发酵与酿造工艺学

1、发酵与酿造工艺学杨陵职业技术学院 运用生物技术专业.第一章 绪论 一、发酵与酿造技术的历史 二、发酵与酿造技术特点以及与现代生物技术的关系 三、发酵与酿造技术的研讨对象 四、发酵与酿造技术的开展趋势 .一、发酵与酿造技术的历史发酵的英文“fermentation是从拉丁语“ferver即“发泡、“翻涌派生而来的，。人类利用微生物进展食品发酵与酿造已有数千年的历史，发酵景象是自古以来就已被人们发现并掌握的，但由于对发酵与酿造的主角微生物缺乏认识，发酵与酿造的本质长时间没有被提示，一直充溢奥秘颜色。因此在19世纪中叶以前，发酵与酿造业的开展极其缓慢。.一、发酵与酿造技术的历史在微生物的发现上做出艰

2、苦奉献的是17世纪后叶的列文虎克(Leewehoch)，他用自制的手磨镜，胜利地制成了世界上第一台显微镜，在人类历史上第一次经过显微镜用肉眼发现了单细胞生命体微生物。由于当时“自然发生说盛极一时，他的发现并没有遭到应有的注重。.一、发酵与酿造技术的历史直到19世纪中叶，巴斯德(Pasteur)经过长期而细致的研讨之后，才有压服力地宣揭露酵是微生物作用的结果。巴斯德在巴斯德瓶中参与肉汁，发如今加热情况下不发酵，不加热那么产生发酵景象，并详细察看了发酵液中许许多微小生命的生长情况等，由此他得出结论：发酵是由微生物进展的一种化学变化。巴斯德认识到这些不同类型的发酵，是由形状上可以区别的各种特定的微生

3、物所引起的。.一、发酵与酿造技术的历史其后不久，科赫(Koch)建立了单种微生物分别和纯培育技术，利用这些技术研讨炭疽病时，发现动物的传染病是由特定的细菌引起的。从而得知，微生物也和高等植物一样，可以根据它们的种属关系明确地加以区分，从此以后，各种微生物纯培育技术获得胜利。单种微生物分别和纯培育技术的建立，是食品发酵与酿造技术开展的一个转机点。.一、发酵与酿造技术的历史布赫纳(Buchner)阐明了微生物的化学反响本质。为了把酵母提取液用于医学，他用石英砂磨碎酵母菌细胞制成酵母汁，并参与大量砂糖防腐，结果不测地发现酵母汁也有发酵景象，任何生物都具有引起发酵的物质酶，从此以后，人们用生物细胞的磨

4、碎物研讨种种反响，从而促成了当代生物化学的诞生，也将生物化学和微生物学彼此沟通起来，大大扩展了发酵与酿造的范围，丰富了发酵与酿造的产品。.一、发酵与酿造技术的历史20世纪40年代，借助于抗生素工业的兴起，建立了通风搅拌培育技术。胜利建立起深层通气培育法和一整套培育工艺，包括向发酵罐中通入大量无菌空气、经过搅拌使空气均匀分布、培育基的灭菌和无菌接种等，使微生物在培育过程中的温度、pH、通气量、培育物的供应都遭到严厉的控制。这些技术极大地促进了发酵与酿造工业，各种有机酸、酶制剂、维生素、激素都可以借助于好气性发酵进展大规模消费。因此，好气性发酵工程技术成为发酵与酿造技术开展的第二个转机点。.一、发

5、酵与酿造技术的历史一种新技术人工诱变育种和代谢控制发酵工程技术的诞生。人们以动态生物学和微生物遗传学为根底，将微生物进展人工诱变，得到适宜于消费某种产品的突变株，再在人工控制的条件下培育，有选择地大量消费人们所需求的物质。这一新技术首先在氨基酸消费上获得胜利，而后在核苷酸、有机酸、抗生素等其他产品得到运用。可以说，人工诱变育种和代射控制发酵工程技术是发酵与酿造技术开展的第三个转机点。.一、发酵与酿造技术的历史消费厂家既想利用化学合成法降低消费本钱，又想使产品拥有较高的质量，于是就采用化学合成结合微生物发酵的方法。如消费某些有机酸，先采用化学合成法合成其前体物质，然后用微生物转化法得到最终产品。

