食品发酵技术
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一 绪 论
❖发酵与发酵工程概论
❖发酵工程的开展历史
❖发酵工程研究的内容
❖发酵产物的类型
发酵 本质：由于浸出液中糖在缺氧条件下降解而产生CO2所引起的。
生物化学家 更注重能量的代谢
工业微生物 大规模培养微生物来消费产品的过程
发酵与发酵工程
发酵：通过微生物的生长繁殖和代谢活动，产生和积累人们所需产品的生物反响过程。
发酵工程：利用微生物的生长繁殖和代谢活动来大量消费人们所需产品过程的理论和工程体系。
根据以往的观念，人们通常把食品发酵作为整个发酵工业的分支。
发酵工程菌的特点
能在廉价原料制成的培养基上迅速生长
培养条件易于控制
生长速度快，产能高，发酵周期短
菌种纯粹，抗噬菌体，非病原菌
发酵过程的优化
最正确控制发酵过程的方案或发酵过程中主要控制的工程和方法
目的：条件和互相关系进展优化、复杂关系尽可能简化：
细胞生理调节、细胞环境、反响器特性、工艺操作条件、反响器
发酵过程优化的研究内容〔一〕
研究细胞的生长反响
理解微生物从培养基中摄取营养物质的情况及代谢转化
不同环境条件下微生物代谢的分布
〔二〕微生物利用底物进展生长，同时合成代谢产物。
运用基于化学计算关系的代谢通量分析方法，可提出微生物代谢途径的可能改善方向。
〔三〕发酵过程优化的核心内容
主要研究生物反响速率及其影响因素
建立动力学模型，进而确定发酵过程的最正确消费条件
〔四〕生物反响过程的参数检测与控制，此二项是发酵过程优化最根本的手段。
影响生物反响器宏观动力学的主要因素；
生物反响器的形式与构造、操作方式、 物料的流动与混合状况、传递过程特征。
发酵罐 为特定一种或多种微生物所进展的生长代谢过程提供良好环境的容器。
面临的现实问题
理论相对滞后
对霉菌和放线菌的研究相对较少
对细菌和酵母菌的研究跟不上开展 发酵产物的类型
微生物菌体
微生物代谢产物
微生物酶
微生物转化产物
发酵产物的类型 ：微生物菌体：经过培养微生物并收获其细胞作为发酵产品。
微生物的代谢产物
❖在微生物对数生长期中产生的代谢产物对菌体的生长繁殖时必需的，这些产物称为初级代谢产物。
❖氨基酸、核酸、蛋白质、脂质、碳水化合物
❖诱变的变异菌株和改进培养条件得到更多的产物。
微生物的次级代谢产物
❖在菌体生长的稳定期，有时一些菌体能合成在生长期中不能合成的，与菌体的初级代谢不直接相关的物质，这些物质称为次级代谢产物。
初级和次级代谢的关系
❖初级代谢产物的合成途径是微生物共有的，但是次级代谢产物具有很强的特异性。
❖放线菌、丝状菌、有孢子的细菌能产生次级代谢代谢产物，而肠道菌没有发现。
❖次级代谢产物是发酵工业的重要组成局部
次级代谢和初级代谢的区别
1.存在范围及产物类型不同
2.对产生者自身的重要性不同
初级代谢产物通常都是机体生存必不可少的物质，只要在这些物质合成过程的某个环节上发生障碍，将导致机体生长停顿或死亡
次级代谢的某个环节发生障碍不会导致机体的死亡，只会影响机体合成某种次级代谢产物的才能。
3.与微生物生长过程的关系明显不同
初级代谢贯穿于一切生活的机体中，次级代谢那么是在机体生长的一定时期内
