发酵与酿造工艺学

发酵与酿造工艺学杨陵职业技术学院应用生物技术专业第一章绪论一、发酵与酿造技术的历史

二、发酵与酿造技术特点以及与现代生物技术的关系

三、发酵与酿造技术的研究对象

四、发酵与酿造技术的发展趋势

一、发酵与酿造技术的历史发酵的英文“fermentation”是从拉丁语“ferver”即“发泡”、“翻涌”派生而来的，。人类利用微生物进行食品发酵与酿造已有数千年的历史，发酵现象是自古以来就已被人们发现并掌握的，但由于对发酵与酿造的主角——微生物缺乏认识，发酵与酿造的本质长时间没有被揭示，始终充满神秘色彩。因而在19世纪中叶以前，发酵与酿造业的发展极其缓慢。一、发酵与酿造技术的历史在微生物的发现上做出重大贡献的是17世纪后叶的列文虎克(Leewehoch)，他用自制的手磨镜，成功地制成了世界上第一台显微镜，在人类历史上第一次通过显微镜用肉眼发现了单细胞生命体——微生物。由于当时“自然发生说”盛极一时，他的发现并没有受到应有的重视。一、发酵与酿造技术的历史直到19世纪中叶，巴斯德(Pasteur)经过长期而细致的研究之后，才有说服力地宣告发酵是微生物作用的结果。巴斯德在巴斯德瓶中加入肉汁，发现在加热情况下不发酵，不加热则产生发酵现象，并详细观察了发酵液中许许多微小生命的生长情况等，由此他得出结论：发酵是由微生物进行的一种化学变化。巴斯德认识到这些不同类型的发酵，是由形态上可以区别的各种特定的微生物所引起的。一、发酵与酿造技术的历史其后不久，科赫(Koch)建立了单种微生物分离和纯培养技术，利用这些技术研究炭疽病时，发现动物的传染病是由特定的细菌引起的。从而得知，微生物也和高等植物一样，可以根据它们的种属关系明确地加以区分，从此以后，各种微生物纯培养技术获得成功。单种微生物分离和纯培养技术的建立，是食品发酵与酿造技术发展的一个转折点。一、发酵与酿造技术的历史布赫纳(Buchner)阐明了微生物的化学反应本质。为了把酵母提取液用于医学，他用石英砂磨碎酵母菌细胞制成酵母汁，并加入大量砂糖防腐，结果意外地发现酵母汁也有发酵现象，任何生物都具有引起发酵的物质——酶，从此以后，人们用生物细胞的磨碎物研究种种反应，从而促成了当代生物化学的诞生，也将生物化学和微生物学彼此沟通起来，大大扩展了发酵与酿造的范围，丰富了发酵与酿造的产品。一、发酵与酿造技术的历史20世纪40年代，借助于抗生素工业的兴起，建立了通风搅拌培养技术。成功建立起深层通气培养法和一整套培养工艺，包括向发酵罐中通入大量无菌空气、通过搅拌使空气均匀分布、培养基的灭菌和无菌接种等，使微生物在培养过程中的温度、pH、通气量、培养物的供给都受到严格的控制。这些技术极大地促进了发酵与酿造工业，各种有机酸、酶制剂、维生素、激素都可以借助于好气性发酵进行大规模生产。因而，好气性发酵工程技术成为发酵与酿造技术发展的第二个转折点。一、发酵与酿造技术的历史一种新技术——人工诱变育种和代谢控制发酵工程技术的诞生。人们以动态生物学和微生物遗传学为基础，将微生物进行人工诱变，得到适合于生产某种产品的突变株，再在人工控制的条件下培养，有选择地大量生产人们所需要的物质。这一新技术首先在氨基酸生产上获得成功，而后在核苷酸、有机酸、抗生素等其他产品得到应用。可以说，人工诱变育种和代射控制发酵工程技术是发酵与酿造技术发展的第三个转折点。一、发酵与酿造技术的历史生产厂家既想利用化学合成法降低生产成本，又想使产品拥有较高的质量，于是就采用化学合成结合微生物发酵的方法。