发酵工程及其在食品中的应用

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第三章第三章 发酵工程及其在食品工业中的应用发酵工程及其在食品工业中的应用第一节第一节发酵工程概述发酵工程概述第二节第二节发酵法生产单细胞蛋白发酵法生产单细胞蛋白第三节第三节发酵法培养新型食品胶发酵法培养新型食品胶第四节第四节发酵法生产食用色素发酵法生产食用色素第五节第五节其它产品的发酵生产其它产品的发酵生产第六节第六节螺旋藻的培养生产及其应用螺旋藻的培养生产及其应用教教 学学 内内 容容第一节第一节 发酵工程概述发酵工程概述 Fermentation engineeringFermentation engineering：利利用用微微生生物物生生长长速速度度快快、生生长长条条件件简简单单以以及及代代谢谢过过程程特特殊殊等等特特点点，在在合合适适条条件件下下，通通过过现现代代化化工工程程技技术术手手段段，由由微微生生物物的的某某种种特特定定功功能能生生产产出出人人类类所所需需的的产产品品称称为发酵工程，也称为发酵工程，也称微生物工程。微生物工程。一、发酵工程的内容及生产流程一、发酵工程的内容及生产流程现现代代的的发发酵酵工工程程包包括括菌菌体体生生产产和和代代谢谢产产物物的的发发酵酵生生产产，还还包包括括微微生生物物机机能能的的利利用。用。主主要要内内容容：包包括括生生产产菌菌种种的的选选育育，发发酵酵条条件件的的优优化化与与控控制制，反反应应器器的的设设计计及及产产物物的的分离、提取与精制等。分离、提取与精制等。1、固体发酵法：、固体发酵法：2、液体发酵法：、液体发酵法：二、微生物发酵方法二、微生物发酵方法液体表面发酵法液体表面发酵法液体深层通气发酵法液体深层通气发酵法液体厌氧发酵法液体厌氧发酵法三、发酵操作方式以及过程控制三、发酵操作方式以及过程控制液体深层发酵操作方式可分为液体深层发酵操作方式可分为:1、分批发酵法：、分批发酵法：向发酵罐一次性投入发酵液和向发酵罐一次性投入发酵液和菌种，一次性收获产品。菌种，一次性收获产品。2、连续发酵法：、连续发酵法：以一定的速度连续向发酵罐中以一定的速度连续向发酵罐中输入新鲜的培养液，同时以一定的流速（往往相输入新鲜的培养液，同时以一定的流速（往往相同）从发酵罐中排出含有目的产物的发酵液的发同）从发酵罐中排出含有目的产物的发酵液的发酵过程。酵过程。3、中间补料发酵法：、中间补料发酵法：介于分批和连续发酵之间介于分批和连续发酵之间的一种发酵技术。的一种发酵技术。发酵过程控制：发酵过程控制：物理参数及其控制物理参数及其控制温度、压力、流量、转速、补料和泡沫等。温度、压力、流量、转速、补料和泡沫等。化学参数及其控制化学参数及其控制pH、溶解氧、二氧化碳溶解量、排气组分和、溶解氧、二氧化碳溶解量、排气组分和溶液成分等的在线检测和控制。溶液成分等的在线检测和控制。生物学参数及其控制生物学参数及其控制生物量、细胞数、细胞形态和大小、酶活性、生物量、细胞数、细胞形态和大小、酶活性、ATP和细胞活力等的测定。和细胞活力等的测定。四、发酵产物分离过程四、发酵产物分离过程发酵产物：发酵产物：1、微生物菌体、微生物菌体2、微生物酶、微生物酶3、微生物代谢产物、微生物代谢产物4、微生物转化产物、微生物转化产物第二节第二节发酵法生产单细胞蛋白发酵法生产单细胞蛋白一、一、SCP生产菌种和原料生产菌种和原料二、二、SCP的发酵生产的发酵生产三、三、SCP的分离和纯化的分离和纯化四、高活性干酵母的生产和应用四、高活性干酵母的生产和应用单细胞蛋白（单细胞蛋白（singlecellprotein，简称，简称SCP）：）：是指通过大规模培养酵母或细菌等微生物是指通过大规模培养酵母或细菌等微生物而生产的用作食品或饲料的微生物蛋白。而生产的用作食品或饲料的微生物蛋白。富含蛋白质的微生物：富含蛋白质的微生物：酵母菌、细菌、霉菌、食酵母菌、细菌、霉菌、食用菌和藻类等。用菌和藻类等。蛋白含量：蛋白含量：霉菌：霉菌：31%50%酵母菌：酵母菌：47%56%细菌：细菌：72%83%螺旋藻：螺旋藻：50%70%微生物的菌体蛋白营养价值：微生物的菌体蛋白营养价值：蛋白质含量高达蛋白质含量高达40%80%，比大豆、肉、，比大豆、肉、鱼等食品中蛋白含量高。