第二章 发酵的生化历程及工艺调控

第二章发酵的生化历程及工艺调控第一页，共三十九页，编辑于2023年，星期五目录第一节、发酵的基本要素第二节、发酵生产的一般工艺过程及调控第二页，共三十九页，编辑于2023年，星期五第一节、发酵的基本要素决定了发酵产品的形态和性质农产品:淀粉、糖蜜、豆、奶、肉等，因其原料养分的多样性和复杂性，微生物可有选择地利用。生物资源的改造和更新:利用一些农副产品的残渣作为发酵原料。一、原料（发酵基质）第一节、发酵食品的基本要素第二章、形成过程及工艺调控第三页，共三十九页，编辑于2023年，星期五常用原料：植物原料（以植物蛋白为主）：产品主要为调味品植物原料（以碳水化合物为主）：产品主要为酒精、有机酸等）。动物原料：以蛋白质为主，风味物质主要为氨基酸。常用辅料：谷壳、中草药、食盐等（膨松通气、富集微生物、功能性、风味防腐）一、原料（发酵基质）第一节、发酵食品的基本要素第二章、形成过程及工艺调控第四页，共三十九页，编辑于2023年，星期五第五页，共三十九页，编辑于2023年，星期五第六页，共三十九页，编辑于2023年，星期五是发酵的动力。在发酵过程的各个阶段，由霉菌、酵母菌、细菌等在合适的生长及产酶条件下产生并积累大量的酶，使得即使在发酵过程中微生物菌体死亡，仍可由其积累的酶作用于合适的底物而产生所需的代谢产物。二、发酵微生物（发酵剂）第一节、发酵食品的基本要素第二章、形成过程及工艺调控第七页，共三十九页，编辑于2023年，星期五二、发酵微生物（发酵剂）谷类葡萄糖等酒精产香白酒糖化酶酒化酶醋己酸菌醋酸菌霉菌酵母细菌第一节、发酵食品的基本要素第二章、形成过程及工艺调控第八页，共三十九页，编辑于2023年，星期五传统发酵剂：中国的酒药、大曲等二、发酵微生物（发酵剂）第一节、发酵的基本要素第二章、形成过程及工艺调控第九页，共三十九页，编辑于2023年，星期五现代直投式发酵剂：酸奶、泡菜、发酵肉等系列LAB发酵剂。葡萄酒的降酸用乳酸菌。以侗族酸肉为例第十页，共三十九页，编辑于2023年，星期五继代式发酵剂（目前凝固型酸奶生产）关于发酵剂的发展第十一页，共三十九页，编辑于2023年，星期五第十二页，共三十九页，编辑于2023年，星期五第十三页，共三十九页，编辑于2023年，星期五第十四页，共三十九页，编辑于2023年，星期五二、发酵微生物（发酵剂）发酵各阶段优势菌的分离鉴定风味物质和微生物的关系制备不同阶段使用的直投式发酵剂生产新式产品

（周期短，质量稳定，便于调控）传统侗族酸肉第一节、发酵的基本要素第二章、形成过程及工艺调控第十五页，共三十九页，编辑于2023年，星期五第十六页，共三十九页，编辑于2023年，星期五决定了微生物作用的方面，也决定了产物的形成。环境条件包括：固态发酵：原料配比及预处理、气体环境、Aw、RH、pH、热传递与控温等。液态发酵：发酵液浓度（基质浓度变化）、溶O2、、pH、T、发泡与消泡、无菌检查、发酵终点判断等。三、环境条件（发酵条件）第一节、发酵食品的基本要素第二章、形成过程及工艺调控第十七页，共三十九页，编辑于2023年，星期五通常通过控制环境来控制发酵的进程和方向条件控制：谷物糖化产生G醋酸酒精发酵

通气

厌气通气霉菌酵母醋酸菌第一节、发酵食品的基本要素第二章、形成过程及工艺调控第十八页，共三十九页，编辑于2023年，星期五值得注意的是：对于许多微生物来说，合适的生产条件并非一定是其最佳的产酶和酶作用条件。因此，通常将制种和发酵分开进行，以各取所需，例：种曲曲发酵条件控制：第一节、发酵食品的基本要素第二章、形成过程及工艺调控第十九页，共三十九页，编辑于2023年，星期五三者是互动共存的关系。（不同的原料在一定的菌种和适宜的环境条件下才能得到所需的目的产物。）四、三要素之间的关系葡萄汁酵母菌生长良良好厌O2有O2酒精醋酸品质劣变酒精发酵旺盛例如第一节、发酵食品的基本要素第二章、形成过程及工艺调控第二十页，共三十九页，编辑于2023年，星期五不同的微生物需不同的环境条件，不同的条件又决定了不同的优势菌，同样，一种原料在不同的条件下也会由不同的微生物实现转化。

