發(fā)酵工程及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

第四章

發(fā)酵工程與食品產(chǎn)業(yè)

第五章發(fā)酵工程及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用發(fā)酵一詞的來源

“發(fā)酵”（Fermentation）一詞是拉丁語“沸騰”（fervere）的派生詞，它描述酵母作用于果汁或麥芽浸出液時(shí)產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象。產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象是由浸出液中的糖在缺氧條件下降解而產(chǎn)生的二氧化碳所引起的。第一部分發(fā)酵工程概述狹義“發(fā)酵”的定義在生物化學(xué)上發(fā)酵:指微生物在無氧條件下，分解各種有機(jī)物質(zhì)產(chǎn)生能量的一種方式。如葡萄糖在無氧條件下被微生物利用產(chǎn)生酒精并放出二氧化碳。同時(shí)獲得能量，丙酮酸被還原為乳酸而獲得能量等等。廣義“發(fā)酵”的定義

工業(yè)上所稱的發(fā)酵:泛指利用微生物細(xì)胞制造某些產(chǎn)品或凈化環(huán)境的過程，它包括厭氧培養(yǎng)的生產(chǎn)過程，如酒精、丙酮、丁醇、乳酸等，以及通氣（有氧）培養(yǎng)的生產(chǎn)過程，如抗生素、氨基酸、酶制劑等的生產(chǎn)。產(chǎn)品既有細(xì)胞代謝產(chǎn)物，也包括菌體細(xì)胞、酶等。發(fā)酵工程的概念：指采用現(xiàn)代工程技術(shù)手段，利用微生物的某些特定功能，為人類生產(chǎn)有用的產(chǎn)品，或直接把微生物應(yīng)用于生產(chǎn)過程的一種新技術(shù)。又稱為微生物工程。發(fā)酵工程技術(shù)主要包括提供生產(chǎn)菌種的菌種技術(shù)，實(shí)現(xiàn)低成本、大規(guī)模產(chǎn)品生產(chǎn)的發(fā)酵技術(shù)和最終獲得合格產(chǎn)品的分離純化技術(shù)。典型的發(fā)酵過程示意圖二、發(fā)酵工程的特點(diǎn)

1、發(fā)酵過程一般都是在常溫常壓下進(jìn)行的生物化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)安全，要求條件比較簡單。2、發(fā)酵所用的原料簡單粗放。通常以淀粉、糖蜜或其他農(nóng)副產(chǎn)品為主，只要加入少量的有機(jī)和無機(jī)氮源就可進(jìn)行反應(yīng)。微生物因不同的類別可以有選擇地去利用它所需要的營養(yǎng)?；谶@一特性，可以利用廢水和廢物等作為發(fā)酵的原料進(jìn)行生物資源的改造和更新。發(fā)酵工程的內(nèi)容主要內(nèi)容：生產(chǎn)菌種的選育發(fā)酵條件的優(yōu)化與控制反應(yīng)器的設(shè)計(jì)產(chǎn)物的分離、提取與精致等

發(fā)酵工程的內(nèi)容

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而不斷擴(kuò)大和充實(shí)，不僅包括菌體生產(chǎn)和代謝產(chǎn)物的發(fā)酵生產(chǎn)，還包括微生物機(jī)能的利用。①發(fā)酵過程以生命體的自動(dòng)調(diào)節(jié)方式進(jìn)行，數(shù)十個(gè)反應(yīng)過程能夠在發(fā)酵設(shè)備中一次完成；②在常溫常壓下進(jìn)行，條件溫和，能耗少，設(shè)備較簡單；③原料通常以糖蜜、淀粉等碳水化合物為主，可以是農(nóng)副產(chǎn)品、工業(yè)廢水或可再生資源，微生物本身能有選擇地?cái)z取所需物質(zhì)；發(fā)酵工程的特點(diǎn)④容易生產(chǎn)復(fù)雜的高分子化合物（酶、核苷酸），能高度選擇地在復(fù)雜化合物的特定部位進(jìn)行氧化、還原、官能團(tuán)引入或去除等反應(yīng)；⑤富含維生素、蛋白質(zhì)、酶等有用物質(zhì)，除特殊情況外，發(fā)酵液一般對生物體無害。⑥發(fā)酵過程中需要防止雜菌污染，大多情況下設(shè)備需要進(jìn)行嚴(yán)格的沖洗、滅菌，空氣需要過濾等。發(fā)酵工程的特點(diǎn)⑦通過微生物菌種的改良，尤其是基影城等高產(chǎn)菌株的選育，能夠利用原有設(shè)備較大幅度的提高生產(chǎn)水平。發(fā)酵工程的特點(diǎn)研究對象：微生物（菌種選育和優(yōu)化）、微生物學(xué)過程（培養(yǎng)基設(shè)計(jì)及其制造以及發(fā)酵過程優(yōu)化）和微生物體系（生物反應(yīng)體系）。其中有微生物學(xué)問題、生化工程問題，也有分析與設(shè)備問題。發(fā)酵工程的研究對象、方法與手段方法與手段：傳統(tǒng)、經(jīng)典、現(xiàn)代、先進(jìn)一切現(xiàn)代生物工程的研究方法和手段都可以應(yīng)用到發(fā)酵過程中去。發(fā)酵過程是生物工程的組成部分。發(fā)酵工程的研究對象、方法與手段（一）固體發(fā)酵廣義上講固態(tài)發(fā)酵是指一類使用不溶性固體基質(zhì)來培養(yǎng)微生物的工藝過程,既包括將固態(tài)懸浮在液體中的深層發(fā)酵,也包括在沒有(或幾乎沒有)游離水的濕固體材料上培養(yǎng)微生物的工藝過程。多數(shù)情況下是指在沒有或幾乎沒有自由水存在下，在有一定濕度的水不溶性固態(tài)基質(zhì)中，用一種或多種微生物發(fā)酵的一個(gè)生物反應(yīng)過程。固體發(fā)酵及其特點(diǎn)（一）固體發(fā)酵現(xiàn)代的固態(tài)發(fā)酵不僅用于改善食品的風(fēng)味，更主要的是用于酶制劑、單細(xì)胞蛋白、有機(jī)酸、酒精、生物殺蟲劑等生產(chǎn)。（二）特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：(1)培養(yǎng)基簡單且來源廣泛，多為便宜的天然基質(zhì)或工業(yè)生產(chǎn)的下腳料；固體發(fā)酵及其特點(diǎn)（二）特點(diǎn)（2)投資少，能耗低，技術(shù)較簡單；(3)產(chǎn)物的產(chǎn)率較高；(4)基質(zhì)含水量低，可大大減少生物反應(yīng)器的體積，不需要廢水處理，環(huán)境污染較少，后處理加工方便；(5)發(fā)酵過程一般不需要嚴(yán)格的無菌操作；固體發(fā)酵及其特點(diǎn)（二）特點(diǎn)（6)通氣一般可由氣體擴(kuò)散或間歇通風(fēng)完成，不需要連續(xù)通風(fēng)，空氣一般也不需嚴(yán)格的無菌條件。缺點(diǎn)：占地面積大，勞動(dòng)強(qiáng)度高，產(chǎn)品質(zhì)量不太穩(wěn)定工業(yè)中的設(shè)備有盤式、轉(zhuǎn)鼓式及攪拌式反應(yīng)器。固體發(fā)酵及其特點(diǎn)（一）液體深層發(fā)酵1、液體深層發(fā)酵的特點(diǎn)生產(chǎn)效率高，適于機(jī)械化和自動(dòng)化生產(chǎn)。三、液體深層發(fā)酵及其發(fā)酵動(dòng)力學(xué)液體深層發(fā)酵靜置培養(yǎng)：厭氧發(fā)酵，如：乙醇通氣培養(yǎng)：好氧發(fā)酵，如：氨基酸同其他發(fā)酵方法相比，它具有很多特點(diǎn)：①液體懸浮狀態(tài)是很多微生物的最適生長環(huán)境。②在液體中，菌體及營養(yǎng)物、產(chǎn)物（包括熱量）易于擴(kuò)散，使發(fā)酵可在均質(zhì)或擬均質(zhì)條件下進(jìn)行，便于控制，易于擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。③液體輸送方便，易于機(jī)械化操作。④廠房面積小，生產(chǎn)效率高，易進(jìn)行自動(dòng)化控制，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。⑤產(chǎn)品易于提取、精制等。因而液體深層發(fā)酵在發(fā)酵工業(yè)中被廣泛應(yīng)用。三、液體深層發(fā)酵及其發(fā)酵動(dòng)力學(xué)2、液體深層發(fā)酵類型根據(jù)操作（反應(yīng)器運(yùn)行）方式的不同，液體深層發(fā)酵主要有：分批發(fā)酵：向反應(yīng)器中一次投入所需的培養(yǎng)基，然后接種培養(yǎng)，培養(yǎng)過程中除控制溫度和pH外不進(jìn)行其他控制，反應(yīng)結(jié)束后將全部培養(yǎng)液排出進(jìn)行處理。

補(bǔ)料分批發(fā)酵：介于分批培養(yǎng)和連續(xù)培養(yǎng)之間的操作方式

連續(xù)發(fā)酵：以一定的速度連續(xù)不斷地補(bǔ)加新鮮培養(yǎng)基，以相同速度地排出培養(yǎng)液，從而是發(fā)酵罐內(nèi)的液量維持恒定。

三、液體深層發(fā)酵及其發(fā)酵動(dòng)力學(xué)1、概念發(fā)酵動(dòng)力學(xué)（即生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)）是發(fā)酵工程的一個(gè)重要組成部分，它以化學(xué)熱力學(xué)（研究反應(yīng)的方向）和化學(xué)動(dòng)力學(xué)（研究反應(yīng)的速度）為基礎(chǔ)，研究發(fā)酵過程中菌體生長、基質(zhì)消耗、產(chǎn)物生成的動(dòng)態(tài)平衡及其內(nèi)在規(guī)律，以及各種發(fā)酵條件對這些變量的影響。

（二）發(fā)酵動(dòng)力學(xué)研究內(nèi)容：①細(xì)胞生長和死亡動(dòng)力學(xué);②基質(zhì)消耗動(dòng)力學(xué);③氧消耗動(dòng)力學(xué);④CO2生成動(dòng)力學(xué);⑤產(chǎn)物合成和降解動(dòng)力學(xué);⑥代謝熱生成動(dòng)力學(xué)（二）發(fā)酵動(dòng)力學(xué)

（一）液體深層發(fā)酵工藝類型

1、分批培養(yǎng)概念：又稱分批發(fā)酵，指在一個(gè)密閉系統(tǒng)內(nèi)投入有限數(shù)量的營養(yǎng)物質(zhì)后，接入少量的微生物菌種進(jìn)行培養(yǎng)，使微生物在特定的條件下只完成一個(gè)生長繁殖周期的培養(yǎng)方法。（微生物可表現(xiàn)出典型的生長周期）

2、連續(xù)培養(yǎng)

