生化产品工艺学

李树立 概 述 n 生化产品：绝大多数采用生物技术进行 生产。 n 生化产品种类繁多： n 食品工业、医药卫生、轻工业、化工、 农业、冶金、环保等行业 食品工业： 食品加工： 单细胞蛋白 包括细菌 酵母真菌藻类 n 含醇饮料： 葡萄酒、果酒 黄酒、白酒、啤酒、白兰地、威士忌、伏 特加、香槟酒、朗姆酒等。 n 发酵乳制品：奶酒、乳酪、酸奶等。 n 调味品和发酵食品： 味精、肌苷酸、鸟苷酸和的酱、酱油、醋、豆豉 、豆腐乳、饴糖、泡菜等。 n 甜味剂： 葡萄糖、麦芽糖、果葡糖浆、甘露糖醇、甜味肽、甜蛋白等 。 n 食品添加剂： 面包酵母、赖氨酸、柠檬酸、色素、右旋糖酐葡聚糖和 茁霉多糖 (增稠剂 )、葡萄糖氧化酶和维生素 C等。 n 食品检验： 食品免疫检验方法可检测含量极低的微量残留物、真菌毒 素、抗牛素、激素、细菌毒素等。 n 加工用酶 ： 淀粉酶、异构酶，蛋白酶：碱性、 酸性、中性蛋白酶 n 果胶酶：脂肪酶：凝乳酶等。 医药卫生： n 抗生素 现在发现的抗生素有的 6000余种，其中绝大多数是由微生物 产生的，已形成产品的医用和兽用的 (包括半合成抗生素 )有百余种 。 n 抗细菌、抗真菌、抗原虫、抗肿瘤、起免疫抑制作用、抗生素：半 合成抗生素： 最多：青霉素型和头孢菌素型半合成抗生素。 n 氨基酸 n 氨基酸在医药中除用作大输液外，还广泛地用于临床治疗。 18种氨 基酸均可通过发酵法或酶法获得。 n 产量最大：谷氨酸、赖氨酸 n 维生素 ：维生素 B2(核黄素 )，维生素 B12(氰钴氨素 )，维生素 C的前体 2-酮基 -古龙酸， 类胡萝卜素 (维生素 A的前体 )等。 n 甾体激素： 可的松、氢化可的松、泼尼松 (脱氢可的松或强的松 )、氢化泼 尼松 (强的松龙 )、肤轻松、地塞米松等，均用微生物转化产生。 医药卫生： n 生物制品： 通常是指含抗原制品，包括由减毒或死的病毒和立克次氏体 制造的疫苗，以及含抗体的制品。 n 牛痘、斑疹伤寒疫苗；卡介苗和伤寒菌苗；类毒素如白喉类毒素，亚单 位疫苗 (单纯疱疹病毒疫苗、口蹄疫病毒疫苗、肽疫苗等 )、活体重组疫 苗 (如流感病毒载体疫苗、乙肝病毒载体疫苗等 )、避孕疫苗、肿瘤疫苗 、 DNA疫苗等。它们可用于预防、诊断或治疗相关疾病。 n 治疗用酶： 蛋白酶和核酸酶用于加速坏死组织、脓汁、分泌物、 血肿的去除；胃蛋白酶、脂肪酶、蛋白酶可帮助消化；尿激酶、 链激酶可溶化血栓；胰蛋白酶可释放激肽；天门冬酰氨酶是抗肿 瘤药物；超氧化物歧化酶可治疗因 O2-的毒性引起的炎症等。 n 其他： 酶的抑制剂、核苷酸类药物：肌苷、辅酶 A可治疗心脏病、 白血病、血小板下降、肝病等；其他药物：如麦角新碱可促进产 后子宫复原，麦角胺可治疗偏头痛等。基因工程药物：人胰岛素 1980年第一个基因工程药物上市。 化工能源：农业 n 醇及溶剂 ：乙醇、甘油、异丙醇、丙酮 n 有机酸 ：醋酸、丙酸、乳酸、丁酸、琥珀酸、延胡索酸、苹果酸 、酒石酸、衣康酸、 n 多糖 ：右旋糖酐、黄原胶、茁霉多糖、海藻酸等。 n 烷烃 ：甲烷。 n 清洁能源 ：氢气、微生物燃料电池。 n 生物农药： 病毒杀虫剂， 真菌杀虫剂， n 生物除草剂 ：利用杂草的病原微生物，包括真菌 (如锈菌、链刀菌 、炭疽病菌等 ) n 生物增产剂 ：固氮菌，如根瘤菌属 n 食用菌和药用真菌 ：蘑菇、草菇、香菇、猴头菌、银耳、木耳等 。 