发酵工程应用实例

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篇一：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： 2013021205 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:

processing

modern fermentation engineering ;The fermentation type; Food

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

效率。从细胞的增值来说，初期细胞浓度低，增长慢，后期细胞浓度虽高，但营养物浓度过低也生长不快，总的生产能力不是很高。

（2） 连续发酵

所谓连续发酵，是指以一定的速度向发酵罐内添加新鲜培养基，同时以相同的速度流出培养液，从而使发酵罐内的液量维持恒定，微生物在稳定状态下生长。稳定状态可以有效地延长分批培养中的对数期。在稳定的状态下，微生物所处的环境条件，如培养基浓度、产物浓度、pH值等都能保持相对恒定，微生物细胞的浓度及其生长速率也可维持不变，甚至还可以根据需要来调节生长速度。

与分批发酵相比，连续发酵具有以下优点：a.可以维持稳定的操作条件，有利于微生物的生长代谢，从而使产率和产品质量也相应保持稳定；b.能够更有效实现机械化和自动化，降低劳动强度，减少操作人员与病原微生物和毒性产物接触的机会；c.减少设备清洗、准备和灭菌等非生产占用时间，提高设备利用率，节省劳动力和工时；d.由于灭菌次数减少，使测量仪器探头的寿命延长；e.容易对过程进行优化，有效提高发酵产率。

（3） 补料分批发酵

补料分批发酵又称半连续发酵，是介于分批发酵和连续发酵之间的一种发酵技术，是指在微生物分批发酵中，以某种方式向培养系统补加一定物料的培养技术。通过向培养系统中补充物料，可以使培养液中的营养物浓度较长时间地保持在一定范围内，既保证微生物的生长需要，又不会造成不利影响，从而达到提高产率的目的。

补料在发酵过程中的应用，是发酵技术上一个划时代的进步。补料技术本身也由少次多量、少量多次，逐步改为流加，近年又实现了流加补料的微机控制。

同传统的分批发酵相比，补料分批发酵可以解除营养物质的抑制、产物反馈抑制和葡萄糖分解阻遏效应（葡萄糖效应—葡萄糖被快速分解，代谢所积累的产物在抑制所需产物合成的同时也抑制其他一些碳源、氮源的分解利用）；对于好氧发酵，它可以避免在分批发酵中因一次性投入糖过多造成细胞大量生长，耗氧过多，以致通风搅拌设备不能匹配的状况；它还可以在某些情况下减少菌体生成量，提高有用产物的转化率。在真菌培养中，菌丝的减少可以降低发酵液的黏度，便于物料输送及后处理。与连续发酵相比，它不会产生菌种老化和变异问题，其

篇二：发酵工程在食品工业上的应用

发酵工程在食品工业上的应用

苏宝泉，生物工程专业1314班，学号201321042112

【摘要】发酵工程是指运用现代工程技术并通过生物（只要是微生物）的某些特定功能或直接应用于工业生产，替人类进行产品生产的一种新技术，它是现代生物技术的核心技术之一，无论是传统发酵产品还是现代基因技术产品都离不开他的支持。

本文主要论述了发酵工程的形成与发展，并介绍了发酵工程的现状已经发酵工程的广阔前景，本文还列举了现代发酵工程相较传统发酵技术的一些难以弥补的优点，意在说明发酵工程的先进性和重要性，于此同时，本文也详细介绍了现代发酵工程在食品工业上的应用，例如对传统食品的改善以及利用发酵法生产新性食品。

关键词：发酵工程；食品工业；应用

The application in food industry of fermentation engineering

Su Baoquan, class biological engineering 1314,

Student number 201321042112

[Abstract] Fermentation engineering refers to using the modern engineering technology and through biological (microbial) as long as it is of certain features or directly applied to industrial production and for human beings to a new technology of production, it is one of the core technology of modern biological technology, both in traditional fermentation products and modern genetic technology products without his support.

This paper mainly discusses the formation and development of fermentation engineering, and introduces the current situation of fermentation engineering has the broad prospects of fermentation engineering, this paper also enumerates the modern fermentation engineering than some difficult to make up for the advantages of the traditional fermentation technology, to the advanced nature and importance of the fermentation engineering, at the same time, this paper also introduces in detail the application of modern fermentation engineering in food industry, such as on the improvement of the traditional food and the use of fermentation to produce new products.