概念：又稱連續(xù)發(fā)酵，指按一定的速度向培養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)添加新鮮的培養(yǎng)基，同時(shí)培養(yǎng)液以相同的速度流出，從而使發(fā)酵罐內(nèi)培養(yǎng)物的液量維持恒定，使微生物細(xì)胞能在相對恒定的狀態(tài)下生長。（恒定狀態(tài)可有效延長分批培養(yǎng)的對數(shù)期）

連續(xù)培養(yǎng)過程中，微生物細(xì)胞所處的環(huán)境條件，如營養(yǎng)物質(zhì)的濃度、產(chǎn)物的生成速度、pH值以及微生物細(xì)胞的濃度和比生長速度等參數(shù)自始至終基本保持不變，甚至還可以根據(jù)需要來調(diào)節(jié)微生物細(xì)胞的生長速度。連續(xù)培養(yǎng)的最大特點(diǎn)：微生物細(xì)胞的生長速度和產(chǎn)物的代謝生成均處于恒定狀態(tài)，因而可以達(dá)到穩(wěn)定、高速培養(yǎng)微生物細(xì)胞或產(chǎn)生大量代謝產(chǎn)物的目的。3、補(bǔ)料分批培養(yǎng)

概念：又稱半連續(xù)發(fā)酵，根據(jù)菌株生長和初始培養(yǎng)基的特點(diǎn)，在分批培養(yǎng)的某些階段適當(dāng)補(bǔ)加培養(yǎng)基，使菌體或其代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)時(shí)間延長。補(bǔ)料分批培養(yǎng)在發(fā)酵工業(yè)上主要用于發(fā)酵生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白、氨基酸、抗生素、維生素、酶制劑、有機(jī)酸以及有機(jī)溶劑等。補(bǔ)料分批培養(yǎng)類型：連續(xù)補(bǔ)料非連續(xù)補(bǔ)料多周期補(bǔ)料，

補(bǔ)料分批培養(yǎng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

消除培養(yǎng)過程中底物的抑制消除產(chǎn)物的反饋抑制可以達(dá)到高密度細(xì)胞培養(yǎng)延長次級代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)時(shí)間稀釋有毒代謝產(chǎn)物降低染菌和避免遺傳不穩(wěn)定性(二)工業(yè)微生物菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)

菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)目的：為工業(yè)發(fā)酵提供數(shù)量巨大、代謝旺盛的微生物種子(或發(fā)酵劑)。種子的概念：將保存在沙土管或冷凍干燥管中處于休眠狀態(tài)的母發(fā)酵劑接入試管斜面活化后，再經(jīng)過搖瓶及種子罐逐級擴(kuò)大培養(yǎng)，最后獲得一定數(shù)量和質(zhì)量的純種培養(yǎng)物，即發(fā)酵工業(yè)上通稱的“種子”。發(fā)酵工業(yè)上使用的種子必須具備的條件：

①生長旺盛，活力較高，延遲期短，接種到發(fā)酵罐后能迅速生長；②細(xì)胞濃度適宜，以保證在大型發(fā)酵罐中有適當(dāng)?shù)慕臃N量；③生理狀態(tài)穩(wěn)定；⑤生產(chǎn)能力保持穩(wěn)定④無雜菌污染；四、發(fā)酵過程的工藝與技術(shù)發(fā)酵工藝多種多樣，基本包括：①菌種制備：自然界中分離、純化選育、復(fù)壯、保藏。②種子培養(yǎng)：將儲(chǔ)存的菌種進(jìn)行活化，再培養(yǎng)成菌絲體，供發(fā)酵用。③發(fā)酵：發(fā)酵過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，須實(shí)時(shí)控制發(fā)酵罐內(nèi)的代謝變化（菌絲體形態(tài)、菌濃、糖氮含量、pH值、溶氧濃度、產(chǎn)物濃度）取得最大產(chǎn)量。④提取精制（下游技術(shù)）：將菌絲體和濾液分開，提取最終產(chǎn)品。根據(jù)產(chǎn)物特點(diǎn)采用不同的方法：通常有離心、沉淀分離、過濾、層析等。（一）發(fā)酵工程的上游技術(shù)發(fā)酵工程技術(shù)可以分為上游技術(shù)、中游技術(shù)和下游技術(shù)。上游技術(shù)主要是指菌種的選育；中游技術(shù)是指微生物的發(fā)酵生產(chǎn)；其本質(zhì)是具有相同特性的微生物在控制條件下的培養(yǎng)；下游加工過程是從發(fā)酵液、反應(yīng)液或培養(yǎng)液中分離、精制有關(guān)產(chǎn)品的過程。1、發(fā)酵工業(yè)常用菌種

（1）發(fā)酵用菌種須具備的條件：①菌種不能是病原菌，不能生產(chǎn)任何有害的生物活性物質(zhì)或毒素，以保證產(chǎn)品的安全性；②有在較短的發(fā)酵周期內(nèi)產(chǎn)生大量發(fā)酵產(chǎn)物的能力；③在發(fā)酵過程中不產(chǎn)生或少產(chǎn)生與目標(biāo)產(chǎn)物性質(zhì)相近的副產(chǎn)物及其他產(chǎn)物，可提高營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率，減少分離純化的難度，降低成本，提高產(chǎn)品的質(zhì)量；1、發(fā)酵工業(yè)常用菌種

（1）發(fā)酵用菌種須具備的條件：④生長繁殖能力強(qiáng)，生長、反應(yīng)速度快，發(fā)酵周期短，產(chǎn)孢菌應(yīng)具有較強(qiáng)的產(chǎn)孢能力；⑤原料來源廣，價(jià)格低廉，菌種能高效的將原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品；⑥對需要添加的前體物質(zhì)有耐受能力，且不能將前體作為產(chǎn)品；⑦菌種純遺傳特性穩(wěn)定，抗噬菌體能力強(qiáng)，以保證發(fā)酵生產(chǎn)和產(chǎn)品的穩(wěn)定性。1、發(fā)酵工業(yè)常用菌種

（3）常用菌種的分離和選育：發(fā)酵工業(yè)上使用的微生物菌種，最初都是從自然界中分離篩選出來的。（土壤，產(chǎn)量不高）自然界菌種的分離(自然選育)定義：不經(jīng)人工處理，利用微生物的自發(fā)突變進(jìn)行菌種選育的過程。新菌種的分離是要從混雜的各類微生物中依照生產(chǎn)的要求、菌種的特性，采用各種篩選方法，快速、準(zhǔn)確地把所需要的菌種挑選出來。1、發(fā)酵工業(yè)常用菌種

（3）常用菌種的分離和選育：菌種分離與篩選步驟分一般分4個(gè)步驟：樣品采集、增殖培養(yǎng)、純種分離、生產(chǎn)性能測定。菌種選育——應(yīng)用微生物遺傳和變異理論，用人工方法(或自然)造成變異（變化），再經(jīng)過篩選以得到人們所需菌種的過程。包括選種和育種。1、發(fā)酵工業(yè)常用菌種

（3）常用菌種的分離和選育：目前菌種選育長采用自然選育、誘變育種等方法，帶有一定的盲目性，尚屬于經(jīng)典育種的范疇。隨著微生物學(xué)、生化遺傳學(xué)的發(fā)展，出現(xiàn)了轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、原生質(zhì)體融合、代謝調(diào)控和基因工程等較為定向的育種方法。目前成功的例子還不多。。。。。1、發(fā)酵工業(yè)常用菌種

（4）菌種保藏保藏的目的：防止菌種的死亡和優(yōu)質(zhì)性能的退化。保藏的原理：根據(jù)微生物生理生化特點(diǎn)，認(rèn)為地使菌種長期處于低溫、干燥、無氧、避光、缺乏營養(yǎng)以及添加保護(hù)劑或中和劑等狀態(tài)中。微生物菌種在這種極端條件下，很少會(huì)發(fā)生變異，從而達(dá)到保持其純而不死、壯而不衰的良好性狀。常用的保藏方法：1．傳代培養(yǎng)保藏法1、斜面保藏法操作簡單，使用方便，不得特殊設(shè)備，操作時(shí)，將菌種接種在適宜的固體斜面培養(yǎng)基上，待菌生長充分以后，轉(zhuǎn)移至2-8℃冰箱中保藏。2．石蠟油保藏法是傳代培養(yǎng)的變相方法，能夠適當(dāng)延長保藏時(shí)間，它是在斜面培養(yǎng)物和穿刺培養(yǎng)物上面覆蓋滅菌的液體石蠟，一方面可防止因培養(yǎng)基水分蒸發(fā)而引起菌種死亡，另一方面可阻止氧氣進(jìn)入，以減弱代謝作用。3．干燥保藏法是將微生物吸附在適當(dāng)?shù)妮d體，如土壤、沙子、硅膠、濾紙上，而后進(jìn)行干燥的保藏法，例如沙土保藏法和濾紙保藏法應(yīng)用相當(dāng)廣泛。

常用的保藏方法：1．傳代培養(yǎng)保藏法4．寄主保藏法用于目前尚不能在人工培養(yǎng)基上生長的微生物，如病毒、立克次氏體、螺旋體等，它們必須在生活的動(dòng)物、昆蟲、雞胚內(nèi)感染并傳代，此法相當(dāng)于一般微生物的傳代培養(yǎng)保藏法。病毒等微生物亦可用其他方法如液氮保藏法與冷凍干燥保藏法進(jìn)行保藏。5．液氮超低溫保藏法可分低溫冰箱（-20—-30℃，-50—-80℃）、干冰酒精快速凍結(jié)（約-70℃）和液氮（-196℃）等保藏法。6．真空冷凍干燥保藏法先使微生物在極低溫度（-70℃左右）下快速冷凍，然后在減壓下利用升華現(xiàn)象除去水分（真空干燥）。

（5）菌種的復(fù)壯

生產(chǎn)上使用和保藏過程中，經(jīng)常會(huì)逐漸向不利于生產(chǎn)方向發(fā)生變化，這種變化稱為菌種衰退。對已衰退的菌種(群體)進(jìn)行純種分離和選擇性培養(yǎng)，使其中未衰退的個(gè)體獲得大量繁殖，重新成為純種群體的措施。狹義的復(fù)壯是一消極措施，一般指對已衰退的菌種進(jìn)行復(fù)壯；廣義的復(fù)壯是一積極的措施，即在菌種的生產(chǎn)性狀未衰退前就不斷進(jìn)行純種分離和生產(chǎn)性狀測定，以在群體中獲得生產(chǎn)性狀更好的自發(fā)突變株。菌種退化是指群體中退化細(xì)胞在數(shù)量上占一定比例后，所表現(xiàn)出群體性能變差的現(xiàn)象。因此，在已經(jīng)退化的群體中，仍然有一定數(shù)量尚未退化的個(gè)體。（5）菌種的復(fù)壯

方法：1、純種分離法在衰退菌種的細(xì)胞群中，一般還存在著仍保持原有典型形狀的個(gè)體。通過純種分離法，設(shè)法把這種細(xì)胞挑選出來即可達(dá)到復(fù)壯的效果。純種分離方法極多，大體可分為兩類，一類較粗放，可達(dá)到“菌落純”水平；另一類較精細(xì)，可達(dá)到“菌株純”的水平。（5）菌種的復(fù)壯

