白酒酿造中微生物的相关作用.docx

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白酒酿造中微生物的相关作用

课堂报告名称：

白酒酿造中微生物的相关作用

武汉轻工大学食品学院

1、课堂报告依据的知识背景

1、几个基本概念

（1）微生物生态学。

微生物生态学是研究微生物与环境之间相互作用的科学，是生态学的一个分支。

所谓环境是指生物赖以生存的空间，由非生物环境和生物环境两大部分组成。

非生物环境是除生物以外的环境，包括一系列物理、化学、生物因素所构成。

如温度、水分、光线及pH等，是生物生存的场所。

生物环境是指来自研究对象以外的其他生物的作用和影响。

如营养竞争、空间竞争和互利共生等。

（2）生态系统。

生态系统是指在一定区域内生活的生物与其非生物环境之间相互紧密结合而形成的系统。

在这个系统中，物质、能量在生物与生物、生物与环境之间不断循环流动，形成一个能够自己维持下去的、相对稳定的，并具有一定独立性的统一整体。

（3）种群。

在自然环境中，同种微生物的许多个体常生活在同一生境中，以群体的方式存在。

在一定时间里生活在同一生境的同一个体细胞生长形成的生物群体，在生态学上称之为种群。

（4）群落。

在自然界中，一个种群的细胞很少是单独存在的，它们总是与其他种群细胞相联系，构成一个在生理上相互弥补的种群复合体，称之为群落。

（5）微生物的微环境。

微生物的个体很小，所以它生活的环境也就十分微小，甚至肉眼看不见。

因此，微生物生态学家称之为微环境。

2、微生物在自然界中的分布

（1）土壤中的微生物

土壤具有绝大多数微生物的生活条件，土壤的矿物质提供了矿质养料；土壤中的有机物提供了良好的碳源、氮源和能源；土壤的酸碱度接近中性，是一般微生物最适合的范围；土壤的持水性、渗透压、保温性等等使土壤成为了微生物的天然培养基，因此土壤中的微生物的数量和种类最多。

