第十六章--固态发酵...ppt

固态发酵,第一节概述第二节固态发酵的分类第三节固态发酵反应器第四节固态发酵的应用第五节固态发酵发展趋势和应用前景第六节固态发酵的典型实例白酒,第一节概述,一、固态发酵的内涵一般发酵工艺过程按照培养基物理性状不同，将发酵方式分为两大类：固态发酵和液态发酵。液态发酵主要有表面发酵和深层发酵,一切使用不溶性固体基质来培养微生物的工艺过程，称之为固体基质发酵。固态发酵是指没有或几乎没有自由水存在下，在有一定湿度的水不溶性固态基质中，用一种或多种微生物的一个生物反应过程。,固态发酵系统,液态发酵系统,二、固态发酵的特点,固态发酵是气体作为生物反应过程中的O2、CO2、热量、营养和产物的传递介质。O2、CO2扩散比较容易热量传递困难存在明显的营养梯度无大量有机废水产生,三、固态发酵与液态发酵比较分析,固态发酵与液态发酵本质区别是以气相还是以液相为连续相的差异。具体表现是固体发酵基质中游离水的多少。,固态发酵与液态发酵的比较,序表,第二节固态发酵的分类,一、传统固态发酵与现代固态发酵,二、固态发酵的形式,1.按微生物的情况和形成的产品条件分类自然富集固态发酵是指利用自然界中的微生物，由不断演替的微生物进行的富集混合发酵过程。强化微生物混合固态发酵是指在自然富集固态发酵的基础上，根据人们部分掌握的微生物代谢机制，人为强化接种微生物茵系不明确的富集培养物或特定微生物培养物所进行的混合发酵过程。,限定微生物混合固态发酵是在对微生物相互作用和群落认识的基础上，接种混合培养的微生物是已知和确定的，通常使用两种或两种以上经过分离纯化的微生物纯种，同时或先后接种同一灭过茵的培养基中，在无污染条件下进行的固态发酵过程。单菌固态纯种发酵是在纯培养基础上建立起来的，对于选育良种、保持生理活性和代谢过程中的稳定起很大作用。,2.按固态发酵固相的性质分类,（1）同体底物基质固态发酵利用的培养基是既充当固相，又为微生物生长提供营养的初级农作物产物。如麸皮、马铃薯、谷子、豆饼以及其他含淀粉和纤维素的农作物产品。（2）固态发酵采用的固体是惰性载体，载体可以是天然的，也可以是人工分成的。载体材料有大麻、珍珠岩、聚氨酯泡沫体、蔗糖渣和聚苯乙烯等。,back,第三节固态发酵反应器,不同形式的工业规模的固态发酵反应器：转鼓式、木盒式、加盖盘式、垂直培养盒式、倾斜接种盒式、浅盘式、传送带式、圆柱式、混合式,以基质的运动情况可分为两类：静态固态发酵反应器，包括浅盘式和塔柱式反应器；动态固态发酵反应器，包括机械搅拌的筒柱式、转鼓式反应器等。,无论何种形式的固态发酵反应器，都必须考虑以下问题：接种技术灭菌方式发酵基质的特性供气手段参数的测量和控制取样分析技术结构简单，操作方便,一、静态固态发酵反应器与动态固态发酵反应器,1.静态固态发酵反应器优点：系统简单，廉价，操作方便；克服固态发酵无法用摇瓶法作大量基础研究的缺点，同时可作多条件的平行实验并且温度、湿度等条件均一；系统易灭菌。,缺点：无法准确控制气体和物料的湿度，只能供饱和湿空气；无法取样分析；放大过程中难以消除床径扩大的影响。,完善的固态发酵供气、保温、控温系统应有以下特点：测量并控制进气组成、湿度及温度；测量尾气组成并反馈调节进气组成、湿度和温度；在较大规模应用时采用循环供气；完善的气体过滤设备。,静态固态发酵反应器,2.