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第五章 乳中的微生物 本章重点: 鲜乳中微生物的种类、来源及性状; 微生物在乳品工业中的应用方法; 鲜乳异常发酵产生的原因 讲授时数:2学时 第一节 乳中微生物的种类与来源 一、种类 1 病原微生物 2 有害微生物 3 有益微生物 来源于乳房内的污染 乳房中微生物多少取决于乳房的清洁程度,许多 细菌通过乳头管栖生于乳池下部,这些细菌从乳头 端部侵入乳房,由于细菌本身的繁殖和乳房的物理 蠕动而进人乳房内部。因此,第一股乳流中微生物 的数量最多。 正常情况下,随着挤乳的进行乳中细菌含量逐渐 减少。所以在挤乳时最初挤出的乳应单独存放,另 行处理。 二、乳中微生物的来源 来源于牛体的污染 挤奶时鲜乳受乳房周围和牛体其他部分污染的 机会很多。因为牛舍空气、垫草、尘土以及本身 的排泄物中的细菌大量附着在乳房的周围,当挤 乳时侵人牛乳中。这些污染菌中,多数属于带芽 孢的杆菌和大肠杆菌等。所以在挤乳时,应用温 水严格清洗乳房和腹部,并用清洁的毛巾擦干。 来源于空气的污染 挤乳及收乳过程中,鲜乳经常暴露于空气中,因此 受空气中微生物污染的机会很多。牛舍内的空气含有 很多的细菌,尤其是在含灰尘较大的空气中,以带芽 孢的杆菌和球菌属居多,霉菌的孢子也很多。现代化 的挤乳站,机械化挤乳,管道封闭运输,可减少来自 于空气的污染。 来源于挤乳用具的污染 挤乳时所用的桶、挤乳机,过滤布、洗乳房 用布等,如果不事先进行清洗杀菌,则通过这 些用具也使鲜乳受到污染。所以乳桶的清洗杀 菌,对防止微生物的污染有重要意义。 5 其它来源 操作工人的手不清洁,或者混入苍蝇及其 他昆虫等,都是污染的原因。还须注重勿使污水 溅入桶内,井防止其他直接或间接的原因从桶口 侵入微生物。 牛乳在健康的乳房中时就已有某些细菌存在, 加上在挤乳和处理过程中外畀微生物不断侵入, 因此乳中微生物的种类很多。 一、细菌 牛乳中的细菌,在室温或室温以上温度大量增殖,根 据其对牛乳所产生的变化可分为以下几种: 产酸菌 主要为乳酸菌,指能分解乳糖产生乳酸的细菌。在乳 和乳制品中主要有乳球菌科和乳杆菌科,包括链球菌属 、明串珠菌属和乳杆菌属。 第二节 乳中各种微生物的性状 产气菌 这类菌在牛乳中生长时能生成酸和气体。例如大 肠杆菌和产气杆菌是常出现于牛乳中的产气菌。产 气杆菌能在低温下增殖,是低温储藏时能使牛乳酸 败的一种重要菌种。另外,可从牛乳和干酪中分离 得到费氏丙酸杆菌和谢氏丙酸杆菌。生长温度范围 为1540。用丙酸菌生产干酪时,可使产品具有 气孔和特有的风味。 肠道杆菌 肠道杆菌是一群寄生在肠道的革兰氏阴性短 杆菌。在乳品生产中是评定乳制品污染程度的 指标之一。其中主要有大肠菌群和沙门氏菌族 。 芽抱杆菌 该菌因能形成耐热性芽孢,故杀菌处理后, 仍残存在乳中。可分为好气性杆菌属和嫌气性 梭状菌属两种。 球菌类 一般为好气性,能产生色素。牛乳中常出现的有 微球菌属和葡萄球菌属。 低温菌 7以下能生长繁殖的细菌称为低温菌;在20 以下能繁殖的称为嗜冷菌。乳品中常见的低温菌属 有假单胞菌属和醋酸杆菌属,这些菌在低温下生长 良好,能使乳中蛋白质分解引起牛乳胨化,并分解 脂肪使牛乳产生哈喇味,引起乳制品腐败变质。 高温菌和耐热性细菌 高温菌或嗜热性细菌是指在40以上能正常发 育的菌群。如乳酸菌中的嗜热链球菌、保加利亚 乳杆菌、好气性芽孢菌(如嗜热脂肪芽孢杆菌)和 放线菌等。特别是嗜热脂肪芽孢杆菌,最适发育 温度为6070。 耐热性细菌在生产上系指低温 杀菌条件下还能生存的细菌(135,数秒),上述 细菌及其芽孢都能被杀死。 