鱼等食品中蛋白含量高。氨基酸的组成较为齐全，含有人体必需的氨基酸的组成较为齐全，含有人体必需的8种种氨基酸。氨基酸。含有多种维生素、碳水化合物、脂类、矿物质，含有多种维生素、碳水化合物、脂类、矿物质，以及丰富的酶类和生物活性物质。以及丰富的酶类和生物活性物质。目前，人们已公认目前，人们已公认SCP是非常具有应用前景是非常具有应用前景的蛋白质资源。的蛋白质资源。、直接食用：、直接食用：蛋白粉、蛋白粉、“人造肉人造肉”等。等。、作为食品添加剂，如：、作为食品添加剂，如：食品的增鲜剂：食品的增鲜剂：已广泛应用于调味料中。已广泛应用于调味料中。营养增强剂：营养增强剂：补充蛋白质或维生素、矿物质等。补充蛋白质或维生素、矿物质等。抗氧化剂：抗氧化剂：常用于婴儿粉及汤料等中。常用于婴儿粉及汤料等中。减肥食品的添加剂：减肥食品的添加剂：干酵母热量低。干酵母热量低。3、其其他他应应用用：如如意意大大利利烘烘饼饼中中加加入入活活性性酵酵母母，可提高饼的延薄性能。可提高饼的延薄性能。单细胞蛋白在食品工业中的应用：单细胞蛋白在食品工业中的应用：一、一、SCP生产菌种和原料生产菌种和原料生产生产SCP的菌种：的菌种：酵母菌、细菌、霉菌和藻类等，用的较多的是酵母菌、细菌、霉菌和藻类等，用的较多的是酵母菌。酵母菌。如：酿酒酵母、产朊假丝酵母（或称圆酵母）、如：酿酒酵母、产朊假丝酵母（或称圆酵母）、脆壁克鲁维酵母（或称乳清酵母）。脆壁克鲁维酵母（或称乳清酵母）。优良的优良的SCP生产菌株应具有的性状：生产菌株应具有的性状：无生理毒无生理毒性、菌体蛋白含量高、生长速度快、对培养条性、菌体蛋白含量高、生长速度快、对培养条件要求简单和产品味道好易于吸收等。件要求简单和产品味道好易于吸收等。生产原料：生产原料：1、烷烃类和石油化工产品、烷烃类和石油化工产品如甲烷、甲醇、乙醇、石蜡烃等。如甲烷、甲醇、乙醇、石蜡烃等。2、各种有机废料和一些糖类物质、各种有机废料和一些糖类物质有机废料：有机废料：如食品厂、酿造厂、造纸厂等废如食品厂、酿造厂、造纸厂等废弃物以及农作物秸杆等。弃物以及农作物秸杆等。糖类物质：糖类物质：如糖蜜、淀粉类物质等。如糖蜜、淀粉类物质等。二、二、SCP的发酵生产的发酵生产一般一般SCP生产的概略流程图生产的概略流程图（一）、以淀粉质为原料生产（一）、以淀粉质为原料生产SCP主要有三条途径：主要有三条途径：在在化化学学分分解解或或酶酶解解底底物物基基础础上上培培养养SCP生生产菌，主要是酵母菌产菌，主要是酵母菌；将将对对淀淀粉粉分分解解活活力力高高的的酵酵母母（或或霉霉菌菌）与与快速生长的酵母菌混合培养；快速生长的酵母菌混合培养；单单独独培培养养能能够够同同化化淀淀粉粉的的生生产产菌菌株株，如如SCP生产工程菌。生产工程菌。以甘薯、木薯、玉米等淀粉质原料发酵生产以甘薯、木薯、玉米等淀粉质原料发酵生产SCP得率一般可超过得率一般可超过50。即。即t原料可生产出原料可生产出t多蛋白含量超过多蛋白含量超过50的产物。每升发酵液中的产物。每升发酵液中生物量约为生物量约为3740g。近年来，我国已经开始探讨应用混合培养近年来，我国已经开始探讨应用混合培养法生产法生产SCP的工艺。而瑞典糖业有限公司早在的工艺。而瑞典糖业有限公司早在1973年便利用土豆加工的废渣以混合培养方法年便利用土豆加工的废渣以混合培养方法生产饲料生产饲料SCP。（二）、以糖蜜为原料生产（二）、以糖蜜为原料生产SCP105页表页表4-4糖蜜预处理：糖蜜预处理：包括澄清和灭菌包括澄清和灭菌发酵培养液：发酵培养液：以糖蜜作为碳源，氨水、硫胺素、以糖蜜作为碳源，氨水、硫胺素、尿素等作为氮源，还需添加适量的磷酸、磷酸尿素等作为氮源，还需添加适量的磷酸、磷酸盐等磷源，可提高酵母产率。盐等磷源，可提高酵母产率。发酵方式：发酵方式：液体深层发酵，需要通气。液体深层发酵，需要通气。发酵条件：发酵条件：培养液培养液pH：在在4.75.0之间之间发酵温度：发酵温度：约约26。终发酵液：终发酵液：含酵母含酵母58得得率：率：100kg糖蜜可获得约糖蜜可获得约60kg湿酵母湿酵母（三）、以纤维素类为原料生产三）、以纤维素类为原料生产SCP三条路线：三条路线：1、预处理、预处理-酶解酶解-发酵发酵一一般般先先经经膨膨化化预预处处理理，然然后后用用纤纤维维素素酶酶水水解解纤维素，以其为碳源进行发酵。