發(fā)酵工程及其應(yīng)用1

1、微生物發(fā)酵與食品生產(chǎn)微生物發(fā)酵與食品生產(chǎn)n我們的日常生活中也接觸到許多發(fā)酵我們的日常生活中也接觸到許多發(fā)酵食品，請思考這樣一個問題：哪些食食品，請思考這樣一個問題：哪些食品是由微生物發(fā)酵生產(chǎn)的？相應(yīng)的發(fā)品是由微生物發(fā)酵生產(chǎn)的？相應(yīng)的發(fā)酵種類是什么？酵種類是什么？ 舉例說出利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)的舉例說出利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)的5 5種食品種食品n酒類：酒類：包括果酒、啤酒、白酒及其他酒均是包括果酒、啤酒、白酒及其他酒均是利用釀酒酵母，在厭氧條件下進(jìn)行發(fā)酵，將利用釀酒酵母，在厭氧條件下進(jìn)行發(fā)酵，將葡萄糖轉(zhuǎn)化為酒精生產(chǎn)的葡萄糖轉(zhuǎn)化為酒精生產(chǎn)的。白酒經(jīng)過蒸餾，。白酒經(jīng)過蒸餾，因此酒的主要成分是水和酒精，以及

2、一些加因此酒的主要成分是水和酒精，以及一些加熱后易揮發(fā)物質(zhì)，如各種酯類、其他醇類和熱后易揮發(fā)物質(zhì)，如各種酯類、其他醇類和少量低碳醛酮類化合物。果酒和啤酒是非蒸少量低碳醛酮類化合物。果酒和啤酒是非蒸餾酒，發(fā)酵時酵母將果汁中或發(fā)酵液中的葡餾酒，發(fā)酵時酵母將果汁中或發(fā)酵液中的葡萄糖，轉(zhuǎn)化為酒精，而其他營養(yǎng)成分會部分萄糖，轉(zhuǎn)化為酒精，而其他營養(yǎng)成分會部分被酵母利用，產(chǎn)生一些代謝產(chǎn)物，如氨基酸、被酵母利用，產(chǎn)生一些代謝產(chǎn)物，如氨基酸、維生素等，也會進(jìn)入發(fā)酵的酒液中。因此，維生素等，也會進(jìn)入發(fā)酵的酒液中。因此，果酒和啤酒營養(yǎng)價值較高。果酒和啤酒營養(yǎng)價值較高。 n醋：醋：食品店或超市出售的醋中，除了白醋是食

3、品店或超市出售的醋中，除了白醋是由化學(xué)合成的食品級醋酸勾兌的外，其他的由化學(xué)合成的食品級醋酸勾兌的外，其他的則是由則是由醋酸菌醋酸菌在好氧條件下發(fā)酵，將固體發(fā)在好氧條件下發(fā)酵，將固體發(fā)酵產(chǎn)生的酒精轉(zhuǎn)化為醋酸生產(chǎn)的。由于使用酵產(chǎn)生的酒精轉(zhuǎn)化為醋酸生產(chǎn)的。由于使用的微生物菌種或曲種的差異，在葡萄糖發(fā)酵的微生物菌種或曲種的差異，在葡萄糖發(fā)酵過程中會產(chǎn)生乳酸或其他有機(jī)酸，因而使醋過程中會產(chǎn)生乳酸或其他有機(jī)酸，因而使醋有不同的風(fēng)味。有不同的風(fēng)味。 n醬油：醬油：醬油生產(chǎn)以大豆為主要原料，其他有麥麩、醬油生產(chǎn)以大豆為主要原料，其他有麥麩、小麥、玉米等，將原料經(jīng)粉碎制成固體培養(yǎng)基，在小麥、玉米等，將原料經(jīng)粉

4、碎制成固體培養(yǎng)基，在好氧條件下，利用產(chǎn)生蛋白酶的霉菌，如好氧條件下，利用產(chǎn)生蛋白酶的霉菌，如黑曲霉黑曲霉進(jìn)進(jìn)行發(fā)酵。微生物在生長過程中會產(chǎn)生大量的蛋白酶，行發(fā)酵。微生物在生長過程中會產(chǎn)生大量的蛋白酶，將培養(yǎng)基中的蛋白質(zhì)水解成小分子的肽和氨基酸，將培養(yǎng)基中的蛋白質(zhì)水解成小分子的肽和氨基酸，然后淋洗、調(diào)制成醬油產(chǎn)品。醬油富含氨基酸和肽，然后淋洗、調(diào)制成醬油產(chǎn)品。醬油富含氨基酸和肽，具有特殊香味。具有特殊香味。 醬：醬：以大豆和少量面粉為原料，蒸煮后在空氣中自然發(fā)以大豆和少量面粉為原料，蒸煮后在空氣中自然發(fā)酵。發(fā)酵過程主要是能夠產(chǎn)生蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶酵。發(fā)酵過程主要是能夠產(chǎn)生蛋白酶、脂肪酶和淀粉

