食品生物技術(shù)概論 廖威 第四章 發(fā)酵工程及其在食品工業(yè)中的應用

1、 第四章第四章 發(fā)酵工程及其在食品工業(yè)中的應用發(fā)酵工程及其在食品工業(yè)中的應用第一節(jié)第一節(jié) 發(fā)酵工程概述發(fā)酵工程概述 第二節(jié)第二節(jié) 發(fā)酵工程在食品工業(yè)中的應用發(fā)酵工程在食品工業(yè)中的應用發(fā)酵法生產(chǎn)單細胞蛋白發(fā)酵法生產(chǎn)單細胞蛋白螺旋藻的培養(yǎng)生產(chǎn)及其應用螺旋藻的培養(yǎng)生產(chǎn)及其應用發(fā)酵法培養(yǎng)新型食品膠發(fā)酵法培養(yǎng)新型食品膠發(fā)酵法生產(chǎn)食用色素發(fā)酵法生產(chǎn)食用色素其它產(chǎn)品的發(fā)酵生產(chǎn)其它產(chǎn)品的發(fā)酵生產(chǎn)教教 學學 內(nèi)內(nèi) 容容第一節(jié)第一節(jié) 發(fā)酵工程概述發(fā)酵工程概述 1 1、Fermentation engineeringFermentation engineering： 指利用微生物的生長繁殖和代謝活動來大指利用微生物

2、的生長繁殖和代謝活動來大量生產(chǎn)人們所需要的產(chǎn)品的技術(shù)，也稱量生產(chǎn)人們所需要的產(chǎn)品的技術(shù)，也稱微生物微生物工程。工程。 它主要包括菌種選育、微生物代謝產(chǎn)物的它主要包括菌種選育、微生物代謝產(chǎn)物的發(fā)酵和分離純化等環(huán)節(jié)，同時也包括微生物生發(fā)酵和分離純化等環(huán)節(jié)，同時也包括微生物生理功能的工業(yè)化利用等。理功能的工業(yè)化利用等。2 2、發(fā)酵工程的歷史發(fā)展、發(fā)酵工程的歷史發(fā)展u 天然發(fā)酵階段天然發(fā)酵階段 u 微生物微生物純種培養(yǎng)純種培養(yǎng)技術(shù)技術(shù)u 微生物微生物液體深層發(fā)酵液體深層發(fā)酵技術(shù)技術(shù)u微生物工程時期微生物工程時期3、發(fā)酵工程的研究內(nèi)容、發(fā)酵工程的研究內(nèi)容 現(xiàn)代的發(fā)酵工程包括菌體生產(chǎn)和現(xiàn)代的發(fā)酵工程包括菌

3、體生產(chǎn)和代謝產(chǎn)物的發(fā)酵生產(chǎn)，還包括微生物代謝產(chǎn)物的發(fā)酵生產(chǎn)，還包括微生物機能的利用。機能的利用。主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：包括生產(chǎn)菌種的選育，培包括生產(chǎn)菌種的選育，培養(yǎng)基的配制、種子擴大培養(yǎng)、發(fā)酵過養(yǎng)基的配制、種子擴大培養(yǎng)、發(fā)酵過程中發(fā)酵條件的控制、產(chǎn)品的分離提程中發(fā)酵條件的控制、產(chǎn)品的分離提純等。純等。4、發(fā)酵工程有關(guān)設備與技術(shù)n生物反應器：提供并可控制微生物在培養(yǎng)及產(chǎn)生代謝產(chǎn)物的過程中溫度、水分、溶氧量、pH、適宜的營養(yǎng)物質(zhì)的濃度、細胞與營養(yǎng)物合適的混合強度等條件的一類裝置。n微生物發(fā)酵技術(shù)：各種微生物技術(shù)在發(fā)酵工程中的應用，其特點有： 反應耗能少，條件溫和； 能有效利用工業(yè)廢水、生產(chǎn)輔料等作為

4、發(fā)酵原料，有利于生產(chǎn)的綜合利用； 產(chǎn)物專一，副反應少，污染??； 對于復雜化合物的發(fā)酵生產(chǎn)具有高度選擇性。n發(fā)酵工程控制技術(shù)：將計算機、傳感器等現(xiàn)代監(jiān)測手段運用于發(fā)酵工程之中，實現(xiàn)對發(fā)酵工程中實時數(shù)據(jù)的監(jiān)控。n下游處理技術(shù)：發(fā)酵液的預處理、過濾、提取、精制、成品加工等步驟。n膜分離技術(shù)是以選擇性透過膜為分離介質(zhì)在膜兩側(cè)壓力差的作用下，使原料中某種組分選擇性地透過，從而使混合物得以分離以達到提純濃縮的目的。4、發(fā)酵工程有關(guān)設備與技術(shù)4、發(fā)酵工程有關(guān)設備與技術(shù) 發(fā)酵工程在食品工業(yè)中應用廣泛，主要有以下幾個方面：n生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品：啤酒、果酒、食醋等n生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑：改善食品品質(zhì)及色香味n

5、生產(chǎn)可食用的蛋白質(zhì)：單細胞蛋白第二節(jié)第二節(jié) 發(fā)酵工程在食品中的應用發(fā)酵工程在食品中的應用1、發(fā)酵法生產(chǎn)單細胞蛋白、發(fā)酵法生產(chǎn)單細胞蛋白（1）SCP生產(chǎn)菌種和原料生產(chǎn)菌種和原料（2）SCP的發(fā)酵生產(chǎn)的發(fā)酵生產(chǎn)（3）SCP的分離和純化的分離和純化（4）高活性干酵母的生產(chǎn)和應用）高活性干酵母的生產(chǎn)和應用單細胞蛋白（單細胞蛋白（single cell protein ，簡稱，簡稱SCP）：）： 是指通過大規(guī)模培養(yǎng)酵母或細菌等微生物而生是指通過大規(guī)模培養(yǎng)酵母或細菌等微生物而生產(chǎn)的用作食品或飼料的微生物蛋白。產(chǎn)的用作食品或飼料的微生物蛋白。富含蛋白質(zhì)的微生物：酵母菌、細菌、霉菌、食用菌富含蛋白質(zhì)的微生物：