6、这样，将化学合成与微生物发酵有机地结合起来的工程技术就建立起来了，这构成了发酵与酿造技术开展的第四个转机点。.一、发酵与酿造技术的历史细胞交融技术，得到了许多具有特殊功能和多功能的新菌株，再经过常规发酵得到了许多新有用物质。基因工程技术，可以在体外重组生物细胞的基因，并克隆到微生物细胞中去构成工程菌，利用工程菌消费原来微生物不能消费的产物，如胰岛素、干扰素等，使微生物的发酵产品大大添加。.一、发酵与酿造技术的历史酶工程很多产品还采用一步酶法转化法，即仅仅利用微生物消费的酶进展单一的化学反响。例如，果葡糖桨的消费，就是利用葡萄糖异构酶将葡萄糖转化为果糖的。发酵设备生物反响器也不再是传统意义上的钢

7、铁设备，昆虫的躯体、动物细胞的乳腺、植物细胞的根茎果实都可以看作是一种生物反响器。.一、发酵与酿造技术的历史可以说，发酵和酿造技术曾经不再是单纯的微生物发酵，已扩展到植物和动物细胞领域，包括天然微生物、人工重组工程菌、动植物细胞等生物细胞的培育。随着转基因动植物的问世，因此，随着基因工程、细胞工程、酶工程和生化工程的开展，传统的发酵与酿造工业曾经被赋予崭新内容，现代发酵与酿造已开辟了一片崭新领域。.二、发酵与酿造技术特点以及与现代生物技术的关系 (一)发酵与酿造的特点 (二)发酵与酿造和现代生物技术的关系 .(一)发酵与酿造的特点 发酵对微生物学家来说，微生物进展的一切活动都可以称为发酵；而对

8、生物化学家来说，发酵仅仅是指厌氧条件下有机化合物进展不彻底的分解代谢释放能量的过程。.(一)发酵与酿造的特点成分单一、风味要求不高的产品，如酒精、柠檬酸、谷氨酸、单细胞蛋白等的消费称为发酵。 酿造那么是我国人们对一些特定产品进展发酵消费的一种叫法，通常把成分复杂、风味要求较高诸如黄酒、白酒、啤酒、葡萄酒等酒类以及酱油、酱、食醋、腐乳、豆豉、酱腌菜等副食佐餐调味品的消费称为酿造。.(一)发酵与酿造的特点1.平安简单 2.原料广泛3.反响专注 4.代谢多样 5.易受污染 6.菌种选育.1.平安简单 发酵与酿造过程绝大数是在常温压下进展的，消费过程平安，所需的消费条件比较简单。.2.原料广泛发酵与酿

9、造通常以淀粉、糖蜜或其他农副产品主原料，添加少量营养因子，就可以进展反响了。目前，发酵与酿造的原料范围已大大扩展，矿产资源和石油产品都可以作为发酵与酿造的原料，甚至消费中的废水、废料都可以作为发酵与酿造的原料。 .3.反响专注食品发酵与酿造过程是经过生物体的自动调理方式来完成的，反响专注性强。因此，可以得到较为单一的代谢产物，防止不利或有害副产物混杂其中。 .4.代谢多样由于各种各样生物体代谢方式、代谢过程的多样化，以及生物体化学反响的高度选择性，即使是极其复杂的高分子化合物，也能在自然界找到所需的代谢产物。因此，发酵与酿造顺应的范围非常广。.5.易受污染由于发酵培育基营养丰富，各种来源的微生

