8 生物技术与食品 学习目的 食品工业是生物技术应用的重要领域，掌握现代生物技术在食品领域中的主要应用。认识基因工程、发酵工程、细胞工程、酶工程及蛋白质工程与食品产业的关系和发展趋势；认识生物技术在单细胞蛋白、饮料与食品添加剂等食品生产加工过程中的重要作用；了解转基因生物反应器在食品领域中的应用以及现代生物技术与食品安全等内容。

8.1 生物技术与食品生产 8.1.1单细胞蛋白（single cell protein, SCP） 蛋白质的需求 8 生物技术与食品 8.1 生物技术与食品生产 8.1.1单细胞蛋白（single cell protein, SCP） 蛋白质的需求 单细胞蛋白（SCP）的生产 SCP的可接受程度及其毒理 用微生物生产SCP的优点 在最佳条件下，微生物能以惊人的速率生长，有些微生物的生产量每隔0.5～1h增加1倍。 微生物比植物和动物更容易进行遗传操作；它们更适宜于大规模筛选高生长率的个体，更容易实施转基因技术。 微生物有相当高的蛋白质含量，蛋白质的营养价值高。 微生物能在相对小的连续发酵反应器中大量培养，占地小，不依赖气候。 微生物的培养基来源很广泛，低廉，特别是利用废料，如有些微生物能利用植物的“残渣”——纤维素作原料。

单细胞蛋白（SCP）的开发 1．应用微生物生产SCP的优点 细胞的蛋白质含量高达50%左右，并含有多种氨基酸、维生素、矿物元素和粗脂肪等营养成分，易被人畜消化吸收；微生物繁殖快，短时间可获得大量产品；微生物对营养要求适应性强，可利用多种廉价原料进行生产；微生物的生长条件完全受人工控制，可在工厂中大量生产。 2．开发单细胞蛋白常用菌种及其使用的主要原料 开发SCP的微生物主要是酵母菌，其次藻类。用于生产SCP的原料有以下几类： ①工农业生产的废弃物和下脚料，如纸浆废液、啤酒废渣、味精废液、淀粉废液、豆制品废液； ②碳水化合物类，如淀粉质和纤维质的水解糖液； ③碳氢化合物类，如甲烷、乙烷、丙烷及短链烷烃； ④石油产品类。

250 m3 reactor (≈ 9000 t year-1 production) in Norway

四、产蛋白假丝酵母（Candida utilis） （三）产蛋白假丝酵母的生理生化特点 化能异养型，能发酵葡萄糖、蔗糖和1/3的棉子糖，不发酵半乳糖、麦芽糖、乳糖、蜜二糖。能同化尿素、铵盐和硝酸盐，不分解蛋白质和脂肪。 兼性厌氧，有氧条件下，进行有氧呼吸；无氧条件下，进行酒精发酵。 最适生长温度25℃，最适生长pH为4.5～6.5。 在发酵工业中，常采用富含半纤维的纸浆废液、稻草、稻壳、玉米芯、木屑、啤酒废渣等水解液和糖蜜为主要原料，培养产蛋白假丝酵母，生产食用或饲用单细胞蛋白和维生素B。 （二）产蛋白假丝酵母的培养特征 麦芽汁固体培养，菌落呈乳白色，表面光滑湿润，有光泽或无光泽，边缘整齐或菌丝状；玉米固体培养产生原始状假菌丝。 葡萄糖酵母汁蛋白胨液体培养，表面无菌膜，液体混浊，管底有菌体沉淀。 （一）产蛋白假丝酵母的形态特征 细胞呈圆形、椭圆形或腊肠形， 大小为3.5～4.5×7.0～13.0μm， 以多边出芽方式进行无性繁殖， 形成假菌丝。没有发现有性生殖 和有性孢子，属于半知菌类酵母 菌。 产蛋白假丝酵母，又称产朊假丝酵母或食用圆酵母，富含蛋白质和维生素B，常作为生产食用或饲用单细胞蛋白（SCP）以及维生素B的菌株。

生物技术与食品 8.1 生物技术与食品生产 8.1.2食品和饮料的发酵生产 酒精饮料 奶制品 蔬菜发酵（腌制） 谷类食品发酵 豆类发酵 ……

啤酒的釀製

啤酒的釀製

一、啤酒概述 1. 啤酒定义 啤酒是以麦芽（包括特种麦芽）为主要原料，以大米或其它谷物为辅助原料，经麦芽汁的制备，加酒花煮沸，并由酵母发酵酿制而成的，含有二氧化碳、起泡的、低酒精度（2.5%-7.5%）的饮料酒。

一、啤酒概述 2. 啤酒简史 （1）酒的诞生 中国： 杜康 （2）啤酒的诞生 西方： 9000多年前，古巴比伦地区 中国： 商代，古人称之为醴 曲酿酒，蘖酿醴

一、啤酒概述 3. 发展趋势 （1）产量上的发展潜力 中国大陆地区年人均啤酒消费量为18L，只有德国的10％，美国的17％，发展前景还是很大的。 （2）品质上的发展潜力 随着我们生活水平的提高，啤酒也在向保健型的方向发展。 如：绿啤酒

一、啤酒概述 4. 营养成分 啤酒的实际浓度： 4.5%左右 其主要营养成分： 糖类物质： 占80％ 含氮物质： 占8－10％ 矿物质： 占3－4％ 另外，含有： 12种维生素 17种氨基酸（其中8种必需） 无机盐，微量元素

一、啤酒概述 4. 营养成分 能量： 对于1L 12°P的啤酒 产热高达1779KJ，与250g面包或5－6个鸡蛋的产热量相当

一、啤酒概述 5. 啤酒分类 （1）按所用酵母品种分类 ： 上面发酵啤酒： 采用上面酵母进行发酵 发酵温度较高 （英国的啤酒） 下面发酵啤酒： 采用下面酵母进行发酵 发酵温度较低 （德国的啤酒）

