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食品生物资源---酵母菌、霉菌
发布人:所办      发布时间:2013-05-17      浏览次数:24468

       在生物分类学中,酵母、霉菌同属于真菌(Fungus),其中部分种类酵母、霉菌被作为食品生物资源,用于食品发酵工业领域。

1、酵母

酵母菌是一类单细胞真核微生物,广泛生活于潮湿且富含糖分的物体表层, 例如果皮表层、植物表面,植物分泌物、土壤、空气等中都有分布。

酵母菌形态通常有球形、卵圆形、腊肠形、椭圆形、柠檬形或藕节形等,一般宽为1~5μm、长为5~30μm。酵母菌具有典型的真核细胞结构,有细胞壁、细胞膜、细胞核、细胞质、液泡、线粒体等,有的还有微体。

   

大多数酵母菌的菌落特征表面光滑、湿润、粘稠,容易挑起,菌落质地均匀,正反面和边缘、中央部位的颜色都很均一,菌落多为乳白色,少数为红色,个别为黑色。

酵母菌的生殖方式以无性出芽繁殖为特征,也进行裂殖或产子囊孢子。

             

酵母菌能在pH值为3.0-7.5 的范围内生长,最适pH 值为pH4.5-5.0。酵母菌必须有水才能存活,某些酵母能在水分极少的环境中生长,如蜂蜜和果酱,对渗透压有相当高的耐受性。酵母在低于水的冰点或者高于47℃的温度下,酵母细胞一般不能生长,最适生长温度在20℃~30℃。

酵母菌有胞内和胞外酶系统,将大分子物质分解成细胞新陈代谢易利用的小分子物质,获取需要的营养物质。酵母菌能够直接吸收利用多种单糖分子,比如葡萄糖,果糖等。一些酵母菌还能代谢利用五碳糖、一部分双糖,例如蔗糖,能在胞外酶作用下水解为单糖被吸收利用,酵母菌不能直接利用淀粉等多糖类物质。作为食品资源的酵母主要有:酵母属酿酒酵母种、假丝酵母属产朊假丝酵母种等。

1.1酿酒酵母(S. cerevisiae)

    酿酒酵母,真菌界(Fungi)--子囊菌门(Ascomycota)--半子囊菌纲(Hemiascomycetes)--酵母目(Saccharomycetales)--酵母科(Saccharomycetaceae)--酵母属(Saccharomyces)—酿酒酵母种(S. cerevisiae)。

酿酒酵母是发酵中最常用的生物种类,其在有氧和无氧环境下都能生存,属于兼性厌氧菌。酵母在缺乏氧气时,发酵型的酵母通过将糖转化成二氧化碳和乙醇来获取能量,C6H12O6→2C2H5OH+2CO2+2ATP;在有氧气的环境中,酵母将糖转化为二氧化碳和水,C6H12O6+602→6H20+6CO2+30(32)ATP。

酿酒酵母传统上用于制作面包和馒头等食品及被广泛应用于酿酒(例如啤酒、葡萄酒、蒸馏酒、酒精)生产中。常用的酿酒酵母品种有:啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)啤酒酵母属于典型的上面酵母,又称爱丁堡酵母,广泛应用于啤酒、白酒酿造和面包制作;卡尔酵母(Saccharomgces Carlsbergensis) 卡尔酵母属于典型的下面酵母,又称卡尔斯伯酵母或嘉士伯酵母,常用于啤酒酿造;葡萄酒酵母(Saccharomyces ellipsoideus)属于啤酒酵母的椭圆变种,常用于葡萄酒和果酒的酿造。

1.2产朊假丝酵母(Candida utilis)

