发酵工艺学 绪论.ppt

1 同学们 新学期好 2 发酵工艺学TechnologyofFermentation 湖北民族学院食品科学与工程专业讲授 罗祖友 本课程的教学安排 教学大纲本校自编大纲 2006版 参考大纲 浙江大学 发酵工艺学考研大纲 南京农大 发酵食品工艺学 中国药科大学 发酵工艺学 理论课讲授 32学时 包括 总论 微生物代谢调控理论及其在微生物发酵中的应用 发酵工艺的原理与设备 各论 几类典型发酵食品的发酵原理与工艺特点 实验教学 16学时 指导教师 田成罗祖友刘金龙 教学进度 1 12周 第14周考试 第14周一5月26周四或27周五 4 教材 何国庆主编 食品发酵与酿造工艺学 北京 中国农业出版社 2001参考书 1 程丽娟 袁静主编 发酵食品艺学 杨凌 西北农林科技大学出版社 20022 王福源主编 现代食品发酵技术 二版 北京 中国轻工业出版社 20043 章克昌主编 酒精与蒸馏酒工艺学 北京 中国轻工业出版社 20084 余龙江主编 发酵工程原理与技术应用 北京 化学工业出版社 20065 白秀峰主编 发酵工艺学 北京 中国医药科技出版社 20036 余龙江 发酵工程原理与技术应用 北京 化学工业出版社 20067 食品与发酵工业 月刊 8 中国酿造 月刊 理论授课内容及学时分配 第1章绪论 1学时 第2章微生物代谢调控理论及其在微生物发酵中的应用 3学时 第3章发酵工艺学基础及主要设备 4学时 第4章酒精发酵与酿酒 8学时 第5章氨基酸与核苷酸发酵 2学时 第6章有机酸发酵及其发酵食品 4学时 第7章酶制剂生产 2学时 第8章发酵豆制品 6学时 第9章其它发酵食品 2学时 6 实验内容及学时分配 实验一发酵罐的结构系统与使用方法 2 基础 实验二小曲根霉菌等酿制酒酿 2 基础 实验三酒酿发酵参数的监控与发酵终点的判断 2 基础 实验四果酒与果醋的酿制 4 综合 实验五酸豆乳饮料的制作 4 设计 实验六豆豉的制作 2 设计 第1章绪论 本章内容 1 1 发酵工艺学 的课程性质与学科地位 1 2发酵与酿造的定义 发展历史 1 3微生物发酵的特点及研究对象 1 4发酵工业的工艺流程 1 5发酵工业的发展趋势与研究热点 重点 发酵的定义 微生物发酵的特点及发酵工业的产品类型和一般工艺流程 1 1 发酵工艺学 的课程性质与学科地位 发酵 食品 工艺学 是食品科学与工程专业本科的专业必修课 是一门综合性及实践性很强的课程 发酵工艺学 是建立在牢固掌握生物化学 微生物学 化工原理等专业基础课的理论知识基础上的专业课程 是食品科学与工程 生物工程等专业的一门主干课程 发酵技术是支撑现代食品工业的重要技术 同时也是生物技术产业化的重要手段 生物化学 食品微生物 畜产品工艺学 化工原理 食品化学 发酵 食品 工艺学 果蔬 农产品工艺学 其它相关课程 1 2发酵与酿造的定义 发展历史 1 2 1什么是发酵 酿造 何为发酵食品 发酵 fermentation 由拉丁语ferver 起泡 翻涌 派生而来 1 2 1 1传统的 发酵 1 2 1 2狭义的 发酵 生物化学上 1 2 1 3广义的 发酵 微生物学上 工业发酵 1 2 1 4 酿造 与 发酵 的区别 传统的 发酵 发酵 Fermentation本意与酒的起泡现象有关 发酵 主要用来描述酵母菌作用于果汁或麦芽汁产生气泡的现象 或者是指酒的生产过程 主要指传统的发酵食品的生产现象 狭义的 发酵 指厌氧微生物或兼性厌氧微生物在无氧条件下 分解各种有机物质产生能量的一种方式 或者更严格地说 发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应 广义的 发酵 工业发酵 泛指利用微生物制造或生产某些产品的过程 包括 1 厌氧培养的生产过程 如酒精 乳酸等 2 通气 有氧 培养的生产过程 如抗生素 氨基酸 酶制剂等 工业发酵的产品 既有细胞代谢产物 也包括菌体本身 包括发酵的食品在内 13 IntroductiontoFoodScienceP200 Fermentationallowsthegrowthofmicroorganisminordertoproduceastableproduct Productscommonlyproduced atleastinpart byfermentationinclude beer pickles olives somemeatproducts bread cheese coffee cocoa soysauce sauerkrautandwine Microorganismscanbecomefood