篇一：发酵工程在食品工业上的应用
发酵工程在食品工业上的应用
苏宝泉，生物工程专业1314班，学号201321042112
【摘要】发酵工程是指运用现代工程技术并通过生物（只要是微生物）的某些特定功能或直接应用于工业生产，替人类进行产品生产的一种新技术，它是现代生物技术的核心技术之一，无论是传统发酵产品还是现代基因技术产品都离不开他的支持。
本文主要论述了发酵工程的形成与发展，并介绍了发酵工程的现状已经发酵工程的广阔前景，本文还列举了现代发酵工程相较传统发酵技术的一些难以弥补的优点，意在说明发酵工程的先进性和重要性，于此同时，本文也详细介绍了现代发酵工程在食品工业上的应用，例如对传统食品的改善以及利用发酵法生产新性食品。
关键词：发酵工程；食品工业；应用
The application in food industry of
fermentation engineering
Su Baoquan, class biological engineering 1314,
Student number 201321042112
[Abstract] Fermentation engineering refers to using the modern engineering technology and through biological (microbial) as long as it is of certain features or directly applied to industrial production and for human beings to a new technology of production, it is one of the core technology of modern biological technology, both in traditional fermentation products and modern genetic technology products without his support.
This paper mainly discusses the formation and
development of fermentation engineering, and introduces the current situation of fermentation engineering has the broad prospects of fermentation engineering, this paper also enumerates the modern fermentation engineering than some difficult to make up for the advantages of the traditional fermentation technology, to the advanced nature and importance of the fermentation engineering, at the same time, this paper also introduces in detail the
application of modern fermentation engineering in food industry, such as on the improvement of the traditional food and the use of fermentation to produce new products. Key words: fermentation engineering; The food industry；
application
0引言
