發(fā)酵工業(yè)原料及其處理課件

第四章發(fā)酵工業(yè)原料及其處理培養(yǎng)基及其制備發(fā)酵工程的流程空氣空氣凈化處理保藏菌種斜面活化擴(kuò)大培養(yǎng)種子罐發(fā)酵罐培養(yǎng)基制備滅菌滅菌產(chǎn)物分離純化成品原料預(yù)處理1)都必須含有作為合成細(xì)胞組成的原料。2)滿足一般生化反應(yīng)的基本條件，如碳源、氮源、無機(jī)鹽、生長因子；3)一定的pH等條件。4）工業(yè)生產(chǎn)培養(yǎng)基所用的原材料必須來源豐富、價格低廉、質(zhì)量穩(wěn)定。培養(yǎng)基基本要求：第一節(jié)培養(yǎng)基的成分及來源一、碳源二、氮源三、無機(jī)鹽及微量元素四、生長因子四、前體、促進(jìn)劑和抑制劑工業(yè)微生物絕大部分都是異養(yǎng)型微生物，它需要碳水化合物、蛋白質(zhì)和前體等物質(zhì)提供能量和構(gòu)成特定產(chǎn)物的需要。一、碳源常用碳源：糖類、油脂、有機(jī)酸和低碳醇。各種菌種對不同碳源的利用速率和效率不一樣。

葡萄糖：

最易利用，是加速生長的有效的糖。但過多會過分加速菌體呼吸，以致溶解氧不能滿足需要，使一些中間代謝物積累，pH下降，影響微生物生長和產(chǎn)物合成。一、碳源一、碳源糖蜜：甘蔗糖蜜是以甘蔗為原料，經(jīng)過壓榨，其蔗汁在經(jīng)過澄清、凈化、過濾處理后，蒸發(fā)濃縮、結(jié)晶及助晶、離心分離出來的褐色濃稠的液體，其中含有較大量的蔗糖和轉(zhuǎn)化糖。糖蜜常用在酵母和丙酮丁醇的生產(chǎn)中，抗生素等微生物工業(yè)也常用它作碳源。酒精生產(chǎn)中若用糖蜜代甘薯粉，可省去蒸煮、制曲、糖化等過程，簡化了工藝。

需經(jīng)胞外酶水解成單糖后再被吸收利用;常用的淀粉為玉米、小麥、甘薯、馬鈴薯、木薯淀粉。有機(jī)酸：乳酸、檸檬酸、乙酸等有機(jī)酸或它的鹽也能作碳源。有機(jī)酸的利用常會使pH上升，尤其是有機(jī)酸鹽氧化時，常伴隨著堿性物質(zhì)的產(chǎn)生。不同碳源在氧化時，對pH的影響各不相同。一、碳源正烷烴：已用于有機(jī)酸、氨基酸、維生素、抗生素和酶制劑的發(fā)酵。甲醇、乙醇：已作為生產(chǎn)SCP的碳源。近年來國外用乙醇代糧發(fā)酵的工藝發(fā)展也十分迅速，菌體得率比葡萄糖等還高。一、碳源二、氮源有機(jī)氮源無機(jī)氮源有機(jī)氮源和無機(jī)氮源應(yīng)當(dāng)混合使用早期：容易利用易同化的氮源—無機(jī)氮源中期：菌體的代謝酶系已形成、則利用蛋白質(zhì)

常用：花生餅粉、黃豆餅粉、棉子餅粉、玉米漿、玉米蛋白粉、蛋白陳、酵母粉、魚粉、蠶蛹粉、尿素、廢菌絲體和酒糟等。它們在微生物分泌的蛋白酶作用下，水解成氨基酸，被吸收后再進(jìn)一步分解代謝。有機(jī)氮源有機(jī)氮源成分復(fù)雜：除提供氮源外，有些有機(jī)氮源還提供大量的無機(jī)鹽及生長因子。例玉米漿：可溶性蛋白、生長因子（生物素）、苯乙酸較多的乳酸硫、磷、微量元素等