产朊假丝酵母,假丝酵母属--产朊假丝酵母种,又称圆酵母或食用圆酵母,其蛋白质和维生素B的含量都比啤酒酵母高。产朊假丝酵母的细胞呈圆形、椭圆形或腊肠形,大小为(3.5~4.5)μm×(7~13)μm。在麦芽汁琼脂培养基上,菌落乳白色,平滑,有或无光泽,边缘整齐或菌丝状;在加盖片的玉米粉琼脂培养基上,形成原始假菌丝或不发达的假菌丝,或无假菌丝。它能发酵葡萄糖、蔗糖、棉子糖,不发酵麦芽糖、半乳糖、乳糖和蜜二糖;能利用造纸工业的亚硫酸废液,还能利用糖蜜、木材水解液等,生产可食用的蛋白质。

2、霉菌

霉菌是丝状真菌,分布于土壤、水域、空气、动植物体内外。霉菌的细胞呈丝状,直径一般为2~10微米,细胞结构由细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核、线粒体、核糖体、内质网及各种内含物(肝糖、脂肪滴、异染粒等)等组成。

菌丝是霉菌营养体的基本单位。根据霉菌菌丝中是否存在隔膜,分成无隔膜菌丝和有隔膜菌丝两种类型。无隔膜菌丝中无隔膜,其中含有多个细胞核,为低等真菌菌丝类型,如毛霉属(Mucor)和根霉属(Rhizopus);有隔膜菌丝中有隔膜,被隔膜隔开的一段菌丝就是一个细胞,每个细胞内又一个或多个细胞核,在隔膜上有1至多个小孔,使细胞之间的细胞质和营养物质可以相互沟通,为高等真菌菌丝类型,如曲霉属(Aspergillus)和青霉属(Penicillium)。

                               

 菌丝可伸长并产生分枝,许多分枝的菌丝相互交织在一起,构成菌丝体。菌丝体分为深入固体营养基质内部吸收营养物质的营养菌丝体和营养菌丝向空中生长伸展的气生菌丝体。两类菌丝体在长期进化中发展出各种特化的结构,如营养菌丝体的假根、匍匐菌丝等,气生菌丝的分生孢子头、孢子囊、担子菌的担子等。

霉菌菌落形态较大,质地疏松,外观干燥,不透明,呈现或松或紧的形状。菌落和培养基间的连接紧密,不易挑取;菌落正面与反面的颜色、构造,以及边缘与中心的颜色、构造常不一致。

   

霉菌有着极强的繁殖能力,而且繁殖方式也是多种多样的,主要依靠产生无性或有性孢子进行繁殖。常见的有节孢子、厚垣包子、孢囊孢子和分生孢子。

   霉菌生长繁殖的条件:基质及水份活度、温度、PH值、氧气等。大多数霉菌生长繁殖的基质水分活度为0.80~0.94,耐干燥霉菌为0.60~0.65,生长最适宜的温度为25--30℃,生长最适PH值3.8—6.0。

   霉菌有较强的糖化、蛋白水解能力等,作为食品生物资源的霉菌主要有根霉、毛霉、曲霉、红曲霉等。

2.1根霉(Rhizopus)

根霉在分类上属于接合菌亚门—接合菌纲(Zygomycetes)—毛霉目(Mucorales)—毛霉科(Mucoraceae)—根霉属(Rhizopus)。根霉的菌丝无隔膜、有分枝和假根,营养菌丝体上产生匍匐枝,匍匐枝的节间形成特有的假根,从假根处向上丛生直立、不分枝的孢囊梗,顶端膨大形成圆形的孢子囊,囊内产生孢囊孢子。孢子囊内囊轴明显,球形或近球形,囊轴基部与梗相连处有囊托。根霉的孢子可以在固体培养基内保存,能长期保持生活力。

   根霉在自然界分布、用途广泛,作为食品生物资源的根霉属霉菌常见的有:米根霉(R. oryzae)用于制曲、酿酒,华根霉(R. chinensis)、少根根霉(R. arrhizus)产乳酸,匐枝根霉(R. stolonifer, 也称黑根霉)用于延胡索酸和酶制剂的生产。