6、酵母菌、細菌、霉菌、食用菌和藻類等。和藻類等。蛋白含量：蛋白含量：霉菌：霉菌：31%50% 酵母菌：酵母菌：47%56%細菌：細菌：72%83% 螺旋藻：螺旋藻：50%70%微生物的菌體蛋白營養(yǎng)價值：微生物的菌體蛋白營養(yǎng)價值：蛋白質(zhì)含量高達蛋白質(zhì)含量高達40%80%，比大豆、肉、魚等，比大豆、肉、魚等食品中蛋白含量高。食品中蛋白含量高。氨基酸的組成較為齊全，含有人體必需的氨基酸的組成較為齊全，含有人體必需的8種氨基種氨基酸。酸。含有多種維生素、碳水化合物、脂類、礦物質(zhì)，以含有多種維生素、碳水化合物、脂類、礦物質(zhì)，以及豐富的酶類和生物活性物質(zhì)。及豐富的酶類和生物活性物質(zhì)。 目前，人們已公認目前，

7、人們已公認SCP是非常具有應用前景的是非常具有應用前景的蛋白質(zhì)資源。蛋白質(zhì)資源。、直接食用：蛋白粉、直接食用：蛋白粉、“人造肉人造肉” 等。等。、作為食品添加劑，如：、作為食品添加劑，如： 食品的增鮮劑：已廣泛應用于調(diào)味料中。食品的增鮮劑：已廣泛應用于調(diào)味料中。 營養(yǎng)增強劑：補充蛋白質(zhì)或維生素、礦物質(zhì)等。營養(yǎng)增強劑：補充蛋白質(zhì)或維生素、礦物質(zhì)等。 抗氧化劑：常用于嬰兒粉及湯料等中?？寡趸瘎撼Ｓ糜趮雰悍奂皽系戎?。 減肥食品的添加劑：干酵母熱量低。減肥食品的添加劑：干酵母熱量低。3、其他應用：如意大利烘餅中加入活性酵母，可、其他應用：如意大利烘餅中加入活性酵母，可提高餅的延薄性能。提高餅的延薄

8、性能。單細胞蛋白在食品工業(yè)中的應用：單細胞蛋白在食品工業(yè)中的應用：生產(chǎn)生產(chǎn)SCP的菌種：的菌種：酵母菌、細菌、霉菌和藻類等，用的較多的是酵酵母菌、細菌、霉菌和藻類等，用的較多的是酵母菌。母菌。如：釀酒酵母、產(chǎn)朊假絲酵母（或稱圓酵母）、如：釀酒酵母、產(chǎn)朊假絲酵母（或稱圓酵母）、脆壁克魯維酵母（或稱乳清酵母）。脆壁克魯維酵母（或稱乳清酵母）。優(yōu)良的優(yōu)良的SCP生產(chǎn)菌株應具有的性狀：無生理毒性、生產(chǎn)菌株應具有的性狀：無生理毒性、菌體蛋白含量高、生長速度快、對培養(yǎng)條件要求菌體蛋白含量高、生長速度快、對培養(yǎng)條件要求簡單和產(chǎn)品味道好易于吸收等。簡單和產(chǎn)品味道好易于吸收等。（1）SCP生產(chǎn)菌種和原料生產(chǎn)菌種

9、和原料生產(chǎn)原料：生產(chǎn)原料：1、烷烴類和石油化工產(chǎn)品、烷烴類和石油化工產(chǎn)品如甲烷、甲醇、乙醇、石蠟烴等。如甲烷、甲醇、乙醇、石蠟烴等。2、各種有機廢料和一些糖類物質(zhì)、各種有機廢料和一些糖類物質(zhì)有機廢料：如食品廠、釀造廠、造紙廠等廢棄物有機廢料：如食品廠、釀造廠、造紙廠等廢棄物以及農(nóng)作物秸桿等。以及農(nóng)作物秸桿等。糖類物質(zhì)：如糖蜜、淀粉類物質(zhì)等。糖類物質(zhì)：如糖蜜、淀粉類物質(zhì)等。（1）SCP生產(chǎn)菌種和原料生產(chǎn)菌種和原料（2）SCP的發(fā)酵生產(chǎn)工藝的發(fā)酵生產(chǎn)工藝一般一般SCP生產(chǎn)的概略流程圖生產(chǎn)的概略流程圖（3）SCP的分離和純化的分離和純化 SCP的發(fā)酵產(chǎn)品為菌體本身，分離工藝較的發(fā)酵產(chǎn)品為菌體本身，分

10、離工藝較簡單，過濾得到的菌體再用冷水洗滌，再過濾簡單，過濾得到的菌體再用冷水洗滌，再過濾得到酵母濃縮物，以得到酵母濃縮物，以30的熱風干燥，并制成的熱風干燥，并制成塊狀或粒狀。塊狀或粒狀。(4) 高活性干酵母的生產(chǎn)和應用高活性干酵母的生產(chǎn)和應用高活性干酵母：（高活性干酵母：（high active dry yeast，簡稱簡稱HADY），顆粒狀的含，顆粒狀的含水量為水量為46的具有高發(fā)酵活力的酵母成品（一般活細胞數(shù)的具有高發(fā)酵活力的酵母成品（一般活細胞數(shù)200 億億 cfu/g ）。）?；咎卣鳎撼叵麻L期貯存而不失活性；復水后可恢復成自然狀態(tài)并具有基本特征：常溫下長期貯存而不失活性；復水后可

