酿造学基础知识

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。
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
的酿造产品，提高酿造工业的水平。
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律的学科。
● 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 ● 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 ● 微生物及其制剂在食品酿造中应用
（ 6 ）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。
（ 7 ）生产机械化程度较低，缺乏在线传感仪器，过
程控制较困难。
3、固态发酵的分类
（1）自然富集固态发酵 （2）强化微生物混合固态发酵 （3）限定微生物混合固态发酵 （4）单菌固静态固态发酵反应器
手机上的细菌很多
调查显示手机每平方厘米就驻扎了12万个细菌，按照这样推算，整部手 机起码有上百万个细菌，这个数字足以令马桶坐垫上的细菌队伍汗颜。
手机套上也有好多细菌
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、
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。
（3）固态发酵中培养基提供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
更充足。
（4）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。
（5）高底物浓度可以产生高的产物浓度。
年代 学科发展 显微镜发明 Pastear证明发酵是微 生物的作用 Bacterium 发酵技术 发酵专业
1680 1837 1897 1905 1929 50年代 60年代 70年代
自然发酵3000年 酒类、奶酪、醋 以上 类、酱菜 纯培养技术 酶的作用 腐乳
Koch应用固体培养基 纯培养分离技术 分离培养微生物 Fleming 生物化学发展、DNA 发现 石油微生物的应用 基因工程 1942年液体深层 抗生素、有机酸 通风培养 代谢调节和控制 理论
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
酱油
橡木桶
橡木桶
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 1935 年首先提出生态系统
(Ecosystem)这个名词。
1、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
物理和化学条件。
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。
②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、酿造微生物生态系统的一些特征
• 生境大小 • 表面环境 • 酿造微生物在生产环境中的生物量及生长速度 • 酿造微生物群体的相互作用
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 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 醋、腐乳、豆豉、酱腌菜等副食佐餐调味品的生产
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。
糟、木薯、玉米皮渣等。
（2）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
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、混合固态发酵技术 （1）混合固态发酵概念 ①混合发酵：
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
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。
表皮活性因子
人体生长素
表1 工业微生物的发展史
5. 易受污染
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
染。
6. 菌种选育
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
经济效益的关键。
六 食品酿造历程的微生物生化机制
酿造食品是一种色、香、味、体诸味调和的发酵产
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
为单一的代谢产物，避免不利或有害副产物混杂
其中。
4. 代谢多样
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
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，发酵与酿造适应的范围非 常广。
一个随机的过程 ，缺乏有效的理论指导，； （3）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。
补充: 基因工程概述
基因工程：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
“克隆”）和行使正常功能（称之为“表达”），从而创
造生物新品种或新物种的遗传学技术。
（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 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。
七 固态发酵技术及过程控制
(一) 概述 (二) 固态发酵过程的控制 (三) 固态发酵技术
(一) 概述
1、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
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
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
物反应过程，固态发酵是以气相为连续相的生物反应
过程。
2、固态发酵的特点
（1）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。 （2）微生物从湿的固态基质吸收营养物，营养物浓
①转鼓式
②
流 化 床 反 应 器
③塔式反应器
（二） 固态发酵过程的控制
1、固态发酵微生物及生长机制
（1）适合固态发酵微生物特征
（2）界面作用 （3）固态基质中丝状微生物的生长 （4）固态基质中细菌和酵母菌的生长
2、固态发酵基质原料
（1）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
传物质与载体系统的DNA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。 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 定的基因产物。
基因工程的基本 操作流程图
GFP转基因动物
抗除草剂的水稻
普通玫瑰 思考：蓝色妖姬如何培育的？
蓝色妖姬
转黄瓜抗青枯病基因的甜椒 转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯
转鱼抗寒基 因的番茄
不会引起过敏的转基因大豆
超级 动物
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
特殊 动物
基因工程：专指用生物化学的方法，在体外将各种来源的遗
称为酿造。
酿造的特点
1. 安全简单
2. 原料广泛
3. 反应专一
4. 代谢多样
5. 易受污染
6. 菌种选育
1. 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 过程安全，所需的生产条件比较简单。
2. 原料广泛
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
应了。
3. 反应专一
第二章 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 的一门科学。
酿造工业（brewing industry）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
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
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、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
产品。
酱腌菜
泡菜
酱油
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
条件：
(1) 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、 温度和pH值等 ）。 (3) 要有进行微生物发酵的设备。 (4) 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。
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。
食品酿造历程的三个阶段：
（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 （三）产物再平衡——第三阶段
（一） 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
二、食品酿造法与微生物学的发展
1 、酒的酿造历史悠久，酒曲的发明，蒸馏酒传入 欧洲，谷物制醋、酱油酿造技术传入日本、东南亚
及世界各地 。
2、17世纪，荷兰人吕文虎克显微镜的发明。
列文虎克（Leewenhoch, 1632-1723）
3、19世纪60年代，法国人巴斯德(Louis Pasteur)与德 国人柯赫 (Robert Koch) 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
引起的。
巴斯德的功绩
彻底否定了自然发生说 证实发酵由微生物引起 免疫学—预防接种 发明巴氏消毒法
科 赫 的 功 绩
（Robert Koch）
发明培养基并用其纯化微生物等 一系列研究方法的创立 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
3、混合固态发酵过程控制
1、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 以上经鉴定的纯种微生物进行发酵。
2、发酵过程条件控制
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）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 ；
（2）对于具有协同作用关系的菌株筛选和组合还是
塔 柱 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
（2）动态固态发酵反应器
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
1、淀粉的降解
α -淀粉酶
β -淀粉酶
（二）代谢产物形成阶段
定义：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，
形成各种代谢产物的过程。
形成的代谢产物
1、有机酸类
2、醇类
3、酯类
4、醛类 5、芳香族化合物 6、脂肪酸 7、氨基酸 8、核苷酸