发酵技术 顾诗怡18300270033 摘要:发酵技术的应用在日常生活中俯拾皆是,食品中的发酵技术助我们享受到更多风味丰 富的美味食物。本文将从发酵技术的原理、应用及其优缺点三个方面介绍食品中的发酵技术 1发酵技术的应用 微生物发酵技术在食品工业的应用是生物技术最早开发应用的领域 (1)微生物发酵技术能为人们提供丰富优质的传统发酵产品:如酒精类饮料、醋酸、 面包、氨基酸、酶等,使产品的产量和质量得到明显的提高。人们日常生活中广泛使用的味 精、维生素B2等也是微生物发酵技术的产品。 (2)微生物发酵技术能生产各种食品添加剂,改善了食品的品质及色、香、味。例如, 用发酵方法制得的L-苹果酸是国际食品界公认的安全型酸味剂,广泛用于果酱、果汁、饮 料、罐头、糖果、人造奶油等的生产中。 (3)微生物发酵技术能为解决人类粮食短缺问题开辟新途径。研究表明,微生物含有 丰富的蛋白质,如细菌的蛋白质含量占细胞干重的60%80%,酵母菌的占45%~65%,而且它 们的生长繁殖速度很快。因此,许多国家就利用淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液、 石化产品等为原料,通过发酵获得大量的微生物菌体。这种微生物菌体就叫做单细胞蛋白 用酵母菌等生产的单细胞蛋白可作为食品添加剂,甚至制成“人造肉”供人们直接食用。单 细胞蛋白用作饲料。能使家畜、家禽增重快,产奶或产蛋量显著提高 2发酵技术原理 微生物的发酵过程是在合适的发酵条件下利用微生物菌种将原料转变为目的产物的过 程。本文将举几个代表性的例子阐释微生物发酵技术在实际应用中的原理。 2.1食醋发酵原理 酿造醋用粮食等淀粉质为原料,经微生物制曲糖化、酒精发酵和醋酸 发酵等阶段酿制而成。其主要成分除醋酸外,还含有各种氨基酸、有机酸、 糖类、维生素、醇和酯等营养成分及风味成分。 传统酿醋是利用自然界中的野生菌制曲、发酵,因此涉及的微生物种 类繁多。新法制醋采用人工选育的纯培养菌株进行制曲、酒精发酵和醋酸 发酵,因而发酵周期短、原料利用率高。 食醋的生产分为3个过程:淀粉水解成糖,糖发酵成酒精,酒精氧化 成醋酸。这3个发酵过程都是依靠不同的微生物分泌的酶作用下进行的 酒精发酵 曲霉菌使淀粉液化、糖化 醋酸发酵 酵母发酵酒精 板框过选 醋酸菌氧化酒精生成醋酸 〈选用醋酸菌的标准:氧化酒精速度快、耐酸性强、不再分解酷酸制品、风味良好 酵母菌 醋酸菌 可发酵性糖 CH3CH2OH CH3COOH
发酵技术 顾诗怡 18300270033 摘要：发酵技术的应用在日常生活中俯拾皆是，食品中的发酵技术助我们享受到更多风味丰 富的美味食物。本文将从发酵技术的原理、应用及其优缺点三个方面介绍食品中的发酵技术。 1 发酵技术的应用 微生物发酵技术在食品工业的应用是生物技术最早开发应用的领域。 （1）微生物发酵技术能为人们提供丰富优质的传统发酵产品；如酒精类饮料、醋酸、 面包、氨基酸、酶等，使产品的产量和质量得到明显的提高。人们日常生活中广泛使用的味 精、维生素 B2 等也是微生物发酵技术的产品。 （2）微生物发酵技术能生产各种食品添加剂，改善了食品的品质及色、香、味。例如， 用发酵方法制得的 L-苹果酸是国际食品界公认的安全型酸味剂，广泛用于果酱、果汁、饮 料、罐头、糖果、人造奶油等的生产中。 （3）微生物发酵技术能为解决人类粮食短缺问题开辟新途径。研究表明，微生物含有 丰富的蛋白质，如细菌的蛋白质含量占细胞干重的 60% ~80%,酵母菌的占 45%〜65%,而且它 们的生长繁殖速度很快。