發(fā)酵食品工藝學(xué)課件

發(fā)酵的英文Fermentation是從拉丁語ferver即“翻騰”、“沸涌”、“發(fā)泡”而來；因?yàn)榘l(fā)酵有鼓泡和類似翻騰、沸涌的現(xiàn)象。如中國的黃酒、歐洲的beer就以起泡現(xiàn)象作為判斷發(fā)酵進(jìn)程的標(biāo)志。根據(jù)以往的觀念，人們通常把食品發(fā)酵作為整個發(fā)酵工業(yè)的分支。一、什么是發(fā)酵、釀造第一節(jié)什么是發(fā)酵、釀造第一章緒論第1頁/共52頁廣義——通過微生物的培養(yǎng)使某種特定代謝產(chǎn)物或菌體本身大量積累的過程。狹義——厭氧微生物或兼性厭氧微生物在無氧條件下進(jìn)行能量代謝并獲得能量的一種方式。發(fā)酵工業(yè)：（巴斯德）經(jīng)純種培養(yǎng)和提煉精制獲得的成分單純、無風(fēng)味要求的產(chǎn)品的生產(chǎn)過程叫發(fā)酵工業(yè)。如酒精、抗生素、檸檬酸、氨基酸、酶、維生素、某些色素等。1、發(fā)酵及發(fā)酵工業(yè)第一節(jié)什么是發(fā)酵、釀造第一章緒論第2頁/共52頁2、釀造(brewing)和釀造工業(yè)釀造(brewing)：我國人們對對一些特定產(chǎn)品發(fā)酵生產(chǎn)的特殊稱法，是未知的混合微生物區(qū)系參與的一種自然發(fā)酵。釀造工業(yè)：經(jīng)自然培養(yǎng)、不需提煉精制、產(chǎn)品由復(fù)雜成分構(gòu)成并對風(fēng)味有特殊要求的食品或調(diào)味品的生產(chǎn)過程。如黃酒、白酒、清酒、葡萄酒、醬油、醋、腐乳、豆豉、面醬等。第3頁/共52頁1676年列文虎克（Leewenhoch）1836—1837年Larkutzing1856—1857年P(guān)asteur1870年P(guān)asteur1880年科赫（RobertKoch）1897年，Buchner（布赫納）1928年，F(xiàn)leming1940年，F(xiàn)lorery和Chain1945年，抗生素工業(yè)二、發(fā)酵工業(yè)的微生物技術(shù)發(fā)展史第二節(jié)、微生物技術(shù)發(fā)展史第一章緒論第4頁/共52頁列文虎克（Leewenhoch,1632-1723）——微生物形態(tài)學(xué)發(fā)展階段荷蘭業(yè)余科學(xué)家，1676年，用自磨鏡片創(chuàng)造了一架能放大266倍的原始顯微鏡一生制作了419臺顯微鏡；發(fā)表論文400余篇，375篇寄往英國皇家學(xué)會發(fā)表。第二節(jié)、微生物技術(shù)發(fā)展史第一章緒論第5頁/共52頁第6頁/共52頁AnthnoyvanLeeuwenhoek與他的顯微鏡AnthnoyvanLeeuwenhoek1684年寄給皇家協(xié)會信的部分內(nèi)容第7頁/共52頁Larkutzing1836-1837年Larkutzing發(fā)現(xiàn)在啤酒的發(fā)酵中存在活的生物體，但并未發(fā)現(xiàn)發(fā)酵與微生物的關(guān)系。第二節(jié)、微生物技術(shù)發(fā)展史第一章緒論第8頁/共52頁不同時期觀察到的酵母菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)第9頁/共52頁細(xì)菌學(xué)（巴斯德、科赫）外科消毒術(shù)（Lister，1865）和乳酸菌的分離

根瘤菌等土壤微生物的研究（M·W貝，C·H維）無酵母菌壓汁酶功能的發(fā)現(xiàn)（E.Buchner,1897)化學(xué)藥劑和抗生素發(fā)現(xiàn)和臨床應(yīng)用（1909-1935）釀造技術(shù)日趨完美Cncnc-micro生理學(xué)發(fā)展階段代表人物和重要事件微生物生理學(xué)發(fā)展階段第10頁/共52頁