andbiotechnologychangesthewaymicroorganismsareused 酿造 与 发酵 的区别 何为发酵食品 本质上都属于 广义的发酵 区别在于 最终产品的成分的复杂性不同 酿造 brewing 我国人民对一些特定产品的发酵生产的特殊称法 由未知的混合微生物区系参与的一种自然发酵的过程称为酿造 其产品成分复杂 风味要求高 发酵食品的生产 多数属于 酿造 过程 什么是发酵食品 发酵食品是指经过微生物 细菌 酵母和霉菌等 或酶的作用 使加工原料发生许多理想的十分重要的生物化学变化及物理变化后制成的食品 开门七件事 与发酵食品有关 广义的发酵工业 利用微生物所具有生物加工与生物转化能力 将廉价的发酵原料转变为各种高附加值产品的产业 包括 1 2 2发酵工业与酿造工业 17 1 发酵食品工业 FermentedFoods 如酱油 食醋 豆瓣酱等 2 有机酸发酵工业 OrganicAcids 如醋酸 乳酸 柠檬酸等 3 氨基酸发酵工业AminoAcids 如谷氨酸 赖氨酸等 4 低聚糖与多糖发酵工业oligosaccharidesandpolysaccharides 如低聚果糖 香菇多糖等 5 核苷酸发酵工业Nucleotides 如肌苷酸 IMP 鸟苷酸 GMP 等 6 药物发酵工业Pharmaceutical 如抗生素 青霉素 头孢菌素 链霉素等 7 维生素发酵工业vitamin 如维生素C 维生素B2 维生素B12等 8 酶制剂发酵工业Enzymes 如淀粉酶 蛋白酶等 9 发酵饲料工业Feedstuff 如干酵母 单细胞蛋白等 10 生物肥料与农药工业biofertilizerandbiologicalpesticide 如细菌肥料 赤霉素等 11 溶剂发酵工业Solvent 如酒精 甘油溶剂等 12 水的生物处理工业及环保EnvironmentalApplication WasteTreatment 如活性污泥 沼气发酵 有毒物质降解等 经纯种培养和提炼精制获得成分单纯 无风味要求的产品的产业叫发酵工业 如 酒精 抗生素 柠檬酸 氨基酸 酶 维生素 某些色素等 获得发酵产品的条件 适宜的微生物 保证或控制微生物进行代谢的各种条件 进行微生物发酵的设备 精制成产品的方法与设备 狭义的发酵工业 19 酿造工业 经自然培养或控制发酵 不需提炼精制 产品由复杂成分构成并对风味有特殊要求的食品或调味品的加工产业 如黄酒 白酒 清酒 葡萄酒 酱油 醋 腐乳 豆豉 面酱等 因此 从狭义上讲 多数的 发酵食品的生产 应该属于酿造工业的范畴 属于广义的 而不是狭义的发酵工业范畴 但成分单一的一些食品添加剂的发酵可属于后者 1 2 3发酵工业的发展历史 1 2 3 1发酵工业的微生物技术发展史 1676年列文虎克 Leewenhoch 1836 1837年Larkutzing1856 1857年Pasteur1880年科赫 RobertKoch 1897年 Buchner 布赫纳 1928年 Fleming1940年 Florery和Chain1945年 抗生素工业 荷兰业余科学家 1676年 用自磨镜片创造了一架能放大266倍的原始显微镜一生制作了419台显微镜 发表论文400余篇 375篇寄往英国皇家学会发表 Larkutzing 1836 1837年Larkutzing发现在啤酒的发酵中存在活的生物体 但并未发现发酵与微生物的关系 彻底否定了自然发生说 证实发酵由微生物引起 巴斯德的功绩 免疫学 预防接种 发明巴氏消毒法 科赫的功绩 证实炭疽病因 炭疽杆菌发现结核病原菌 结核杆菌 科赫法则 发明培养基并用其纯化微生物等一系列研究方法的创立 RobertKoch 1897年 Buchner 布赫纳 阐明了发酵的化学本质 即发酵是由酶引起的一类化学反应 实验 酵母菌细胞用石英砂磨碎制成酵母汁 应用于医学 白砂糖 防腐 意外发现发酵 这是无生物细胞体系发酵的最初例子 1928年 Fleming发现了青霉素 开创了好气性发酵工程 建立了通风搅拌技术 1928年 Fleming将其命名为 青霉素 1940年 Florery和Chain 得到纯品青霉素 继而放线菌 链霉素 金 土 卡那 红 新 庆大 等相继发现 1984年达9000多种 1945年 抗生素工业 发酵工业正式兴起 1956年 Watson和Crick发现DNA双螺旋结构 为微生物遗传学及育种技术的研究带来极大发展 分子生物学发展阶段 Watson和Crick 分子生物学的发展 1 2 3 2发酵工业的工程技术发展史 发展至今 可分为6 7个阶段 教P3 T1 1 