酿造学基础知识课件

第二章第二章 酿造学的基础知识酿造学的基础知识 第二章 酿造学的基础知识 酿造学？是有关食品酿造原理、工艺条件和过程控制是有关食品酿造原理、工艺条件和过程控制的一门科学。的一门科学。酿造学？是有关食品酿造原理、工艺条件和过程控制的一门科学。酿酿造造工工业业（brewing brewing industryindustry）是是指指利利用用一一种种或或多多种种微微生生物物的的生生命命活活动动产产生生的的酶酶，对对有有机机原料进行酶加工，获得产品的工业。原料进行酶加工，获得产品的工业。酿造工业（brewing industry）是指利用一种或我我国国的的酿酿造造工工业业有有别别于于现现代代纯纯种种发发酵酵工工业业，人人们们常常常常把把成成分分构构成成复复杂杂并并有有较较高高风风味味要要求求的的发发酵酵食食品品，如如啤啤酒酒、白白酒酒、黄黄酒酒及及葡葡萄萄酒酒等等饮饮料料酒酒，以以及及酱酱油油、酱酱、豆豆鼓鼓、腐腐乳乳、酱酱腌腌菜菜及及食食醋醋等等调调味味品品归归属属于于酿酿造造工工业业产品。产品。我国的酿造工业有别于现代纯种发酵工业，人们常常把成分构成复杂酱腌菜酱腌菜酱腌菜泡菜泡菜泡菜酱油酱油酱油 醋醋醋昔日的酒昔日的酒苹果醋苹果醋要要完完成成酿酿造造过过程程并并得得到到产产品品，就就必必须须具具备备以以下下几几个个条件：条件：(1)要有适宜的微生物菌种或菌群。要有适宜的微生物菌种或菌群。(2)要要保保证证或或控控制制微微生生物物进进行行代代谢谢的的各各种种条条件件（酿酿造造原原料料、温度和温度和pH值等值等）。）。(3)要有进行微生物发酵的设备。要有进行微生物发酵的设备。(4)酿酿造造产产品品后后处处理理的的方方法法和和设设备备，如如产产品品的的抽抽提提、过过滤滤、消毒和包装等。消毒和包装等。食食品品酿酿造造过过程程实实际际上上就就是是微微生生物物对对农农副副产产品品原原料料进进行分解并产生风味物质的过程。行分解并产生风味物质的过程。要完成酿造过程并得到产品，就必须具备以下几个条件：要有适宜的只只有有掌掌握握微微生生物物学学知知识识，了了解解食食品品酿酿造造过过程程原原理理以以及及发发酵酵过过程程的的控控制制手手段段，才才能能生生产产出出稳稳定定、优优质质、安安全全的酿造产品，提高酿造工业的水平。的酿造产品，提高酿造工业的水平。只有掌握微生物学知识，了解食品酿造过程原理以及发酵过程的控制一、酿造微生物学的概念一、酿造微生物学的概念研究食品酿造中微生物及其生命活动规律的学科。研究食品酿造中微生物及其生命活动规律的学科。微微生生物物的的形形态态结结构构、分分类类鉴鉴定定、生生理理生生化化、生生长长繁繁殖殖、遗传变异、生态分布遗传变异、生态分布 微微生生物物各各类类群群之之间间、微微生生物物与与环环境境工工艺艺条条件件、产产品品产产量量、质量、风味及生产周期之间的相互作用、相互影响质量、风味及生产周期之间的相互作用、相互影响 微生物及其制剂在食品酿造中应用微生物及其制剂在食品酿造中应用 一、酿造微生物学的概念研究食品酿造中微生物及其生命活动规律的二、食品酿造法与微生物学的发展二、食品酿造法与微生物学的发展 1 1、酒酒的的酿酿造造历历史史悠悠久久，酒酒曲曲的的发发明明，蒸蒸馏馏酒酒传传入入欧欧洲洲，谷谷物物制制醋醋、酱酱油油酿酿造造技技术术传传入入日日本本、东东南南亚亚及世界各地及世界各地 。2 2、1717世纪，荷兰人世纪，荷兰人吕文虎克吕文虎克显微镜的发明。显微镜的发明。