11、恢復成自然狀態(tài)并具有正常正常酵母酵母活性?；钚?。HADY的制作技術(shù)的制作技術(shù)發(fā)酵培養(yǎng)液預處理：發(fā)酵培養(yǎng)液預處理：菌種的擴大培養(yǎng)：菌種的擴大培養(yǎng)：接種發(fā)酵：接種發(fā)酵：分離洗滌：分離洗滌：干燥：干燥：n優(yōu)質(zhì)的生物膨松劑和發(fā)酵劑：作用時間短、使用方便、發(fā)酵力強、發(fā)酵后不需要用堿中和n用于酒精和白酒的生產(chǎn)：提高發(fā)酵的安全性和穩(wěn)定性，節(jié)約了能耗，提高出酒率HADY的應用的應用2、螺旋藻的培養(yǎng)生產(chǎn)及其應用、螺旋藻的培養(yǎng)生產(chǎn)及其應用藻類含有較高的蛋白質(zhì)，一般含可消化蛋白藻類含有較高的蛋白質(zhì)，一般含可消化蛋白4570，其氨基酸種類含量與單細胞微生物相，其氨基酸種類含量與單細胞微生物相同。而且藻類的生長速度比高

12、等植物快同。而且藻類的生長速度比高等植物快 。螺旋藻被認為是最重要的蛋白質(zhì)資源之一。螺旋螺旋藻被認為是最重要的蛋白質(zhì)資源之一。螺旋藻在地球上出現(xiàn)已有藻在地球上出現(xiàn)已有30億年之久，是一種利用光億年之久，是一種利用光合作用的水生低等植物，在分類學上屬于藍藻門，合作用的水生低等植物，在分類學上屬于藍藻門，顫藻科，已發(fā)現(xiàn)有顫藻科，已發(fā)現(xiàn)有30多種，因其藻體呈絲狀螺旋多種，因其藻體呈絲狀螺旋形而得名。至目前為止，有利用價值的藻種主要形而得名。至目前為止，有利用價值的藻種主要有兩種：鈍頂螺旋藻和極大螺旋藻。有兩種：鈍頂螺旋藻和極大螺旋藻。螺旋藻研究開發(fā)的進展及其藥理評價螺旋藻研究開發(fā)的進展及其藥理評價

13、人類食用螺旋藻的歷史已有幾百年。人類食用螺旋藻的歷史已有幾百年。最初發(fā)現(xiàn)螺旋藻是在非洲中部乍得湖畔及墨西哥迪最初發(fā)現(xiàn)螺旋藻是在非洲中部乍得湖畔及墨西哥迪斯科克湖，當?shù)厝擞脕硎秤没蛑瞥娠炇?，有益于健斯科克湖，當?shù)厝擞脕硎秤没蛑瞥娠炇常幸嬗诮】悼?。本世紀本世紀50年代以后，乍得把螺旋藻制成食品其商品年代以后，乍得把螺旋藻制成食品其商品名為名為“Dihe”； 1964年，比利時植物學家年，比利時植物學家Jean Lenoard從食用螺旋藻從食用螺旋藻和出售的和出售的“Dihe”中，分離出螺旋藻，在實驗室進行中，分離出螺旋藻，在實驗室進行培養(yǎng)試驗，培養(yǎng)試驗，1967年年3月首次發(fā)表了實驗結(jié)果，為螺

14、旋月首次發(fā)表了實驗結(jié)果，為螺旋藻的人工養(yǎng)殖開創(chuàng)了先例藻的人工養(yǎng)殖開創(chuàng)了先例 1968年，法國石油研究所與墨西哥一家公司合作，年，法國石油研究所與墨西哥一家公司合作，利用墨西哥迪斯科克湖的螺旋藻資源，建成了利用墨西哥迪斯科克湖的螺旋藻資源，建成了700m2的培養(yǎng)池，年產(chǎn)量為的培養(yǎng)池，年產(chǎn)量為300t左右，成為世界上第一間螺左右，成為世界上第一間螺旋藻生產(chǎn)工廠旋藻生產(chǎn)工廠 螺旋藻除了營養(yǎng)成分完全、療效作用大以外，還由螺旋藻除了營養(yǎng)成分完全、療效作用大以外，還由于其細胞壁薄，纖維素含量低，很易消化吸收，消于其細胞壁薄，纖維素含量低，很易消化吸收，消化率達化率達95 。美國美國Earthrise公司生

15、產(chǎn)的螺旋藻片劑、粒劑和粉公司生產(chǎn)的螺旋藻片劑、粒劑和粉劑，零售價格為劑，零售價格為129美元美元kg 美國美國“Better Nutrition雜志列舉了螺旋藻雜志列舉了螺旋藻所含生理活性物質(zhì)和醫(yī)療特性，認為螺旋藻對所含生理活性物質(zhì)和醫(yī)療特性，認為螺旋藻對糖尿病、貧血癥、肝臟疾病、潰瘍病、胰腺炎、糖尿病、貧血癥、肝臟疾病、潰瘍病、胰腺炎、視力障礙、白血癥、過敏癥、癌癥視力障礙、白血癥、過敏癥、癌癥等均有治療等均有治療和預防功效。和預防功效。日本的醫(yī)藥專家出版了日本的醫(yī)藥專家出版了神秘的螺旋藻神秘的螺旋藻一一書，介紹螺旋藻的藥效功能。書，介紹螺旋藻的藥效功能。美國報道從螺旋藻中提取的一種糖脂甚至

16、具美國報道從螺旋藻中提取的一種糖脂甚至具有阻止有阻止AIDS(愛滋愛滋)病毒的功效。病毒的功效。藻藍蛋白可作熒光探針，此外，螺旋藻還應藻藍蛋白可作熒光探針，此外，螺旋藻還應用于珍稀動物飼料和美容化妝品等的制造。用于珍稀動物飼料和美容化妝品等的制造。 我國對螺旋藻的開發(fā)研究始于70年代初，我國農(nóng)業(yè)部和國家科委把螺旋藻列入國家“七五”、“八五”攻關(guān)和推廣項目；中國科學院武漢水生所，青島海洋所、北京大學、南京大學、華南師范大學、華南理工大學、江西農(nóng)科院等對螺旋藻生物特性、養(yǎng)殖條件及藻粉的生理活性物質(zhì)進行了大量基礎研究；1987年，海南省鹽業(yè)總公司螺旋藻養(yǎng)殖成功；1992年深圳藍藻生物公司成立；廣東省