方法：2、淘汰衰退的個(gè)體有人發(fā)現(xiàn)，若對一種農(nóng)用抗生菌的分生孢子采用-10℃~-30℃的低溫處理5~7天，使其死亡率達(dá)到80%左右。結(jié)果會(huì)在抗低溫的存活個(gè)體中留下未退化的個(gè)體，從而達(dá)到了復(fù)壯的效果。芽孢產(chǎn)生菌經(jīng)高溫80℃處理，則不產(chǎn)芽孢的個(gè)體被淘汰。（5）菌種的復(fù)壯

方法：3、淘汰衰退的個(gè)體一般來說，將保藏后的菌種接種在保藏前所用的同一培養(yǎng)基上，有利于菌種原有形狀的恢復(fù)。更換合適的培養(yǎng)基和添加缺乏的生長因子則有使衰退菌種復(fù)壯的作用。（二）發(fā)酵工程的中游技術(shù)中游技術(shù)是指微生物的發(fā)酵生產(chǎn)，其本質(zhì)是具有相同特性的微生物在控制條件下的培養(yǎng)。1、培養(yǎng)基（1）培養(yǎng)基的種類①孢子培養(yǎng)基是供菌種繁殖孢子的一種常用固體培養(yǎng)基，對這種培養(yǎng)基的要求是能使菌體迅速生長，產(chǎn)生較多優(yōu)質(zhì)的孢子，并要求這種培養(yǎng)基不易引起菌種發(fā)生變異。①孢子培養(yǎng)基基本配制要求是：第一，營養(yǎng)不要太豐富（特別是有機(jī)氮源），否則不易產(chǎn)孢子。如灰色鏈霉在葡萄糖－硝酸鹽－其它鹽類的培養(yǎng)基上都能很好地生長和產(chǎn)孢子，但若加入0.5%酵母膏或酪蛋白后，就只長菌絲而不長孢子。第二，所用無機(jī)鹽的濃度要適量，不然也會(huì)影響孢子量和孢子顏色。第三，要注意孢子培養(yǎng)基的pH和濕度。生產(chǎn)上常用的孢子培養(yǎng)基有：麩皮培養(yǎng)基、小米培養(yǎng)基、大米培養(yǎng)基、玉米碎屑培養(yǎng)基和用葡萄糖、蛋白胨、牛肉膏和食鹽等配制成的瓊脂斜面培養(yǎng)基。大米和小米常用作霉菌孢子培養(yǎng)基，因?yàn)樗鼈兒可伲杷?、表面積大，所以是較好孢子培養(yǎng)基。大米培養(yǎng)基的水分需控制在21%－50%，而曲房空氣濕度需控制在90%－100%。（二）發(fā)酵工程的中游技術(shù)（1）培養(yǎng)基的種類②種子培養(yǎng)基是供孢子發(fā)芽、生長和大量繁殖菌絲體，并使菌體長得粗壯，成為活力強(qiáng)的“種子”。所以種子培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分要求比較豐富和完全，氮源和維生素的含量也要高些，但總濃度以略稀薄為好，這樣可達(dá)到較高的溶解氧，供大量菌體生長繁殖。②種子培養(yǎng)基的成分要考慮在微生物代謝過程中能維持穩(wěn)定的pH，其組成還要根據(jù)不同菌種的生理特征而定。一般種子培養(yǎng)基都用營養(yǎng)豐富而完全的天然有機(jī)氮源，因?yàn)橛行┌被崮艽碳ゆ咦影l(fā)芽。但無機(jī)氮源容易利用，有利于菌體迅速生長，所以在種子培養(yǎng)基中常包括有機(jī)及無機(jī)氮源。最后一級的種子培養(yǎng)基的成分最好能較接近發(fā)酵培養(yǎng)基，這樣可使種子進(jìn)入發(fā)酵培養(yǎng)基后能迅速適應(yīng)，快速生長。（二）發(fā)酵工程的中游技術(shù)（1）培養(yǎng)基的種類③發(fā)酵培養(yǎng)基是供菌種生長、繁殖和合成產(chǎn)物之用。它既要使種子接種后能迅速生長，達(dá)到一定的菌絲濃度，又要使長好的菌體能迅速合成需產(chǎn)物。因此，發(fā)酵培養(yǎng)基的組成除有菌體生長所必需的元素和化合物外，還要有產(chǎn)物所需的特定元素、前體和促進(jìn)劑等。（二）發(fā)酵工程的中游技術(shù)（2）發(fā)酵培養(yǎng)基的組成①碳源是組成培養(yǎng)基的主要成分之一。常用的碳源有糖類、油脂、有機(jī)酸和低碳醇。在特殊情況下(

如碳源貧乏時(shí))

，蛋白質(zhì)水解產(chǎn)物或氨基酸等也可被某些菌種作為碳源使用?？焖倮玫膯翁牵ü恰⑵咸烟牵㈦p糖（蔗糖、麥芽糖）和緩慢利用的多糖（淀粉、纖維素）（二）發(fā)酵工程的中游技術(shù)（2）發(fā)酵培養(yǎng)基的組成

②氮源主要用于構(gòu)成菌體細(xì)胞物質(zhì)(

氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸等)

和含氮代謝物。常用的氮源可分為兩大類：

有機(jī)氮源和無機(jī)氮源。常用的有機(jī)氮源有玉米漿、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉和酒糟等。它們在微生物分泌的蛋白酶作用下，水解成氨基酸，被菌體吸收后再進(jìn)一步分解代謝。常用的無機(jī)氮源有銨鹽、硝酸鹽和氨水等。微生物對它們的吸收利用一般比有機(jī)氮源快，所以也稱之謂迅速利用的氮源。但無機(jī)氮源的迅速利用常會(huì)引起pH的變化。（二）發(fā)酵工程的中游技術(shù)（2）發(fā)酵培養(yǎng)基的組成

無機(jī)鹽和微量元素：微生物的生長、繁殖和產(chǎn)物形成需要各種無機(jī)鹽和微量元素。生理功能：構(gòu)成菌體原生質(zhì)的成分（如磷、硫等）；作為酶的組成成分或酶的活性（鎂、鐵、錳、鋅、鈷等）；調(diào)節(jié)細(xì)胞的滲透壓和影響細(xì)胞膜的通透性（NaCl、KCl等）；參與產(chǎn)物的生物合成等。對微量元素要求是極微的（0.1mg/L）（二）發(fā)酵工程的中游技術(shù)（2）發(fā)酵培養(yǎng)基的組成

④生長因子：是一類微生物維持正常生活不可缺少，且自身又不能合成的微量有機(jī)化合物。包括維生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶的衍生物以及脂肪酸等。牛肉膏、酵母膏、蛋白胨和一些動(dòng)植物組織的浸液都是生長因子的豐富來源。（二）發(fā)酵工程的中游技術(shù)（2）發(fā)酵培養(yǎng)基的組成⑤水：是培養(yǎng)基的主要組成成分。水是構(gòu)成菌體細(xì)胞的主要成分，是一切營養(yǎng)物質(zhì)傳遞的介質(zhì)，直接參與許多代謝反應(yīng)。生產(chǎn)中一般使用深井水、自來水和地表水。水源質(zhì)量的主要考慮參數(shù)包括pH值、溶解氧、可溶性固體、污染程度以及礦物質(zhì)組成和含量。（二）發(fā)酵工程的中游技術(shù)（2）發(fā)酵培養(yǎng)基的組成

⑥產(chǎn)物形成的誘導(dǎo)物、前體和促進(jìn)劑許多胞外酶的合成需要適當(dāng)?shù)恼T導(dǎo)物存在前體：被菌體直接用于產(chǎn)物合成而自身結(jié)構(gòu)無顯著改變的物質(zhì)在有些發(fā)酵過程中，前體物質(zhì)是產(chǎn)物合成的限制因素，添加前體能刺激菌株，提高產(chǎn)量，并能控制反應(yīng)的方向。在有些發(fā)酵過程中，添加促進(jìn)劑能刺激菌株，提高產(chǎn)量，縮短發(fā)酵周期。（二）發(fā)酵工程的中游技術(shù)（2）培養(yǎng)基的滅菌

分批滅菌適于規(guī)模小的工廠和種子罐這種方法，指培養(yǎng)基在發(fā)酵罐中用蒸氣加熱，達(dá)到預(yù)定溫度且維持一定時(shí)間，然后迅速將培養(yǎng)基冷卻，并通入無菌空氣保壓，至接近發(fā)酵溫度時(shí)接種。分批滅菌適于規(guī)模小的工廠和種子罐，這種方法不需其它設(shè)備，操作簡易，其缺點(diǎn)是加熱和冷卻所需時(shí)間較長，相對地說是延長發(fā)酵周期，使發(fā)酵罐的利用率降低。大型發(fā)酵罐采用這種方法，不甚合理，因?yàn)榘l(fā)酵罐本身的夾套或蛇管傳熱面積有限，做不到高溫度短時(shí)間的原則。（二）發(fā)酵工程的中游技術(shù)（2）培養(yǎng)基的滅菌

連續(xù)滅菌：是將培養(yǎng)基在發(fā)酵罐外連續(xù)不斷進(jìn)行加熱，維持和冷卻，最后進(jìn)入發(fā)酵罐。連續(xù)滅菌適合于大規(guī)模工廠，優(yōu)點(diǎn)如下：1、由于采用高溫短時(shí)間滅菌，物料受熱時(shí)間短，減少營養(yǎng)成分的破壞，有利于提高生產(chǎn)率。2、總的滅菌時(shí)間比分批滅菌大為減少，縮短發(fā)酵罐的生產(chǎn)周期。3、蒸氣負(fù)荷均衡，提高了鍋爐效率。4、適應(yīng)于自動(dòng)化控制。連續(xù)滅菌的缺點(diǎn)：1、易產(chǎn)生泡沫2、大顆粒物料易造成管道堵塞3、大顆粒物料會(huì)造成局部滅菌不徹底4、需要增加設(shè)備（二）發(fā)酵工程的中游技術(shù)2、種子擴(kuò)大培養(yǎng)

種子擴(kuò)大培養(yǎng)簡稱種子擴(kuò)培是發(fā)酵工程的一個(gè)組成部分，其實(shí)指將保存在砂土管、冷凍干燥管中處休眠狀態(tài)的生產(chǎn)菌種接入試管斜面活化后，再經(jīng)過扁瓶或搖瓶及種子罐逐級擴(kuò)大培養(yǎng),最終獲得一定數(shù)量和質(zhì)量的純種過程。其目的首先是出于接種量的需要與菌種的馴化，同時(shí)對于縮短發(fā)酵時(shí)間、保證生產(chǎn)水平也有幫助。對于種子制備過程，其大致可區(qū)分為實(shí)驗(yàn)室階段和生產(chǎn)車間階段，前期不用種子罐，所用的設(shè)備為培養(yǎng)箱、搖床等實(shí)驗(yàn)室常見設(shè)備，在工廠這些培養(yǎng)過程一般都在菌種室完成，因此將這一培養(yǎng)過程稱為實(shí)驗(yàn)室階段的種子培養(yǎng)。而后期種子培養(yǎng)在種子罐里面進(jìn)行，一般在工程上歸為發(fā)酵車間管理，因此形象地稱這些培養(yǎng)過程為生產(chǎn)車間階段。（二）發(fā)酵工程的中游技術(shù)