10、物都很容易生长，发酵与酿造过程要严厉控制杂菌污染，有许多产品必需在密闭条件下进展发酵，在接种前设备和培育基必需灭菌，反响过程中所需空气或流加营养物必需坚持无菌形状。发酵过程防止杂菌污染是发酵胜利的关键。.6.菌种选育发酵与酿造最重要的要素是菌种，经过各种菌种选育手段得到高产的优良菌种，是能否发明显著经济效益的关键。另外，消费过程中菌种会不断地变异，因此，自始至终都要进展菌种的选育和优化任务，以坚持菌种的根本特征和优良性状。 .(二)发酵与酿造和现代生物技术的关系现代生物技术即运用生物体(微生物、动物细胞、植物细胞)或其组成部分(细胞器、酶)，在最适宜条件下，消费有价值的产物，或进展有益过程的技

11、术。它是一门涉及分子生物学、细胞生物学、遗传学、微生物学、化学、物理学、工程学的多学科、综合性的科学技术。生物技术是靠基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程和生化工程这五大技术体系支撑起来的。这五大技术体系的关系见图1-1。 .(二)发酵与酿造和现代生物技术的关系现代发酵技术已超越了微生物工程的范畴。由此可见，发酵工程(包括酶工程)与细胞工程、基因工程谁也离不开谁，发酵工程包括酶工程需求基因工程、细胞工程为他提供最良好的生物细胞或酶，而基因工程、细胞工程得到的最良好的细胞(或酶)必需求经过发酵工程(包括酶工程)才干实现其价值。.(二)发酵与酿造和现代生物技术的关系假设采用的生物催化剂是酶、休止细

12、胞、死细胞或固定化细胞，那么反响系统比较简单，只需思索温度、PH等容易控制的条件。假设采用的是生物活细胞，那么要为该细胞提供最优生长、最优构成产物的可控系统和环境，使温度、pH、通气、搅拌、罐压、溶解氧、二氧化碳含量等物理、化学条件得到有效的维持和控制，从而使该生物细胞呈现出最正确的性能，生成和积累大量产物。这就充分反映出生化工程是发酵工程转化为消费力必不可少的重要环节。.三、发酵与酿造技术的研讨对象 (一)按产业部门来分 (二)按产品性质来分 .(一)按产业部门来分(1)酿酒工业(黄酒、啤酒、白酒、葡萄等)；(2)传统酿造工业(酱、酱油、食醋、腐乳、豆豉、酸乳等)；(3)有机酸发酵工业(柠檬

13、酸、苹果酸、葡萄糖酸等)；(4)酶制剂发酵工业(淀粉酶、蛋白酶等)；(5)氨基酸发酵工业(谷氨酸、赖氨酸等)；.(一)按产业部门来分(6)功能性食品消费工业(低聚糖、真菌多糖、红曲等)；(7)食品添加剂消费工业(黄原胶、海藻糖等)；(8)菌体制造工业(单细胞蛋白、酵母等)；(9)维生素发酵工业(维生素B2、维生素B12等)；(10)核苷酸发酵工业(ATP、IMP、GMP等)。.(二)按产品性质来分1.生物代谢产物发酵 2.酶制剂发酵 3.生物转化发酵 4.菌体制造 .1.生物代谢产物发酵 生物细胞将外界物质吸收到体内，一面进展分解代谢(异化作用)，一面又利用分解代谢中间代谢产物及能量去合成(同

14、化作用)体内所需成分，这一过程称为新陈代谢。在代谢过程中，生物体进展着复杂的生物合成，获得了许多重要的代谢产物。以生物体代谢产物为产品的发酵与酿造工业是该工业中数量很多、产量最大、也是最重要的部分，产品包括初级代谢产物、中间代谢产物和次级代谢产物。 .2.酶制剂发酵利用发酵法制备和消费并提取微生物产生的各种酶，已是当今发酵工业的重要组成部分。工业用酶大多来自于微生物发酵消费的酶，如：-淀粉酶、-淀粉酶、葡萄糖苷酶、支链淀粉酶、转化酶、葡萄糖异构酶、纤维素酶，碱性蛋白酶、酸性蛋白酶、中性蛋白酶，果胶酶，脂肪酶，凝乳酶，过氧化氢酶，青霉素酰化酶，胆固醇氧化酶，葡萄糖氧化酶，氨基酰化酶等。利用微生物