纤维素，以其为碳源进行发酵。2、酸解、酸解-发酵发酵常常用用粗粗硫硫酸酸，使使纤纤维维素素和和半半纤纤维维素素部部分分水水解解，并除去木质素等有机溶解物。并除去木质素等有机溶解物。3、混合发酵、混合发酵选用能较好地利用纤维素的菌株，使其与纤选用能较好地利用纤维素的菌株，使其与纤维素酶配合使用。维素酶配合使用。三、三、SCP的分离和纯化的分离和纯化两个关键技术：两个关键技术：破除菌体细胞壁破除菌体细胞壁降低降低SCP产品中的产品中的RNA含量含量以酵母为例：以酵母为例：1、破碎细胞壁方法、破碎细胞壁方法化学法化学法:酸法、碱法、有机溶剂等酸法、碱法、有机溶剂等酶法：酶法：自溶作用或外加酶（如蜗牛酶等）自溶作用或外加酶（如蜗牛酶等）机械法：机械法：高压匀浆、球磨研磨、超声波破碎高压匀浆、球磨研磨、超声波破碎法等。法等。2、降低、降低RNA含量的方法含量的方法碱碱法法：将将酵酵母母浆浆液液在在加加热热的的碱碱液液中中处处理理一一定定时时间间，使使蛋蛋白白沉沉淀淀，RNA在在上上清清液液中中，分分离离后后SCP中仅含中仅含12RNA。酶酶法法：利利用用菌菌体体自自身身RNA酶酶的的作作用用，在在5055下下保保温温处处理理1060s，激激活活胞胞内内RNA酶酶，可获得可获得RNA含量仅为含量仅为1.5%的的SCP。盐析法：盐析法：用不同种类、浓度的盐抽提。用不同种类、浓度的盐抽提。四、高活性干酵母的生产和应用四、高活性干酵母的生产和应用高高活活性性干干酵酵母母：（highactivedryyeast，简简称称HADY），颗颗粒粒状状的的含含水水量量为为46的的具具有高发酵活力的酵母成品。有高发酵活力的酵母成品。（）（）HADY的制作技术的制作技术设设备：备：连续流化床干燥装置连续流化床干燥装置干燥过程：干燥过程：温度分两级控制温度分两级控制初期：初期：热空气温度热空气温度150160。后期：后期：温度在温度在3035。菌种选育：菌种选育：选育耐高温、抗干燥能力强、生产选育耐高温、抗干燥能力强、生产性状好的菌种。性状好的菌种。酵母的培养和发酵生产酵母的培养和发酵生产工艺过程与其它酵母的生产相似，但其培养工艺过程与其它酵母的生产相似，但其培养基组成、培养条件和营养源流加量等对酵母干燥基组成、培养条件和营养源流加量等对酵母干燥后的存活力有一定的影响。后的存活力有一定的影响。HADY制作中的技术关键问题制作中的技术关键问题培养基成分的影响培养基成分的影响碳碳源源：废废糖糖蜜蜜是是较较理理想想的的碳碳源源，因因其其含含碳碳量量较较高高，含含氮氮量量较较低低，培培养养制制备备的的干干酵酵母母存存活活力力比比较高。较高。氮源：氮源：氮源过多，酵母对干燥抵抗力差。氮源过多，酵母对干燥抵抗力差。当酵母含氮量达当酵母含氮量达6.4%(干计干计)，酵母干燥后大部酵母干燥后大部分细胞活力被钝化。分细胞活力被钝化。营养源流加量和培养条件的影响营养源流加量和培养条件的影响酵母细胞中海藻糖含量与其抗干燥能力有酵母细胞中海藻糖含量与其抗干燥能力有一定的关系，当海藻糖含量高达一定的关系，当海藻糖含量高达10%15%，对干燥的抵抗力明显增强。对干燥的抵抗力明显增强。严格控制营养源流加的碳氮比、发酵末期严格控制营养源流加的碳氮比、发酵末期适当升温和减少通风量，使酵母呈适当升温和减少通风量，使酵母呈23小时的小时的“饥饿饥饿”状态，可使海藻糖含量增加到状态，可使海藻糖含量增加到15%16%（干计）或更高。（干计）或更高。干燥前的处理干燥前的处理加加入入高高渗渗溶溶液液、膨膨胀胀剂剂（如如甲甲基基纤纤维维素素）、润润湿湿剂剂（如如甘甘油油）或或稳稳定定剂剂（如如阿阿拉拉伯伯胶胶）都都可可增强酵母对干燥的抵抗性能。增强酵母对干燥的抵抗性能。活性干酵母的颗粒结构与形状活性干酵母的颗粒结构与形状颗粒大小适中，干燥均匀，复水性能好、发颗粒大小适中，干燥均匀，复水性能好、发酵活力高。酵活力高。产品的保存条件产品的保存条件于绝氧条件下保存，采用真空或充氮气的复于绝氧条件下保存，采用真空或充氮气的复合铝箔包装，保存期可达合铝箔包装，保存期可达12年。年。一、黄原胶（一、黄原胶（Xanthangum）的发酵生产）的发酵生产黄黄原原胶胶是是国国际际上上20世世纪纪70年年代代发发展展起起来来的的新型食品胶。