5、酶的的霉菌霉菌，將大豆中的蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉分解，產(chǎn)生出，將大豆中的蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉分解，產(chǎn)生出氨基酸、多肽、甘油、脂肪酸等多種物質(zhì)。這些物質(zhì)使氨基酸、多肽、甘油、脂肪酸等多種物質(zhì)。這些物質(zhì)使醬具有獨(dú)特的醬香味。醬具有獨(dú)特的醬香味。n酸奶：酸奶：牛奶在厭氧條件下，由牛奶在厭氧條件下，由乳酸菌乳酸菌發(fā)酵，發(fā)酵，將乳糖分解，并進(jìn)一步發(fā)酵產(chǎn)生乳酸和其他將乳糖分解，并進(jìn)一步發(fā)酵產(chǎn)生乳酸和其他有機(jī)酸，以及一些芳香物質(zhì)和維生素等；同有機(jī)酸，以及一些芳香物質(zhì)和維生素等；同時蛋白質(zhì)也部分水解。因此，酸奶是營養(yǎng)豐時蛋白質(zhì)也部分水解。因此，酸奶是營養(yǎng)豐富、易消化，少含乳糖，是適合于有乳糖不富、易消化，少含乳糖，

6、是適合于有乳糖不適應(yīng)癥者的優(yōu)良食品。適應(yīng)癥者的優(yōu)良食品。 n酒釀酒釀：是大米經(jīng)蒸煮后，接種是大米經(jīng)蒸煮后，接種根霉根霉，在好氧條，在好氧條件下，發(fā)酵生產(chǎn)的含低濃度酒精和不同糖分的件下，發(fā)酵生產(chǎn)的含低濃度酒精和不同糖分的食品。根霉在生長時會產(chǎn)生大量的淀粉酶，將食品。根霉在生長時會產(chǎn)生大量的淀粉酶，將大米中的淀粉水解成葡萄糖，同時利用部分葡大米中的淀粉水解成葡萄糖，同時利用部分葡萄糖發(fā)酵產(chǎn)生酒精。萄糖發(fā)酵產(chǎn)生酒精。n面包：現(xiàn)在的面包均是利用活性干酵母（面包酵母）經(jīng)活化后，與面粉混合發(fā)酵，再加入各種添加劑，經(jīng)烤制生產(chǎn)的。面粉發(fā)酵后淀粉結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，變得易于消化、營養(yǎng)易于吸收。n饅頭：饅頭：以前做饅頭

7、的面粉是經(jīng)自然發(fā)酵后蒸制以前做饅頭的面粉是經(jīng)自然發(fā)酵后蒸制的，如果連續(xù)使用面肥發(fā)酵，經(jīng)幾代發(fā)酵，微的，如果連續(xù)使用面肥發(fā)酵，經(jīng)幾代發(fā)酵，微生物會因生長優(yōu)勢而單一化。發(fā)酵的菌種一般生物會因生長優(yōu)勢而單一化。發(fā)酵的菌種一般多為多為乳酸菌乳酸菌。因為發(fā)酵產(chǎn)酸，在蒸制前要用堿。因為發(fā)酵產(chǎn)酸，在蒸制前要用堿中和酸，制得的饅頭才松軟適口、帶有特殊香中和酸，制得的饅頭才松軟適口、帶有特殊香味?，F(xiàn)在，大批量生產(chǎn)是采用味。現(xiàn)在，大批量生產(chǎn)是采用干酵母干酵母發(fā)酵，所發(fā)酵，所以不產(chǎn)酸，不需要再用堿中和即可蒸制。以不產(chǎn)酸，不需要再用堿中和即可蒸制。n泡菜：（乳酸菌）n腐乳：（毛霉、青霉、酵母、曲霉等）n酸菜：與泡菜類

