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天然微生物抗菌防腐剂及其在食品工业上的应用
介绍了微生物防腐剂溶菌酶、乳酸链球菌素、聚赖氨酸、曲酸、纳他霉素的抗菌防腐机理,及其在食品工业中的应用.
CHE Zhen-ming
作者单位：
西华大学生物工程学院,四川,成都,610039
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微生物在实际中的应用姓名王花微生物的利用一、微生物在农业中的应用1、微生物肥料2、微生物农药二、微生物在食品方面的应用1、微生物发酵在食品方面的应用2、微生物保鲜技术在食品方面的应用三、微生物在医学中的应用（一）微生物在农业中的应用1、微生物肥料微生物肥料（菌肥）是指利用微生物的生命活动，将作物不能利用的物质转化为可被作物吸收利用的物质的一类生物活性制剂。微生物肥料具有调节植物生长，增加作物产量和改善作物品质，改良土壤，保护生态环境，减少污染等优点。微生物肥料大致可分为以下几类固氮微生物肥料，微生物钾肥，微生物磷肥另外还有5406和生物肥料的菌种相当庞大，主要有根瘤菌、固氮菌、放线菌、光合细菌肥料、硅酸盐细菌、微生物生长调节剂等。硅酸盐细菌肥料和磷解细菌肥料能分解土壤中难溶性的硅酸盐和磷等矿物，并把它们转化成易溶性的矿质化合物，帮助植物对这些矿质元素的吸收。光合细菌肥料可促进植物的光合作用，作为叶面肥已经广泛应用。光合细菌也在渔业中有所应用，以增加鱼塘的养分含量。微生物生长调节剂主要是一些微生物代谢产生的激素类产品，如生长素、赤霉素等。这类微生物肥料在施用后，可刺激和调控植物的生长，促进植物代谢的作用。2、微生物农药微生物农药是指应用生物活体及其代谢产物制成的防治作物病害、虫害、杂草的制剂，包括保护生物活体的助剂、保护剂和增效剂，以及某些杀虫毒素和抗生素的人工合成的制剂。目前主要产品有细菌杀虫剂、细菌杀菌剂、抗生素、病毒杀虫剂和真菌杀虫剂以及微生物除草剂。以苏云金芽孢杆菌及其产生的晶体蛋白制作的细菌杀虫剂是研究最深入，应用最广泛的微生物杀虫剂。其作用机理是依靠其所产生的伴孢晶体、外毒素及卵磷脂等致病物质引起害虫肠道等病症而使昆虫致死。目前，杀虫剂被广泛用于防治农、林、贮藏害虫等农业领域。病毒杀虫剂的研究和开发利用起步较晚，其基本原理是由病毒感染种群并引发病毒流行病传播，使害虫持续感病死亡，达到调节害虫种群数量、减轻危害的目的。芽孢杆菌目前在微生物农药的领域应用越来越广泛，已经成为研究热点。笔者所在的课题组从土壤中分离获得多株具有生防功能芽孢杆菌。土壤中一些的枯草芽孢杆菌，解淀粉芽孢杆菌等菌种都可以作为微生物农药来使用，可以防治多种土生的抗菌蛋白。农用抗生素是由细菌、真菌和放线菌等微生物在传真菌病害，如镰刀菌等产生的霉菌病、枯萎病等。其机理主要是营养竞争和菌种产生长代谢过程中所产生的次级代谢产物，此类物质能够抑制某些农作物有害生物。真菌杀虫剂有白僵菌、黄僵菌、绿僵菌等杀虫真菌被开发应用。此外，微生物除草剂是利用杂草的病原微生物制剂大面积喷洒来防除杂草1、微生物发酵在食品方面的应用微生物发酵即利用微生物在适宜的条件下，将原料经过特定的代谢途径转化为人类所需要的产物。它在食品发面应用非常广泛，日常生活中常见的奶酪、面包、一些食品添加剂和各种酒类的都是微生物发酵的产品。微生物发酵的应用古以有之，酒在古代就已经是生活中不可或缺的，受到社会各个阶层的喜爱。现代发酵工程更是把微生物发酵运用到各个方面。（二）作面包时酵母是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，学名啤酒酵母酿酒工业从古至今一直长盛不衰，各种酵母居功至伟酱类食品如豆瓣酱，面酱等都是利用以米曲霉为主的微生物发酵酿制的。