1、發(fā)酵與釀造工藝學(xué)楊陵職業(yè)技術(shù)學(xué)院 運(yùn)用生物技術(shù)專業(yè).第一章 緒論 一、發(fā)酵與釀造技術(shù)的歷史 二、發(fā)酵與釀造技術(shù)特點(diǎn)以及與現(xiàn)代生物技術(shù)的關(guān)系 三、發(fā)酵與釀造技術(shù)的研討對(duì)象 四、發(fā)酵與釀造技術(shù)的開(kāi)展趨勢(shì) .一、發(fā)酵與釀造技術(shù)的歷史發(fā)酵的英文“fermentation是從拉丁語(yǔ)“ferver即“發(fā)泡、“翻涌派生而來(lái)的，。人類利用微生物進(jìn)展食品發(fā)酵與釀造已有數(shù)千年的歷史，發(fā)酵景象是自古以來(lái)就已被人們發(fā)現(xiàn)并掌握的，但由于對(duì)發(fā)酵與釀造的主角微生物缺乏認(rèn)識(shí)，發(fā)酵與釀造的本質(zhì)長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有被提示，一直充溢奧秘顏色。因此在19世紀(jì)中葉以前，發(fā)酵與釀造業(yè)的開(kāi)展極其緩慢。.一、發(fā)酵與釀造技術(shù)的歷史在微生物的發(fā)現(xiàn)上做出艱

2、苦奉獻(xiàn)的是17世紀(jì)后葉的列文虎克(Leewehoch)，他用自制的手磨鏡，勝利地制成了世界上第一臺(tái)顯微鏡，在人類歷史上第一次經(jīng)過(guò)顯微鏡用肉眼發(fā)現(xiàn)了單細(xì)胞生命體微生物。由于當(dāng)時(shí)“自然發(fā)生說(shuō)盛極一時(shí)，他的發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有遭到應(yīng)有的注重。.一、發(fā)酵與釀造技術(shù)的歷史直到19世紀(jì)中葉，巴斯德(Pasteur)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期而細(xì)致的研討之后，才有壓服力地宣揭露酵是微生物作用的結(jié)果。巴斯德在巴斯德瓶中參與肉汁，發(fā)如今加熱情況下不發(fā)酵，不加熱那么產(chǎn)生發(fā)酵景象，并詳細(xì)察看了發(fā)酵液中許許多微小生命的生長(zhǎng)情況等，由此他得出結(jié)論：發(fā)酵是由微生物進(jìn)展的一種化學(xué)變化。巴斯德認(rèn)識(shí)到這些不同類型的發(fā)酵，是由形狀上可以區(qū)別的各種特定的微生

3、物所引起的。.一、發(fā)酵與釀造技術(shù)的歷史其后不久，科赫(Koch)建立了單種微生物分別和純培育技術(shù)，利用這些技術(shù)研討炭疽病時(shí)，發(fā)現(xiàn)動(dòng)物的傳染病是由特定的細(xì)菌引起的。從而得知，微生物也和高等植物一樣，可以根據(jù)它們的種屬關(guān)系明確地加以區(qū)分，從此以后，各種微生物純培育技術(shù)獲得勝利。單種微生物分別和純培育技術(shù)的建立，是食品發(fā)酵與釀造技術(shù)開(kāi)展的一個(gè)轉(zhuǎn)機(jī)點(diǎn)。.一、發(fā)酵與釀造技術(shù)的歷史布赫納(Buchner)闡明了微生物的化學(xué)反響本質(zhì)。為了把酵母提取液用于醫(yī)學(xué)，他用石英砂磨碎酵母菌細(xì)胞制成酵母汁，并參與大量砂糖防腐，結(jié)果不測(cè)地發(fā)現(xiàn)酵母汁也有發(fā)酵景象，任何生物都具有引起發(fā)酵的物質(zhì)酶，從此以后，人們用生物細(xì)胞的磨

