发酵工程及其在食品中的应用正式课件

1、发酵工程及其在食品中的应用正式1 第三章第三章 发酵工程及其在食品工业中的应用发酵工程及其在食品工业中的应用 发酵工程及其在食品中的应用正式2 第一节第一节 发酵工程概述发酵工程概述 第二节第二节 发酵法生产单细胞蛋白发酵法生产单细胞蛋白 第三节第三节 发酵法培养新型食品胶发酵法培养新型食品胶 第四节第四节 发酵法生产食用色素发酵法生产食用色素 第五节第五节 其它产品的发酵生产其它产品的发酵生产 第六节第六节 螺旋藻的培养生产及其应用螺旋藻的培养生产及其应用 教教 学学 内内 容容 发酵工程及其在食品中的应用正式3 第一节第一节 发酵工程概述发酵工程概述 Fermentation engine

2、eringFermentation engineering： 利用微生物生长速度快、生长条件简利用微生物生长速度快、生长条件简 单以及代谢过程特殊等特点，在合适条件单以及代谢过程特殊等特点，在合适条件 下，通过现代化工程技术手段，由微生物下，通过现代化工程技术手段，由微生物 的某种特定功能生产出人类所需的产品称的某种特定功能生产出人类所需的产品称 为发酵工程，也称为发酵工程，也称微生物工程。微生物工程。 发酵工程及其在食品中的应用正式4 一、发酵工程的内容及生产流程一、发酵工程的内容及生产流程 现代的发酵工程包括菌体生产和现代的发酵工程包括菌体生产和 代谢产物的发酵生产，还包括微生物机能代谢产

3、物的发酵生产，还包括微生物机能 的利用。的利用。 主要内容：主要内容：包括生产菌种的选育，发酵条包括生产菌种的选育，发酵条 件的优化与控制，反应器的设计及产物的件的优化与控制，反应器的设计及产物的 分离、提取与精制等。分离、提取与精制等。 发酵工程及其在食品中的应用正式5 发酵工程及其在食品中的应用正式6 1 1、固体发酵法：、固体发酵法： 2 2、液体发酵法：、液体发酵法： 二、微生物发酵方法二、微生物发酵方法 液体表面发酵法液体表面发酵法 液体深层通气发酵法液体深层通气发酵法 液体厌氧发酵法液体厌氧发酵法 发酵工程及其在食品中的应用正式7 三、发酵操作方式以及过程控制三、发酵操作方式以及过

4、程控制 液体深层发酵操作方式可分为液体深层发酵操作方式可分为: 1、分批发酵法：、分批发酵法：向发酵罐一次性投入发酵液和向发酵罐一次性投入发酵液和 菌种，一次性收获产品。菌种，一次性收获产品。 2、连续发酵法：、连续发酵法：以一定的速度连续向发酵罐中以一定的速度连续向发酵罐中 输入新鲜的培养液，同时以一定的流速（往往相输入新鲜的培养液，同时以一定的流速（往往相 同）从发酵罐中排出含有目的产物的发酵液的发同）从发酵罐中排出含有目的产物的发酵液的发 酵过程。酵过程。 3、中间补料发酵法：、中间补料发酵法：介于分批和连续发酵之间介于分批和连续发酵之间 的一种发酵技术。的一种发酵技术。 发酵工程及其在

5、食品中的应用正式8 发酵过程控制：发酵过程控制： 物理参数及其控制物理参数及其控制 温度、压力、流量、转速、补料和泡沫等。温度、压力、流量、转速、补料和泡沫等。 化学参数及其控制化学参数及其控制 pH、溶解氧、二氧化碳溶解量、排气组分和、溶解氧、二氧化碳溶解量、排气组分和 溶液成分等的在线检测和控制。溶液成分等的在线检测和控制。 生物学参数及其控制生物学参数及其控制 生物量、细胞数、细胞形态和大小、酶活性生物量、细胞数、细胞形态和大小、酶活性 、ATP和细胞活力等的测定。和细胞活力等的测定。 发酵工程及其在食品中的应用正式9 四、发酵产物分离过程四、发酵产物分离过程 发酵产物：发酵产物： 1、

6、微生物菌体、微生物菌体 2、微生物酶、微生物酶 3、微生物代谢产物、微生物代谢产物 4 、微生物转化产物、微生物转化产物 发酵工程及其在食品中的应用正式10 第二节第二节 发酵法生产单细胞蛋白发酵法生产单细胞蛋白 一、一、SCP生产菌种和原料生产菌种和原料 二、二、SCP的发酵生产的发酵生产 三、三、SCP的分离和纯化的分离和纯化 四、高活性干酵母的生产和应用四、高活性干酵母的生产和应用 发酵工程及其在食品中的应用正式11 单细胞蛋白（单细胞蛋白（single cell protein ，简称，简称SCP）：）： 是指通过大规模培养酵母或细菌等微生是指通过大规模培养酵母或细菌等微生 物而生产的

7、用作食品或饲料的微生物蛋白。物而生产的用作食品或饲料的微生物蛋白。 富含蛋白质的微生物：富含蛋白质的微生物：酵母菌、细菌、霉菌、食酵母菌、细菌、霉菌、食 用菌和藻类等。用菌和藻类等。 蛋白含量：蛋白含量： 霉菌：霉菌：31%50% 31%50% 酵母菌：酵母菌：47%56%47%56% 细菌：细菌：72%83% 72%83% 螺旋藻：螺旋藻：50%70%50%70% 发酵工程及其在食品中的应用正式12 微生物的菌体蛋白营养价值：微生物的菌体蛋白营养价值： 蛋白质含量高达蛋白质含量高达40%80%，比大豆、肉、鱼，比大豆、肉、鱼 等食品中蛋白含量高。等食品中蛋白含量高。 氨基酸的组成较为齐全，含

