微生物食用产品介绍--谈微生物在发酵食品中的应用

微生物食用產品介紹－－談微生物在醱酵食品中的應用

壹、前言

小小的微生物應用在食品的加工生產中，可以透過醱酵的過程製作出各式各

樣具獨特風味、營養豐富、美味可口的食品。例如：在造酒、製醬和醬油時，要

先以微生物做麴（常見為酵母菌、乳酸桿菌和黴菌等），控制不同的生長條件、

種類，就可以產生不同風味、用途的產品。本文將以細菌和黴菌在醱酵食品的應

用作介紹。以下則就醱酵作用的定義、功能和受影響條件概述： 一、醱酵（fermentation；原為to be boiling之意，有似沸騰起泡狀產生，如水

果酒精醱酵生成CO，但有些並無此現象）可定義為：在無任何電子接2

受者存在情形下，醣類及其相關化合物或一些有機物受微生物作用後釋

出能量之過程（王進琦，民82）。例如：酵母菌和乳酸菌。前者具備二種

代謝醣類的本領－－「有氧代謝」與「無氧代謝」，當它再有氧的環境中

生長時，利用氧氣進行呼吸作用，把糖轉化成大量能量與二氧化碳，以

快速進行細胞的生長與繁殖。而在無氧的環境下，則利用醱酵作用將糖

轉化成酒精和二氧化碳，此時只進行糖的醱酵作用轉化，而不大量生長

繁殖（劉仲康、林全信，民87）；後者則能將糖類發酵生成乳酸。 二、功能：許多食品藉著微生物的作用（某些菌種酵素直接或間接作用），使

其保存期限延長，產生獨特的風味與氣味。醱酵作用可以減少有些食品的

毒性（如peujeum），但也有可能使某些變得較具毒性（王進琦，民82）。

對一般食品而言，碳水化合物大量被糖解成乳酸，降低了PH值，及菌種

所產生的過氧化氫和二氧化碳的堆積，使得病原菌無法生長，增加了食品

的保存性（羅應桂、陳勁初，民79）。近幾年來相關研究亦指出多種醱酵

產品在醫學保健方面，具有相當功效。總而言之，醱酵能增進風味、防止

腐敗、降低毒性及增加營養價值（吳鳴鈴，民89）。 三、菌體在醱酵食品中的存在受內在與外在因素影響（王進琦，民82），例如：

天然生鮮食品（酸性、含游離醣者） 酵母菌容易生長

產生乙醇（可防止其他雜菌滋生）

植物性食品（酸性、含單醣者） 有些細菌可生長良好（如：乳酸

菌之於酸醃菜醱酵）

含多醣但少量單醣的食品 缺乏糖化酵素（amlyase） 酵母菌、

乳酸菌難以生長 需加入糖化酵素（如：大豆發酵中加入種麴koji）

貳、醱酵產品

1

一、乳製品

各類醱酵乳品採用菌種不一，有些使用單一菌種，有些使用複合菌種，因

菌種不同、菌種相互間關係不同，製程條件相異，而有各種不同特色的產

品（羅應桂、陳勁初，民79）。

（一）乳酪、酪奶與酸乳油

這些食品常是在低溫消毒處理過的乳油或牛奶中接種乳酸麴。 1.製造乳酪時接種菌體（S. lactis、S. cremoris、L. citrovorum），以12－16