徹底否定了自然發(fā)生說證實(shí)發(fā)酵由微生物引起

巴斯德的功績免疫學(xué)—預(yù)防接種發(fā)明巴氏消毒法第11頁/共52頁無菌營養(yǎng)液出現(xiàn)微生物無菌營養(yǎng)液無生命出現(xiàn)加熱無菌營養(yǎng)液無生命出現(xiàn)巴斯德的雁頸瓶實(shí)驗(yàn)第12頁/共52頁結(jié)論發(fā)酵是由微生物進(jìn)行的一種化學(xué)變化，不同類型的發(fā)酵是由形態(tài)可以區(qū)別的各種特殊的微生物所引起的。1870年，Pasteur發(fā)現(xiàn)了微生物之間有相互抑制的作用。即拮抗作用。其間1804年，法國廚師阿卑特（Appert）發(fā)明了瓶裝罐頭）第二節(jié)、微生物技術(shù)發(fā)展史第一章緒論第13頁/共52頁巴斯德發(fā)現(xiàn)免疫現(xiàn)象↑動物實(shí)驗(yàn)↓人體實(shí)驗(yàn)幾星期后42-43oC下培養(yǎng)的老齡炭疽菌獲免疫力37oC下培養(yǎng)的新鮮炭疽菌病犬延髓（幾代減毒）被瘋狗嚴(yán)重咬傷的9歲男童第14頁/共52頁科赫的功績證實(shí)炭疽病因—炭疽桿菌發(fā)現(xiàn)結(jié)核病原菌—結(jié)核桿菌科赫法則發(fā)明培養(yǎng)基并用其純化微生物等一系列研究方法的創(chuàng)立第15頁/共52頁劃線法獲得單菌落

科赫定理圖示單菌落第16頁/共52頁結(jié)論1880年，發(fā)現(xiàn)可以通過稀釋把多種微生物分離開來，建立了單種微生物的分離和純培養(yǎng)技術(shù)。建立了研究的微生物一系列方法，把早年在馬鈴薯塊上的培養(yǎng)技術(shù)改為明膠平板（1881）和

瓊脂平板（1882）顯微鏡技術(shù)：包括細(xì)菌鞭毛在內(nèi)的許多染色方法、懸滴培養(yǎng)法以及顯微攝影技術(shù)。利用平板分離方法找到并分離許多傳染病的病源菌（炭疽、結(jié)核、鏈球、）1884年提出了科赫法則（Koch’sostulates）：病原微生物存在與病體而非健康體；可純培養(yǎng)；純培養(yǎng)物接種后染病；可重新分離再培養(yǎng)。第17頁/共52頁奠基人巴斯德·路易斯(1822-1895)微生物奠基人第二節(jié)、微生物技術(shù)發(fā)展史第一章緒論Koch,robert(1843-1910)細(xì)菌學(xué)奠基人第18頁/共52頁(JosephLister,1827~1912)首創(chuàng)用石炭酸噴灑手術(shù)室和煮沸手術(shù)用具以防術(shù)后感染，為防腐、消毒，以及無菌操作奠定了基礎(chǔ)。第19頁/共52頁1878年，李斯特分離乳酸鏈球菌時用注射器和酒杯培養(yǎng)裝置第20頁/共52頁Buchner（布赫納）1897年，Buchner（布赫納）闡明了發(fā)酵的化學(xué)本質(zhì)。即發(fā)酵是由酶引起的一類化學(xué)反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)：酵母菌細(xì)胞用石英砂磨碎制成酵母汁（應(yīng)用于醫(yī)學(xué)）+白砂糖（防腐）意外發(fā)現(xiàn)發(fā)酵這是無生物細(xì)胞體系發(fā)酵的最初例子。第二節(jié)、微生物技術(shù)發(fā)展史第一章緒論第21頁/共52頁Fleming1928年，F(xiàn)leming發(fā)現(xiàn)了青霉素，開創(chuàng)了好氣性發(fā)酵工程，建立了通風(fēng)攪拌技術(shù)。弗萊明(1881～1995)

英國細(xì)菌學(xué)家1928年，F(xiàn)leming將其命名為：青霉素第二節(jié)、微生物技術(shù)發(fā)展史第一章緒論第22頁/共52頁

霉菌菌落周圍出現(xiàn)抑制萄

葡球菌生長的抑制現(xiàn)象產(chǎn)黃青霉菌落細(xì)菌生長抑制區(qū)域正常細(xì)菌生長區(qū)域---抗生素的發(fā)現(xiàn)第23頁/共52頁1940年，F(xiàn)lorery和Chain：碘黃青霉基中得到了純品青霉素，繼而放線菌——鏈霉素，金、土、卡那、紅、新、慶大……..等相繼發(fā)現(xiàn)。1984年達(dá)9000多種。1945年，抗生素工業(yè)（發(fā)酵工業(yè)正式興起）Florery和Chain第二節(jié)、微生物技術(shù)發(fā)展史第一章緒論第24頁/共52頁J.D.Waston,H.F.C.Crick