动态固态发酵反应器,（1）转鼓式基本形式是将一个圆柱形(鼓形)容器支架在一个转动系统上，转动系统主要起支撑及提供动力这两种作用。,（2）带机械搅拌的筒柱式特点是发酵器主体静止不动，而容器内的搅拌器使发酵过程中的物料处于连续的运动状态，在反应器的一端有取样、加料和通气口。灭菌方式为直接通气灭菌,（3）搅拌运动的盘式固态发酵反应器缺点是：不能用于无菌操作过程，只能用于自然发酵和混合发酵过程。本系统易于放大,动态固态发酵反应器类型及优缺点,二、实验室固态发酵反应器、中试固态发酵反应器与工业级固态发酵反应器,第一是实验室固态发酵反应器，可进行克级规模固体物料的固态发酵实验；第二类是中试固态发酵反应器，一般进行千克级固体物料的固态发酵试验；第三类是工业级固态发酵反应器，可应用于工业生产，承载吨级固体物料。,三、固态发酵研究取得的主要进展,1.由敞开式发酵到封闭式发酵2.从经验发酵到控制发酵3.从浅盘式发酵到机械化发酵4.从固态单菌发酵到固态混合发酵,5.从堆积发酵到流化态发酵6.从上游过程和下游过程分别操作到组合操作,back,第四节固态发酵的应用,一、固态发酵的产品1.有机酸有机酸是羧酸(RCOOH)、磺酸(RSO2OH)、亚磺酸(RSOOH)、硫代羧酸(RCOSH)等的总称。乳酸、柠檬酸,2.生物活性物质,所谓生物活性物质就是微生物在代谢活动过程中所产生的次级代谢产物。抗生素、霉菌素、细菌内毒素、植物生长素、免疫类药物、生物碱等,3.风味化合物,风味化合物是指具有芳香味的物质。吡嗪是杂环化合物、拥有坚果、烧烤风味，可作食品添加剂，烷基吡嗪经常在食品中见到。,4.其他生物产品,生物表面活性剂、麸酸胺、色素、维生素、类胡萝卜素、黄原胶等,二、固态发酵技术在资源环境中的应用研究,1.生物燃料用工农业残渣固态发酵生产生物燃料主要为乙醇，即酒精。淀粉底物有：高粱、土豆、麦粉、玉米粉、可溶性淀粉等,2.生物农药苏云金芽抱杆菌（简称Bt）3.生物转化利用微生物转化农作物及其废渣生物转化利用的菌株常为白腐菌,4.生物解毒5.生物修复生物修复是利用微生物及其代谢过程（其产物消除或在体内富集有毒物质）来修复被人类长期生活和生产所污染和破坏的局部环境，使之重现生机的过程。,back,第五节固态发酵发展趋势和应用前景,固态发酵近几年在有机酸、酒精、生物活性物质、风味物质及其他类化合物领域的研究得到迅速发展及应用，但均处在实验室研究阶段。固态发酵是解决当前人类所面临的“三大”危机的一个有效手段。,现代固态发酵技术可以将许多工农业残渣、城市生活垃圾进行降解、修复、转化为对人们有益或无害的物质。固态发酵难以实现工业化大规模生产的原因有：通风散热困难；易染茵；基质利用率低；缺少固态发酵反应器设计和放大的统一标准；缺少完善的传质、传热数学模型；检测手段不完备等。,back,第六节固态发酵的典型实例白酒,一、白酒的发酵机理其主要产物是乙醇，还含有占总量2%左右的其他香味物质。白酒中的香味物质主要是醇类、酯类、醛类、酮类、芳香族化合物等物质。,白酒物质的产生过程：淀粉糖乙醇蛋白质氨基酸醇、醛、酮等物质,二、浓香型大曲酒的生产工艺的特点我国白酒采用固态发酵和固态蒸馏的传统操作主要特点如下：（1）双边发酵白酒发酵过程中糖化和发酵同时进行。酿酒生产中采用“低温入窖、缓慢发酵”的操作工艺。