上面酵母与下面酵母主要区别

下面酵母发酵啤酒 下面酵母发酵法虽出现较晚，但较上面酵母更盛行。世界上多数国家采用下面酵母发酵啤酒，我国也是全部采用下面酵母发酵啤酒。

一、啤酒概述 5. 啤酒分类 （2）按麦芽汁浓度分类 ： 低浓度啤酒 ： 原麦芽汁浓度为2.5-8°P 酒精含量为0.8-2.2% 中浓度啤酒： 原麦芽汁浓度为9-12°P 酒精含量为2.5-3.5% 高浓度啤酒： 原麦芽汁浓度为13-22°P 酒精含量为3.6-5.5%

一、啤酒概述 5. 啤酒分类 （3）按生产方式分类 ： 鲜啤酒 ： 不经巴氏灭菌或瞬时高温灭菌的新鲜啤酒。 存放时间较短，一般为7天 纯生啤酒： 不经巴氏灭菌或瞬时高温灭菌的新鲜啤酒，而采用物理方法进行无菌过滤。 口味新鲜，淡爽，啤酒稳定性好，保质期可达半年以上

一、啤酒概述 5. 啤酒分类 （3）按生产方式分类 ： 熟啤酒 ： 经巴氏灭菌或瞬时高温灭菌的啤酒。 保质期较长，可达三个月左右。

二、啤酒发酵机理 1. 基本原理 （1）可发酵性糖的定义 指能被酵母利用、同化的糖类。 麦芽汁中：麦芽糖，还有少量的葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽三糖等 （2）麦芽糖生物合成乙醇的途径 1/2C12H22O12＋1/2H2O C6H12O6＋2ADP＋2Pi 2C2H5OH＋2CO2＋2ATP＋226.09 KJ

传统下面酵母的几种主要菌株

啤酒酵母的主要特性要求 1.细胞和菌落形态 　　不同菌株的啤酒酵母有着不同的形态。优良健壮的啤酒酵母细胞，具有均匀的形状和大小，平滑而薄的细胞膜，细胞质透明均一。 　　啤酒酵母在麦芽汁固体培养基上菌落呈乳白色至微黄褐色，表面光滑但无光泽，边缘整齐或呈波状。

2.主要的生理特性要求 (1)凝聚性　　凝聚性不同，酵母的沉降速度不同，发酵度也有差异。啤酒生产一般选择凝聚性比较强的酵母。 (2)发酵度　　反应酵母对麦芽汁中各种糖的利用情况，正常的啤酒酵母能发酵葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖和麦芽三糖等。一般啤酒酵母的真正发酵度应为50％～68％左右。 (3)酵母死灭温度　　是指一定时间内使酵母死灭的最低温度，可作为鉴别菌株的内容之一。一般啤酒酵母的死灭温度在52～53℃，若死灭温度增高，则说明酵母变异或污染野生酵母。 （4）产孢能力　　一般啤酒酵母生产菌种都不能产生孢子或产孢能力极弱，而某些野生酵母能很好产孢。根据此特性，可判别啤酒酵母是否混入野生酵母。

二、啤酒发酵机理 1. 发酵过程 具体分为4个阶段： （1）葡萄糖磷酸化生成己糖磷酸酯（3步反应） （2）磷酸己糖分裂为2个磷酸丙酮（2步反应） （3）3-磷酸甘油醛生成丙酮酸（5步反应） （4）丙酮酸生成乙醇 2. 发酵副产物 连二酮类，高级醇，有机酸，醛类

二、啤酒酿造工艺 1. 啤酒生产工艺流程

啤酒生产工艺过程 1.制麦 大麦→粗选→精选→ 浸麦→发芽 →绿麦芽 →烘干、除根 ↓ 成品麦芽 2.糖化 麦芽及辅料→粉碎→糊化、糖化→过滤→煮沸→冷却→冷麦汁 ↑ ↑ 水 酒花 3.发酵 冷麦汁→主发酵→后发酵 4.后处理及包装 后发酵完的酒液需进行过滤，才能包装出售

啤酒酿造原料 (一)、大麦（barley） 胚是大麦的重要组成部分，根、茎、叶就有 此生长。胚一旦 死亡，大麦 就失去发芽力。 1.大麦的形态 大麦由胚、胚乳和皮层构成。 胚是大麦的重要组成部分，根、茎、叶就有 此生长。胚一旦 死亡，大麦 就失去发芽力。 胚乳 皮层 胚 胚乳是胚的营养仓库，由贮藏淀粉的 细胞层和贮藏脂肪的细胞层构成。 皮层内含有桂酸、单宁苦味物质等，对酿造有害， 但皮壳在糖化醪过滤时可作为过滤层而被利用。 2.大麦的种类 根据大麦在穗轴上的排列方式不同，可将大麦分为二棱大麦、 四棱大麦和六棱大麦。酿造啤酒通常用二棱大麦。

大 麦

(二)、啤酒花（hops) 啤酒花简称酒花，又称蛇麻花。蛇麻为大麻科葎草属多年生 蔓性草本植物，系雌雄异株，用于啤酒酿造者为成熟雌花。 酒花成分 酒花树脂： 10％~20 ％ 酒 花 油： 0.5％~2 ％ 多酚物质： 2％~5 ％ 其 他： 单糖、蛋白质、果胶、脂和蜡等。

(三)、辅料 1.使用辅料的作用 ①降低啤酒生产成本， ②有利于提高啤酒的非生物稳定性和降低啤酒色度， ③提高设备利用率，简化生产工序 。 2.辅料的种类及使用量 大米——国内大多数厂家使用； 玉米——少数厂用。 使用量——原料的20％~30％，有的厂高达40％~50％。 大麦——国外使用，使用量不超过20 ％。 另外，也可直接添加糖类，如蔗糖、葡萄糖和糖浆等， 使用量一般为原料的10 ％。