新型食品胶。黄黄原原胶胶是是由由黄黄单单孢孢细细菌菌（Xanthomonascampestris）以以碳碳水水化化合合物物为为主主要要原原料料经经过过通通气气发发酵酵、分分离离提提纯纯后后得得到到的的细细胞胞外外杂杂多多糖糖，产产品品为为淡淡黄黄色色粉粉末末。是是目目前前世世界界上上生生产产规规模模最最大大的的微生物多糖。微生物多糖。第三节第三节发酵法生产新型食品胶发酵法生产新型食品胶（一）、黄原胶的结构与性能（一）、黄原胶的结构与性能1结构结构黄黄原原胶胶是是由由葡葡萄萄糖糖、甘甘露露糖糖、葡葡萄萄糖糖醛醛酸酸、鼠鼠李李糖糖、乙乙酸酸和和丙丙酮酮酸酸等等组组成成的的阴阴离离子子杂多糖。杂多糖。基基本本骨骨架架为为葡葡萄萄糖糖连连接接而而成成的的直直链链纤纤维维素素分分子子，每每隔隔一一个个葡葡萄萄糖糖单单位位都都连连接接一一个个三三糖糖侧侧链链，侧侧链链由由葡葡萄萄糖糖醛醛酸酸、甘甘露露糖糖、鼠鼠李李糖糖等等组组成成。侧侧链链末末端端含含有有丙丙酮酮酸酸基基团团的的多多少少，对对黄黄原胶分子性能有很大影响。原胶分子性能有很大影响。黄原胶在水溶液中形成双螺旋体结构，很多的双螺旋结构间靠微弱的黄原胶在水溶液中形成双螺旋体结构，很多的双螺旋结构间靠微弱的非共价键维系，形成规则的螺旋聚合体，使得黄原胶具有强亲水性、增稠非共价键维系，形成规则的螺旋聚合体，使得黄原胶具有强亲水性、增稠性、稳定性、悬浮性、乳化性等。性、稳定性、悬浮性、乳化性等。2性能性能作为增稠稳定剂：作为增稠稳定剂：用于果汁、饮料、调味料等食品中。用于果汁、饮料、调味料等食品中。作为乳化剂：作为乳化剂：用于蛋白饮料、乳饮料等食品中。用于蛋白饮料、乳饮料等食品中。作为高粘度填充剂：作为高粘度填充剂：用于点心、面包、糖果等食品中。用于点心、面包、糖果等食品中。作为乳化稳定剂：作为乳化稳定剂：用于冷饮食品中。用于冷饮食品中。肉制品加工：肉制品加工：提高制品的嫩度、持水性、出品率。提高制品的嫩度、持水性、出品率。果蔬保鲜加工：果蔬保鲜加工：防止果蔬失水、褐变，延长产品保质期。防止果蔬失水、褐变，延长产品保质期。罐头、饮料等加工：罐头、饮料等加工：作为悬浮剂和稳定剂，利于保持产作为悬浮剂和稳定剂，利于保持产品外观，改进口感和增强风味等。品外观，改进口感和增强风味等。（二（二）、）、黄原胶在食品工业中的应用黄原胶在食品工业中的应用常用的生产菌种：常用的生产菌种：黄单孢杆菌及其变异株。黄单孢杆菌及其变异株。美国：多数为甘蓝黑腐病黄单孢杆菌及其变美国：多数为甘蓝黑腐病黄单孢杆菌及其变异株异株我国：多数为野油菜黄单孢杆菌我国：多数为野油菜黄单孢杆菌（XanthomonasCampestris）及及其其变异株变异株如如南南开开大大学学筛筛选选出出的的NK01菌菌株株等。等。（三）、生产菌种（三）、生产菌种（四）、发酵工艺流程（四）、发酵工艺流程1、种子培养、种子培养斜面斜面三角瓶三角瓶10L罐罐100L罐罐1M3罐罐10M3发酵罐发酵罐n碳源：碳源：葡萄糖、蔗糖或葡萄糖、蔗糖或淀粉淀粉。n氮源：氮源：蛋白胨、酵母精粉、玉米浆、水解乳清粉、豆饼粉和无机氮源等。蛋白胨、酵母精粉、玉米浆、水解乳清粉、豆饼粉和无机氮源等。氮源含量高会导致黄原胶产量下降，宜采用高氮源含量高会导致黄原胶产量下降，宜采用高C/N。n无机离子和微量元素：无机离子和微量元素：P、S、Mg2+、Ca2+、k+等对菌体和胶的合成起等对菌体和胶的合成起促进作用，可提高黄原胶产量或质量。促进作用，可提高黄原胶产量或质量。表面活性剂：表面活性剂：乳化发酵可提高黄原胶产量。乳化发酵可提高黄原胶产量。2、发酵培养基、发酵培养基培养温度：培养温度：前期前期2427（利于菌体生长）（利于菌体生长）后期后期3033（利于产胶）（利于产胶）培养时间：培养时间：天天天天pH:最适为最适为7.0，控制在，控制在7.0士士0.5发酵方式：发酵方式：连续发酵或间歇发酵，发酵过程中需通气搅拌。连续发酵或间歇发酵，发酵过程中需通气搅拌。供供氧氧充充足足时时，黄黄原原胶胶合合成成速速度度快快、黄黄原原胶胶相相对对分分子子量量大大，其其中丙酮酸含量高，粘度高，供氧不足时，则相反。中丙酮酸含量高，粘度高，供氧不足时，则相反。