?培養24小時，行乳酸醱酵，酸化的乳油被攪動以生成乾酪，再經攪

拌清洗、加鹽及煉壓製成。產品中含有diacetyl、acetyl、methyl、carbinol

等化物，具芳香味（王進琦，民82）。

2.乳酪奶是將牛奶保持在乳油被攪拌後的狀態以製成乳酪，而商業產品則

多以乳酸麴或是乳酪奶種麴種入脫脂奶中，保持至變酸。將生成之凝乳

震盪打成細顆粒狀，即「醱酵乳酪奶」（cultured buttermilk）。製造所利

用的菌株是產酸速率較慢的。

3.醱酵酸乳油（cultured sour cream）常以醱酵的低溫消毒處理及均質過的

淡乳油加乳酸麴製成，具乳酸味、奶油香及diacetyl的味道（王進琦，

民82）。製造所利用的菌株是產酸速率較快的。

（二）yogurt

是含乳酸菌的juice type乳酸飲料，主要以Streptococcus thermophilus

及L. bulgaricus以1：1至3：1之間比例做種麴製成（王進琦，民82）。

Streptococcus thermophilus及L. bulgaricus同為耐熱的同型醱酵菌。

乳酸菌

脫脂乳 殺菌 冷卻 醱酵 冷卻（0~5?）

凝乳打碎 均質化 冷卻 瓶裝、冷藏

（45?、14小時）

殺菌、冷卻

＊砂糖、安定劑、人工甘味劑 香料

（三）酸奶（acidophilus milk）

用L. acidophilus菌種,接入殺菌過的脫脂奶中醱酵，置於37?培養至形

成平滑狀凝乳（smooth curd）而成。

（四）乾酪（cheese）

牛乳先經62~63?殺菌，迅速冷卻至30~35?，將1~2?乳酸菌種麴接

入，30?下行乳酸醱酵，在酸度0.18~0.2?時添加乳脢（rennin）即成凝

乳，凝乳攪拌經壓搾、鹽漬、熟成可得（王進琦，民82）。（因Streptococcus

thermophilus較一般乳酸菌種麴具抗熱性，故用於煮過之凝乳形成酸性

者，也可用S. thermophilus與S. lactis混合。）

2

二、肉與魚製品

（一）香腸與火腿

自古至今國內外此類食品種類繁多，製程及菌種各異。以金華火腿製程

為例：利用青黴菌和麵麴對原料進行一定的處理，其中會產生一些代謝

產物－－酯類物質，使得金華火腿香噴可口（鄭一書、鄭翠芳，民87）。 （二）魚露

先加鹽於未取出內臟的魚體中（鹽：魚＝1：3），移至醱酵槽（混凝土

製成者），並做成碎肉狀或放入陶壺中，在醱酵槽中或陶壺填滿後密封

六個月，使其液化（液化的部分原因是魚體中的蛋白質脢的作用），再

過濾得此液體，移至陶製容器內，在陽光下熟成1－3個月，最後產物

成亮黑褐色，具特殊風味。從對醱酵的泰國魚露的研究發現在16個月

的醱酵期間，PH值從開始6.2到最後升至6.6，NaCl含30?，且耐鹽

性好氣產孢菌較佔優勢，如Bacillus licheniformis、B. cereus、B. pumilus；

而Streptococci、Microcci及Staphylococci較少，這些菌體與Bacillus sp.