四、水 啤酒生产用水 酿造用水 普通用水 糖化用水、洗涤麦糟用水 灭菌、冷却、锅炉用水 直接影响啤酒质量 要求符合饮用水标准 除符合饮用水标准外，还需满足酿造专业要求 需要进行软化、去离子等处理

啤酒花的酿酒功能 酒花树脂——赋予啤酒特有的苦味和防腐能力； 酒花油——赋予啤酒香味； 多酚物质——具有澄清麦汁和赋予啤酒醇厚酒体的作用。 酒花树脂包括-酸、-酸等成分，其中-酸是啤酒苦味的 主要来源，也是衡量啤酒花质量优劣的重要指标之一。 保藏：要求低温贮存。以避免-酸被氧化。 酒花制品：酒花粉、酒花浸膏、酒花油、颗粒酒花。

浸麦槽- 制麦芽 浸麦设备 平 底 浸 麦 槽

Malting Soaking the grain Allow for controlled germination Kiln drying Maximum enzyme production Minimum enzymatic activity and plant growth Kiln drying Stop germination Stabilize malted barley Impart color and flavor Light malt, dark malt, amber malt, black patent malt

Mash Tun The mash tun is a vessel in which the milled malted barley is mixed with water And the enzymes are allowed to degrade the starches and proteins into Substrates that the yeast can utilize during fermentation

萨拉丁发芽箱 1.排风 2.翻麦机 3.螺旋翼 4.喷雾室 5.进风 6.风机 7.喷嘴 8.筛板 9.风道 10.麦层 11.走道

麦芽粉碎设备 一般采用辊式粉碎机，有四辊式、五辊式粉碎机。 四辊式粉碎机

糖化 糖化——利用麦芽中所含有的各种水解酶，在适宜的条件下， 将麦芽和辅料中的不溶性大分子物质（淀粉、蛋白质、半纤 维素等）逐步分解为可溶性的低分子物质的分解过程。 由此制备的浸出物溶液就是麦汁。 1.糖化工艺技术条件 （1）料水比 淡色啤酒为1：4~5；且第一次麦汁浓度控制在14%~16%； 浓色啤酒为1：3~4；第一次麦汁浓度控制在18%~20%。

Mash These photos show the milled Malted barley being mixed with Warm water. The enzymes Convert the starch to maltose and The proteins to amino acids creating What is known as sweet wort.

过滤槽 1.麦汁排出管 2.麦汁排出阀 3.喷水管 4.耕糟机 5.回流泵 6.水力升降器 7、8.变速箱和离合器 9.压差调节阀 10.进水管 11.排糟孔 过滤槽

Lautering (filtering) The sweet wort Is separted from The spent barley By a filtration step Known as Lautering. The Barley husks serve As the primary Filtering material. Here, the remaining Spent grains are Being removed from With this screen.

硅藻土过滤的一般系统 1.混酒入口 2.加料槽 3.搅拌机 4.酒回路 5.泵 6.过滤机 7、8.压力表 9.12.视镜 10.排气阀 15.排气阀 11.排水管 13.压力表 14.注射泵 16.清酒出口 17.预滤回路 硅藻土过滤的一般系统

主发酵 1.工艺过程及管理 接种量：0.4%~0.6%泥状酵母 为了便于管理,根据发酵现象,将主发酵过程分为低泡期、 高泡期、和落泡期三个阶段。 。

（1）　麦汁冷却至接种温度（6℃左右），流入增殖槽，将所需的酵母量（为麦汁量的0．5％（体积分数）左右）加入，混合均匀。通入无菌空气，使溶解氧含量在8mg/L左右。 （2）　酵母经繁殖20h左右，待麦汁表面形成一层泡沫时，将增殖槽中的麦汁泵入发酵槽内，进行厌氧发酵。 （3）　发酵2～3天左右，温度升至发酵的最高温度，进行冷却，先维持最高温度2～3天。以后控制发酵温度逐步回落，主酵结束时，发酵液温度控制在4.0～4.5℃。 （4）　主发酵最后一天急剧冷却，使大部分酵母沉降槽底，然后将发酵液送至贮酒罐进行后发酵。

后发酵 主发酵结束后的发酵液称嫩啤酒。 后发酵的目的： 　　　残糖继续发酵； 　　　促进啤酒风味成熟； 　　　增加CO2的溶解量； 　　　促进啤酒的澄清。

Fermentation Tanks After the yeast is added to the hopped wort, fermentation of the maltose to Ethanol occurs in these tanks.

Adding yeast to the fermenter

Cleaning fermentation tanks Cleanliness is critical in producing Quality beer. Microbial contamination Can result in off flavors and aromas.

三、啤酒酿造系统 2. 啤酒生产线 9大系统： （1）粉碎系统： 粉碎机 （2）糖化系统： 糊化锅、糖化锅、过滤槽、煮沸锅、旋沉槽 （3）过滤系统： 立式过滤机 （4）发酵系统： 发酵罐、清酒罐 （5）罐装系统： 灌装机、保鲜桶、封口机

三、啤酒酿造设备 啤酒生产线设备 9大系统： （6）洗涤系统： 碱液/H2O2罐车 （7）制冷系统： 制冷机组、冰水罐 （8）蒸汽系统： 蒸汽发生器 （9）控制系统： 动力控制、制冷控制、温度控制