3、发酵条件及其控制、发酵条件及其控制（五）、黄原胶的提取工艺（五）、黄原胶的提取工艺1、发酵液预处理：、发酵液预处理：如过滤、絮凝等。如过滤、絮凝等。2、分离提取：、分离提取：食用级黄原胶常用醇沉淀，醇能降低多糖分子与水的亲和食用级黄原胶常用醇沉淀，醇能降低多糖分子与水的亲和力，使多糖分子脱水而相互聚集形成沉淀。力，使多糖分子脱水而相互聚集形成沉淀。3、脱水、脱水:压榨或离心脱水。压榨或离心脱水。4、干燥、干燥:气流干燥或真空干燥。干燥温度气流干燥或真空干燥。干燥温度60左右，终产品水分在左右，终产品水分在10左右。左右。5、粉碎、过筛与包装：、粉碎、过筛与包装：黄原胶细度一般在黄原胶细度一般在0.18mm左右。国外黄原胶细度可达左右。国外黄原胶细度可达0.074mm。成品：成品：乳白色或浅米黄色粉末。乳白色或浅米黄色粉末。食用级黄原胶产品食用级黄原胶产品结结冷冷胶胶（Gellangum）是是一一种种新新型型微微生生物物多多糖糖，上上世世纪纪80年年代代初初开开发发成成功功，1992年年美美国国FDA批批准准作作为为食食品品添添加加剂剂，我我国国1996年年批批准准。美美国国是是主主要要供供应应商商，目目前前我国已开始有小规模生产。我国已开始有小规模生产。（）生产菌种：（）生产菌种：少动鞘脂单胞菌少动鞘脂单胞菌（Spningomonascampestris）二、结冷胶的发酵生产二、结冷胶的发酵生产（二）结冷胶的发酵生产（二）结冷胶的发酵生产结冷胶分子结构的重复单元结冷胶分子结构的重复单元分子结构：分子结构：都是由四个单糖连接成都是由四个单糖连接成的重复糖单元构成的高分子糖类化的重复糖单元构成的高分子糖类化合物。合物。天然结冷胶特性：天然结冷胶特性：主链上连接有酰主链上连接有酰基，形成的凝胶柔软，有弹性。基，形成的凝胶柔软，有弹性。低酰基结冷胶特性：低酰基结冷胶特性：分子结构中的分子结构中的酰基全部或部分被去除，凝胶力增酰基全部或部分被去除，凝胶力增强，但易脆裂，在食品工业上普遍强，但易脆裂，在食品工业上普遍使用。使用。两种产品形式：两种产品形式：天然的结冷胶（高酰基结冷胶）天然的结冷胶（高酰基结冷胶）低酰基结冷胶（脱酰基结冷胶）。低酰基结冷胶（脱酰基结冷胶）。D葡萄糖葡萄糖D葡萄糖醛酸葡萄糖醛酸D葡萄糖葡萄糖L鼠李糖鼠李糖1、结冷胶的生产工艺流程、结冷胶的生产工艺流程n发酵培养基发酵培养基一一般般采采用用葡葡萄萄糖糖或或蔗蔗糖糖为为碳碳源源，氮氮源源为为有有机机氮氮和和无无机机氮氮配配合合，高高碳碳氮氮比利于产胶。比利于产胶。n发酵温度发酵温度：前期：前期2728，产胶期产胶期30左右左右npH：6.57.0n发酵方式：发酵方式：一步发酵法或中间补料发酵法，需通气搅一步发酵法或中间补料发酵法，需通气搅拌。拌。2、发酵培养基及其工艺控制发酵培养基及其工艺控制1、预处理：、预处理：加热灭酶及絮凝除菌等。加热灭酶及絮凝除菌等。2、脱酰基结冷胶的提取、脱酰基结冷胶的提取经预处理的发酵液在经预处理的发酵液在80下，加入下，加入NaOH或或KOH调调pH至至10.0以上，以上，搅拌处理搅拌处理10min，然后用稀酸中和至中性，精滤除去不溶性杂质然后用稀酸中和至中性，精滤除去不溶性杂质，再用再用异异丙醇丙醇或或乙醇乙醇沉淀分离出结冷胶，然后经压榨或离心除去溶剂，经干燥、粉沉淀分离出结冷胶，然后经压榨或离心除去溶剂，经干燥、粉碎包装等工序后得脱酰基结冷胶。碎包装等工序后得脱酰基结冷胶。（三）结冷胶的分离提取（三）结冷胶的分离提取作为胶凝剂，可溶于冷水或稍微加热的溶液中，凝胶稳定性高，耐酸、耐作为胶凝剂，可溶于冷水或稍微加热的溶液中，凝胶稳定性高，耐酸、耐碱性强，使用量低，可与多种食品胶配合使用。碱性强，使用量低，可与多种食品胶配合使用。糖果加工：糖果加工：在淀粉软糖中添加在淀粉软糖中添加0.075%结冷胶，可使凝胶时间由结冷胶，可使凝胶时间由2448小时缩小时缩短到短到12小时。小时。果冻和果酱加工：果冻和果酱加工：可用结冷胶代替果胶或海藻胶，使用量仅为可用结冷胶代替果胶或海藻胶，使用量仅为0.2%,且可形成且可形成更佳的结构和口感。更佳的结构和口感。人造食品：人造食品：人造水果块，使用量人造水果块，使用量0.7%,在杀菌过程中不溶化并保持其外形特征。