如生产某些有机酸，先采用化学合成法合成其前体物质，然后用微生物转化法得到最终产品。这样，将化学合成与微生物发酵有机地结合起来的工程技术就建立起来了，这形成了发酵与酿造技术发展的第四个转折点。一、发发酵与与酿造造技术术的历历史细胞融融合技技术，，得到到了许许多具具有特特殊功功能和和多功功能的的新菌菌株，，再通通过常常规发发酵得得到了了许多多新有有用物物质。。基因因工工程程技技术术，，可可以以在在体体外外重重组组生生物物细细胞胞的的基基因因，，并并克克隆隆到到微微生生物物细细胞胞中中去去构构成成工工程程菌菌，，利利用用工工程程菌菌生生产产原原来来微微生生物物不不能能生生产产的的产产物物，，如如胰胰岛岛素素、、干干扰扰素素等等，，使使微微生生物物的的发发酵酵产产品品大大大大增增加加。。一、、发发酵酵与与酿酿造造技技术术的的历历史史酶工工程程————很很多多产产品品还还采采用用一一步步酶酶法法转转化化法法，，即即仅仅仅仅利利用用微微生生物物生生产产的的酶酶进进行行单单一一的的化化学学反反应应。。例例如如，，果果葡葡糖糖桨桨的的生生产产，，就就是是利利用用葡葡萄萄糖糖异异构构酶酶将将葡葡萄萄糖糖转转化化为为果果糖糖的的。。发酵酵设设备备————生生物物反反应应器器也也不不再再是是传传统统意意义义上上的的钢钢铁铁设设备备，，昆昆虫虫的的躯躯体体、、动动物物细细胞胞的的乳乳腺腺、、植植物物细细胞胞的的根根茎茎果果实实都都可可以以看看作作是是一一种种生生物物反反应应器器。。一、、发发酵酵与与酿酿造造技技术术的的历历史史可以以说说，，发发酵酵和和酿酿造造技技术术已已经经不不再再是是单单纯纯的的微微生生物物发发酵酵，，已已扩扩展展到到植植物物和和动动物物细细胞胞领领域域，，包包括括天天然然微微生生物物、、人人工工重重组组工工程程菌菌、、动动植植物物细细胞胞等等生生物物细细胞胞的的培培养养。。随随着着转转基基因因动动植植物物的的问问世世，，因此此，，随随着着基基因因工工程程、、细细胞胞工工程程、、酶酶工工程程和和生生化化工工程程的的发发展展，，传传统统的的发发酵酵与与酿酿造造工工业业已已经经被被赋赋予予崭崭新新内内容容，，现现代代发发酵酵与与酿酿造造已已开开辟辟了了一一片片崭崭新新领领域域。。二、、发发酵酵与与酿酿造造技技术术特特点点以以及及与与现现代代生生物物技技术术的的关关系系(一一)发发酵酵与与酿酿造造的的特特点点(二二)发发酵酵与与酿酿造造和和现现代代生生物物技技术术的的关关系系(一一)发发酵酵与与酿酿造造的的特特点点发酵酵对对微微生生物物学学家家来来说说，，微生生物物进进行行的的一一切切活活动动都都可可以以称称为为发发酵酵；而而对对生生物物化化学学家家来来说说，，发酵酵仅仅仅仅是是指指厌厌氧氧条条件件下下有有机机化化合合物物进进行行不不彻彻底底的的分分解解代代谢谢释释放放能能量量的的过过程程。。(一一)发发酵酵与与酿酿造造的的特特点点成分分单单一一、、风风味味要要求求不不高高的的产产品品，，如如酒酒精精、、柠柠檬檬酸酸、、谷谷氨氨酸酸、、单单细细胞胞蛋蛋白白等等的的生生产产称称为为发发酵酵。。酿造造则则是是我我国国人人们们对对一一些些特特定定产产品品进进行行发发酵酵生生产产的的一一种种叫叫法法，，通通常常把把成成分分复复杂杂、、风风味味要要求求较较高高诸诸如如黄黄酒酒、、白白酒酒、、啤啤酒酒、、葡葡萄萄酒酒等等酒酒类类以以及及酱酱油油、、酱酱、、食食醋醋、、腐腐乳乳、、豆豆豉豉、、酱酱腌腌菜菜等等副副食食佐佐餐餐调调味味品品的的生生产产称称为为酿酿造造。。