生化产品工艺学

生化产品工艺学,生物科学与工程学院,李树立,概 述,生化产品：绝大多数采用生物技术进行生产。 生化产品种类繁多： 食品工业、医药卫生、轻工业、化工、农业、冶金、环保等行业,食品工业：,食品加工：单细胞蛋白 包括细菌 酵母真菌藻类 含醇饮料：葡萄酒、果酒 黄酒、白酒、啤酒、白兰地、威士忌、伏特加、香槟酒、朗姆酒等。 发酵乳制品：奶酒、乳酪、酸奶等。 调味品和发酵食品：味精、肌苷酸、鸟苷酸和的酱、酱油、醋、豆豉、豆腐乳、饴糖、泡菜等。 甜味剂：葡萄糖、麦芽糖、果葡糖浆、甘露糖醇、甜味肽、甜蛋白等。 食品添加剂：面包酵母、赖氨酸、柠檬酸、色素、右旋糖酐葡聚糖和茁霉多糖(增稠剂)、葡萄糖氧化酶和维生素C等。 食品检验：食品免疫检验方法可检测含量极低的微量残留物、真菌毒素、抗牛素、激素、细菌毒素等。 加工用酶：淀粉酶、异构酶，蛋白酶：碱性、 酸性、中性蛋白酶 果胶酶：脂肪酶：凝乳酶等。,医药卫生：,抗生素 现在发现的抗生素有的6000余种，其中绝大多数是由微生物产生的，已形成产品的医用和兽用的(包括半合成抗生素)有百余种。 抗细菌、抗真菌、抗原虫、抗肿瘤、起免疫抑制作用、抗生素：半合成抗生素： 最多：青霉素型和头孢菌素型半合成抗生素。 氨基酸 氨基酸在医药中除用作大输液外，还广泛地用于临床治疗。18种氨基酸均可通过发酵法或酶法获得。 产量最大：谷氨酸、赖氨酸 维生素：维生素B2(核黄素)，维生素B12(氰钴氨素)，维生素C的前体2-酮基-古龙酸，类胡萝卜素(维生素A的前体)等。 甾体激素：可的松、氢化可的松、泼尼松(脱氢可的松或强的松)、氢化泼尼松(强的松龙)、肤轻松、地塞米松等，均用微生物转化产生。,医药卫生：,生物制品：通常是指含抗原制品，包括由减毒或死的病毒和立克次氏体制造的疫苗，以及含抗体的制品。 牛痘、斑疹伤寒疫苗；卡介苗和伤寒菌苗；类毒素如白喉类毒素，亚单位疫苗(单纯疱疹病毒疫苗、口蹄疫病毒疫苗、肽疫苗等)、活体重组疫苗(如流感病毒载体疫苗、乙肝病毒载体疫苗等)、避孕疫苗、肿瘤疫苗、DNA疫苗等。它们可用于预防、诊断或治疗相关疾病。 治疗用酶：蛋白酶和核酸酶用于加速坏死组织、脓汁、分泌物、血肿的去除；胃蛋白酶、脂肪酶、蛋白酶可帮助消化；尿激酶、链激酶可溶化血栓；胰蛋白酶可释放激肽；天门冬酰氨酶是抗肿瘤药物；超氧化物歧化酶可治疗因O2-的毒性引起的炎症等。 其他：酶的抑制剂、核苷酸类药物：肌苷、辅酶A可治疗心脏病、白血病、血小板下降、肝病等；其他药物：如麦角新碱可促进产后子宫复原，麦角胺可治疗偏头痛等。基因工程药物：人胰岛素1980年第一个基因工程药物上市。,化工能源：农业,醇及溶剂：乙醇、甘油、异丙醇、丙酮 有机酸：醋酸、丙酸、乳酸、丁酸、琥珀酸、延胡索酸、苹果酸、酒石酸、衣康酸、 多糖：右旋糖酐、黄原胶、茁霉多糖、海藻酸等。 烷烃：甲烷。 清洁能源：氢气、微生物燃料电池。 生物农药：病毒杀虫剂， 真菌杀虫剂， 生物除草剂：利用杂草的病原微生物，包括真菌(如锈菌、链刀菌、炭疽病菌等) 生物增产剂：固氮菌，如根瘤菌属 食用菌和药用真菌：蘑菇、草菇、香菇、猴头菌、银耳、木耳等。,环保、冶金、高技术研究,假单胞菌属的土壤微生物可分解100多种有毒废弃物。 厌气发酵法：如专性厌气微生物梭菌、拟杆菌、甲烷菌等，兼性厌气大肠杆菌、芽孢杆菌等。