1、第二章第二章 酿造学的基础知识酿造学的基础知识 酿造学？是有关食品酿造原理、工艺条件和过程控制是有关食品酿造原理、工艺条件和过程控制的一门科学。的一门科学。 酿造工业（酿造工业（brewing industrybrewing industry）是指利用一种或是指利用一种或多种微生物的生命活动产生的酶，对有机原料多种微生物的生命活动产生的酶，对有机原料进行酶加工，获得产品的工业。进行酶加工，获得产品的工业。我国的酿造工业有别于现代纯种发酵工业，人们常常我国的酿造工业有别于现代纯种发酵工业，人们常常把成分构成复杂并有较高风味要求的发酵食品，如啤把成分构成复杂并有较高风味要求的发酵食品，如啤酒、白酒
2、、黄酒及葡萄酒等饮料酒，以及酱油、酱、酒、白酒、黄酒及葡萄酒等饮料酒，以及酱油、酱、豆鼓、腐乳、酱腌菜及食醋等调味品归属于酿造工业豆鼓、腐乳、酱腌菜及食醋等调味品归属于酿造工业产品。产品。酱腌菜酱腌菜泡菜泡菜酱油酱油 醋醋昔日的酒苹果醋要完成酿造过程并得到产品，就必须具备以下几个要完成酿造过程并得到产品，就必须具备以下几个条件：条件：(1) 要有适宜的微生物菌种或菌群。要有适宜的微生物菌种或菌群。(2) 要保证或控制微生物进行代谢的各种条件（酿造原料、要保证或控制微生物进行代谢的各种条件（酿造原料、温度和温度和pH值等值等 ）。）。(3) 要有进行微生物发酵的设备。要有进行微生物发酵的设备。(
3、4) 酿造产品后处理的方法和设备，如产品的抽提、过滤、酿造产品后处理的方法和设备，如产品的抽提、过滤、消毒和包装等。消毒和包装等。食品酿造过程实际上就是微生物对农副产品原料进食品酿造过程实际上就是微生物对农副产品原料进行分解并产生风味物质的过程。行分解并产生风味物质的过程。只有掌握微生物学知识，了解食品酿造过程原理以及只有掌握微生物学知识，了解食品酿造过程原理以及发酵过程的控制手段，才能生产出稳定、优质、安全发酵过程的控制手段，才能生产出稳定、优质、安全的酿造产品，提高酿造工业的水平。的酿造产品，提高酿造工业的水平。一、酿造微生物学的概念一、酿造微生物学的概念研究食品酿造中微生物及其生命活动规
4、律的学科。研究食品酿造中微生物及其生命活动规律的学科。 微生物的形态结构、分类鉴定、生理生化、生长繁殖、微生物的形态结构、分类鉴定、生理生化、生长繁殖、遗传变异、生态分布遗传变异、生态分布 微生物各类群之间、微生物与环境工艺条件、产品产微生物各类群之间、微生物与环境工艺条件、产品产量、质量、风味及生产周期之间的相互作用、相互影响量、质量、风味及生产周期之间的相互作用、相互影响 微生物及其制剂在食品酿造中应用微生物及其制剂在食品酿造中应用 二、食品酿造法与微生物学的发展二、食品酿造法与微生物学的发展 1 1、酒的酿造历史悠久，酒曲的发明，蒸馏酒传入、酒的酿造历史悠久，酒曲的发明，蒸馏酒传入欧洲，
5、谷物制醋、酱油酿造技术传入日本、东南亚欧洲，谷物制醋、酱油酿造技术传入日本、东南亚及世界各地及世界各地 。2 2、1717世纪，荷兰人世纪，荷兰人吕文虎克吕文虎克显微镜的发明。显微镜的发明。列文虎克（列文虎克（Leewenhoch, 1632-1723）3、19世纪世纪60年代，法国人年代，法国人巴斯德巴斯德(Louis Pasteur)与德与德国人国人柯赫柯赫(Robert Koch)通过证明酒、醋等酿造过程通过证明酒、醋等酿造过程是由微生物引起的发酵，而且是由不同种类的微生物是由微生物引起的发酵，而且是由不同种类的微生物引起的。引起的。 彻底否定了自然发生说证实发酵由微生物引起 巴斯德的功