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。由此可见，微生物发酵在食品工业中占有非常重要的地位。般细菌含蛋白质60酵母45霉菌35因此，它是很理想的一种蛋白质来源，也是解决全球蛋白资源紧缺的重要途径之一。为了和来源于动物、植物中的蛋白相区别，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a、b、利用原料广，可就地取材，廉价大量地解决原料问题c、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d、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。e、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、季节和气候条件的制约，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f、单细胞生物易诱变，比动、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。生、大豆等等油料作物榨取的植物油脂，就是由猪、羊级牛熬制的动物油脂，很少考虑到微生物油脂。其实，很多微生物中都含有油脂，少的有2多的有60且大多数微生物油脂多富含不饱和脂肪酸，有益于人体健康。前，控制食品质量，延长食品货架期最常用的方法仍是机械低温贮藏和化学药剂处理。低温贮藏成本高、耗能大、质量不稳定、而且像茄子等原产热带、亚热带的果蔬不能在低温下贮藏，只能在亚低温下贮藏，否则容易发生冷害，造成重大损失，而病菌在亚低温下繁殖较快，致使食品在贮藏期间常发生严重腐烂。种类有限的化学制剂虽可较有效的控制食品质量，但化学药剂对人体健康的危害性和对农业生态的严重破坏性，已使人们深感担扰。采用生物制剂对食品进行贮藏保鲜，不但没有化学处理带来的健康危害和环境污染等问题，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,特别是随着人们生活水平的提高，对食品卫生的要求越来越高，人们希望能吃到天然、安全、无残留化学制剂的食品，因此，食品生物保鲜技术的研究和开发显得更为迫切和重要。用蜡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。在国外有利用木霉对果蔬进行保鲜的报道。例如，美国、法国、英国利用木霉对洋梨、蘑菇、苹果进行防病保鲜我国也有一些应用木霉对茉莉花、茄子、蜜柑等进行保鲜的研究报道。1）形成生物膜微生物通过分泌胞外多糖等成膜物质，在食品外部形成一层致密的薄膜，隔绝氧气，防止水分蒸发。如在绿茶的生物保鲜中，蜡样芽孢杆菌会在茶叶表面形成生物膜，阻止了茶叶与氧气的直接接触，有效地控制了茶叶的氧化劣变。生物保鲜膜可以有效抑制呼吸作用，减少水分蒸发，防止微生物污染，减少微生物腐败作用，延长果实保鲜时间，提高商品率。（2）竞争作用保鲜微生物可与有害微生物竞争食品中的糖类等营养物质，从而抑制有害微生物的生长。在羊肉的生物保鲜中，乳酸菌可以有效地减少食品表面有限的糖类，从而达到了较好的保鲜效果。（3）拮抗作用微生物主要是通过拮抗作用抑制或杀死食品中的有害微生物，从而达到防腐保鲜目的。们最关心的都是食品的安全性问题。目前，有些常用于生物保鲜的微生物像乳酸菌，可以从日常食品如肉品、奶类、蔬菜、水果中分离到，因此，人们也不自觉地有了几百年甚至几千年的食用历史乳酸菌细菌素已被美国全世界45个国家认可，并被大规模的商业化应用，这充分证明，用这类微生物对食品进行保鲜是绝对安全的。但也有些微生物的安全性还有待进一步的研究。（三）微生物在医学中的应用1、抗生素抗生素生物产生的生物活性物质，属于次生代谢产物。抗生素能杀死或抑制其他微生物的生长，如抗原虫、抗肿瘤等2、抗生素作用机理抑制细菌细胞壁的合成