4.对环境变化的敏感性或遗传稳定性明显不同
初级代谢产物对环境条件的变化不太敏感〔即遗传稳定性大〕
次级代谢产物对环境条件变化很敏感，其产物的合成往往因环境条件变化而停顿。
5.相关酶的专一性不同
某些机体内存在二者既有联络又有区别的代谢类型
微生物酶
通过获取微生物的酶作为作为发酵产品。
广泛的用处
种类多、 品种多、消费容易、本钱低
发酵工业的特点
门类众多
技术开展迅速
节约资源
消费过程独特
课程小结
❖发酵工程是利用微生物的生长繁殖和代谢活动来大量消费人们所需产品过程的理论和工程体系。
❖发酵工程研究的内容包括5大局部的内容
❖发酵过程的优化包括4局部的内容
❖发酵产物大致分为4类
课后考虑题 ❖微生物菌种是发酵工程中最重要的条件之一，优良的菌种是发酵工业的根底和关键。
❖问题：作为发酵工业的源头，如何进展发酵工业的菌种制备工艺？
二 微生物菌种的选育及保藏
醋酸杆菌 重要的工业用菌之一，氧化酒精为醋酸，发酵调味品食醋、葡萄糖及维生素C
乳酸杆菌 乳酸菌是一种靠发酵碳水化合物能量，并能生成大量乳酸的一类细菌的总称。
大肠杆菌 利用大肠杆菌制取天冬氨酸、苏氨酸和颉氨酸
枯草芽胞杆菌 好气性芽胞杆菌。可用于消费淀粉酶、蛋白酶、某些氨基酸
假单胞菌 细菌中的假单胞菌可以产β-甘露聚糖酶。
酵母菌 酿酒酵母是与人类关系最亲密的一种酵母。应用最广泛制作面包、馒头、酿酒。
毕赤氏酵母属、汉逊氏酵母是酒类饮料的污染菌。
霉 菌 放线菌
担子菌：通常所说的菇类(mushroom)微生物。
多糖、橡胶物质和抗癌物质的开发日益受到重视
藻 类
工业微生物菌种的获得
中国工业微生物菌种保藏管理中心〔CICC〕
中国科学院典型培养物保藏委员会
国际菌种保藏结合会〔WFCC〕
美国典型微生物菌种保藏中心(ATCC)
从自然界或现有菌种中别离挑选
采样 采样地点 土壤、极端环境
采样时间 采样过程
增殖培养
控制培养基的营养成分
添加某些抑制因子或促进因子
控制培养条件
纯种别离及纯培养
1稀释别离法
2划线别离法
消费性能测定
从自然界中别离得到的为纯种称为野生型菌株。
需要通过三角瓶进展小型发酵试验。
不符合条件可以作为菌种选育的出发菌种。
❖涂布法
❖影印法
毒性试验
自然界的一些微生物是在一定条件下产毒的，将其作为消费菌种应当非常留神，尤其与食品工业有关的菌种，更应慎重。
据有的国家规定，微生物中除啤酒酵母、脆壁酵母、黑曲霉、米曲霉和枯草杆菌作为食用无须作毒性试验外，其他微生物作为食用，均需通过两年以上的毒性试验。
微生物菌种的选育
自然选育 诱变选育 杂交选育 原生质体交融育种 基因工程育种
微生物菌种的自然选育
在消费过程中，不经过人工处理，利用菌种的自发突变，从而选育出优良菌种的过程叫作自然选育。
菌种衰落：消费性能下降
菌种代谢旺盛：消费性能进步
微生物菌种的诱变育种 诱变育种是指用物理和化学诱变剂的方法处理均匀分散的细胞群，使它们发生突变，再从中挑选出符合要求的高产菌株，供消费和科学试验用。
微生物菌种的诱变育种
出发菌种的选择
自然界直接别离到的野生型菌株经历过消费条件考验的菌株已经历屡次育种处理的菌株
出发菌种的选择及前处理