發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋模型分子生物學(xué)發(fā)展階段（成熟期）第25頁/共52頁Watson和Crick1956年，Watson和

Crick發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，為微生物遺傳學(xué)及育種技術(shù)的研究帶來極大發(fā)展。第二節(jié)、微生物技術(shù)發(fā)展史第一章緒論第26頁/共52頁分子生物學(xué)發(fā)展階段（成熟期）特點(diǎn)微生物學(xué)成為十分熱門的前沿基礎(chǔ)學(xué)科微生物成為生物學(xué)研究中的最主要對象生物工程中，發(fā)酵工程是最成熟的應(yīng)用技術(shù)Cncnc-micro第27頁/共52頁氨基酸生產(chǎn)菌種1956年，日本的士下祝郎利用發(fā)酵法制造出了Glu。至今22種氨基酸用發(fā)酵法生產(chǎn)，其中18種直接發(fā)酵，4種用酶轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)。第二節(jié)、微生物技術(shù)發(fā)展史第一章緒論第28頁/共52頁第一個轉(zhuǎn)折點(diǎn)——微生物純種分離培養(yǎng)技術(shù)建立自然發(fā)酵時期：知其然而不知其所以然，如厭氣性——酒類，好氣性——醋。微生物純種分離培養(yǎng)技術(shù)，開創(chuàng)了人為控制微生物時代，減少了腐敗現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了無菌操作；發(fā)明了簡便的密封式發(fā)酵罐；人工控制條件，提高發(fā)酵效率，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。三、發(fā)酵工業(yè)的工程技術(shù)發(fā)展史第四節(jié)工程技術(shù)發(fā)展史第一章緒論第29頁/共52頁20世紀(jì)40年代，由于二戰(zhàn)暴發(fā)，刺激了抗生素發(fā)酵工業(yè)的興起，成功建立起深層通氣培養(yǎng)法及整套工藝，包括向發(fā)酵罐內(nèi)通入大量無菌空氣、通過攪拌使空氣分布均勻、培養(yǎng)基的滅菌和無菌接種、通氧量、pH、培養(yǎng)物供給等均已解決，刺激了有機(jī)酸、酶制劑、維生素、激素等的大規(guī)模生產(chǎn)。第二個轉(zhuǎn)折點(diǎn)——通氣攪拌的好氧發(fā)酵工程技術(shù)建立（深層液態(tài)發(fā)酵）第四節(jié)工程技術(shù)發(fā)展史第一章緒論第30頁/共52頁以動態(tài)生物化學(xué)和遺傳學(xué)為基礎(chǔ)，將微生物進(jìn)行人工誘變，選育高產(chǎn)菌株，實(shí)現(xiàn)有選擇地大量生產(chǎn)目的產(chǎn)物。該技術(shù)先在氨基酸生產(chǎn)上獲得成功，而后在核苷酸、有機(jī)酸、抗生素等其它產(chǎn)品中得到應(yīng)用。第三個轉(zhuǎn)折點(diǎn)——人工誘變育種和代謝控制發(fā)酵工程技術(shù)的建立第四節(jié)工程技術(shù)發(fā)展史第一章緒論第31頁/共52頁

發(fā)酵罐的大型化、多樣化、連續(xù)化和自動化方面有了極大發(fā)展。發(fā)酵過程的基本參數(shù)包括T、Ph、罐壓、溶O2、Eh、空氣流量、泡沫、CO2含量等均可自動記錄和控制。（在線測試探頭等）

——發(fā)酵與釀造技術(shù)的第四個轉(zhuǎn)折點(diǎn)第四個轉(zhuǎn)折點(diǎn)——發(fā)酵動力學(xué)、發(fā)酵的連續(xù)化自動化工程技術(shù)的建立第四節(jié)工程技術(shù)發(fā)展史第一章緒論第32頁/共52頁

針對單純發(fā)酵法的缺陷，利用發(fā)酵法生產(chǎn)前體，用化學(xué)合成法得到終產(chǎn)品或反之。如Amyno法生產(chǎn)醬油?！l(fā)酵與釀造技術(shù)的第五個轉(zhuǎn)折點(diǎn)第五個轉(zhuǎn)折點(diǎn)