,（2）续糟发酵采用续糟发酵的优点：第一、调整入窖淀粉和酸度，利于发酵；第二、酒糟经过长期反复发酵，积累了大量可供微生物营养和产生香味物质的前提物质，利于白酒品质的改善；第三、反复发酵过程中淀粉被充分利用，有利于提高出酒率。,（3）甑桶蒸馏蒸馏是将发酵后的酒糟装入传统的甑桶中，蒸出的白酒品质较好，这种蒸馏方式，不仅是浓缩分离酒精的过程，而且是香味的提取和重新组合的过程。,（4）多菌种发酵固态发酵白酒的生产，在整个生产过程中都是开放式操作，除原料蒸煮过程中起到灭菌作用外，空气、水、窖池和场地等各种渠道多能把大量的、多种多样的微生物带入到料醅中，与曲中的有益微生物协同作用，产生出丰富的香味物质。因此，固态发酵是多菌种混合发酵。,（5）界面复杂白酒发酵时，窖内的气相、也想、固相三种状态同时存在（气相比例极少），界面关系复杂且不稳定，这个条件有利支配着微生物的繁殖与新陈代谢，形成白酒特有的芳香。,三、浓香型大曲酒的酿酒工艺浓香型曲酒各名酒厂的生产原理相同，采用泥窖、固体发酵、续糟混蒸等工艺。但在粮糟配比、续糟方法上有不同之处，大致可分为：跑窖工艺法、本窖工艺和老五甑工艺法。,四、五粮液酿酒工艺（一）酿酒工艺流程,（二）原料配比酿制五粮液的原料配比为：,（三）粉碎要求：高粱、大米、糯米、小麦的粉碎度为4、6、8瓣，无整粒混入。玉米的粉碎颗粒相当于前四种，五大于1/4厘的混入。,（四）蒸糠糠壳是酿酒中采用的优良填充剂，也是调整酸度、水分和淀粉含量的最佳材料，但康克中含有果胶质（0.4%）和多缩戊糖（16.9%）等，在发酵和蒸煮过程中能生成甲醇和糠醛等物质。所以，在酿酒工艺上规定蒸糠的时间不得低于30分钟，并且提前蒸糠，拌料时必须使用熟糠。,（五）开窖发酵期满的窖应去掉封泥，取糟蒸酒。粮糟窖的发酵期为70天,（六）配料、拌和、润粮配料前，必须根据母糟、黄水鉴定情况准确配料。如上层母糟干要打入润粮水；金黄色母糟是由于糠大水大造成的，就要减糠减水；母糟残存淀粉过高就要减少投粮；母糟残糖高就要注意打量水操作等等。,操作要点：三准确、两均匀配粮要准确：根据冷热季投粮标准和母糟含残淀粉量配粮，冷季：20-22%，热季18-22%。配糟要准确：根据甑的大小、起母糟量每甑应基本一致，出入控制在3%以内。,配糠要准确：按工艺标准：粮糠比为23-27%，假如熟（冷）糠，使粮糟疏松不糙。拌粮要均匀：拌和粮粉时，必须做到无“灰包、疙瘩、白杆”出现，充分拌和均匀。,拌糠要均匀：（同拌粮标准）不能使用生糠、热糠拌料。红糟、面糟用糠量视糟醅情况确定，尽量少用。粮粉与糠不能同时倒入。拌和时要快翻快拌，次数不可过多，时间不可过长。,（七）上甑上甑操作要点：上甑要平，穿汽要匀，探汽上甑，不准跑汽，轻撒匀铺，切忌重倒，甑内穿汽一致，严禁起堆塌汽。上甑未满或剩余糟醅不得少于或超过15千克。,（八）蒸馏摘酒蒸馏时要掌握缓火（汽）流酒，大火（汽）蒸粮的原则。（九）出甑、摊晾出甑前先关汽阀，取下弯管，揭开甑盖，将糟醅运至晾糟床附近。随即进行一下操作：,a、收堆：将出甑的糟醅收堆。b、打量水：量水的温度必须在80以上；量水用量（水粮比）75-90%；量水必须泼洒均匀，严禁打“竹筒水”。打量水完毕后经堆闷的糟醅用铁锨均匀地铺到晾床上，开启风扇，勤翻勤划2-3次，打散疙瘩，测温后摊晾结束。,c、撒曲、拌和：大曲用量（曲粮比）20%。