8、有人体必需的氨基酸的组成较为齐全，含有人体必需的8种种 氨基酸。氨基酸。 含有多种维生素、碳水化合物、脂类、矿物质含有多种维生素、碳水化合物、脂类、矿物质 ，以及丰富的酶类和生物活性物质。，以及丰富的酶类和生物活性物质。 目前，人们已公认目前，人们已公认SCP是非常具有应用是非常具有应用 前景的蛋白质资源。前景的蛋白质资源。 发酵工程及其在食品中的应用正式13 、直接食用：、直接食用：蛋白粉、蛋白粉、“人造肉人造肉” 等。等。 、作为食品添加剂，如：、作为食品添加剂，如： 食品的增鲜剂：食品的增鲜剂：已广泛应用于调味料中。已广泛应用于调味料中。 营养增强剂：营养增强剂：补充蛋白质或维生素、矿物

9、质等。补充蛋白质或维生素、矿物质等。 抗氧化剂：抗氧化剂：常用于婴儿粉及汤料等中。常用于婴儿粉及汤料等中。 减肥食品的添加剂：减肥食品的添加剂：干酵母热量低。干酵母热量低。 3 3、其他应用：、其他应用：如意大利烘饼中加入活性酵母，如意大利烘饼中加入活性酵母， 可提高饼的延薄性能。可提高饼的延薄性能。 单细胞蛋白在食品工业中的应用：单细胞蛋白在食品工业中的应用： 发酵工程及其在食品中的应用正式14 一、一、SCP生产菌种和原料生产菌种和原料 生产生产SCP的菌种：的菌种： 酵母菌、细菌、霉菌和藻类等，用的较多的是酵母菌、细菌、霉菌和藻类等，用的较多的是 酵母菌。酵母菌。 如：酿酒酵母、产朊假丝

10、酵母（或称圆酵母）如：酿酒酵母、产朊假丝酵母（或称圆酵母） 、脆壁克鲁维酵母（或称乳清酵母）。、脆壁克鲁维酵母（或称乳清酵母）。 优良的优良的SCP生产菌株应具有的性状：生产菌株应具有的性状：无生理毒无生理毒 性、菌体蛋白含量高、生长速度快、对培养条性、菌体蛋白含量高、生长速度快、对培养条 件要求简单和产品味道好易于吸收等。件要求简单和产品味道好易于吸收等。 发酵工程及其在食品中的应用正式15 生产原料：生产原料： 1 1、烷烃类和石油化工产品、烷烃类和石油化工产品 如甲烷、甲醇、乙醇、石蜡烃等。如甲烷、甲醇、乙醇、石蜡烃等。 2 2、各种有机废料和一些糖类物质、各种有机废料和一些糖类物质 有

11、机废料：有机废料：如食品厂、酿造厂、造纸厂等废如食品厂、酿造厂、造纸厂等废 弃物以及农作物秸杆等。弃物以及农作物秸杆等。 糖类物质：糖类物质：如糖蜜、淀粉类物质等。如糖蜜、淀粉类物质等。 发酵工程及其在食品中的应用正式16 二、二、SCP的发酵生产的发酵生产 一般一般SCP生产的概略流程图生产的概略流程图 发酵工程及其在食品中的应用正式17 （一）、以淀粉质为原料生产（一）、以淀粉质为原料生产SCP 主要有三条途径：主要有三条途径： 在化学分解或酶解底物基础上培养在化学分解或酶解底物基础上培养SCP生生 产菌，主要是酵母菌产菌，主要是酵母菌； 将对淀粉分解活力高的酵母（或霉菌）与将对淀粉分解活

12、力高的酵母（或霉菌）与 快速生长的酵母菌混合培养；快速生长的酵母菌混合培养； 单独培养能够同化淀粉的生产菌株，如单独培养能够同化淀粉的生产菌株，如 SCP生产工程菌。生产工程菌。 发酵工程及其在食品中的应用正式18 以甘薯、木薯、玉米等淀粉质原料发酵生产以甘薯、木薯、玉米等淀粉质原料发酵生产 SCP得率一般可超过得率一般可超过5050。即。即t原料可生产出原料可生产出 t多蛋白含量超过多蛋白含量超过5050的产物。每升发酵液中的产物。每升发酵液中 生物量约为生物量约为37374040g。 近年来，我国已经开始探讨应用混合培近年来，我国已经开始探讨应用混合培 养法生产养法生产SCP的工艺。而瑞典

13、糖业有限公司早的工艺。而瑞典糖业有限公司早 在在19731973年便利用土豆加工的废渣以混合培养方年便利用土豆加工的废渣以混合培养方 法生产饲料法生产饲料SCP。 发酵工程及其在食品中的应用正式19 （二）、以糖蜜为原料生产（二）、以糖蜜为原料生产SCP 105页表页表4-44-4 发酵工程及其在食品中的应用正式20 糖蜜预处理：糖蜜预处理：包括澄清和灭菌包括澄清和灭菌 发酵培养液：发酵培养液：以糖蜜作为碳源，氨水、硫胺素以糖蜜作为碳源，氨水、硫胺素 、尿素等作为氮源，还需添加适量的磷酸、磷、尿素等作为氮源，还需添加适量的磷酸、磷 酸盐等磷源，可提高酵母产率。酸盐等磷源，可提高酵母产率。 发酵