因此，许多国家就利用淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液、 石化产品等为原料，通过发酵获得大量的微生物菌体。这种微生物菌体就叫做单细胞蛋白。 用酵母菌等生产的单细胞蛋白可作为食品添加剂，甚至制成“人造肉”供人们直接食用。单 细胞蛋白用作饲料。能使家畜、家禽增重快，产奶或产蛋量显著提高。 2 发酵技术原理 微生物的发酵过程是在合适的发酵条件下利用微生物菌种将原料转变为目的产物的过 程。本文将举几个代表性的例子阐释微生物发酵技术在实际应用中的原理。 2.1 食醋发酵原理 酿造醋用粮食等淀粉质为原料，经微生物制曲糖化、酒精发酵和醋酸 发酵等阶段酿制而成。其主要成分除醋酸外，还含有各种氨基酸、有机酸、 糖类、维生素、醇和酯等营养成分及风味成分。 传统酿醋是利用自然界中的野生菌制曲、发酵，因此涉及的微生物种 类繁多。新法制醋采用人工选育的纯培养菌株进行制曲、酒精发酵和醋酸 发酵，因而发酵周期短、原料利用率高。 食醋的生产分为 3 个过程：淀粉水解成糖，糖发酵成酒精，酒精氧化 成醋酸。这 3 个发酵过程都是依靠不同的微生物分泌的酶作用下进行的
2.2柠檬酸发酵原理 葡萄糖 柠檬酸有温和爽快的酸味,普遍用于各种 EMP 饮料、汽水、葡萄酒、糖果、点心、饼干、罐 头果汁、乳制品等食品的制造。在所有有机酸 磷酸烯醇式丙酮酸 的市场中,柠檬酸市场占有率为70%以上,目 前还没有一种可以取代柠檬酸的酸味剂 丙酮酸 0c0 葡萄糖通过糖酵解途径得到磷酸烯醇式 丙酮酸,经过一个不完整的三羧酸循环达到柠 C、乙酰CnA 檬酸的积累(一方面丙酮酸氧化脱羧生成乙酰 草酰乙酸 CoA,另一方面丙酮酸羧化生成草酰乙酸,草 柠檬酸 酰乙酸与缩合生成柠檬酸)。 苹果酸 黑曲霉能够利用糖类等发酵生成柠檬酸 顺乌头酸 黑曲霉耐酸,耐低PH。发酵初期,发酵 富马酸 液中葡萄糖含量较高,高浓度葡萄糖抑制黑曲 异柠檬酸霉α-酮戊二酸脱氢酶合成,三羧酸循环中断, 琥珀酸 4酸度得到积累。当酸度计累到PH≤20时,催 草酰琥珀酸 化柠檬酸←顺乌头酸→异柠檬酸正逆反应的 琥珀酰CoA a-酮戊二酸 顺乌头酸水合酶不表现出活力。这样三羧酸循 1一丙酮酸脱氢酶2一柠檬酸合成酶3一乌头酸水合酮 环在合成柠檬酸之后就不会继续反应 4一异柠橡酸脱氢酶5-a-酮戊二酸脱氢酶6一就珀酸脱氢酶 7一富马酸酶8苹果酸脱氢酶9一丙酮酸羧化酶10磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 从而达到柠檬酸的积累。 2.3味精发酵原理 味精是人们熟悉鲜味剂,是L-谷氨酸单钠盐的一水化合物,分子式为 CsSo』NNA·Ho。 谷氨酸发酵是通气发酵,也是我国目前通气发酵产业中,生产厂家最多、产品产量最大 的产业 淀粉水解葡萄糖谷氨酸生产菌谷氨酸 菌种 糖蜜预处理去除生物素的糖蜜谷氨酸生产菌谷氨酸 面培 压机压 萄糖 瓶扩大天培科 6-辆故静萄酸 除 子罐大培养 [汽液分离] 淀粉水解制】 过面 内糖-3-磷酸 丙酮酸 「浓缩高 乙醛酸钢环 -酬戊二酸 屯点调节 透过泪我明 味精生产全过程可 划分为四个工艺阶段 谷氨]粗谷氨散母 1)原料的预处理及淀 [粉碎] 子交换处理 粉水解糖的制备:(2) 断状味精 成品包种子扩大培养及谷氨酸 中和俞味精](粗谷数板溶 图1′味精生产总工艺流程