散曲时要做到低撒匀铺，减少飞扬的损失；将大曲粉均匀翻划入糟醅中。d、收摊场：将曲拌匀后的糟醅运入窖池，将晾糟床及周围的糟醅清扫干净。,（十）入窖糟醅入窖前先将窖池清扫干净，撒上1-1.5千克的曲粉。（十一）封窖管理入窖后的糟要在密封隔气隔热条件下进行发酵，按要求应做好以下操作：,a、封窖封窖泥的质量：老窖泥应加新黄泥，做到干稀适度，粘性好，密度良好。用铁锨将封窖泥铲在窖池糟醅上压实拍光，厚度在12-15厘米，厚薄要均匀。,b、窖池管理封窖后15天左右必须每天清窖，15天后1-2天清窖一次，保持窖帽表面清洁，无杂物、避免裂口。窖帽上出现裂口必须及时清理、避免透气、跑香、烂糟。,（十二）窖内酒醅温度、含酒量变化a、窖内品温最高点：热季需5-8天，每天以0.5-4的速度升至36-40达到最高点；冷季需要7-9天，每天以0.5-3的速度上升至32-36达到最高点。实际生产中每当发酵1%的淀粉升温为1.3-1.5。,b、升温幅度：热季8-12（多数为10）；冷季为10-16（多数为13-14）。c、窖内最高温度稳定期：一般为四天左右。,d、窖内降温情况：稳定期后，每天以0.25-1之间缓慢下降。下降期间随时又出现稳定期，但长短不一，根据情况一般为2-8天。,发酵期到30-40天，已经降至最低温；冷季22-25，热季27-30，就不会再降了，一直稳定到70天开窖。发酵规律可以用“前缓、中挺、后缓落”概括。,e、酒精含量酒精含量在窖池中随升温上升，一般在稳定期后，酒精含量达到最高点，随着发酵期延长，窖内酸、酯等物质的增加，酒精略有下降。,五、酒文化,酒是一种非常奇特而又富于魅力的饮品，一问世便迅速进入社会生活的各个领域，以其独特的功能与人们生活密不可分。中国的酒醇厚芬芳，味美无比。,我国酿酒起源的传说,有关我国酿酒起源的传说有以下几种说法：仪狄酿酒杜康酿酒酿酒始于黄帝时期酒与天地同时,酒的别名,中国最初的酒字写成“酉”中国人创造了许多以“酉”字作意符的形声字，这些字都与酒有关：“酐”、“酎”、“酗”、“酌”、“酝”、“酣”、“酢”、“酡”、“酬”、“酹”、“醇”、“酏”等,别名有：“杯中物”、“钓诗钩”、“扫愁帚”、“太平君子”、“养生主、齐物论”、“白坠”、“般若汤”、“琼浆玉液”、“黄汤”、“马尿”、“百毒之长”、“烧刀子”、“花雕”、“状元红”、“弱女”、“欢伯”、“金波”、“茅柴”、“忘忧物”、“狂药”、“酒兵”,白酒,我国白酒是世界著名六大蒸馏酒之一香型多样，香气馥郁；酒色洁白，晶莹透明；口味醇厚，甘润清洌。白酒以高梁、大麦、小麦、稻谷、玉米等粮食或者含糖分高的植物为原料，通过特定的加工工艺，经糖化、发酵、蒸馏而制成的高酒度蒸馏酒。,洋酒,酒类的生产工艺不同，一般可以分为蒸馏酒和酿造酒两大类，洋酒大多是蒸馏酒。主要有即金酒（Gin）、威士忌（Whisky）、白兰地（Brandy）、伏特加（Vodka）、罗姆酒（Rum）和特吉拉酒（Tequila）,金酒有许多称呼：香港、广东地区称为毡酒；台北称为琴酒，又因其含有特殊的杜松子味道，所以又被称为杜松子酒。,威士忌的酿制是将上等的大麦浸于水中，使其发芽，再用木炭烟将其烘干，经发酵、蒸馏、陈酿而成。贮陈过程最少3年，也有多至15年以上的。所有威士忌都具有相同的特征：略带微妙的烟草味。,白兰地,在法国当地流传这样一句谚语：男孩子喝红酒，男人喝跑特（Port），要想当英雄，就喝白兰地。