14、方式：发酵方式：液体深层发酵，需要通气。液体深层发酵，需要通气。 发酵条件：发酵条件：培养液培养液pH：在在4.74.75.05.0之间之间 发酵温度：发酵温度： 约约2626。 终发酵液：终发酵液：含酵母含酵母 5 58 8 得得 率：率：100100kg糖蜜可获得约糖蜜可获得约6060kg湿酵母湿酵母 发酵工程及其在食品中的应用正式21 （三）、以纤维素类为原料生产三）、以纤维素类为原料生产SCP 三条路线：三条路线： 1 1、预处理、预处理-酶解酶解-发酵发酵 一般先经膨化预处理，然后用纤维素酶水解一般先经膨化预处理，然后用纤维素酶水解 纤维素，以其为碳源进行发酵。纤维素，以其为碳源进行

15、发酵。 2 2、酸解、酸解-发酵发酵 常用粗硫酸，使纤维素和半纤维素部分水解常用粗硫酸，使纤维素和半纤维素部分水解 ，并除去木质素等有机溶解物。，并除去木质素等有机溶解物。 3 3、混合发酵、混合发酵 选用能较好地利用纤维素的菌株，使其与纤选用能较好地利用纤维素的菌株，使其与纤 维素酶配合使用。维素酶配合使用。 发酵工程及其在食品中的应用正式22 三、三、SCP的分离和纯化的分离和纯化 两个关键技术：两个关键技术： 破除菌体细胞壁破除菌体细胞壁 降低降低SCP产品中的产品中的RNA含量含量 以酵母为例：以酵母为例： 1 1、破碎细胞壁方法、破碎细胞壁方法 化学法化学法: : 酸法、碱法、有机溶

16、剂等酸法、碱法、有机溶剂等 酶法：酶法： 自溶作用或外加酶（如蜗牛酶等自溶作用或外加酶（如蜗牛酶等 ） 机械法：机械法：高压匀浆、球磨研磨、超声波破碎高压匀浆、球磨研磨、超声波破碎 法等。法等。 发酵工程及其在食品中的应用正式23 2 2、降低、降低RNA含量的方法含量的方法 碱法：碱法：将酵母浆液在加热的碱液中处理一定时将酵母浆液在加热的碱液中处理一定时 间，使蛋白沉淀，间，使蛋白沉淀， RNA在上清液中在上清液中，分离后分离后 SCP中仅含中仅含 12 RNA。 酶法：酶法：利用菌体自身利用菌体自身RNA酶的作用，在酶的作用，在5050 5555下保温处理下保温处理10106060s，激活

17、胞内激活胞内RNA酶，酶， 可获得可获得RNA含量仅为含量仅为1.5%1.5%的的SCP。 盐析法：盐析法：用不同种类、浓度的盐抽提。用不同种类、浓度的盐抽提。 发酵工程及其在食品中的应用正式24 发酵工程及其在食品中的应用正式25 四、高活性干酵母的生产和应用四、高活性干酵母的生产和应用 高活性干酵母：高活性干酵母：（high active dry yeast，简称简称 HADY），颗粒状的含水量为，颗粒状的含水量为4 46 6的具有的具有 高发酵活力的酵母成品。高发酵活力的酵母成品。 （）（）HADY的制作技术的制作技术 设设 备：备： 连续流化床干燥装置连续流化床干燥装置 干燥过程：干燥

18、过程： 温度分两级控制温度分两级控制 初期：初期：热空气温度热空气温度150150160160。 后期：后期：温度在温度在30303535。 发酵工程及其在食品中的应用正式26 菌种选育：菌种选育：选育耐高温、抗干燥能力强、生产选育耐高温、抗干燥能力强、生产 性状好的菌种。性状好的菌种。 酵母的培养和发酵生产酵母的培养和发酵生产 工艺过程与其它酵母的生产相似，但其培养工艺过程与其它酵母的生产相似，但其培养 基组成、培养条件和营养源流加量等对酵母干燥基组成、培养条件和营养源流加量等对酵母干燥 后的存活力有一定的影响。后的存活力有一定的影响。 HADY制作中的技术关键问题制作中的技术关键问题 发酵

19、工程及其在食品中的应用正式27 培养基成分的影响培养基成分的影响 碳源：碳源：废糖蜜是较理想的碳源，因其含碳量较废糖蜜是较理想的碳源，因其含碳量较 高，含氮量较低，培养制备的干酵母存活力比高，含氮量较低，培养制备的干酵母存活力比 较高。较高。 氮源：氮源：氮源过多，酵母对干燥抵抗力差。氮源过多，酵母对干燥抵抗力差。 当酵母含氮量达当酵母含氮量达6.4%(6.4%(干计干计)，酵母干燥后大部酵母干燥后大部 分细胞活力被钝化。分细胞活力被钝化。 发酵工程及其在食品中的应用正式28 营养源流加量和培养条件的影响营养源流加量和培养条件的影响 酵母细胞中海藻糖含量与其抗干燥能酵母细胞中海藻糖含量与其抗干

20、燥能 力有一定的关系，当海藻糖含量高达力有一定的关系，当海藻糖含量高达10%15%10%15%， 对干燥的抵抗力明显增强。对干燥的抵抗力明显增强。 严格控制营养源流加的碳氮比、发酵末期严格控制营养源流加的碳氮比、发酵末期 适当升温和减少通风量，使酵母呈适当升温和减少通风量，使酵母呈2323小时的小时的“ 饥饿饥饿”状态，可使海藻糖含量增加到状态，可使海藻糖含量增加到15%16%15%16%（ 干计）或更高。干计）或更高。 发酵工程及其在食品中的应用正式29 干燥前的处理干燥前的处理 加入高渗溶液、膨胀剂（如甲基纤维素）、加入高渗溶液、膨胀剂（如甲基纤维素）、 润湿剂（如甘油）或稳定剂（如阿拉伯