   米根霉(Rhizop]us oryzae Went et Pr.Geerl.)是酒曲中的重要霉菌之一。在土壤、空气及其他物质上常见。菌落疏松或稠密,最初白色后变为灰褐至黑褐色,匍匐枝爬行,无色。假根发达,指状或根状分枝。囊托楔形,菌丝形成厚垣孢子。发育温度30~35℃,最适温度37℃,41℃亦能生长。能糖化淀粉、转化蔗糖 ,产生乳酸、反丁烯二酸及微量酒精。产L(+)乳酸能力强,达70%左右。

华根霉(Rhizopus chinensis Saito) --是酒曲中的重要霉菌之一。耐高温,于45℃能生长,菌落疏松或稠密,初期白色,后变为褐色或黑色,假根不发达,短小,手指状。孢囊柄通常直立,孢囊光滑,浅褐至黄褐色。不形成接合孢子,但能形成大量厚垣孢子,球形,椭圆形或短柱形。发育温度为15~45℃,最适温度为30℃。该菌液化淀粉力强,能产生酒精、芳香脂类、左旋乳酸及反丁烯二酸,能转化甾族化合物。

少根根霉(Rhizopus arrhizus Fischer) --该菌对温度适应范围同米根霉。菌落最初白色,后褐色。匍匐枝分化不明显。假根极不发达,短指状或没有假根。孢囊梗直立或稍弯曲,单生,有时在孢囊梗上有囊状膨大。接合孢子球形,有粗糙的突起,厚垣孢子形状及大小不一致。能产生乳酸、反丁烯二酸、脂肪酶。发酵豆类和谷类食品,转化甾族化合物等。

2.2毛霉(Mucor)

毛霉在分类上属于接合菌亚门—接合菌纲—毛霉目—毛霉科—毛霉属。毛霉分布于在土壤、禾草、空气等环境中,在高温、高湿度以及通风不良的条件下生长良好,以孢囊孢子和接合孢子繁殖。

毛霉菌丝无隔、多核、分枝状,在基质内外广泛蔓延,无假根或匍匐菌丝;菌丝体上直接生出单生、总状分枝或假轴状分枝的孢囊梗;各分枝顶端着生球形孢子囊,内有形状各异的囊轴,无囊托,囊内产大量球形、椭圆形、壁薄、光滑的孢囊孢子。毛霉菌丝初期白色,后灰白色至黑色,孢子囊孢子成熟后,孢子囊即破裂并释放孢子。有性生殖借异宗配合或同宗配合,形成一个接合孢子,某些种产生厚垣孢子。

毛霉的用途很广,在酒药中,能糖化淀粉并能生成少量乙醇;产生蛋白酶,有分解大豆蛋白的能力,我国多用来做豆腐乳、豆豉;许多毛霉能产生草酸、乳酸、琥珀酸及甘油,有的毛霉能产生脂肪酶、果胶酶、凝乳酶等。作为食品生物资源的毛霉,代表种有总状毛霉(M. racemosus )、高大毛霉(M. mucedo)、鲁氏毛霉(M. rouxianus)等。

总状毛霉(Mucor racemosus Fres) 是毛霉中分布最广的一种。几乎在各地 壤中、空气中和各种粪便上都能找到。菌丛灰白色,菌丝直立,稍短,孢囊梗总状分枝。孢子囊球形,黄褐色;接合孢子球形,有粗糙的突起,形成大量的厚垣孢子,菌丝体、孢囊梗甚至囊轴上都有,形状、大小不一,光滑,无色或黄色。四川的豆豉即用此菌制造。总状毛霉能产生3-羟基丁酮,并对甾族化合物有转化作用。

  高大毛霉[Mucor mucedo(L.)Fres]分布很广,多出现在牲畜的粪便上。在培养基上,菌落初期为白色,老后变为淡黄色,有光泽,菌丛高达3~12厘米或更高。孢囊梗直立不分枝。孢囊壁有草酸钙结晶。该菌能产生3-羟基丁酮、脂肪酶,还能产生大量的琥珀酸,对甾族化合物有转化作用。

   鲁氏毛霉[Mucor Rouxianus(Calmette) wehmer]该菌最初从我国小曲中分离,最早被用于淀粉糖化法制造酒精。在马铃薯培养基上菌落呈黄色,在米饭上略带红色,孢囊梗呈假轴状分枝,能产蛋白酶,能分解大豆蛋白,我国多用它来做豆腐乳。该菌还能产生乳酸、琥珀酸及甘油等,但产量较低。