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微生物在食品工业中的应用【精品-PPT】
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微生物在食品工业中的应用【精品-PPT】
官方公共微信剂过浓，能够严重破坏蛋白质的空间结构造成酶的变性失活，在温度较高的条件下尤为显著。有机溶剂，特别是乙醇与水混合时放出大量热，使混合液的温度升高。因此在添加有机溶剂时，整个系统需要冷却，一般保持0℃左右，同时强烈搅拌，以避免有机溶剂局部过热和液体局部过热。另外，已经沉淀的酶对有机溶剂变性的抵抗力大，所以过分延长添加溶剂的时间也是不利的。
蛋白质在等电点的溶解度最低，但很多酶的等电点在pH4~5值之间，比其稳定的pH值范围低。在这种情况下必须采用目的酶稳定的pH值，然后是尽可能靠近其等电点。
沉淀时酶液的温度和pH值不但对目的酶的收率具有决定性的影响，而且对酶的组成(各共存酶的比率)及单位重量沉淀物中目的酶的活力都有重要的关系。例如固体培养的米曲霉α-淀粉酶，用水抽出并过滤，清液预先冷却，在搅拌下加乙醇至终浓度70%，温度10℃，pH值5.6~6.0，α-淀粉酶的收率约94%。
白土及活性氧化铝吸附法
白土类是以硅酸铝为主要成分的粘土，随其种类不同，能吸附酶或蛋白质的种类和数量也不同，一般在弱酸性条件下吸附酶或蛋白质，在中性或弱碱性条件下解吸。白土先用2mol/L盐酸活化。
活性氧化铝也是最常用的吸附酶或蛋白质的吸附剂之一。可以用明矶、硫酸铵等调制，加热使之活性化。酶或蛋白质一般在弱酸性条件下吸附，在弱碱性条件下解吸。
淀粉吸附α-淀粉酶的方法
一定的酶只作用于特定的基质，这一事实说明两者之间有一种特别的亲和力。因此用基质吸附那种对基质具有特定作用的酶，可以达到很好的效果。但作为吸附剂的基质首先必须是固相物；其次在吸附酶的过程中，这种基质不会被它所吸附而又专门能作用于它的酶所分解，或分解程度极微；第三是单位重量的基质吸附这种特定酶的能力均应该足够大。现发现生淀粉对α-淀粉酶的吸附是比较接近于上述条件的。
酶制剂化和稳定化处理
浓缩的酶液可制成液体或固体酶制剂。酶制剂的出售是以一定体积或重量的酶活计价，所以生产出的酶制剂在出售前往往需要稀释至一定的标准酶活。同时为改进和提高酶制剂的储藏稳定性，一般都要在酶制剂中加入一种以上的物质，它们既可作酶活稳定剂，又可作抗菌剂及助滤剂，它们若制成干粉，则可起到填料、稀释剂和抗结块剂的作用。可用作酶活稳定剂的物质很多，如辅基、辅酶、金属离子、底物、整合剂、蛋白质等，最常用的有多元醇(如甘油、乙二醇、山梨醇、聚乙二醇等)、糖类、食盐、乙醇及有机钙。有时用一种稳定剂效果不明显，则需要几种物质合用，如明胶对细菌淀粉酶及蛋白酶有稳定作用，但效果不明显，若同时加人些乙醇和甘油，稳定效果就显著了
酶制剂在食品工业中的应用
酶制剂在食品保鲜方面的应用
随着人们对食品的要求不断提高和科学技术的不断进步，一种崭新的食品保鲜技术―酶法保鲜技术正在崛起。酶法保鲜技术是利用生物酶的高效的催化作用，防止或消除外界因素对食品的不良影响，从
而保持食品原有的优良品质和特性的技术。由于酶具有专一性强、催化效率高、作用条件温和等特点，可广泛地应用于各种食品的保鲜，有效地防止外界因素，特别是氧化和微生物对食品所造成的不良影响。
葡萄糖氧化酶（Glucose oxidase）是一种氧化还原酶，它可催化葡萄糖和氧反应，生成葡萄糖酸和双氧水。将葡萄糖氧化酶与食品一起置于密封容器中，在有葡萄糖存在的条件下，该酶可有效地降低或消除密封容器中的氧气，从而有效地防止食品成分的氧化作用，起到食品保鲜作用。