喷洒孢子悬浮液豆腐坯 菌丝体覆盖、纯白色

或酒孢子粉若水分控制不好，高汗身（细菌成为优势菌）四、三要素之间的关系第一节、发酵食品的基本要素第二章、形成过程及工艺调控第二十一页，共三十九页，编辑于2023年，星期五第二节、发酵生产的一般工艺过程及调控按发酵基质的物理性质分：固态发酵（SSF，SolidStateFermentation）是指在没有或几乎没有游离水的不流动基质上培养微生物的过程，此基质称为“醅”。液态发酵（LSF，LiquidStateFermentation或LiquidSubmergeFermentation）基质是流动状态，称为发酵“液”。半固态发酵（Semi---SSF）发酵基质是流动状态，原料颗粒悬浮于液体中。基质呈流动状态，称为“醪”一、发酵工艺的类型第二节、一般工艺过程及调控第二章、形成过程及工艺调控第二十二页，共三十九页，编辑于2023年，星期五在现代发酵工业中，往往把固态发酵、半固态发酵称为传统发酵工业（酿造），而把液态发酵称为现代发酵工业（液态深层发酵），适合大规模生产及现代化调控。一、发酵工艺的类型第二节、一般工艺过程及调控第二章、形成过程及工艺调控第二十三页，共三十九页，编辑于2023年，星期五按参与发酵的微生物种类分：单菌发酵（MonocultureFermentation）只有一种微生物对产品的形成是必需的，如：beer,Natto,TemPeh,抗生素，柠檬酸发酵等。西方多为之，对于霉菌较为恐惧，多用细菌。混菌发酵（PolycultureFermentation）指采用两种或两种以上的已知或未知的微生物进行的发酵。已知：酸奶等。未知：酒曲等。一、发酵工艺的类型第二节、一般工艺过程及调控第二章、形成过程及工艺调控第二十四页，共三十九页，编辑于2023年，星期五其它分类法：按原料：糖类发酵、蛋白质发酵、石油发酵。按产品分（工业上常用）：氨基酸发酵、有机酸发酵、核苷酸发酵、酒精发酵、维生素发酵、抗生素发酵等。按对氧气需求：厌氧发酵、需氧发酵。按发酵工艺分：分批式、连续式、流加式。一、发酵工艺的类型第二节、一般工艺过程及调控第二章、形成过程及工艺调控第二十五页，共三十九页，编辑于2023年，星期五按发酵工艺的分类分批发酵：在灭菌后的培养基中接入生产菌，而后不再向发酵液加入或移出任何物质（需氧微生物则需加氧）的培养方式。连续发酵：是一个开放系统，通过连续流加新鲜培养基并以同样的流量连续地排放出发酵液，可使微生物细胞群体保持稳定的生长环境和生长状态，并以发酵中的各个变量多能达到恒定值而区别于瞬变状态的分批发酵。分批补料（流加）发酵：介于前两者之间，在分批发酵的前提下，连续地或按一定规律地向系统内补入营养物，补的可以是单一营养物也可是多种营养物，到一定时候，便进行排料但并不排完，留1/3至2/3，然后再补料，重复上述操作。第二十六页，共三十九页，编辑于2023年，星期五发酵尽管有固、液及其它类型之分，但其原理、机理是相同的。在总体的工艺上也都涉及三个主要要素的处理。

俗称“发酵三条路”：1、菌种2、空气

3、培养基二、发酵的一般工艺第二节、一般工艺过程及调控第二章、形成过程及工艺调控第二十七页，共三十九页，编辑于2023年，星期五（培养基）菌种

原料↓

(大众化、廉价、质量稳定)