2.2 柠檬酸发酵原理 柠檬酸有温和爽快的酸味，普遍用于各种 饮料、汽水、葡萄酒、糖果、点心、饼干、罐 头果汁、乳制品等食品的制造。在所有有机酸 的市场中，柠檬酸市场占有率为 70%以上，目 前还没有一种可以取代柠檬酸的酸味剂。 葡萄糖通过糖酵解途径得到磷酸烯醇式 丙酮酸，经过一个不完整的三羧酸循环达到柠 檬酸的积累（一方面丙酮酸氧化脱羧生成乙酰 CoA，另一方面丙酮酸羧化生成草酰乙酸，草 酰乙酸与缩合生成柠檬酸）。 黑曲霉能够利用糖类等发酵生成柠檬酸。 黑曲霉耐酸，耐低 PH。发酵初期，发酵 液中葡萄糖含量较高，高浓度葡萄糖抑制黑曲 霉α-酮戊二酸脱氢酶合成，三羧酸循环中断， 酸度得到积累。当酸度计累到 PH≤2.0 时，催 化柠檬酸↔ 顺乌头酸↔ 异柠檬酸正逆反应的 顺乌头酸水合酶不表现出活力。这样三羧酸循 环在合成柠檬酸之后就不会继续反应， 从而达到柠檬酸的积累。 2.3 味精发酵原理 味精是人们熟悉鲜味剂，是 L-谷氨酸单钠盐的一水化合物，分子式为 C5H6O4NNA·H2O。 谷氨酸发酵是通气发酵，也是我国目前通气发酵产业中，生产厂家最多、产品产量最大 的产业。 味精生产全过程可 划分为四个工艺阶段： （1）原料的预处理及淀 粉水解糖的制备；（2） 种子扩大培养及谷氨酸
发酵:(3)谷氨酸的提取:(4)谷氨酸制取味精及味精成品加工。 消毒后的谷氨酸培养液在流量监控下进入谷氨酸发酵罐,经过罐内冷却蛇管将温度冷 却至32℃,接入菌种,氯化钾、硫酸锰、消泡剂及维生素等通入无菌空气菌种一段时间适 应后,发酵过程即开始缓慢进行。谷氨酸发酵是一个复杂的微生物生长过程,谷氨酸菌摄取 原料的营养,并通过体内特定的酶进行复杂的生化反应。培养液中的反应物透过细胞壁和细 胞膜进入细胞体内,将反应物转化为谷氨酸产物。整个发酵过程一般要经历3个时期,即适 应期、对数增长期和衰亡期。每个时期对培养液浓度、温度、pH值及供风量都有不同的要 求。因此,在发酵过程中,必须为菌体的生长代谢提供适宜的生长环境 3发酵技术的优缺点 3.1发酵技术的优点 (1)生产条件温和,可以在常温常压下反应,节省设备和能源 (2)溶剂、催化剂及废弃物造成的环境污染小 (3)反应专一性强 (4)原料来源丰富,价格低廉 (5)通过微生物特有的反应机理,具有高度的选择性 3.2发酵技术的缺点 (1)生产周期长,受到季节等外界条件限制多 (2)通过微生物生长代谢分泌产物,相当部分原料被耗用于生长无用的菌体 3)大部分的微生物反应溶媒是水,且底物浓度不能高,造成发酵罐体积相当大, 但产物较少,效率低
发酵；（3）谷氨酸的提取；（4）谷氨酸制取味精及味精成品加工。 消毒后的谷氨酸培养液在流量监控下进入谷氨酸发酵罐, 经过罐内冷却蛇管将温度冷 却至 32℃, 接入菌种, 氯化钾、硫酸锰、消泡剂及维生素等,通入无菌空气,菌种一段时间适 应后,发酵过程即开始缓慢进行。谷氨酸发酵是一个复杂的微生物生长过程，谷氨酸菌摄取 原料的营养，并通过体内特定的酶进行复杂的生化反应。培养液中的反应物透过细胞壁和细 胞膜进入细胞体内，将反应物转化为谷氨酸产物。整个发酵过程一般要经历 3 个时期，即适 应期、对数增长期和衰亡期。每个时期对培养液浓度、温度、pＨ值及供风量都有不同的要 求。因此，在发酵过程中，必须为菌体的生长代谢提供适宜的生长环境。 3 发酵技术的优缺点 3.1 发酵技术的优点 （1）生产条件温和，可以在常温常压下反应，节省设备和能源 （2）溶剂、催化剂及废弃物造成的环境污染小 （3）反应专一性强 （4）原料来源丰富，价格低廉 （5）通过微生物特有的反应机理，具有高度的选择性 3.2 发酵技术的缺点 （1）生产周期长，受到季节等外界条件限制多 （2）通过微生物生长代谢分泌产物，相当部分原料被耗用于生长无用的菌体 （3）大部分的微生物反应溶媒是水，且底物浓度不能高，造成发酵罐体积相当大， 但产物较少，效率低