21、胶）都可润湿剂（如甘油）或稳定剂（如阿拉伯胶）都可 增强酵母对干燥的抵抗性能。增强酵母对干燥的抵抗性能。 活性干酵母的颗粒结构与形状活性干酵母的颗粒结构与形状 颗粒大小适中，干燥均匀，复水性能好、发颗粒大小适中，干燥均匀，复水性能好、发 酵活力高。酵活力高。 产品的保存条件产品的保存条件 于绝氧条件下保存，采用真空或充氮气的复于绝氧条件下保存，采用真空或充氮气的复 合铝箔包装，保存期可达合铝箔包装，保存期可达1 12 2年。年。 发酵工程及其在食品中的应用正式30 一、黄原胶（一、黄原胶（Xanthan gum）的发酵生产）的发酵生产 黄原胶是国际上黄原胶是国际上20世纪世纪70年代发展起来年

22、代发展起来 的新型食品胶。的新型食品胶。 黄 原 胶 是 由 黄 单 孢 细 菌 （黄 原 胶 是 由 黄 单 孢 细 菌 （ Xanthomonas campestris）以碳水化合物为主要）以碳水化合物为主要 原料经过通气发酵、分离提纯后得到的细胞外杂原料经过通气发酵、分离提纯后得到的细胞外杂 多糖，产品为淡黄色粉末。多糖，产品为淡黄色粉末。 是目前世界上生产是目前世界上生产 规模最大的微生物多糖。规模最大的微生物多糖。 第三节第三节 发酵法生产新型食品胶发酵法生产新型食品胶 发酵工程及其在食品中的应用正式31 （一）、黄原胶的结构与性能（一）、黄原胶的结构与性能 1 1结构结构 黄原胶是

23、由葡萄糖、甘露黄原胶是由葡萄糖、甘露 糖、葡萄糖醛酸、鼠李糖、乙酸糖、葡萄糖醛酸、鼠李糖、乙酸 和丙酮酸等组成的阴离子杂多糖和丙酮酸等组成的阴离子杂多糖 。 基本骨架为葡萄糖连接而成的基本骨架为葡萄糖连接而成的 直链纤维素分子，每隔一个葡萄直链纤维素分子，每隔一个葡萄 糖单位都连接一个三糖侧链，侧糖单位都连接一个三糖侧链，侧 链由葡萄糖醛酸、甘露糖、鼠李链由葡萄糖醛酸、甘露糖、鼠李 糖等组成。侧链末端含有丙酮酸糖等组成。侧链末端含有丙酮酸 基团的多少，对黄原胶分子性能基团的多少，对黄原胶分子性能 有很大影响。有很大影响。 发酵工程及其在食品中的应用正式32 黄原胶在水溶液中形成双螺旋体结构，很

24、多的双螺黄原胶在水溶液中形成双螺旋体结构，很多的双螺 旋结构间靠微弱的非共价键维系，形成规则的螺旋聚合旋结构间靠微弱的非共价键维系，形成规则的螺旋聚合 体，使得黄原胶具有强亲水性、增稠性、稳定性、悬浮体，使得黄原胶具有强亲水性、增稠性、稳定性、悬浮 性、乳化性等。性、乳化性等。 2性能性能 发酵工程及其在食品中的应用正式33 作为增稠稳定剂：作为增稠稳定剂：用于果汁、饮料、调味料等食品中。用于果汁、饮料、调味料等食品中。 作为乳化剂：作为乳化剂：用于蛋白饮料、乳饮料等食品中。用于蛋白饮料、乳饮料等食品中。 作为高粘度填充剂：作为高粘度填充剂：用于点心、面包、糖果等食品中。用于点心、面包、糖果等

25、食品中。 作为乳化稳定剂：作为乳化稳定剂：用于冷饮食品中。用于冷饮食品中。 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。 果蔬保鲜加工：果蔬保鲜加工：防止果蔬失水、褐变，延长产品保质期。防止果蔬失水、褐变，延长产品保质期。 罐头、饮料等加工：罐头、饮料等加工：作为悬浮剂和稳定剂，利于保持产作为悬浮剂和稳定剂，利于保持产 品外观，改进口感和增强风味等。品外观，改进口感和增强风味等。 （二（二）、）、黄原胶在食品工业中的应用黄原胶在食品工业中的应用 发酵工程及其在食品中的应用正式34 常用的生产菌种：常用的生产菌种：黄单孢杆菌及其变异株黄单孢杆菌及其变异

26、株 。 美国：多数为甘蓝黑腐病黄单孢杆菌及其美国：多数为甘蓝黑腐病黄单孢杆菌及其 变变 异株异株 我国：多数为野油菜黄单孢杆菌我国：多数为野油菜黄单孢杆菌 （Xanthomonas Campestris）及及 其变异株其变异株 如南开大学筛选出的如南开大学筛选出的NK01 菌株等。菌株等。 （三）、生产菌种（三）、生产菌种 发酵工程及其在食品中的应用正式35 （四）、发酵工艺流程（四）、发酵工艺流程 1 1、种子培养、种子培养 斜面斜面 三角瓶三角瓶 10L罐罐 100L罐罐 1M3罐罐 10M3发酵罐发酵罐 发酵工程及其在食品中的应用正式36 n碳源：碳源：葡萄糖、蔗糖或葡萄糖、蔗糖或淀粉淀