均可促成風味（王進琦，民82）。

（三）柴魚

鰹魚 洗淨 去頭、內臟，洗去污血 去背皮、背鰭

去脊骨 蒸煮 放冷 拔骨 烘乾 整形

烘乾（視魚之大小決定烘乾次數） 修整 日曬 經多次發

黴＊ 分級包裝 成品

＊ 約7－10天，第一次發黴（青綠色），再日曬，刷去菌絲，再

裝箱經第二次發黴（灰色），如此反覆4－5次。

主要之作用黴菌為Aspergillus sp.柴魚因含水量低，故利於保存，且其

蛋白質優於一般家禽（畜）肉。

三、植物性製品

（一）酸醃菜（sauerkraut）

是為甘藍菜的乳酸醱酵產品，其製造過程受多重微生物作用變化，主要

作用菌－－Leuconostoc mesenteroides、Lactobacillus brevis、Pediococcus

cerevisiae、Lactobacillus plantarum、Streptococcus faecalis等革蘭氏陽性

菌，不生孢子、不還原硝酸鹽、不液化動物膠（gelatin）、厭氣（王進

琦，民82）。在裝桶初期，細菌、黴菌與酵母菌利用空氣生長，直到桶

內空氣為好氣菌消耗殆盡，乳酸菌開始發展，而後總酸度快速增加，醱

酵完成時，以不產生氣體的同質醱酵菌（Lactobacillus菌屬）較佔優勢。

期間各種不同的微生物將菜中可醱酵的糖轉變為乳酸、酒精、醋酸和二

氧化碳，而酒精和酸所形成的酯類（ester），提供特殊風味（flavor）。 （二）醃漬蔬菜（pickle）

3

醃漬使蔬菜細胞活力消失，內外液體易於進出；減少水含量，使風味易

達成及利於保存；調味熟成。常見的此類食品（王進琦，民82）： 1.雪裡紅

清洗 切段 加鹽醃漬（鹽約5?，魚醃漬期間分3次添

加，第1次2.5?，然後上下攪拌揉捻，第2次1.25?，第3次

1.25?） 裝缸 醱酵

2.醬瓜

以黃瓜或其他瓜類為原料經鹽漬、切條、漂水、壓搾後，醃於醬油中

製成。以混合麴製成者，主要菌種為Leuconostoc mesenteroides、

Streptococcus faecalis、Pediococcus cerevisiae、Lactobacillus brevis及

Lactobacillus plantarum，其中以Lactobacillus plantarum最為重要（與

酸醃菜相似）。

3.冬菜：以大白菜、甘藍菜為原料。

選別 清洗 切割 日曬（約3－4小時翻面一次使

失水約80?） 揉鹽及加味（10?NaCl、10?大蒜）

裝缸（壓實、越緊越好） 初醱酵（置於日光可照到，雨

水不到處） 包裝 封口 後醱酵 成品 4.榨菜：以大芥菜為原料。

選別 日曬（倒立曝曬，使菜葉萎凋） 鹽醃（鹽10－

15?） 醱酵（乳酸醱酵，避免日曬風吹） 成品 5.福菜：以大芥菜為原料。

選別 切割 日曬（使蒸發菜頭內部水分，鹽漬後，

水分滲出時，再行曝曬） 鹽漬（5?NaCl，鹽漬期間用

小刀拉去粗糙纖維（即「看筋」），越完全可得越佳品質）

壓搾 調味 裝缸（壓實、越緊越好） 醱酵、

貯存 成品

（三）水果製品

1.醃橄欖

除醱酵較慢，餘與酸醃菜類似。醱酵過程中期以乳酸菌較佔優勢，

Leuconosyoc mesenteroides及Pediococcus cervisiae為較早出現的優勢

菌，而後為Lactobacilluus plantnarum及L. brevis（王進琦，民82）。

綠橄欖 1.6－2.0?鹹液（依其種類而定）處理 放置4

－7小時（21－24?下） 除去苦味雜質 以浸泡水洗

除去鹹液 置入橡木桶中鹽漬（28－30?salinometer）

接入L. plantarum，醱酵6－10個月（最後PH為3.8－4.0，酸度

（乳酸）為1?）

2.其他：李子、梅子、桃子、芒果、鳳梨、甜豆……等。一般製程：

選別 洗滌 去皮（或削邊） 切割（切片、或切條

4

或切塊） 醃漬（作用主要是防腐、使乳酸醱酵、硬化果肉

組織、減少果實含水分及增加風味） 加亞硫酸 漂水

（除去過多的鹽或亞硫酸鹽） 去核 醣漬 調味、

著色、整型 乾燥 成品（王進琦，民82）

（四）大豆製品

許多生大豆具有營養阻害物質，大部份經過浸泡、清洗、蒸煮能去除，

而醱酵作用則有利於分解大分子物質和營養阻害物質，增加易消化性，

增進可利用率，提高營養價值，有助於健康。一般醱酵大豆食品中可分

不加鹽或加少量鹽及加大量鹽兩類，前者如納豆、臭豆腐、醱酵豆奶等，

此類製品醱酵較快，不易保存，需立即食用或再加工保存；後者如醬油、

味增、豆腐乳等，此類製品醱酵慢，易於保存（吳鳴鈴，民89）。 1.醬油：

黃豆或豆類及麵粉混合後，接入Asp.oryzae或Asp.soyae培養3天，此期間可生大量的醱酵醣、氨基酸，此為製造醬油麴（koji）。覆有真菌之產品加入18?NaCl，於室溫下培養至少一年（培養moromi），最後所得之液體即為醬油。培養moromi期間，乳酸菌（尤其是

Lactobacillus delbrueckii）及酵母菌（如Saccharomyces rouxii）行厭氧醱酵，以得較佳品質的醬油。在醱酵過程中，微生物之作用如下： 細菌：主要是Bacillus sp.、酪酸菌、醋酸菌、乳酸菌等，其具有分解

蛋白質及醣類的能力，有助於醬膠熟成。其中乳酸菌可使PH下降以抑制雜菌生長。

黴菌：為醬油麴之主要菌體，可分泌蛋白質及醣類的分解酵素，前者

主要是促成醬油的鮮味；後者可使原料黃豆、小麥轉變為單醣，以利

酒精之形成。

酵母菌：主要是耐滲透性的Zygosaccharomyces、Saccharomyces、Pichia、Torula等。其中最重要的是S. rouxii，行酒精醱酵為主，亦可

生成琥珀酸、乳酸、醋酸等副產物（王進琦，民82）。 2.豆腐乳

早在2000年前前漢淮南王劉安時代即有，可分為醃漬及黴腐乳二

種。前者是經鹽漬、日曬、蒸熟、風乾後加入調味料密封熟成；後者

則是經黴菌之作用，其製程如下（王進琦，民82）：

黃豆 水洗 浸泡 磨漿 煮沸 冷卻至50

? 加沉澱劑 壓搾去水 製成豆腐 風乾（100

?、10－20分鐘） 接入黴菌（Mucor hiemalis、Mucor

silvaticuus、Rhizopus chinensis） 醱酵 鹽漬熟成

成品

醱酵期間微生物作用（王進琦，民82）：

5

◎糖化作用：多醣類 單醣類 形成甜味

◎ 蛋白質分解作用：蛋白質 氨基酸 鮮味 熟食鹽 鹹味 成 ◎有機酸醱酵：醣類、蛋白質 有機酸 酸味

◎酒精醱酵：單醣類 酒精（醇類） 芳香酯味 3.味增（miso）

以混合或蒸熟或烹煮過脂黃豆再加入種麴及NaCl，醱酵4－12個月製成（白味增（white miso）或甜味增（sweet miso）常只醱酵一週），若要生成高品質暗棕色產品（Aka miso），則需2年（王進琦，民82）。 4.臭豆腐