——微生物生物合成和化學(xué)反應(yīng)合成相結(jié)合工程技術(shù)的建立第四節(jié)工程技術(shù)發(fā)展史第一章緒論第33頁/共52頁DNA重組技術(shù)大大推動了發(fā)酵與釀造技術(shù)的發(fā)展細(xì)胞融合技術(shù)：基因體外重組與克隆的工程菌株構(gòu)建生物反應(yīng)器：反應(yīng)罐等設(shè)備、昆蟲軀體、動物細(xì)胞乳腺、植物細(xì)胞的根莖果實(shí)。DNA重組技術(shù)第四節(jié)工程技術(shù)發(fā)展史第一章緒論第34頁/共52頁發(fā)酵是一門古老而又現(xiàn)代的技術(shù)，結(jié)合了神秘的傳統(tǒng)、古老的文化和變化無窮的生物技術(shù)。文化底蘊(yùn)深厚、產(chǎn)品形態(tài)多種多樣、技術(shù)手段推陳出新、理論研究和技術(shù)創(chuàng)新永無止境。四、發(fā)酵食品的淵源及其文化內(nèi)涵第三節(jié)淵源及其文化內(nèi)涵第一章緒論第35頁/共52頁

最早的發(fā)酵產(chǎn)品據(jù)記載起源與5000BC。據(jù)記載最早的發(fā)酵食品應(yīng)是酒類，通常認(rèn)為是wine,因?yàn)榇笞匀恢芯邆淞艘吧惡徒湍妇?，條件適宜情況下即行發(fā)酵。在神話傳說中亦有猿猴釀酒之說。由于自然界中資源的多樣性（F、M），便有了多種多樣的發(fā)酵食品。

4000BC——Beer，至古埃及即出現(xiàn)了麥芽糖化。

5000~6000BC——wine、黃酒、白酒、Cheese4000BC——Beer，至古埃及即出現(xiàn)了麥芽糖化。

(醬油、調(diào)味品)白酒：農(nóng)業(yè)社會糧食節(jié)余，生霉、發(fā)酵、蒸餾而得）古

老：第三節(jié)淵源及其文化內(nèi)涵第一章緒論第36頁/共52頁古老的發(fā)酵食品自產(chǎn)生以來，長時間內(nèi)停留在自然釀造階段。即知其然而不知其所以然，通常以經(jīng)驗(yàn)掌握。由于節(jié)氣、環(huán)境的變化即決定了產(chǎn)品的成敗，因此食品釀造甚至被賦予很多神秘色彩，甚至出現(xiàn)了對曲的頂禮膜拜，與一些祭祀活動也連起來。由于其發(fā)酵的機(jī)理一直未能充分揭示，因此發(fā)酵技術(shù)也遲遲未能進(jìn)一步發(fā)揚(yáng)光大和合理調(diào)控。直到巴斯德、科赫等人的工作成果推動了微生物發(fā)酵及工藝調(diào)控的推陳出新。現(xiàn)

代：第三節(jié)淵源及其文化內(nèi)涵第一章緒論第37頁/共52頁盡管如此，食品發(fā)酵與釀造仍然有許多難以解決的實(shí)際問題，例如許多工程方面的研究經(jīng)驗(yàn)還不足，還沒有歸納為系統(tǒng)的理論，許多產(chǎn)品的發(fā)酵過程中的問題尚難以解決，很多問題有待研究探討。難以解決的實(shí)際問題第三節(jié)淵源及其文化內(nèi)涵第一章緒論第38頁/共52頁