4、碎物研討種種反響，從而促成了當(dāng)代生物化學(xué)的誕生，也將生物化學(xué)和微生物學(xué)彼此溝通起來(lái)，大大擴(kuò)展了發(fā)酵與釀造的范圍，豐富了發(fā)酵與釀造的產(chǎn)品。.一、發(fā)酵與釀造技術(shù)的歷史20世紀(jì)40年代，借助于抗生素工業(yè)的興起，建立了通風(fēng)攪拌培育技術(shù)。勝利建立起深層通氣培育法和一整套培育工藝，包括向發(fā)酵罐中通入大量無(wú)菌空氣、經(jīng)過(guò)攪拌使空氣均勻分布、培育基的滅菌和無(wú)菌接種等，使微生物在培育過(guò)程中的溫度、pH、通氣量、培育物的供應(yīng)都遭到嚴(yán)厲的控制。這些技術(shù)極大地促進(jìn)了發(fā)酵與釀造工業(yè)，各種有機(jī)酸、酶制劑、維生素、激素都可以借助于好氣性發(fā)酵進(jìn)展大規(guī)模消費(fèi)。因此，好氣性發(fā)酵工程技術(shù)成為發(fā)酵與釀造技術(shù)開(kāi)展的第二個(gè)轉(zhuǎn)機(jī)點(diǎn)。.一、發(fā)

5、酵與釀造技術(shù)的歷史一種新技術(shù)人工誘變育種和代謝控制發(fā)酵工程技術(shù)的誕生。人們以動(dòng)態(tài)生物學(xué)和微生物遺傳學(xué)為根底，將微生物進(jìn)展人工誘變，得到適宜于消費(fèi)某種產(chǎn)品的突變株，再在人工控制的條件下培育，有選擇地大量消費(fèi)人們所需求的物質(zhì)。這一新技術(shù)首先在氨基酸消費(fèi)上獲得勝利，而后在核苷酸、有機(jī)酸、抗生素等其他產(chǎn)品得到運(yùn)用?？梢哉f(shuō)，人工誘變育種和代射控制發(fā)酵工程技術(shù)是發(fā)酵與釀造技術(shù)開(kāi)展的第三個(gè)轉(zhuǎn)機(jī)點(diǎn)。.一、發(fā)酵與釀造技術(shù)的歷史消費(fèi)廠家既想利用化學(xué)合成法降低消費(fèi)本錢，又想使產(chǎn)品擁有較高的質(zhì)量，于是就采用化學(xué)合成結(jié)合微生物發(fā)酵的方法。如消費(fèi)某些有機(jī)酸，先采用化學(xué)合成法合成其前體物質(zhì)，然后用微生物轉(zhuǎn)化法得到最終產(chǎn)品。

6、這樣，將化學(xué)合成與微生物發(fā)酵有機(jī)地結(jié)合起來(lái)的工程技術(shù)就建立起來(lái)了，這構(gòu)成了發(fā)酵與釀造技術(shù)開(kāi)展的第四個(gè)轉(zhuǎn)機(jī)點(diǎn)。.一、發(fā)酵與釀造技術(shù)的歷史細(xì)胞交融技術(shù)，得到了許多具有特殊功能和多功能的新菌株，再經(jīng)過(guò)常規(guī)發(fā)酵得到了許多新有用物質(zhì)?；蚬こ碳夹g(shù)，可以在體外重組生物細(xì)胞的基因，并克隆到微生物細(xì)胞中去構(gòu)成工程菌，利用工程菌消費(fèi)原來(lái)微生物不能消費(fèi)的產(chǎn)物，如胰島素、干擾素等，使微生物的發(fā)酵產(chǎn)品大大添加。.一、發(fā)酵與釀造技術(shù)的歷史酶工程很多產(chǎn)品還采用一步酶法轉(zhuǎn)化法，即僅僅利用微生物消費(fèi)的酶進(jìn)展單一的化學(xué)反響。例如，果葡糖槳的消費(fèi)，就是利用葡萄糖異構(gòu)酶將葡萄糖轉(zhuǎn)化為果糖的。發(fā)酵設(shè)備生物反響器也不再是傳統(tǒng)意義上的鋼