二、食品酿造法与微生物学的发展 1、酒的酿造历史悠久，酒曲的列文虎克（列文虎克（Leewenhoch,1632-1723）列文虎克（Leewenhoch,1632-1723）3、19世世纪纪60年年代代，法法国国人人巴巴斯斯德德(LouisPasteur)与与德德国国人人柯柯赫赫(RobertKoch)通通过过证证明明酒酒、醋醋等等酿酿造造过过程程是是由由微微生生物物引引起起的的发发酵酵，而而且且是是由由不不同同种种类类的的微微生生物物引起的。引起的。3、19世纪60年代，法国人巴斯德(Louis Pasteu 彻底否定了自然发生说证实发酵由微生物引起巴斯德的功绩巴斯德的功绩免疫学预防接种发明巴氏消毒法 彻底否定了自然发生说证实发酵由微生物引起 酿造学基础知识课件科赫的功绩科赫的功绩证实炭疽病因 炭疽杆菌，发现结核病原菌结核杆菌科赫法则发明培养基并用其纯化微生物等一系列研究方法的创立（RobertKoch）科赫的功绩证实炭疽病因 炭疽杆菌，发现结核病原菌结核杆4、20世纪以来，由于电子显微镜的发明、同位素示踪原子的应用，生物化学、生物物理等新理论、新技术的渗透，人们先后利用纯种发酵技术进行了乙醇、丙酮、丙醇、甘油、各种有机酸及氨基酸等的工业化生产。4、20世纪以来，由于电子显微镜的发明、同位素示踪原子的应用5、各种抗菌素的发现与广泛应用是现代微生物学对人类的又一巨大贡献。抗生素抗生素5、各种抗菌素的发现与广泛应用是现代微生物学对人类的又一巨大6、70年代以来，基因的人工合成与基因的体外操纵，使得按照人们需要去定向改造和创建新的微生物类型，获得新型微生物产品成为可能。表皮活性因子表皮活性因子6、70年代以来，基因的人工合成与基因的体外操纵，使得按照人年代学科发展学科发展发酵技术发酵技术发酵专业发酵专业1680显微镜发明显微镜发明自然发酵自然发酵3000年年以上以上酒类、奶酪、醋酒类、奶酪、醋类、酱菜类、酱菜1837Pastear证明发酵是微证明发酵是微生物的作用生物的作用纯培养技术纯培养技术腐乳腐乳1897Bacterium酶的作用酶的作用1905Koch应用固体培养基应用固体培养基分离培养微生物分离培养微生物纯培养分离技术纯培养分离技术1929Fleming1942年液体深层年液体深层通风培养通风培养抗生素、有机酸抗生素、有机酸50年代生物化学发展、生物化学发展、DNA发现发现代谢调节和控制代谢调节和控制理论理论60年代石油微生物的应用石油微生物的应用70年代基因工程基因工程表表1工业微生物的发展史工业微生物的发展史 年代学科发展发酵技术发酵专业1680显微镜发明自然发酵300三、酿造微生物的作用特点三、酿造微生物的作用特点多种微生物混菌发酵是酿造微生物作用的基本特点。三、酿造微生物的作用特点多种微生物混菌发酵是酿造微生物作用的曲室和种曲曲室和种曲曲室和种曲酱油酱油酱油橡木桶橡木桶橡木桶橡木桶橡木桶橡木桶四、酿造微生物生态系统的几个概念四、酿造微生物生态系统的几个概念英英国国生生态态学学家家坦坦斯斯利利于于19351935年年首首先先提提出出生生态态系系统统(Ecosystem)(Ecosystem)这个名词。这个名词。1 1、酿造微生物生态系统、酿造微生物生态系统 整整个个生生物物群群体体，及及这这个个生生物物群群体体栖栖息息环环境境中中的的一一切切物理和化学条件。物理和化学条件。