(一一)发发酵酵与与酿酿造造的的特特点点1.安安全全简简单单2.原原料料广广泛泛3.反反应应专专一一4.代代谢谢多多样样5.易易受受污污染染6.菌菌种种选选育育1.安安全全简简单单发酵酵与与酿酿造造过过程程绝绝大大数数是是在在常常温温压压下下进进行行的的，，生生产产过过程程安安全全，，所所需需的的生生产产条条件件比比较较简简单单。。2.原原料料广广泛泛发酵酵与与酿酿造造通通常常以以淀淀粉粉、、糖糖蜜蜜或或其其他他农农副副产产品品主主原原料料，，添添加加少少量量营营养养因因子子，，就就可可以以进进行行反反应应了了。。目目前前，，发发酵酵与与酿酿造造的的原原料料范范围围已已大大大大扩扩展展，，矿矿产产资资源源和和石石油油产产品品都都可可以以作作为为发发酵酵与与酿酿造造的的原原料料，，甚甚至至生生产产中中的的废废水水、、废废料料都都可可以以作作为为发发酵酵与与酿酿造造的的原原料料。。3.反应应专一食品发酵酵与酿造造过程是是通过生生物体的的自动调调节方式式来完成成的，反反应专一一性强。。因而，，可以得得到较为为单一的的代谢产产物，避避免不利利或有害害副产物物混杂其其中。4.代谢谢多样由于各种种各样生生物体代代谢方式式、代谢谢过程的的多样化化，以及及生物体体化学反反应的高高度选择择性，即即使是极极其复杂杂的高分分子化合合物，也也能在自自然界找找到所需需的代谢谢产物。。因而，，发酵与与酿造适适应的范范围非常常广。5.易受受污染由于发酵酵培养基基营养丰丰富，各各种来源源的微生生物都很很容易生生长，发发酵与酿酿造过程程要严格格控制杂杂菌污染染，有许许多产品品必须在在密闭条条件下进进行发酵酵，在接接种前设设备和培培养基必必须灭菌菌，反应应过程中中所需空空气或流流加营养养物必须须保持无无菌状态态。发酵酵过程避避免杂菌菌污染是是发酵成成功的关关键。6.菌种种选育发酵与酿酿造最重重要的因因素是菌菌种，通通过各种种菌种选选育手段段得到高高产的优优良菌种种，是能能否创造造显著经经济效益益的关键键。另外外，生产产过程中中菌种会会不断地地变异，，因此，，自始至至终都要要进行菌菌种的选选育和优优化工作作，以保保持菌种种的基本本特征和和优良性性状。(二)发发酵与酿酿造和现现代生物物技术的的关系现代生物物技术即即应用生生物体(微生物物、动物物细胞、、植物细细胞)或或其组成成部分(细胞器器、酶)，在最最适合条条件下，，生产有有价值的的产物，，或进行行有益过过程的技技术。它它是一门门涉及分分子生物物学、细细胞生物物学、遗遗传学、、微生物物学、化化学、物物理学、、工程学学的多学学科、综综合性的的科学技技术。生生物技术术是靠基基因工程程、细胞胞工程、、发酵工工程、酶酶工程和和生化工工程这五五大技术术体系支支撑起来来的。这这五大技技术体系系的关系系见图1-1。。(二)发发酵与酿酿造和现现代生物物技术的的关系现代发酵酵技术已已超越了了微生物物工程的的范畴。。由此可可见，发发酵工程程(包括括酶工程程)与细细胞工程程、基因因工程谁谁也离不不开谁，，发酵工工程（包包括酶工工程）需需要基因因工程、、细胞工工程为他他提供最最良好的的生物细细胞（或或酶），，而基因因工程、、细胞工工程得到到的最良良好的细细胞(或或酶)必必须要经经过发酵酵工程(包括酶酶工程)才能实实现其价价值。(二)发发酵与酿酿造和现现代生物物技术的的关系若采用的的生物催催化剂是是酶、休休止细胞胞、死细细胞或固固定化细细胞，则则反应系系统比较较简单，，只需考考虑温度度、PH等容易易控制的的条件。。