6、绩巴斯德的功绩免疫学预防接种发明巴氏消毒法科赫的功绩科赫的功绩证实炭疽病因 炭疽杆菌，发现结核病原菌结核杆菌科赫法则发明培养基并用其纯化微生物等一系列研究方法的创立（Robert Koch） 4、20世纪以来，由于电子显微镜的发明、同位素示踪原子的应用，生物化学、生物物理等新理论、新技术的渗透，人们先后利用纯种发酵技术进行了乙醇、丙酮、丙醇、甘油、各种有机酸及氨基酸等的工业化生产。 5、各种抗菌素的发现与广泛应用是现代微生物学对人类的又一巨大贡献。抗生素抗生素6、70年代以来，基因的人工合成与基因的体外操纵，使得按照人们需要去定向改造和创建新的微生物类型，获得新型微生物产品成为可能。 表皮活性
7、因子表皮活性因子年代学科发展学科发展发酵技术发酵技术发酵专业发酵专业1680显微镜发明显微镜发明自然发酵自然发酵3000年年以上以上酒类、奶酪、醋酒类、奶酪、醋类、酱菜类、酱菜1837Pastear证明发酵是微证明发酵是微生物的作用生物的作用纯培养技术纯培养技术腐乳腐乳1897Bacterium酶的作用酶的作用 1905Koch应用固体培养基应用固体培养基分离培养微生物分离培养微生物纯培养分离技术纯培养分离技术 1929Fleming1942年液体深层年液体深层通风培养通风培养抗生素、有机酸抗生素、有机酸50年代生物化学发展、生物化学发展、DNA发现发现代谢调节和控制代谢调节和控制理论理论 6
8、0年代石油微生物的应用石油微生物的应用 70年代基因工程基因工程表表1 工业微生物的发展史工业微生物的发展史 三、酿造微生物的作用特点三、酿造微生物的作用特点多种微生物混菌发酵是酿造微生物作用的基本特点。曲室和种曲曲室和种曲酱油酱油橡木桶橡木桶橡木桶橡木桶四、酿造微生物生态系统的几个概念四、酿造微生物生态系统的几个概念英国生态学家坦斯利于英国生态学家坦斯利于19351935年首先提出生态系统年首先提出生态系统(Ecosystem)(Ecosystem)这个名词。这个名词。 1 1、酿造微生物生态系统、酿造微生物生态系统 整个生物群体，及这个生物群体栖息环境中的一切整个生物群体，及这个生物群体栖
9、息环境中的一切物理和化学条件。物理和化学条件。 2 2、酿造微生物生态系统的一些特征、酿造微生物生态系统的一些特征 生境大小生境大小 表面环境表面环境 酿造微生物在生产环境中的生物量及生长速度酿造微生物在生产环境中的生物量及生长速度 酿造微生物群体的相互作用酿造微生物群体的相互作用 五、酿造的特点五、酿造的特点酿造则是我国人们对一些特定产品进行发酵生产的酿造则是我国人们对一些特定产品进行发酵生产的一种叫法，通常把成分复杂、风味要求较高诸如黄一种叫法，通常把成分复杂、风味要求较高诸如黄酒、白酒、啤酒、葡萄酒等酒类以及酱油、酱、食酒、白酒、啤酒、葡萄酒等酒类以及酱油、酱、食醋、腐乳、豆豉、酱腌菜等
10、副食佐餐调味品的生产醋、腐乳、豆豉、酱腌菜等副食佐餐调味品的生产称为称为酿造酿造。酿造的特点酿造的特点1. 安全简单安全简单 2. 原料广泛原料广泛3. 反应专一反应专一 4. 代谢多样代谢多样 5. 易受污染易受污染 6. 菌种选育菌种选育1. 安全安全简单发酵与酿造过程绝大数是在常温压下进行的，生产发酵与酿造过程绝大数是在常温压下进行的，生产过程安全，所需的生产条件比较简单。过程安全，所需的生产条件比较简单。2. 原料广泛原料广泛酿造通常以淀粉、糖蜜或其他农副产品主酿造通常以淀粉、糖蜜或其他农副产品主原料，添加少量营养因子，就可以进行反原料，添加少量营养因子，就可以进行反应了。应了。3.