蛋白分解菌和脂肪分解菌 (1)蛋白分解菌 蛋白分解菌是指能产生 蛋白酶而将蛋白质分解的菌群。生产发酵 乳制品时的大部分乳酸菌能使乳中蛋白质 分解,属于有用菌。也有属于腐败性的蛋 白分解菌,能使蛋白质分解出氨和胺类, 可使牛乳产生黏性、碱性、胨化。 (2)脂肪分解菌 脂肪分解菌系指能使甘油酸酯分解 生成甘油和脂肪酸的菌群。脂肪分解菌中,除一部 分在干酪生产方面有用外,一般都是使牛乳和乳制 品变质的细菌,尤其对稀奶油和奶油危害更大。主 要的脂肪分解菌(包括酵母、霉菌)有:荧光极毛杆 菌、蛇蛋果假单胞菌、无色解脂菌、解脂小球菌、 干酪乳杆菌、白地霉、黑曲霉、大毛霉等。大多数 解脂酶有耐热性,并且在0以下也具活力。因此 ,牛乳中如有脂肪分解菌存在,即使进行冷却或加 热杀菌,也往往带有意想不到的脂肪分解味。 与乳品方面有关的有分枝杆菌属、放线 菌属、链霉菌属。分枝杆菌属以嫌酸菌而闻 名,是抗酸性的杆菌,无运动性,多数具有 病原性。例如结核分枝杆菌形成的毒素,有 耐热性,对人体有害。放线菌属中与乳品有 关的主要有牛型放线菌,此菌生长在牛的口 腔和乳房,随后转入牛乳中。链霉菌属中与 乳品有关的主要是干酪链霉菌,属胨化菌, 能使蛋白质分解导致腐败变质。 9 放线菌 二、酵母 乳与乳制品中常见的酵母有脆壁酵母(Sachar frahilis)、 膜酺毕赤氏酵母(Pmembrane faeiens)、汉逊氏酵母 (Debhansenii)和圆酵母属及假丝酵母属等。 1 脆壁醇母能使乳糖形成酒精和二氧化碳。该酵母是生产 牛乳酒、酸马奶酒的珍贵菌种。乳清进行酒精发酵时常用 此菌。 2 毕赤氏酵母能使低浓度的酒精饮料表面形成干燥皮膜, 故有产膜酵母之称。膜酺毕赤氏酵母主要存在于酸凝乳及 发酵奶油中。 5 假丝酵母属的氧化分解能力很强。能使乳酸分 解形成二氧化碳和水。由于酒精发酵力很高,因 此,也用于开菲乳(kefir)和酒精发酵。 4 圆酵母属是无孢子酵母的代表。能使乳糖发酵 ,污染有此酵母的乳和乳制品,产生酵母味,并 能使干酪和炼乳罐头膨胀。 3 汉逊氏酵母多存在于干酪及乳房炎乳中。 牛乳及乳制品中存在的霉菌主要有根霉,毛霉、曲 霉、青霉、串珠霉等,大多数(如污染于奶油、干酪表 面的霉菌)属于有害菌。与乳品有关的主要有白地霉、 毛霉及根霉属等,如生产卡门培尔(camembert)干酪、 罗奎福特(roguefert)干酪和青纹干酪时需要依靠霉菌。 三、霉菌 噬菌体是侵入微生物中病毒的总称,故也称细菌病 毒。它只能生长于宿主菌内,并在宿主菌内裂殖,导 致宿主的破裂。当乳制品发酵剂受噬菌体污染后,就 会导致发酵的失败,是干酪、酸乳生产中必须注意的 问题。 四、噬菌体 第三节 微生物在乳品工业中的应用 发酵:微生物作用于碳水化合物或类似于碳水 化合物的物质引起不完全氧化的过程。一般在 部分或完全缺氧情况下才不完全氧化或厌氧分 解,形成一些不完全氧化物(中间产物)。 具体:微生物对基质(乳糖)进行分子内的厌 氧呼吸,一般是基质分子被脱氢等一系列作用 而生成各种中间产物,即发酵产物。 一、乳酸发酵(lactic acid fermentation) 乳酸发酵:葡萄糖经微生物的酵解作用产生乳酸 的过程称为乳酸发酵。 同型发酵:发酵产物中全为乳酸的为同型发酵。 异型发酵:发酵产物中除乳酸外还有乙醇、乙酸 、二氧化碳和氢等,为异型发酵。 应用于乳品中的乳酸菌 目前应用于乳品中的乳酸菌主要包括5个属,它们分 别是乳杆菌属、链球菌属、明串珠菌属、双歧杆菌属和 片球菌属。 1.乳杆菌属的乳酸菌一般呈细长的杆状,大小为( 0.51)(210)m,常呈链状排列,也有单生的例子 ,革兰氏阳性无芽孢微需氧菌。