3、發(fā)酵（1）原料處理淀粉質(zhì)原料的處理：淀粉→短鏈糊精、單糖或雙糖。糖化的方法：酸法、酶法或兩者結(jié)合。纖維素原料的處理：影響糖化速度關(guān)鍵是除去木質(zhì)素。方法：物理、化學(xué)、微生物法，然后再用纖維素酶糖化或糖酸化。糖蜜原料的處理：含有影響微生物生長的雜質(zhì)，需要澄清，方法：冷酸化、熱酸化、乳酸酸化、正濾法等。（二）發(fā)酵工程的中游技術(shù)

3、發(fā)酵（2）發(fā)酵所用的培養(yǎng)基和培養(yǎng)設(shè)備都必須經(jīng)過滅菌，通入的空氣或中途的補(bǔ)料都是無菌的，轉(zhuǎn)移種子也要采用無菌接種技術(shù)。發(fā)酵罐內(nèi)部的代謝變化（菌絲形態(tài)、菌濃度、糖含量、氮含量、pH值，溶氧濃度和產(chǎn)物濃度等）是比較復(fù)雜的，特別是次級代謝產(chǎn)物發(fā)酵就更為復(fù)雜，它受許多因素控制。（二）發(fā)酵工程的中游技術(shù)

3、發(fā)酵（3）發(fā)酵過程中的條件的影響和控制基質(zhì)濃度：配方→機(jī)密。豐富→粘稠、傳質(zhì)差。滅菌情況：一般隨著滅菌溫度的升高、時(shí)間的延長，對養(yǎng)分的破壞作用增大，影響產(chǎn)物的合成（葡萄糖）。種子質(zhì)量：接種年齡→對數(shù)生長期的后期；接種量→一般5-10%，抗生素發(fā)酵20-25%。④溫度：微生物的生長；對發(fā)酵的影響；靈活掌握（二）發(fā)酵工程的中游技術(shù)

3、發(fā)酵（3）發(fā)酵過程中的條件的影響和控制⑤pH：大多數(shù)微生物生長適應(yīng)的pH跨度為3-4個(gè)單位，其最佳生長跨度為0.5-1。不同微生物的生長最適pH范圍不一樣，細(xì)菌和放線菌的最適范圍為6.5-7.5，酵母在4-5，霉菌在5-7。發(fā)酵過程中pH是不斷變化的。最適pH選擇準(zhǔn)則:獲得最大比生產(chǎn)速率和適當(dāng)?shù)木?。（二）發(fā)酵工程的中游技術(shù)

3、發(fā)酵（3）發(fā)酵過程中的條件的影響和控制⑤pH：調(diào)節(jié)兩種方法：調(diào)節(jié)基礎(chǔ)培養(yǎng)基的配方補(bǔ)料的控制（二）發(fā)酵工程的中游技術(shù)

3、發(fā)酵（3）發(fā)酵過程中的條件的影響和控制⑥溶解氧：水中的溶解氧很低。影響因素：菌種、菌體濃度、菌齡、培養(yǎng)基控制：調(diào)節(jié)攪拌速度或者通氣速率（三）發(fā)酵工程的下游技術(shù)

從發(fā)酵液、反應(yīng)液中分離、精制有關(guān)產(chǎn)品的過程--下游加工過程

--生物工程。一般來說，下游加工過程可分為4個(gè)階段：培養(yǎng)液（發(fā)酵液）的預(yù)處理、固液分離初步純化(提取)高度純化(精制)成品加工。（三）發(fā)酵工程的下游技術(shù)

發(fā)酵工程下游加工的工藝流程（三）發(fā)酵工程的下游技術(shù)1、發(fā)酵液的預(yù)處理和固液分離法（1）發(fā)酵液的預(yù)處理第一個(gè)步驟，困難的步驟目的a、改變發(fā)酵液性質(zhì)，以利于固液分離b、固體懸浮物的去除c、雜蛋白質(zhì)的去除發(fā)酵液的預(yù)處理方法酸化、加熱降低發(fā)酵液的粘度；加絮凝劑，大分子凝結(jié)，調(diào)節(jié)pH。（三）發(fā)酵工程的下游技術(shù)1、發(fā)酵液的預(yù)處理和固液分離法（1）發(fā)酵液的預(yù)處理雜質(zhì)的去除高價(jià)無機(jī)鹽和雜蛋白（2）固液分離方法菌體、細(xì)胞、細(xì)胞碎片、殘余的固體培養(yǎng)基過濾+離心產(chǎn)物在細(xì)胞內(nèi)的還需進(jìn)行細(xì)胞破碎。細(xì)胞破碎方法：機(jī)械、生物、化學(xué)（三）發(fā)酵工程的下游技術(shù)2、發(fā)酵產(chǎn)物的提?。ㄖ攸c(diǎn)）（1）目的利用目的物與雜質(zhì)特性的差異來實(shí)現(xiàn)差異：分子質(zhì)量、結(jié)構(gòu)、極性、兩性電解質(zhì)性質(zhì)、不同溶劑中的溶解度、沸點(diǎn)以及對pH、溫度和溶劑等化學(xué)藥物的敏感性（三）發(fā)酵工程的下游技術(shù)2、發(fā)酵產(chǎn)物的提?。ㄖ攸c(diǎn)）（2）常用的方法沉淀提取法a、等電點(diǎn)沉淀法b、不溶性鹽沉淀法：與酸、堿、表面活性劑、金屬離子生成不溶性鹽，然后再溶解從而得到分離。c、有機(jī)溶劑沉淀法d、鹽析法（三）發(fā)酵工程的下游技術(shù)2、發(fā)酵產(chǎn)物的提?。ㄖ攸c(diǎn)）（2）常用的方法色譜分離法色譜分離技術(shù)是基于不同物質(zhì)在由固定相和流動(dòng)相構(gòu)成的體系中具有不同的分配系數(shù)，在采用流動(dòng)相洗脫過程中呈現(xiàn)不同保留時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)分離。a、吸附色譜法b、離子交換色譜法c、凝膠層析（三）發(fā)酵工程的下游技術(shù)2、發(fā)酵產(chǎn)物的提取（重點(diǎn)）（2）常用的方法萃取法提取a、固液萃取b、液液萃?、苣し蛛x技術(shù)利用溶液中溶質(zhì)分子的大小、形狀、性質(zhì)等差別，對于各種薄膜表現(xiàn)出不同的可透性而達(dá)到分離的目的。分子小的能過，分子大的被擋住。（三）發(fā)酵工程的下游技術(shù)2、發(fā)酵產(chǎn)物的提?。ㄖ攸c(diǎn)）④膜分離技術(shù)a、超濾b、電滲析和離子交換膜電滲析3、精制：沉淀、超濾、層析4、成品加工濃縮、無菌過濾、去熱源、干燥、加穩(wěn)定劑發(fā)酵工程及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用天然發(fā)酵階段（古代-1900年）純培養(yǎng)技術(shù)的建立（1905年-）通氣攪拌發(fā)酵技術(shù)的建立（1940年-）開拓發(fā)酵原料時(shí)期（1960年-）基因工程階段（1979-）發(fā)酵工程的發(fā)展歷史1、發(fā)酵工程的早期階段

1900年以前，發(fā)酵產(chǎn)品只限于含酒精飲料和醋；古埃及已經(jīng)能釀造啤酒，17世紀(jì)能在容量為1500桶（一桶相當(dāng)于110升）的木質(zhì)大桶中進(jìn)行第一次真正的大規(guī)模釀造人們的對發(fā)酵技術(shù)的認(rèn)識(shí)起始于19世紀(jì)末，主要來自于厭氧發(fā)酵，如利用酵母菌、乳酸菌生產(chǎn)酒精、乳酸和各種發(fā)酵食品。

1916年英國采用梭狀芽孢桿菌生產(chǎn)丙酮丁醇，德國采用亞硫酸鹽法生產(chǎn)甘油(第一次世界大戰(zhàn))——

由食品工業(yè)向非食品工業(yè)發(fā)展

好氧發(fā)酵技術(shù)：速釀法從乙醇生產(chǎn)醋酸，通氣法大量繁殖酵母，用米曲霉的麩曲代替麥芽糖作糖化劑生產(chǎn)酒靖，用微小毛霉生產(chǎn)干酪。

1933年等人發(fā)明了搖瓶培養(yǎng)法代替了傳統(tǒng)的靜置培養(yǎng)法。生長均勻，增殖時(shí)間短。2、青霉素的發(fā)現(xiàn)是發(fā)酵工程的重大轉(zhuǎn)折點(diǎn)

1928年由Fleming發(fā)現(xiàn)青霉素

1941年美國和英國合作對青霉素進(jìn)行生產(chǎn)研究表面培養(yǎng)：1升扁瓶或錐形瓶，內(nèi)裝200mL麥麩培養(yǎng)基─40u/ml

1943年沉浸培養(yǎng)：5m3——200u/ml

當(dāng)今：100-200m3——5-7萬u/ml，鏈霉素、金霉素、新霉索、紅霉素

主要的技術(shù)進(jìn)展：通氣攪拌解決了液體深層培養(yǎng)時(shí)的供氧問題?？闺s菌污染的純種培養(yǎng)技術(shù)：無菌空氣、培養(yǎng)基滅菌、無污染接種、大型發(fā)酵罐的密封與抗污染設(shè)計(jì)制造。20世紀(jì)70年代——細(xì)胞融合技術(shù)、基因操作技術(shù)等生物技術(shù)發(fā)展，打破了生物種間障礙，能定向地制造出新的有用的微生物：

增加微生物體內(nèi)控制代謝產(chǎn)物產(chǎn)量的基因拷貝數(shù)，可以大幅度地提高目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)量

將動(dòng)、植物或某些微生物特有產(chǎn)物的控制基因植入細(xì)胞中，快速經(jīng)濟(jì)地大量生產(chǎn)這些產(chǎn)物

將具有不同性能的多種質(zhì)粒植入，使新菌株在清除污染或以非糧食物質(zhì)為原料進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)或環(huán)境保護(hù)

人胰島素

人生長激素(GH)

表皮生長因子(EGF)

腫瘤壞死因子

白細(xì)胞介素-2(IL-2)

尿激酶原

豬生長激素(PGH)

牛生長激素(BGH)纖維素酶

,

-干擾素

乙型肝炎疫苗

集落刺激因子(CSF)

促紅細(xì)胞生成素(EPO)