27、粉。 n氮源：氮源：蛋白胨、酵母精粉、玉米浆、水解乳清粉、豆饼蛋白胨、酵母精粉、玉米浆、水解乳清粉、豆饼 粉和无机氮源等。粉和无机氮源等。 氮源含量高会导致黄原胶产量下降，宜采用高氮源含量高会导致黄原胶产量下降，宜采用高C/N。 n无机离子和微量元素：无机离子和微量元素：P、S、Mg 2+ 、 Ca2+、k+等对菌等对菌 体和胶的合成起促进作用，可提高黄原胶产量或质量。体和胶的合成起促进作用，可提高黄原胶产量或质量。 表面活性剂：表面活性剂：乳化发酵可提高黄原胶产量。乳化发酵可提高黄原胶产量。 2 2、发酵培养基、发酵培养基 发酵工程及其在食品中的应用正式37 培养温度：培养温度：前期前期24

28、242727（利于菌体生长）（利于菌体生长） 后期后期30303333（利于产胶）（利于产胶） 培养时间：培养时间：天天天天 pH:最适为最适为7.07.0，控制在，控制在7.07.0士士0.50.5 发酵方式：发酵方式：连续发酵或间歇发酵，发酵过程中连续发酵或间歇发酵，发酵过程中 需通气搅拌。需通气搅拌。 供氧充足时，黄原胶合成速度快、黄原胶供氧充足时，黄原胶合成速度快、黄原胶 相对分子量大，其中丙酮酸含量高，粘度高，供相对分子量大，其中丙酮酸含量高，粘度高，供 氧不足时，则相反。氧不足时，则相反。 3 3、发酵条件及其控制、发酵条件及其控制 发酵工程及其在食品中的应用正式38 （五）、黄原

29、胶的提取工艺（五）、黄原胶的提取工艺 1 1、发酵液预处理：、发酵液预处理：如过滤、絮凝等。如过滤、絮凝等。 2 2、分离提取：、分离提取：食用级黄原胶常用醇沉淀，醇能降低多食用级黄原胶常用醇沉淀，醇能降低多 糖分子与水的亲和力，使多糖分子脱水而相互聚集形糖分子与水的亲和力，使多糖分子脱水而相互聚集形 成沉淀。成沉淀。 3 3、脱水、脱水: : 压榨或离心脱水。压榨或离心脱水。 4 4、干燥、干燥: : 气流干燥或真空干燥。干燥温度气流干燥或真空干燥。干燥温度6060左左 右，终产品水分在右，终产品水分在1010左右。左右。 5 5、粉碎、过筛与包装：、粉碎、过筛与包装： 黄原胶细度一般在黄原

30、胶细度一般在0.180.18mm左右。国外黄原胶细度可达左右。国外黄原胶细度可达 0.0740.074mm。 成品：成品：乳白色或浅米黄色粉末。乳白色或浅米黄色粉末。 发酵工程及其在食品中的应用正式39 食用级黄原胶产品食用级黄原胶产品 发酵工程及其在食品中的应用正式40 结冷胶（结冷胶（Gellan gum ）是一种新型微生物多糖，上世是一种新型微生物多糖，上世 纪纪8080年代初开发成功，年代初开发成功，19921992年美年美 国国FDA批准作为食品添加剂批准作为食品添加剂 ， 我国我国1996年批准。美国是主要供年批准。美国是主要供 应商，目前我国已开始有小规模应商，目前我国已开始有小

31、规模 生产。生产。 （）生产菌种：（）生产菌种： 少动鞘脂单胞菌少动鞘脂单胞菌 （Spningomonas campestris） 二、结冷胶的发酵生产二、结冷胶的发酵生产 发酵工程及其在食品中的应用正式41 （二）结冷胶的发酵生产（二）结冷胶的发酵生产 结冷胶分子结构的重复单元结冷胶分子结构的重复单元 分子结构：分子结构：都是由四个单糖连接成都是由四个单糖连接成 的重复糖单元构成的高分子糖类化的重复糖单元构成的高分子糖类化 合物。合物。 天然结冷胶特性：天然结冷胶特性：主链上连接有酰主链上连接有酰 基，形成的凝胶柔软，有弹性。基，形成的凝胶柔软，有弹性。 低酰基结冷胶特性：低酰基结冷胶特性：

32、分子结构中的分子结构中的 酰基全部或部分被去除，凝胶力增酰基全部或部分被去除，凝胶力增 强，但易脆裂，在食品工业上普遍强，但易脆裂，在食品工业上普遍 使用。使用。 两种产品形式：两种产品形式：天然的结冷胶（高酰基结冷胶）天然的结冷胶（高酰基结冷胶） 低酰基结冷胶（脱酰基结冷胶）。低酰基结冷胶（脱酰基结冷胶）。 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 发酵工程及其在食品中的应用正式42 1 1、结冷胶的生产工艺流程、结冷胶的生产工艺流程 发酵工程及其在食品中的应用正式43 n发酵培养基发酵培养基 一般采用葡萄糖或蔗糖为碳源，氮源为有机氮和无一般采用葡萄糖或蔗糖为碳源，氮

33、源为有机氮和无 机氮配合，高碳氮比利于产胶。机氮配合，高碳氮比利于产胶。 n发酵温度发酵温度：前期：前期27272828， 产胶期产胶期3030左右左右 npH： 6.56.57.07.0 n发酵方式：发酵方式：一步发酵法或中间补料发酵法，需通气搅一步发酵法或中间补料发酵法，需通气搅 拌。拌。 2 2、 发酵培养基及其工艺控制发酵培养基及其工艺控制 发酵工程及其在食品中的应用正式44 1 1、预处理：、预处理：加热灭酶及絮凝除菌等。加热灭酶及絮凝除菌等。 2 2、脱酰基结冷胶的提取、脱酰基结冷胶的提取 经预处理的发酵液在经预处理的发酵液在8080下，加入下，加入NaOH或或KOH 调调pH至至