目前应用于乳品工业的 菌种主要有:同型发酵乳杆菌,如德氏乳杆菌( L.delbueckii)、保加利亚乳杆菌(L.bulgaricus)、瑞士 乳杆菌(L.heveticus)、嗜酸乳杆菌(L.acidophilus)和 干酪乳杆菌(L.casei)及其亚种等;异型发酵乳杆菌, 如短乳杆菌(L.brevis)和发酵乳杆菌(L.fermentum) 。 2. 链球菌属乳酸菌一般呈短链或长链状排列,为 无芽孢革兰氏阳性兼性厌氧菌。在乳品中应用的 主要菌种有:乳酸链球菌(S.lactis)、丁二酮乳 链球菌(S.diacetilactis)、乳酪链球菌(S.creamoris) 和嗜热链球菌(S.thermophilus)等。 3. 明串珠菌属呈圆形或卵圆形,菌种排列呈 链状。目前应用于乳品工业中的菌种主要有 肠膜明串珠菌(Leuc.mesenteroides)及其乳 脂亚种(Leuc.cremoris)、葡聚糖亚种( Leuc.dextranicum)、噬柠檬酸明串珠菌( Leuc.citrovorum)、乳酸明串珠菌( Leuc.lactis)和酒明串珠菌(Leuc.oenos)等 。它们在乳品中主要发酵柠檬酸产生特征风 味物质,故又称风味菌、香气菌或产香菌。 4. 双歧杆菌因其菌体尖端呈分支状(如Y或V字型) 而得名,是无芽孢革兰氏阳性专性厌氧菌。目前已知 的双歧杆菌有24种,其中9种存在于人的肠道中,而 应用于乳品工业上的仅其中的5种,如两歧双歧杆菌 (B.bifidum)、长双歧杆菌(B.longum)、短双歧杆 菌(B.breve)、婴儿双歧杆菌(B.infantis)和青春双 歧杆菌(B.adolescentis)。 5. 片球菌属乳酸菌的细胞排列呈四联 体。 目前应用于乳品工业上的菌种只 有乳酸片球菌(P.acidilactici)和戊糖 片球菌(P.pentosaceus)两种。 发酵过程: C12H22O11+H2O 2C6H12O6 C6H12O6 2C3H6O3 乳糖酶 乳酸发酵的应用 酸奶、干酪、酸性奶油、酸性酪乳等。 二、酒精发酵(alcohol fermentation) 概念:乳中的乳糖分解(葡萄糖)产生酒 精和CO2的过程。 C6H12O6+2ADP+2H3PO4 2CH3CH2OH+2ATP+2CO2+2H2O EMP 应用:乳酒(Kefir、Koumiss)和乳清酒 ,一般不单独酒精发酵,伴随有乳酸发酵 。 菌种:酵母(球拟酵母、假丝酵母、乳酸 克鲁维酵母、脆壁酵母)和霉菌(毛霉和 根霉) 三、丙酸发酵(propionic acid fermentation) 概念:葡萄糖经过糖酵解途径生成的丙酮酸可羧 化形成草酰乙酸,草酰乙酸还原成琥珀酸,再经 脱羧而产生丙酸。此外,少数丙酸菌还能以乳酸 为底物、能源,通过发酵将其转化为丙酸,这类 发酵的终产物均为丙酸,故称之为丙酸发酵。前 者为琥珀酸-丙酸途径,后者为丙烯酸途径。 1.琥珀酸-丙酸途径 2.丙烯酸途径 丙酮酸 草酰乙酸 苹果酸 琥珀酸 丙酸 L-乳酸 2羟丙酰COA 丙烯COA 丙酰COA 丙酸 COA CO2H-2H2O-CO2 应用:干酪成熟(Swiss cheese) 四、丁二酮发酵(biacetyl fermentation) 概念:微生物利用柠檬酸经发酵生成许多具有良 好风味的小分子物质(如丁二酮)的过程。其风 味物质除丁二酮外,还有乙醛、乙酸、乳酸、丙 酸、乙醇等。 菌种:乳酸链球菌丁二酮亚种、乳脂明串珠菌、 嗜柠檬酸明串珠菌等。 使乳与乳制品变质的微生物发酵 1 丁酸发酵(butyric acid fermentation) 除产生丁
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