磷酸肌醇

尿素：常用有機(jī)氮源，但它成分單一，不具有上述有機(jī)氮源的特點(diǎn)。在青霉素、谷氨酸等生產(chǎn)中也常被采用。尤其是在谷氨酸生產(chǎn)中，尿素可提高谷氨酸的生產(chǎn)。有機(jī)氮源有的還是產(chǎn)物的前體。有機(jī)氮源常用的有：銨鹽、硝酸鹽和氨水等。無機(jī)氮源的迅速利用會引起pH的變化。生理酸性物質(zhì)：硫酸銨。生理堿性物質(zhì)：如硝酸鈉。正確使用生理酸堿性物質(zhì)，對穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)酵過程的pH有積極作用。無機(jī)氮源速效氮源常對培養(yǎng)液pH產(chǎn)生影響(NH4)SO4

2NH3+H2SO4NaNO3+4H2NH3+2H2O+NaOH

反應(yīng)中所產(chǎn)生的NH3被菌體作為氮源利用后，培養(yǎng)液中就留下了酸性或堿性物質(zhì)。

在常用的無機(jī)氮中，硫酸銨被菌體利用后會使培養(yǎng)液的pH下降，為生理酸性物質(zhì)；硝酸鈉被同化時則引起培養(yǎng)液pH上升，為生理堿性物質(zhì)。氨水：在發(fā)酵中除可以調(diào)節(jié)pH外，它也是一種容易被利用的氮源，在許多抗生素的生產(chǎn)中得到普遍使用。氨水因堿性較強(qiáng)，因此使用時要防止局部過堿，加強(qiáng)攪拌，并少量多次地加入。另外在氨水中還含有多種嗜堿性微生物，因此在使用前應(yīng)用石棉等過濾介質(zhì)進(jìn)行除菌過濾。無機(jī)氮源三、無機(jī)鹽及微量元素鎂、磷、鉀、硫、鈣和氯等常以鹽的形式加入:例如：硫酸鎂、磷酸二氫鉀、磷酸二鉀、碳酸鈣、氯化鉀等。三、無機(jī)鹽及微量元素

鈷、銅、鐵、錳、鋅、銅等微量元素，除了合成培養(yǎng)基外，一般不再另外單獨(dú)加入。但有些發(fā)酵上業(yè)中也有單獨(dú)加入微量元素：

例如：生產(chǎn)維生素B12，因鈷是組成成分，因此需要加入氯化鈷。三、無機(jī)鹽及微量元素

例2、鏈霉素、土霉素、新生霉素、檸檬酸等都受到磷濃度的影響。許多次級代謝過程對磷酸鹽的承受限度比生長繁殖過程低，必須嚴(yán)格控制。但也有一些產(chǎn)物要求磷酸鹽濃度高些。

例如：淀粉酶，添加超過菌體生長所需要的磷酸鹽濃度，則能顯著增加產(chǎn)量。三、無機(jī)鹽及微量元素鈣：能控制細(xì)胞透性。常用碳酸鈣，能與代謝產(chǎn)生的酸起反應(yīng)，對pH有一定的調(diào)節(jié)作用。配制培養(yǎng)基時，要先將培養(yǎng)基用堿調(diào)到中性，才能將碳酸鈣加入。三、無機(jī)鹽及微量元素三、無機(jī)鹽及微量元素

鈣：培養(yǎng)基中鈣鹽過多時，會形成磷酸鈣沉淀，降低了培養(yǎng)基中可溶性磷的含量。因此，當(dāng)培養(yǎng)基中磷和鈣均要求較高濃度時，可將二者分別消毒或逐漸補(bǔ)加。鎂：

除葉綠素，不參與細(xì)胞的組成。酶激活劑，影響基質(zhì)氧化與蛋白質(zhì)合成。常以硫酸鎂加入，堿性溶液中會生成氫氧化鎂沉淀，配料時要注意。三、無機(jī)鹽及微量元素硫：硫是含硫氨基酸的成分和某些輔酶的活性基，如輔酶A、硫辛酸和谷胱甘肽等。在某些產(chǎn)物中硫是組成元素。在其生產(chǎn)培養(yǎng)基中，需要加入硫酸鈉或硫代硫酸鈉等含硫化合物作硫源。三、無機(jī)鹽及微量元素

鐵：

是細(xì)胞色素、細(xì)胞色素氧化酶和過氧化氫酶的成分，是菌體有氧氧化必不可少的元素。鐵制發(fā)酵罐內(nèi)的溶液即使不加任何含鐵化合物，其鐵離子濃度已達(dá)30ug/ml。一些天然培養(yǎng)基的原料中也含有鐵，所以在一般發(fā)酵培養(yǎng)基中不再加入含鐵化合物。三、無機(jī)鹽及微量元素

