食品发酵与酿造工艺学.docx

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食品发酵与酿造工艺学

食品发酵与酿造工艺学

第一章绪论

1、什么是发酵和酿造，发酵与酿造有何特点？

发酵是指微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备生物菌体或其代谢产物的过程；酿造是指把成分复杂、风味要求较高的辅食佐餐调味品的生产。

发酵与酿造的特点：

安全简单、原料广泛、反应专一、代谢多样、易受污染和菌种选育

2、发酵与酿造发展的历程（三代五个转折）

第一代微生物发酵技术——纯种发酵的建立为发酵工业的第一个转折点；第二代微生物发酵技术——深层培养技术中的通气搅拌技术为发酵技术进步的第二个转折点，代谢控制发酵技术则为发酵技术发展的第三个转折点，期间还实现了微生物对化合物的转化，发酵原料的转变成了发酵技术的第四个转折期；第三代微生物发酵技术——基因工程菌的构建发展成了发酵工程的第五个转折点。

第二章菌种选育、保藏与复壮

1、生产菌为什么会发生退化，如何防止？

生产菌发生退化的原因有：

有关基因的自发突变，育种后未经很好的分离纯化，培养条件的改变和污染杂菌的影响

防止退化的措施：

（1）控制传代次数，降低自发突变的几率

（2）创造良好的培养条件

（3）利用不易衰退的细胞传代

（4）采用有效的保藏方法

（5）经常进行分离纯化

2、常用的菌种保藏方法、原理及其适合的对象。

菌种保藏的要求：

不死、不衰、不污染，不降低生产性能

菌种保藏的基本原理：

根据微生物的生理、生化特点，选用优良菌株，最好是它们的休眠体，人工地创造适合于休眠的环境条件，即干燥、低温、缺乏氧气和养料等，使微生物的代谢活动处于最低的状态但又不至于死亡，从而达到保藏的目的。

常用的菌种保藏方法：

斜面冰箱保藏法，此法一般可保藏3个月左右，适合于各种菌进行保藏

半固体穿刺保藏法，此法可保藏半年左右，适用于细菌、酵母的菌种保藏

石蜡油可封存法，可保藏三年左右，适用于各类菌种的保藏

砂土管保藏法，可保藏1至数年，适用于产生孢子的微生物的保藏

冷冻干燥保藏法，一般可保藏五年以上，适合于各大类微生物的保藏

第四章发酵与酿造工程学基础及设备

1、种子扩大培养、对数残存定律、最适稀释率、临界稀释率、CO2效应、菌体的生长比速、维持消耗、倍增时间、发酵热。

种子扩大培养;是指将保存在砂土管、冷冻干燥管中处休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，再经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养，最终获得一定数量和质量的纯种过程。

对数残存定律：

是指对培养基进行湿热灭菌时，培养基中的微生物受热死亡（微生物体内蛋白质变性）的速率与残存的微生物数量成正比。

K（比热死亡速率常数）由两个因素决定：

微生物的种类和灭菌温度

最适稀释率：

指细胞或产物的生产能力达最大时的稀释率

临界稀释率：

连续培养过程中菌体发生洗出时的稀释率

CO2效应：

环状芽孢杆菌等的发芽孢子在开始生长时，就需要二氧化碳的现象（书本）

CO2是某些合成代谢的一种基质，它是细胞代谢的重要指示，对菌体生长具有抑制作用和刺激作用，以上现象称为CO2效应（课件）

菌体的生长比速：

在单位时间内形成菌体的量

维持消耗：

指维持细胞最低活性所需消耗的能量，一般来讲，单位重量的细胞在单位时间内用于维持消耗所需的基质的量是一个常数。

倍增时间：

细胞群体数量增加一倍的时间

发酵热：

发酵过程中释放出来的净热量

2、种子扩大培养的目的。

种子扩大培养的目的主要是：

接种量的需要、菌种的驯化、缩短发酵时间以及保证生产水平

3、Monod方程的表达式，其使用条件如何？

各参数的意义。

适合单一限制性基质条件下

μ：

表示某微生物的生长特性

4、为什么培养基采用高温短时灭菌方式。

活化能大的反应中，反应速度随温度变化也大，活化能小的反应速度随温度变化小；细菌孢子热死灭反应的△E很高，而大部分营养物质热破坏反应的△E很低；因而提高灭菌温度会加速细菌孢子的死灭速率，从而缩短灭菌时间；由于营养成分热破坏的△E很低，温度提高只能稍微增大其热破坏反应速率，但由于灭菌时间的显着缩短，结果是营养成分被破坏量大大减少；高温短时灭菌方法是灭菌动力学得出的重要结论，它既能快速灭菌，又能有效地保存培养基中的营养成分。