对微生物来说，土壤是微生物的“大本营”；对人类来说，土壤是人类最丰富的“菌种资源库”。

（2）水体中的微生物

水体是微生物栖息的第二个天然场所。

在江、河、湖、海、地下水中都有微生物的存在。

习惯上把水体中的微生物分为淡水微生物和海洋微生物两大类型。

淡水微生物的种类及在水中的分布受到水的类型、有机质的含量等因素影响。

在含有石油的地下水中，有大量能分解碳氢化合物的细菌；含铁的泉水中含有铁细菌；含硫的泉水中含有硫磺细菌；在温泉中则有耐热菌的存在。

（3）空气中的微生物

空气本身不含微生物生长繁殖所需要的营养物质和充足的水分，而且日光对细菌等微生物生命活动有很大影响，所以空气不是微生物生长繁殖的良好场所。

然而，空气中还是含有一定数量的微生物。

这是由于土壤、人和动植物体等物体上的微生物不断以微粒、尘埃等形式飘逸到空气中而造成的。

凡含尘埃越多的空气，其中所含的微生物种类和数量也就越多。

尘埃的自然沉降，使得越近地面的空气，含菌量越高。

（4）食品环境微生物

在各种农产品上生存着大量的微生物，粮食尤为突出。

按其来源可分为原生性微生物区系和次生性微生物区系。

原生性微生物区系是微生物与植物在长期相处的关系中形成的，它们以种子的分泌物为生，与植物的生活和代谢强度息息相关。

次生性微生物区系，指的是那些存在于土壤、空气中，通过各种途径侵染粮食的微生物。

在粮食微生物中，尤以霉菌危害严重，并且能产生150多种对人和动物有害的真菌毒素。

食品是用营养丰富的动植物原料经过人工加工后的制成品，其种类繁多，主要有面包、糕点、糖果、罐头、饮料、蜜饯和调味品等。

由于在食品的加工、包装、运输和贮藏等过程中，都不可能进行严格的无菌操作，食物可能会被各种微生物所污染，其中包括病原菌。

罐头食品也会被一些耐热厌氧性芽孢梭菌和芽孢杆菌所污染，这是造成罐头食品腐败的主要原因。

在合适的温、湿度条件下，污染的微生物又会迅速繁殖。

因此，食品上常常有各种微生物分布着，且保存时间稍长，就会使食品迅速变质。

（5）酿造食品中的微生物

在传统发酵过程中，曲、醅、醪、糟等物料都是一种混合培养物。

以含高粱原料的醋醅为例，它首先被能消化或氧化高粱的微生物侵袭，在氧耗尽后，靠近高粱周围变成厌氧环境，这时发酵性的微生物开始活跃、繁殖起来。

发酵产物可扩散到仍然有氧的区域继续被氧化，或者在厌氧条件下被厌氧微生物的厌氧性氧化所利用。

其中有一小部分被彻底氧化成CO2和H2O，而另一大部分作为中间产物（比如乙醇、乳酸等）继续积累或参加转化。

而当环境随着工艺过程的改变（如翻醅、倒缸），可能又有好氧过程的出现，好氧性微生物的数量又可继续增加，氧气被消耗后再变为厌氧环境，随着温度、水分、pH值、氧化还原值（rH2）、渗透压、营养条件的不断变化，微生物区系及活力也在不断变化，直至酿造过程结束。

（6）人体的正常微生物区系

在人类的皮肤、粘膜以及一切与外界环境相通的腔道，如口腔、鼻咽腔、消化道和泌尿生殖道中经常有大量的微生物存在着。

生活在健康动物各部位，数量大、种类较稳定且一般是有益无害的微生物，称为正常菌群。

在一般情况下，正常菌群与人体保持着一个平衡状态，在菌群内部的各种微生物间，也相互制约，从而维持相对的稳定。

正常菌群的种类与数量，在不同个体间有一定的差异。

所谓正常菌群，实际上是相对的、可变的和有条件的。

当机体防御机能减弱时，例如皮肤大面积烧伤、粘膜受损、机体着凉或过度疲劳时，一部分正常菌群会成为病原微生物。

另一些正常菌群由于其生长部位的改变，也可引起疾病。

还有一些正常菌群由于某些外界因素的影响，使其中各种微生物间的相互制约关系破坏，也能引起疾病。

这种情况在长期服用抗生素后尤为突出。

（7）根际微生物和附生微生物

根际微生物。

植物根系经常向周围的土壤分泌各种外渗物质（糖类、氨基酸和维生素等），故在根际存在着大量的微生物。

根际微生物在根际的大量繁殖，会强烈地影响植物的生长发育。

主要为改善了植物的营养条件、分泌植物生长刺激物质、分泌抗生素类物质、根际微生物有时也会对植物产生有害的影响。

附生微生物。

一般指生活在植物体表面，主要借其外渗物质或分泌物质为营养的微生物。

3、微生物在自然界物质循环中的作用

自然的物质循环可以归结为无机物质的有机质化或生物合成作用以及有机物质的无机质化或分解作用两个对立的过程。

微生物在自然界中广泛分布，同时由于微生物种类繁多，不同种类微生物的细胞内具有不同的酶体系，在进行生命活动时，各种微生物能利用周围环境中的不同有机质为养料进行物质代谢，最后分解成无机化合物。