人们授与白兰地以至高无上的地位，称之为英雄的酒。白兰地的最佳酒龄为20一40年，一般不超过50年，顶多也不超过70年。,为了突出贮陈年限，抬高酒价，酒瓶的商标上还要有醒目的特殊标记，这些标记各有不同的意义。3年陈，4年陈，5年陈V.O.10一12年陈，V.S.O.12一20年陈，V.S.O.P.20一30年陈，F.O.V.30一50年陈，X.O.50年陈，X.70年陈,E.Especial特别的，O.Old老陈，P.Pale浅色、清澈的、指米加焦糖色S.Superior优越的或soft柔顺的，V.Very非常，X.Extra格外的，特高档的，C.Cognal干邑，F.Fine好的、精美的,伏特加和罗姆酒,伏特加是以多种谷物（马铃薯、玉米）为原料，用重复蒸馏，精炼过滤的方法，除去酒精中所含毒素和其它异物的一种纯净的高酒精浓度的饮料。伏特加无色无味，没有明显的特性，但很提神。伏特加酒口味烈，劲大刺鼻，除了与软饮料混合使之变得干洌，与烈性酒混合使之变得更烈之外，别无它用。,罗姆酒是以甘蔗糖料为原料，经原料处理、酒精发酵、蒸馏取酒、入像木桶陈酿后形成的具有特殊色、香、味的蒸馏酒。又译为兰姆酒或罗姆酒。,特基拉酒,特基拉酒是墨西哥的特产，被称为墨西哥的灵魂。特基拉是墨西哥的一个小镇，此酒以产地得名。特基拉酒有时也被称为“龙舌兰”烈酒，是因为此酒的原料很特别，以龙舌兰（agave）为原料。,特基拉酒的口味凶烈，香气很独特。特基拉酒是墨西哥的国酒，墨西哥人对此情有独钟，饮酒方式也很独特，常用于净饮。,酒与名人,李白斗酒诗百篇：天子呼来不上船，自称巨是酒中仙，李白的人和他的诗，表现出他的洒脱豪放的个性，无羁无绊的处事态度，无疑与酒趣对他的抚慰解顾有关。欧阳修是妇孺皆知的醉翁：无酒不成文，无酒不成了乐。天乐地乐，山乐水乐，皆因为有酒。他那篇著名的醉翁亭记，从头到尾一直“也”下去，贯穿一股酒气。,苏东坡是著名的文学家，也是著名的酒徒。“明月几时有，把酒问青天。”我们从他嗜酒如命和风度潇洒的神态，可以寻到李白和白居易的影子。他的诗，他的词，他的散文都有浓浓的酒味。正如李白的作品一样，假如抽去酒的成分，色香味都为之锐减。,东晋的陶渊明，他的诗中有酒，他的酒中有诗。他的诗篇，与分的饮酒生活，同样有名气，为后世歌之颂之。白居易是位大酒徒。他的一生不仅以狂饮著称，而且也以善酿出名。他为官时，分出相当一部分精力去研究酒的酿造。此外，书法家中有颠张（张旭）醉素（怀素）。,与酒有关的故事,荆轲怒酒刺秦王刀光剑影鸿门宴霸王饮酒别虞姬太祖杯酒释兵权煮酒论英雄温酒斩华雄,评酒,人们运用感觉器官（视、嗅、味、触）来评定酒的质量，区分优劣，划分等级，判断酒的风格特征，称为品评。人们习惯地称为评酒，又称为品尝、感官检查、感观尝评等。,对酒类品质优、次、劣的确定，仅根据理化分析结果制定的指标是不够的。至今为止，尚未出现能够全面正确地判断香味的仪器，理化检验还不能代替感观尝评。,酒令,饮酒行令，是中国人在饮酒时助兴的一种特有方式或者叫饮酒游戏。酒令分雅令和通令。雅令的行令方法是：先推一人为令官，或出诗句，或出对子，其他人按首令之意续令，所续必在内容与形式上相符，不然则被罚饮酒。,通令的行令方法主要掷骰、抽签、划拳、猜数等。通令很容易造成酒宴中热闹的气氛，因此较流行。,