多用于沼气、肥料、饲料发酵。 好气发酵法：用产生菌胶的细菌和某些原虫的混合物处理工业和生活污水以及废气。 利用某些自养细菌提炼金属：如氧化亚铁硫杆菌等有把亚铁氧化为高铁、把硫和低价硫化物氧化为硫酸的能力，将含硫金属矿石(主要是尾矿、贫矿)中的金属离子形成硫酸盐而释放出来。用此法浸出的金属有铜、钴、锌、铅、铀、金等。 高技术研究，如为基因工程研究提供的质粒、黏粒和病毒载体，限制性内切酶、连接酶、磷酸酶、磷酸激酶等。医学诊断和工业过程检验用的生物传感器(酶、微生物电极、DNA芯片)，以及可能会用于微电子中的生物芯片等。,根据发酵对氧的需求：,好氧发酵 生化产品工艺学 厌氧发酵 生化产品工艺学 各种酒精性饮料类、酒精、乳酸等产品各论。 酒精性饮料可以分成三大类 GB17204-1998 酿造酒：发酵酒 fermented alcoholic beverages 蒸馏酒： distilled spirits 配制酒：露酒 integrated alcoholic beverages,饮料酒分类GB17204-1998,发酵酒：啤酒、葡萄酒、果酒、黄酒、其他发酵酒。 定义：以粮谷、水果、乳类等为原料，主要经酵母发酵等工艺制成的、酒精含量小于24(V/V)的饮料酒。 适用于淀粉质(或糖质)原料经发酵酿制而成的酒。,啤酒 beer 以麦芽(包括特种麦芽)为主要原料，加酒花，经酵母发酵酿制而成的，含二氧化碳的、起泡的、低酒精度2.57.5(V/V)的发酵酒(低醇啤酒酒精度除外)。 按是否经过高温处理： 熟啤酒：经巴氏灭菌的啤酒。 生啤酒：不经巴氏灭菌，而采用其他方式除菌达到一定生物稳定性的啤酒。 鲜啤酒：不经巴氏灭菌的新鲜啤酒。,原麦汁浓度分为： 高浓度淡色啤酒：原麦汁浓度13的啤酒； 中等浓度淡色啤酒：原麦汁浓度为1013(m/m)的啤酒； 低浓度淡色啤酒：原麦汁浓度10(m/m)的啤酒。 按色泽分为： 淡色啤酒：色度为514EBC单位的啤酒。 浓色啤酒：色度为1540EBC单位的啤酒。 黑啤酒：色度大于40EBC单位的啤酒。 特种啤酒：,特种啤酒： 在原辅材料或生产工艺方面有某些重大改变，使其改变了上述原有啤酒的风味，成为独特风格的啤酒。 干啤酒(高发酵度啤酒)：实际发酵度在72以上的啤酒； 低醇啤酒：酒精度为0.62.5(V/V)的啤酒； 小麦啤酒：以小麦麦芽为主要原料(占总原料的40以上)， 采用上面发酵或下面发酵酿制的啤酒； 浑浊啤酒：在成品中含有一定量的活酵母菌，浊度为 2.05.0EBC单位的啤酒。 冰啤酒：在酿制过程中经过冰晶化处理的啤酒。,葡萄酒 wine,以新鲜葡萄或葡萄汁为原料，经全部或部分发酵酿制而成的、酒精度等于或大于7(V/V)的发酵酒。 按酒中二氧化碳含量(以压力表示)和加工工艺分为三类： 平静葡萄酒 起泡葡萄酒 特种葡萄酒。,平静葡萄酒： 在20时，二氧化碳压力小于0.05MPa(0.5bar)的葡萄酒。 按酒中的含糖量和总酸又分为： a)干酒：含糖小于或等于4g/L或者当总糖与总酸(以酒石酸计)的差值小于或等于2gL时，含糖最高为9gL的葡萄酒； b)半干酒：含糖大于干酒，最高为12g/L或者总糖与总酸的差值按干酒方法确定，含糖最高为18g/L的葡萄酒； c)半甜酒：含糖大于半干酒，最高为45g/L的葡萄酒； d)甜酒：含糖大于45g/L的葡萄酒,起泡葡萄酒：在20时，二氧化碳压力等于或大于0.05MPa(0.5bar)的葡萄酒。 