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：**********

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: modern fermentation engineering ;The fermentation type; Food processing

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