环保、冶金、高技术研究 n 假单胞菌属的土壤微生物可分解 100多种有毒废弃物。 n 厌气发酵法 ：如专性厌气微生物梭菌、拟杆菌、甲烷菌等，兼性厌气 大肠杆菌、芽孢杆菌等。多用于沼气、肥料、饲料发酵。 n 好气发酵法 ：用产生菌胶的细菌和某些原虫的混合物处理工业和生活 污水以及废气。 n 利用某些自养细菌提炼金属 ：如氧化亚铁硫杆菌等有把亚铁氧化为高 铁、把硫和低价硫化物氧化为硫酸的能力，将含硫金属矿石 (主要是 尾矿、贫矿 )中的金属离子形成硫酸盐而释放出来。用此法浸出的金 属有铜、钴、锌、铅、铀、金等。 n 高技术研究 ，如为基因工程研究提供的质粒、黏粒和病毒载体，限制 性内切酶、连接酶、磷酸酶、磷酸激酶等。医学诊断和工业过程检验 用的生物传感器 (酶、微生物电极、 DNA芯片 )，以及可能会用于微电 子中的生物芯片等。 根据发酵对氧的需求： 好氧发酵 生化产品工艺学 厌氧发酵 生化产品工艺学 各种酒精性饮料类、酒精、乳酸等产品各论。 酒精性饮料可以分成三大类 GB17204-1998 酿造酒： 发酵酒 fermented alcoholic beverages 蒸馏酒： distilled spirits 配制酒： 露酒 integrated alcoholic beverages 饮料酒分类 GB17204-1998 n 发酵酒 ： 啤酒、葡萄酒、果酒、黄酒、其他发酵酒。 n 定义：以粮谷、水果、乳类等为原料，主要经 酵母发酵等工艺制成的、酒精含量小于 24 (V/V)的饮料酒。 n 适用于淀粉质 (或糖质 )原料经发酵酿制而成的 酒。 啤酒 beer n 以麦芽 (包括特种麦芽 )为主要原料，加酒花， 经酵母发酵酿制而成的，含二氧化碳的、起泡的 、低酒精度 2.5 7.5 (V/V)的发酵酒 (低醇 啤酒酒精度除外 )。 n 按是否经过高温处理： 熟啤酒 ：经巴氏灭菌的啤酒。 生啤酒 ：不经巴氏灭菌，而采用其他方式除菌达到 一定生物稳定性的啤酒。 鲜啤酒 ：不经巴氏灭菌的新鲜啤酒。 原麦汁浓度 分为： 高浓度淡色啤酒： 原麦汁浓度 13的啤酒； 中等浓度淡色啤酒： 原麦汁浓度为 10 13 (m/m)的啤酒； 低浓度淡色啤酒： 原麦汁浓度 10 (m/m)的啤酒 。 按色泽 分为 ： 淡色啤酒 ： 色度为 5 14EBC单位的啤酒。 浓色啤酒 ： 色度为 15 40EBC单位的啤酒。 黑啤酒： 色度大于 40EBC单位的啤酒。 特种啤酒： 特种啤酒： 在原辅材料或生产工艺方面有某些重大改变，使其改变 了上述原有啤酒的风味，成为独特风格的啤酒 。 干啤酒 (高发酵度啤酒 )：实际发酵度在 72以上的啤酒； 低醇啤酒 ：酒精度为 0.6 2.5 (V/V)的啤酒； 小麦啤酒： 以小麦麦芽为主要原料 (占总原料的 40以上 )， 采用上面发酵或下面发酵酿制的啤酒； 浑浊啤酒 ：在成品中含有一定量的活酵母菌，浊度为 2.05.0EBC单位的啤酒。 冰啤酒： 在酿制过程中经过冰晶化处理的啤酒。 葡萄酒 wine n 以新鲜葡萄或葡萄汁为原料，经全部或部分发 酵酿制而成的、酒精度等于或大于 7 (V/V)的 发酵酒 。 n 按酒中二氧化碳含量 (以压力表示 )和加工 工艺分为 三类 ： n 平静葡萄酒 n 起泡葡萄酒 n 特种葡萄酒。 平静葡萄酒： 在 20 时，二氧化碳压力小于 0.05MPa(0.5bar)的葡萄酒。 