四、酿造微生物生态系统的几个概念英国生态学家坦斯利于19352 2、酿造微生物生态系统的一些特征、酿造微生物生态系统的一些特征生境大小生境大小 表面环境表面环境 酿造微生物在生产环境中的生物量及生长速度酿造微生物在生产环境中的生物量及生长速度 酿造微生物群体的相互作用酿造微生物群体的相互作用 2、酿造微生物生态系统的一些特征 生境大小 五、酿造的特点五、酿造的特点酿酿造造则则是是我我国国人人们们对对一一些些特特定定产产品品进进行行发发酵酵生生产产的的一一种种叫叫法法，通通常常把把成成分分复复杂杂、风风味味要要求求较较高高诸诸如如黄黄酒酒、白白酒酒、啤啤酒酒、葡葡萄萄酒酒等等酒酒类类以以及及酱酱油油、酱酱、食食醋醋、腐腐乳乳、豆豆豉豉、酱酱腌腌菜菜等等副副食食佐佐餐餐调调味味品品的的生生产产称为称为酿造酿造。五、酿造的特点酿造则是我国人们对一些特定产品进行发酵生产的一酿造的特点酿造的特点1.安全简单安全简单2.原料广泛原料广泛3.反应专一反应专一4.代谢多样代谢多样5.易受污染易受污染6.菌种选育菌种选育酿造的特点1.安全简单 1.安全安全简单发发酵酵与与酿酿造造过过程程绝绝大大数数是是在在常常温温压压下下进进行行的的，生生产产过程安全，所需的生产条件比较简单。过程安全，所需的生产条件比较简单。1.安全简单发酵与酿造过程绝大数是在常温压下进行的，生产过2.原料广泛原料广泛酿酿造造通通常常以以淀淀粉粉、糖糖蜜蜜或或其其他他农农副副产产品品主主原原料料，添添加加少少量量营营养养因因子子，就就可可以以进进行行反反应了。应了。2.原料广泛酿造通常以淀粉、糖蜜或其他农副产品主原料，添加3.3.反应专一反应专一食食品品发发酵酵与与酿酿造造过过程程是是通通过过生生物物体体的的自自动动调调节节方方式式来来完完成成的的，反反应应专专一一性性强强。因因而而，可可以以得得到到较较为为单单一一的的代代谢谢产产物物，避避免免不不利利或或有有害害副副产产物物混混杂杂其中。其中。3.反应专一食品发酵与酿造过程是通过生物体的自动调节方式来4.4.代谢多样代谢多样由由于于各各种种各各样样生生物物体体代代谢谢方方式式、代代谢谢过过程程的的多多样样化化，以以及及生生物物体体化化学学反反应应的的高高度度选选择择性性，即即使使是是极极其其复复杂杂的的高高分分子子化化合合物物，也也能能在在自自然然界界找找到到所所需需的的代代谢谢产产物物。因因而而，发发酵酵与与酿酿造造适适应应的的范范围围非非常广。常广。4.代谢多样由于各种各样生物体代谢方式、代谢过程的多样化，5.5.易受污染易受污染由由于于发发酵酵培培养养基基营营养养丰丰富富，各各种种来来源源的的微微生生物物都都很很容容易易生生长长，发发酵酵与与酿酿造造过过程程要要严严格格控控制制杂杂菌菌污污染。染。5.易受污染由于发酵培养基营养丰富，各种来源的微生物都很容6.6.菌种选育菌种选育发发酵酵与与酿酿造造最最重重要要的的因因素素是是菌菌种种，通通过过各各种种菌菌种种选选育育手手段段得得到到高高产产的的优优良良菌菌种种，是是能能否否创创造造显显著著经济效益的关键。经济效益的关键。6.菌种选育发酵与酿造最重要的因素是菌种，通过各种菌种选育六 食品酿造历程的微生物生化机制酿酿造造食食品品是是一一种种色色、香香、味味、体体诸诸味味调调和和的的发发酵酵产产品品，它它是是食食品品原原料料及及发发酵酵微微生生物物产产生生的的一一系系列列特特定定酶所催化的生物化学反应的代谢产物的总和。酶所催化的生物化学反应的代谢产物的总和。