米酒的釀造 將米以水浸泡 蒸煮 冷卻 添加麴菌 (將澱粉分解糖化), 製成米麴 添加酵母發酵 (產製酒精) 蒸餾 調整酒精濃度 裝瓶

（一）啤酒酿造 ② 主发酵。主发酵也称前发酵，可分为四个时期： 起泡期：入发酵池（罐）后4～5h，酵母菌产生的CO2使麦芽汁饱和，在麦芽汁表面出现白色、乳脂状气泡，称为起泡期。此时不需人工降温，保持2～3d。 高泡期：随着发酵的进行，酵母菌厌氧代谢旺盛，使泡沫层加厚，温度升高，发酵进入高泡期。此时需开动冰水人工降温，最高发酵温度不超过9℃，保持2～3d。 落泡期：发酵5～6d后，泡沫开始回缩，颜色变深，称为落泡期。此时需开动冰水逐渐降温，维持2d。 泡盖形成期：发酵7～8d后，泡沫消退，形成泡盖（由酒花树脂、蛋白质多酚复合物、泡沫和死酵母构成），称为泡盖形成期。此时应急剧降温至4～5℃，使酵母沉降，并打捞泡盖、回收酵母，结束主发酵。 ③ 后发酵。后发酵的主要作用是使残糖继续发酵，促进CO2在酒液中饱和；同时利用酵母内酶还原双乙酰； ④ 后处理。后发酵结束，酒液经过过滤、装瓶、热杀菌（60℃ 30min）处理，称为熟啤酒，而不经过热杀菌的啤酒称为鲜啤酒。 3．啤酒酿造工艺 （1）工艺流程。原料大麦→清选→分级→浸渍→发芽→干燥→麦芽及辅料粉碎→糖化→过滤→麦汁煮沸→麦汁沉淀→麦汁冷却→接种→酵母繁殖→主发酵→后发酵→过滤→包装→杀菌→贴标→成品。 （2）技术要点。 ① 接种与酵母增殖。冷却麦芽汁入酵母繁殖槽，接种6代以内回收的酵母泥5‰（或扩大培养的种子液），控制品温6～8℃，好氧培养12～24h，待起发后入发酵池（罐）进行主发酵。 2．啤酒酵母的扩大培养 （1）工艺流程。 斜面原种→活化（25℃ 1～2d）→2个100mL富士瓶(25℃ 1～2d)→2个1000mL巴士瓶(25℃1～2d)→2个10L卡氏罐(25℃1～2d) →200L汉森式种母罐(15℃ 1～2d)→2t扩大罐(10℃ 1～2d)→10t繁殖槽→(8℃ 1～2d)→主发酵。 （2）技术要点。 ① 温度控制。培养初期，采用酵母菌最适生长温度25℃培养，之后每扩大培养1次，温度均有所降低，使酵母菌逐步适应低温发酵的要求。 ② 接种时间。每次扩大培养均采用对数生长期后期的种子液接种，一般泡沫达到最高将要回落时为对数生长期。 ③ 注意及时通风供氧。从斜面原种至卡氏罐为实验室扩大培养阶段，应注意每天定时摇动容器，达到供氧目的；从汉森罐至酵母繁殖槽为生产现场扩大培养阶段，应定时通入无菌压缩空气供氧。 1．啤酒发酵优良酵母的评估及选育 （1）啤酒酵母优良性状的评估。啤酒酵母应具有以下优良性状： ①生长繁殖力强，发酵活力高； ②代谢产物能够赋予啤酒良好的风味； ③聚凝性强,沉降速度快,发酵结束易与发酵液分离,便于菌体回收。 （2）优良菌种的选育。 ①菌种筛选。 ②诱变育种。 ③杂交育种。例如，通过杂交育种有可能获得凝聚性强的新菌种、风味良好的新菌种和发酵度比较高的新菌种。 ④细胞融合育种。例如，凝聚性强但发酵度低的菌株和发酵度高但凝聚性弱的菌株通过细胞融合有可能产生凝聚性强和发酵度高的新型细胞。 啤酒酿造是以大麦、水为主要原料，以大米或其它未发芽的谷物、酒花为辅助原料；大麦经过发芽产生多种水解酶类制成麦芽；借助麦芽本身多种水解酶类将淀粉和蛋白质等大分子物质分解为可溶性糖类、糊精以及氨基酸、肽、胨等低分子物质制成麦芽汁；麦芽汁通过酵母菌的发酵作用生成酒精和CO2以及多种营养和风味物质；最后经过过滤、包装、杀菌等工艺制成CO2含量丰富、酒精含量仅3%～4%、富含多种营养成份、酒花芳香、苦味爽口的饮料酒即成品啤酒。 啤酒的种类，根据酵母品种可分为上面发酵啤酒和下面发酵啤酒；根据颜色可分为淡色啤酒和浓色啤酒；根据生产方式可分为鲜啤酒、纯鲜啤酒和熟啤酒.

（三）白酒酿造 （3）小曲（米曲）: 小曲（米曲）是半固态发酵法酿造小曲白酒（米酒）的糖化发酵剂。它以米粉或米糠为原料，添加或不添加中草药，经过浸泡、粉碎，接入纯种根霉和酵母菌或二者混和种曲，再经制坯、入室培养、干燥等工艺制成小曲。 （4）液体曲。液体曲可作为液态发酵法酿酒制醋的糖化剂。它是将曲霉菌的种子液接入发酵培养基中，在发酵罐中进行深层液体通气培养，得到含有丰富酶系的培养液称为液体曲。 酒曲的主要种类 （1）大曲: 大曲是固态发酵法酿造大曲白酒的糖化发酵剂。它以小麦或大麦、豌豆为曲料，经过粉碎、加水拌料、踩曲制坯、堆积培养，依靠自然界带入的各种酿酒微生物（包括细菌、霉菌和酵母菌）在其中生长繁殖制成成曲，再经贮存后制成陈曲。大曲有高温曲（制曲温度60℃以上）和中温曲（制曲温度不超过50℃）两种类型。目前国内绝大多数著名的大曲白酒均采用高温曲生产，如茅台、泸州、西风、五粮液等。 （2）麸曲: 麸曲是固态发酵法酿造麸曲白酒的糖化剂。它以麸皮为主要曲料，以新鲜酒糟为配料，经过润水、蒸煮、冷却后，接种黑曲霉和黄曲霉混和（混和比例为7：3），再经通风培养制成成曲。