在杀菌过程中不溶化并保持其外形特征。（融化温度在（融化温度在65120）（四）结冷胶在食品工业中的应用（四）结冷胶在食品工业中的应用三、茁霉多糖的发酵生产三、茁霉多糖的发酵生产又又称称普普鲁鲁兰兰糖糖，日日本本于于1978年年开开始始工工业业化化生生产产。该该多多糖糖是是一一种种粘粘性性多多糖糖，主主要要是是以以麦麦芽芽三三糖糖和和少少量量的的麦麦芽芽四四糖糖构构成成的的线线状状多多糖糖，是是一一种种无无色色、无无臭、无味、无毒的无定形白色粉末。臭、无味、无毒的无定形白色粉末。1、生产菌种、生产菌种主要是出芽短梗霉菌。主要是出芽短梗霉菌。生产菌株在普通条件下培养能大量分泌多种色素，有些色素难以除生产菌株在普通条件下培养能大量分泌多种色素，有些色素难以除去，工业生产应选用产色素少，发酵周期短，产量高的菌种作为生产菌去，工业生产应选用产色素少，发酵周期短，产量高的菌种作为生产菌株。株。2、生产流程、生产流程培养基培养基灭菌灭菌接种接种发酵一加热发酵一加热灭酶灭酶絮凝除菌絮凝除菌过滤精制过滤精制超滤超滤浓缩浓缩干燥干燥粉碎粉碎包装包装产品产品（一）（一）茁霉多糖的发酵生产茁霉多糖的发酵生产发酵培养基：发酵培养基：高高C/N比，利于产胶比，利于产胶发酵温度：发酵温度：30左右左右pH：6.0左右左右通气培养通气培养培养时间：培养时间：一般一般57天，在茁霉多糖产量达到最高峰前几小时终止发酵。天，在茁霉多糖产量达到最高峰前几小时终止发酵。因为产量达到高峰值后，茁霉多糖会被其分解酶迅速分解，得率下降，粘因为产量达到高峰值后，茁霉多糖会被其分解酶迅速分解，得率下降，粘度也会降低。度也会降低。3发酵培养基及发酵控制发酵培养基及发酵控制粘结性强：粘结性强：对木材、纸张、纤维、玻璃、金属等材料都有很强的粘结性对木材、纸张、纤维、玻璃、金属等材料都有很强的粘结性。可可塑塑性性强强：可可制制膜膜、纺纺丝丝、任任意意造造型型。加加工工成成的的包包装装材材料料能能被被微微生生物物分分解解，不造成环境污染。不造成环境污染。用用作作食食品品包包装装材材料料：茁茁霉霉多多糖糖膜膜具具有有很很强强的的隔隔气气性性能能，能能阻阻止止氧氧气气对对食食品品作用，防止食品变质。作用，防止食品变质。用用作作食食品品品品质质改改良良剂剂：如如在在肉肉制制品品中中添添加加0.1的的茁茁霉霉多多糖糖，可可使使肉肉制制品品的的弹性、口感和持水性明显提高。弹性、口感和持水性明显提高。（二）茁霉多糖的理化性质（二）茁霉多糖的理化性质第四节第四节发酵法生产食用色素发酵法生产食用色素微生物发酵法生产的食用色素，目前仅有红曲红色素和微生物发酵法生产的食用色素，目前仅有红曲红色素和-胡萝卜素两种。胡萝卜素两种。一、发酵法生产一、发酵法生产-胡萝卜素胡萝卜素-胡萝卜素是一种具有营养强化作胡萝卜素是一种具有营养强化作用的重要着色剂。在食品中添加用的重要着色剂。在食品中添加-胡萝胡萝卜素能使食品色泽金灿诱人，同时具有卜素能使食品色泽金灿诱人，同时具有刺激免疫、降血脂、预防心血管疾病等刺激免疫、降血脂、预防心血管疾病等功能。功能。生生产产菌菌种种：布布拉拉克克须须霉霉菌菌（phycomyocesblakeskeamis）、三三孢孢布拉霉菌（布拉霉菌（Blakesleatrispora）等。等。三三孢孢布布拉拉霉霉属属毛毛霉霉目目，三三孢孢霉霉属属，是是目目前前发发酵酵生生产产-胡胡萝萝卜卜素素最最好的菌种。好的菌种。培培养养56d总总胡胡萝萝卜卜素素产产量量在在1gL以以上上，其其中中8090是是-胡萝卜素。胡萝卜素。目目前前，国国际际上上实实验验室室水水平平生生产产-胡胡萝萝卜卜素素达达到到3gL以以上上。由由于于三三孢孢布布拉拉霉霉生生长长不不需需光光照照，非非常常具具有有工工业业化化发发展展前前途途。俄俄罗罗斯斯等等东东欧欧国国家家已实现了工业化生产。已实现了工业化生产。第五节第五节其它产品的发酵生产其它产品的发酵生产 一、有机酸的发酵生产一、有机酸的发酵生产柠檬酸、苹果酸、葡萄糖酸、一些氨基酸（谷柠檬酸、苹果酸、葡萄糖酸、一些氨基酸（谷氨酸、赖氨酸等）、一些脂肪酸（氨酸、赖氨酸等）、一些脂肪酸（-亚麻酸、亚麻酸、二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸）等。