葡萄糖氧化酶可以在有氧条件下，将蛋类制品中的的少量葡萄糖除去，而有效地防止蛋制品的褐变，提高产品的质量；另外在氧的存在下容易发生氧化作用的花生、奶粉、面制品、冰淇淋、油炸食品等富含油脂的食品；易发生褐变的马铃薯、苹果、梨、果酱类食品中，利用葡萄糖氧化酶这种理想的除氧保鲜剂，可以有效地防止氧化的发生。
溶菌酶（Lysozyme）是一种催化细菌细胞壁中的肽多糖水解的水解酶。它专一地作用于肽多糖分子中N-乙酰胞壁酸与N-乙酰氨基葡萄糖之间的β-1，4键，从而破坏细菌的细胞壁，使细菌溶解死亡。一般可从鸡蛋的蛋清中得到。用溶菌酶处理食品，可以有效地防止和消除细菌对食品的污染，起到防腐保鲜作用。溶菌酶由于其专一地作用于细菌的细胞壁，使细菌溶解，而对没有细胞壁的人体细胞不会产生不利的影响，所以广泛地应用于医药、食品等需要杀灭细菌的领域。在食品保鲜方面，可用于各种食品的防腐保鲜等，如干酪、水产品、低浓度酿造酒、乳制品等其它食品的保鲜。采用溶菌酶进行食品的防腐保鲜，一般使用蛋清溶菌酶。蛋清溶菌酶对人体无害，可有效地防止细菌对食品的污染，它已广泛地用于各种食品的防腐保鲜。
酶制剂在淀粉类食品生产中的应用
淀粉类食品是指含大量淀粉或以淀粉为主要原料加工而成的食品，是世界上产量最大的一类食品。淀粉可以通过水解作用生成糊精、低聚糖、麦芽糊精和葡萄糖等产物。这些产物又可进一步转化为其他产物。在这些产物的生产中，已广泛应用各种酶。
在淀粉类食品的加工中，多种酶被广泛地应用，其中主要的有a-淀粉酶、β-淀粉酶、糖化酶、支链淀粉酶、葡萄糖异构酶等。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a-淀粉酶液化成糊精，再利用糖化酶生成葡萄糖。果葡糖浆是有葡萄糖异构酶催化葡萄糖异构化生成果糖，而得到含有葡萄糖和果糖的混合糖浆。若将异构化反应完成后，混合糖液经过脱色、精制、浓缩等过程，得到固形物含量达71%左右的果葡糖浆，其中，含果糖42%左右，含葡萄糖52%左右，另有6%左右为低聚糖。若将异构化后的混合糖液中的果糖与葡萄糖分离，再将分离的葡萄糖进行异构化，如此反复进行，可使更多的葡萄糖转化为果糖，由此可生产出果糖含量达70%、90%甚至更高的果葡糖浆，称之为高国糖浆。
饴糖生产中所利用的酶，除了从添加的大麦芽中得到以外，也可以采用直接添加酶制剂的方法提供。添加的酶主要是a-淀粉酶和β-淀粉酶。目前高麦芽糖浆的生产的生产是采用β-淀粉酶和支链淀粉酶的共同作用，使淀粉更多地转化为麦芽糖。糖化时，将液化后得到的糊精液调至pH5~6，温度50℃左右，加入一定比例的支链淀粉酶和β-淀粉酶，作用10h左右，得到麦芽糖含量达80%~95%的糖化液。
糊精是淀粉的低级程度水解产物，广泛应用于食品增绸剂、填充剂和吸收剂等。糊精和麦芽糊精可用
酸法和酶法生产，现在大多采用酶法水解的方法生产。环状糊精是由6~12个葡萄糖单位以a-1，4-葡萄糖苷键连接而成的环状结构的一类化合物，能吸附各种小分子物质，起到稳定、缓解、乳化、提高溶解度和分散度等作用，在食品工业中有广泛用途。β-环状糊精的生产，一般采用嗜碱芽孢杆菌BGT。常用的生产菌株有N-227，NO。38-2等。采用嗜碱芽孢杆菌N-227菌BGT生产β-环状糊精时，可使用木薯淀粉、马铃薯淀粉、甘薯淀粉及可溶性淀粉为原料，转化率可达35%~40%。
酶在蛋白质食品生产中的应用
蛋白质食品是指含大量蛋白质或以蛋白质为主要原料加工而成的食品。在蛋白质食品的生产过程中，主要使用的酶是各种蛋白酶。蛋白质是由各种氨基酸通过肽键连接而成的高分子化合物，在蛋白质水解酶的作用下，可水解生成蛋白胨、多肽、氨基酸等蛋白质水解产物。这些产物在食品、医药、细菌培养等领域有广泛的应用价值。