（四）面包加工 面包是一种营养丰富、组织膨松、易于消化的方便食品。它以面粉、糖、水为主要原料，利用面粉中淀粉酶水解淀粉生成的糖类物质，经过酵母菌的发酵作用产生醇、醛、酸类物质和CO2；在高温焙烤过程中，CO2受热膨胀使面包成为多孔的海绵结构和松软的质地。 面包的种类很多，主要分为主食面包和点心面包。点心面包又根据配料不同，分为果子面包、鸡蛋面包、牛奶面包、蛋黄面包和维生素面包等。 2．活性干酵母面包发酵剂的制备 （1）工艺流程。糖蜜→澄清处理→添加氮源、磷源→灭菌→发酵培养基→接入种子液→液体深层通气培养→冷却→酵母分离→洗涤→压榨成形→干燥→成品。 （2）技术要点。 酵母分离、压榨和干燥：培养后的发酵液经冷却降温，送入酵母分离机进行离心分离。得到的湿菌体用冷水洗涤后压榨成形，使压榨酵母的含水量达65%～70%。最后，采用30℃低温将压榨酵母烘干至含水量6%～8%制成活性干酵母。 1．菌种及发酵剂类型: 面包发酵剂菌种是啤酒酵母,应选择发酵力强、风味良好、耐热、耐酒精的酵母菌株。 面包发酵剂类型有压榨酵母（Compressed yeast）和活性干酵母（active dry yeast）二种。压榨酵母又称鲜酵母，是酵母菌经液体深层通气培养后再经压榨而制成。发酵活力高，使用方便，但不耐贮藏。 活性干酵母是压榨酵母经低温干燥或喷雾干燥或真空干燥而制成。便于贮藏和运输，但活性有所减弱，需经活化后使用。

酱油酿造 酱油是人们常用的一种食品调味料，营养丰富，味道鲜美，在我国已有两千多年的历史。它是用蛋白质原料（如豆饼、豆粕等）和淀粉质原料（如麸皮、面粉、小麦等），利用曲霉及其它微生物的共同发酵作用酿制而成的。

自製優格 (yogurt) 的方法 一公升鮮乳加熱至 75℃, 20分鐘 (滅菌) 降溫至 65℃, 加入 30 公克脫脂奶粉 (提高濃度) 混合均勻並快速降溫至 45℃ 接種一小罐市售優格 混合均勻, 分裝到有蓋容器內 45℃ 發酵 4~8 小時 (視凝固狀況與個人口味而定) 添加砂糖, 果醬, 或水果 置於 4℃ 冰箱內 至少隔夜後再食用, 口感較佳

德式酸泡菜(Sauerkraut)

德式酸泡菜(Sauerkraut) Transferring sauerkraut to the canning room at the old Frank Pure Food Co. in Franksville, WI – Oct., 1926

釀酒酵母與烘培麵製品

麵包的製造 靜置發酵 製作麵團與添加酵母 製作麵包 成品 烘培

果酒的釀製

生物技术与食品 8.1 生物技术与食品生产 8.1.3 酶与食品加工 食品加工业中应用的酶大部分是来自特定的微生物，60%属于蛋白质水解酶类，10%属于糖水解酶类，3%属于脂肪水解酶类，其余部分为较特殊的酶类。

食品加工业中的主要用酶 工业 酶 生物技术与食品 8.1.3 酶与食品加工 酿造 奶制品 面包 果蔬加工 淀粉和糖 8.1.3 酶与食品加工 食品加工业中的主要用酶 工业 酶 酿造 奶制品 面包 果蔬加工 淀粉和糖 α淀粉酶﹑β淀粉酶﹑蛋白酶﹑木聚糖酶﹑木瓜蛋白酶﹑淀粉转糖苷酶 动物/微生物凝乳酶﹑乳糖酶﹑脂酶﹑溶菌酶 α淀粉酶﹑木聚糖酶﹑蛋白酶﹑磷酸酯酶A和D﹑脂肪氧合酶 果胶酯酶﹑多聚半乳糖醛酸酶﹑果胶水解酶﹑半纤维素酶 α淀粉酶﹑β淀粉酶﹑淀粉葡萄糖苷酶﹑木聚糖酶﹑异构酶、支链淀粉酶﹑寡聚淀粉酶、纤维素酶

酶的用途 反应 酶 水解淀粉生产葡萄糖 淀粉+H2O → 葡萄糖 糖化酶α-淀粉酶 水解RNA生产 5'-IMP及5'-GMP • RNA+ H2O →5'-AMP+5'- GMP+5'- UMP+5' - CMP • 5'-AMP+ H2O →5'-AMP+NH3 • 磷酸二酯酶 • AMP 脱氨酶 用Plaste in 反应修饰蛋白质 肽 + 蛋氨酸乙酯 → 肽 - 蛋氨酸 木瓜酶 消除桔汁苦味 •  柚苷 + H2O → 鼠李糖 + 柚配质 -7- 葡糖苷 (2) 柚配质-7-葡糖苷 →葡萄糖+柚配质 • 柚苷酶 • 黄酮化合物糖苷酶 生产果葡糖浆 D-葡萄糖 →D-果糖 葡萄糖异构酶 增加甜菜糖收率 棉子糖 + H2O →半乳糖 + 蔗糖 蜜二糖酶 (α-半乳糖苷酶 ) 分解牛奶及乳清中乳糖 乳糖 + 水 →D-半乳糖 + 葡萄糖 β- 半乳糖苷酶 消除食品中残留 H2O2 H2O2+ H2O →O2+ 2 H2O 过氧化氢酶