以開放自然醱酵法製造的臭滷水來浸泡豆腐而成。其中臭滷水之原料

各地略有不同，如以莧菜、毛筍、豆腐、食鹽等新鮮材料經自然醱酵

成醱酵液，或以鹹菜液（或添加蝦仁）及鹹蛋漬液等混合液作為臭滷

水。其中微生物種類複雜，所分離的菌株以Bacillus屬細菌為主。豆腐浸泡於臭滷水中，除了部分由醱酵液中所含之微生物及酵素進行作

用外，主要是由臭滷水中各成分滲入豆腐內，成為其特殊風味（賴敏

男，民66；李淑芬等，民88；吳鳴鈴，民89）。 5. 醱酵豆奶（fermented soybean milk）

在豆奶中添加一些營養物質後接種乳酸菌，使用的乳酸菌與醱酵乳製

品的菌種相同，例如：Streptococcus thermophilus、Lactobacillus acidophilus、Lactobacillus bulgaricus、Lactobacillus casei等（Rao et al., 1986；吳鳴鈴，民89），甚至有嘗試使用Bifidobacterium來醱酵的（Kamaly, 1997；吳鳴鈴，民89）。

6.納豆（natto）

利用納豆菌（Bacillus natto）將蒸煮大豆快速醱酵而成，在醱酵期間，

納豆菌所分泌之蛋白質分解酵素，可將大豆蛋白質適當的水解，使醱

酵後的大豆較易被消化與吸收。同時，維他命B、B增為先前數倍，12不僅如此，食用納豆能溶解血栓、抗氧化、預防骨質疏鬆、治療痢疾

與腸炎。目前在日本的工業化生產，是將整粒大豆浸泡、蒸煮，於溫

度80~90?時接種納豆菌孢子，裝入小罐中，蓋緊，在室溫40?的發酵室中，納豆品溫在50?左右，醱酵時間為14~18小時，醱酵完成之納豆應冷藏於2~7?，可保存4天左右（吳鳴鈴，民89）。 7.豆鼓

雖然各種不同產品因不同製造方法而形式各異，但其基本製程相近：

將黑豆（或黃豆）經浸泡、蒸熟、冷卻、製麴、洗麴（為了除去豆子

表面菌絲及其他物質，以防苦味及豆粒相黏）、醱酵、鹽醃、淋水（水

豆鼓）或乾燥（乾豆鼓）等過程（王麗雪等，民86；吳鳴鈴，民89），則可得到味美醇香的料理調味聖品。

6

（五）酒類

造酒的主要菌種為酵母菌和黴菌。前者可在無氧的條件下，將原料中的

糖分解，醱酵轉化成酒；而後者可以糖化澱粉，及助酵母菌發酵產生酯

類，提供特別的香味。古今中外，美酒種類繁多，數不勝數，應用酵母

菌和黴菌種類不同而得，以葡萄酒為例：當葡萄置入酒桶中搾汁時，原

先附著在葡萄皮的酵母菌便開始利用果汁中的糖分，快速進行有氧呼吸

作用以生長繁殖，直到酵母菌達到某一濃度時，桶中的氧氣也逐漸消耗

殆盡，酵母菌便開始轉換成另一種代謝方式－－進行無氧的酒精醱酵作

用（劉仲康、林全信，民87）。

（六）飲料

1.西打（cider）

為天然酵母菌作用於蘋果汁的天然醱酵者。製造時，先選別、清洗、

磨成漿，再搾汁，放入槽中使其粒子沉澱（多在4.4?或以下之溫度

放13－36小時或幾天），此澄清汁液即為西打（王進琦，民82）。

2.咖啡

咖啡豆像漿果、櫻桃一樣，是天然型態生成者。在乾燥烘乾前，需先

將漿狀物及黏質物（mucilage）去除，而黏質物可用天然醱酵法除去。

黏質層含大量膠質（pectic suubstance）與果膠分解菌（pectinolytic

microorganism）。Erwinia dissovensg是一種去除黏質物的醱酵重要菌

體，而墨西哥及哥倫比亞則以典型的乳酸菌（Leuconostoc及

Lactobacilli）達成。據研究發現，Saccharomyces marxianus、S.