起泡葡萄酒: CO2全部采源于葡萄原酒经密闭(于瓶或发酵罐中)自然发酵产生时，称为起泡葡萄酒。 加气起泡葡萄酒:CO2是人工加入。 低起泡葡萄酒(或葡萄汽酒): 酒瓶中的CO2压力0.050.25MPa(0.52.5bar) 高起泡葡萄酒: 当CO2压力等于或大于0.35MPa(3.5bar)瓶容量0.25L， CO2压力=或0.3MPa(3.0bar) .,高起泡葡萄酒按其含糖量分为： 天然酒：含糖小于或等于12g/L的起泡葡萄酒； 绝干酒：含糖大于天然酒，最高到17g/L的起泡 葡萄酒； 干酒： 含糖大于绝干酒，最高到32g/L的起 泡葡萄酒； 半干酒：含糖大于干酒，最高到50g/L的起泡葡 萄酒； 甜酒：含糖大于50g/L的起泡葡萄酒。,特种葡萄酒：,按特殊工艺加工制作的葡萄酒。 利口葡萄酒： 在葡萄原酒中，加人白兰地、食用精馏酒精或葡萄酒精以及葡萄汁、浓缩葡萄汁、含焦糖葡萄汁等，酒精度为1.522(V/V)的葡萄酒。 加香葡萄酒： 以葡萄酒为酒基，浸泡芳香植物(或添加其浸提物)而制成的、酒精度为11 24(V/V)的葡萄酒。,果酒 fruit wine,以新鲜水果或果汁为原料，经全部或部分发酵酿制而成的、酒精度在718(V/V)的发酵酒。,黄酒 Chinese rice wine,以稻米、黍米、黑米、小麦、玉米等为原料，加曲、酵母等糖化发酵剂发酵酿制而成的发酵酒。 按原料分为：稻米和非稻米两类。 按加入的曲种分为：麦曲和米曲类。,酒中的含糖量又分为： 干酒：含糖小于10g/L的黄酒； 半干酒：含糖大于干酒，最高到30g/L的黄酒； 半甜酒：含糖大于半干酒，最高到100g/L黄酒； 甜酒：含糖大于半甜酒，最高到200g/L的黄酒； 浓甜酒：含糖大于200g/L的黄酒.,其他发酵酒 other fermented alcoholic beverages 除上述四种以外的发酵酒。,蒸馏酒 distilled spirits,定义：以粮谷、薯类、水果等为主要原料，经发酵、蒸馏、陈酿、勾兑制成的、酒精度在l8%60(V/V)的饮料酒。 适用于淀粉质(或糖质)原料经发酵、蒸馏酿制而成的酒。 白酒 (Chinese spirits） 白兰地 brandy 威士忌 whisky 俄得克(伏特加) vodka 老姆酒(朗姆酒) rum 其他蒸馏酒 other distilled spirits,白酒,按生产工艺分为： 固态法白酒：采用固态糖化、固态发酵及固态蒸馏的传统工艺酿制而成的白酒 半固态法白酒：采用固态培菌、糖化，加水后，于液态下发酵、蒸馏的传统工艺酿制而成的白酒 液态法白酒：主要采用液态糖化、液态发酵、液态蒸馏而制成的白酒。,固态法白酒：,按曲种又分为： 大曲酒：以大曲为糖化发酵剂酿制而成的白酒： 小曲酒：以小曲为糖化发酵剂酿制而成的白酒； 麸曲酒：以麸曲为糖化剂，加酒母发酵酿制而成 的白酒； 混曲酒：以大曲、小曲或麸曲等为糖化发酵剂酿 制而成的白酒； 其他糖化剂酒：以糖化酶为糖化剂，加酿酒酵母 (或活性干酵母、生香酵母)发酵酿制而 成的白酒。