8、似。n糖果、餅干、果凍糖果、餅干、果凍等添加了等添加了紅曲色素紅曲色素，以調(diào)節(jié)色澤；，以調(diào)節(jié)色澤；n果汁、餅干、面包、點心、方便面果汁、餅干、面包、點心、方便面等添加了等添加了黃原膠黃原膠，起，起懸浮、穩(wěn)定、增稠、改善口感、防止粘牙、延長儲存期懸浮、穩(wěn)定、增稠、改善口感、防止粘牙、延長儲存期等作用；等作用；n各類罐頭，包括蔬菜、水果、蘑菇、魚類、肉類、蛋類各類罐頭，包括蔬菜、水果、蘑菇、魚類、肉類、蛋類罐頭，香腸，包裝奶罐頭，香腸，包裝奶等添加了等添加了乳鏈桿菌肽乳鏈桿菌肽，以保鮮、防，以保鮮、防腐，保存營養(yǎng)和改善口感等；腐，保存營養(yǎng)和改善口感等；n各種果汁、啤酒和飲料各種果汁、啤酒和飲料中均

9、需使用中均需使用檸檬酸或乳酸檸檬酸或乳酸作為酸作為酸味劑調(diào)節(jié)口味、口感；味劑調(diào)節(jié)口味、口感；n可以說市場上出售的各類食品均加有各種食品添加劑，可以說市場上出售的各類食品均加有各種食品添加劑，其中約其中約70%70%80%80%的食品添加劑是用發(fā)酵法的食品添加劑是用發(fā)酵法，或發(fā)酵產(chǎn)生，或發(fā)酵產(chǎn)生的酶，加工生產(chǎn)的。的酶，加工生產(chǎn)的。 微生物工程發(fā)酵與食品生產(chǎn)微生物工程發(fā)酵與食品生產(chǎn)微生物與微生物與發(fā)酵食品發(fā)酵食品發(fā)酵生產(chǎn)發(fā)酵生產(chǎn)的歷史的歷史傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)發(fā)酵與發(fā)酵與發(fā)酵食品發(fā)酵食品微生物發(fā)酵微生物發(fā)酵需要的條件需要的條件傳統(tǒng)發(fā)酵技傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的作用術(shù)的作用防止食物

10、腐敗防止食物腐敗口感更好口感更好營養(yǎng)更好營養(yǎng)更好更易消化更易消化現(xiàn)代發(fā)酵技現(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)的作用術(shù)的作用生產(chǎn)效率高生產(chǎn)效率高質(zhì)量易控制質(zhì)量易控制確保安全性確保安全性發(fā)酵食品發(fā)酵食品的生產(chǎn)的生產(chǎn)發(fā)酵食品的生產(chǎn)發(fā)酵食品的生產(chǎn)菌種的選育菌種的選育菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)培養(yǎng)基的配制培養(yǎng)基的配制水水碳源碳源氮源氮源無機(jī)鹽類無機(jī)鹽類生長因子生長因子滅菌和接種滅菌和接種發(fā)酵的條件控制發(fā)酵的條件控制溫度溫度溶氧量溶氧量分離和提純分離和提純加料口加料口放料口放料口無菌空氣入口無菌空氣入口排氣口排氣口冷卻水進(jìn)口冷卻水進(jìn)口冷卻水出口冷卻水出口PHPH檢測及控制裝置檢測及控制裝置攪拌器攪拌器n原始發(fā)展階段（原始發(fā)展

11、階段（發(fā)酵技術(shù)原始，頂多是家庭小制作，技術(shù)發(fā)酵技術(shù)原始，頂多是家庭小制作，技術(shù)進(jìn)步緩慢，完全是經(jīng)驗式的，并不知道其中的原理進(jìn)步緩慢，完全是經(jīng)驗式的，并不知道其中的原理 。） n傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)階段（傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)階段（人們才開始了解發(fā)酵現(xiàn)象的本質(zhì)人們才開始了解發(fā)酵現(xiàn)象的本質(zhì) ，采用開放式的發(fā)酵方式，生產(chǎn)過程較為簡單，對生產(chǎn)設(shè)備要求不采用開放式的發(fā)酵方式，生產(chǎn)過程較為簡單，對生產(chǎn)設(shè)備要求不高，規(guī)模一般不大高，規(guī)模一般不大 。）n現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)階段（現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)階段（生產(chǎn)技術(shù)要求高；生產(chǎn)規(guī)模大；技生產(chǎn)技術(shù)要求高；生產(chǎn)規(guī)模大；技術(shù)發(fā)展速度快；菌種的生產(chǎn)能力大幅度提高，新產(chǎn)品、新技術(shù)、術(shù)發(fā)展速度快；菌種的生產(chǎn)