2.3曲霉(Aspergillus)

曲霉在分类学上属于半知菌亚门—丝孢纲—丛梗孢目—丛梗孢科—曲霉属。曲霉菌丝有隔膜,一般是从匍匐于基质上的菌丝向空中伸出球形或椭圆形顶囊的分生孢子梗,在其顶端的小梗或进一步分枝的次级小梗上生出链状的分生孢子。常用于食品生产的种有米曲霉、黑曲霉、栖土曲霉等。

米曲霉[Asp.oryza (Ahlburg) Gohn]属于黄曲霉群。菌丛一般为黄绿色 ,后变为黄褐色,分生孢子头放射形,顶囊球形或瓶形,小梗一般为单层,分生孢子球形,平滑,少数有刺,分生孢子梗长达2mm,粗糙。培养适温37℃。含有多种酶类,糖化型淀粉酶(淀粉1,4葡萄糖苷酶)和蛋白质分解酶都较强。主要用作酿酒的糖化曲和酱油生产用的酱油曲。

黑曲霉(Asp.niger van Tieghem)在自然界中各种基质上普遍存在。菌丛黑褐色,顶囊大球形,小梗双层,自顶囊全面着生,分生孢子球形,平滑或粗糙,有的菌系形成菌核。黑曲霉具有多种活性强大的酶系,如淀粉酶、果胶酶、柚苷酶、葡萄糖氧化酶用。黑曲霉还能产生多种有机酸如抗坏血酸、柠檬酸、葡萄糖酸和没食子酸等。

栖土曲霉(Asp.terricola) --属于土曲霉群。菌丛棕褐色或棕色。分生孢子头柱形,顶囊半球形,小梗单层或双层,分生孢子球形或近球形,光滑或粗糙,分生孢子梗短,光滑。培养适温32~34℃,含有丰富的蛋白酶,如栖土曲霉3.942就是蛋白酶生产用菌。

2.4 红曲霉

红曲霉在分类学上属于子囊菌亚门—不整囊菌纲—散囊菌目—红曲科—红曲属。存在于树木、土壤和堆积物等。

红曲霉菌落初期白色,老熟后变为淡粉色、紫红色或灰黑色等,通常都能形成红色素。菌丝具横隔,多核,分枝繁多,分生孢子着生在菌丝及其分枝的顶端,单生或成链。闭囊壳球形,有柄,内散生十多个子囊,子囊球形,含8个子囊孢子,成熟后子囊壁解体,孢子则留在薄壁的闭囊壳内。 红曲霉生长温度范围为26~42℃,最适温度32~35℃,最适pH值为3.5~5.0,能耐pH2.5及10%的乙醇,能利用多种糖类和酸类为碳源,同化硝酸钠、硝酸铵、硫酸铵,而以有机氮为最好的氮源。

                 

 我国收集编目的重要红曲霉有8种48个菌株。这8种为紫红曲霉(Monascuspurpureus)、安卡红曲霉(M.anka)、红色红曲霉(M.ruber)、巴克红曲霉(M.bakeri)、烟色红曲霉(M.fuligmosus)、发白红曲霉(M.albidus)、锈色红曲霉(M.rubiginosus)、变红红曲霉(M.serorubescens)。

 红曲霉能产生淀粉酶、麦芽糖酶及蛋白酶,合成柠檬、琥珀酸、乙醇及麦角甾醇等。有些种能产生鲜艳的红曲霉红素和红曲霉黄素。

 我国早在明朝就利用红曲霉制红曲。红曲菌与大米发酵后制成的红曲,棕红色或紫红色,微酸气味,用于酿酒、制醋、做豆腐乳的着色剂和调味剂。红曲含有丰富的活性酶和多种生理活性物质(如Monacolin-K等),具有降胆固醇、降血压的功能。(胡文效所长供稿)

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