鐵：

有些產(chǎn)品對鐵很敏感：

例1：青霉素要求最適鐵含量在20ug/ml以下。

例2：檸檬酸生產(chǎn)中，鐵離子會激活順烏頭酸酶，使檸檬酸進(jìn)一步代謝為異檸檬酸，據(jù)報導(dǎo)在無鐵培養(yǎng)基中產(chǎn)酸率可比含鐵培養(yǎng)基提高近3倍。

例3：生產(chǎn)啤酒時，糖化用水若鐵離子濃度高，就會降低酵母發(fā)酵活力。三、無機(jī)鹽及微量元素鐵：

新發(fā)酵罐往往會造成培養(yǎng)基鐵離子濃度過高，所以要加以處理。

處理方法：罐內(nèi)壁涂生漆或耐熱環(huán)氧樹脂，以防止鐵離子脫落。三、無機(jī)鹽及微量元素氯：一般不具營養(yǎng)作用，但嗜鹽菌除外。在含氯產(chǎn)物發(fā)酵中，除從原料和水中帶入的氯外，還需加入約0.1%氯化鉀以補(bǔ)充氯離子。啤酒糖化時，氯離子在20-60mg/l內(nèi)，能賦于啤酒口味柔和，并對酶和酵母的活性有促進(jìn)作用。但氯含量過高會引起酵母早衰，使啤酒帶有咸味。三、無機(jī)鹽及微量元素鈉：與維持細(xì)胞滲透壓有關(guān)，故在培養(yǎng)基中常加入少量鈉鹽，但用量不能過；否則會影響生長。三、無機(jī)鹽及微量元素鉀：與細(xì)胞滲透壓和透性有關(guān)，是許多酶的激活劑，能促進(jìn)糖代謝。在谷氨酸發(fā)酵中，菌體生長時需要鉀離子約0.01%，生產(chǎn)谷氨酸時需要約為0.02-0.1%(以硫酸鉀計(jì))。三、無機(jī)鹽及微量元素

四、生長因子概念：微生物生長不可缺少的微量有機(jī)物質(zhì)。類別：維生素、氨基酸、嘌呤嘧啶及其衍生物

不是所有微生物都必需的，只是對于某些自己不能合成這些成分的微生物才是必不可少的營養(yǎng)物質(zhì)。如以糖質(zhì)原料為碳源的谷氨酸生產(chǎn)菌均為生物素缺陷型，以生物素為生長因子。又如目前所使用的賴氨酸產(chǎn)生菌幾乎都是谷氨酸產(chǎn)生菌的各種突變株，均為生物素缺陷型，同時也是某些氨基酸如高絲氨酸的缺陷型，需要生物素和某些氨基酸作為生長因子。

四、生長因子提供生長因子的農(nóng)副產(chǎn)品原料1）玉米漿

用亞硫酸浸泡玉米而得的浸泡液的濃縮液，也是玉米淀粉生產(chǎn)的副產(chǎn)品

雖然主要用作氮源，但它含有豐富的氨基酸、核酸、維生素、無機(jī)鹽等，常用作為提供生長因子的物質(zhì)。2）麩皮水解液可代替玉米漿，蛋白質(zhì)、氨基酸等營養(yǎng)成分比玉米漿少。用量一般為1%（以干麩皮計(jì)）左右水解條件：以干麩皮：水：HCl=4.6:26:1配比混合，裝入水解鍋中以0.07～0.08MPa表壓加熱水解70～80min。以干麩皮：水=1：20，用鹽酸調(diào)pH值1.0，以0.25MPa表壓加熱水解20min。然后過濾取濾液。3）糖蜜

甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜均可代替玉米漿，但氨基酸等有機(jī)氮含量較低

甘蔗糖蜜用量為0.1%～0.4%4)酵母:酵母膏、酵母浸出液、酵母粉5）其他;牛肉膏、蛋白胨、動物心、肝等組織浸液等都含有豐富的生長因子五、前體、促進(jìn)劑和抑制劑前體