由于微生物的生命活动，使自然界数量有限的植物营养元素成分能够周而复始地循环利用，在自然界的碳素、氮素以及各种矿质元素的循环中微生物起着重要的作用。

微生物主导着自然界有机物质的无机质化或分解作用。

4、微生物与生物环境间的相互关系　

生物间的相互关系是既多样又复杂的。

如果对甲、乙两种生物间的种种关系作一分析，我们可以看到有以下九种类型：

①既利甲又利乙（++）。

例如共生、互利共栖、互养共栖（和协同共栖等。

　②利甲而损乙（+-）。

例如寄生、捕食和拮抗等。

③利甲而不损乙（+0）。

例如偏利共栖、卫星状共栖和互生等。

④不损甲而利乙（0+）。

例同③。

⑤既不损甲也不损乙，既不利甲也不利乙（00），例如无关共栖。

⑥不利甲而损乙（0-）。

例如偏害共栖。

⑦损甲而不利乙（-0）例同⑥。

⑧损甲而利乙（-+）。

例同②。

⑨既损甲又损乙（--）。

例如竞争共栖。

微生物间或微生物与它种生物间最常见有五种相互关系。

（1）互生。

所谓互生，是指两种可以单独生活的生物，当它们生活在一起时，通过各自的代谢活动而有利于对方，或偏利于一方的一种生活方式。

因此，这是一种“可分可合，合比分好”的相互关系。

（2）共生。

所谓共生，是指两种生物共居在一起，相互分工协作、相依为命，甚至达到难分难解、合二为一的一种相互关系。

（3）寄生。

所谓寄生，一般指一种小型生物生活在另一种较大型生物的体内或体表，从中取得营养和进行生长繁殖，同时使后者蒙受损害甚至被杀死的现象。

前者称为寄生物（parasite），后者称作宿主或寄主（host）。

寄生又可分为细胞内寄生和细胞外寄生或专性寄生和兼性寄生等数种。

（4）拮抗。

所谓拮抗，系指由某种生物所产生的某种代谢产物可抑制他种生物的生长发育甚至杀死它们的一种相互关系。

在一般情况下，拮抗多指微生物间的“化学战术”，但有时因某微生物的生长而引起的其他条件改变（如缺氧，pH改变等）抑制他种生物的现象也称拮抗。

（5）捕食。

捕食一般指一种较大型的生物直接捕捉、吞食另一种小型生物以满足其营养需要的相互关系。

在微生物间的捕食关系主要是原生动物吞食细菌和藻类的现象。

2、撰写课堂报告的目的

1、了解微生物生态学（环境微生物、微生物相互作用、生态系统）的相关知识；

2、了解白酒酿造工艺与方法；

3、明晰白酒酿造过程中不同微生物之间的相互作用；

4、尝试用微生物生态学的思维去分析酿造食品中微生物作用。

3、撰写课堂报告的思路

通过对微生物生态学相关知识的学习，以白酒酿造过程中微生物的相互作用为科学问题，了解白酒酿造的工艺与方法，明晰白酒酿造过程中微生物的相互作用，对传统的酿造食品中微生物的作用进行初步的了解。

4、课堂报告的正文

1、白酒的酿造工艺简介

（1）原料粉碎。

原料粉碎的目的在于便于蒸煮，使淀粉充分被利用。

根据原料特性，粉碎的细度要求也不同,薯干、玉米等原料,通过20孔筛者占60%以上。

（2）配料。

将新料、酒糟、辅料及水配合在一起，为糖化和发酵打基础.配料要根据甑桶、窖子的大小、原料的淀粉量、气温、生产工艺及发酵时间等具体情况而定,配料得当与否的具体表现,要看入池的淀粉浓度、醅料的酸度和疏松程度是否适当,一般以淀粉浓度14-16%、酸度0.6-0.8、润料水分48-50%为宜。

（3）蒸煮糊化。

利用蒸煮使淀粉糊化。

有利于淀粉酶的作用,同时还可以杀死杂菌。

蒸煮的温度和时间视原料种类、破碎程度等而定.一般常压蒸料20-30分钟.蒸煮的要求为外观蒸透,熟而不粘,内无生心即可。

将原料和发酵后的香醅混合,蒸酒和蒸料同时进行,称为"混蒸混烧",前期以蒸酒为主,甑内温度要求85~90℃,蒸酒后,应保持一段糊化时间。

若蒸酒与蒸料分开进行,称之为"清蒸清烧".

（4）冷却。

蒸熟的原料，用扬渣或晾渣的方法,使料迅速冷却,使之达到微生物适宜生长的温度,若气温在5-10℃时,品温应降至30-32℃,若气温在10-15℃时,品温应降至25-28℃,夏季要降至品温不再下降为止.扬渣或晾渣同时还可起到挥发杂味、吸收氧气等作用。

（5）拌醅。

固态发酵麸曲白酒，是采用边糖化边发酵的双边发酵工艺，扬渣之后,同时加入曲子和酒母。

酒曲的用量视其糖化力的高低而定,一般为酿酒主料的8-10%,酒母用量一般为总投料量的4-6%（即取4-6%的主料作培养酒母用）。

为了利于酶促反应的正常进行,在拌醅时应加水（工厂称加浆）,控制入池时醅的水分含量为58-62%。

（6）发酵。

入窖时醅料品温应在18-20℃（夏季不超过26℃）,入窖的醅料既不能压的紧,也不能过松,一般掌握在每立方米容积内装醅料630-640公斤左右为宜.装好后,在醅料上盖上一层糠,用窖泥密封,再加上一层糠。

发酵过程主要是掌握品温,并随时分析醅料水分、酸度、酒量、淀粉残留量的变化。

发酵时间的长短,根据各种因素来确定,有3天、4-5天不等.一般当窖内品温上升至36-37℃时,即可结束发酵.