发酵具有悠久的历史，在几千年前，人们就开始运用发酵技术生产奶酪，酱油，以及酿酒。随着人们对世界的认知不断扩大，人们学会了发酵技术的原理，懂得结合运用了现代先进的理论知识和传统的发酵技术，形成了现代化的发酵技术，为发酵工程的形成奠定了可靠的理论和实践基础。 发酵工程技术是现代生物技术的核心技术之一，无论是传统发酵产品还是现代基因技术产品都离不开他的支持。它具有生产条件温和，原料来源丰富且价格低廉，产物专一，废弃物对环境污染小和容易处理等特点，因此发酵工程在医药工业、食品工业、农业、冶金工业、环境保护等许多领域得到了广泛的应用，逐步形成了规模庞大的发酵工业，它必将成为未来的支持产业之一。
1 发酵工程的定义
发酵工程是指运用现代工程技术并通过生物（只要是微生物）的某些特定功能或直接应用于工业生产，替人类进行产品生产的一种新技术。发酵工程的内容包括菌种的选育、培养基的配置、灭菌、扩大培养和接种、发酵工程和产品的分离提纯等方面。发酵工程的应用主要在医药工业、食品工
业、化学工业、能源工程、环境科学领域，其中在食品工业的应用主要有三大类产品，一是生产传统的发酵产品，如奶酪、啤酒、酱油、食醋等;二是生产食品添加剂，改善食品的品质及色、香、味；三是帮助人们解决粮食问题。 2发酵工程的发展
2．1发酵工程的发展历程
1） 自然发酵时期
人类利用微生物代谢产物已经有几千年的历史，而人们认识发酵、研究发酵却只有200多年的，从史前到19世纪人们对发酵的本质不了解，“自然发生说”盛极一时，此阶段一般都是手工作坊，谈不上发酵工业。产品简单，质量不稳定。
2） 纯种培养时期
此时，人们已经会利用发酵技术生产酒精、有机酸、酶制剂等，通过采用纯种培养和无菌操作技术，再加上灭菌及使用密闭发酵罐，避免了发酵时被污染的问题的同时，也提高了产品的质量，真正的发酵工业开始形成。
3） 深层培养时期
在那个青霉素发现的年代，由于战争造成的大量需求促进了发酵技术的发展，20世纪40年代，通过通气搅拌发酵技术，青霉素发酵生产得以成功实现，同时也使需氧菌的发酵生产进入了大规模工业化生产。
4） 近代发酵工程时期
以动态生物化学和微生物遗传学为基础，将微生物进行人工诱变，得到适合其生产某种产品的突变株，再在人工控制的条件下培养，既能选择性地大量生产人们所需要的物质。
5） 现代发酵工程时期
应用分子生物学和分子遗传学的方法，人为的将任意生物的特定又有用的遗传基因组合到特 定微生物的基因中去，在分子水平上选育新的物 种，创造新的微生物，从而达到定向改变自然界微 生物所不能合成的产物。
2.2发酵工程的现状
如今的发酵工程经历了半个多世纪，从最早的抗生素发酵到氨基酸，有机酸，甾体激素的生物转化、维生素的生物制备法、单细胞蛋白和淀粉糖等工业化生产。随着现代生物技术的发展，发酵技术的应用已涉及国际民生的方方面面。
篇二：发酵工程应用实例
第九章 发酵工程应用实例
发酵过程：菌种→孢子制备→种子制备→发酵液处理
（1）了解青霉素的发酵工艺、
青霉菌：为β—内酰胺类抗生素，为抗革兰氏阳性的抗生素，由真菌生产的次级代谢产物，
生长无关型
1929年，英国弗莱明（fuleming）发现青霉素 抗生素分类
1、根据抗生素的生物来源分
● 放线菌：链霉菌、诺卡氏菌属、小单孢菌属；
● 真菌：青霉菌属、头孢菌属、担子菌； ● 细菌：多粘杆菌、枯草杆菌、芽孢杆菌； ● 植物或动物：蒜→蒜素；动物脏器→鱼素。
2、按抗生素化学结构的分类
● β-内酰胺类：青霉素类、头孢菌素类，包含一个四元内酰胺环
● 氨基糖苷类：链霉素、庆大霉素，既含有氨基糖苷，也含有氨基环醇
● 大环内酯类：红霉素、麦迪加霉素，含有一个大环内酯作配糖体，以苷键和1-3个
分子的糖相连 ● 四环类：四环素、土霉素，以四并苯为母核，大都为放线菌生产。
● 多肽类：多粘菌素、杆菌肽，含有多种氨基酸，经肽键缩合成线状、环状或带侧链
的环状多肽
作用：抑制细胞壁合成。合成路径为氨基酸、肽类衍生物 生产工艺
1、菌种：产黄青霉
生长发育分六个阶段：
Ⅰ—Ⅳ期：菌丝生长期，适宜做种子；
Ⅳ—Ⅴ期：青霉素分泌期，菌丝生长趋势减弱，大量产生青霉素； Ⅵ期：菌丝体自溶期。
● I期 分生孢子发芽； ● ● ● ● ●
II期菌丝繁殖；