指某些化合物加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中，能直接被微生物在生物合成過程中能直接結(jié)合到產(chǎn)物中，而自身結(jié)構(gòu)沒有多大變化，但是產(chǎn)物產(chǎn)量卻有較大提高。青霉素：分子量356苯乙酸:分子量136五、前體、促進(jìn)劑和抑制劑前體青霉素生產(chǎn)中，加入玉米漿，產(chǎn)量增加，原因是玉米漿含有苯乙胺，被優(yōu)先結(jié)合到青霉素分子中去。有些前體濃度過高時對菌體有毒性。此外，菌體還能分解前體，且前體相對價格較高，添加過多，容易引起揮發(fā)和氧化，因此常采用少量多次地加入。五、前體、促進(jìn)劑和抑制劑前體

產(chǎn)品前體青霉素G青霉素V金霉素灰黃霉素紅霉素核黃素類胡蘿卜素L-異亮氨酸L-色氨酸L-絲氨酸苯乙酸及其衍生物苯氧乙酸氯化物氯化物正丙醇丙酸鹽-紫羅酮-氨基丁酸鄰氨基苯甲酸甘氨酸抑制劑：會抑制某些代謝途徑的進(jìn)行，同時會使另一代謝途徑活躍，從而獲得人們所需的某種產(chǎn)物，或使正常代謝的某一代謝中間物積累起來。五、前體、促進(jìn)劑和抑制劑舉例：微生物發(fā)酵生產(chǎn)甘油。在發(fā)酵液中加入亞硫酸氫鈉，它與代謝中產(chǎn)生的乙醛生成加成物，使乙醇的產(chǎn)生受阻CH3CHO+NaHSO3→CH3CHOH-OSO3Na乙醛不能成受氫體，而使NADH在細(xì)胞中積累五、前體、促進(jìn)劑和抑制劑抑制劑

G

ATPADP6-P-G

6-P-F

1，6-二磷酸-果糖

2*3-磷酸-甘油醛2*NAD+2*乙醇（CH3CH2OH）

2*NADH+H+

2*1，3-二磷酸-甘油酸2*ADP

2*乙醛（氫受體）

（CH3CHO）

2*ATP2*3-P-甘油酸2*丙酮酸

2*ATP2*2-P-甘油酸2*磷酸烯醇式丙酮酸2*ADP

EMP途徑

乙醇發(fā)酵PiATPADPCO2乙醇脫氫酶NADH在細(xì)胞中積累，激活３-磷酸甘油脫氫酶的活性，使磷酸二羥基丙酮作為NADH的受氫體，而還原為３-磷酸甘油酸，再甘油激酶催化形成甘油。產(chǎn)物被抑制的產(chǎn)物抑制劑鏈霉素去甲鏈霉素四環(huán)素去甲金霉素頭孢霉素C利福霉素B甘露糖鏈霉素鏈霉素金霉素金霉素頭孢霉素N其他利福霉素甘露聚糖乙硫氨酸溴化物、硫脲硫磺化合物、乙硫氨酸L-蛋氨酸巴比妥藥物某些代謝產(chǎn)物的抑制劑五、前體、促進(jìn)劑和抑制劑亞硫酸氫納是乙醇代謝的抑制劑，促使甘油形成。亞硫酸鈉也是乙醇代謝的抑制劑溴化劑能抑制金霉素形成的代謝途徑，促使四環(huán)素的生成。抑制劑促進(jìn)劑

指那些既不是營養(yǎng)物又不是前體，但卻能提高產(chǎn)量的添加劑。五、前體、促進(jìn)劑和抑制劑加巴比妥鹽能使利福霉素單位增加，并能使鏈霉菌推遲自溶，延長分泌期。加酵母甘露聚糖可誘導(dǎo)甘露糖苷酶的產(chǎn)生，促使甘露糖鏈霉素轉(zhuǎn)化為鏈霉素?？刂粕锼氐募尤肓浚梢源龠M(jìn)谷氨酸從細(xì)胞內(nèi)分泌到細(xì)胞外。加聚乙烯醇衍生物可防止菌絲結(jié)球，提高糖化酶的產(chǎn)量。舉例：五、前體、促進(jìn)劑和抑制劑促進(jìn)劑