34、10.010.0以上，搅拌处理以上，搅拌处理1010min，然后用稀酸中和至然后用稀酸中和至 中性，精滤除去不溶性杂质中性，精滤除去不溶性杂质，再用再用异丙醇异丙醇或或乙醇乙醇沉淀分沉淀分 离出结冷胶，然后经压榨或离心除去溶剂，经干燥、粉离出结冷胶，然后经压榨或离心除去溶剂，经干燥、粉 碎包装等工序后得脱酰基结冷胶。碎包装等工序后得脱酰基结冷胶。 （三）结冷胶的分离提取（三）结冷胶的分离提取 发酵工程及其在食品中的应用正式45 作为胶凝剂，可溶于冷水或稍微加热的溶液中，凝胶作为胶凝剂，可溶于冷水或稍微加热的溶液中，凝胶 稳定性高，耐酸、耐碱性强，使用量低，可与多种食品胶稳定性高，耐酸、耐碱性强

35、，使用量低，可与多种食品胶 配合使用。配合使用。 糖果加工：糖果加工：在淀粉软糖中添加在淀粉软糖中添加0.075%0.075%结冷胶，可使凝胶时结冷胶，可使凝胶时 间由间由24482448小时缩短到小时缩短到1212小时。小时。 果冻和果酱加工：果冻和果酱加工：可用结冷胶代替果胶或海藻胶，使用量可用结冷胶代替果胶或海藻胶，使用量 仅为仅为0.2%, 0.2%, 且可形成更佳的结构和口感。且可形成更佳的结构和口感。 人造食品：人造食品：人造水果块，使用量人造水果块，使用量0.7%,0.7%,在杀菌过程中不溶化在杀菌过程中不溶化 并保持其外形特征。并保持其外形特征。 （融化温度在（融化温度在656

36、5120120） （四）结冷胶在食品工业中的应用（四）结冷胶在食品工业中的应用 发酵工程及其在食品中的应用正式46 三、茁霉多糖的发酵生产三、茁霉多糖的发酵生产 又称普鲁兰糖，日本于又称普鲁兰糖，日本于19781978年开始工业化生产年开始工业化生产 。该多糖是一种粘性多糖，主要是以麦芽三糖和少量的麦。该多糖是一种粘性多糖，主要是以麦芽三糖和少量的麦 芽四糖构成的线状多糖，是一种无色、无臭、无味、无毒芽四糖构成的线状多糖，是一种无色、无臭、无味、无毒 的无定形白色粉末。的无定形白色粉末。 发酵工程及其在食品中的应用正式47 1 1、生产菌种、生产菌种 主要是出芽短梗霉菌。主要是出芽短梗霉菌。

37、生产菌株在普通条件下培养能大量分泌多种色素生产菌株在普通条件下培养能大量分泌多种色素 ，有些色素难以除去，工业生产应选用产色素少，发，有些色素难以除去，工业生产应选用产色素少，发 酵周期短，产量高的菌种作为生产菌株。酵周期短，产量高的菌种作为生产菌株。 2 2、生产流程、生产流程 培养基培养基灭菌灭菌接种接种发酵一加热发酵一加热灭酶灭酶絮凝除菌絮凝除菌 过滤精制过滤精制超滤浓缩超滤浓缩干燥干燥粉碎粉碎包装包装产品产品 （一）（一） 茁霉多糖的发酵生产茁霉多糖的发酵生产 发酵工程及其在食品中的应用正式48 发酵培养基：发酵培养基：高高C/N比，利于产胶比，利于产胶 发酵温度：发酵温度：3030左

38、右左右 pH： 6.06.0左右左右 通气培养通气培养 培养时间：培养时间：一般一般5 57 7天，在茁霉多糖产量达到最高峰前天，在茁霉多糖产量达到最高峰前 几小时终止发酵。因为产量达到高峰值后，茁霉多糖会几小时终止发酵。因为产量达到高峰值后，茁霉多糖会 被其分解酶迅速分解，得率下降，粘度也会降低。被其分解酶迅速分解，得率下降，粘度也会降低。 3 3发酵培养基及发酵控制发酵培养基及发酵控制 发酵工程及其在食品中的应用正式49 粘结性强：粘结性强：对木材、纸张、纤维、玻璃、金属等材料都对木材、纸张、纤维、玻璃、金属等材料都 有很强的粘结性有很强的粘结性 。 可塑性强：可塑性强：可制膜、纺丝、任意

39、造型。加工成的包装材可制膜、纺丝、任意造型。加工成的包装材 料能被微生物分解，不造成环境污染。料能被微生物分解，不造成环境污染。 用作食品包装材料：用作食品包装材料：茁霉多糖膜具有很强的隔气性能，茁霉多糖膜具有很强的隔气性能， 能阻止氧气对食品作用，防止食品变质。能阻止氧气对食品作用，防止食品变质。 用作食品品质改良剂：用作食品品质改良剂：如在肉制品中添加如在肉制品中添加0.10.1的茁霉的茁霉 多糖，可使肉制品的弹性、口感和持水性明显提高。多糖，可使肉制品的弹性、口感和持水性明显提高。 （二）茁霉多糖的理化性质（二）茁霉多糖的理化性质 发酵工程及其在食品中的应用正式50 第四节第四节 发酵法