六 食品酿造历程的微生物生化机制酿造食品是一种色、香、味、食品酿造历程的三个阶段：（三）产物再平衡第三阶段（一）大分子物质降解阶段第一阶段（二）代谢产物形成阶段第二阶段食品酿造历程的三个阶段：（三）产物再平衡第三阶段（一）（一）大分子物质降解阶段大分子物质降解阶段1、淀粉的降解2、蛋白质的降解 3、纤维素的降解 4、半纤维素与麦胶物质的降解 5、果胶质的降解 6、木质素及芳香族物质的分解7、类脂化合物的降解（一）大分子物质降解阶段1、淀粉的降解-淀粉酶淀粉酶-淀粉酶淀粉酶1、淀粉的降解、淀粉的降解-淀粉酶-淀粉酶1、淀粉的降解（二）代谢产物形成阶段定定义义：有有微微生生物物在在好好氧氧及及厌厌氧氧、高高温温或或低低温温条条件件下下，在在前前期期或或后后期期将将原原料料降降解解成成产产物物的的同同时时记记忆忆不不转转化化，形成各种代谢产物的过程。形成各种代谢产物的过程。（二）代谢产物形成阶段定义：有微生物在好氧及厌氧、高温或低温形成的代谢产物形成的代谢产物1、有机酸类、有机酸类2、醇类、醇类3、酯类、酯类4、醛类、醛类5、芳香族化合物、芳香族化合物6、脂肪酸、脂肪酸7、氨基酸、氨基酸8、核苷酸、核苷酸形成的代谢产物1、有机酸类（三）产物再平衡阶段 第第三三阶阶段段主主要要是是微微生生物物代代谢谢的的再再破破平平衡衡，这这一一平平衡衡过过程程存存在在于于酿酿造造过过程程的的始始终终，通通过过各各种种纵纵横横交交错错的途径使产物组分达到基本平衡。的途径使产物组分达到基本平衡。（三）产物再平衡阶段 第三阶段主要是微生物代谢的再破平衡，这七 固态发酵技术及过程控制(一一)概述概述 (二二)固态发酵过程的控制固态发酵过程的控制(三三)固态发酵技术固态发酵技术 七 固态发酵技术及过程控制(一)概述(一)概述 1 1、固态发酵的定义、固态发酵的定义 一切使用不溶性固体基质来培养微生物的工艺过程，称为固体基质发酵。固体悬浮在液体中的深层发酵 固态发酵固态发酵 没有（或几乎没有）游离水的湿固体 材料上培养微生物的工艺过程。(一)概述 1、固态发酵的定义 固态发酵的定义固态发酵的定义是是指指没没有有或或几几乎乎没没有有自自由由水水存存在在下下，在在有有一一定定湿湿度度的的水水不不溶溶性性固固态态基基质质中中，用用一一种种或或多多种种微微生生物物的的一一个个生生物物反反应应过过程程，固固态态发发酵酵是是以以气气相相为为连连续续相相的的生生物物反反应应过程。过程。固态发酵的定义 是指没有或几乎没有自由水存在下，在有一定湿度2、固态发酵的特点（1 1）固固态态发发酵酵培培养养基基中中没没有有游游离离水水的的流流动动，水水是是培培养基中较低的组分。养基中较低的组分。（2 2）微微生生物物从从湿湿的的固固态态基基质质吸吸收收营营养养物物，营营养养物物浓浓度度存存在在梯梯度度，发发酵酵不不均均匀匀，菌菌体体的的生生长长、对对营营养养物物的吸收和代谢产物的分泌存在不均匀。的吸收和代谢产物的分泌存在不均匀。2、固态发酵的特点（1）固态发酵培养基中没有游离水的流动，（3 3）固固态态发发酵酵中中培培养养基基提提供供的的与与气气体体的的接接触触面面积积要要比比液液体体深深层层发发酵酵中中与与气气泡泡的的接接触触面面积积大大得得多多，供供氧氧更充足。更充足。（4 4）使使用用固固体体原原料料，在在发发酵酵过过程程中中，糖糖化化和和发发酵酵过过程同时进行，简化操作工序，节约能耗。程同时进行，简化操作工序，节约能耗。（3）固态发酵中培养基提供的与气体的接触面积要比液体深层发酵（5）高底物浓度可以产生高的产物浓度。）高底物浓度可以产生高的产物浓度。（6）由由于于产产物物浓浓度度高高，提提取取工工艺艺简简单单可可控控，没没有有大大量有机废液产生，但提取物含有底物成分。