抗血友病因子

組織溶纖原激活劑(t-PA)部分利用基因工程技術(shù)研制的產(chǎn)品階段主要產(chǎn)品控制要求菌種來源自然發(fā)酵階段（1900以前）制曲釀酒、制醋、釀制醬油、泡菜、漚肥等溫度計(jì)、比重計(jì)、熱交換器純培養(yǎng)物重培養(yǎng)發(fā)酵階段（1900-1940）面包酵母、甘油、檸檬酸、丙酮-丁醇等pH離線控制、溫度純培養(yǎng)技術(shù)深層通氣發(fā)酵階段（1940-1957）抗生素、有機(jī)酸、酶制劑、維生素、激素等溫度、pH突變、篩選代謝調(diào)控發(fā)酵階段（1957-1960）氨基酸、核苷酸溫度、pH、誘變?nèi)姘l(fā)展階段（1960-1979）單細(xì)胞蛋白計(jì)算機(jī)控制菌株遺傳工程技術(shù)基因工程階段（1979-today）為生物自身不能產(chǎn)生的物質(zhì)，如干擾素、胰島素計(jì)算機(jī)控制基因重組技術(shù)發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展階段發(fā)酵工程產(chǎn)業(yè)化發(fā)展

目前，全球發(fā)酵產(chǎn)品的年銷售額在400億美元左右，并以每年約7-8%的速率增長。

我國發(fā)酵行業(yè)生產(chǎn)企業(yè)有5000多家，主要發(fā)酵產(chǎn)品的年產(chǎn)值達(dá)1300億元。

隨著人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，當(dāng)前的能源結(jié)構(gòu)、資源結(jié)構(gòu)、環(huán)境狀態(tài)已不能支撐現(xiàn)有的發(fā)展模式。

煤、石油等能源的耗竭以及環(huán)境保護(hù)的急需。

發(fā)酵工程給人類社會(huì)的生產(chǎn)力發(fā)展帶來了巨大潛力，涉及到解決人類所面臨的食品與營養(yǎng)、健康與環(huán)境、資源與能源等重大問題

我國的情況轉(zhuǎn)錄組學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)代謝組學(xué)通量組學(xué)計(jì)量生物學(xué)應(yīng)用發(fā)酵工程的生產(chǎn)實(shí)例

谷氨酸是鮮味劑味精的主要成分，以前用植物(如大豆)蛋白質(zhì)水解法生產(chǎn)。1957年，日本率先用微生物發(fā)酵法生產(chǎn)成功。常用的谷氨酸產(chǎn)生菌有谷氨酸棒狀桿菌、黃色短桿菌等。培養(yǎng)基通常用豆餅(或馬鈴薯等)的水解液、玉米漿、尿素、磷酸氫二鉀、氧化鉀、硫酸鎂、生物素等配制而成，呈液體狀態(tài)，因此也稱培養(yǎng)液。其中的生物素是生長因子。培養(yǎng)液配制完成以后，投放到發(fā)酵罐中，通入98kPa的蒸汽進(jìn)行滅菌，冷卻后，在無菌條件下加入菌種，即為接種。發(fā)酵罐是一種圓柱形的容器，容量從幾升到幾百萬升不等，上面連接有通氣、攪拌、接種、加料、冷卻等裝置；此外，還有對溫度、pH、通氣量與轉(zhuǎn)速等發(fā)酵條件進(jìn)行檢測和控制的裝置(如圖)。

四、發(fā)酵工程的微生物學(xué)基礎(chǔ)1、微生物(Micro-organism)的特征

定義

一切肉眼看不見或看不清的微小生物的總稱通常要用光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡才能看清楚

(有些肉眼可見，如蘑菇、靈芝)

分類

原核類：細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌、放線菌；支原體、衣原體、立克次氏體真核類：真菌、原生動(dòng)物、顯微藻類非細(xì)胞類：病毒、亞病毒

(類病毒，擬病毒，朊病毒)

特點(diǎn)：形體小(<0.1mm)；構(gòu)造簡單：單細(xì)胞、簡單多細(xì)胞、非細(xì)胞；體積小，面積大；吸收多，轉(zhuǎn)化快；生長旺，繁殖快；適應(yīng)強(qiáng)，易變異；分布廣，種類多。大腸桿菌0157:H7放線菌酵母菌霉菌分生孢子弧形霍亂菌肉毒梭菌淋病球菌肺炎支原體HIV病毒發(fā)酵工程中的重要微生物假單胞菌(Pseudomonas)

維C、抗生素、酶及酶抑制劑、有機(jī)酸從石油產(chǎn)品制造產(chǎn)品(水楊酸等)

消除環(huán)境污染(處理石油廢水，含酚、氰和化學(xué)農(nóng)藥的污水等)大腸桿菌(Escherichiacoli)基因工程宿主菌，工業(yè)上生產(chǎn)谷氨酸脫羧酶、天冬酰胺酶和制備天冬氨酸、蘇氨酸及纈氨酸等雙歧桿菌(Bifidobacterium)活性雙歧桿菌的乳制品或微生態(tài)制劑

枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)淀粉酶、蛋白酶、5’-核苷酸酶、某些氨基酸及核苷乳酸桿菌(Lactobacillus)鏈霉菌(Streptomyces)

90%抗生素由鏈霉菌屬生產(chǎn)，常見有：鏈霉素、土霉素、博萊霉素、絲裂霉素、制霉菌素、卡那霉素、井岡霉素酵母菌(yeast)常用酵母菌有：啤酒酵母、假絲酵母、類酵母等主要用于釀酒、制造面包、制造低凝固點(diǎn)石油、生產(chǎn)脂肪酶、酵母菌體蛋白、基因工程宿主菌等。霉菌(molds)工業(yè)上常用霉菌有：根霉、毛霉、犁頭霉，紅曲霉，曲霉、青霉等，主要用于生產(chǎn)多種酶制劑、抗生素、有機(jī)酸及甾體激素等。乳酸菌酵母和醋酸菌泡菜發(fā)酵中的有益菌豆豉和納豆的發(fā)酵菌種豆豉：米曲霉（同豆醬）納豆：米曲霉、細(xì)菌（納豆芽孢桿菌）腐乳的發(fā)酵菌種主要是毛霉另有根霉、米曲霉、紅曲菌、酵母等釀造醬油的發(fā)酵菌種米曲霉和醬油曲霉決定醬油的發(fā)酵速度、成品顏色及味道

米曲霉（蛋白酶、谷氨酰胺酶、淀粉酶、果膠酶、半纖維素酶等）酵母菌和乳酸菌有助醬油產(chǎn)香（乳酸乙酯）釀造食醋的發(fā)酵菌種黑曲霉（糖化）酵母（產(chǎn)酒精）醋酸菌注意：黃曲霉毒素，特別是花生、大米等易生成，具有強(qiáng)致癌性。

黃酒廠的曲中無此毒素

發(fā)酵工程在食品工業(yè)上的應(yīng)用1、在食品工業(yè)上的應(yīng)用（1）通過發(fā)酵工程使一些傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品，如啤酒、果酒、食醋等，在產(chǎn)量和質(zhì)量上得到明顯的提高。

（2）通過發(fā)酵工程生產(chǎn)食品添加劑（見下表），改善了食品的品質(zhì)及色、香、味。添加劑舉例

酸味劑L-蘋果酸、檸檬酸、乳酸鮮味劑肌苷酸、谷氨酸色素β-胡蘿卜素、紅曲素甜味劑高果糖漿、甜菜糖常用的幾類食品添加劑（3）發(fā)酵工程有望為解決人類的糧食短缺問題開辟一條新的途徑。微生物含有豐富的蛋白質(zhì)，如細(xì)菌的蛋白質(zhì)含量占細(xì)胞干重的60%～80%，酵母菌的占45%～65%，而且它們的生長繁殖速度很快。因此，許多國家利用淀粉或纖維素的水解液、制糖工業(yè)的廢液、石化產(chǎn)品等為原料，通過發(fā)酵獲得大量的微生物菌體，這種生物菌體就叫做單細(xì)胞蛋白。20世紀(jì)80年代中期，全世界生產(chǎn)的單細(xì)胞蛋白已達(dá)2×106噸。用酵母菌等生產(chǎn)的單細(xì)胞蛋白可作為食品添加劑，甚至制成“人造肉”供人們直接食用。最近國外市場上出現(xiàn)的一種真菌蛋白食品，就以其高蛋白、低脂肪的特點(diǎn)受到了消費(fèi)者的歡迎。單細(xì)胞蛋白用做飼料，能使家畜、家禽增重快，產(chǎn)奶或產(chǎn)蛋量顯著提高。一、發(fā)酵法生產(chǎn)酒類飲料發(fā)酵工程在食品工業(yè)中的應(yīng)用實(shí)例酒分白酒、黃酒、啤酒、葡萄酒。按顏色，分為有色酒和無色酒。按本質(zhì)分，有壓榨酒和蒸餾酒。壓榨酒包括黃酒，啤酒，葡萄酒。壓榨酒酒精含量比較低。蒸餾酒主要指白酒。蒸餾酒的酒精含量高，濃度越高質(zhì)量越高，高檔的白酒酒精含量一般大于50℃。浸米→蒸飯→淋飯→攤冷→加酒藥（菌種）→發(fā)酵（缸中5-7d）→裝壇→低溫發(fā)酵→壓榨→煮酒（滅菌）→裝壇泥封→堆置陳化（后熟）→出廠1、黃酒我國的民族特產(chǎn)和傳統(tǒng)食品，也是世界上最古老的飲料酒之一。以谷物為主要原料，利用酒藥、麥曲或米曲所含的多種微生物的共同作用釀制而成的發(fā)酵原酒。長江以南地區(qū)，主要分布在浙江、江蘇、福建，以稻米為原料。長江以北地區(qū)，主要以小米為原料。制作過程A.紹興黃酒1.狀元紅:壓榨后加上醬色（糖炒焦和小蘇打混合，加入），酒精濃度為10%-20%。

