发酵工程

发酵工程LOGO第二组2一、发酵的定义二、发酵工程三、发酵方法的类别与流程四、发酵工程的应用及展望3一、发酵的定义1、传统发酵2、生化和生理学意义的发酵3、工业上的发酵４、发酵食品41、传统发酵◆来源于拉丁文“fervere（发泡）”◆描述酵母菌作用于果汁或麦芽汁产生气泡的现象（沸腾现象）－酵母在厌氧条件下分解糖产生ＣＯ２52、生化和生理学意义的发酵(狭义的发酵)◆指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量的一种方式，或者更严格地说，发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。◆如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出CO2。63、工业上的发酵（广义的发酵）◆泛指通过大规模培养微生物来制造或生产某些产品的过程包括：(1)厌氧培养的生产过程，如酒精，乳酸等。(2)通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等。◆产品有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶等7４、发酵食品◆包括发酵主食品：面包，馒头◆发酵副食品：豆腐乳，泡菜◆发酵调味品：醋，酱油◆发酵乳制品：酸奶、奶酪8二、发酵工程1、定义：采用现代化工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术9◆发酵已经从过去简单的生产酒精类饮料、生产醋酸和发酵面包发展到今天成为生物工程的一个极其重要的分支，成为一个包括了微生物学、化学工程、基因工程、细胞工程、机械工程和计算机软硬件工程的一个多学科工程。◆现代发酵工程不但生产酒精类饮料、醋酸和面包，而且生产胰岛素、干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等多种医疗保健药物，生产天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用生产资料，在化学工业上生产氨基酸、香料、生物高分子、酶以及维生素和单细胞蛋白等。102、获得发酵产品的条件◆适宜的微生物◆保证或控制微生物进行代谢的各种条件◆进行微生物发酵的设备◆精制成产品的方法的设备113、发酵工程组成从广义上讲，由三部分组成：上游工程、发酵工程、下游工程12（1）上游工程技术①物料的输送和原料的预处理②发酵培养基的选择、制备和灭菌③菌种的选育、保藏、复壮和扩大培养④发酵过程的动力学⑤发酵醪的特性⑥氧的传递、溶解和吸收⑦发酵生产设备的设计、选型和计算⑧发酵过程的工艺技术控制13（2）下游工程技术①发酵液的预处理及发酵醪与菌体的分离②发酵产物的分离提取③发酵产物的精制纯化④发酵产物的成品加工（3）辅助工程技术①空气净化除菌与调节系统②水处理和供水系统③加热和制冷系统在上述研究内容中，上游工程技术是发酵工程技术研究的主要内容。144、典型的微生物发酵工艺流程图155、发酵罐示意图166、发酵工程涉及领域17三、发酵方法的类别与流程1、类别：根据对氧的需要区分：厌氧和好氧发酵根据培养基物理性状区分：液体和固体发酵根据从微生物生长特性区分：分批发酵和连续发酵182、液态好氧发酵的流程空气加热器油水分离器冷却器贮气罐空气压缩机空气总过滤器分过滤器发酵液预处理发酵罐种子罐三角瓶或茄子瓶生产用斜面（多管）纯化复壮保存菌种（砂土管、冻干、液氮、斜面）菌种预处理原料过滤、离心、提取、精制、干燥包装补料调节剂消泡剂冷却灭菌配料、调浆灭菌19四、发酵工程的应用及展望一、氨基酸的生产工艺目前用发酵法生产的氨基酸种类有22种，其中18种系采用直接发酵法，4种为酶法转化。