7、鐵設(shè)備，昆蟲的軀體、動(dòng)物細(xì)胞的乳腺、植物細(xì)胞的根莖果實(shí)都可以看作是一種生物反響器。.一、發(fā)酵與釀造技術(shù)的歷史可以說(shuō)，發(fā)酵和釀造技術(shù)曾經(jīng)不再是單純的微生物發(fā)酵，已擴(kuò)展到植物和動(dòng)物細(xì)胞領(lǐng)域，包括天然微生物、人工重組工程菌、動(dòng)植物細(xì)胞等生物細(xì)胞的培育。隨著轉(zhuǎn)基因動(dòng)植物的問(wèn)世，因此，隨著基因工程、細(xì)胞工程、酶工程和生化工程的開(kāi)展，傳統(tǒng)的發(fā)酵與釀造工業(yè)曾經(jīng)被賦予嶄新內(nèi)容，現(xiàn)代發(fā)酵與釀造已開(kāi)辟了一片嶄新領(lǐng)域。.二、發(fā)酵與釀造技術(shù)特點(diǎn)以及與現(xiàn)代生物技術(shù)的關(guān)系 (一)發(fā)酵與釀造的特點(diǎn) (二)發(fā)酵與釀造和現(xiàn)代生物技術(shù)的關(guān)系 .(一)發(fā)酵與釀造的特點(diǎn) 發(fā)酵對(duì)微生物學(xué)家來(lái)說(shuō)，微生物進(jìn)展的一切活動(dòng)都可以稱為發(fā)酵；而對(duì)

8、生物化學(xué)家來(lái)說(shuō)，發(fā)酵僅僅是指厭氧條件下有機(jī)化合物進(jìn)展不徹底的分解代謝釋放能量的過(guò)程。.(一)發(fā)酵與釀造的特點(diǎn)成分單一、風(fēng)味要求不高的產(chǎn)品，如酒精、檸檬酸、谷氨酸、單細(xì)胞蛋白等的消費(fèi)稱為發(fā)酵。 釀造那么是我國(guó)人們對(duì)一些特定產(chǎn)品進(jìn)展發(fā)酵消費(fèi)的一種叫法，通常把成分復(fù)雜、風(fēng)味要求較高諸如黃酒、白酒、啤酒、葡萄酒等酒類以及醬油、醬、食醋、腐乳、豆豉、醬腌菜等副食佐餐調(diào)味品的消費(fèi)稱為釀造。.(一)發(fā)酵與釀造的特點(diǎn)1.平安簡(jiǎn)單 2.原料廣泛3.反響專注 4.代謝多樣 5.易受污染 6.菌種選育.1.平安簡(jiǎn)單 發(fā)酵與釀造過(guò)程絕大數(shù)是在常溫壓下進(jìn)展的，消費(fèi)過(guò)程平安，所需的消費(fèi)條件比較簡(jiǎn)單。.2.原料廣泛發(fā)酵與釀

9、造通常以淀粉、糖蜜或其他農(nóng)副產(chǎn)品主原料，添加少量營(yíng)養(yǎng)因子，就可以進(jìn)展反響了。目前，發(fā)酵與釀造的原料范圍已大大擴(kuò)展，礦產(chǎn)資源和石油產(chǎn)品都可以作為發(fā)酵與釀造的原料，甚至消費(fèi)中的廢水、廢料都可以作為發(fā)酵與釀造的原料。 .3.反響專注食品發(fā)酵與釀造過(guò)程是經(jīng)過(guò)生物體的自動(dòng)調(diào)理方式來(lái)完成的，反響專注性強(qiáng)。因此，可以得到較為單一的代謝產(chǎn)物，防止不利或有害副產(chǎn)物混雜其中。 .4.代謝多樣由于各種各樣生物體代謝方式、代謝過(guò)程的多樣化，以及生物體化學(xué)反響的高度選擇性，即使是極其復(fù)雜的高分子化合物，也能在自然界找到所需的代謝產(chǎn)物。因此，發(fā)酵與釀造順應(yīng)的范圍非常廣。.5.易受污染由于發(fā)酵培育基營(yíng)養(yǎng)豐富，各種來(lái)源的微生