特點(diǎn)（1）原料好：淀粉多，胚乳多。（2）水好：鑒湖水，秋天水呈青黛色。2.加飯酒:蒸飯分批加入，保持高濃度的培養(yǎng)基，高濃度發(fā)酵。3.善釀:進(jìn)一步提高酒精度，用狀元酒代替水沖缸，裝壇。4.香雪:黃酒蒸餾，酒濃度高。5.花雕:雕花的缸裝的狀元紅。江陰黑酒（木酒），米煮熟后炒焦，用木頭裝壇；閩南，沉缸酒；廈門，紅曲黃酒（加入紅曲霉）。B.其他幾種有特色的酒屬于甜型水酒。酒藥為黃曲霉，根霉。酒母：糯米加麥曲，加酒藥，浸泡晾干。精米率：70％-75％，而一般黃酒88％-92％。后處理：經(jīng)壓濾、澄清后，還需進(jìn)行過濾、調(diào)配，60-65℃滅菌后儲(chǔ)存一年，出庫時(shí)再次進(jìn)行調(diào)配、過濾，并用活性炭脫色，最后加熱至65℃，趁熱裝瓶、出廠。而一般黃酒對澄清、過濾、調(diào)配等操作不大重視。C.日本清酒分白藥和黑藥。白藥為早秈稻加辣蓼—?dú)⒕?，抑制?xì)菌生長。黑藥則是加入桂皮，杜仲等20味中藥，制保健酒。2、葡萄酒我國漢代（公元前138年），張騫出使西域帶回葡萄，并引進(jìn)釀酒藝人，開始有了葡萄酒葡萄酒分類按酒的顏色按含糖量按釀造方法按是否含有CO2紅葡萄酒白葡萄酒桃紅葡萄酒干葡萄酒半干葡萄酒半甜葡萄酒甜葡萄酒天然葡萄酒加強(qiáng)葡萄酒加香葡萄酒平靜葡萄酒起泡葡萄酒葡萄汽酒用果皮帶色的葡萄制成，酒色呈深紅、鮮紅、紫紅或?qū)毷t。用白葡萄或紅皮白肉葡萄的果汁制成，酒色呈淺黃、禾稈黃、金黃色或近似無色。用帶色紅葡萄短時(shí)間浸提或分離發(fā)酵制成的，酒色呈桃紅或淺玫瑰色。含糖量<4.0g/L含糖量4.1-12g/L含糖量12.1-50g/L含糖量>50.1g/L葡萄原料在發(fā)酵過程中不添加糖或酒精，即完全用葡萄汁發(fā)酵釀成的葡萄酒。人工添加白蘭地或脫臭酒精，以提高酒精含量；或添加糖份提高含糖量。葡萄原酒浸泡芳香植物或藥材制成的。不含CO2的葡萄酒CO2由葡萄酒加糖發(fā)酵產(chǎn)生或人工壓入，酒中CO2含量在20℃時(shí)保持壓力0.35MPa。CO2由葡萄酒加糖發(fā)酵產(chǎn)生或人工壓入，酒中CO2在20℃時(shí)在0.051-0.25MPa。葡萄采下分選，厚皮的較好；去梗；表面消毒（KMnO4浸，無菌水淋洗，滅表面原菌）；發(fā)酵（溫度20℃，2-3周，密閉或半密閉，皮厚的時(shí)間長些，皮薄的時(shí)間短些）；壓榨：液體進(jìn)行后發(fā)酵（20-25℃，一周），澄清，取上部液體，其中低擋的裝瓶，較高檔次的換桶（最好是橡木桶，橡木能產(chǎn)生抑菌物質(zhì)，同時(shí)具有一種天然植物香）陳化三年（5℃）；渣進(jìn)行蒸餾，調(diào)香，制成白蘭地（酒精多）。主要工藝葡萄酒的再加工起泡葡萄酒：是一種含CO2的葡萄酒，以葡萄酒為基礎(chǔ)，通過加糖發(fā)酵產(chǎn)生或人工壓入CO2。香檳酒是起泡酒的一種起源于法國，因產(chǎn)于法國香檳地區(qū)而得名。目前世界各國都產(chǎn)起泡酒，并都將含一定CO2的優(yōu)質(zhì)白葡萄酒稱為香檳酒。葡萄酒的再加工白蘭地：是一種以水果為原料釀制而成的蒸餾酒，通常所說的白蘭地是指以葡萄為原料生產(chǎn)的。原白蘭地經(jīng)橡木桶長期陳釀，調(diào)配勻兌，才能稱為成品的白蘭地。白蘭地商標(biāo)上的英文縮寫：V.O（VeryOld）V.O.P（VeryOldPale）V.S.O.P（VerySuperiorOldPale）X.O（ExtraOld）很老極老最老超老酒齡（即貯陳期）規(guī)定不低于5年酒齡（即貯陳期）規(guī)定不低于10年3、啤酒啤酒是用大麥釀制的飲料酒，是酒類中酒精含量最低的，而且營養(yǎng)豐富。啤酒歷史悠久，起源于大約9千年前的中東和古埃及地區(qū)，后跨越地中海，傳入歐洲，19世紀(jì)末，隨著歐洲強(qiáng)國向東方侵略，傳入亞洲。中國啤酒是從歐洲傳入的，據(jù)考證，在1900年俄羅斯技師在哈爾濱建立了第一家啤酒作坊（烏盧布列夫斯基啤酒廠），此后五年時(shí)間里，俄國、德國、捷克分別在哈爾濱建立另外三家啤酒廠。第一家現(xiàn)代化啤酒廠是1903年在青島由德國釀造師建立的英德啤酒廠（青島啤酒廠前身）。大麥浸泡、發(fā)芽，烘干，去根，粉碎→加入粉碎的米中→糖化作用→加蛇麻（酒花，忽布花的雌花）→加酵母→低溫發(fā)酵（12-15℃，3-5天；20-28℃，30-48h）→過濾→其中裝瓶滅菌的為熟啤，不滅菌的為生啤.按顏色分為黃啤和黑啤，黃啤為淡啤，黑啤為濃啤。原料是大麥。按性質(zhì)分為兩類：生?。ㄉ⒀b）、扎啤、鮮啤、熟?。ㄆ垦b）干啤糖含量<4%大麥——主要原料，需制成麥芽后發(fā)酵。二棱大麥籽粒大而整齊，發(fā)芽均一，淀粉含量高，蛋白質(zhì)含量較少，啤酒不易渾濁，過濾容易，為彌補(bǔ)淀粉不足，常用大米補(bǔ)充。蛇麻花——?？迫劜輰伲嗄晟p繞莖植物。采用的是未受精的成熟雌花。是啤酒香味、苦味的來源；加速麥汁中高分子蛋白質(zhì)的絮凝；提高啤酒起泡性和持泡性；可抑菌，增加麥汁和啤酒的生物穩(wěn)定性。也可治牙疼，產(chǎn)于中國新疆、歐洲捷克。也稱酒花、忽布花等。酶——α-淀粉酶，β-葡聚糖酶，β-淀粉酶，蛋白分解酶、半纖維素酶、支鏈淀粉酶。麥芽——水浸泡高于大麥10cm，10℃，63h；15℃，40h；30℃，38h。發(fā)芽，50℃烘12h，80℃烘3-5h，水分控制在23%。胚根長度不超過麥粒的二分之一，有57%-70%麥子出芽，即停止。（黑啤：100℃烘，連麥芽表面焦化，外黑內(nèi)白，麥芽要除根。）原料大麥適于釀造啤酒的原因：大麥便于發(fā)芽，并產(chǎn)生大量的水解酶類；大麥種植遍及全球；大麥的化學(xué)成分適合釀造啤酒；大麥非人類食用主糧。麥芽汁的制備——麥芽粉碎，煮熟，糊化，保溫30min，維持在50℃，取其二分之一再煮10min，加米粉，帶送回糖化（65℃，30min），再取三分之一再煮10min，再送回糖化鍋65℃，30min，過濾得麥芽汁，渣子可喂奶牛。加蛇麻花：100kg麥芽汁與1kg蛇麻混合煮沸，冷卻。發(fā)酵前發(fā)酵：12-24h達(dá)高峰，T升到10℃，保持10-12天，過濾。后發(fā)酵：6-8周，T為0-2℃，密閉形成一定壓力含CO2（0.45-0.5%），加木瓜蛋白酶，再過濾，過濾時(shí)加硅藻土（助濾劑）助濾，得生啤。滅菌30min，60-63℃，無沉淀，質(zhì)量好，得熟啤。過程煮沸的目的：蒸發(fā)水分，濃縮麥汁；鈍化全部酶和麥汁殺菌；蛋白質(zhì)變性和絮凝；酒花有效組分的浸出；排除麥汁中特異的異雜臭氣。

使啤酒清涼爽口、散熱解暑。因?yàn)榕菽怯捎谄【浦谐錆M二氧化碳而促發(fā)起來的。這些二氧化碳進(jìn)入胃中后，遇熱而膨脹又通過打嗝排出體外，從而帶走體內(nèi)部分熱量，達(dá)到散熱解暑的功效。

軟化啤酒花的苦味和酒精的刺激性。泡沫還可以隔絕空氣與酒液直接接觸，從而減少了啤酒的氧化，有利于防止不良?xì)馕兜漠a(chǎn)生。泡沫可以保持啤酒的殺口力即二氧化碳與口腔粘膜和舌面接觸后的麻辣感。這種口感是評定啤酒質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。

將優(yōu)質(zhì)啤酒倒入杯中時(shí)，泡沫能從杯中升起，可持續(xù)五分鐘以上，且細(xì)膩、潔白、掛壁、泡沫的持久性與細(xì)膩，持久，口味醇厚。啤酒的質(zhì)量也就好。氣泡的穩(wěn)定程度與液體的表面張力有關(guān)，而張力又與溫度有關(guān)。據(jù)實(shí)驗(yàn)，啤酒的泡沫以10°C-12°C時(shí)最多，且持久，口感也最佳。

啤酒中泡沫的作用降低成本，加30%大米，提高淀粉含量。大麥發(fā)酵在紅攪拌通氣，縮短發(fā)芽時(shí)間，提高發(fā)芽率。添加赤霉素，促進(jìn)發(fā)芽。發(fā)酵時(shí)密封，提高溫度，縮短發(fā)酵時(shí)間。采用固定化技術(shù)，用海藻酸鈉，把酵母菌固定到海藻酸鈉上，反復(fù)利用，省去過濾，發(fā)酵周期12-14天。青島啤酒透明，麥芽香，CO2豐富，濃郁，3.5%酒精含量，泡沫細(xì)白、掛杯持久。風(fēng)味啤酒加中藥（生姜、香草、桂皮、杜仲）新工藝根據(jù)菌種制劑分大曲酒、小曲酒。大曲：磚形、大，主要用小麥、豌豆作培養(yǎng)基，菌種為曲霉。大曲用料多，需粉碎。優(yōu)點(diǎn)是便于存放。大曲酒發(fā)酵時(shí)間長，產(chǎn)品質(zhì)量好，但成本較高，出酒率偏低，全國名白酒、優(yōu)質(zhì)白酒和地方名酒的生產(chǎn)，絕大多數(shù)用大曲作糖化發(fā)酵劑。小曲：不定形、小，主要用大米、米、糠、中草藥作培養(yǎng)基，菌種為根霉，毛霉，可以是固體也可是液體，接種時(shí)用量少。4、白酒飲料酒生產(chǎn)如啤酒和葡萄酒等釀造酒，一般都是采用液態(tài)發(fā)酵，而我國白酒采用固態(tài)酒醅發(fā)酵和固態(tài)蒸餾傳統(tǒng)操作，是世界上獨(dú)特的釀酒工藝。酒曲的主要種類（1）大曲:大曲是固態(tài)發(fā)酵法釀造大曲白酒的糖化劑。以小麥或大麥、豌豆為曲料，經(jīng)過粉碎、加水拌料、踩曲制坯、堆積培養(yǎng)，依靠自然界帶入的各種釀酒微生物（包括細(xì)菌、霉菌和酵母菌）在其中生長繁殖制成成曲，再經(jīng)貯存后制成陳曲。大曲有高溫曲（制曲溫度60℃以上）和中溫曲（制曲溫度不超過50℃）兩種類型。目前國內(nèi)絕大多數(shù)著名的大曲白酒均采用高溫曲生產(chǎn)，如茅臺(tái)、瀘州、西風(fēng)、五糧液等。（2）麩曲:麩曲是固態(tài)發(fā)酵法釀造麩曲白酒的糖化劑。以麩皮為主要曲料，以新鮮酒糟為配料，經(jīng)過潤水、蒸煮、冷卻后，接種黑曲霉和黃曲霉混和（比例為7：3），再經(jīng)通風(fēng)培養(yǎng)制成成曲。（3）小曲（米曲）:半固態(tài)發(fā)酵法釀造小曲白酒（米酒）的糖化發(fā)酵劑。以米粉或米糠為原料，添加或不添加中草藥，經(jīng)過浸泡、粉碎，接入純種根霉和酵母菌或二者混和種曲，再經(jīng)制坯、入室培養(yǎng)、干燥等工藝制成小曲。（4）液體曲。液體曲可作為液態(tài)發(fā)酵法釀酒制醋的糖化劑。將曲霉菌的種子液接入發(fā)酵培養(yǎng)基中，在發(fā)酵罐中進(jìn)行深層液體通氣培養(yǎng)，得到含有豐富酶系的培養(yǎng)液稱為液體曲。