11、3. 反应专一反应专一食品发酵与酿造过程是通过生物体的自动调节方食品发酵与酿造过程是通过生物体的自动调节方式来完成的，反应专一性强。因而，可以得到较式来完成的，反应专一性强。因而，可以得到较为单一的代谢产物，避免不利或有害副产物混杂为单一的代谢产物，避免不利或有害副产物混杂其中。其中。 4. 4. 代谢多样代谢多样由于各种各样生物体代谢方式、代谢过程的多样由于各种各样生物体代谢方式、代谢过程的多样化，以及生物体化学反应的高度选择性，即使是化，以及生物体化学反应的高度选择性，即使是极其复杂的高分子化合物，也能在自然界找到所极其复杂的高分子化合物，也能在自然界找到所需的代谢产物。因而，发酵与酿造适
12、应的范围非需的代谢产物。因而，发酵与酿造适应的范围非常广。常广。5. 5. 易受污染易受污染由于发酵培养基营养丰富，各种来源的微生物都由于发酵培养基营养丰富，各种来源的微生物都很容易生长，发酵与酿造过程要严格控制杂菌污很容易生长，发酵与酿造过程要严格控制杂菌污染。染。6. 6. 菌种选育菌种选育发酵与酿造最重要的因素是菌种，通过各种菌种发酵与酿造最重要的因素是菌种，通过各种菌种选育手段得到高产的优良菌种，是能否创造显著选育手段得到高产的优良菌种，是能否创造显著经济效益的关键。经济效益的关键。六 食品酿造历程的微生物生化机制酿造食品酿造食品是一种色、香、味、体诸味调和的发酵产是一种色、香、味、体
13、诸味调和的发酵产品，它是食品原料及发酵微生物产生的一系列特定品，它是食品原料及发酵微生物产生的一系列特定酶所催化的生物化学反应的代谢产物的总和。酶所催化的生物化学反应的代谢产物的总和。食品酿造历程的三个阶段： （三）产物再平衡第三阶段（一）大分子物质降解阶段第一阶段 （二）代谢产物形成阶段第二阶段（一） 大分子物质降解阶段大分子物质降解阶段1、淀粉的降解2、蛋白质的降解 3、纤维素的降解 4、半纤维素与麦胶物质的降解 5、果胶质的降解 6、木质素及芳香族物质的分解7、类脂化合物的降解-淀粉酶淀粉酶-淀粉酶淀粉酶1、淀粉的降解、淀粉的降解（二）代谢产物形成阶段定义：定义：有微生物在好氧及厌氧、高
14、温或低温条件下，有微生物在好氧及厌氧、高温或低温条件下，在前期或后期将原料降解成产物的同时记忆不转化，在前期或后期将原料降解成产物的同时记忆不转化，形成各种代谢产物的过程。形成各种代谢产物的过程。形成的代谢产物形成的代谢产物1、有机酸类、有机酸类2、醇类、醇类3、酯类、酯类4、醛类、醛类5、芳香族化合物、芳香族化合物6、脂肪酸、脂肪酸7、氨基酸、氨基酸8、核苷酸、核苷酸（三）产物再平衡阶段 第三阶段主要是微生物代谢的再破平衡，这一平第三阶段主要是微生物代谢的再破平衡，这一平衡过程存在于酿造过程的始终，通过各种纵横交错衡过程存在于酿造过程的始终，通过各种纵横交错的途径使产物组分达到基本平衡。的途
15、径使产物组分达到基本平衡。七 固态发酵技术及过程控制( (一一) ) 概述概述 ( (二二) ) 固态发酵过程的控制固态发酵过程的控制 ( (三三) ) 固态发酵技术固态发酵技术 (一) 概述 1 1、固态发酵的定义、固态发酵的定义 一切使用不溶性固体基质来培养微生物的工艺过程，称为固体基质发酵。 固体悬浮在液体中的深层发酵 固态发酵固态发酵 没有（或几乎没有）游离水的湿固体 材料上培养微生物的工艺过程。 固态发酵的定义固态发酵的定义 是指没有或几乎没有自由水存在下，在有一定湿度的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水不溶性固态基质中，用