III期 形成脂肪粒，积累贮藏物，适于作种子； IV期 脂肪粒减少，形成中、小空泡； V期形成大空泡，脂肪粒消失；
VI期 细胞内看不到颗粒，个别细胞出现自溶。
2、培养基：
碳源：乳糖、蔗糖、葡萄糖等；
氮源：玉米浆、麸皮粉、无机氮源； 前体：苯乙酸或苯乙酰胺；（一次﹤0.1％） 无机盐：S、P、Ga、Mg、K等。 铁离子有害， 控制在﹤30μg/mL。
3、发酵条件控制
补糖：残糖降至0.6％（PH上升）；
补氮：氨氮0.05％，补硫铵、氨水或尿素；
PH：6.4—6.6，加糖、加酸、加碱调节； 温度：前期，25-26℃；后期， 23℃； 通气比：1：0.8；
溶氧：﹥氧饱和溶解度的30％；
消沫剂：玉米油、豆油或化学合成消沫剂
详细如下
● 温度控制：前期25-26°C，后期23 °C；
● pH控制：一般为6.4-6.6，加酸加碱及加葡萄糖控制； ● 通气：一般为1：0.8VVM； ● 溶氧：﹥氧饱和溶解度的30％
● 搅拌：要求发酵液中溶解氧量不低于30%。
● 泡沫与消沫：少量多次加入消沫剂，在发酵前期不宜多用，玉米油、豆油或化学合成消沫剂。
● 加糖控制：根据残糖量与发酵过程中的pH来控制，也可根据排气中CO2与O2量来控制，残糖降至0.6％（PH上升）。
● 补氮：发酵液氨氮控制在0.01-0.05%，补硫铵、氨水或尿素；。 ● 加前体：残余苯乙酰胺浓度控制在0.05-0.08%。
4、青霉素的分离纯化
1. 过滤：板框、真空转鼓；
2. 萃取：醋酸丁脂，2-3次；（具体步骤：将发酵滤液酸化至pH2，后加相当于
发酵滤液体积1/3的醋酸丁酯，混合后以碟片式离心机分离；然后以1.3-1.9%NaHCO3在pH6.8-7.1条件下将青霉素提取到缓冲液中，再调pH2，将青霉素从缓冲液转入到醋酸丁酯溶液中） 3. 脱色：活性碳，150-200g/10亿单位； 4. 结晶：浓缩结晶或直接结晶； 5. 洗涤 6. 干燥
流程工艺
了解谷氨酸发酵生产工艺、
常用菌：北京棒杆菌，钝齿棒杆菌
氨基酸：氨基，羧基，与氢直接连接在αC上
谷氨酸 （α-氨基戊二酸）
（1）淀粉水解糖的制备：酸水解或酶水解
调浆：干淀粉用水调成10-11Bx的淀粉乳，加盐酸0.5-0.8％至pH1.5。
H2N- C- H
糖化：蒸汽加热，加压糖化25min。冷却至80℃下中和。
H-C-H
中和：烧碱中和，至pH4.0-5.0
H-C-H
脱色：活性炭脱色和脱色树脂。活性炭用量为0.6-0.8％，在70℃及酸性
O =C-OH
条件下搅拌后过滤。
OH
① 斜面培养：主要产生菌是棒状杆菌属、短杆菌属、小杆菌属、节杆菌属。
L- 型
我国各工厂目前使用的菌株主要是钝齿棒杆菌和北京棒杆菌及各种诱变株。
生长特点：适用于糖质原料，需氧，以生物素为生长因子。
斜面培养基：蛋白胨、牛肉膏、氯化钠组成的pH7.0-7.2琼脂培养基，32℃培养18-24h ② 一级种子培养：由葡萄糖、玉米浆、尿素、磷酸氢二钾、硫酸镁、硫酸铁及硫酸锰组成。pH6.5-6.8。1000ml装200-250ml振荡，32℃ 培养12h。
③ 二级种子培养：用种子罐培养，料液量为发酵罐投料体积的1％，用水解糖代替葡萄糖，于32℃ 进行通气搅拌7-10h。种子质量要求：二级种子培养结束时，无杂菌或噬菌体污染，菌体大小均一，呈单个或八字排列。活菌数为108-109 /ml。 ①尿适应期：素分解出氨使pH上升。糖不利用。2-4h。
措施：接种量和发酵条件控制使期缩短。
② 对数生长期：糖耗快，尿素大量分解使pH上升，氨被利用pH又迅速下降。溶氧急剧下降后维持在一定水平。菌体浓度迅速增大，菌体形态为排列整齐的八字形。不产酸。12h。 措施：及时供给菌体生长必须的氮源及调节pH，在pH7.5-8.0时流加尿素；维持温度30- 32℃ ③ 菌体生长停止期：谷氨酸合成。
? 措施：提供必须的氨及pH维持在7.2-7.4。大量通气，控制温度34-37 ℃。 ④ 发酵后期：菌体衰老，糖耗慢，残糖低。
H-C=O
措施：营养物耗尽酸浓度不增加时，及时放罐。发酵周期一般为30h。 （1）培养基