按酒中的含糖量和总酸又分为 ： a)干酒 ：含糖小于或等于 4g/L或者当总糖与总酸 (以酒石酸 计 )的差值小于或等于 2g L时，含糖最高为 9g L的葡萄 酒； b)半干酒 ：含糖大于干酒，最高为 12g/L或者总糖与总酸的 差值按干酒方法确定，含糖最高为 18g/L的葡萄酒； c)半甜酒 ：含糖大于半干酒，最高为 45g/L的葡萄酒； d)甜酒 ：含糖大于 45g/L的葡萄酒 起泡葡萄酒： 在 20 时，二氧化碳压力等于或大于 0.05MPa(0.5bar)的葡萄酒。 起泡葡萄酒 : CO2全部采源于葡萄原酒经密闭 (于瓶或 发酵罐中 )自然发酵产生时，称为起泡葡萄酒。 加气起泡葡萄酒 :CO2是人工加入 。 低起泡葡萄酒 (或葡萄汽酒 ): 酒瓶中的 CO2压力 0.05 0.25MPa(0.5 2.5bar) 高起泡葡萄酒 : 当 CO2压力等于或大于 0.35MPa(3.5bar) 瓶容量 0.25L， CO2压力 =或 0.3MPa(3.0bar) . 高起泡葡萄酒 按其含糖量分为： 天然酒： 含糖小于或等于 12g/L的起泡葡萄酒； 绝干酒： 含糖大于天然酒，最高到 17g/L的起泡 葡萄酒； 干酒： 含糖大于绝干酒，最高到 32g/L的起 泡葡萄酒； 半干酒 ：含糖大于干酒，最高到 50g/L的起泡葡 萄酒； 甜酒： 含糖大于 50g/L的起泡葡萄酒。 特种葡萄酒： 按特殊工艺加工制作的葡萄酒。 利口葡萄酒： 在葡萄原酒中，加人白兰地、食用精馏酒精或 葡萄酒精以及葡萄汁、浓缩葡萄汁、含焦糖葡 萄汁等，酒精度为 1.5 22 (V/V)的葡萄酒。 加香葡萄酒： 以葡萄酒为酒基，浸泡芳香植物 (或添加其浸 提物 )而制成的、酒精度为 11 24 (V/V)的 葡萄酒。 果酒 fruit wine 以新鲜水果或果汁为原料，经全部或部 分发酵酿制而成的、酒精度在 7 18 (V/V)的发酵酒 。 黄酒 Chinese rice wine 以稻米、黍米、黑米、小麦、玉米等为 原料，加曲、酵母等糖化发酵剂发酵酿制 而成的发酵酒。 按原料分为：稻米和非稻米两类。 按加入的曲种分为：麦曲和米曲类。 酒中的含糖量又分为： 干酒 ：含糖小于 10g/L的黄酒； 半干酒 ：含糖大于干酒，最高到 30g/L的黄酒； 半甜酒 ：含糖大于半干酒，最高到 100g/L黄酒； 甜酒 ：含糖大于半甜酒，最高到 200g/L的黄酒 ； 浓甜酒 ：含糖大于 200g/L的黄酒 . n 其他发酵酒 other fermented alcoholic beverages n 除上述四种以外的发酵酒。 蒸馏酒 distilled spirits 定义：以粮谷、薯类、水果等为主要原料，经发酵、蒸 馏、陈酿、勾兑制成的、酒精度在 l8%60 (V/V)的 饮料酒。 适用于淀粉质 (或糖质 )原料经发酵、蒸馏酿制而成的酒。 白酒 (Chinese spirits） 白兰地 brandy 威士忌 whisky 俄得克 (伏特加 ) vodka 老姆酒 (朗姆酒 ) rum 其他蒸馏酒 other distilled spirits 白酒 按生产工艺分为 ： 固态法白酒 ： 采用固态糖化、固态发酵及 固态蒸馏的传统工艺酿制而成的白酒 半固态法白酒 ： 采用固态培菌、糖化，加 水后，于液态下发酵、蒸馏的传统工艺 酿制而成的白酒 液态法白酒 ： 主要采用液态糖化、液态发 酵、液态蒸馏而制成的白酒。 