二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸）等。上述有机酸都可利用微生物进行发酵生产，上述有机酸都可利用微生物进行发酵生产，经发酵培养后提取这些成分。经发酵培养后提取这些成分。二、真菌多糖的发酵生产二、真菌多糖的发酵生产真菌多糖是从真菌中分离出的由十个以上真菌多糖是从真菌中分离出的由十个以上的单糖以糖甙键连接而成的高分子多聚物。如灵的单糖以糖甙键连接而成的高分子多聚物。如灵芝多糖、香菇多糖、冬虫夏草多糖、银耳多糖、芝多糖、香菇多糖、冬虫夏草多糖、银耳多糖、黑木耳多糖等等。黑木耳多糖等等。真菌多糖具有调节机体的免疫功能，抑制真菌多糖具有调节机体的免疫功能，抑制和消灭肿瘤细胞等功效。因此，真菌多糖可作为和消灭肿瘤细胞等功效。因此，真菌多糖可作为功能性食品基料，用于保健食品或医药领域。功能性食品基料，用于保健食品或医药领域。灵芝多糖可从子实体或菌丝体中提取。灵芝多糖可从子实体或菌丝体中提取。液体深层发酵生产灵芝多糖工艺流程：液体深层发酵生产灵芝多糖工艺流程：一、种子培养一、种子培养斜面菌种培养斜面菌种培养摇瓶种子培养摇瓶种子培养种子罐培养种子罐培养二、发酵罐培养二、发酵罐培养（菌丝体生产）（菌丝体生产）三、灵芝多糖（胞内和胞外多糖）的分离提取三、灵芝多糖（胞内和胞外多糖）的分离提取例：例：灵芝多糖的生产灵芝多糖的生产灵芝多糖在食品中的应用实例灵芝多糖在食品中的应用实例：1、灵芝乳酸浓缩汁的生产、灵芝乳酸浓缩汁的生产将灵芝菌种深层发酵培养获得菌丝和滤液，从菌丝中提取多糖，并将灵芝菌种深层发酵培养获得菌丝和滤液，从菌丝中提取多糖，并将提取液与滤液混合后添加适量的碳源和调味剂等，然后接入乳酸菌进行将提取液与滤液混合后添加适量的碳源和调味剂等，然后接入乳酸菌进行乳酸发酵，发酵后经分离、配料、冷贮去杂、包装和巴氏杀菌后即得成品。乳酸发酵，发酵后经分离、配料、冷贮去杂、包装和巴氏杀菌后即得成品。2、灵芝发酵饮料的生产、灵芝发酵饮料的生产将灵芝粉、白砂糖、蜜糖等作为发酵原料，接入酵母菌进行发酵，将灵芝粉、白砂糖、蜜糖等作为发酵原料，接入酵母菌进行发酵，将发酵离心液加入糖、柠檬酸和香料等配制而成。将发酵离心液加入糖、柠檬酸和香料等配制而成。3、灵芝菌丝体发酵酒的生产、灵芝菌丝体发酵酒的生产将灵芝菌丝体粉碎，再经发酵而成的营养保健酒。将灵芝菌丝体粉碎，再经发酵而成的营养保健酒。第六节第六节螺旋藻的培养生产及其应用螺旋藻的培养生产及其应用一、螺旋藻研究开发的进展及其药理评价一、螺旋藻研究开发的进展及其药理评价20世纪世纪50年代，作为食品出售年代，作为食品出售1967人工养殖螺旋藻获得成功人工养殖螺旋藻获得成功1968年，在墨西哥建成第一个螺旋藻生产工厂，其产品证明没有毒性，允年，在墨西哥建成第一个螺旋藻生产工厂，其产品证明没有毒性，允许作为食品和饲料。许作为食品和饲料。1977年，联合国工业发展组织委托毒理学家进行毒性试验，认为螺旋藻的年，联合国工业发展组织委托毒理学家进行毒性试验，认为螺旋藻的蛋白质质量达到理想蛋白质标准。蛋白质质量达到理想蛋白质标准。目前世界上很多国家进行螺旋藻的生产，销售额在目前世界上很多国家进行螺旋藻的生产，销售额在20亿元以上。亿元以上。1、蛋白质：、蛋白质：约约50%70%，其蛋白质中，其蛋白质中8种必需氨基酸配比合理且全面。种必需氨基酸配比合理且全面。2、碳水化合物：、碳水化合物：约约15%20%，其中，其中7%8%为螺旋藻活性多糖。为螺旋藻活性多糖。3、脂类：、脂类：约约4%，其中，其中亚麻酸占亚麻酸占1%。4、维生素：、维生素：含有多种维生素含有多种维生素，约，约3%，维生素，维生素B12、维生素、维生素E含量高。含量高。5、色素：、色素：约约6%，其中类胡萝卜素在干粉中的含量为，其中类胡萝卜素在干粉中的含量为0.2%0.4%，为其，为其它植物的它植物的10倍以上。倍以上。二、螺旋藻的化学组成和营养二、螺旋藻的化学组成和营养三、螺旋藻的形态、分类及生态三、螺旋藻的形态、分类及生态1、螺旋藻（、螺旋藻（Spirulina）的形态的形态是一种多细胞丝状体。藻丝：长是一种多细胞丝状体。藻丝：长50500m，直径约直径约112m。