12、能力大幅度提高，新產(chǎn)品、新技術(shù)、新設(shè)備的應(yīng)用達(dá)到前所未有的程度新設(shè)備的應(yīng)用達(dá)到前所未有的程度。 ）n生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)階段生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)階段 （利用構(gòu)建的基因工程菌生產(chǎn)利用構(gòu)建的基因工程菌生產(chǎn) ）n四千年前，利用微生物釀酒；四千年前，利用微生物釀酒；n18571857年，巴斯德證明活酵母能酒精發(fā)酵；年，巴斯德證明活酵母能酒精發(fā)酵；1919世紀(jì)世紀(jì)末到末到2020世紀(jì)世紀(jì)3030年代，利用微生物生產(chǎn)的新產(chǎn)品不年代，利用微生物生產(chǎn)的新產(chǎn)品不斷出現(xiàn)斷出現(xiàn)n2020世紀(jì)世紀(jì)40-5040-50年代，無菌技術(shù)的發(fā)展和大型發(fā)酵罐年代，無菌技術(shù)的發(fā)展和大型發(fā)酵罐的設(shè)計成功，例：弗洛里、錢恩研究出了大規(guī)模的設(shè)計成功，

13、例：弗洛里、錢恩研究出了大規(guī)模生產(chǎn)青霉素方法生產(chǎn)青霉素方法n2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代后，分子生物學(xué)的發(fā)展，利用基因年代后，分子生物學(xué)的發(fā)展，利用基因工程將特定的基因轉(zhuǎn)移到微生物中，獲得能生產(chǎn)工程將特定的基因轉(zhuǎn)移到微生物中，獲得能生產(chǎn)特定產(chǎn)品的基因工程菌，再進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)。特定產(chǎn)品的基因工程菌，再進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)。傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)階段生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)階段原始發(fā)酵工業(yè)原始發(fā)酵工業(yè)二、微生物發(fā)酵需要條件的探究二、微生物發(fā)酵需要條件的探究 微生物的發(fā)酵需要糖類，當(dāng)有糖類存在時酵母微生物的發(fā)酵需要糖類，當(dāng)有糖類存在時酵母菌能進(jìn)行發(fā)酵。菌能進(jìn)行發(fā)酵。實驗內(nèi)容：實驗內(nèi)容

14、： 探究酵母菌發(fā)酵所需要的條件探究酵母菌發(fā)酵所需要的條件假設(shè)假設(shè)號瓶號瓶內(nèi)容物內(nèi)容物結(jié)果結(jié)果1 1溫水、酵母溫水、酵母2 2溫水、酵母和溫水、酵母和5mL5mL鹽水鹽水3 3溫水、酵母和溫水、酵母和5mL5mL糖水糖水4 4溫水、酵母和溫水、酵母和30mL30mL糖水糖水5 5溫水、溫水、5mL5mL糖水糖水實驗記錄表實驗記錄表無氣體產(chǎn)生無氣體產(chǎn)生無氣體產(chǎn)生無氣體產(chǎn)生有氣體產(chǎn)生有氣體產(chǎn)生有大量氣體產(chǎn)生有大量氣體產(chǎn)生無氣體產(chǎn)生無氣體產(chǎn)生思考：思考：1 1、為什么要加入溫水？、為什么要加入溫水？2 2、設(shè)置、設(shè)置3 3號和號和4 4號瓶的目的是什么？為什么要設(shè)置號瓶的目的是什么？為什么要設(shè)置5 5號瓶？號瓶？3 3、如果在瓶中加入牛奶、硝酸鹽則結(jié)果有何不同？、如果在瓶中加入牛奶、硝酸鹽則結(jié)果有何不同？n發(fā)酵：發(fā)酵：是利用微生物，在適宜的條件下，將是利用微生物，在適宜的條件下，將原料經(jīng)過特定的代謝途徑轉(zhuǎn)化為人類所需原料經(jīng)過特定的代謝途徑轉(zhuǎn)化為人類所需要的產(chǎn)物的過程。要的產(chǎn)物的過程。如：如：生長因子無機(jī)鹽水氮源碳源酸堿度成 分是細(xì)是細(xì)胞內(nèi)胞內(nèi)各種各種化學(xué)化學(xué)