食品发酵工艺学ppt课件

食品发酵工艺学教材：何国庆主编《食品发酵与酿造工艺学》中国轻工出版社2000.9使用教材说明：《食品发酵与酿造工艺学》是农业部“九五”规划教材和教育部“面向21世纪课程教材”。它主要包含菌种选育、保藏与复壮、微生物的代谢调控理论及其在食品发酵与酿造中的应用、发酵与酿造工程学基础、酒精发酵与酿酒、氨基酸与核酸发酵、有机酸发酵、发酵豆制品和微生物性功能食品与食品添加剂等内容。发酵的英文Fermentation是从拉丁语ferver即“翻腾”、“沸涌”、“发泡”而来；因为发酵有鼓泡和类似翻腾、沸涌的现象。如中国的黄酒、欧洲的beer就以起泡现象作为判断发酵进程的标志。一、什么是发酵、酿造第一章绪论最早的发酵产品据记载起源与5000BC。据记载最早的发酵食品应是酒类，通常认为是wine,因为大自然中具备了野生果类和酵母菌，条件适宜情况下即行发酵。在神话传说中亦有猿猴酿酒之说。由于自然界中资源的多样性，便有了多种多样的发酵食品。5000-6000BC——wine、黄酒、白酒、Cheese4000BC——Beer，至古埃及即出现了麦芽糖化。(酱油、调味品)白酒：农业社会粮食节余，生霉、发酵、蒸馏而得发酵食品与许多民族文化融为一体。英国的Whisky荷兰的Cheese俄国的黑面包（大脸面包）德国的啤酒中国的白酒日本的清酒法国的香槟古老的发酵食品自产生以来，长时间内停留在自然酿造阶段。即知其然而不知其所以然，通常以经验掌握。由于节气、环境的变化即决定了产品的成败，因此食品酿造甚至被赋予很多神秘色彩，甚至出现了对曲的顶礼膜拜，与一些祭祀活动也连起来。由于其发酵的机理一直未能充分揭示，因此发酵技术也迟迟未能进一步发扬光大和合理调控。直到巴斯德、科赫等人的工作成果推动了微生物发酵及工艺调控的推陈出新。广义——通过微生物的培养使某种特定代谢产物或菌体本身大量积累的过程。狭义——厌氧微生物或兼性厌氧微生物在无氧条件下进行能量代谢并获得能量的一种方式。发酵工业：（巴斯德）经纯种培养和提炼精制获得的成分单纯、无风味要求的产品的生产过程叫发酵工业。如酒精、抗生素、柠檬酸、氨基酸、酶、维生素、某些色素等。1、发酵及发酵工业2、酿造(brewing)和酿造工业酿造(brewing)：我国人们对对一些特定产品发酵生产的特殊称法，是未知的混合微生物区系参与的一种自然发酵。酿造工业：经自然培养、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生产过程。如黄酒、白酒、清酒、葡萄酒、酱油、醋、腐乳、豆豉、面酱等。3.发酵与酿造的主要特点1）安全简单发酵与酿造过程绝大数是在常温压下进行的，生产过程安全，所需的生产条件比较简单。2）原料广泛发酵与酿造通常以淀粉、糖蜜或其他农副产品主原料，添加少量营养因子，就可以进行反应了。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，甚至生产中的废水、废料都可以作为发酵与酿造的原料。3）反应专一食品发酵与酿造过程是通过生物体的自动调节方式来完成的，反应专一性强。因而，可以得到较为单一的代谢产物，避免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，以及生物体化学反应的高度选择性，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。因而，发酵与酿造适应的范围非常广。5）易受污染由于发酵培养基营养丰富，各种来源的微生物都很容易生长，发酵与酿造过程要严格控制杂菌污染，有许多产品必须在密闭条件下进行发酵，在接种前设备和培养基必须灭菌，反应过程中所需空气或流加营养物必须保持无菌状态。发酵过程避免杂菌污染是发酵成功的关键。6）菌种选育发酵与酿造最重要的因素是菌种，通过各种菌种选育手段得到高产的优良菌种，是能否创造显著经济效益的关键。另外，生产过程中菌种会不断地变异，因此，自始至终都要进行菌种的选育和优化工作，以保持菌种的基本特征和优良性状。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、纳豆水果：酒、果醋茶叶：红茶、茶菌（海宝，醋酸菌、酵母、乳酸菌+红茶水+糖）动物性原料：乳：酸奶、Cheese肉：香肠4.我国发酵食品的工艺特色2）多菌种混合发酵，且多以霉菌为主的微生物群。（国外多以细菌、乳酸菌）3）工艺复杂、多用曲：董酒生产制的曲用72味中药。曲（Koji）4）多为固态发酵：醅、醪1665年罗伯特·虎克（RobertHooke）1676年列文虎克（Leewenhoch）1856-1857年巴斯德(Pasteur)1870年巴斯德(Pasteur)1880年科赫（RobertKoch）1897年，Buchner（布赫纳）1928年，Fleming(弗莱明)1940年，Florery(弗洛里)andChain(钱恩)1945年，抗生素工业二、发酵工业的微生物技术发展史1.微生物形态学发展阶段1665年，英国科学家罗伯特·虎克用他的显微镜观察到的软木片的细胞结构罗伯特·虎克（RobertHooke,1635～1703）列文虎克（Leewenhoch,1632-1723）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。AnthnoyvanLeeuwenhoek与他的显微镜Leeuwenhoek1684年寄给皇家协会信的部分内容2.