40、生产食用色素发酵法生产食用色素 微生物发酵法生产的食用色素，目前仅有红曲红色素和微生物发酵法生产的食用色素，目前仅有红曲红色素和 -胡萝卜素两种。胡萝卜素两种。 一、发酵法生产一、发酵法生产-胡萝卜素胡萝卜素 -胡萝卜素是一种具有胡萝卜素是一种具有 营养强化作用的重要着色剂营养强化作用的重要着色剂 。在食品中添加。在食品中添加-胡萝卜素胡萝卜素 能使食品色泽金灿诱人，同能使食品色泽金灿诱人，同 时具有刺激免疫、降血脂、时具有刺激免疫、降血脂、 预防心血管疾病等功能。预防心血管疾病等功能。 发酵工程及其在食品中的应用正式51 生 产 菌 种 ：生 产 菌 种 ： 布 拉 克 须 霉 菌 （布 拉

41、 克 须 霉 菌 （ p h y c o m y o c e s blakeskeamis）、三孢布拉霉菌（、三孢布拉霉菌（Blakeslea trispora ）等。等。 三孢布拉霉属毛霉目，三孢霉属，是目前发酵三孢布拉霉属毛霉目，三孢霉属，是目前发酵 生产生产-胡萝卜素最好的菌种。胡萝卜素最好的菌种。 培养培养5 56d总胡萝卜素产量在总胡萝卜素产量在1 1gL以上，其中以上，其中8080 9090是是-胡萝卜素。胡萝卜素。 目前，国际上实验室水平生产目前，国际上实验室水平生产-胡萝卜素达到胡萝卜素达到3 3g L以上。由于三孢布拉霉生长不需光照，非常具有以上。由于三孢布拉霉生长不需光照，

42、非常具有 工业化发展前途。俄罗斯等东欧国家已实现了工业化工业化发展前途。俄罗斯等东欧国家已实现了工业化 生产。生产。 发酵工程及其在食品中的应用正式52 第五节第五节 其它产品的发酵生产其它产品的发酵生产 一、有机酸的发酵生产一、有机酸的发酵生产 柠檬酸、苹果酸、葡萄糖酸、一些氨基酸（谷柠檬酸、苹果酸、葡萄糖酸、一些氨基酸（谷 氨酸、赖氨酸等）、一些脂肪酸（氨酸、赖氨酸等）、一些脂肪酸（-亚麻酸、亚麻酸、 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。 上述有机酸都可利用微生物进行发酵上述有机酸都可利用微生物进行发酵 生产，经发酵培养后提取这些成分。生产，经发酵培养后提取

43、这些成分。 发酵工程及其在食品中的应用正式53 二、真菌多糖的发酵生二、真菌多糖的发酵生 产产 真菌多糖是从真菌中分离出的由十个真菌多糖是从真菌中分离出的由十个 以上的单糖以糖甙键连接而成的高分子多聚物。以上的单糖以糖甙键连接而成的高分子多聚物。 如灵芝多糖、香菇多糖、冬虫夏草多糖、银耳多如灵芝多糖、香菇多糖、冬虫夏草多糖、银耳多 糖、黑木耳多糖等等。糖、黑木耳多糖等等。 真菌多糖具有调节机体的免疫功能，真菌多糖具有调节机体的免疫功能， 抑制和消灭肿瘤细胞等功效。因此，真菌多糖可抑制和消灭肿瘤细胞等功效。因此，真菌多糖可 作为功能性食品基料，用于保健食品或医药领域作为功能性食品基料，用于保健食

44、品或医药领域 。 发酵工程及其在食品中的应用正式54 灵芝多糖可从子实体或菌丝体中提取。灵芝多糖可从子实体或菌丝体中提取。 液体深层发酵生产灵芝多糖工艺流程：液体深层发酵生产灵芝多糖工艺流程： 一、种子培养一、种子培养 斜面菌种培养斜面菌种培养 摇瓶种子培养摇瓶种子培养 种子种子 罐培养罐培养 二、发酵罐培养二、发酵罐培养 （菌丝体生产）（菌丝体生产） 三、灵芝多糖（胞内和胞外多糖）的分离提取三、灵芝多糖（胞内和胞外多糖）的分离提取 例：例：灵芝多糖的生产灵芝多糖的生产 发酵工程及其在食品中的应用正式55 灵芝多糖在食品中的应用实例灵芝多糖在食品中的应用实例： 1、灵芝乳酸浓缩汁的生产、灵芝乳

45、酸浓缩汁的生产 将灵芝菌种深层发酵培养获得菌丝和滤液，从将灵芝菌种深层发酵培养获得菌丝和滤液，从 菌丝中提取多糖，并将提取液与滤液混合后添加适量的菌丝中提取多糖，并将提取液与滤液混合后添加适量的 碳源和调味剂等，然后接入乳酸菌进行乳酸发酵，发酵碳源和调味剂等，然后接入乳酸菌进行乳酸发酵，发酵 后经分离、配料、冷贮去杂、包装和巴氏杀菌后即得成后经分离、配料、冷贮去杂、包装和巴氏杀菌后即得成 品。品。 2、灵芝发酵饮料的生产、灵芝发酵饮料的生产 将灵芝粉、白砂糖、蜜糖等作为发酵原料，接将灵芝粉、白砂糖、蜜糖等作为发酵原料，接 入酵母菌进行发酵，将发酵离心液加入糖、柠檬酸和香入酵母菌进行发酵，将发酵