5、培养基灭菌的二种操作方式。

培养基灭菌的操作方式有：

分批灭菌和连续灭菌；分批灭菌过程：

升温、保温和降温三个过程都是在发酵罐中进行，灭菌主要是在保温过程中实现的。

连续灭菌：

将配制好的培养基在向发酵罐等培养装置输送的同时进行灭菌。

分加热、保温和冷却三个步聚。

6、发酵过程中引起pH值变化的因素有哪些，pH值变化对发酵有什么影响。

发酵过程中引起PH值变化的因素有：

①基质代谢

糖代谢

特别是快速利用的糖，分解成小分子酸、醇，使pH下降。

糖缺乏，pH上升，是补料的标志之一。

氮代谢

当氨基酸中的-NH2被利用后pH会下降；尿素被分解成NH3，pH上升，NH3利用后pH下降；当碳源不足时氮源当碳源利用pH上升。

生理酸/碱性物质

　　被微生物利用后会导致环境pH下降（上升）的物质称为生理酸性（碱性）物质。

②产物形成

某些产物本身呈酸性或碱性，使发酵液pH变化。

如有机酸类产生使pH下降，红霉素、洁霉素、螺旋霉素等抗生素呈碱性，使pH上升。

③菌体自溶

　　发酵后期，pH上升。

可做为终止发酵的指示。

④其它:

通气，染菌

PH对发酵的影响：

（1）、影响微生物的生长繁殖。

①pH影响酶的活性。

②pH值影响微生物细胞膜所带电荷的改变，从而改变细胞膜的透性，影响微生物对营养物质的吸收及代谢物的排泄，因此影响新陈代谢的进行

③pH值影响培养基某些营养成分和中间代谢物的解离，从而影响微生物对这些物质的利用

（2）影响微生物的形态。

产黄青霉细胞壁的厚度会随pH的增加而减小。

（3）pH影响代谢产物的形成的数量和方向

pH不同，往往引起菌体代谢过程不同，使代谢产物的质量和比例发生改变。

（4）影响产物的稳定性

如噻纳霉素发酵中，当pH大于7.5时，抗生素半衰期缩短，稳定性下降，发酵产量也减少

7、发酵过程中影响氧传递的速率的因素有哪些，怎么影响？

气液传递速率方程：

C＊某一氧分压压力下液体中氧的饱和浓度

CL液相中溶氧浓度

KL氧传递系数

a单位体积培养液中的气液界面面积

KLa体积溶氧系数

①．提高通入空气中氧分压。

通过在通气中掺入纯氧或富氧，或增大罐压可提高氧的饱和浓度C＊

②.通气流量

增大通气量时，空气的线速度也增大，从而增加了氧传递系数。

但过大的空气线速度会使搅拌叶轮桨叶不能打散空气，气流形成的大气泡在轴的周围逸出，使搅拌效率和溶氧速率都大大降低。

③、搅拌

a.搅拌能把大的空气泡打碎成小气泡，增加了氧与液体的接触面积，而且小气泡的上升速度要慢，相应地氧与液体的接触时间也就增长。

b.搅拌使液体作涡流运动，使气泡不是直线上升而是作螺旋运动上升，延长了气泡的运动路线，增加了气液接触时间。

c搅拌使发酵液呈湍流运动，从而减少气泡周围液膜的厚度，减少液膜阻力，因而增大了溶氧传质系数。

d.搅拌使菌体分散，避免结团，有利于固液传递中的接触面积的增加，使用权推动力均一，同时也减少了菌体表面液膜的厚度，有利于氧的传递。

④、空气分布管类型

空气分布管的形式、喷口直径及管口与罐底距离的相对位置对氧溶解速率有较大的影响

⑤、培养液粘度

培养液的粘度增大，传质阻力增大，氧传递速率下降。

⑥、表面活性剂

培养液中消泡用的油脂等具有亲水端和疏水端的表面活性物质分布在气液界面，增大了传递的阻力。

⑦、离子强度

一般在电解质溶液中生成的气泡比在水中小，有较大的比表面积。

在同一条件下，电解质溶液的KLa比水大。

⑧、菌体浓度

随着微生物生长，发酵液中细胞浓度增加，KLa值变小。

8、泡沬的控制的方法有哪些

（1）、调整培养基配方

（2）、消泡剂消泡

（3）、机械消泡

（4）、操作上的适当调节（不常用）

9、机械搅拌发酵罐的结构、各部件的名称和作用。

（1）、罐体罐体须耐受一定的温度130℃和压力0.25MP（绝对压力）。

（2）、搅拌器和挡板

搅拌器的作用：

打碎气泡，加速和提高溶氧；加速养分和热量传递。

搅拌器叶轮的类型：

涡轮式、推进式和Lightnin式

挡板的作用：

防止液面中央形成旋涡，增强其湍流和溶氧传质。

（3）、消泡装置

发酵液中因含蛋白质等发泡物质，发酵过程中易产生泡沫，发泡严重时会使发酵液随排气而外溢，且增加染菌机会。

（4）、轴封

轴封的作用：

使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封，防止泄露和污染杂菌

（5）、联轴器：

使上下搅拌轴成牢固的刚性联接

（6）、空气分布装置：

空气分布装置的作用是吹入无菌空气，并使空气均匀分布。

空气分布装置：

单管式分布装置、环形管的分布装置和十字形管的分布装置

（7）、换热装置

10、发酵罐实罐灭菌为什么要“三路进汽”?

实罐灭菌的进汽和排气原则是什么?

所谓发酵罐实罐灭菌的“三路进汽”就是在对培养基灭菌时，让蒸汽从空气进口、排料口、取样口进入罐内，使培养基均匀翻腾，达到培养基灭菌之目的。

这是因为这三个管都是插入到发酵醪中，若不进蒸汽就会形成灭菌死角。

实罐灭菌的进汽和排气原则是“非进即出”，就是说所有进入发酵罐的管道在灭菌过程中如果不进入蒸汽就一定要进行排气，使所有管道都被蒸汽（或二次蒸汽）通过，得以灭菌。

不能有既不进汽也不排汽的管道（死角）存在。

第五章酒精发酵与酿造

1、酒精发酵的主要原料有哪些？

酒精发酵的主要原料有：

淀粉质原料、糖质原料、纤维质原料和其他原料；其中淀粉质原料包括薯类原料的甘薯、木薯和马铃薯，谷物原料的玉米、小麦、高粱和大米等；糖质原料有糖蜜、甘蔗、甜菜和甜高粱等；纤维质原料发酵酒精目前尚不盛行。

2、淀粉酶的类型及其作用。

淀粉酶类包括：

α-淀粉酶、β-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和异淀粉酶（脱支酶）。

α-淀粉酶（液化酶）：

能从分子内部切开α-1，4糖苷键，但不能水解α-1，6糖苷键及靠近α-1，6糖苷键的几个α-1，4糖苷键。

β-淀粉酶：

能从淀粉的非还原末端逐个切下麦芽糖单位，但不能水解α-1，6糖苷键，也不能越过α-1，6糖苷键水解α-1，4糖苷键，所以该酶水解支链淀粉时留下分子量较大的极限糊精。

葡萄糖淀粉酶（糖化酶）：

能从淀粉的非还原末端逐个切下葡萄糖，它既能水解α-1，6糖苷键，又能水解α-1，4糖苷键。

异淀粉酶：

专一水解α-1，6糖苷键，因此能切开支链淀粉的分支。

3、酒精发酵的有关微生物类群，它们主要起什么作用。

与酒精发酵有关的微生物类群主要有糖化菌和酒精发酵微生物两大类；

糖化菌：

用淀粉质原料生产酒精时，在进行乙醇发酵之前，一定要先将淀粉全部或部分转化成葡萄糖等可发酵性糖，这种淀粉转化为糖的过程称为糖化。

糖化剂：

糖化曲、酶制剂、无机酸。

能产生淀粉酶类水解淀粉的微生物种类很多，但它们不是都能作为糖化菌用于生产糖化曲，在实际生产中主要用的是曲霉和根霉

酒精发酵微生物：

生产中用于酒精发酵的几乎全是酒精酵母，俗称酒母。

利用淀粉质原料的酒母在分类上叫啤酒酵母，是属于子囊菌亚门酵母属的一种单细胞微生物：

南阳酵母、拉斯2号酵母、拉斯12号酵母、K字酵母、M酵母、日本发研1号、卡尔斯伯酵母等。

利用糖质原料的酒母除啤酒酵母外，还有粟酒裂殖酵母（和克鲁维酵母等

4、酒精发酵原料的连续蒸煮工艺主要有哪些。

常用方法有：

罐式（锅式）连续蒸煮、管道式连续蒸煮和塔式（柱式）连续蒸煮等；连续蒸煮的工艺流程见书本P130

5、什么叫麸曲、麸曲制备分为哪三个主要阶段。

用麸皮为主要原料制成的固体曲叫麸曲

三角瓶种曲培养阶段：

先保温31～32℃培养16～18h，然后扣瓶并继续培养3～4d，所得种曲要求孢子肥大整齐、稠密

帘子种曲制备阶段：

培养前期（前16h）室温保持30～31℃，品温控制不超过34～36℃；培养中期（16～32h）品温控制36