一阶段天然发酵阶段二阶段纯培养技术的建立三阶段通气搅拌发酵技术的建立四阶段代谢控制发酵技术五阶段发酵动力学 发酵的连续化自动化工程技术的建立六阶段微生物生物合成和化学反应合成相结合工程技术的建立七阶段基因工程阶段 天然发酵阶段19世纪中叶以前 也称自然发酵阶段 天然接种 微生物混合发酵 但人类并不知道发酵的微生物本质和化学本质 尽管早在17世纪 1680年 出现了显微镜 并认识了微生物的存在 纯培养技术的建立1857年法国化学家 微生物家巴斯德 Pasteur 提出了著名的发酵理论 一切发酵过程都是微生物作用的结果 科赫 Koch 建立了单种微生物的分离 纯培养技术 人工培养 控制微生物的发酵进程 1897年 布赫纳 Buchner 发现 发酵起作用的化学本质 来自微生物产生的酶 这是发酵技术发展的第一个转折点 通气搅拌发酵技术的建立1928 1929年 Fleming弗莱明发现了青霉素 并证明了其在医学上的重要作用 20世纪40年代 由于二战爆发 三 四十年代广泛流行的肺结核 推动了青霉素工业化生产的科学研究与开发 1941年美国和英国合作对青霉素进行生产研究 建立了深层通气培养技术 深层培养 解决了深层培养的供氧问题 这是发酵技术发展的第二个转折点 代谢控制发酵技术1957年以后 以动态生物化学和遗传学为基础 将微生物进行人工诱变 选育高产菌株 实现有选择地大量生产目的产物 该技术先在氨基酸生产上获得成功 而后在核苷酸 有机酸 抗生素等其它产品中得到应用 这是发酵技术发展的第三个转折点 发酵动力学 发酵的连续化自动化工程技术的建立20世纪60年代 发酵罐的大型化 多样化 连续化和自动化方面有了极大发展 发酵过程的基本参数包括T PH 罐压 溶O2 空气流量 泡沫 CO2含量等均可自动记录和控制 这是发酵技术发展的第四个转折点 微生物生物合成和化学反应合成相结合 工程技术的建立 全面发展阶段 1960年以后 化学合成与生物合成相结合的时期 利用矿产 石油原料进行化学合成 生成一些前体物质 再利用微生物发酵将前体物质转化为最终的产品 或者先利用发酵生产前体物质 再进行化学合成得到终产品 这是发酵技术发展的第五个转折点 基因工程阶段 1979年以后 随着基因重组技术的出现 促进了重组微生物 工程菌 的产生 并打破了传统的生物反应器的概念 基因工程技术 简而言之 就是采用酶学的方法 将不同来源的DNA进行体外重组 再把重组DNA设法转入受体细胞内 并进行繁殖和遗传下去 这是发酵技术发展的新阶段 1 3微生物发酵的特点及研究对象 1 3 1微生物发酵的特点 1 原料广泛 2 菌种选育 3 安全简单 4 容易污染 5 代谢多样 6 专一性强 产物单一 7 快速经济 8 酶源广 1 3 2微生物发酵的研究对象按产业门类按产品性质 1 3 2 1按产业门类酿酒工业传统酿造工业有机酸发酵工业酶制剂发酵工业 淀粉酶中95 以上为霉菌 细菌淀粉酶氨基酸发酵工业功能性食品生产工业 低聚糖 真菌多糖 红曲等食品添加剂生产工业 黄原胶 海藻糖菌体制造工业 单细胞蛋白 酵母等维生素发酵工业 Vc VB2 VB12核苷酸发酵工业 ATP IMP GMP 1 3 2 2按产品性质可将研究对象分为 代谢产物发酵 酶制剂发酵 生物转化发酵 生物转化是指利用生物细胞中的一种或多种酶 作用于一些化合物的特定部位 或基团 使它转变成结构相类似但具有更大经济价值化合物的生化反应 其特点是 反应特异性强 菌体的获得 以上4个方面也是发酵工业的主要产品类型 另外 微生物废水处理和其它特殊机能的利用利用微生物消除环境污染利用微生物发酵保持生态平衡微生物湿法冶金利用基因工程菌株开拓发酵工程新领域 1 4发酵工业的工艺流程 1 4 1发酵工业的一般工艺流程主要包括 发酵原料的选择及预处理微生物菌种的选育及扩大培养发酵设备选择及工艺条件控制 常温 常压 发酵产物的分离提取发酵废物的回收和利用 发酵工程生产产品的流程图 1 4 2我国发酵食品的工艺特色 1 4 2 1采用多种原料 且多以淀粉质原料为主 植物性原料 麦 beer bread豆 酱油 豆豉 腐乳 ToFo Temph 纳豆水果 酒 果醋菜 泡菜茶叶 红茶 茶菌 醋酸菌 酵母 乳酸菌 红茶水 糖 动物性原料 乳 酸奶 Cheese肉 香肠 沙拉米 Salami 等 1 4 2 2多菌种混合发酵 且多以霉菌为主的微生物群 1 4 2 3工艺复杂 多用曲 1 4 2 4多为固态发酵 醅 醪 1 5发酵工业的发展趋势与研究热点 现代生物技术的五大技术体系基因工程细胞工程发酵工程酶工程生化工程 1 5 1发酵与现代生物技术的关系 发酵技术是生