添加劑酶微生物酶活力增加倍數(shù)Tween(0.1%)大豆酒精提取物（2%）植酸質(zhì)（0.01%-0.3%)洗凈劑LS(0.1%)聚乙烯醇苯乙醇(0.05%)醋酸+維生素纖維素酶蔗糖酶-葡聚糖酶木聚糖酶淀粉酶脂酶右旋糖酐酶普魯蘭酶蛋白酶脂肪酶蛋白酶蛋白酶糖化酶纖維素酶纖維素酶許多真菌許多真菌許多真菌許多真菌許多真菌許多真菌繩狀青霉產(chǎn)氣桿菌米曲霉泡盛曲霉曲霉、桔青霉等棲土曲霉筋狀擬內(nèi)胞霉真菌綠色毛霉201610446201.52.872.502-41.61.24.42各種促進(jìn)劑對產(chǎn)酶的促進(jìn)作用促進(jìn)劑提高產(chǎn)量的機(jī)制還不完全清楚，其原因是多方面的。

各種促進(jìn)劑的效果除受菌種、菌齡的影響外，還與所用的培養(yǎng)基組成有關(guān)，即使是同一種促進(jìn)劑，用同一菌株，生產(chǎn)同一產(chǎn)物，在使用不同的培養(yǎng)基時效果也會不一樣。如在酶制劑生產(chǎn)中，有些促進(jìn)劑本身是酶的誘導(dǎo)物；有些促進(jìn)劑是表面活性劑，可改善細(xì)胞的透性，改善細(xì)胞與氧的接觸從而促進(jìn)酶的分泌與生產(chǎn)，也有人認(rèn)為表面活性劑對酶的表面失活有保護(hù)作用；有些促進(jìn)劑的作用是沉淀或鰲合有害的金屬離子。第二節(jié)培養(yǎng)基的類型及選擇一、培養(yǎng)基的類型二、培養(yǎng)基成分和配比的選擇一、培養(yǎng)基的類型（一）按成分合成培養(yǎng)基:原料其化學(xué)成分明確、穩(wěn)定

適合于研究菌種基本代謝和過程的物質(zhì)變化規(guī)律

培養(yǎng)基營養(yǎng)單一，價格較高，不適合用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)

天然培養(yǎng)基:采用天然原料

原料來源豐富(大多為農(nóng)副產(chǎn)品)、營養(yǎng)豐富，價格低廉、適于工業(yè)化生產(chǎn)

組分復(fù)雜，不易重復(fù)，不加控制會影響生產(chǎn)穩(wěn)定性

M培養(yǎng)基(1L)：Na2HPO46g，KH2PO43g，NaCl0.5g，NH4Cl1g，MgSO4.7H2O0.5g，CaCl20.011g，葡萄糖2-10,pH7.0YPS培養(yǎng)基：酪蛋白胨（日本大五營養(yǎng)）10g，酵母提取物（英國Oxoid）5g,NaCl10g，PH7.2培養(yǎng)大腸桿菌常用兩種培養(yǎng)基（二）按狀態(tài)1、固體培養(yǎng)基：

適于菌種和孢子培養(yǎng)和保存，也廣泛應(yīng)用于有子實(shí)體的真菌類。近年來由于機(jī)械化程度的提高，在發(fā)酵工業(yè)上又開始應(yīng)用固體培養(yǎng)基進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，其組分常用麩皮、大米、小米、木屑、禾殼等，有的還另加其他營養(yǎng)成分。一、培養(yǎng)基的類型（二）按狀態(tài)2、半固體培養(yǎng)基：

即在配好的液體培養(yǎng)基中加入少量瓊脂，一般用量為0.5-0.8%，培養(yǎng)基即呈半固體狀態(tài)。主要用于：鑒定菌種，觀察細(xì)菌運(yùn)動特征及噬菌體的效價滴定等。一、培養(yǎng)基的類型（二）按狀態(tài)3、液體培養(yǎng)基：

80-90%是水，內(nèi)含可溶或不溶營養(yǎng)成分，是發(fā)酵工業(yè)大規(guī)模使用的培養(yǎng)基，它有利于氧和物質(zhì)傳遞。一、培養(yǎng)基的類型一、培養(yǎng)基的類型（三）按用途1、孢子培養(yǎng)基2、種子培養(yǎng)基3、發(fā)酵培養(yǎng)基供菌種繁殖孢子用，常用固體培養(yǎng)基。