分离鱼碎肉废水中油和蛋白质 蛋白质、油、聚丙烯酸钠、水→肽氨基酸、油聚丙烯酸 碱性蛋白酶 啤酒澄清 蛋白质 →肽 木瓜酶 桔子脱囊衣 半纤维素（高分子）→半纤维素（低分子） 粥化酶 改进谷物淀粉收率 淀粉、半纤维素、蛋白质（高分子） →淀粉、肽、半纤维素（低分子） 半纤维素酶、果胶酶 提高饲料效率 淀粉、半纤维素、纤维素 →肽、纤维、半纤维 生产干酪 酪素 →肽 内肽酶 生产干酪用脂肪酶增香 脂肪 →脂肪酸 脂肪酶 改良面团 淀粉 →糊精 α-淀粉酶 生产环糊精   环糊精葡萄糖转移酶 消除大豆腥臭 •  RCHO+NAD+ H2O → RCOOH+NADH •  RCHO+ H2O + O2→ RCOOH+ H2O2 • 醛脱氢酶 • 醛氧化酶 消除桔子汁柠碱 柠碱酶

酶在食品工业的应用 1、酶用于淀粉糖的生产     以淀粉为原料，经α-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶催化水解，得D-葡萄糖，将它通过固定化D-葡萄糖异构酶柱完成由D-葡萄糖至D-果糖的转化，再通过精制、浓缩等手段，即可得到不同种类的高果糖浆。 (图:酶将玉米或小麦等作物中的淀粉转化为糖)

一、乳酸菌 乳酸菌的概念及其分布 乳酸菌一词并非生物分类学名词，而是指能够利用发酵性糖类产生大量乳酸的一类微生物的统称。虽然有些霉菌也能产生大量乳酸，但以乳酸细菌为主要类群，因而通常将乳酸细菌之为乳酸菌。乳酸菌主要分布在： 乳杆菌属（Lactobacillus） 链球菌属（Streptococcus） 明串珠菌属（Leuconostoc） 片球菌属（Pediococcus） 双歧杆菌属（Bifidobacterium）

（七）乳酸菌在食品工业中的应用 在发酵食品行业中应用最广泛的是乳酸菌。经过乳酸菌发酵作用制成的食品称为乳酸发酵食品。随着科学研究的不断深入，逐步揭示了乳酸菌对人体健康有益作用的机理，因而，乳酸发酵食品更加受到人们的重视，在食品工业中占有越来越重要的地位。 1．发酵乳制品 （1）酸牛乳（Yoghurt） ①凝固型酸乳的生产 　　　　　　　　　　　　②搅拌型酸乳（纯酸奶）的生产 　　　　　　　　　　　　③饮料型酸乳（活性乳）的生产 （2）干酪（Cheese）。 （3) 酸性奶油 2．果蔬汁乳酸菌发酵饮料 3．益生菌制剂

8.1.4新型甜味剂 传统的和替代的甜味剂的甜度比较 产品 相对甜度 蔗糖 55%高果糖浆 Cyclamate 生物技术与食品 8.1 生物技术与食品生产 8.1.4新型甜味剂 传统的和替代的甜味剂的甜度比较 产品 相对甜度 蔗糖 55%高果糖浆 Cyclamate 安赛蜜(Acesulfame K) 阿斯巴甜(Aspartame) 糖精 天丙甲酯 Thaumatin蛋白 1.0 1.4 50 150 200 300~650 2000 3000

生物技术与食品 8.1 生物技术与食品生产 8.1.5其他食品添加剂 醋 食用有机酸 氨基酸和维生素 低聚糖 调味剂或调味增强剂

黄油增香     乳制品特有香味主要是加工时所产生的挥发性物质（如脂肪酸、醇、醛、酮、酯以及胺类等）所致。乳品加工时添加适量的脂肪酶可增加干酪和黄油的香味。将增香黄油用于奶糖、糕点等食品，可节约黄油用量，提高风味 婴儿奶粉 人奶与牛奶区别之一在于溶菌酶含量的不同。奶粉中添加卵清溶菌酶可防止婴儿肠道感染。

酶用于肉类和鱼类加工 （1）改善组织、嫩化肉类  牛肉：结缔组织和肌纤维中的胶原蛋白质及弹性蛋白质含量高。 交联键可分成耐热的和不耐热的两种。 幼动物胶原蛋白不耐热交联键多，加热即行破裂； 老动物的肉因耐热键多，烹煮时软化较难，肉质粗糙，难以烹调，口感亦差。 采用蛋白酶可以将肌肉结缔组织中胶原蛋白分解，从而使肉质嫩化。 作为嫩化剂的蛋白酶可以分为两类：最常用的一类是植物蛋白酶，另一类是微生物蛋白酶。

嫩化酶：巴婆树和番木瓜树上采来的叶子包裹肉在煮制时吸收植物的汁 半胱氨酸蛋白酶，木瓜蛋白酶 产生硬度的原因：①冷却太快而致冷收缩②成熟时间不够③过量的抗热结缔组织 植物蛋白酶和哺乳动物半胱氨酸蛋白酶有同源性，植物和动物是否有共同的古代基因？ 粗制：含有凝乳木瓜蛋白酶、番木瓜蛋白酶П（Ⅲ）和蛋白酶Ⅳ 采用的方法：撒粉、蘸、浸泡、混合、多针注射、血管泵注 英国牛肉产品大约2％死前注射，美国比例更高

酶用于果蔬加工 （1）水果罐头加工     制作桔子罐头时需除桔瓣囊衣，过去使用碱处理法，耗水量大，又费工时。现采用黑曲霉产生的半纤维素酶、果胶酶和纤维素酶的混合物，可很好地除去桔瓣囊衣，而避免上述缺点。桔子罐头常发白色浑浊，这是同桔肉中橙皮苷造成的。采用橙皮苷酶，可将橙皮苷水解成为水溶性的橙皮素，从而消除桔子罐头的白浊现象。桃果实含有红色花青素，罐藏时同金属离子作用而呈紫褐色。采用花青素酶处理桃酱、葡萄汁等，即可脱色而提高经济价值。这是因为花青素酶可以水解花青色素，使之变为无色物质。 （2）柑桔类脱苦     柑桔类脱苦问题历来是果品加工中的一大问题。桔子中的柠檬苦素是引起桔汁产生苦味的原因，利用球形节杆菌固定化细胞的柠檬酶处理即可消除苦味。