16、一种或多种微生物的一个生物反应过程，固态发酵是以物反应过程，固态发酵是以气相为连续相气相为连续相的生物反应的生物反应过程。过程。 2、固态发酵的特点 （1 1）固态发酵培养基中没有游离水的流动，水是培）固态发酵培养基中没有游离水的流动，水是培养基中较低的组分。养基中较低的组分。（2 2）微生物从湿的固态基质吸收营养物，营养物浓）微生物从湿的固态基质吸收营养物，营养物浓度存在梯度，发酵不均匀，菌体的生长、对营养物度存在梯度，发酵不均匀，菌体的生长、对营养物的吸收和代谢产物的分泌存在不均匀。的吸收和代谢产物的分泌存在不均匀。 （3 3）固态发酵中培养基提供的与气体的接触面积要）固态发酵中培养基提供
17、的与气体的接触面积要比液体深层发酵中与气泡的接触面积大得多，供氧比液体深层发酵中与气泡的接触面积大得多，供氧更充足。更充足。（4 4）使用固体原料，在发酵过程中，糖化和发酵过）使用固体原料，在发酵过程中，糖化和发酵过程同时进行，简化操作工序，节约能耗。程同时进行，简化操作工序，节约能耗。（5）高底物浓度可以产生高的产物浓度。）高底物浓度可以产生高的产物浓度。（6）由于产物浓度高，提取工艺简单可控，没有大）由于产物浓度高，提取工艺简单可控，没有大量有机废液产生，但提取物含有底物成分。量有机废液产生，但提取物含有底物成分。（7）生产机械化程度较低，缺乏在线传感仪器，过）生产机械化程度较低，缺乏在线
18、传感仪器，过程控制较困难。程控制较困难。3、固态发酵的分类 （1 1）自然富集固态发酵）自然富集固态发酵（2 2）强化微生物混合固态发酵）强化微生物混合固态发酵（3 3）限定微生物混合固态发酵）限定微生物混合固态发酵（4 4）单菌固态纯种发酵）单菌固态纯种发酵4、固态发酵反应器 （1 1）静态固态发酵反应器）静态固态发酵反应器 塔柱式塔柱式浅盘式浅盘式1浅盘室；2水阀门；3紫外灯管；4，8，13空气阀门；5，11空气过滤器；6排气口；7加湿器；9加热器；10空气循环；12进气口；14浅盘；15浅盘架 园盘固体发酵机园盘固体发酵机 （2 2）动态固态发酵反应器）动态固态发酵反应器转鼓式转鼓式 流
19、化床反应器流化床反应器 塔式反应器（二） 固态发酵过程的控制1 1、固态发酵微生物及生长机制固态发酵微生物及生长机制 （1 1）适合固态发酵微生物特征）适合固态发酵微生物特征 （2 2）界面作用）界面作用（3 3）固态基质中丝状微生物的生长）固态基质中丝状微生物的生长（4 4）固态基质中细菌和酵母菌的生长）固态基质中细菌和酵母菌的生长2、固态发酵基质原料（1 1）玉米秸秆、玉米芯、小麦秸秆、水稻秸秆、麸）玉米秸秆、玉米芯、小麦秸秆、水稻秸秆、麸皮、稻壳、玉米、大米、小米、大豆、甘蔗渣、酒皮、稻壳、玉米、大米、小米、大豆、甘蔗渣、酒糟、木薯、玉米皮渣等。糟、木薯、玉米皮渣等。 （2 2）为了使底
20、物更容易被微生物利用，经常对底物）为了使底物更容易被微生物利用，经常对底物进行化学或机械物理处理，如采用酸、碱进行化学进行化学或机械物理处理，如采用酸、碱进行化学水解处理或采用爆碎、粉碎、研磨等物理处理。水解处理或采用爆碎、粉碎、研磨等物理处理。 3、影响固态发酵过程的主要参数（1）湿度与水活度 （2）温度与热量传递（3）通气与传质过程（4）pH值（三） 固态发酵技术 1 1、混合固态发酵技术、混合固态发酵技术（1）混合固态发酵概念 混合发酵： 许多发酵过程是纯菌株无法完成或只能微弱地进行的，必须依靠两种或多种微生物共同培养来完成的过程 如传统酒曲和酱曲、腌菜、烟草发酵、茶叶发酵、青贮、堆肥等