① 碳源：淀粉水解糖、糖蜜、乙醇、烷烃
② 氮源：铵盐、尿素、氨水
C/N＝100：15~21，实际高达100：28 原因： 1）用于调整pH。
2）分解产生的NH3从发酵液中逸出。 ③ 无机盐：磷酸盐、镁、钾、钠、铁、锰、铜，其中 磷酸盐对发酵有显著影响。
不足：糖代谢受抑制，菌体生长不足。
过多：a.细胞膜磷脂生成量多，不利于谷氨酸排出。 b.促使丙酮酸和乙醛（由丙酮酸脱羧生成）缩合生成缬氨酸的前体物——α－乙醛乳酸， 使缬氨酸在发酵液中蓄积。 ④生长因子：生物素。青霉素
作用 ：
生物素：乙酰-CoA羧化酶的辅酶，与脂肪酸及磷脂合成有关。可改变细胞膜的成分，改变膜的透性、谷氨酸的分泌和反馈调节。含量高时，细胞膜致密，阻碍Glu分泌，引起反馈抑制。
青霉素：抑制肽聚糖合成中的转肽酶活性，引起肽聚糖结构中肽桥无法交联，造成细胞
壁缺损，在膨胀压的作用下代谢物外渗，降低了谷氨酸的反馈抑制，提高了产量。 （2）pH的影响及其控制
作用机理：主要影响酶的活性和菌的代谢。在氮源供应充分和微酸性条件下，谷氨酸发
酵转向谷氨酰胺发酵。pH控制在中性或微碱性。
方法：流加尿素和氨水
（3）温度的影响及其控制（4）溶解氧的控制
不足：发酵液pH值偏低，生成乳酸和琥珀酸，谷氨酸少。 过大：NADPH2通过呼吸链被氧化，影响α-酮戊二酸还原
氨基化，使α-酮戊二酸蓄积。 1. 菌体生长阶段：30~34℃ 2. 产酸阶段：34~36℃
谷氨酸的提取
（1）等电点法：操作简单，收率60％。周期长，占地面积大。
（2）离子交换法：用阳离子交换树脂提取吸附谷氨酸形成的阳离子，再用热碱洗脱，收集相应流分，再加盐酸结晶。
（1）EMP:丙酮酸，ATP,NADH2 （2）HMP:6－磷酸果糖
3－磷酸甘油酸
NADPH2:α－酮戊二酸还原氨基化必需的供氢体。 （3）TCA循环:生成谷氨酸前体物质α－酮戊二酸。 （4）CO2固定反应:补充草酰乙酸。
（5）乙醛酸循环:使琥铂酸、延胡索酸和苹果酸的量得 到补充，维持TCA循环的正常运转。 谷氨酸脱氢酶
（6）还原氨基化反应:α－酮戊二酸 ---------------- 谷氨酸
了解酒精发酵工艺。
篇三：食品发酵工程及其在食品上的应用
贵州大学酿酒与食品工程学院
作业（论文）题目： 发酵工程在食品工业中的应用 课程名称：食品高新技术 任课教师姓名：朱秋劲
研究生姓名： 宋小娟 学号： 2013021205 年级： 2013级 专业： 食品科学 任课教师评分：
年 月 日
发酵工程及其在食品工业上的应用
摘要：随着生物技术的不断发展，发酵工程作为食品生物技术中的一个分支，在食品加工过程中起着至关重要的作用，现代发酵工程结合基因工程、细胞工程等生产出许多种天然的食品，如：单细胞蛋白，黄原胶，细胞色素等，这一技术为食品加工业提供了一条健康发展道路。
关键词：现代发酵工程；发酵类型；食品加工
Fermentation engineering and its application in food industry
Abstract: with the continuous development of biotechnology, fermentation engineering as a branch of food biotechnology, food processing, plays an important role in the process of modern fermentation engineering combined with genetic engineering, cell engineering and so on to produce many kinds of natural food, such as: single cell protein, xanthan gum, cytochrome, etc., the technology for food processing provides a healthy development road.