利用生物技术，特别是发酵工程技术生产食品添加剂 生物技术与食品 8.1.5 其他食品添加剂 利用生物技术，特别是发酵工程技术生产食品添加剂 甜味剂中的木糖醇、甘露糖醇、阿拉伯糖醇、甜味多肽等； 酸味剂中的L-苹果酸、L-琥珀酸等； 氨基酸中各种必需氨基酸； 增稠剂中的黄原胶、普鱼兰、茁霉多糖、热凝性多糖等； 风味剂中的多种核苷酸、琥珀酸钠、香茅醇、双乙酰； 芳香剂中的脂肪酸酯、异丁醇等； 色素中的类胡萝卜素、红曲色素、虾青素、番茄红素等； 维生素中的维生素C、维生素B12、核黄素、肉碱； 生物活性添加剂中的各种保键活菌、活性多肽等 防腐剂中的乳链菌肽、杀菌肽、爪蟾抗菌肽、防御素等。

生物技术与食品 8.1 生物技术与食品生产 8.1.6转基因食品 基因工程的应用

通过转基因技术制造有利于人类健康的食品或有效因子。 生物技术与食品 8.1.6 转基因食品 基因工程的应用 即以DNA重组技术或克隆技术为手段，实现动物、植物、微生物的基因转移或DNA重组，以改良食品原料或食品微生物。如利用基因工程技术改良食品加工的原料、改良微生物菌种的性能、生产酶制剂、生产保健食品的有效成分等。 通过转基因技术制造有利于人类健康的食品或有效因子。 如低胆固醇肉猪、低胆固醇蛋和高特种微量元素蛋、人类血液代用品、高异黄酮大豆、高胡萝卜素稻米等。

选育和推广适宜贮藏加工的品种，以便向食品、医药行业提供更多易贮藏的工业原料； 生物技术与食品 8.1 生物技术与食品生产 8.1.7在农副产品深加工和综合利用方面的应用 选育和推广适宜贮藏加工的品种，以便向食品、医药行业提供更多易贮藏的工业原料； 玉米的深加工和综合利用，为现有或有待开发的新产品提供充足的原料； 肉、奶、水产品的加工利用和肉类保鲜方面，提高综合品质以及瘦肉、嫩肉和肥肉的综合利用；还有发酵乳制品、双歧杆菌发酵乳等新产品；分离提取水产品中有效成分，不断推出保健制品和药物制品； 绿色食品添加剂的研制与开发，重点在防腐、抗氧化、保鲜、强化、复合添加剂等方面； 麦秸、稻草、豆秸、木屑、枝叶、玉米秆、薯蔓等植物纤维素资源，通过生物转化，生产一些重要的生物产品。

8.2 生物技术与食品包装 8.2.1酶工程在食品包装中的应用 葡萄糖氧化酶 溶菌酶 转谷氨酰胺酶 8.2.2基因工程在食品包装中的应用 8 生物技术与食品 8.2 生物技术与食品包装 8.2.1酶工程在食品包装中的应用 葡萄糖氧化酶 溶菌酶 转谷氨酰胺酶 8.2.2基因工程在食品包装中的应用 PHA PHB

生物技术与食品 8.2 生物技术与食品包装 8.2.3包装检测指示剂在食品包装中的应用 8.2.4生物信息技术在包装 检测中的应用

利用生物技术制造一种有利于食品保质的环境 生物技术与食品 8.2 生物技术与食品包装 利用生物技术制造一种有利于食品保质的环境 如葡萄糖氧化酶能除O2，延长食品的保鲜期，保持食品色、香、味的稳定性，被应用于茶叶、冰淇淋、奶粉、罐头等产品的除氧包装； 溶菌酶能消除有害微物生的繁殖，而让某些有益菌得以繁殖，被广泛应用于清酒、乳制品、水产品、香肠、奶油、生面条等食品中以延长保鲜期。 利用生物技术制造有特殊功能的包装材料 包装纸、包装膜中加入生物酶,使其具有抗氧化、杀菌、延长食品反应速度等。 利用生物技术改变食物贮藏方式和贮藏期 如利用基因工程技术生产耐贮番茄等，延长货架期。

8.3 生物技术与食品检测 8.3.1免疫学技术的应用 8.3.2分子生物学技术的应用 8.3.3生物传感器技术的应用 生物技术与食品 8 生物技术与食品 8.3 生物技术与食品检测 8.3.1免疫学技术的应用 8.3.2分子生物学技术的应用 8.3.3生物传感器技术的应用

建立食品的质量检测方法，处理食品工业废水等 如用固定化酶技术制备酶电极、酶试纸，可以快速简便地检测食品中的化学成分。 生物技术与食品 8.3 生物技术与食品检测 建立食品的质量检测方法，处理食品工业废水等 如用固定化酶技术制备酶电极、酶试纸，可以快速简便地检测食品中的化学成分。 利用基因工程的DNA指纹技术可以鉴定食品原料和终端产品是否掺假，检测谷物、坚果、牛奶中是否含有微量毒素。 利用PCR技术可迅速检测是否为转基因食品。 利用生物转化、厌氧发酵等方法处理食品工业废水，使BOD、COD大大降低，达标排放。

生物技术与食品 8 生物技术与食品 8.4 转基因食品的检测 8.4.1转基因食品的PCR检测 聚合酶链反应(PCR)技术应用于转基因食品的检测，其敏感、快速、简便的特点是其他检测技术所无法比拟的。