同步培养处于同一生长周期的、生理状态一致的单细胞或单孢子
制备单细胞或单孢子菌悬液每个细胞可以均匀接触诱变剂
诱变处理
诱变剂的种类
诱变剂的剂量 作用强度与作用时间的乘积
挑选诱变菌株
纸片培养显色法
透明圈法
琼脂块培养法
营养缺陷型突变菌株的挑选
需要掌握的几个根本术语
营养缺陷型 野生型 原养型 根本培养基 补充培养基 完全培养基 淘汰野生型
抗生素法
过滤法
检出营养缺陷型
营养缺陷型的鉴定
逐个检出法
夹层检出法 适用于检出细菌
影印检出法
杂交选育
选用了性状的供体菌和受体菌作为亲本，方向性和自觉性方面，均比诱变育种前进了一大步。
利用杂交育种往往还可以消除某一菌株在经过长期诱变处理后所出现的产量上升缓慢的现象，
原生质体交融育种
原生质体育种技术主要有原生质体交融、原生质体转化，原生质体诱变育种等。
面包酵母:对麦芽糖及葡萄糖的发酵力强，产生 CO2 多，生长快；
酒精酵母:产酒率高而对麦芽糖、葡萄糖的发酵力弱
杂交:就得到了既能消费酒精，又能将其剩余菌体用作面包厂和家用发面酵母的优良菌种。
基因工程育种
分子生物学程度下的一种自觉的、可控制性的菌种改进技术。
克制传统菌种改进的随机性和盲目性，能有目的地改进菌种，又被称为定位育种技术。
工业微生物菌种的保藏
1.斜面低温保藏法
方法简单、便于操作
菌种易变异、退化及污染
保藏时间一般为1-6个月 2.液体石蜡覆盖保藏法
适用于酵母、霉菌和好氧性细菌的保藏
保藏期限一般为1-10年
方法简单、对设备要求不高
3.液氮超低温保藏法
保藏时间达4-15年
适用于各种微生物菌种的保藏
4.砂土管保藏法
适用于保藏枯燥的菌种
保藏时间因菌种而异,几年至几十年不等
对枯燥敏感的细菌不宜选择此法保藏
5.真空冷冻枯燥保藏法
低温下快速将细胞冻结，然后在真空条件下枯燥、封装，隔绝空气，微生物的生长和酶活动停顿。到达长期保藏的目的。
适用于各类微生物
时间长达10年以上
本章小结
工业常用的微生物菌种有6大类
工业微生物菌种一般通过3种方式获得
菌种的别离一般需要经过5个步骤
微生物菌种的选育一般有5种方式
常见的菌种保藏方式有5种方法
考虑题
作为发酵当中非常重要的本钱考虑，培养基占据了本钱中至关重要的位置。那么在发酵过程中要如何对各种发酵工艺进展优化？请同学们对此问题进展考虑。
三 发酵工艺条件的优化
培养基
培养基是指利用人工方法配制的供微生物、植物和动物细胞生长繁殖和积累代谢产物的各种营养物质的混合物
氮源、碳源、无机盐、其他物质
工业常用的碳源——葡萄糖
几乎所有的微生物都可以利用葡萄糖
过多的初始葡萄糖容易抑制微生物的生长
过多的葡萄糖容易引起培养基中溶氧缺乏
糖蜜 提纯的甘蔗汁或甜菜汁经过屡次结晶别离后无法再结晶的制糖废液。
假设用糖蜜代替甘薯粉，可以省去许多工序,如原料蒸煮、制曲、糖化等,大大简化了消费工艺
质量影响因素多
麦芽糖 工业常用的碳源主要应用在啤酒工业上
工业常用的碳源〔四〕
长链脂肪酸
不溶于水、发酵液要设法成为乳状液、发酵罐的构造要做一定的设计改造
必须保证溶氧
糖类的利用原那么
葡萄糖、果糖等单糖最好
双糖和多糖其次
有机酸、醇类、烃类等
利用效果不是最好、但是价格很廉价