若采用用的是生生物活细细胞，则则要为该该细胞提提供最优优生长、、最优形形成产物物的可控控系统和和环境，，使温度度、pH、通气气、搅拌拌、罐压压、溶解解氧、二二氧化碳碳含量等等物理、、化学条条件得到到有效的的维持和和控制，，从而使使该生物物细胞呈呈现出最最佳的性性能，生生成和积积累大量量产物。。这就充充分反映映出生化化工程是是发酵工工程转化化为生产产力必不不可少的的重要环环节。三、发酵酵与酿造造技术的的研究对对象(一)按按产业部部门来分分(二)按按产品性性质来分分(一)按按产业部部门来分分(1)酿酿酒工业业(黄酒酒、啤酒酒、白酒酒、葡萄萄等)；；(2)传传统酿造造工业(酱、酱酱油、食食醋、腐腐乳、豆豆豉、酸酸乳等)；(3)有机机酸发酵工工业(柠檬檬酸、苹果果酸、葡萄萄糖酸等)；(4)酶制制剂发酵工工业(淀粉粉酶、蛋白白酶等)；；(5)氨基基酸发酵工工业(谷氨氨酸、赖氨氨酸等)；；(一)按产产业部门来来分(6)功能能性食品生生产工业(低聚糖、、真菌多糖糖、红曲等等)；(7)食品品添加剂生生产工业(黄原胶、、海藻糖等等)；(8)菌体体制造工业业(单细胞胞蛋白、酵酵母等)；；(9)维生生素发酵工工业(维生生素B2、维生素B12等)；(10)核核苷酸发酵酵工业(ATP、IMP、GMP等)。(二)按产产品性质来来分1.生物代代谢产物发发酵2.酶制剂剂发酵3.生物转转化发酵4.菌体制制造1.生物代代谢产物发发酵生物细胞将将外界物质质吸收到体体内，一面面进行分解解代谢(异异化作用)，一面又又利用分解解代谢中间间代谢产物物及能量去去合成(同同化作用)体内所需需成分，这这一过程称称为新陈代代谢。在代代谢过程中中，生物体体进行着复复杂的生物物合成，获获得了许多多重要的代代谢产物。。以生物体体代谢产物物为产品的的发酵与酿酿造工业是是该工业中中数量很多多、产量最最大、也是是最重要的的部分，产产品包括初初级代谢产产物、中间间代谢产物物和次级代代谢产物。。2.酶制剂剂发酵利用发酵法法制备和生生产并提取取微生物产产生的各种种酶，已是是当今发酵酵工业的重重要组成部部分。工业业用酶大多多来自于微微生物发酵酵生产的酶酶，如：α-淀粉酶、、β-淀粉酶、、葡萄糖苷苷酶、支链链淀粉酶、、转化酶、、葡萄糖异异构酶、纤纤维素酶，，碱性蛋白白酶、酸性性蛋白酶、、中性蛋白白酶，果胶胶酶，脂肪肪酶，凝乳乳酶，过氧氧化氢酶，，青霉素酰酰化酶，胆胆固醇氧化化酶，葡萄萄糖氧化酶酶，氨基酰酰化酶等。。利用微生物物生产的胞胞内酶或胞胞外酶加以以分离提取取得到的酶酶制剂。现现在已有很很多酶制剂剂被加工成成固定化酶酶，使酶制制剂行业前前进一大步步。3.生物转转化发酵生物转化是是指利用生生物细胞中中的一种或或多种酶，，作用于一一些化合物物的特定部部位(基团团)，使它它转变成结结构相类似似但具有更更大经济价价值化合物物的生化反反应。可进行的转转化反应包包括脱氢、、氧化、脱脱水、缩合合、脱羧、、羟化、氨氨化、脱氨氨、异构化化等，4.菌体制制造这是以获得得具有特定定用途的生生物细胞为为目的产品品的一种发发酵，包括括单细胞蛋蛋白，藻类类，食用菌菌和人、畜畜防治疾病病用的疫苗苗，生物杀杀虫剂等的的生产。细细胞物质发发酵生产的的特点是细细胞的生长长与产物积积累呈平行行关系，生生长速率最最大时期也也是产物合合成速率最最高阶段，，刚进入生生长稳定期期时细胞物物质浓度最最大，同时时也是产量量最高的收收获时期。。