量有机废液产生，但提取物含有底物成分。（7）生生产产机机械械化化程程度度较较低低，缺缺乏乏在在线线传传感感仪仪器器，过过程控制较困难。程控制较困难。（5）高底物浓度可以产生高的产物浓度。3、固态发酵的分类（1 1）自然富集固态发酵）自然富集固态发酵（2 2）强化微生物混合固态发酵）强化微生物混合固态发酵（3 3）限定微生物混合固态发酵）限定微生物混合固态发酵（4 4）单菌固态纯种发酵）单菌固态纯种发酵3、固态发酵的分类（1）自然富集固态发酵4、固态发酵反应器（1 1）静态固态发酵反应器）静态固态发酵反应器 塔柱式塔柱式4、固态发酵反应器（1）静态固态发酵反应器 塔柱式浅盘式浅盘式1浅盘室；2水阀门；3紫外灯管；4，8，13空气阀门；5，11空气过滤器；6排气口；7加湿器；9加热器；10空气循环；12进气口；14浅盘；15浅盘架 浅盘式1浅盘室；2水阀门；3紫外灯管；4，8，13空园盘固体发酵机园盘固体发酵机园盘固体发酵机（2 2）动态固态发酵反应器）动态固态发酵反应器转鼓式转鼓式（2）动态固态发酵反应器转鼓式 流化床反应器流化床反应器 流化床反应器 塔式反应器塔式反应器（二）固态发酵过程的控制1 1、固态发酵微生物及生长机制固态发酵微生物及生长机制（1 1）适合固态发酵微生物特征）适合固态发酵微生物特征 （2 2）界面作用）界面作用（3 3）固态基质中丝状微生物的生长）固态基质中丝状微生物的生长（4 4）固态基质中细菌和酵母菌的生长）固态基质中细菌和酵母菌的生长（二）固态发酵过程的控制1、固态发酵微生物及生长机制 2、固态发酵基质原料（1 1）玉玉米米秸秸秆秆、玉玉米米芯芯、小小麦麦秸秸秆秆、水水稻稻秸秸秆秆、麸麸皮皮、稻稻壳壳、玉玉米米、大大米米、小小米米、大大豆豆、甘甘蔗蔗渣渣、酒酒糟、木薯、玉米皮渣等。糟、木薯、玉米皮渣等。（2 2）为为了了使使底底物物更更容容易易被被微微生生物物利利用用，经经常常对对底底物物进进行行化化学学或或机机械械物物理理处处理理，如如采采用用酸酸、碱碱进进行行化化学学水解处理或采用爆碎、粉碎、研磨等物理处理。水解处理或采用爆碎、粉碎、研磨等物理处理。2、固态发酵基质原料（1）玉米秸秆、玉米芯、小麦秸秆、水稻秸3、影响固态发酵过程的主要参数（1）湿度与水活度（2）温度与热量传递（3）通气与传质过程（4）pH值3、影响固态发酵过程的主要参数（1）湿度与水活度（三）固态发酵技术 1 1、混合固态发酵技术、混合固态发酵技术（1）混合固态发酵概念 混合发酵：许多发酵过程是纯菌株无法完成或只能微弱地进行的，必须依靠两种或多种微生物共同培养来完成的过程 如传统酒曲和酱曲、腌菜、烟草发酵、茶叶发酵、青贮、堆肥等。（三）固态发酵技术 1、混合固态发酵技术强化微生物混合固态发酵 以人为强化接种微生物菌系不明确的富集培养物或特定微生物培养物来进行混合发酵 如传统酒曲和酱曲、腌菜、烟草发酵、茶叶发酵、青贮、堆肥等。强化微生物混合固态发酵 2、混合固态发酵工艺特点（1）充分利用培养基、设备、人员和时间，可以在同一发酵容器中经过相同工艺过程，提高所需产品的质和量，或获得良种、多种产品。（2）混合发酵能够获得一些独特的产品，而纯种发酵是很难做到的。（3）混合的多种菌种，增加了发酵中许多基因的功能，通过不同代谢能力的组合，完成单个菌种难以完成的复杂代谢作用，可以代替某些基因重组工程菌来进行复杂的多种代谢反应，或促进生长代谢，提高生产效率。