15、消费的胞内酶或胞外酶加以分别提获得到的酶制剂。如今已有很多酶制剂被加工成固定化酶，使酶制剂行业前进一大步。.3.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(基团)，使它转变成构造相类似但具有更大经济价值化合物的生化反响。可进展的转化反响包括脱氢、氧化、脱水、缩合、脱羧、羟化、氨化、脱氨、异构化等，.4.菌体制造 这是以获得具有特定用途的生物细胞为目的产品的一种发酵，包括单细胞蛋白，藻类，食用菌和人、畜防治疾病用的疫苗，生物杀虫剂等的消费。细胞物质发酵消费的特点是细胞的生长与产物积累呈平行关系，生长速率最大时期也是产物合成速率最高阶段，刚进入生长稳定期时细

16、胞物质浓度最大，同时也是产量最高的收获时期。.四、发酵与酿造技术的开展趋势 (一)利用基因工程技术，人工选育和改良菌种 (二)结合细胞工程技术，用发酵技术进展动植物细胞培育 (三)运用酶工程技术，将固定化酶或细胞广泛运用于发酵与酿造工业 .四、发酵与酿造技术的开展趋势(四)注重生化工程在发酵与酿造业的运用 (五)发酵法消费单细胞蛋白 (六)加强代谢研讨，进一步搞好代谢控制，开发更多代谢产品.(一)利用基因工程技术，人工选育和改良菌种 基因工程是一种将目的基因从DNA上切割下来(或人工合成)，在体外将该基因衔接到载体上，经过转化或转导等手段将重组的基因组导入受体细胞，使后者获得复制该基因的才干，

17、从而到达定向改动菌种遗传特性或发明新菌种的目的。这种带有目的基因的受体细胞，具有我们所希望的新的遗传性能和消费性能，这是常规育种方法无法做到的。.(二)结合细胞工程技术，用发酵技术进展动植物细胞培育细胞原生质体交融技术使动植物细胞的人工培育技术进入了一个新的阶段。借助于微生物细胞培育的先进技术，大量培育动植物细胞的技术日臻完善，有很多曾经进展大规模消费。动植物细胞有产生很多微生物细胞所不具备的特有的代谢产物，进展动植物细胞的培育，就能消费这些特有物质。如动物细胞可消费生长激素、疫苗、免疫球蛋白等；植物细胞可消费生物碱类、色素、类黄酮、花样苷、苯酚、固醇类、萜烯类、植物生长激素类、调味品、香料等

18、。植物细胞培育还可以用于种苗消费，使名贵的植物、花卉种苗可在实验室得以培育。.(三)运用酶工程技术，将固定化酶或细胞广泛运用于发酵与酿造工业将酶固定在不溶性膜状或颗粒状聚合物上，以聚合物作为载体的固定化酶在延续催化反响过程中不再流失，从而可以回收并反复利用，这样就改善了反响的经济性；酶也不会混杂在反响产物中，可大大简化提取纯化工艺；另外，有些酶在游离情况下容易失活，固定后稳定性得以提高。固定化细胞那么是将具有一定生理功能的生物体(如微生物、植物细胞、动物组织或细胞、细胞器)用一定方法固定，作为生物催化剂运用。.(四)注重生化工程在发酵与酿造业的运用 生化工程指的是生化反响器、生物传感器和生化产品的分别提取纯化等下游工程。生化反响器是生物化学反响得以进展的场所，其开发涉及流膂力学、传质、传热和生物化学反响动力学等学科。 生物传感器是发酵与酿造过程控制的关键所在，要实现反响器的自动化、延续化，生物传感器是