hayanus、S. ellipsoideus、Schizosaccharomyces spp. 是去除黏質層時

具果膠分解力的酵母菌（王進琦，民82）。 3.可可

可可豆由果實中取得置於槽中發酵2－12天（依豆類型大小而定

），期間呈高溫狀態（45－50?）及生成大量液體，然後日光或風吹

乾燥，至水含量7.5?以下後，烘炒豆子使具巧克力風味。在醱酵過

程中，酵母菌與醋酸菌是最重要的了，酵母菌自體分解所釋出的細胞

內酵素與巧克力先質化物（precursor compound）的形成有關，而醋

酸使豆子外皮可被酵母菌的酵素滲透，所以未經醱酵的可可豆即使經

焙炒，也無法產生特有風味（王進琦，民82）。

（七）麵粉製品

在發麵的過程中，酵母菌將麵粉中的少量糖分轉化成酒精及二氧化碳，

大量的CO使得麵糰有許多空泡而鬆軟；在烘焙或蒸熟的過程中，酒2

精因熱而揮發，保留了酵母菌醱酵麵品的香味可口（劉仲康、林全信，

民87）。

（八）味精

生產味精是以含豐富澱粉的玉米、小麥為原料，將原料經處理轉化成簡

7

單的糖，然後加入尿素等物質，在適當的通氣條件下，利用一種叫鼓氨

酸桿菌的細菌進行發酵，最終製成味精，可使食物更加鮮美（鄭一書、

鄭翠芳，民87）。

（九）食醋

較常見的原料如蔗糖、蜂蜜、米、高梁等糖類物質，經過糖化和酒精醱

酵後，利用桿菌在攝氏30度左右、通風條件良好的酸性條件下培養，

使酒精轉化成醋酸和少量有機酸、乙酸乙酯等物質，再過濾、蒸煮殺菌

，最後稀釋到2~3?濃度，才成為我們所食用的醋（鄭一書、鄭翠芳，

民87）。近年來，以益養生美容為名，陸續有些飲品以水果為原料，製

成水果醋。

參考資料：

王進琦（民82） 。藝軒圖書出版社。台北市。P563-631。 王麗雪等（民86）。中國輕工業出版社。北京。P152-190。 李淑芬、黃偉勳、劉育真、周漢華、唐建華、李福林（民88）鹼性發酵食品－

臭豆腐：臭滷水發酵菌組之篩選與鑑定。，26（04）：384-394。 吳鳴鈴（民89） 發酵大豆食品及其健康機能性。，13

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鄭一書、鄭翠芳（民87） 。銀禾文化事業有限公司。台北縣。

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羅應桂、陳勁初（民79） 乳酸菌及其發酵乳品。，4

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Kamaly, K. M.（1997）Bifidobacteria fermentation of soybean milk, Food Rearch

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Rao, O. R.,Pulusani, S. R., and Chawan, C. B.（1986）Fermented soy bean milk and

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lunkhe, D. K.（eds.）,"Legume-based fermented foods." CRC Press, Boca Ration,

Florida, pp. 119-134.

8

范文五：微生物在矿物工业上的应用进展

第34卷　第4期化　工　技　术　与　开　发Vol134　No14

2005年08月Technology&DevelopmentofChemicalIndustryAug12005

综述与进展

微生物在矿物工业上的应用进展

冯一军,刘均洪

(青岛科技大学化工学院164信箱,山东青岛　266042)

　　摘　要:综述了生物氧化及浸出所采用的工业微生物、微生物氧化和浸出的机理和该技术在矿物工业上的应用和前景。

　　关键词:微生物;生物氧化;浸出

　　中图分类号:Q939.97　　　　　文献标示码:A　　　　　文章编号:167129905(2005)0420017204

　　最早应用微生物对铜进行堆浸是1980年,其机理是嗜酸性氧化亚铁(硫)杆菌把硫化铜矿氧化从而使铜溶解。智利的LoAguirre矿从1980至1996年中采用微生物对铜进行堆浸,处理量为16000t?d

-1[1]

1　用于生物氧化及浸出的微生物种类

　　生物氧化及浸出采用的细菌中,硫杆菌、亚铁杆

,磺杆菌属及许多未鉴,,双向酸酐菌属,此外还有异养细菌。细菌螺旋形及椭球形,最适宜pH范围为2.5。细菌从外界获取能量自养的过程主要在细胞壁和细胞质膜之间的细胞质体内进行。1.1　嗜温型细菌

　　最先发现并分离出的是嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(T.ferrooxidans),硫杆菌和嗜酸性微螺旋菌都能把硫氧化。最近硫杆菌、Thiobacilluscaldus及T.