微生物生理学发展阶段生理学发展阶段代表人物和重要事：细菌学（巴斯德、科赫）外科消毒术(Lister，1865）和乳酸菌的分离根瘤菌等土壤微生物的研究（M·W贝，C·H维）无酵母菌压汁酶功能的发现（E.Buchner,1897)化学药剂和抗生素发现和临床应用（1909-1935）酿造技术日趋完美巴斯德的功绩：彻底否定了自然发生说证实发酵由微生物引起免疫学—预防接种发明巴氏消毒法巴斯德的曲颈瓶实验曲颈瓶试验装置巴斯德发现免疫现象几星期后42-43oC下培养的老龄炭疽菌获免疫力37oC下培养的新鲜炭疽菌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1880年，发现可以通过稀释把多种微生物分离开来，建立了单种微生物的分离和纯培养技术。建立了研究的微生物一系列方法，把早年在马铃薯块上的培养技术改为明胶平板（1881）和琼脂平板（1882）显微镜技术：包括细菌鞭毛在内的许多染色方法、悬滴培养法以及显微摄影技术。利用平板分离方法找到并分离许多传染病的病源菌（炭疽、结核、链球、）1884年提出了科赫法则（Koch’sostulates）：病原微生物存在于病体而非健康体；可纯培养；纯培养物接种后染病；可重新分离再培养。划线法获得单菌落科赫法则图示单菌落(JosephLister,1827~1912)首创用石炭酸喷洒手术室和煮沸手术用具以防术后感染，为防腐、消毒，以及无菌操作奠定了基础。1878年，李斯特分离乳酸链球菌时用注射器和酒杯培养装置Buchner（布赫纳）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。Fleming1928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。弗莱明(1881～1995)英国细菌学家1928年，Fleming将其命名为：青霉素霉菌菌落周围出现抑制萄葡球菌生长的抑制现象产黄青霉菌落细菌生长抑制区域正常细菌生长区域---抗生素的发现1940年，Florery(弗洛里)andChain(钱恩)：碘黄青霉基中得到了纯品青霉素，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）FloreryandChainJ.D.Waston,H.F.C.Crick发现DNA双螺旋模型3.分子生物学发展阶段（成熟期）Watson和Crick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。第一个转折点——微生物纯种分离培养技术建立自然发酵时期：知其然而不知其所以然，如厌气性——酒类，好气性——醋。微生物纯种分离培养技术，开创了人为控制微生物时代，减少了腐败现象，实现了无菌操作；发明了简便的密封式发酵罐；人工控制条件，提高发酵效率，稳定产品质量。三、发酵工业的工程技术发展史20世纪40年代，借助于抗生素工业的兴起，建立了通风搅拌培养技术。成功建立起深层通气培养法和一整套培养工艺，包括向发酵罐中通入大量无菌空气、通过搅拌使空气均匀分布、培养基的灭菌和无菌接种等，使微生物在培养过程中的温度、pH、通气量、培养物的供给都受到严格的控制。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行大规模生产。第二个转折点——通气搅拌的好氧发酵工程技术建立（深层液态发酵）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。第三个转折点——人工诱变育种和代谢控制发酵工程技术的建立生产厂家既想利用化学合成法降低生产成本，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。如生产某些有机酸，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。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，这形成了发酵与酿造技术发展的第四个转折点。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细胞融合技术，得到了许多具有特殊功能和多功能的新菌株，再通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，利用工程菌生产原来微生物不能生产的产物，如胰岛素、干扰素等，使微生物的发酵产品大大增加。酶工程——很多产品还采用一步酶法转化法，即仅仅利用微生物生产的酶进行单一的化学反应。例如，果葡糖桨的生产，就是利用葡萄糖异构酶将葡萄糖转化为果糖的。发酵设备——生物反应器也不再是传统意义上的钢铁设备，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应器。可以说，发酵和酿造技术已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养。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发展，传统的发酵与酿造工业已经被赋予崭新内容，现代发酵与酿造已开辟了一片崭新领域。(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)；(6)功能性食品生产工业(低聚糖、真菌多糖、红曲等)；(7)食品添加剂生产工业(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)。四、发酵与酿造的研究对象(二)按产品性质来分1.生物代谢产物发酵生物细胞将外界物质吸收到体内，一面进行分解代谢(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，生物体进行着复杂的生物合成，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