10、物都很容易生長(zhǎng)，發(fā)酵與釀造過(guò)程要嚴(yán)厲控制雜菌污染，有許多產(chǎn)品必需在密閉條件下進(jìn)展發(fā)酵，在接種前設(shè)備和培育基必需滅菌，反響過(guò)程中所需空氣或流加營(yíng)養(yǎng)物必需堅(jiān)持無(wú)菌形狀。發(fā)酵過(guò)程防止雜菌污染是發(fā)酵勝利的關(guān)鍵。.6.菌種選育發(fā)酵與釀造最重要的要素是菌種，經(jīng)過(guò)各種菌種選育手段得到高產(chǎn)的優(yōu)良菌種，是能否發(fā)明顯著經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。另外，消費(fèi)過(guò)程中菌種會(huì)不斷地變異，因此，自始至終都要進(jìn)展菌種的選育和優(yōu)化任務(wù)，以堅(jiān)持菌種的根本特征和優(yōu)良性狀。 .(二)發(fā)酵與釀造和現(xiàn)代生物技術(shù)的關(guān)系現(xiàn)代生物技術(shù)即運(yùn)用生物體(微生物、動(dòng)物細(xì)胞、植物細(xì)胞)或其組成部分(細(xì)胞器、酶)，在最適宜條件下，消費(fèi)有價(jià)值的產(chǎn)物，或進(jìn)展有益過(guò)程的技

11、術(shù)。它是一門涉及分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)、微生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、工程學(xué)的多學(xué)科、綜合性的科學(xué)技術(shù)。生物技術(shù)是靠基因工程、細(xì)胞工程、發(fā)酵工程、酶工程和生化工程這五大技術(shù)體系支撐起來(lái)的。這五大技術(shù)體系的關(guān)系見(jiàn)圖1-1。 .(二)發(fā)酵與釀造和現(xiàn)代生物技術(shù)的關(guān)系現(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)已超越了微生物工程的范疇。由此可見(jiàn)，發(fā)酵工程(包括酶工程)與細(xì)胞工程、基因工程誰(shuí)也離不開(kāi)誰(shuí)，發(fā)酵工程包括酶工程需求基因工程、細(xì)胞工程為他提供最良好的生物細(xì)胞或酶，而基因工程、細(xì)胞工程得到的最良好的細(xì)胞(或酶)必需求經(jīng)過(guò)發(fā)酵工程(包括酶工程)才干實(shí)現(xiàn)其價(jià)值。.(二)發(fā)酵與釀造和現(xiàn)代生物技術(shù)的關(guān)系假設(shè)采用的生物催化劑是酶、休止細(xì)

12、胞、死細(xì)胞或固定化細(xì)胞，那么反響系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，只需思索溫度、PH等容易控制的條件。假設(shè)采用的是生物活細(xì)胞，那么要為該細(xì)胞提供最優(yōu)生長(zhǎng)、最優(yōu)構(gòu)成產(chǎn)物的可控系統(tǒng)和環(huán)境，使溫度、pH、通氣、攪拌、罐壓、溶解氧、二氧化碳含量等物理、化學(xué)條件得到有效的維持和控制，從而使該生物細(xì)胞呈現(xiàn)出最正確的性能，生成和積累大量產(chǎn)物。這就充分反映出生化工程是發(fā)酵工程轉(zhuǎn)化為消費(fèi)力必不可少的重要環(huán)節(jié)。.三、發(fā)酵與釀造技術(shù)的研討對(duì)象 (一)按產(chǎn)業(yè)部門來(lái)分 (二)按產(chǎn)品性質(zhì)來(lái)分 .(一)按產(chǎn)業(yè)部門來(lái)分(1)釀酒工業(yè)(黃酒、啤酒、白酒、葡萄等)；(2)傳統(tǒng)釀造工業(yè)(醬、醬油、食醋、腐乳、豆豉、酸乳等)；(3)有機(jī)酸發(fā)酵工業(yè)(檸檬