[4]

Ferrooxidans又有新的种类被发现。氧化硫硫杆菌(Thiobacillusthiooxidans)和嗜热嗜酸的硫化裂片菌(Sulfoobustheoacidophium)等也有应用[5]。　　氧化亚铁杆菌生长较缓慢,不象A.Ferrooxidans菌易从溶液中富集和分离,因此在金属硫化矿中的作用的认识比较困难。

　　实验表明T.ferrooxidans对FeSO4和硫等单或双底物利用的难易程度次序为:单底物培养基中FeSO4最易利用,Na2S2O3其次,单质硫最难利用。双底物培养基,T.Ferrooxidans首先利用Fe2+,然后利用硫。此外培养液中还伴随发生化学氧化反应、中和沉淀、生物氧化等反应。

　　人们最初认为氧化黄铁矿的微生物是由氧化亚铁微螺旋菌(L.ferrooxidans)和A.Thiooxidans两

。

　　Harrison等报道了采用嗜酸性氧化亚铁(硫)杆菌对铀进行浸出。加拿大的ElliotLFe2(SO4)3,,。氧化预处理。南非在1986年以来就开始采用充气式机械搅拌生物反应器处理难处理金(精)矿,该工艺也用于尾矿中对钴的回收。美国的Newmont矿业公司采用生物氧化堆浸预先除杂再采用一断闭路磨矿的氰化提金工艺[2]。

　　在我国,德兴铜矿生物堆浸厂利用含细菌的酸性矿井水从低品位铜矿石中回收铜的生物堆浸研究始于1979年;紫金矿公司正在建设年产2万t阴极铜的生物堆浸厂;2000年12月烟台黄金冶炼公司率先采用生物预氧化处理金精矿,金回收率达96%;2001年4月,由澳大利亚某公司设计的生物氧

化厂在莱州投产;2003年7月,辽宁天利金业有限责任公司生物氧化提金厂竣工投产[3]。与此同时中国其他一些研究院所也在进行类似的研究。该技术。

　基金项目:国家自然科学基金资助项目(批准号:20176019)

作者简介:冯一军(19732),男,湖南岳阳人,工程师,现为青岛科技大学生物化工专业硕士研究生,研究方向:生物反应

工程与工艺

收稿日期:2005204204

　　　　　　　　　　　　　　　　化　工　技　术　与　开　发　　　　　　　　　　　　　第34卷18

种菌,且比采用单一的A.Ferrooxidans菌的氧化速率更快。后来,人们发现L.Ferrooxidans菌容易吸附在硫化矿上,且对Fe2+具有较高的吸附力同时受Fe3+的影响也较小。研究表明:L.ferrooxidans与A.Ferrooxidans菌在生物浸出上都具有重要的意义。　　微生物在连续机械搅拌气升式反应器、温度40℃、pH1.6的条件下,在对砷黄铁矿(FeAsS)的氧化中,通过分子生物学的技术研究,发现

南非等的主Leptospirillum菌起主导作用。在巴西、

要生物氧化厂中通过免疫荧光法分析表明Leptospirillum菌在数量上比A.Ferrooxidans菌多。Pizarro等人通过DNA分析检测表明:培养基或浸出液中是否含铁,细菌的种类也不同,培养基中不加Fe2+,L.ferrooxidans菌占多数;加入Fe2+离子则A.ferrooxidans占多数。分子检测表明,至少存在两种螺旋杆菌[6],目前这几种螺旋杆菌都没有得到纯培养。

　　在Iron山区的矿井水里面发现了大量的Ferroplasma菌。得到分离。在连续的三段生物氧化体系℃,氧化多金属硫化矿(第一段反应器中L,主要完成对铁的氧化;三级反应器中

[7]

Ferroplasmasp占多数。主要原因是连续的矿桨流中的酸性越来越强,同时后续工艺中的有机碳也有利于这种微生物的生长。1.2　嗜热型微生物

　　微生物在氧化过程中产生大量的热,太高的温度会抑制微生物的生长,因此嗜热型微生物具有应用优势,其作用表现在:(1)提高矿物的氧化速率;(2)减少生产中的冷却成本;(3)增加某些矿物的浸出率。采用嗜温型微生物对黄铜矿进行生物浸出不能取得较好指标,原因可能是在矿物表面发生钝化,但近期人们对生物浸出黄铜矿的槽浸工艺的研究逐渐增加。一种采用中等嗜热型混合微生物在澳大利亚的Youanmi厂用于难处理金矿的生物预氧化,其氧化温度为50℃。在这种高温的氧化环境下杂质的氧化率高,且大大减少生产中的冷却作业。近期,人们从热温泉中分离得到嗜酸、嗜热等微生物,这使人们对以往认为采用微生物浸出较难处理的矿物,如黄铜矿、辉钼矿看到了前景。人们发现,在生物氧化砷黄铁矿或铜矿时,反应温度在40～45℃时,