21、。 强化微生物混合固态发酵 以人为强化接种微生物菌系不明确的富集培养物或特定微生物培养物来进行混合发酵 如传统酒曲和酱曲、腌菜、烟草发酵、茶叶发酵、青贮、堆肥等。 2、混合固态发酵工艺特点（1）充分利用培养基、设备、人员和时间，可以在同一发酵容器中经过相同工艺过程，提高所需产品的质和量，或获得良种、多种产品。 （2）混合发酵能够获得一些独特的产品，而纯种发酵是很难做到的。（3）混合的多种菌种，增加了发酵中许多基因的功能，通过不同代谢能力的组合，完成单个菌种难以完成的复杂代谢作用，可以代替某些基因重组工程菌来进行复杂的多种代谢反应，或促进生长代谢，提高生产效率。 3 3、混合固态发酵过程控制、混
22、合固态发酵过程控制1 1、发酵微生物的选择与培养、发酵微生物的选择与培养 在限定微生物混合固态发酵中，用两种或两种在限定微生物混合固态发酵中，用两种或两种以上经鉴定的纯种微生物进行发酵。以上经鉴定的纯种微生物进行发酵。2 2、发酵过程条件控制、发酵过程条件控制 好氧发酵厌氧发酵交替进行好氧发酵厌氧发酵交替进行4、混合固态发酵工艺过程存在的问题（1 1）大多数混合菌体系中菌间相互关系和作用机制）大多数混合菌体系中菌间相互关系和作用机制的研究尚不够深入的研究尚不够深入 ；（2 2）对于具有协同作用关系的菌株筛选和组合还是）对于具有协同作用关系的菌株筛选和组合还是一个随机的过程一个随机的过程 ，缺乏
23、有效的理论指导，；，缺乏有效的理论指导，；（3 3）对混合培养体系也不能有效地协调菌间的关系，）对混合培养体系也不能有效地协调菌间的关系，使其达最佳生态水平，发挥最大效应。使其达最佳生态水平，发挥最大效应。 基因工程：基因工程：是一项将生物体的某个基因通过基因载体运送是一项将生物体的某个基因通过基因载体运送到另一种生物体的活细胞内，并使之无性繁殖（称之为到另一种生物体的活细胞内，并使之无性繁殖（称之为“克隆克隆”）和行使正常功能（称之为）和行使正常功能（称之为“表达表达”），从而创），从而创造生物新品种或新物种的遗传学技术。造生物新品种或新物种的遗传学技术。补充补充: 基因工程概述基因工程概述
24、基因工程的基本操作流程图GFP转基因动物转基因动物抗除草剂的水稻普通玫瑰蓝色妖姬思考：蓝色妖姬如何培育的？转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转鱼抗寒基转鱼抗寒基因的番茄因的番茄转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯不会引起过敏的转基因大豆不会引起过敏的转基因大豆导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠导入人基因具特殊用途的猪和小鼠导入人基因具特殊用途的猪和小鼠超级超级动物动物特殊特殊动物动物基因工程：基因工程：专指用生物化学的方法，在体外将各种来源的遗专指用生物化学的方法，在体外将各种来源的遗传物质与载体系统的传物质与载体系统的DNA结合成一个复制子，通过转化或转结合成一个复制子，通过转化或转染宿主细胞、生长和筛选转化子，无性繁殖使之成为克隆。染宿主细胞、生长和筛选转化子，无性繁殖使之成为克隆。然后直接利用转化子，或者将克隆的分子自转化子分离后，然后直接利用转化子，或者将克隆的分子自转化子分离后，再导入适当的表达载体，使重组基因在细胞内表达，产生特再导入适当的表达载体，使重组基因在细胞内表达，产生特定的基因产物。定的基因产物。