13、酸、蘋果酸、葡萄糖酸等)；(4)酶制劑發(fā)酵工業(yè)(淀粉酶、蛋白酶等)；(5)氨基酸發(fā)酵工業(yè)(谷氨酸、賴氨酸等)；.(一)按產(chǎn)業(yè)部門來(lái)分(6)功能性食品消費(fèi)工業(yè)(低聚糖、真菌多糖、紅曲等)；(7)食品添加劑消費(fèi)工業(yè)(黃原膠、海藻糖等)；(8)菌體制造工業(yè)(單細(xì)胞蛋白、酵母等)；(9)維生素發(fā)酵工業(yè)(維生素B2、維生素B12等)；(10)核苷酸發(fā)酵工業(yè)(ATP、IMP、GMP等)。.(二)按產(chǎn)品性質(zhì)來(lái)分1.生物代謝產(chǎn)物發(fā)酵 2.酶制劑發(fā)酵 3.生物轉(zhuǎn)化發(fā)酵 4.菌體制造 .1.生物代謝產(chǎn)物發(fā)酵 生物細(xì)胞將外界物質(zhì)吸收到體內(nèi)，一面進(jìn)展分解代謝(異化作用)，一面又利用分解代謝中間代謝產(chǎn)物及能量去合成(同

14、化作用)體內(nèi)所需成分，這一過(guò)程稱為新陳代謝。在代謝過(guò)程中，生物體進(jìn)展著復(fù)雜的生物合成，獲得了許多重要的代謝產(chǎn)物。以生物體代謝產(chǎn)物為產(chǎn)品的發(fā)酵與釀造工業(yè)是該工業(yè)中數(shù)量很多、產(chǎn)量最大、也是最重要的部分，產(chǎn)品包括初級(jí)代謝產(chǎn)物、中間代謝產(chǎn)物和次級(jí)代謝產(chǎn)物。 .2.酶制劑發(fā)酵利用發(fā)酵法制備和消費(fèi)并提取微生物產(chǎn)生的各種酶，已是當(dāng)今發(fā)酵工業(yè)的重要組成部分。工業(yè)用酶大多來(lái)自于微生物發(fā)酵消費(fèi)的酶，如：-淀粉酶、-淀粉酶、葡萄糖苷酶、支鏈淀粉酶、轉(zhuǎn)化酶、葡萄糖異構(gòu)酶、纖維素酶，堿性蛋白酶、酸性蛋白酶、中性蛋白酶，果膠酶，脂肪酶，凝乳酶，過(guò)氧化氫酶，青霉素?；?，膽固醇氧化酶，葡萄糖氧化酶，氨基酰化酶等。利用微生物

15、消費(fèi)的胞內(nèi)酶或胞外酶加以分別提獲得到的酶制劑。如今已有很多酶制劑被加工成固定化酶，使酶制劑行業(yè)前進(jìn)一大步。.3.生物轉(zhuǎn)化發(fā)酵 生物轉(zhuǎn)化是指利用生物細(xì)胞中的一種或多種酶，作用于一些化合物的特定部位(基團(tuán))，使它轉(zhuǎn)變成構(gòu)造相類似但具有更大經(jīng)濟(jì)價(jià)值化合物的生化反響?？蛇M(jìn)展的轉(zhuǎn)化反響包括脫氫、氧化、脫水、縮合、脫羧、羥化、氨化、脫氨、異構(gòu)化等，.4.菌體制造 這是以獲得具有特定用途的生物細(xì)胞為目的產(chǎn)品的一種發(fā)酵，包括單細(xì)胞蛋白，藻類，食用菌和人、畜防治疾病用的疫苗，生物殺蟲劑等的消費(fèi)。細(xì)胞物質(zhì)發(fā)酵消費(fèi)的特點(diǎn)是細(xì)胞的生長(zhǎng)與產(chǎn)物積累呈平行關(guān)系，生長(zhǎng)速率最大時(shí)期也是產(chǎn)物合成速率最高階段，剛進(jìn)入生長(zhǎng)穩(wěn)定期時(shí)細(xì)