随着嗜A.Caldus菌在数量上比A.Thiooxidans多。

热型微生物不断发现,菌种驯化手段的提高,应用微

生物浸出的生物种类和耐受温度和金属离子的能力将得到提高。

2　微生物浸出机理

　　微生物浸矿机理通常分为3种:直接作用、间接作用和联合作用。间接作用则是指矿石在细菌代谢过程中所产生的硫酸高铁和硫酸作用下发生化学氧化反应。联合作用指细菌直接作用和化学氧化间接作用共同存在的情况。

　　还有人认为生物氧化机理是一种接触氧化机理,即在生物氧化体系中,细菌首先附着在硫化矿物表面上,然后通过其分泌的体外聚合物(EPS)作为媒介。EPS中的Fe3+与硫化矿发生化学反应,产生2+

Fe和硫代硫酸盐。T.f菌及L.f菌再通过自养作用将Fe2+氧化成Fe3+。T.f菌及T.t菌则将硫代硫。研究表明硫化物[8]。

,除静态,还增加了机械搅拌的流体动能和(这种剪切力对细菌,特别是嗜热菌的影响往往是致命的)。研究证明:如果这种外加的动能强度适合,根据竞争吸附理论,有利于细菌的附着。微生物在矿物的表面附着后,随着时间的延长形成菌落。在菌落中,有水流通道和对流空间,以利于氧气和营养的传递。如T.f菌和氧化亚铁微螺旋菌(L.ferrooxidans)附着在黄铁矿的表面上,2～4d便可形成生物菌落。菌落大小为50～300Λm,厚度为30～50Λm。而细菌在菌落中形成相互依存的环境,并不需要每个细菌都直接接触矿物。

2+

　　在金属硫化矿的氧化中,Fe3+ Fe的比例控制整个氧化体系的氧化电势。工业生产上生物氧化预处理含砷金矿石时,Eh的值一般为400～600mV,也有的可达750mV。在没有微生物仅有Fe3+时不能将硫化矿氧化,而有微生物时则可附着在矿物颗粒表面,增加Fe3+在矿物颗粒表面聚集,从而促进氧化。金属与硫之间的键能和晶格结构也是影响矿物溶解的基本参数。多金属矿中较低电势的矿物首先被氧化如:闪锌矿、磁黄铁矿的电势相对于氢电极约100～300mV,较容易氧化。而辉钼矿的电势约700mV,因此较难氧化[9]。

3　微生物浸出的条件

　　用于生物浸出的微生物具有耐酸性,耐一定溶度的金属离子和耐砷毒性的能力。通常微生物在使

第4期　　　　　　　　　　冯一军等:微生物在矿物工业上的应用进展　　　　　　　　　　　　　19用前要经过驯化培养,这样能使微生物的适应性增加,如:要增加其耐受砷的能力,可在驯化中逐步增加砷的溶度;驯化中增添汞离子能增加微生物细胞膜对汞的通透性。

　　浸出液中砷的状态对细菌的活性影响最大。砷黄铁矿中的砷或以As3+存在或以As5+存在。由于

3+5+

As或As均对细菌有毒性作用。研究表明,生物

氧化细菌对As3+的耐受能力为6g?L-1,对As5+的耐受能力为20g?L-1,且砷最初以As3+形式溶解。在氧化开始阶段浸出液里As3+的含量是As5+的18倍。同时由于As3+化合物比As5+化合物稳定性差且毒性大得多,因此在给矿和氧化过程的控制中应有效监控砷的状态,同时生物氧化过程中加快对As3+的氧化也是过程控制的一个重要参数。　　pH也是一重要的操作参数。嗜酸性微生物具有独特的生理特性,对有机酸和某些阴离子十分敏感。在细胞内部保持pH中性,在细胞核与细胞质及环境之间保持一定的pH梯度。这种梯度由细胞膜的主动运输来控制,以保持H

+平衡酯性阴离子较敏感,如硫氰酸盐、盐等,低膜电势+,酸性,,从而使酶失活。很多有机酸在低pH下易于质子化从而透过细胞膜,在细胞质中又发生解离并释放出质子从而使细胞酸化。氟化物也是通过这种机制进入细胞,在pH低于3.2时主要以HF的形式存在。

　　温度在生产上通常是通过冷却系统来控制。在生物氧化中会产生大量的热,如:美国Newmont矿业公司的生物氧化堆浸工艺中,检测到内部温度达81℃,硫酸含量为1.4%～1.8%。美国犹他州的Kennecott矿山对黄铜矿进行堆浸,内部温度达66℃。堆浸中温度大于40℃时,嗜热型微生物占多数,当温度大于60℃时极端嗜热型微生物占多数。　　生产中培养微生物水的质量对微生物的活性影响较大,甚至是致命因素。如:在黄金的氰化生产过程中氰根与单质硫反应生成硫氰酸盐,而生物氧化预处理的后续工艺是常规氰化,要注意氰化中的水污染生物氧化工艺。同时生物氧化中的水也要定时检测,看是否有抑制微生物生长的可能,如水中含氯离子较高,则会抑制硫化矿的生物氧化,使氧化铁硫杆菌中毒最终失活。同样采用盐水或含氯离子较高的矿井水及循环水都不利于生物氧化。　　浸矿浓度也同样有很大影响。通常控制在15%