Key words:
processing
modern fermentation engineering ;The fermentation type; Food
发酵工程也叫微生物工程，是利用微生物的生长和代谢活动，通过现代化工技术来生产各种有用物质的一种技术。发酵工程的内容随着生物技术的发展不断扩大和充实。现代的发酵工程结合了基因工程、细胞工程、分子修饰和改造等新技术，不仅包括菌体生产和代谢产物的发酵生产，还包括微生物机能的利用[1]。 发酵工程是一个由实践科学组成的一种生产手段，早已广泛的应用于我们的生活中。就现阶段发酵工程的发展而言，它已经历了“农产手加工”、“近代发酵工程”、“现代发酵工程”这 3 个阶段。
1 微生物发酵工程的原理
发酵工程分为菌种、发酵和提炼等三个阶段。发酵工程原理均必须建立在发酵工程的生物学原理的基础上，生物学原理是发现发酵工程最基本的原理。发酵原理的核心内容是微生物复杂系统运行的自然规律 （即微生物生命活动的三个基本假说）[2]。细胞经济假说 （生命活动的法则，控制）揭示细胞经济的运行原理，它们体现了细胞代谢活动的自主性。以面包制作过程中的发酵过程为例谈谈发酵原理。面包在制作的过程中首先需要面团的发酵，促进面团体积的膨胀。面团发酵的过程是一系列物理、化学变化的过程，发酵所产生的气体均匀分布在面团中；在各种生物酶的作用下，面团中的双糖和多糖转化成糖，在适宜的温度 、水分、pH值以及必要的矿物元素环境下，酵母直接利用单糖进行新陈代谢，酵母发酵的过程伴随产生的各种复杂化学芳香物质。
2 发酵工程特点
微生物发酵技术具有以下特点[3]：（1）发酵过程以生命体的自动调节方式进行，数十个反应过程能够在发酵设备中一次完成，也可在同一发酵设备生产多种发酵产品；（2）反应通常在常温常压下进行，条件温和，能耗少，设备简单；（3）原料通常以农副产品（糖蜜、淀粉）、工业废水或可再生资源（如植物秸秆、木屑等）等为主，利于综合利用；（4）能高度选择地在复杂化合物的特定部位进行氧化、还原、官能团引入或去除等反应，容易产生复杂的高分子化合物；（5）产物专一，副反应少，污染小，是较为环保的工业生产方式。
3 微生物发酵过程分类
3.1 根据微生物种类不同，微生物发酵过程可以分为好氧性发酵和厌氧性发酵两大类[4]。
（1）好氧性发酵
在发酵过程中需要不断地通入一定量的无菌空气，如利用黑曲霉进行的柠檬酸发酵，利用棒状杆菌进行的谷氨酸发酵等。
（2）厌氧性发酵
在发酵时不需要供给空气，如乳酸杆菌引起的乳酸发酵，梭状芽孢杆菌引起的丙酮、丁醇发酵等。
此外，酵母菌是兼性厌氧微生物，它在缺氧条件下进行厌氧性发酵积累酒精，而在有氧即通气条件下则进行好氧性发酵，大量繁殖菌体细胞，因此称为兼性发酵。
3.2 根据培养基状态的不同，微生物发酵又可分为固体发酵和液体发酵；按照发酵设备来分，可分为敞口发酵、密闭发酵、浅盘发酵和深层发酵[5]。
3.2.1 固体发酵
某些微生物生长需水很少，可利用疏松而含有必须营养物的固体培养基进行发酵生产，称为固体发酵。许多调味品的生产，如我国传统的酿酒、制酱及大豆发酵食品等的生产均为固体发酵。另外，固体发酵还利用与蘑菇的生产，奶酪和泡菜的制作等。
固体发酵一般是开发式的，因而不是纯培养，无菌要求不高，它的一般过程为：将原料预加工后再经蒸煮灭菌，然后制成含一定水分的固体物料，接入预先培养好的菌种进行发酵。发酵成熟后要适时出料，并进行适当处理，或进行产物的提取。