Key words: fermentation engineering; The food industry；application

0引言

发酵具有悠久的历史，在几千年前，人们就开始运用发酵技术生产奶酪，酱油，以及酿酒。随着人们对世界的认知不断扩大，人们学会了发酵技术的原理，懂得结合运用了现代先进的理论知识和传统的发酵技术，形成了现代化的发酵技术，为发酵工程的形成奠定了可靠的理论和实践基础。

发酵工程技术是现代生物技术的核心技术之一，无论是传统发酵产品还是现代基因技术产品都离不开他的支持。它具有生产条件温和，原料来源丰富且价格低廉，产物专一，废弃物对环境污染小和容易处理等特点，因此发酵工程在医药工业、食品工业、农业、冶金工业、环境保护等许多领域得到了广泛的应用，逐步形成了规模庞大的发酵工业，它必将成为未来的支持产业之一。

发酵工程的定义

发酵工程是指运用现代工程技术并通过生物（只要是微生物）的某些特定功能或直接应用于工业生产，替人类进行产品生产的一种新技术。发酵工程的内容包括菌种的选育、培养基的配置、灭菌、扩大培养和接种、发酵工程和产品的分离提纯等方面。发酵工程的应用主要在医药工业、食品工业、化学工业、能源工程、环境科学领域，其中在食品工业的应用主要有

三大类产品，一是生产传统的发酵产品，如奶酪、啤酒、酱油、食醋等;二是生产食品添加剂，改善食品的品质及色、香、味；三是帮助人们解决粮食问题。

发酵工程的发展

2．1发酵工程的发展历程

自然发酵时期

人类利用微生物代谢产物已经有几千年的历史，而人们认识发酵、研究发酵却只有200多年的，从史前到19世纪人们对发酵的本质不了解，“自然发生说”盛极一时，此阶段一般都是手工作坊，谈不上发酵工业。产品简单，质量不稳定。

纯种培养时期

此时，人们已经会利用发酵技术生产酒精、有机酸、酶制剂等，通过采用纯种培养和无菌操作技术，再加上灭菌及使用密闭发酵罐，避免了发酵时被污染的问题的同时，也提高了产品的质量，真正的发酵工业开始形成。

深层培养时期

在那个青霉素发现的年代，由于战争造成的大量需求促进了发酵技术的发展，20世纪40年代，通过通气搅拌发酵技术，青霉素发酵生产得以成功实现，同时也使需氧菌的发酵生产进入了大规模工业化生产。

近代发酵工程时期

以动态生物化学和微生物遗传学为基础，将微生物进行人工诱变，得到适合其生产某种产品的突变株，再在人工控制的条件下培养，既能选择性地大量生产人们所需要的物质。 现代发酵工程时期

应用分子生物学和分子遗传学的方法，人为的将任意生物的特定又有用的遗传基因组合到特 定微生物的基因中去，在分子水平上选育新的物 种，创造新的微生物，从而达到定向改变自然界微 生物所不能合成的产物。

发酵工程的现状

如今的发酵工程经历了半个多世纪，从最早的抗生素发酵到氨基酸，有机酸，甾体激素的生物转化、维生素的生物制备法、单细胞蛋白和淀粉糖等工业化生产。随着现代生物技术的发展，发酵技术的应用已涉及国际民生的方方面面。

进入21世纪，生命科学毅然成为新一代的前沿学科之一世界许多大公司正将注意力向生命学科部分转移，如欧美许多传统的化学公司已经将重点转向生物技术，其中包括美国的孟山都公司、德国的赫斯特公司和法国的罗那普朗克公司等等。

3发酵工程在食品工业中的应用

3.1 传统的食品加工工艺的改造

相比传统发酵工艺，一是以生物为对象，不完全依赖地球上的有限资源，而着眼于再生资源的利用，不受原料的限制；二是生物反应比化学合成反应所需的温度要低得多，同时可以简化生产步骤，实行生产过程的连续性，大大节约能源，缩短生产周期，降低成本，减少对环境的污染；三是可开辟一条安全有效地生产价格低廉、纯净的生物制品的新途径。；四是能解决传统技术或常规方法所不能解决的许多重大难题，如遗传疾病的诊治，并为肿瘤、能源、环境保护提供新的解决办法；五是可定向创造新品种、新物种，适应多方面的需要，造福于人类；六是投资小，收益大，见效快。