（7）蒸酒。

发酵成熟的醅料称为香醅,它含有极复杂的成分。

通过蒸酒把醅中的酒精、水、高级醇、酸类等有效成分蒸发为蒸汽，再经冷却即可得到白酒。

蒸馏时应尽量把酒精、芳香物质、醇甜物质等提取出来,并利用掐头去尾的方法尽量除去杂质。

2、白酒酿造过程中的微生物

白酒酿造过程中大体上可分为酒化菌（酵母菌）、糖化菌（丝状菌）和细菌3大类

（1）霉菌

白酒生产常见的霉菌菌种：

曲霉、根霉、念珠霉、青霉、链孢霉。

曲霉：

曲霉是酿酒业所用的糖化菌种，是与制酒关系最密切的一类菌。

菌种的好坏与出酒率和产品的质量关系密切。

白酒生产中常见的曲霉有：

黑霉菌、黄曲霉、米曲霉、红曲霉。

根霉：

根霉在自然界分布很广，它们常生长在淀粉基质上，空气中也有大量的根霉孢子。

根霉是小曲酒的糖化菌。

青霉：

是白酒生产中的大敌。

青霉菌的孢子耐热性强，它的繁殖温度较低，是制麸曲和大曲时常见的杂菌。

曲块在贮存中受潮，表面上就会长青霉。

车间和工具清洁卫生搞不好，也会长青霉。

念珠菌：

是踩大曲“穿衣”的主要菌种，也是小曲挂白粉的主要菌种。

链孢霉：

它的孢子呈鲜艳的桔红色，常生长在鲜玉米蕊和酒糟上，一旦侵入曲房不但造成危害而且很难清除。

（2）酵母菌

白酒生产中常见的酵母菌菌种（白酒生产中参与发酵的酵母菌）：

酒精酵母、产酯酵母、假丝酵母和白地霉等。

酒精酵母：

产酒精能力强的酒精酵母，其形态以椭圆形、卵形、球形为最多，一般以出芽的方式进行繁殖。

产酯酵母：

产酯酵母具有产酯能力，它能使酒醅中含酯量增加，并呈独特的香气，也成为生香酵母。

（3）细菌

白酒生产中常见的细菌菌种：

乳酸菌、醋酸菌、丁酸菌、己酸菌。

乳酸菌：

自然界中数量最多的菌种之一。

大曲和酒醅中都存在乳酸菌。

乳酸菌能使发酵糖类产生乳酸，它在酒醅内产生大量的乳酸，乳酸通过酯化产生乳酸乙酯。

乳酸乙酯使白酒具有独特的香味，因此白酒生产需要适量的乳酸菌。

但乳酸过量会使酒醅酸度过大，影响出酒率和酒质，酒中含乳酸乙酯过多，会使酒带闷。

醋酸菌：

白酒生产中不可避免的菌类。

固态法白酒是开放式的，操作中势必感染一些醋酸菌，成为白酒中醋酸的主要来源。

醋酸是白酒主要香味成份之一。

但醋酸含量过多会使白酒呈刺激性酸味。

丁酸菌、己酸菌：

是一种梭状芽孢杆菌，生长在浓香型大曲生产使用的窖泥中，它利用酒醅浸润到窖泥中的营养物质产生丁酸和己酸。

正是这些窖泥中的功能菌的作用，才产生出了窖香浓郁、回味悠长的曲酒。

3、制曲过程中微生物的动态变化

制曲前期原料加水后，曲块水分、氧气充足，温度适宜，此时细菌、酵母菌和霉菌均呈现一定程度的增长，同时随着湿度增加，霉菌的孢子开始萌芽；升温期曲块入房培养2d左右，品温升至45℃，湿度也有所改变，各类微生物已适应环境，细菌、酵母菌和霉菌生长繁殖开始活跃，并且增长幅度较大，可达100-1000倍，培养5-6d后，曲块品温升至50℃以上。