17、茂源進口總公司與廣州光華藥業(yè)股份公司合作研制出奇珍螺旋藻片，已大量投入市場，并正式成立廣州營養(yǎng)與健康研究會；廣東梅雁企業(yè)(集團)股份有限公司也建立大規(guī)模的養(yǎng)殖生產(chǎn)基地，所生產(chǎn)的梅雁牌螺旋藻片、螺旋藻膠囊已批準為保健食品產(chǎn)品。 螺旋藻的化學組成和營養(yǎng)螺旋藻的化學組成和營養(yǎng) 螺旋藻的化學組成螺旋藻的化學組成 蛋白質(zhì) 干藻粉蛋白質(zhì)含量干藻粉蛋白質(zhì)含量達達50507070，是，是大豆的大豆的2 2倍，比牛肉、倍，比牛肉、雞蛋白高雞蛋白高3.53.5倍，更倍，更加重要的是其蛋白加重要的是其蛋白質(zhì)中質(zhì)中8 8種必需氨基酸種必需氨基酸配比合理且全面。配比合理且全面。 碳水化合物 螺旋藻干粉中含碳水化合物螺旋

18、藻干粉中含碳水化合物15152020，其中含，其中含有有7 7一一8 8為螺旋藻活性多糖為螺旋藻活性多糖(SP-1)(SP-1)，其相對分子，其相對分子質(zhì)量為質(zhì)量為12 59012 590，其組分含，其組分含D-D-甘露糖甘露糖30.93830.938、D-D-葡葡萄糖萄糖29.77929.779、D-D-半乳糖半乳糖22.75522.755、葡萄糖醛酸、葡萄糖醛酸16.52616.526，經(jīng)現(xiàn)代醫(yī)學和藥理學評價，具有消除各，經(jīng)現(xiàn)代醫(yī)學和藥理學評價，具有消除各種炎癥、抑癌等功能。種炎癥、抑癌等功能。脂肪 螺旋藻具有低脂肪、低膽固醇的特點，其脂螺旋藻具有低脂肪、低膽固醇的特點，其脂類含量僅為類含

19、量僅為4 4左右，其中左右，其中-亞麻酸占亞麻酸占1 1，這種高度不飽和脂肪酸對降低膽固醇和作為這種高度不飽和脂肪酸對降低膽固醇和作為前列腺素合成的前體，并對降壓、止痛、消前列腺素合成的前體，并對降壓、止痛、消炎等具有重要的藥理作用。炎等具有重要的藥理作用。 維生素螺旋藻中含有多種維生素，其中維生素螺旋藻中含有多種維生素，其中維生素B12B12含量豐富，維生素含量豐富，維生素E E的含量也比麥芽的含量的含量也比麥芽的含量高。高。 植物色素螺旋藻的植物色素含量豐富，其類胡蘿卜素在螺旋藻的植物色素含量豐富，其類胡蘿卜素在干粉中的含量為干粉中的含量為0.20.20.40.4，為其它植物的，為其它植物

20、的1010倍以上，主要由葉黃素和倍以上，主要由葉黃素和-胡蘿卜素組成。胡蘿卜素組成。其中其中-胡蘿卜素在所有已知的食品中含量最胡蘿卜素在所有已知的食品中含量最高，是一類很有應用價值的色素源。高，是一類很有應用價值的色素源。它可在某些觀賞動物或蝦、魚類體內(nèi)合成蝦青它可在某些觀賞動物或蝦、魚類體內(nèi)合成蝦青素及斑螯黃質(zhì)，能有效地起到著色效果，從而素及斑螯黃質(zhì)，能有效地起到著色效果，從而使對蝦、珍貴海產(chǎn)魚類、觀賞魚、寵物、雞及使對蝦、珍貴海產(chǎn)魚類、觀賞魚、寵物、雞及雞蛋等具有美麗的色彩。雞蛋等具有美麗的色彩。 礦物質(zhì)lOOglOOg螺旋藻干粉中含鉀高達螺旋藻干粉中含鉀高達1 500-2000mg1 5

21、00-2000mg，含，含鎂鎂200200300mg300mg，含鐵，含鐵50-100mg50-100mg，而鈉的含量甚，而鈉的含量甚微。鉀能促進人體內(nèi)鈉的排泄，可預防高血壓；微。鉀能促進人體內(nèi)鈉的排泄，可預防高血壓；鎂具有保護人體循環(huán)器官、預防心臟病等功能；鎂具有保護人體循環(huán)器官、預防心臟病等功能；鐵具有造血功能。另外，螺旋藻還含有微量元鐵具有造血功能。另外，螺旋藻還含有微量元素硒、鋅、錳等素硒、鋅、錳等 螺旋藻的營養(yǎng)類型螺旋藻的營養(yǎng)類型 1、光合自養(yǎng)型： 在光照下生長，CO2作為惟一的碳源同化為細胞結(jié)構(gòu)，生長所需能量僅僅來自光能。 2、營養(yǎng)缺陷型：由于發(fā)生代謝障礙，生長時至少需加入一種較低

22、濃度的有機物，但這有機物不是作為碳源和能源。 3、混合營養(yǎng)型：在光照和CO2存在下生長，還必須加入至少一種有機底物，這種底物能進行光合代謝。4、異養(yǎng)型：能利用一種或多種有機物作為能源和碳源，能在黑暗中生長。螺旋藻的形態(tài)、分類及生態(tài)螺旋藻的形態(tài)、分類及生態(tài) 螺旋藻的形態(tài)螺旋藻的形態(tài) 螺旋藻有兩種類型：螺旋藻有兩種類型：鈍頂螺旋藻：主要特征是藻絲末端細胞鈍圓，藻絲寬約68m，螺旋直徑為2836 m，螺距約為43-57m；極大螺旋藻：其特征為藻絲末端細胞略粗，藻絲約為3.415m，螺旋直徑約為40-67m，螺距為3376m。 l螺旋藻的生態(tài) 螺旋藻可以在土壤、沼澤、淡水、鹽水、螺旋藻可以在土壤、沼澤