,液态法白酒：,传统液态法白酒：以大米、糖蜜等为原料，在液态下加入糖化发酵剂，采用边糖化边发酵，液态蒸馏酿制而成的白酒； 串香白酒：以液态法生产的食用酒精为酒基，利用固态法发酵的酒醅(或特制的香醅)进行串香(或浸蒸)而制成的白酒； 固液勾兑白酒：以液态法生产的食用酒精为酒基，用固态法白酒进行勾调而制成的白酒； 调香白酒：以液态法生产的食用酒精为酒基，加呈香、呈味物质调配而成的白酒。,按香型进行分类,白兰地 brandy,以新鲜水果或果汁为原料，经发酵、蒸馏、贮存、调配而成的、酒精度为3844(V/V)的蒸馏酒。 按不同原料分为： 葡萄白兰地(简称：白兰地)：以葡萄汁、浆、皮渣为原料，经发酵、蒸馏、于橡木桶中贮存陈酿至少两年的白兰地。 水果白兰地：以新鲜水果为原料，经全部、部分发酵或用食用酒精(或其他酒)浸泡、蒸馏制成的白兰地，在白兰地名称前须冠以水果名。,威士忌 whisky,以麦芽、谷物为原料，经糖化、发酵、蒸馏、贮存、凋配而成的，酒精度为4044(V/V)的蒸馏酒。 按不同原料分为： 麦芽威士忌：全部以大麦麦芽为原料，经糖化、发酵、蒸馏，在橡木桶贮存陈酿至少三年，具有来自原料和加工工艺香气、滋味的威士忌。 谷物威士忌：以各种谷物(如：黑麦、小麦、玉米、青棵、燕麦)为原料，经糊化、糖化、发酵、蒸馏，在橡木桶贮存陈酿至少三年的各类谷物威士忌。 调配威士忌：是用各种单体威士忌(麦芽威士忌、谷物威士忌)按定比例混合、调配而成的威士忌。,俄得克(伏特加) vodka 以谷物、薯类或糖蜜等为原料，经发酵、蒸馏制成食用酒精。再经过特殊厂艺精制加工制成的、酒精度为3840(V/V)的蒸馏酒。 老姆酒(朗姆酒) rum 以甘蔗汁或糖蜜为原料，经发酵、蒸馏，在橡木桶贮存陈酿至少两年，酒精度在4555(V/V)的蒸馏酒。 其他蒸馏酒 other distilled spirits 除上述蒸馏酒以外的蒸馏酒,配制酒(露酒) integrated alcoholic beverages,定义：以发酵酒、蒸馏酒或食用酒精为酒基，加入可食用的辅料或食品添加剂，进行调配、混合或再加工制成的、已改变了其原酒基风格的饮料酒。适用于各种再制酒,按添加物来源分为,植物类配制酒(植物类露酒) integrated alcoholic bcverages from plants 利用食用植物的花、叶、根、茎、果为香源及营养源。经再加工制成的、具有明显植物香及有用成分的配制酒。 动物类配制酒(动物类露酒) inlcgrated alcoholic bcverages from animals 利用食用动物(包括皮、角、骨、脏器等)及其制品为香源及营养源，经再加工制成的、具有明显动物有用成分的配制酒。,动植物类配制酒(动植物类露酒) integrated alcoholic beverages from plants andanim 同时利用动物、植物有用成分制成的配制酒。 其他类配制酒(露酒) other integrated alcoholic beverages 以不同酒种直接混合、调配，或加入果汁、食品添加剂、充二氧化碳再制成的酒。,教材及常用参考书,酿造酒工艺学顾国贤 轻工业出版社 啤酒工业手册轻工业出版社 酒精与蒸馏酒工艺学章克昌 轻工业出版社 酿造工艺与设备选用手册金风燮 化工出版社,参考期刊杂志：,1.食品与发酵工业； 2.生物工程学报； 3.中国生物工程杂志 4.微生物学报；