16、胞物質(zhì)濃度最大，同時(shí)也是產(chǎn)量最高的收獲時(shí)期。.四、發(fā)酵與釀造技術(shù)的開(kāi)展趨勢(shì) (一)利用基因工程技術(shù)，人工選育和改良菌種 (二)結(jié)合細(xì)胞工程技術(shù)，用發(fā)酵技術(shù)進(jìn)展動(dòng)植物細(xì)胞培育 (三)運(yùn)用酶工程技術(shù)，將固定化酶或細(xì)胞廣泛運(yùn)用于發(fā)酵與釀造工業(yè) .四、發(fā)酵與釀造技術(shù)的開(kāi)展趨勢(shì)(四)注重生化工程在發(fā)酵與釀造業(yè)的運(yùn)用 (五)發(fā)酵法消費(fèi)單細(xì)胞蛋白 (六)加強(qiáng)代謝研討，進(jìn)一步搞好代謝控制，開(kāi)發(fā)更多代謝產(chǎn)品.(一)利用基因工程技術(shù)，人工選育和改良菌種 基因工程是一種將目的基因從DNA上切割下來(lái)(或人工合成)，在體外將該基因銜接到載體上，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)導(dǎo)等手段將重組的基因組導(dǎo)入受體細(xì)胞，使后者獲得復(fù)制該基因的才干，

17、從而到達(dá)定向改動(dòng)菌種遺傳特性或發(fā)明新菌種的目的。這種帶有目的基因的受體細(xì)胞，具有我們所希望的新的遺傳性能和消費(fèi)性能，這是常規(guī)育種方法無(wú)法做到的。.(二)結(jié)合細(xì)胞工程技術(shù)，用發(fā)酵技術(shù)進(jìn)展動(dòng)植物細(xì)胞培育細(xì)胞原生質(zhì)體交融技術(shù)使動(dòng)植物細(xì)胞的人工培育技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新的階段。借助于微生物細(xì)胞培育的先進(jìn)技術(shù)，大量培育動(dòng)植物細(xì)胞的技術(shù)日臻完善，有很多曾經(jīng)進(jìn)展大規(guī)模消費(fèi)。動(dòng)植物細(xì)胞有產(chǎn)生很多微生物細(xì)胞所不具備的特有的代謝產(chǎn)物，進(jìn)展動(dòng)植物細(xì)胞的培育，就能消費(fèi)這些特有物質(zhì)。如動(dòng)物細(xì)胞可消費(fèi)生長(zhǎng)激素、疫苗、免疫球蛋白等；植物細(xì)胞可消費(fèi)生物堿類、色素、類黃酮、花樣苷、苯酚、固醇類、萜烯類、植物生長(zhǎng)激素類、調(diào)味品、香料等

18、。植物細(xì)胞培育還可以用于種苗消費(fèi)，使名貴的植物、花卉種苗可在實(shí)驗(yàn)室得以培育。.(三)運(yùn)用酶工程技術(shù)，將固定化酶或細(xì)胞廣泛運(yùn)用于發(fā)酵與釀造工業(yè)將酶固定在不溶性膜狀或顆粒狀聚合物上，以聚合物作為載體的固定化酶在延續(xù)催化反響過(guò)程中不再流失，從而可以回收并反復(fù)利用，這樣就改善了反響的經(jīng)濟(jì)性；酶也不會(huì)混雜在反響產(chǎn)物中，可大大簡(jiǎn)化提取純化工藝；另外，有些酶在游離情況下容易失活，固定后穩(wěn)定性得以提高。固定化細(xì)胞那么是將具有一定生理功能的生物體(如微生物、植物細(xì)胞、動(dòng)物組織或細(xì)胞、細(xì)胞器)用一定方法固定，作為生物催化劑運(yùn)用。.(四)注重生化工程在發(fā)酵與釀造業(yè)的運(yùn)用 生化工程指的是生化反響器、生物傳感器和生化產(chǎn)品的分別提取純化等下游工程。生化反響器是生物化學(xué)反響得以進(jìn)展的場(chǎng)所，其開(kāi)發(fā)涉及流膂力學(xué)、傳質(zhì)、傳熱和生物化學(xué)反響動(dòng)力學(xué)等學(xué)科。 生物傳感器是發(fā)酵與釀造過(guò)程控制的關(guān)鍵所在，要實(shí)現(xiàn)反響器的自動(dòng)化、延續(xù)化，生物傳感器是