絲狀真菌的發(fā)酵（霉菌、放線菌）：由于沒有完善的理論指導(dǎo)，因而還沒有滿意的設(shè)計和放大方法，而霉菌、放線菌又是發(fā)酵工業(yè)中占重要地位的菌類。連續(xù)發(fā)酵的理論雖然研究很多，但許多生產(chǎn)實(shí)際問題仍然未能解決，由于菌種的突變、微生物的復(fù)雜性和多樣性以及試驗(yàn)工藝條件的不穩(wěn)定性和局限性等問題，除了酵母、啤酒、酒精、丙酮、丁醇、葡萄糖酸的發(fā)酵和活性淀粉的處理采用連續(xù)發(fā)酵外，大規(guī)模生產(chǎn)上極少采用。難以解決的實(shí)際問題第三節(jié)淵源及其文化內(nèi)涵第一章緒論第39頁/共52頁關(guān)于酒曲，“千年酒窖萬年糟”之說，引起了國內(nèi)外研究者的濃厚興趣。與許多民族文化融為一體。英國的Whisky荷蘭的Cheese俄國的黑面包（大臉面包）德國的啤酒中國的白酒日本的清酒法國的香檳文化內(nèi)涵：第三節(jié)淵源及其文化內(nèi)涵第一章緒論第40頁/共52頁中國的酒文化，出現(xiàn)了各時代以酒為載體的詩詞歌賦“借酒吟詩”、“以詩言志”。陶淵明的詩幾乎詩詩有酒——《桃花源記》李白1050首詩中170首——借酒詩狂杜甫1400余首詩中300余首——借酒消愁歐陽修的《醉翁亭記》——“醉翁”（瑯琊山）工藝方面：踩曲邊踏邊唱、《紅高粱》、日本的酒曲聽音樂即“陳化”等文化內(nèi)涵：第三節(jié)淵源及其文化內(nèi)涵第一章緒論第41頁/共52頁1、按產(chǎn)業(yè)部門來分：釀酒工業(yè)傳統(tǒng)釀造工業(yè)有機(jī)酸發(fā)酵工業(yè)酶制劑發(fā)酵工業(yè)：淀粉酶中95%以上為霉菌、細(xì)菌淀粉酶氨基酸發(fā)酵工業(yè)功能性食品生產(chǎn)工業(yè)：低聚糖、真菌多糖、紅曲等食品添加劑生產(chǎn)工業(yè)：黃原膠、海藻糖菌體制造工業(yè)：單細(xì)胞蛋白、酵母等維生素發(fā)酵工業(yè)：Vc、VB2、VB12核苷酸發(fā)酵工業(yè)：ATP、IMP、GMP五、發(fā)酵與釀造的研究對象第五節(jié)研究對象第一章緒論第42頁/共52頁2、按產(chǎn)品性質(zhì)來分：代謝產(chǎn)物發(fā)酵：產(chǎn)品包括初級代謝產(chǎn)物、中間代謝產(chǎn)物、次級代謝產(chǎn)物。

1、初級代謝產(chǎn)物：微生物生長不同階段產(chǎn)生不同的代謝產(chǎn)物，對數(shù)生長期形成的產(chǎn)物往往是細(xì)胞自身生長所必需的，如氨基酸、核苷酸、蛋白質(zhì)、脂類、糖類等。

2、次級代謝產(chǎn)物：微生物細(xì)胞生長進(jìn)入穩(wěn)定期，有些微生物合成的在對數(shù)生長期不能合成的、對細(xì)胞代謝沒有明顯意義但具有明顯優(yōu)勢的化合物。第43頁/共52頁酶制劑發(fā)酵：1894年，日本高峰(Takanin)利用霉菌→高峰淀粉E（胞內(nèi)或胞外）→E分離提取→E制劑→固定化酶（中國的曲酒可以看成是復(fù)合酶制劑的生產(chǎn)）。生物轉(zhuǎn)化發(fā)酵：生物轉(zhuǎn)化是指利用生物細(xì)胞中的一種或多種酶，作用于一些化合物的特定部位（基團(tuán)），使它轉(zhuǎn)變成結(jié)構(gòu)相類似但具有更大經(jīng)濟(jì)價值化合物的生化反應(yīng)。其特點(diǎn)是：反應(yīng)特異性強(qiáng)。如：LA→CLASCP、藻類、食用菌類（冬蟲夏草、蜜環(huán)菌、靈芝、茯苓、香菇、云芝）2、按產(chǎn)品性質(zhì)來分：第五節(jié)研究對象第一章緒論第44頁/共52頁與化學(xué)工業(yè)相比，食品發(fā)酵與釀造的特點(diǎn)：安全簡單原料廣泛反應(yīng)專一代謝多樣易受污染菌種選育六、食品發(fā)酵與釀造的特點(diǎn)

第六節(jié)食品發(fā)酵與釀造的特點(diǎn)第一章緒論第45頁/共52頁1、采用多種原料，且多以淀粉質(zhì)原料為主。植物性原料：麥：beer、bread、格瓦斯(Kowas)豆：醬油、豆豉、腐乳（ToFo）、Temph、納豆水果：酒、果醋菜：Kimichi（朝鮮）茶葉：紅茶、茶菌（海寶，醋酸菌、酵母、乳酸菌+紅茶水+糖）動物性原料：乳：酸奶、Cheese、Kurmiss、Ketir肉：香腸、沙拉米(Salami)等我國發(fā)酵食品的工藝特色：

第六節(jié)食品發(fā)酵與釀造的特點(diǎn)第一章緒論第46頁/共52頁2、多菌種混合發(fā)酵，且多以霉菌為主的微生物群。（國外多以細(xì)菌、乳酸菌）3、工藝復(fù)雜、多用曲：董酒