白酒發(fā)酵的原理糖質(zhì)原料：甘蔗、廢糖蜜等淀粉原料：高粱、玉米、馬鈴薯等纖維素原料：木屑、作物秸稈、甘蔗渣等

霉菌、細(xì)菌：將淀粉、纖維素轉(zhuǎn)化為單糖

酵母菌：將單糖轉(zhuǎn)化為乙醇接種發(fā)酵篜酒發(fā)酵過程浸米→碾碎→拌料→加曲母（菌種）、草藥（柴胡，茯苓）、陳皮、甘草，香附子→制坯→進(jìn)箱→保濕繁殖→出箱→烘干白曲：廈門一帶使用，用米粉、米糠為原料，把人工培養(yǎng)好的根霉接入待培養(yǎng)。散曲：貴州一帶使用，用麩皮（維生素含量多）為原料。A.制曲（1）小曲（2）大曲（3）紅曲原料粉碎→接菌→加水→調(diào)和→踏曲成形→入曲房（恒溫，即進(jìn)箱）→培養(yǎng)→出曲房→干燥洗米、浸泡、淋干→蒸飯（七成熟→）攤涼→二次蒸飯→攤冷→接菌（菌種配成溶液噴上去）→35℃保溫培養(yǎng)→三天后翻堆→三天后浸水10-15min→回曲房→6天后出曲→噴上水→再回曲房→6天后拿出曬干曲公：純的紅曲霉曲母：紅曲霉加麩皮用來制紅方腐乳，紅醋，缺點(diǎn)是容易褪色。B.小曲酒米香型：桂林三花酒曲中加了中藥，釀酒用水為漓江水（源自貓兒山原始林區(qū)，水質(zhì)晶瑩、純潔，最宜釀酒）。釀造完成后放在天然溶洞中陳化。發(fā)酵完成后經(jīng)過反復(fù)二至三次蒸餾，酒精度數(shù)較高，民間過去叫“三蒸酒”、“三熬酒”。古代沒有酒度計(jì)，釀酒師們便總結(jié)出了“觀花論酒”的經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)酒度在55°至60°時(shí)，由于液體表面張力，酒面晃動(dòng)便泛起數(shù)層酒花，經(jīng)久不散。釀酒師們說“起花了，三花！”就接酒。三花酒便由此而來。董酒（貴州遵義）：含酒精58-60度。酒中加入米蒸餾的酒糟，加大曲發(fā)酵半年，再加小曲發(fā)酵蒸餾，既有大曲的濃香，又有小曲的清香。工藝：大米或高粱浸泡、蒸熟→攤冷→接種→箱培，初期25-28℃，后期30-35℃培養(yǎng)菌種→出箱→換箱再加一次培養(yǎng)基→裝入木桶發(fā)酵→出桶→蒸餾（55℃，60℃，65℃，85℃）C.大曲酒醬香型（茅型酒）工藝蒸料（山芋干，高粱）→接入大曲→在地窖中發(fā)酵，窖口封死→蒸餾茅臺(tái)——產(chǎn)于貴州仁懷縣茅臺(tái)鎮(zhèn)，原料為高粱，曲為純小麥制高溫曲，八次蒸軟，八次下曲，八次發(fā)酵，八次蒸餾（但僅取酒7次，因?yàn)榈谝淮握麴s出的不作正品，潑回酒窖重新發(fā)酵）。廬州老窖——產(chǎn)于四川瀘州市，廬江、長江、沱江匯合處。千年窖，萬年糟。純小麥制大曲，以糯玉米為原料。根據(jù)酒的質(zhì)量可分特曲、頭曲、二曲和三曲。五糧液——產(chǎn)于四川宜賓。采用五種糧食（高梁、大米、糯米、小麥、玉米）為原料。古井貢酒——產(chǎn)于安徽亳州。歷史悠久，明、清二代作為貢品。濃香型

（廬型酒）清香型

（汾型酒）汾酒——產(chǎn)于山西汾陽縣杏花村，二次發(fā)酵二次勾兌。前次發(fā)酵21天，蒸餾，加酒糟，再發(fā)酵21天，再蒸餾。竹葉青（藥酒）——以汾酒為基礎(chǔ)，加入竹葉、當(dāng)歸、砂仁、檀香等十二味中藥材作香料，加冰糖浸泡調(diào)配而成。酒液金黃微綠、透明。（復(fù)）混香型

西鳳酒——產(chǎn)于陜西鳳翔縣柳林鎮(zhèn)。采用60％大麥和40％豌豆制大曲，以高梁為原料，清蒸高梁殼為輔料，發(fā)酵周期14天，陳化3天。傳統(tǒng)：蒸大豆→熟后與面粉相拌→攤涼→搬到曲房發(fā)黃（黃曲霉，米曲霉）→黃子（1個(gè)星期）→加鹽水至半固體狀態(tài)→入缸用→竹簾蓋上→曬→壓榨→得汁再壓榨→增濃二、醬油醬油是人們常用的一種食品調(diào)味料，營養(yǎng)豐富，味道鮮美，在我國已有兩千多年的歷史。它是用蛋白質(zhì)原料（如豆餅、豆粕等）和淀粉質(zhì)原料（如麩皮、面粉、小麥等），利用曲霉及其它微生物的共同發(fā)酵作用釀制而成的。1、生產(chǎn)菌

常用的霉菌有米曲霉、黃曲霉、黑曲霉。目前我國較好的醬油釀造菌種有米曲霉AS3.863、米曲霉AS3.591、961米曲霉、廣州米曲霉、S2米曲霉、10B1米曲霉

黑曲霉2、生產(chǎn)工藝流程

醬油生產(chǎn)分種曲、成曲、發(fā)酵、浸出提油、成品配制5個(gè)階段。(1)種曲制造工藝流程：麩皮、面粉→加水混合→蒸料→冷卻→接種→裝匾→曲室培養(yǎng)→種曲。

(2)成曲制造工藝流程：原料→粉碎→潤水→蒸料→冷卻→接種→通風(fēng)培養(yǎng)→成曲。(3)發(fā)酵：在醬油發(fā)酵過程中，根據(jù)醪醅的狀態(tài)，有稀醪發(fā)酵、固態(tài)發(fā)酵及固稀發(fā)酵之分；根據(jù)加鹽量的多少，又分鹽發(fā)酵、低鹽發(fā)酵和無鹽發(fā)酵三種；根據(jù)加溫狀況不同，又可分為日曬夜露與保溫速釀兩類。目前釀造廠中用得最多的固態(tài)低鹽發(fā)酵工藝流程為：成曲→打碎→加鹽水拌合（12-13%的鹽水，含水量50％-55％）→保溫發(fā)酵（50-55℃，4-6d）→成熟醬醅。(4)浸出提油工藝流程。二油三油水

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加熱加熱加熱

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成熟醬醅→第一次浸泡→頭渣→第二次浸泡→二渣→第三次浸泡→殘?jiān)?/p>

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第一次濾油第二次濾油第三次濾油

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頭油二油三油（5）成品配制：以上提取的頭油、二油并不是成品，必須竟配兌、滅菌、包裝。固態(tài)發(fā)酵：分大曲醋和小曲醋。大曲醋的代表是山西陳醋，以大麥、小麥、豌豆作原料；小曲醋的代表是鎮(zhèn)江香醋，以米、小麥作原料。液態(tài)發(fā)酵：酒精→醋山西陳醋：大麥、小麥、豌豆，50kg高粱+大曲31.3kg→發(fā)酵8天室外夏天曬冬天凍，要經(jīng)過三個(gè)伏天，一個(gè)冬天。色黑紫，質(zhì)濃厚，味清香，耐儲(chǔ)存。鎮(zhèn)江香醋：大米制成酒釀+粗糠→發(fā)酵固定化法：將醋酸桿菌固定在玉米芯或陶瓷上，通乙醇。深層發(fā)酵：發(fā)酵后加鮮味劑，加色素。三、醋四、發(fā)酵法生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白單細(xì)胞蛋白(SCP)概念：指適用于食品和動(dòng)物飼料應(yīng)用的微生物細(xì)胞，包括酵母菌、細(xì)菌、霉菌和高等真菌。這些微生物大多數(shù)是富含蛋白質(zhì)的單細(xì)胞生物，可以認(rèn)為是單細(xì)胞蛋白質(zhì)的重要來源。（1）細(xì)胞蛋白質(zhì)含量高達(dá)50%以上，含有多種氨基酸、維生素、礦物質(zhì)、粗脂肪等營養(yǎng)成分，易于消化吸收。（2）微生物生長繁殖快，短時(shí)間可獲得大量產(chǎn)品。應(yīng)用微生物生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的優(yōu)點(diǎn)：利用微生物發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白具有較高的生產(chǎn)率。因?yàn)閱渭?xì)胞蛋白依賴于微生物菌體生物量的累積，其富集蛋白質(zhì)的能力要比動(dòng)、植物快得多。豬和牛的體重倍增時(shí)間分別為4～6周、1—2個(gè)月，植物體重倍增時(shí)間為l一2周，而細(xì)菌、酵母等微生物僅需20～120min。1頭500kg的母牛每天能產(chǎn)蛋白質(zhì)約0.4kg。500kg酵母每天至少生產(chǎn)5000kg蛋白質(zhì)。在實(shí)際的工業(yè)發(fā)酵罐中，酵母能夠生產(chǎn)出數(shù)噸蛋白質(zhì)，生產(chǎn)率高達(dá)2-4kg／(h.m3培養(yǎng)液)。

（3）微生物對營養(yǎng)要求適應(yīng)性強(qiáng)，可利用多種廉價(jià)原料進(jìn)行生產(chǎn)。（4）微生物的生長條件可人為控制，可工廠化生產(chǎn)。生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的主要原料（1）工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的廢棄物和下腳料。（2）碳水化合物類（3）碳?xì)浠衔镱悾?）石油產(chǎn)品類（5）無機(jī)氣體類各種化學(xué)成分的含量因微生物的種類、菌齡、培養(yǎng)基組成、培養(yǎng)條件等不同而有較大差異。例如，啤酒酵母除含豐富的優(yōu)質(zhì)蛋白外，還含有較豐富的維生素D和B族維生素及Ca、Fe、Zn、K、P、Na等必需微量元素，因此，它可視為一種理想的蛋白質(zhì)資源。一般工業(yè)上生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的微生物是酵母，主要有釀酒酵母、產(chǎn)朊假絲酵母(或稱圓酵母)和脆壁克魯維酵母(或稱乳清酵母)。（一）利用酵母菌生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白SCP生產(chǎn)的概略流程圖烷烴類原料生產(chǎn)SCP