23、、淡水、鹽水、海水及溫泉中生長，甚至可在一些不適宜其它海水及溫泉中生長，甚至可在一些不適宜其它生物生長的環(huán)境下生長，如在含堿量很高的湖生物生長的環(huán)境下生長，如在含堿量很高的湖泊中它也能良好地生長。目前，工業(yè)化生產(chǎn)的泊中它也能良好地生長。目前，工業(yè)化生產(chǎn)的螺旋藻大部分利用淡水養(yǎng)殖，但也有利用海水螺旋藻大部分利用淡水養(yǎng)殖，但也有利用海水養(yǎng)殖。養(yǎng)殖。 螺旋藻的生產(chǎn)：螺旋藻的生產(chǎn)： 培養(yǎng)螺旋藻的影響因素條件培養(yǎng)螺旋藻的影響因素條件 (1)pH (1)pH ： 光合自養(yǎng)生長時，螺旋藻的最佳生光合自養(yǎng)生長時，螺旋藻的最佳生長長pHpH范圍為范圍為8.38.311.011.0，最適，最適pHpH為為9.09

24、.00.50.5。當。當pHpH大于大于1111時，不利于生長。時，不利于生長。 (2)(2)溫度：螺旋藻的最適生長溫度為溫度：螺旋藻的最適生長溫度為35353737。 (3)(3)氮源：螺旋藻除能利用無機氮外，還能利氮源：螺旋藻除能利用無機氮外，還能利用尿素。用尿素。 (4)(4)光照：當營養(yǎng)和溫度正常的情況下，光照光照：當營養(yǎng)和溫度正常的情況下，光照就成為影響螺旋藻生長的一個重要因素。就成為影響螺旋藻生長的一個重要因素。 螺旋藻的采收和干燥工藝螺旋藻的采收和干燥工藝 螺旋藻產(chǎn)品螺旋藻產(chǎn)品 螺旋藻食品螺旋藻食品 課堂作業(yè)：閱讀教材自課堂作業(yè)：閱讀教材自學發(fā)酵法生產(chǎn)新型食品膠、生產(chǎn)學發(fā)酵法生產(chǎn)

25、新型食品膠、生產(chǎn)食用色素、生產(chǎn)有機酸及生產(chǎn)多食用色素、生產(chǎn)有機酸及生產(chǎn)多元糖醇元糖醇 課后作業(yè)：敘述或畫出課后作業(yè)：敘述或畫出發(fā)酵工程在食品工業(yè)中某一種應發(fā)酵工程在食品工業(yè)中某一種應用過程（圖）用過程（圖）一、黃原膠（一、黃原膠（Xanthan gum）的發(fā)酵生產(chǎn)）的發(fā)酵生產(chǎn) 黃原膠是國際上黃原膠是國際上20世紀世紀70年代發(fā)展起來的新型年代發(fā)展起來的新型食品膠。食品膠。 黃原膠是由黃單孢細菌（黃原膠是由黃單孢細菌（Xanthomonas campestris）以碳水化合物為主要原料經(jīng)過通氣發(fā)）以碳水化合物為主要原料經(jīng)過通氣發(fā)酵、分離提純后得到的細胞外雜多糖，產(chǎn)品為淡黃酵、分離提純后得到的細胞

26、外雜多糖，產(chǎn)品為淡黃色粉末。色粉末。 是目前世界上生產(chǎn)規(guī)模最大的微生物多糖。是目前世界上生產(chǎn)規(guī)模最大的微生物多糖。3、 發(fā)酵法生產(chǎn)新型食品膠發(fā)酵法生產(chǎn)新型食品膠（一）、黃原膠的結(jié)構(gòu)與性能（一）、黃原膠的結(jié)構(gòu)與性能1結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 黃原膠是由葡萄糖、甘露糖、葡萄糖黃原膠是由葡萄糖、甘露糖、葡萄糖醛酸、鼠李糖、乙酸和丙酮酸等組成的雜多醛酸、鼠李糖、乙酸和丙酮酸等組成的雜多糖。糖?；竟羌転槠咸烟沁B接而成的直鏈纖維基本骨架為葡萄糖連接而成的直鏈纖維素分子，每隔一個葡萄糖單位都連接一個三素分子，每隔一個葡萄糖單位都連接一個三糖側(cè)鏈，側(cè)鏈由葡萄糖醛酸、甘露糖、鼠李糖側(cè)鏈，側(cè)鏈由葡萄糖醛酸、甘露糖、鼠李糖等組成

27、。側(cè)鏈末端含有丙酮酸基團的多少，糖等組成。側(cè)鏈末端含有丙酮酸基團的多少，對黃原膠分子性能有很大影響。對黃原膠分子性能有很大影響。 黃原膠在水溶液中形成雙螺旋體結(jié)構(gòu)，很多的雙螺旋結(jié)構(gòu)間靠微弱的黃原膠在水溶液中形成雙螺旋體結(jié)構(gòu)，很多的雙螺旋結(jié)構(gòu)間靠微弱的非共價鍵維系，形成規(guī)則的螺旋聚合體，使得黃原膠具有強親水性、增稠非共價鍵維系，形成規(guī)則的螺旋聚合體，使得黃原膠具有強親水性、增稠性、穩(wěn)定性、懸浮性、乳化性等。性、穩(wěn)定性、懸浮性、乳化性等。 2性能性能作為增稠穩(wěn)定劑：作為增稠穩(wěn)定劑：用于果汁、飲料、調(diào)味料等食品中。用于果汁、飲料、調(diào)味料等食品中。作為乳化劑：作為乳化劑：用于蛋白飲料、乳飲料等食品中。