2、混合固态发酵工艺特点（1）充分利用培养基、设备、人员和时3 3、混合固态发酵过程控制、混合固态发酵过程控制1 1、发酵微生物的选择与培养、发酵微生物的选择与培养 在限定微生物混合固态发酵中，用两种或两在限定微生物混合固态发酵中，用两种或两种以上经鉴定的纯种微生物进行发酵。种以上经鉴定的纯种微生物进行发酵。2 2、发酵过程条件控制、发酵过程条件控制 好氧发酵厌氧发酵交替进行好氧发酵厌氧发酵交替进行3、混合固态发酵过程控制1、发酵微生物的选择与培养4、混合固态发酵工艺过程存在的问题（1 1）大大多多数数混混合合菌菌体体系系中中菌菌间间相相互互关关系系和和作作用用机机制制的研究尚不够深入的研究尚不够深入 ；（2 2）对对于于具具有有协协同同作作用用关关系系的的菌菌株株筛筛选选和和组组合合还还是是一个随机的过程一个随机的过程 ，缺乏有效的理论指导，；，缺乏有效的理论指导，；（3 3）对对混混合合培培养养体体系系也也不不能能有有效效地地协协调调菌菌间间的的关关系系，使其达最佳生态水平，发挥最大效应。使其达最佳生态水平，发挥最大效应。4、混合固态发酵工艺过程存在的问题（1）大多数混合菌体系中菌基基因因工工程程：是是一一项项将将生生物物体体的的某某个个基基因因通通过过基基因因载载体体运运送送到到另另一一种种生生物物体体的的活活细细胞胞内内，并并使使之之无无性性繁繁殖殖（称称之之为为“克克隆隆”）和和行行使使正正常常功功能能（称称之之为为“表表达达”），从从而而创创造造生物新品种或新物种的遗传学技术。生物新品种或新物种的遗传学技术。补充补充:基因工程概述基因工程概述基因工程：是一项将生物体的某个基因通过基因载体运送到另一种生基因工程的基本操作流程图基因工程的基本操作流程图GFP转基因动物转基因动物GFP转基因动物抗除草剂的水稻抗除草剂的水稻普通玫瑰蓝色妖姬思考：蓝色妖姬如何培育的？普通玫瑰蓝色妖姬思考：蓝色妖姬如何培育的？酿造学基础知识课件转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转鱼抗寒基转鱼抗寒基因的番茄因的番茄转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯不会引起过敏的转基因大豆不会引起过敏的转基因大豆转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转鱼抗寒基因的番茄转黄瓜抗青枯病基因导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠导入人基因具特殊用途的猪和小鼠导入人基因具特殊用途的猪和小鼠超级超级动物动物特殊特殊动物动物导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠导入人基因具特殊用途的猪和酿造学基础知识课件基基因因工工程程：专专指指用用生生物物化化学学的的方方法法，在在体体外外将将各各种种来来源源的的遗遗传传物物质质与与载载体体系系统统的的DNA结结合合成成一一个个复复制制子子，通通过过转转化化或或转转染染宿宿主主细细胞胞、生生长长和和筛筛选选转转化化子子，无无性性繁繁殖殖使使之之成成为为克克隆隆。然然后后直直接接利利用用转转化化子子，或或者者将将克克隆隆的的分分子子自自转转化化子子分分离离后后，再再导导入入适适当当的的表表达达载载体体，使使重重组组基基因因在在细细胞胞内内表表达达，产产生生特特定的基因产物。定的基因产物。基因工程：专指用生物化学的方法，在体外将各种来源的遗传物质与下课了哦！