纯化、复壮

↓↓

预处理斜面

↓（同一批多转几支，一罐一支，防止退化）

配料、调浆（淀粉）↓

↓摇瓶

灭菌↓

↓种子罐←

空气分过滤器

冷却↓

↓

补料（包括水）发酵罐←空气分过滤器

↓

发酵液预处理

↓

过滤、离心

↓

包装

↓

出厂第二十八页，共三十九页，编辑于2023年，星期五

空气过滤的目的：1）无菌，2）压力，

3）温度（维持菌体生长）

高空采气、远离烟囱、粗过滤（防止杂质对空压机的损坏）所以：

A、微生物工厂的选址一般在空气清新处如森林、湖泊、郊区。

B、只要穿透过滤器，压强不低于4~4.5kg，流量越大越好，一级压缩（一）无菌空气的制备方法：.过滤除菌（能量消耗少，得气量大）第二十九页，共三十九页，编辑于2023年，星期五（一）无菌空气的制备方法：.过滤除菌

（能量消耗少，得气量大）高空采气→粗过滤→空压机→贮气罐→列管冷凝器→油水分离器（旋风分离器）→二级冷却→去雾器→加热器→总过滤器→分过滤器→发酵罐（种子罐）

A、空压机要求：水冷、低压、大流量；

B、贮气罐作用：（1）稳流，去除脉冲；（2）初步杀死一些细菌；（3）去除一些油水（4）贮气

C、油水分离器作用：除去大颗粒的油水

D、二级冷却作用：温度更低，去除残留水分

E、去雾器作用：去除细微的油、水滴

F、加热器作用：仍有露滴，降低相对湿度，除去，自此空气中除去湿度可进总过滤器第三十页，共三十九页，编辑于2023年，星期五（二）培养基灭菌：空消和实消实消：

洗罐→空消→加培养基→搅拌调浆→溶解，调pH（注意灭菌后一般会使pH下降o.3）→加消泡剂→打开所有排气阀，尤其是最低位置排气阀，→蒸汽通入蛇管或夹套预热至80~90℃（防止进罐蒸汽很快形成冷凝水、糊化）→蒸汽进罐（从进汽口、出料管口、取料口直接进入，压力不小于2公斤：1)使罐内正压，2）冷凝水增加量不至于太多，压力高，冷凝水少

→升罐温至118℃~120℃，表压力0.9~1kg维持30min，计时25min蒸汽阀门关，5min缓冲，此时排气阀一直打开的表压要自然上升，表压不能高于空气来路的压力，否则管内培养基倒流入过滤器内。→30min之后立即引入无菌空气保压，压力大于大气压，且能增加培养基中溶解氧→开启冷凝水，降温至接种温度，注意缓冲，冷却接种。第三十一页，共三十九页，编辑于2023年，星期五（二）培养基灭菌：空消和实消实消优缺点:

优点：不需要专门灭菌设备，投资少，灭菌效果可靠；对蒸汽需求较低

缺点：蒸汽用量变化大，造成锅炉负荷波动大，培养基在高温处停留长，造成营养破坏。

空消：在发酵罐装入培养基前通入蒸汽对发酵罐和管道进行灭菌。第三十二页，共三十九页，编辑于2023年，星期五（二）培养基灭菌：空消和实消灭菌注意事项：

1）管道要畅通

2）防止逆流，防止激烈的翻动

3）蒸汽需要灭过头（活蒸汽，灭过头）

4）在搅拌时通入空气，使培养基密度下降，电机功率小，灭菌前搅拌则功率大，电机损耗大第三十三页，共三十九页，编辑于2023年，星期五（二）培养基灭菌：空消和实消

影响培养基灭菌的因素：

温度、时间：温度低点，可在培养基中加入甲醛或过氧化氢，因加入可达灭菌目的，在加热时可挥发掉不影响微生物生长。高温时，可大量缩短时间。

pH值：中性pH条件下微生物较耐热，但在酸或碱性条件下易灭菌。越酸，时间短。

油脂、糖类，蛋白等生物大分子：会增加微生物耐热性（生物大分子对微生物的保护作用），将微生物包起来，含量越多，死亡速率越慢，高盐可加快微生物死亡，削弱微生物耐热性。

泡沫：越多越耐热

培养基颗粒大小：颗粒越小，微生物越易杀死第三十四页，共三十九页，编辑于2023年，星期五

发酵是以微生物代谢产物