转基因食品也可以通过转基因的表达产物——蛋白质进行检测，ELISA方法是检测转基因作物中的重组蛋白产物的常用方法。 生物技术与食品 8.4 转基因食品的检测 8.4.2转基因食品的ELISA检测 转基因食品也可以通过转基因的表达产物——蛋白质进行检测，ELISA方法是检测转基因作物中的重组蛋白产物的常用方法。

基因芯片具有高通量且能并行检测的优点, 仅靠一个实验就能筛选出大量的各种转基因食品, 被认为是最具潜力的检测手段之一。 生物技术与食品 8.4 转基因食品的检测 8.4.3转基因食品的生物芯片检测 基因芯片具有高通量且能并行检测的优点, 仅靠一个实验就能筛选出大量的各种转基因食品, 被认为是最具潜力的检测手段之一。

8.5 生物技术与未来食品工业 8.5.1新时代食品工业呈现的新特点 食品生产模式发生“绿色位移” 食品加工“重心前移” 生物技术与食品 8 生物技术与食品 8.5 生物技术与未来食品工业 8.5.1新时代食品工业呈现的新特点 食品生产模式发生“绿色位移” 食品加工“重心前移” “食品安全”的内涵发生变化 食品产业实现综合利用和零排放

大力开发食品添加剂新品种 8.5.2现代生物技术在未来食品工业上的应用 生物技术与食品 8.5 生物技术与未来食品工业 8.5.2现代生物技术在未来食品工业上的应用 大力开发食品添加剂新品种 根据国际上对食品添加剂的要求，今后要从两个方面加大开发的力度， 用生物法代替化学合成的食品添加剂，迫切需要开发的有保鲜剂、香精香料、防腐剂、天然色素等。 要大力开发功能性食品添加剂，如具有免疫调节、延缓衰老、抗疲劳、耐缺氧、抗辐射、调节血脂、调整肠胃功能性组分。

生物技术与食品 8.5.2现代生物技术在未来食品工业上的应用 发展微生物的保健食品 微生物食品有着悠久的历史，酱油、食醋、饮料、酒、蘑菇等属于这个领域，它们与双歧杆菌饮料、酵母片剂、发酵乳制品等微生物医疗保健品一样，有着巨大的发展潜力。利用微生物生产食品具有独特的特点，繁殖过程快，在一定条件下可大规模生产，要求营养物质简单。食用菌的投入与产出比高于其他经济作物，食用菌不仅营养丰富，还含有许多保健功能成分，应大力发展食用菌保健食品。

生物技术与食品 8.5.2现代生物技术在未来食品工业上的应用 螺旋藻食品 螺旋藻是世界是最早的海洋天然藻类生物，富含人体所需18种氨基酸，54种微量元素，多种维生素及亚麻酸、亚油酸和多种天然藻类蛋白质，是人和动物理想的纯天然的优质蛋白质食品。联合国粮农组织已将螺旋藻列入21世纪人类食品资源开发计划，我国也将螺旋藻的研发列为工作重点。

生物技术与食品 8.5.2现代生物技术在未来食品工业上的应用 开发某些虫类高蛋白食品 昆虫蛋白质也是优质的新食物源，如中华稻蝗的蛋白质含量占虫体干重的73.5％，其氨基酸组成与鸡蛋蛋白相似被称为完全蛋白。还有蟋蟀、蝉、蝴蝶、蚂蚁的蛋白质分别占干重的75%、72％、71%和67％，都具有食用价值，完全可以开发。苍蝇的幼虫（蛆）富含62％左右的蛋白质及各种氨基酸，从蛆壳中还可以提取纯度很高的几丁质。可以说，昆虫食物是人类较为理想的高营养食品，有望成为人类重要的保健食物来源，利用生物技术开发昆虫类高蛋白食品具有广阔的前景。

生物技术与食品 8.5.2现代生物技术在未来食品工业上的应用 展望21世纪食品的发展，未来生物技术不仅有助于实现食品的多样化，而且有助于生产特定的营养保健食品，进而治病健身。在与环境协调方面，生物技术还有助于食品工业的可持续发展。

复习思考题 什么是单细胞蛋白？简述它的几种来源。 举例说明食品发酵的用途。 谈谈现代生物技术在食品包装上的应用。 生物技术与食品 8 生物技术与食品 复习思考题 什么是单细胞蛋白？简述它的几种来源。 举例说明食品发酵的用途。 谈谈现代生物技术在食品包装上的应用。 食品检测中生物技术的应用有哪些？ 你对转基因食品有什么看法？ 谈谈现代生物技术在食品工业上的应用和发展趋势。

生物技术与食品 8 生物技术与食品 主要参考文献 陈新等. 2004.包装信息技术应用研究.包装工程. 25(6):116～117 段葆兰. 1997.微生物技术在商业食品工业中的应用.食品科学. 18（8）：18～22 洪葵. 1996.免疫学技术及其在食品中的应用.食品科学. 17（12）：3～6 黄惠芝等. 2000.葡萄糖氧化酶延长啤酒保鲜期的研究.中国食品卫生杂志. 12(3):13～15 孔庆学等. 2003.生物技术与未来食品工业.天津农学院学报. 2: 37～40 刘兆庆等. 2004.生物技术与食品工业发展的影响.农产品加工. 9: 29 罗梅兰等. 2006.生物检测技术在食品检验中的应用.食品与机械. 22（2）：95～104 罗明典. 2001.现代生物技术及其产业化.上海：复旦大学出版社. 彭海萍. 2003.利用酶法修饰小麦面筋蛋白制备食用包装膜研究.粮食与油脂. 6:3～5　 蒲海燕等. 2005.生物芯片及其在食品中的应用.食品工业.(1):55～57 宋贤良等. 2002.国内外食品生物技术研究进展.粮食与油脂. 6：32～34 孙秀兰等.2003.生物芯片技术与食品分析.生物技术通报.4:22～25