发酵工程正逐渐形成一股引起工业调整和社会结构改革的力量。因此，世界各国政府，纷纷把微生物发酵工程列入本国科学技术优先开发的项目。

在现代发酵技术改造传统发酵食品中，最典型的是使用双酶法糖化工艺取代传统的酸法水解工艺。例如在国外的啤酒生产中，大多数采用了固定化酵母的连续发酵工艺，它可将啤酒的发酵时间缩短至1d，甚至更低的90rain。在我国的传统酿造制品黄酒、酱类、豆腐乳等，

均利用优选的菌种发酵，而且改良了风味品质。与此同时，利用发酵工程生产天然色素、天然新型香味剂等食品添加剂，并逐步取代人工合成的色素和香精，这也是当前食品添加剂研究和前进的方向。

3.1.1 现代发酵法生产酱油

我国目前酱油的生产工艺主要为低盐固态发酵工艺、高盐稀态发酵工艺以及两者相结合的分酿固稀发酵工艺。低盐固态发酵工艺因为蛋白利用率高，操作简便，设备简单，发酵周期较短，产品风味一般，可生产普通酱油而被大多数酱油生产企业采用。但随着人民生活和消费水平的提高，消费者对香味浓，色泽浅，体态佳的酱油倍受青睐，为迎合市场的需求，以高盐稀态发酵工艺酿造酱油是众多厂家的首选。“低盐固态发酵工艺”和“高盐稀态发酵工艺”两种发酵方法的比较见表1所示。

表1低盐固态发酵工艺和高盐稀态发酵工艺的比较

项目

低态固盐

高态稀盐

原料

麸皮、豆粕

小麦、豆粕

酒醅含盐量（%）

8~11

17~20

酒醅含水量（%）

50~60

70~80

发酵温度（℃）

40~50

5~30

发酵周期（天）

30

180

生香酵母和乳酸菌添加情况

无法添加

可以添加

发酵过程操作

不动或倒地

高压空气搅拌

油渣分离方式

原池或移位淋油

压榨过滤

产品色泽

深褐色

浅褐色

产品风味

有酱油香气

香气浓郁

成本

低

高

由表1可见，两种发酵工艺关键的区别在于发酵与油渣分离的方法和条件。低盐固态发酵工艺发酵温度低，水分小，使酶类和微生物存活率低，氨基酸的生成率相对较低，无法添加生香酵母和乳酸菌。高盐稀态发酵工艺发酵时间长，水分大，起作用的酶类全，氨基酸生成率较高。两种方法工艺条件的较大差异决定了低盐固态酱油的风味远不如高盐稀态酱油。同时，由表1也可以看出，高盐稀态发酵工艺发酵周期长，生产成本高，这也是该工艺需要不断改进之处。

3.1.2桶内二次发酵法生产小麦啤酒

随着社会的发展，消费者对于啤酒质量特别是口味和营养要求不断提高，啤酒行业的技术和产品质量也在随着消费需要不断升级，从普通瓶装啤酒到桶装鲜啤酒，再到纯生啤酒，啤酒的性呢过和质量不断提高，但都存在不同程度的缺陷，

桶内二次发酵小麦啤酒的生产工艺为：以40%的小麦芽和60%的大麦芽为原料，采用优化的糖化工艺，增加44℃休止时间以增加小麦啤酒中重要的呈香物质4-乙烯基愈创木酚的含量。利用筛选出的上面发酵酵母No.303进行主发酵，发酵温度22℃，当啊残糖降至3.8°P时，结束主发酵。得到的发酵液除上面发酵酵母后，将下面发酵酵母No.308按照添加后发酵液中酵母个数为8×10^6～1×10^7个/mL的数量和1.5%浸出物（相当于3.8%主发酵液体积的11.0°P全麦芽汁）。立刻于无菌条件下灌装入无菌的5L桶内。将灌装入5L桶后的嫩啤酒进行后贮。后贮分为两个阶段，热贮为18~19℃贮存7天，然后将迅速降温至6～8℃，冷贮14天。

采用桶内二次发酵工艺对上述发酵液进行处理，二次添加酵母和可发酵性浸出物，利用酵母的生物活性，消耗啤酒容器中的残存溶解氧，克服了啤酒容器造成啤酒氧化的先天缺陷，彻底解决了长期以来储存在罐/桶装纯生啤酒口味不新鲜和保证口味的新鲜却又无法长期保存的矛盾；进一步饱和二氧化碳，使其含量达到6～８g/L，令啤酒酒体更完美；含有活酵母，酒体呈均匀浑浊，色泽金黄，具有典型的古老德国小麦啤酒的酒体醇厚感，而且泡沫丰富，更富有营养。