46、离心液加入糖、柠檬酸和香 料等配制而成。料等配制而成。 3、灵芝菌丝体发酵酒的生产、灵芝菌丝体发酵酒的生产 将灵芝菌丝体粉碎，再经发酵而成的营养保健将灵芝菌丝体粉碎，再经发酵而成的营养保健 酒。酒。 发酵工程及其在食品中的应用正式56 三、生物活性肽的发酵生产三、生物活性肽的发酵生产 例：乳酸链球菌肽（例：乳酸链球菌肽（nisin）的发酵生产的发酵生产 乳酸链球菌肽又称乳酸链球菌素，乳酸链球菌肽又称乳酸链球菌素， 是从乳酸链球菌（是从乳酸链球菌（S. lactis）发酵产物中提取的）发酵产物中提取的 一类多肽化合物，仅有一类多肽化合物，仅有34个氨基酸残基构成，个氨基酸残基构成， 分子量约为分

47、子量约为3500Da。 nisin能有效抑制许多引起食品腐败的革兰能有效抑制许多引起食品腐败的革兰 氏阳性菌及病原菌的繁殖氏阳性菌及病原菌的繁殖, , 而对人体安全无毒而对人体安全无毒 ，作为食品防腐剂有着广泛的用途。，作为食品防腐剂有着广泛的用途。 发酵工程及其在食品中的应用正式57 1969年，年，FAO/WHO专家委员会确认乳酸链球菌肽专家委员会确认乳酸链球菌肽 可作为食品防腐剂。可作为食品防腐剂。 国外只有少数几家公司生产，如英国国外只有少数几家公司生产，如英国Aplin & Barrett公司生产，商品名为公司生产，商品名为Nisaplin。 我国中科院微生物研究所于我国中科院微生物

48、研究所于1989年开始对乳酸年开始对乳酸 链球菌肽进行基础研究，探索出乳链菌肽生产工艺路线链球菌肽进行基础研究，探索出乳链菌肽生产工艺路线 ，并于，并于2000年通过了专家鉴定，目前已实现工业化生产年通过了专家鉴定，目前已实现工业化生产 ，其产品已批量生产并投放市场。，其产品已批量生产并投放市场。 发酵工程及其在食品中的应用正式58 第六节第六节 螺旋藻的培养生产及其应用螺旋藻的培养生产及其应用 一、螺旋藻研究开发的进展及其药理评价一、螺旋藻研究开发的进展及其药理评价 2020世纪世纪5050年代，作为食品出售年代，作为食品出售 19671967人工养殖螺旋藻获得成功人工养殖螺旋藻获得成功 1

49、9681968年，在墨西哥建成第一个螺旋藻生产工厂，其产品年，在墨西哥建成第一个螺旋藻生产工厂，其产品 证明没有毒性，允许作为食品和饲料。证明没有毒性，允许作为食品和饲料。 19771977年，联合国工业发展组织委托毒理学家进行毒性试年，联合国工业发展组织委托毒理学家进行毒性试 验，认为螺旋藻的蛋白质质量达到理想蛋白质标准。验，认为螺旋藻的蛋白质质量达到理想蛋白质标准。 目前世界上很多国家进行螺旋藻的生产，销售目前世界上很多国家进行螺旋藻的生产，销售 额在额在2020亿元以上。亿元以上。 发酵工程及其在食品中的应用正式59 1 1、蛋白质：、蛋白质：约约50%70%50%70%，其蛋白质中，其

50、蛋白质中8 8种必需氨基酸配比种必需氨基酸配比 合理且全面。合理且全面。 2 2、碳水化合物：、碳水化合物：约约15%20%15%20%，其中，其中7%8%7%8%为螺旋藻活性多为螺旋藻活性多 糖。糖。 3 3、脂类：、脂类：约约4%4%，其中，其中亚麻酸占亚麻酸占1%1%。 4 4、维生素：、维生素：含有多种维生素含有多种维生素 ，约，约3%3%，维生素，维生素B12、维生、维生 素素E含量高。含量高。 5 5、色素：、色素：约约6%6%，其中类胡萝卜素在干粉中的含量为，其中类胡萝卜素在干粉中的含量为 0.2%0.4%0.2%0.4%，为其它植物的，为其它植物的1010倍以上。倍以上。 二、

51、螺旋藻的化学组成和营养二、螺旋藻的化学组成和营养 发酵工程及其在食品中的应用正式60 三、螺旋藻的形态、分类及生态三、螺旋藻的形态、分类及生态 1 1、螺旋藻（、螺旋藻（Spirulina）的形态的形态 是一种多细胞丝状体。藻丝：长是一种多细胞丝状体。藻丝：长5050500500m， 直径约直径约1 11212m。 发酵工程及其在食品中的应用正式61 螺旋藻（螺旋藻（Spirulina）属蓝藻门、颤藻科、螺旋藻属，因其）属蓝藻门、颤藻科、螺旋藻属，因其 藻体呈丝状螺旋形而得名。目前在国内发现该属有藻体呈丝状螺旋形而得名。目前在国内发现该属有38个种个种 ，研究较深入并工厂化生产的螺旋藻主要有两个种。，研究较深入并工厂化生产的螺旋藻主要有两个种。 2 2、螺旋藻分类、螺旋藻分类 钝顶螺旋藻：钝顶螺旋藻：藻丝末端细胞钝圆藻丝末端细胞钝圆 ，藻丝宽约，藻丝宽约6 68 8m，螺旋直径螺旋直径 为为28283636m，螺距约为螺距约为4343 5757m； 极大螺旋藻：极大螺旋藻：藻丝末端细胞略粗藻丝末端细胞略粗 ，藻丝约为，藻丝约为3.43.41515m，螺旋直螺旋直 径约为径约为404067 67 m，螺距为螺距为333