高温环境影响了微生物的生长，大部分微生物数量从第3-4d开始下降，而芽孢杆菌在该环境下数量有所增加。

细菌中耐热菌株增加，不耐热菌株减少，细菌总数下降。

酵母菌因不耐热，其群体数量迅速下降至接近为零；高温期，在品温维持55℃左右5-6d时，大多数微生物不能生长，各类微生物由于耐热性不同，其下降趋势也有所差别。

细菌群体主要由芽孢杆菌组成，呈缓慢下降的趋势，酵母菌数量降到接近零，霉菌数量有所回升；降温期，温度降至45℃之前，微生物总数依然下降。

当温度降到45℃以下时，存活的微生物活性提高，数量明显增加，特别是酵母菌类数量增加很迅速。

此阶段大多数的芽孢细菌在此时形成了芽孢，乳酸菌数量下降，可能是霉菌在代谢过程中产生的抗生素抑制了生酸菌的繁殖，这有待于进一步的验证；成熟期，当品温逐渐接近环境温度时，除酵母菌还有所增加外，其余微生物的死亡率与繁殖率基本平衡，数量趋于稳定。

当曲块水分降到15%以下时，各类微生物数量变化越来越慢，最后基本保持稳定。

4、茅台酒极端酿酒环境中微生物的演替

茅台大曲曲坯入库时，细菌的种类和数量都比较多，以G-菌为主，如假单胞菌、兼性好氧菌；芽孢杆菌在数量和种类上都较少。

到大曲的升温阶段，由于曲品温开始上升，此时细菌也开始大量繁殖，数量达到高峰期。

不耐热的G-菌在58-65℃的高温发酵环境，因细胞耐热差而使其生理生化活性失活而死亡。

因此，在极端的高温制曲环境中主要以G+菌为主，如产芽孢的Bactillus属、Coccus属以及Thermoactinomyces属的部分种；最终到第一次翻仓时数量达107～108个/g曲。

在高温生香阶段，主要以产芽孢的G+为主，如具有周身鞭毛、无荚膜的菌株等，产芽孢的有荚膜、无鞭毛的菌株等。

在整个高温制曲生香阶段，微生物的数量级维持在105～106个/g曲。

在大曲干燥阶段，微生物在种类上仍以G+为主。

在高温堆积发酵环境中，由于温度相对较制曲高温阶段低，不利于细菌特别是耐高温细菌的生长繁殖，所以细菌的数量不断下降。

经过对不同发酵时期的曲醅、酒醅中的微生物进行分离、纯化培养发现：

不同发酵时期的堆积酒醅、曲醅中的细菌多以好氧的具有芽孢的G+Cmo1%在32%～69%为Bacillus属的微生物，如Bacilluslicheniformis，Bacillusmegaterium，Bacillussubtilis，同时还有Stphylococcus，Agrobacterium，Mobilis等属的许多种。

极端酿酒环境中酵母菌的演替。

酵母菌因耐受高温的承受能力有限，主要集中于制曲的前期和高温堆积发酵的前期。

在制曲前期，一般占2%～5%，中后期由于58～65℃的高温，酵母菌逐渐死亡。

在极端的高温堆积发酵环境中，微生物在消长过程中相互作用，以达到富集微生物特别是酿酒酵母的目的。

堆积酒醅中的酵母菌总数是不堆积酒醅中的l4倍，不经堆积的酒醅中主要以细菌为主，而且此种酒醅不能生产出好茅台酒。

高温堆积过程，特别是糙沙时酸度适宜，气候好，酵母数量猛增。

在堆积过程中，酵母菌数上升而细菌菌数下降；在酒醅入窖发酵前仍然以酵母占绝对优势。

五、课堂报告讲述过程中希望讨论的问题

1.食品微生物生态的特点？

2.举例说明微生物共生关系的特点？

3.嗜碱微生物保持细胞内中性环境的机理？

4.嗜冷微生物特点对不饱和脂肪酸生产的启示？

5.从微生物生态角度分析不同区域白酒的差异性？

6.从微生物相互作用角度出发分析开放式发酵的可行性？

7.不可培养微生物研究的意义？

8.传统发酵食品的安全性？