3.2 发酵法生产新型食品

3.2.1红薯饮料

发酵液制备条件的优化在本研究中,甘薯要经过切片、热烫、打浆、蒸煮、酶解、过滤和调配等工艺过程。甘薯切片后在95℃下热烫5min,有最佳的护色作用,又可使薯浆更加细腻均匀;95℃下糊化30min,薯浆中的淀粉能充分糊化,同时避免了蒸煮味的产生;饮料的料水比为1:6时,饮料有最佳的色泽、香味和口感;采用双酶法水解甘薯中的淀粉,运用α-淀粉酶进行液化,单因素试验结果表明:酶用量6U/100ml薯浆,在温度60℃,pH值6.0的条件下,酶解25min比较合适;运用糖化酶进一步糖化,通过正交试验确定了最佳作用条件:温度65℃、酶用量64U/100mL薯浆、时间90min、pH值4.5。

3.2.2猕猴桃果醋及其果醋饮料的研究

以成熟猕猴桃为主要原料 ,经酒精发酵和醋酸发酵生产猕猴桃果醋。经对比试验确定了酒母配比(果酒酵母与酒精酵母比 2∶ 1)和适宜的发酵条件(酒精发酵 2 5℃、 48h ,醋酸发酵 3 4℃、 16d)以及澄清方法 ,最后将果醋调配成果醋饮料。

篇三：论述发酵工程技术在食品领域的应用

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论述发酵工程技术在食品领域的应用

作者：王昌盛 曹海玲

来源：《科学与财富》2015年第08期

摘 要：发酵工程技术是一种现代化的工艺技术，将其应用在食品领域中，可以更好的保障食品的安全性。发酵工程技术是生物工程技术的组成之一，其对人类社会的发展有着推动意义。本文对发酵工程当前发展现状进行了介绍，还对发酵工程技术在食品领域的应用情况进行了分析，希望对相关研究人员提供一定技术参考，促进发酵工程技术可以更好的推广与应用。关键词：发酵工程；技术；食品；应用

发酵工程是生物工程的重要组成部分，应用发酵工程技术，可以促进社会更好的发展，可以加快社会经济发展速度。发酵工程技术在我国食品领域中应用比较广，通过对微生物的要求，可以更好的保证食品的安全性，还可以为人们日常生活及生产作出更大的贡献。下面笔者对发酵工程技术在食品领域的应用情况进行简单的介绍，希望可以推动这项技术更好的发展以及更好的完善。

1 发酵工程当前的发展现状

科技在不断发展，生物工程在发展与研究的过程中，相关技术得到了完善，而且技术也越来越先进。发酵工程技术是一种新型的技术，其也是实践性比较去的一门科学技术，在应用的过程中，其也到了快速发展的阶段，这项技术在食品领域以及工业领域应用比较多，在农产品的加工中，发酵工程技术的应用范围越来越广，下面笔者对这项技术发展阶段进行简单的分析与介绍。

1.1 农产品手工加工

在很早以前，由于人们对科技技术的研究并不重视，社会经济也比较落后，我国社会的发展主要是靠农产品生产以及加工，为了提高农产品的产量，我国发酵工程技术也逐渐萌芽。很多家庭都是以农产品为原料的，利用发酵技术，可以对特殊的农产品进行制作，这制作的过程中，研究出现了较多的发酵产品。发酵工程农产品手工加工需要分析微生物生长特点，在对农产品进行加工发酵后，提取率比较低，农产品的发酵工程效益并不高，所以，发酵工程技术发展比较缓慢，对这项技术的研究也比较少，阻碍了发酵工程技术的发展。

1.2 近代发酵工程

随着社会的不断发展，科技水平越来越高，一些近代发酵工程技术逐渐走入了人们的生活，这些新型的技术在食品领域、工业生产领域中应用比较广，而且受到了良好的应用效果。近代发酵工程在不断发展的过程中，主要采用了化学工艺方法，而且很好的将农产品与化学工程联系在一起，提高了发酵制品生产的效率，也提高了农产品加工的经济效益，这为发酵工程

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