谷氨酸是目前氨基酸生产中产量大，最成熟的一种，现以谷氨酸发酵为例介绍氨基酸的生产发酵。20谷氨酸——味精生产工艺流程◆味精是谷氨酸生产菌以葡萄糖为碳源，经ＥＭＰ途径和ＴＣＡ循环生成谷氨酸，再与碱中和而制成。其中包括五个部分：◆（１）淀粉水解酶的抽取◆（２）谷氨酸生产菌种子的扩大培养◆（３）谷氨酸发酵◆（４）谷氨酸的提取分离◆（５）由谷氨酸制成味精2122二、有机酸发酵生产◆有机酸是羧酸、磺酸、亚磺酸、硫代羧酸等的总称。就目前市场占有率而言，以柠檬酸为主，下面就简单介绍一下柠檬酸的发酵过程◆（１）去除菌丝体和其他固形物得到滤液◆（２）用各种物质和化学方法处理滤液得到初步纯化的柠檬酸溶液◆（３）初步纯化的柠檬酸溶液精制后浓缩得到柠檬酸结晶23碳酸钙热水硫酸发酵液预处理压滤中和过滤柠檬酸钙菌渣碳酸钙过滤粗柠檬酸活性炭脱色阳离子交换法阴离子交换法净化液蒸发结晶离心母液干燥筛分包装成品柠檬酸提取工艺流程24三、饮料酒的生产◆目前市场上饮用的酒精饮料可分为酿造酒、蒸馏酒和配置酒。酿造酒指使用酵母发酵后得到的发酵液，可直接饮用或经过过滤后饮用，如葡萄酒、黄酒、啤酒。蒸馏酒是在酿造酒的基础上发展起来的，指凡是用水果、糖类、乳类等原料，经过酵母菌发酵后，蒸馏得到无色透明的液体，再经陈酿和调制成酒精饮品，如威士忌、白酒等。配制酒是以发酵酒、蒸馏酒和食用酒精为酒基与各种可食物质一起进行再加工制成的有独特风味的饮用酒25（一）酒的种类◆１、白酒的种类按主要原料分类：粮食酒、薯类酒、代用原料酒按生产工艺分类：固态法、半固态法和液态发酵白酒按采用糖化和发酵剂：大曲酒、小曲酒和麸曲白酒按香型分类：浓香型、酱香型、清香型、米香型和其他香型26２、葡萄酒的种类◆按就得颜色分类：红葡萄酒和白葡萄酒◆按酒内糖分多少分类：干葡萄酒、半干葡萄酒、甜葡萄酒和半甜葡萄酒◆按含不含二氧化碳分类：静酒和气酒，气酒用分为天然气酒和人工气酒27（二）酒的酿造工艺一）、白酒的生产工艺28◆２、大曲的生产◆大曲以小麦、大麦和豌豆为原料，经粉碎成原料加水。压制成块状，在室内保温培养，让自然界各种微生物在上面富集生长，以产生白酒生产所需的糖化酶和酒化酶，并产生一定的香味物质，经过风干、储存，即成大曲。29303132３、大曲酒的生产工艺33◆以甘蔗糖蜜为原料的酒精生产工艺34二）葡萄酒的生产工艺◆酿造过程去梗：也就是把葡萄果粒从梳子状的枝梗上取下因枝梗含有特别多的单宁酸，在酒液中有一股令人不快的味道。压榨果粒酿制红酒的时候，葡萄皮和葡萄肉是同时压的，红酒中所含的红色色素，就是在压榨葡萄皮时候释放出的。就因为这样，所有红酒的色泽才是红的。35榨汁和发酵经过榨汁后，就可得到酿酒的原料——葡萄汁。优质的葡萄汁是酿制优秀葡萄酒的前提，葡萄酒是葡萄汁通过发酵作用而得的产物。经过发酵，葡萄中所含的糖份会逐渐转成酒精和二氧化碳。因此，在发酵过程中，糖分越来越少，而酒精度则越来越高。通过缓慢的发酵过程，可酿出口味芳香细致的红葡萄酒。36添加二氧化硫要想保持葡萄酒的果味和鲜度，就必须在发酵过程后立刻添加二氧化硫处理。二氧化硫可以阻止由空气中的氧使葡萄酒所引起的氧化作用。新酒在发酵后大约3周左右，必须进行第一次沉淀与换桶。第二次沉淀要4至6周。沉淀的次数和时间上的顺序，完全就是所要达到的口味。3738四、发酵工业的意义与展望◆利用遗传工程等先进技术，人工选育和改良菌种◆采用发酵技术进行高等动动植物细胞培养◆固定化技术广泛应用◆开发和采用大型节能高效的发酵装置，自动控制将成为发酵生产控制的主要手段◆应用代谢控制技术，发酵生产氨基酸◆将生物技术理论广泛地用于环境工程39