螺螺旋旋藻藻（Spirulina）属属蓝蓝藻藻门门、颤颤藻藻科科、螺螺旋旋藻藻属属，因因其其藻藻体体呈呈丝丝状状螺螺旋旋形形而而得得名名。目目前前在在国国内内发发现现该该属属有有38个个种种，研研究究较较深深入入并并工工厂厂化化生生产产的的螺螺旋旋藻藻主要有两个种。主要有两个种。2、螺旋藻分类、螺旋藻分类钝顶螺旋藻：钝顶螺旋藻：藻丝末端细胞钝圆，藻丝宽约藻丝末端细胞钝圆，藻丝宽约68m，螺旋直径为螺旋直径为2836m，螺距约螺距约为为4357m；极大螺旋藻：极大螺旋藻：藻丝末端细胞略粗，藻丝约为藻丝末端细胞略粗，藻丝约为3.415m，螺旋直径约为螺旋直径约为4067m，螺距为螺距为3376m。钝顶螺旋藻钝顶螺旋藻极大螺旋藻极大螺旋藻3、螺旋藻的营养类型、螺旋藻的营养类型 1、光合自养型：、光合自养型：在光照下生长，在光照下生长，CO2作为唯一的碳源同化为细胞结构，作为唯一的碳源同化为细胞结构，生长所需能量仅仅来自光。生长所需能量仅仅来自光。2、营养缺陷型：、营养缺陷型：由于发生代谢障碍，生长时至少需加入一种较低浓度的由于发生代谢障碍，生长时至少需加入一种较低浓度的有机物，但这有机物不是作为碳源和能源，而是作为生长因子。有机物，但这有机物不是作为碳源和能源，而是作为生长因子。3、混合营养型：、混合营养型：在光照和在光照和CO2存在下生长，还必须加入至少一种有机底存在下生长，还必须加入至少一种有机底物，这种底物能进行光合代谢。物，这种底物能进行光合代谢。4、异养型：、异养型：能利用一种或多种有机物作为能源和碳源，能利用一种或多种有机物作为能源和碳源，CO2可有可无，可有可无，能在黑暗中生长。能在黑暗中生长。螺旋藻分布很广，可在土壤、沼泽、淡螺旋藻分布很广，可在土壤、沼泽、淡水、盐水、海水及温泉中生长，甚至可以在不水、盐水、海水及温泉中生长，甚至可以在不适宜生物生长的环境下生长，如在含碱量很高适宜生物生长的环境下生长，如在含碱量很高的湖泊中它也能良好的生长。的湖泊中它也能良好的生长。目前，工业化生产的螺旋藻大部分利用目前，工业化生产的螺旋藻大部分利用淡水养殖，也有利用海水养殖，后者需注意降淡水养殖，也有利用海水养殖，后者需注意降低重金属含量。低重金属含量。4、螺旋藻生态螺旋藻生态四、螺旋藻的生产和分离方法四、螺旋藻的生产和分离方法1、螺旋藻的生产、螺旋藻的生产按培养基类型分为按培养基类型分为：淡水培养淡水培养海水培养海水培养按营养类型分为：按营养类型分为：光合自养型生长培养光合自养型生长培养混合营养型生长培养混合营养型生长培养（1）、光合自养型螺旋藻的培养）、光合自养型螺旋藻的培养封闭池培养法：封闭池培养法：封闭池为长方形，深度约封闭池为长方形，深度约10cm左右，使用搅拌器和塑料挡板来加强水的左右，使用搅拌器和塑料挡板来加强水的流动，它既可以暴露于空气中，又可以用塑料薄膜覆盖其上，面积在流动，它既可以暴露于空气中，又可以用塑料薄膜覆盖其上，面积在5005000m2范围内。范围内。云南丽江程海湖天然螺旋藻生产基地（2）、混合营养型螺旋藻的培养）、混合营养型螺旋藻的培养例：钝顶螺旋藻的分批培养例：钝顶螺旋藻的分批培养在在生生物物反反应应器器中中加加入入灭灭过过菌菌的的培培养养基基，可可采采用用Zarrouk培培养养基基作作为为基基本本培培养养基基，根根据据需需要要在在其其中中添添加加葡葡萄萄糖糖（1.02.0gL）和和硝硝酸酸钠钠（2.0gL）。控控制制pH范范围围在在910，温温度度在在3035，一一定定的的光光强强度度（影影响响不不大大），培培养时间视情况而定。养时间视情况而定。2、螺旋藻的分离方法、螺旋藻的分离方法 可分为三个主要步骤：可分为三个主要步骤：初级分离：过滤法、离心法和絮凝法初级分离：过滤法、离心法和絮凝法脱水方法：离心法、重力过滤法和沙床过滤，脱水方法：离心法、重力过滤法和沙床过滤，其中以沙床过滤法较为理想，它将干燥和脱水其中以沙床过滤法较为理想，它将干燥和脱水两个步骤结合在一起。两个步骤结合在一起。干干燥燥方方法法：通通过过机机械械（滚滚筒筒）干干燥燥法法或或日日晒晒干干燥法将分离到的螺旋藻进行干燥。燥法将分离到的螺旋藻进行干燥。螺旋藻螺旋藻产品品螺旋藻食品螺旋藻食品

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