～20%,太低则生产成本高,太高则微生物活性受

影响。有研究表明:含硫高的物料(约40%硫)氧化速率在20%固体浓度时最大。而低品位矿石(1%硫)在55%浓度下亦可成功氧化。这表明在物料的硫化物品位和最佳的作业浓度间有某种联系。高浸出浓度会导致氧化速率降低,停滞期延长,最终氧化度低。

　　其它因素还有搅拌速度、充气量及其他有害物质如某些浮选药剂等。在堆浸中控制温度是较困难的,其中矿堆高度、灌注速率、矿物中硫的氧化率、通风及当地气候条件等影响堆浸温度。在机械搅拌式生物氧化中通风状况是一重要因素,通风所消耗的电能占生产成本的比重大,同时通风量要随所氧化的矿物中硫的含量而变化。

4　生物预氧化浸出工艺

(:矿石电积。,浸出液经2～3。萃取工序通常在室温下操作,反萃取液在送电积之前在吸附塔中与有机相分离。萃取后水相中的有机相回收后靠重力流出,进一步处理后返回浸出。萃取过程中产生的第三相在贮槽中用离心泵分离,分出的有机相和水相返回萃取槽,污渣废弃。电积尾液返回萃取工序作反萃取剂[10]。

　　最先采用机械搅拌冲气式生物氧化预处理工艺回收金的是南非于1986年。最大规模的是加纳的

-1

Sansu生物氧化厂,规模约1000t?d,氧化槽体约900m3。槽浸工艺通常如下:

　　生产中通常采用混合菌,包括:嗜温菌A.Ferrooxidans、L.Ferrooxidans;适度嗜热硫杆菌和

嗜热archaeaAcidianus及Metallospheara等菌类。这种混合菌尤其有利于堆浸中温度变化的情形。一段反应器反应时间约2～2.5d,一段反应器也是微生物主要生长、繁殖阶段,再经溢流进入二段反应

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器。在设计上要减少矿物颗粒的短路现象,整个氧化时间约4～6d。反应完的废液采用石灰中和使砷转变成稳定的砷酸铁。为保证砷离子沉淀完全,生物氧化给料中铁砷摩尔比应大于3。在溶液中由于各种

3+3+

矿物的氧化速度不同,各种离子(Fe2+、Fe、As、5+

As等)的浓度也各不相同,对砷酸铁生成的影响也很大。一般溶液中Fe As摩尔比以大于6为好。

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5　展望

　　随着易开发的矿物资源的消耗,难处理矿物资源的开发利用成为重点。采用现有的工艺处理复杂矿物往往会造成严重污染,且效率低。生物氧化浸出技术具有的明显的优势。美国国家研究委员会在2002年的报告中指出:生物浸出技术是一重要的湿法冶金工艺。如美国有一储量为70亿t以上的大型含镍硫化矿矿床,因品位较低,采用现有技术开发,其生产效率将会很低,并将对环境造成很大影响。美国矿物资源研究中心正在对此进行研究,拟采用混合菌从浮选铜2镍精矿中浸出铜和镍。

　　今后,,矿更加有利,得更高的回收率。墨西哥建立试验厂,采用搅拌式反应器(170m3)培养适度嗜温菌。随着嗜热型微生物不断发现,应用微生物浸出的生物种类和耐受温度和金属离子的能力得到提高。美国正在筹建20000t?d-1铜矿生物浸出厂[11]。还有一些学者发现磁场可以强化细菌的浸矿过程,另外有关人员也在研究希望通过基因工程得到性能优良的菌种。

　　当前,我国生物氧化堆浸和槽浸工艺都已工业化,生产技术指标都达到或超过国外同行水平,而成本比国外低,且在工艺中的充气方式、洗涤方式及菌种的培养上都取得了一定进展。但是仍有一些不足之处,如:工业中氧的利用率低,微生物的驯化手段、生理生活习性及在矿物上的吸附和氧化机制都有待近一步研究。

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review

part

A:

progress

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ApplicationProgressofMicroorganisminMineralsIndustries

FENGYi2jun,LIUJun2hong

(164mailbox,CollegeofChemicalEngineering,QingdaoUniversityofScienceandTechnology,Qingdao266042,China)

Abstract:Thekindsofmicroorganismappliedinmineralbiooxidation,

developmentprospectinmineralsindustries,werereviewed.Keywords:microorganism;biooxidation;leaching

theirmechanismandthe

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