固态法白酒 ： 按曲种又分为： 大曲酒 ：以大曲为糖化发酵剂酿制而成的白酒： 小曲酒 ：以小曲为糖化发酵剂酿制而成的白酒； 麸曲酒 ：以麸曲为糖化剂，加酒母发酵酿制而成 的白酒； 混曲酒 ：以大曲、小曲或麸曲等为糖化发酵剂酿 制而成的白酒； 其他糖化剂酒 ：以糖化酶为糖化剂，加酿酒酵母 (或活性干酵母、生香酵母 )发酵酿制而 成的白酒。 液态法白酒 ： 传统液态法白酒 ：以大米、糖蜜等为原料，在液 态下加入糖化发酵剂，采用边糖化边发酵，液 态蒸馏酿制而成的白酒； 串香白酒： 以液态法生产的食用酒精为酒基，利 用固态法发酵的酒醅 (或特制的香醅 )进行串香 ( 或浸蒸 )而制成的白酒； 固液勾兑白酒： 以液态法生产的食用酒精为酒基 ，用固态法白酒进行勾调而制成的白酒； 调香白酒： 以液态法生产的食用酒精为酒基，加 呈香、呈味物质调配而成的白酒。 n 按香型进行分类 白兰地 brandy 以新鲜水果或果汁为原料，经发酵、蒸馏、贮 存、调配而成的、酒精度为 38 44 (V/V) 的蒸馏酒 。 按不同原料分为： 葡萄白兰地 (简称：白兰地 )：以葡萄汁、浆、皮 渣为原料，经发酵、蒸馏、于橡木桶中贮存陈 酿至少两年的白兰地。 水果白兰地 ：以新鲜水果为原料，经全部、部分 发酵或用食用酒精 (或其他酒 )浸泡、蒸馏制成 的白兰地，在白兰地名称前须冠以水果名。 威士忌 whisky 以麦芽、谷物为原料，经糖化、发酵、蒸馏、贮存、凋配 而成的，酒精度为 40 44 (V/V)的蒸馏酒。 按不同原料分为： 麦芽威士忌 ：全部以大麦麦芽为原料，经糖化、发酵、蒸馏， 在橡木桶贮存陈酿至少三年，具有来自原料和加工工艺香气 、滋味的威士忌。 谷物威士忌 ：以各种谷物 (如：黑麦、小麦、玉米、青棵、燕 麦 )为原料，经糊化、糖化、发酵、蒸馏，在橡木桶贮存陈 酿至少三年的各类谷物威士忌。 调配威士忌： 是用各种单体威士忌 (麦芽威士忌、谷物威士忌 ) 按 定比例混合、调配而成的威士忌。 俄得克 (伏特加 ) vodka 以谷物、薯类或糖蜜等为原料，经发酵、蒸馏制 成食用酒精。再经过特殊厂艺精制加工制成的、 酒精度为 38 40 (V/V)的蒸馏酒。 老姆酒 (朗姆酒 ) rum 以甘蔗汁或糖蜜为原料，经发酵、蒸馏，在橡木 桶贮存陈酿至少两年，酒精度在 45 55 (V/V)的蒸馏酒。 其他蒸馏酒 other distilled spirits 除上述蒸馏酒以外的蒸馏酒 配制酒 (露酒 ) integrated alcoholic beverages 定义：以发酵酒、蒸馏酒或食用酒精为酒 基，加入可食用的辅料或食品添加剂，进行 调配、混合或再加工制成的、已改变了其原 酒基风格的饮料酒 。 适用于各种再制酒 n 按添加物来源分为 植物类配制酒 (植物类露酒 ) integrated alcoholic bcverages from plants 利用食用植物的花、叶、根、茎、果为香源 及营养源。经再加工制成的、具有明显植物香及 有用成分的配制酒。 动物类配制酒 (动物类露酒 ) inlcgrated alcoholic bcverages from animals 利用食用动物 (包括皮、角、骨、脏器等 )及 其制品为香源及营养源，经再加工制成的、具有 明显动物有用