28、用于蛋白飲料、乳飲料等食品中。作為高粘度填充劑：作為高粘度填充劑：用于點心、面包、糖果等食品中。用于點心、面包、糖果等食品中。作為乳化穩(wěn)定劑：作為乳化穩(wěn)定劑：用于冷飲食品中。用于冷飲食品中。肉制品加工：肉制品加工：提高制品的嫩度、持水性、出品率。提高制品的嫩度、持水性、出品率。果蔬保鮮加工：果蔬保鮮加工：防止果蔬失水、褐變，延長產(chǎn)品保質(zhì)期。防止果蔬失水、褐變，延長產(chǎn)品保質(zhì)期。罐頭、飲料等加工：罐頭、飲料等加工：作為懸浮劑和穩(wěn)定劑，利于保持產(chǎn)作為懸浮劑和穩(wěn)定劑，利于保持產(chǎn)品外觀，改進口感和增強風味等。品外觀，改進口感和增強風味等。（二（二）、）、黃原膠在食品工業(yè)中的應用黃原膠在食品工業(yè)中的應用

29、常用的生產(chǎn)菌種：常用的生產(chǎn)菌種：黃單孢桿菌及其變異株。黃單孢桿菌及其變異株。 美國：多數(shù)為甘藍黑腐病黃單孢桿菌及其變美國：多數(shù)為甘藍黑腐病黃單孢桿菌及其變 異株異株 我國：多數(shù)為野油菜黃單孢桿菌我國：多數(shù)為野油菜黃單孢桿菌 （Xanthomonas Campestris）及其及其變異株變異株 如南開大學篩選出的如南開大學篩選出的NK01菌株菌株等。等。 （三）、生產(chǎn)菌種（三）、生產(chǎn)菌種（四）、發(fā)酵工藝流程（四）、發(fā)酵工藝流程 1、種子培養(yǎng)、種子培養(yǎng) 斜面斜面 三角瓶三角瓶 10L罐罐 100L罐罐 1M3罐罐 10M3發(fā)酵罐發(fā)酵罐 n碳源：葡萄糖、蔗糖或淀粉。碳源：葡萄糖、蔗糖或淀粉。n氮源：

30、蛋白胨、酵母精粉、玉米漿、水解乳清粉、豆餅粉和無機氮源等。氮源：蛋白胨、酵母精粉、玉米漿、水解乳清粉、豆餅粉和無機氮源等。氮源含量高會導致黃原膠產(chǎn)量下降，宜采用高氮源含量高會導致黃原膠產(chǎn)量下降，宜采用高C/N。n無機離子和微量元素：無機離子和微量元素：P、S、Mg 2+ 、 Ca2+、k+等對菌體和膠的合成起等對菌體和膠的合成起促進作用，可提高黃原膠產(chǎn)量或質(zhì)量。促進作用，可提高黃原膠產(chǎn)量或質(zhì)量。表面活性劑：乳化發(fā)酵可提高黃原膠產(chǎn)量。表面活性劑：乳化發(fā)酵可提高黃原膠產(chǎn)量。2、發(fā)酵培養(yǎng)基、發(fā)酵培養(yǎng)基培養(yǎng)溫度：前期培養(yǎng)溫度：前期2427（利于菌體生長）（利于菌體生長）后期后期3033（利于產(chǎn)膠）（利

31、于產(chǎn)膠）培養(yǎng)時間：天天培養(yǎng)時間：天天 pH:最適為最適為7.0，控制在，控制在7.0士士0.5發(fā)酵方式：連續(xù)發(fā)酵或間歇發(fā)酵，發(fā)酵過程中需通氣攪拌。發(fā)酵方式：連續(xù)發(fā)酵或間歇發(fā)酵，發(fā)酵過程中需通氣攪拌。 供氧充足時，黃原膠合成速度快、黃原膠相對分子量大，其供氧充足時，黃原膠合成速度快、黃原膠相對分子量大，其中丙酮酸含量高，粘度高，供氧不足時，則相反。中丙酮酸含量高，粘度高，供氧不足時，則相反。3、發(fā)酵條件及其控制、發(fā)酵條件及其控制（五）、黃原膠的提取工藝（五）、黃原膠的提取工藝1、發(fā)酵液預處理：如過濾、絮凝等。、發(fā)酵液預處理：如過濾、絮凝等。2、分離提?。菏秤眉夵S原膠常用醇沉淀，醇能降低多糖分子與

32、水的親和、分離提?。菏秤眉夵S原膠常用醇沉淀，醇能降低多糖分子與水的親和力，使多糖分子脫水而相互聚集形成沉淀。力，使多糖分子脫水而相互聚集形成沉淀。 3、脫水、脫水: 壓榨或離心脫水。壓榨或離心脫水。4、干燥、干燥: 氣流干燥或真空干燥。干燥溫度氣流干燥或真空干燥。干燥溫度60左右，終產(chǎn)品水分在左右，終產(chǎn)品水分在10左右。左右。5、粉碎、過篩與包裝：、粉碎、過篩與包裝：黃原膠細度一般在黃原膠細度一般在0.18mm左右。國外黃原膠細度可達左右。國外黃原膠細度可達0.074mm。成品：乳白色或淺米黃色粉末。成品：乳白色或淺米黃色粉末。食用級黃原膠產(chǎn)品食用級黃原膠產(chǎn)品 結(jié)冷膠（結(jié)冷膠（Gellan g

33、um）是一種新型是一種新型微生物多糖，上世紀微生物多糖，上世紀80年代初開發(fā)成功，年代初開發(fā)成功，1992年美國年美國FDA批準作為食品添加劑批準作為食品添加劑 ，我，我國國1996年批準。美國是主要供應商，目前年批準。美國是主要供應商，目前我國已開始有小規(guī)模生產(chǎn)。我國已開始有小規(guī)模生產(chǎn)。（）生產(chǎn)菌種：（）生產(chǎn)菌種：少動鞘脂單胞菌少動鞘脂單胞菌（Spningomonas campestris）二、結(jié)冷膠的發(fā)酵生產(chǎn)二、結(jié)冷膠的發(fā)酵生產(chǎn)（二）結(jié)冷膠的發(fā)酵生產(chǎn)（二）結(jié)冷膠的發(fā)酵生產(chǎn) 結(jié)冷膠分子結(jié)構(gòu)的重復單元結(jié)冷膠分子結(jié)構(gòu)的重復單元分子結(jié)構(gòu)：都是由四個單糖連接成分子結(jié)構(gòu)：都是由四個單糖連接成的重復糖單