固体发酵所需设备简单，操作容易，所用原料多为来源丰富的工农业副产品，如麸皮、薯粉、大豆饼粉、高梁、玉米粉等，因此，至今仍在某些产品的生产上不同程度地沿用，但这种方式有许多缺点，如劳动强度大，不便于机械化操作，微生物品种少，生长慢，产品有限等。
3.2.2 液体发酵
液体深层发酵法是指在液体培养基内部进行的微生物培养过程。液体深层发酵是在青霉素等抗生素的生产中发展起来的技术。根据操作方式的不同，液体深层发酵主要有分批发酵、连续发酵和补料分批发酵三种类型。
（1） 分批发酵
培养基和菌种一次加入进行培养，与外部没有物料交换。其全过程包括空罐灭菌、加入灭过菌的培养基、接种、发酵过程、放罐和洗罐，所需时间的总和为一个发酵周期。分批发酵是最常用的发酵方法，广泛用于多种发酵过程，传统的生物产品发酵多用此过程。它除了控制温度和pH值及通气以外，不进行任何其他控制，操作简单。但从细胞所处的环境来看，则有明显改变，发酵初期营养过多，可能抑制微生物的生长，而发酵的中后期又可能因为营养物减少而降低培养
效率。从细胞的增值来说，初期细胞浓度低，增长慢，后期细胞浓度虽高，但营养物浓度过低也生长不快，总的生产能力不是很高。
（2） 连续发酵
所谓连续发酵，是指以一定的速度向发酵罐内添加新鲜培养基，同时以相同的速度流出培养液，从而使发酵罐内的液量维持恒定，微生物在稳定状态下生长。稳定状态可以有效地延长分批培养中的对数期。在稳定的状态下，微生物所处的环境条件，如培养基浓度、产物浓度、pH值等都能保持相对恒定，微生物细胞的浓度及其生长速率也可维持不变，甚至还可以根据需要来调节生长速度。
与分批发酵相比，连续发酵具有以下优点：a.可以维持稳定的操作条件，有利于微生物的生长代谢，从而使产率和产品质量也相应保持稳定；b.能够更有效实现机械化和自动化，降低劳动强度，减少操作人员与病原微生物和毒性产物接触的机会；c.减少设备清洗、准备和灭菌等非生产占用时间，提高设备利用率，节省劳动力和工时；d.由于灭菌次数减少，使测量仪器探头的寿命延长；e.容易对过程进行优化，有效提高发酵产率。
（3） 补料分批发酵
补料分批发酵又称半连续发酵，是介于分批发酵和连续发酵之间的一种发酵技术，是指在微生物分批发酵中，以某种方式向培养系统补加一定物料的培养技术。通过向培养系统中补充物料，可以使培养液中的营养物浓度较长时间地保持在一定范围内，既保证微生物的生长需要，又不会造成不利影响，从而达到提高产率的目的。
补料在发酵过程中的应用，是发酵技术上一个划时代的进步。补料技术本身也由少次多量、少量多次，逐步改为流加，近年又实现了流加补料的微机控制。
同传统的分批发酵相比，补料分批发酵可以解除营养物质的抑制、产物反馈抑制和葡萄糖分解阻遏效应（葡萄糖效应—葡萄糖被快速分解，代谢所积累的产物在抑制所需产物合成的同时也抑制其他一些碳源、氮源的分解利用）；对于好氧发酵，它可以避免在分批发酵中因一次性投入糖过多造成细胞大量生长，耗氧过多，以致通风搅拌设备不能匹配的状况；它还可以在某些情况下减少菌体生成量，提高有用产物的转化率。在真菌培养中，菌丝的减少可以降低发酵液的黏度，便于物料输送及后处理。与连续发酵相比，它不会产生菌种老化和变异问题，其
《发酵工程的应用》由：创业找项目整理
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