四、发酵与与酿造技术术的发展趋趋势(一)利用用基因工程程技术，人人工选育和和改良菌种种(二)结合合细胞工程程技术，用用发酵技术术进行动植植物细胞培培养(三)应用用酶工程技技术，将固固定化酶或或细胞广泛泛应用于发发酵与酿造造工业四、发酵与与酿造技术术的发展趋趋势(四)重视视生化工程程在发酵与与酿造业的的应用(五)发酵酵法生产单单细胞蛋白白(六)加强强代谢研究究，进一步步搞好代谢谢控制，开开发更多代代谢产品(一)利用用基因工程程技术，人人工选育和和改良菌种种基因工程是是一种将目目的基因从从DNA上上切割下来来(或人工工合成)，，在体外将将该基因连连接到载体体上，通过过转化或转转导等手段段将重组的的基因组导导入受体细细胞，使后后者获得复复制该基因因的能力，，从而达到到定向改变变菌种遗传传特性或创创造新菌种种的目的。。这种带有有目的基因因的受体细细胞，具有有我们所希希望的新的的遗传性能能和生产性性能，这是是常规育种种方法无法法做到的。。(二)结合合细胞工程程技术，用用发酵技术术进行动植植物细胞培培养细胞原生质质体融合技技术使动植植物细胞的的人工培养养技术进入入了一个新新的阶段。。借助于微微生物细胞胞培养的先先进技术，，大量培养养动植物细细胞的技术术日臻完善善，有很多多已经进行行大规模生生产。动植物细胞胞有产生很很多微生物物细胞所不不具备的特特有的代谢谢产物，进进行动植物物细胞的培培养，就能能生产这些些特有物质质。如动物物细胞可生生产生长激激素、疫苗苗、免疫球球蛋白等；；植物细胞胞可生产生生物碱类、、色素、类类黄酮、花花色苷、苯苯酚、固醇醇类、萜烯烯类、植物物生长激素素类、调味味品、香料料等。植物物细胞培养养还可以用用于种苗生生产，使名名贵的植物物、花卉种种苗可在实实验室得以以培育。(三)应用用酶工程技技术，将固固定化酶或或细胞广泛泛应用于发发酵与酿造造工业将酶固定在在不溶性膜膜状或颗粒粒状聚合物物上，以聚聚合物作为为载体的固固定化酶在在连续催化化反应过程程中不再流流失，从而而可以回收收并反复利利用，这样样就改善了了反应的经经济性；酶酶也不会混混杂在反应应产物中，，可大大简简化提取纯纯化工艺；；另外，有有些酶在游游离状况下下容易失活活，固定后后稳定性得得以提高。。固定化细细胞则是将将具有一定定生理功能能的生物体体(如微生生物、植物物细胞、动动物组织或或细胞、细细胞器)用用一定方法法固定，作作为生物催催化剂使用用。(四)重重视生化化工程在在发酵与与酿造业业的应用用生化工程程指的是是生化反反应器、、生物传传感器和和生化产产品的分分离提取取纯化等等下游工工程。生化反应应器是生生物化学学反应得得以进行行的场所所，其开开发涉及及流体力力学、传传质、传传热和生生物化学学反应动动力学等等学科。。生物传感感器是发发酵与酿酿造过程程控制的的关键所所在，要要实现反反应器的的自动化化、连续续化，生生物传感感器是必必不可少少的。生物代谢谢产品的的分离提提取纯化化工作是是生物技技术产品品产业化化必不可可少的环环节，下下游工程程水平的的高低将将对该项项目是否否能取得得较高的的经济效效益起到到至关重重要的作作用。(五)发发酵法生生产单细细胞蛋白白当今世界界面临着着三大问问题：食食物、能能源和环环境。开开发单细细胞蛋白白是解决决人类食食物问题题的重要要途径。。单细胞胞蛋白最最主要的的用途是是作为动动物饲料料，作为为高蛋白白供人食食用已不不多见。。