34、元構(gòu)成的高分子糖類化的重復糖單元構(gòu)成的高分子糖類化合物。合物。天然結(jié)冷膠特性：主鏈上連接有酰天然結(jié)冷膠特性：主鏈上連接有?；?，形成的凝膠柔軟，有彈性。基，形成的凝膠柔軟，有彈性。低?；Y(jié)冷膠特性：分子結(jié)構(gòu)中的低酰基結(jié)冷膠特性：分子結(jié)構(gòu)中的?；炕虿糠直蝗コz力增酰基全部或部分被去除，凝膠力增強，但易脆裂，在食品工業(yè)上普遍強，但易脆裂，在食品工業(yè)上普遍使用。使用。兩種產(chǎn)品形式：天然的結(jié)冷膠（高?；Y(jié)冷膠）兩種產(chǎn)品形式：天然的結(jié)冷膠（高酰基結(jié)冷膠）低?；Y(jié)冷膠（脫?；Y(jié)冷膠）。低?；Y(jié)冷膠（脫酰基結(jié)冷膠）。D葡萄糖葡萄糖D葡萄糖醛酸葡萄糖醛酸D葡萄糖葡萄糖L鼠李糖鼠李糖1、結(jié)冷膠的生產(chǎn)工藝流

35、程、結(jié)冷膠的生產(chǎn)工藝流程n發(fā)酵培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基一般采用葡萄糖或蔗糖為碳源，氮源為有機氮和無機氮配合，高碳一般采用葡萄糖或蔗糖為碳源，氮源為有機氮和無機氮配合，高碳氮比利于產(chǎn)膠。氮比利于產(chǎn)膠。n發(fā)酵溫度發(fā)酵溫度：前期：前期2728， 產(chǎn)膠期產(chǎn)膠期30左右左右npH： 6.57.0n發(fā)酵方式：發(fā)酵方式：一步發(fā)酵法或中間補料發(fā)酵法，需通氣攪一步發(fā)酵法或中間補料發(fā)酵法，需通氣攪拌。拌。 2、 發(fā)酵培養(yǎng)基及其工藝控制發(fā)酵培養(yǎng)基及其工藝控制1、預處理：加熱滅酶及絮凝除菌等。、預處理：加熱滅酶及絮凝除菌等。2、脫?；Y(jié)冷膠的提取、脫?；Y(jié)冷膠的提取經(jīng)預處理的發(fā)酵液在經(jīng)預處理的發(fā)酵液在80下，加入下，加入Na

36、OH或或KOH調(diào)調(diào)pH至至10.0以上，以上，攪拌處理攪拌處理10min，然后用稀酸中和至中性，精濾除去不溶性雜質(zhì)然后用稀酸中和至中性，精濾除去不溶性雜質(zhì)，再用再用異丙醇或乙醇沉淀分離出結(jié)冷膠，然后經(jīng)壓榨或離心除去溶劑，經(jīng)干燥、異丙醇或乙醇沉淀分離出結(jié)冷膠，然后經(jīng)壓榨或離心除去溶劑，經(jīng)干燥、粉碎包裝等工序后得脫酰基結(jié)冷膠。粉碎包裝等工序后得脫?；Y(jié)冷膠。（三）結(jié)冷膠的分離提?。ㄈ┙Y(jié)冷膠的分離提取作為膠凝劑，可溶于冷水或稍微加熱的溶液中，凝膠穩(wěn)定性高，耐酸、耐作為膠凝劑，可溶于冷水或稍微加熱的溶液中，凝膠穩(wěn)定性高，耐酸、耐堿性強，使用量低，可與多種食品膠配合使用。堿性強，使用量低，可與多種食品

37、膠配合使用。糖果加工：在淀粉軟糖中添加糖果加工：在淀粉軟糖中添加0.075%結(jié)冷膠，可使凝膠時間由結(jié)冷膠，可使凝膠時間由2448小時縮小時縮短到短到12小時。小時。果凍和果醬加工：可用結(jié)冷膠代替果膠或海藻膠，使用量僅為果凍和果醬加工：可用結(jié)冷膠代替果膠或海藻膠，使用量僅為0.2%, 且可形成且可形成更佳的結(jié)構(gòu)和口感。更佳的結(jié)構(gòu)和口感。人造食品：人造水果塊，使用量人造食品：人造水果塊，使用量0.7%,在殺菌過程中不溶化并保持其外形特征。在殺菌過程中不溶化并保持其外形特征。 （融化溫度在（融化溫度在65120）（四）結(jié)冷膠在食品工業(yè)中的應用（四）結(jié)冷膠在食品工業(yè)中的應用 三、茁霉多糖的發(fā)酵生產(chǎn)三、

38、茁霉多糖的發(fā)酵生產(chǎn) 又稱普魯蘭糖，日本于又稱普魯蘭糖，日本于1978年開始工業(yè)化生產(chǎn)。該多糖是一種粘性多年開始工業(yè)化生產(chǎn)。該多糖是一種粘性多糖，主要是以麥芽三糖和少量的麥芽四糖構(gòu)成的線狀多糖，是一種無色、無糖，主要是以麥芽三糖和少量的麥芽四糖構(gòu)成的線狀多糖，是一種無色、無臭、無味、無毒的無定形白色粉末。臭、無味、無毒的無定形白色粉末。1、生產(chǎn)菌種、生產(chǎn)菌種 主要是出芽短梗霉菌。主要是出芽短梗霉菌。生產(chǎn)菌株在普通條件下培養(yǎng)能大量分泌多種色素，有些色素難以除生產(chǎn)菌株在普通條件下培養(yǎng)能大量分泌多種色素，有些色素難以除去，工業(yè)生產(chǎn)應選用產(chǎn)色素少，發(fā)酵周期短，產(chǎn)量高的菌種作為生產(chǎn)菌去，工業(yè)生產(chǎn)應選用產(chǎn)色