蛋白酶（Proteinases）是一类催化蛋白质水解的酶。来自微生物的蛋白酶主要是枯草杆菌蛋白酶、黑曲霉蛋白酶等。蛋白质在加酶水解之前必须经过一定的处理，以破坏其完整的空间结构，使其变性，以利于酶的水解。一般可以采用加热处理的方法。也可采用生化分离技术将蛋白质先提取出来，再进行酶解。用蛋白酶水解法生产氨基酸时，要根据所使用的蛋白酶的动力学特性，选择并控制好各种水解条件，使蛋白质完全水解成氨基酸。
明胶是一种热可溶性的蛋白质凝胶，在食品加工中有广泛的用途。生产明胶的原料一般采用动物的皮或骨，这些原料含有丰富的胶原蛋白。天然状态的胶原蛋白呈三股螺旋结构，不溶于水，若采用适当的方法处理，即可使三股螺旋结构解体成为单链，而溶解在热水中，得到明胶溶液。在蛋白酶法水解生产明胶时原料需先经切割、捣碎处理，然后用清水洗净、沥干。
干酪（cheese）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。用于肉类嫩化的微生物蛋白酶有枯草杆菌蛋白酶、黑曲霉蛋白酶、米曲霉蛋白酶、根曲霉蛋白酶等微生物蛋白酶。
酶在果蔬食品生产中的应用
在果蔬类食品的生产过程中，为了提高产量和产品质量，常常使用各种酶。常用果胶酶处理果汁、果酒、果胨、果蔬罐头等的生产。在果汁生产过程中，应用果胶酶处理，有利于压榨、提高出汁率。在沉淀、过滤、离心分离过程中，能促进凝聚沉淀物的分离，使果汁澄清。经酶处理的果汁比较稳定，可防止混浊。果胶酶已广泛用于苹果汁、葡萄汁、柑橘汁等的生产。用于果汁处理的果胶酶一般均是混合果胶酶，其中含有果胶酯酶（PE）、内切聚半乳糖醛酸酶（endo-PG）、外切聚半乳糖醛酸酶（exo-PG）、内切聚半乳糖醛酸裂解酶（endo-PGL）、外切聚半乳糖醛酸裂解酶（exo-PGL）、内切聚甲基半乳糖醛酸裂解酶（endo-PMGL）、外切聚甲基半乳糖醛酸裂解酶（exo-PMGL）。在应用果胶酶处理苹果汁时，要特别注意pH值、温度、作用时间、酶量等对果汁澄清速度的影响。
果汁经浓缩成为高浓度果汁后，在高浓度的糖存在的条件下，可以凝结形成果冻。但糖含量太多不仅影响风味，而且不符合当今人们对健康食品的要求。若要生产低糖果冻，必须采用酶法处理技术。用纯化的果胶酯酶（PG）处理果汁，使果胶的甲基化程度降低。
在果蔬制品的脱色方面也用到酶制剂处理。许多水果和蔬菜，如葡萄、桃、草莓、芹菜等都含有花青素。花青素是一类水溶性植物色素。其颜色随pH值的不同而改变，在光照和稍高的温度下，很快变为褐色，与金属离子反应则呈灰紫色。因此，含花青素的果蔬制品，如葡萄汁、草莓酱、桃子罐头、芹菜汁等，必须用花青素酶处理，使花青素水解成为五色的葡萄糖和配基。以保证产品质量。
酶在果酒生产中的应用
在葡萄酒生产的过程中，已广泛应用酶制剂，主要应用的酶有果胶酶和蛋白酶。果胶酶用于葡萄酒生产，不仅可以提高葡萄汁和葡萄酒的产率、有利于过滤和澄清，而且可以提高产品质量。如使用果胶酶后，葡萄中单宁的抽出率降低，使酿制的白葡萄酒风味更佳。在红葡萄酒酿制过程中使用果胶酶，可提高色素的抽提率，还有助于酒的老熟，增加酒香。
用于葡萄酒生产的果胶酶大多数是复合酶制剂。除了含有各种果胶酶外，还含有少量的纤维素酶和半纤维素酶。在葡萄酒酿造过程中，还使用蛋白酶，以使酒中存在的蛋白质水解，防止出现蛋白质浑浊，使酒体清澈透明。除了葡萄酒以外，在其他果酒如桃酒、荔枝酒等的生产过程中，也可采用酶法处理，以提高产率和产品质量。
酶在食品添加剂生产中的应用
酶作为一种高效生物催化剂，逐渐在食品添加剂的生产中获得较广泛的应用。介于天然提取和化学合成两种方法之间，酶合成的工艺具有前两者无法比拟的优点：酶的催化活性高，产品合成速度快，酶的催化特异性，产品纯度高，且能获得指定构象的产品。酶的使用确实能解决化学合成和天然提取方法中的问题，也就为食品添加剂的生产提出新的思路。}