由于微微生物的的代谢方方式各种种各样，，各种资资源都可可以利用用，而且且微生物物繁殖速速度惊人人，比动动物要快快上百倍倍，因此此，发展展单细胞胞蛋白不不失为一一种解决决废水废废料、保保护环境境、节约约粮食资资源的好好方法。。(六)加加强代谢谢研究，，进一步步搞好代代谢控制制，开发发更多代代谢产品品由于生物物代谢的的多样性性，至今今研究透透彻的代代谢途径径中的一一小部分分，搞清清更多的的代谢途途径，搞搞清其代代谢调节节的机制制，将会会开发出出更多有有价值的的生物代代谢产品品。结束语我国是食食品发酵酵与酿造造基础较较好的国国家，传传统酿酒酒和传统统酿造在在我国历历史悠久久，现代代发酵技技术在酿酿酒工业业、酿制制工业和和抗生素素工业的的带领下下，在我我国已形形成一个个完整的的工业体体系，规规模和产产量在世世界上都都占有相相当的比比重。总总之，发发展食品品发酵与与酿造工工业在我我国已有有相当的的产业基基础、较较好的技技术力量量及广阔阔的市场场和需求求，只要要给予足足够的投投资，保保证基本本的研究究条件，，加大力力量培养养相关人人才，食食品发酵酵与酿造造工业一一定能取取得辉煌煌的成就就。作业1、简述述发酵与与酿造技技术的发发展历史史。2、解释释基因工工程、细细胞工程程、酶工工程、发发酵工程程和生物物工程。。3、简述述发酵与与酿造技技术的研研究对象象。9、静夜四无无邻，荒居居旧业贫。。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、雨雨中中黄黄叶叶树树，，灯灯下下白白头头人人。。。。04:48:0804:48:0804:4812/29/20224:48:08AM11、以我我独沈沈久，，愧君君相见见频。。。12月月-2204:48:0804:48Dec-2229-Dec-2212、故人江海海别，几度度隔山川。。。04:48:0804:48:0804:48Thursday,December29,202213、乍乍见见翻翻疑疑梦梦，，相相悲悲各各问问年年。。。。12月月-2212月月-2204:48:0804:48:08December29,202214、他乡生生白发，，旧国见见青山。。。29十十二月20224:48:08上午午04:48:0812月-2215、比不不了得得就不不比，，得不不到的的就不不要。。。。十二月月224:48上上午午12月月-2204:48December29,202216、行动出出成果，，工作出出财富。。。2022/12/294:48:0904:48:0929December202217、做前，能能够环视四四周；做时时，你只能能或者最好好沿着以脚脚为起点的的射线向前前。。4:48:09上上午4:48上上午04:48:0912月-229、没有有失败败，只只有暂暂时停停止成成功！！。12月月-2212月月-22Thursday,December29,202210、很多事事情努力力了未必必有结果果，但是是不努力力却什么么改变也也没有。。。04:48:0904:48:0904:4812/29/20224:48:09AM11、成功功就是是日复复一日日那一一点点点小小小努力力的积积累。。。12月月-2204:48:0904:48Dec-2229-Dec-2212、世世间间成成事事，，不不求求其其绝绝对对圆圆满满，，留留一一份份不不足足，，可可得得无无限限完完美美。。。。04:48:0904:48:0904:48Thursday,December29,202213、不知知香积积寺，，数里里入云云峰