39、素少，發(fā)酵周期短，產(chǎn)量高的菌種作為生產(chǎn)菌株。株。2、生產(chǎn)流程、生產(chǎn)流程培養(yǎng)基培養(yǎng)基滅菌滅菌接種接種發(fā)酵一加熱發(fā)酵一加熱滅酶滅酶絮凝除菌絮凝除菌過濾精制過濾精制超濾濃超濾濃縮縮干燥干燥粉碎粉碎包裝包裝產(chǎn)品產(chǎn)品（一）（一） 茁霉多糖的發(fā)酵生產(chǎn)茁霉多糖的發(fā)酵生產(chǎn)發(fā)酵培養(yǎng)基：高發(fā)酵培養(yǎng)基：高C/N比，利于產(chǎn)膠比，利于產(chǎn)膠發(fā)酵溫度：發(fā)酵溫度：30左右左右pH： 6.0左右左右通氣培養(yǎng)通氣培養(yǎng)培養(yǎng)時間：一般培養(yǎng)時間：一般57天，在茁霉多糖產(chǎn)量達到最高峰前幾小時終止發(fā)酵。天，在茁霉多糖產(chǎn)量達到最高峰前幾小時終止發(fā)酵。因為產(chǎn)量達到高峰值后，茁霉多糖會被其分解酶迅速分解，得率下降，粘因為產(chǎn)量達到高峰值后，茁霉多

40、糖會被其分解酶迅速分解，得率下降，粘度也會降低。度也會降低。3發(fā)酵培養(yǎng)基及發(fā)酵控制發(fā)酵培養(yǎng)基及發(fā)酵控制粘結(jié)性強：對木材、紙張、纖維、玻璃、金屬等材料都有很強的粘結(jié)性粘結(jié)性強：對木材、紙張、纖維、玻璃、金屬等材料都有很強的粘結(jié)性 ?？伤苄詮姡嚎芍颇?、紡絲、任意造型。加工成的包裝材料能被微生物分解，可塑性強：可制膜、紡絲、任意造型。加工成的包裝材料能被微生物分解，不造成環(huán)境污染。不造成環(huán)境污染。用作食品包裝材料：茁霉多糖膜具有很強的隔氣性能，能阻止氧氣對食品用作食品包裝材料：茁霉多糖膜具有很強的隔氣性能，能阻止氧氣對食品作用，防止食品變質(zhì)。作用，防止食品變質(zhì)。用作食品品質(zhì)改良劑：如在肉制品中添加用

41、作食品品質(zhì)改良劑：如在肉制品中添加0.1的茁霉多糖，可使肉制品的茁霉多糖，可使肉制品的彈性、口感和持水性明顯提高。的彈性、口感和持水性明顯提高。（二）茁霉多糖的理化性質(zhì)（二）茁霉多糖的理化性質(zhì) 第四節(jié)第四節(jié) 發(fā)酵法生產(chǎn)食用色素發(fā)酵法生產(chǎn)食用色素微生物發(fā)酵法生產(chǎn)的食用色素，目前僅有紅曲紅色素和微生物發(fā)酵法生產(chǎn)的食用色素，目前僅有紅曲紅色素和-胡蘿卜素兩種。胡蘿卜素兩種。一、發(fā)酵法生產(chǎn)一、發(fā)酵法生產(chǎn)-胡蘿卜素胡蘿卜素 -胡蘿卜素是一種具有營養(yǎng)強化胡蘿卜素是一種具有營養(yǎng)強化作用的重要著色劑。在食品中添加作用的重要著色劑。在食品中添加-胡蘿卜素能使食品色澤金燦誘人，同時胡蘿卜素能使食品色澤金燦誘人，同

42、時具有刺激免疫、降血脂、預防心血管疾具有刺激免疫、降血脂、預防心血管疾病等功能。病等功能。生產(chǎn)菌種：布拉克須霉菌（生產(chǎn)菌種：布拉克須霉菌（phycomyoces blakeskeamis）、三孢、三孢布拉霉菌（布拉霉菌（Blakeslea trispora）等。等。三孢布拉霉屬毛霉目，三孢霉屬，是目前發(fā)酵生產(chǎn)三孢布拉霉屬毛霉目，三孢霉屬，是目前發(fā)酵生產(chǎn)-胡蘿卜素胡蘿卜素最好的菌種。最好的菌種。培養(yǎng)培養(yǎng)56d總胡蘿卜素產(chǎn)量在總胡蘿卜素產(chǎn)量在1gL以上，其中以上，其中8090是是-胡蘿卜素。胡蘿卜素。目前，國際上實驗室水平生產(chǎn)目前，國際上實驗室水平生產(chǎn)-胡蘿卜素達到胡蘿卜素達到3gL以上。由于三以

43、上。由于三孢布拉霉生長不需光照，非常具有工業(yè)化發(fā)展前途。俄羅斯等東歐國家孢布拉霉生長不需光照，非常具有工業(yè)化發(fā)展前途。俄羅斯等東歐國家已實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。已實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。第五節(jié)第五節(jié) 其它產(chǎn)品的發(fā)酵生產(chǎn)其它產(chǎn)品的發(fā)酵生產(chǎn) 一、有機酸的發(fā)酵生產(chǎn)一、有機酸的發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸、蘋果酸、葡萄糖酸、一些氨基酸（谷檸檬酸、蘋果酸、葡萄糖酸、一些氨基酸（谷氨酸、賴氨酸等）、一些脂肪酸（氨酸、賴氨酸等）、一些脂肪酸（-亞麻酸、亞麻酸、二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸）等。二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸）等。 上述有機酸都可利用微生物進行發(fā)酵生產(chǎn)，上述有機酸都可利用微生物進行發(fā)酵生產(chǎn)，經(jīng)發(fā)酵培養(yǎng)后提取這些成分。經(jīng)發(fā)酵培養(yǎng)后提取這些成分。 二、真菌多糖的發(fā)酵生產(chǎn)二、真菌多糖的發(fā)酵生產(chǎn) 真菌多糖是從真菌中分離出的由十個以上真菌多糖是從真菌中分離出的由十個以上的單糖以糖甙鍵連接而成的高分子多聚物。