Zobell(1946年)提出酵母菌利用碳?xì)浠衔镉兴膫€(gè)特點(diǎn)：1、脂肪族化合物比芳香族化合物易于利用；2、長鏈脂肪族化合物與短鏈脂肪族化合物相比更易于降解；3、不飽和烷烴比飽和烷烴易于降解；4、支鏈烷烴較直鏈烷烴更易被酵母菌利用和同化。微生物同化烷烴的步驟是細(xì)胞吸收外源烷烴，然后將其轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞內(nèi)，烷烴進(jìn)行初始氧化。

主要有兩條代謝烷烴的途徑，即末端氧化和亞末端氧化途徑。前者，烷烴的末端甲基(1個(gè)或者2個(gè))被氧化，最后形成相應(yīng)的脂肪酸。酵母菌主要以單末端氧化途徑。單末端氧化途徑可簡單示意如下：

R-CH3→R-CH2OH→R-CHO→R-COOH↓

β-氧化作用以淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)SCP

以淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)SCP主要有三條途徑：①在化學(xué)分解或酶解底物基礎(chǔ)上培養(yǎng)SCP生產(chǎn)酵母菌；②將對淀粉分解活力高的霉菌與快速生長的酵母菌混合培養(yǎng)；③單獨(dú)培養(yǎng)能夠同化淀粉的生產(chǎn)菌株。

以木薯為原料采用深層發(fā)酵法生產(chǎn)SCP的流程圖

在SCP生產(chǎn)中，發(fā)酵過程必須控制溫度以利于菌體的大量增殖、生長。可以通過發(fā)酵罐內(nèi)部的冷卻表面散發(fā)培養(yǎng)液的熱量，當(dāng)然也可以在罐外通過熱交換器來降低培養(yǎng)液的溫度。以甘薯、木薯、玉米等淀粉質(zhì)原料發(fā)酵生產(chǎn)SCP得率一般可超過50％，即2t原料可生產(chǎn)出1t多蛋白含量超過50％的產(chǎn)物。每升發(fā)酵液中生物量約為37～40g。瑞典糖業(yè)有限公司在1973年便利用土豆加工的廢渣以混合培養(yǎng)方法生產(chǎn)飼料SCP。糖蜜原料生產(chǎn)SCP

糖蜜是制糖工業(yè)的主要副產(chǎn)品。甜菜、甘蔗糖蜜中含有多種可利用成分，是綜合利用發(fā)酵生產(chǎn)酵母、酒精、核苷酸等產(chǎn)品的寶貴資源，而且特別適用于SCP生產(chǎn)。以糖蜜為原料生產(chǎn)SCP多采用液體深層發(fā)酵法。發(fā)酵前，應(yīng)先采用化學(xué)、機(jī)械或兩者結(jié)合的方法對糖蜜進(jìn)行澄清和滅菌處理。向糖蜜中添加新鮮石灰乳和磷酸，形成磷酸鈣，靜置后過濾或離心除去這些沉淀即有澄清效果。也可先用H2SO4調(diào)節(jié)糖蜜pH，再依次加入NH3、鋁鹽、果膠和鋅鹽進(jìn)行澄清。過濾材料可選擇石棉砂和纖維素等。經(jīng)機(jī)械離心獲得的澄清糖蜜，可以加熱至130-140℃殺菌。經(jīng)過預(yù)處理的糖蜜用于酵母發(fā)酵生產(chǎn)，可以提高產(chǎn)量以及酵母產(chǎn)品的純度，同時(shí)熱交換器等設(shè)備表面鹽類物質(zhì)沉積量減少，有利于降低生產(chǎn)成本。纖維素類原料生產(chǎn)SCP

有三條路線：一是預(yù)處理-酶解二是酸解三是混合發(fā)酵法生產(chǎn)SCP時(shí)必須采用適當(dāng)工藝對原料進(jìn)行預(yù)處理。纖維素酶分解天然纖維的先決條件是酶與纖維素相互接觸，形成復(fù)合物，但天然纖維的纖維素和其它主要成分不溶于水，并且在細(xì)胞壁中排列成緊密的復(fù)合結(jié)構(gòu)，因此，必須設(shè)法使纖維素酶分子擴(kuò)散到細(xì)胞壁內(nèi)，纖維素分子的表面才能使之相互接觸并進(jìn)行反應(yīng)。結(jié)晶度越高，纖維表面積越小，酶解越困難。另外，纖維素原料中的木質(zhì)素會(huì)阻礙酶與纖維素接觸，是影響酶反應(yīng)敏感性的另一重要因素。采用球磨、高壓蒸煮、電子射線照射、γ-射線照射、膨化處理等方法，使高結(jié)晶度纖維素軟化，破壞纖維結(jié)構(gòu)，以利于酶解，但這些預(yù)處理方法能耗大、成本高，使應(yīng)用受到限制。預(yù)處理后的纖維性原料經(jīng)冷卻后即可進(jìn)行酶解。纖維素酶系由三種不同性質(zhì)的酶組成：纖維素酶外切酶、纖維二糖酶和葡萄糖苷酶。三種酶協(xié)同作用，可將纖維素水解為葡萄糖，即可作為SCP生產(chǎn)的碳源。

五、高活性干酵母的生產(chǎn)

細(xì)胞含量超過200

億cfu

／g

.含水量小于6

％的活性干酵母被稱為高活性干酵母。高活性干酵母具有含水量低、復(fù)水快、貯藏時(shí)間長、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。

（一）高活性干酵母（簡稱HADY）活性干酵母有兩個(gè)基本特征：一是常溫下長期貯存而不失去活性.二是將活性干酵母在一定條件下復(fù)水活化后.即恢復(fù)成自然狀態(tài)并具有正常酵母活性的細(xì)胞。

把含水分70％～73％新鮮活性酵母經(jīng)過連續(xù)流化床干燥裝置烘干為含水分4％～6％的HADY成品。活性干酵母生產(chǎn)過程

菌種配制→發(fā)酵→分離→過濾→干燥→真空包裝→貯存發(fā)酵主要原材料為糖蜜。

高活性干酵母的種類1、高活性干面包酵母2、酒精生產(chǎn)、釀酒用的高活性干酵母3、制造酵母抽提物的高活性干酵母酵母抽提物即酵母精，由于其細(xì)胞內(nèi)含有核糖核酸及其加工后的水解產(chǎn)物(腺嘌呤核苷酸、鳥嘌呤核苷酸，胞嘧啶核苷酸，尿嘧啶核苷酸)，其中腺嘌呤核苷酸的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物次黃嘌呤核苷酸和鳥嘌呤核苷酸有著強(qiáng)力鮮味，另外，酵母細(xì)胞含有豐富的蛋白質(zhì)，其水解產(chǎn)物中的谷氨酸等也呈鮮味，還有各種營養(yǎng)成分的配合，使酵母抽提物呈現(xiàn)出強(qiáng)力的鮮味。生產(chǎn)酵母抽提物的酵母菌種：啤酒酵母、面包酵母、產(chǎn)朊假絲酵母六、

螺旋藻的培養(yǎng)生產(chǎn)及其應(yīng)用藻類含有較高的蛋白質(zhì)，一般含可消化蛋白45％～70％，其氨基酸種類含量與單細(xì)胞微生物相同。而且藻類的生長速度比高等植物快。螺旋藻被認(rèn)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30億年之久，是一種利用光合作用的水生低等植物，在分類學(xué)上屬于藍(lán)藻門，顫藻科，已發(fā)現(xiàn)有30多種，因其藻體呈絲狀螺旋形而得名。至目前為止，有利用價(jià)值的藻種主要有兩種：鈍頂螺旋藻和極大螺旋藻。螺旋藻研究開發(fā)的進(jìn)展及其藥理評價(jià)

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斯科克湖，當(dāng)?shù)厝擞脕硎秤没蛑瞥娠炇?，有益于健康。本世紀(jì)50年代以后，乍得把螺旋藻制成食品其商品名為“Dihe”；1964年，比利時(shí)植物學(xué)家JeanLenoard從食用螺旋藻和出售的“Dihe”中，分離出螺旋藻，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行培養(yǎng)試驗(yàn)，1967年3月首次發(fā)表了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為螺旋藻的人工養(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，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300t左右，成為世界上第一間螺旋藻生產(chǎn)工廠螺旋藻除了營養(yǎng)成分完全、療效作用大以外，還由于其細(xì)胞壁薄，纖維素含量低，很易消化吸收，消化率達(dá)95％。美國Earthrise公司生產(chǎn)的螺旋藻片劑、粒劑和粉劑，零售價(jià)格為129美元／kg美國“BetterNutrition‘’雜志列舉了螺旋藻所含生理活性物質(zhì)和醫(yī)療特性，認(rèn)為螺旋藻對糖尿病、貧血癥、肝臟疾病、潰瘍病、胰腺炎、視力障礙、白血癥、過敏癥、癌癥等均有治療和預(yù)防功效。日本的醫(yī)藥專家出版了《神秘的螺旋藻》一書，介紹螺旋藻的藥效功能。美國報(bào)道從螺旋藻中提取的一種糖脂甚至具有阻止AIDS(愛滋)病毒的功效。藻藍(lán)蛋白可作熒光探針，此外，螺旋藻還應(yīng)用于珍稀動(dòng)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(xiàng)目；中國科學(xué)院武漢水生所，青島海洋所、北京大學(xué)、南京大學(xué)、華南師范大學(xué)、華南理工大學(xué)、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(jìn)行了大量基礎(chǔ)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(lán)藻生物公司成立；廣東省茂源進(jìn)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(huì)；廣東梅雁企業(yè)(集團(tuán))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(zhǔn)為保健食品產(chǎn)品。螺旋藻的化學(xué)組成和營養(yǎng)

螺旋藻的化學(xué)組成

蛋白質(zhì)干藻粉蛋白質(zhì)含量達(dá)50％～70％，是大豆的2倍，比牛肉、雞蛋白高3.5倍，更加重要的是其蛋白質(zhì)中8種必需氨基酸配比合理且全面。

碳水化合物

螺旋藻干粉中含碳水化合物15％～20％，其中含有7％一8％為螺旋藻活性多糖(SP-1)，其相對分子質(zhì)量為12590，其組分含D-甘露糖30.938％、D-葡萄糖29.779％、D-半乳糖22.755％、葡萄糖醛酸16.526％，經(jīng)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)和藥理學(xué)評價(jià)，具有消除各種炎癥、抑癌等功能。脂肪

螺旋藻具有低脂肪、低膽固醇的特點(diǎn)，其脂類含量僅為4％左右，其中γ-亞麻酸占1％，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B12含量豐富，維生素E的含量也比麥芽的含量高。

植物色素

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0.2％～0.4％，為其它植物的10倍以上，主要由葉黃素和β-胡蘿卜素組成。其中β-胡蘿卜素在所有已知的食品中含量最高，是一類很有應(yīng)用價(jià)值的色素源。它可在某些觀賞動(dòng)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。礦物質(zhì)

lOOg螺旋藻干粉中含鉀高達(dá)1500-2000mg