要求：能使菌體迅速生長，產(chǎn)生較多優(yōu)質(zhì)的孢子，不易引起菌種發(fā)生變異。

1、孢子培養(yǎng)基基本配制要求：第一，營養(yǎng)不要太豐富(特別是有機(jī)氮源)，否則不易產(chǎn)孢子。第二，所用無機(jī)鹽的濃度要適量，不然也會影響孢子產(chǎn)量和顏色。第三，要注意孢子培養(yǎng)基的pH和濕度。

1、孢子培養(yǎng)基常用的孢子培養(yǎng)基有：

麩皮培養(yǎng)基、小米培養(yǎng)基、大米培養(yǎng)基、玉米碎屑培養(yǎng)基和用葡萄糠、蛋白陳、牛肉膏、食鹽等配制成的瓊脂斜面培養(yǎng)基。大米和小米常用作霉菌孢子培養(yǎng)基，因?yàn)樗鼈兒?，疏松、表面積大，所以是較好孢子培養(yǎng)基。1、孢子培養(yǎng)基供孢子發(fā)芽、生長和繁殖菌絲體。

要求：營養(yǎng)豐富完全，氮源和維生素的含量高些，總濃度略稀薄，以達(dá)到較高溶解氧。

2、種子培養(yǎng)基

2、種子培養(yǎng)基一般要天然有機(jī)氮源，因?yàn)橛行┌被崮艽碳ゆ咦影l(fā)芽。但無機(jī)氮源容易利用，有利于菌體迅速生長，所以常包括有機(jī)及無機(jī)氮源。最后一級的種子培養(yǎng)基最好能較接近發(fā)酵培養(yǎng)基，這樣可使種子迅速適應(yīng)，快速生長。是供菌種生長、繁殖和合成產(chǎn)物之用。既要迅速生長、又要能迅速合成產(chǎn)物。除有生長所必需的元素和化合物外，還要有產(chǎn)物所需元素、前體和促進(jìn)劑。3、發(fā)酵培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基選擇的應(yīng)遵循的原則：

1、提供合成微生物細(xì)胞和發(fā)酵產(chǎn)物的基本成分.2、有利于提高培養(yǎng)基中產(chǎn)物的濃度，以提高單位容積發(fā)酵罐的生產(chǎn)能力。3、有利于提高產(chǎn)物的合成速度，縮短發(fā)酵周期.

Ｔ3、發(fā)酵培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基選擇的應(yīng)遵循的原則：

4、盡量減少副產(chǎn)物的形成，便于產(chǎn)物的分離純化5、原料價格低廉，質(zhì)量穩(wěn)定，取材容易。6、所用原料盡可能減少對發(fā)酵過程中通氣攪拌的影響，利于提高氧的利用率降低能耗。有利于產(chǎn)品的分離和純化，并盡可能減少產(chǎn)生“三廢”的物質(zhì)。3、發(fā)酵培養(yǎng)基3、發(fā)酵培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基選擇的應(yīng)遵循的原則：

7、生長和合成產(chǎn)物需要的總的碳源、氮源、磷源等的濃度太高，或兩階段各需的最佳條件不同時，則考慮分批撲料。還要考慮配比、滲透壓、PH、氧化還原等因素。二、培養(yǎng)基成分和配比的選擇

培養(yǎng)基的組分、來源、加工方法、配比，緩沖能力，粘度，消毒是否易徹底，消毒對營養(yǎng)破壞程度、雜質(zhì)的含量都對菌體生長和產(chǎn)物形成有影響。

注意事項(xiàng)：1、要注意快速利用的碳(氮)源和慢速利用的碳(氮)源的相互配比。2、選用適當(dāng)?shù)奶嫉取?、要注意生理酸、堿性鹽和pH緩沖劑的加入和搭配。確定最佳成分組成確定各成分的最佳配比確定最佳pH

確定最佳配制工藝培養(yǎng)基設(shè)計(jì)與優(yōu)化的任務(wù)培養(yǎng)基組成（包括原料來源與加工方法）配比緩沖能力黏度消毒是否徹底消毒對營養(yǎng)的破壞程度原料的雜質(zhì)培養(yǎng)基中影響菌體生長和產(chǎn)物形成的因素：第三節(jié)淀粉水解糖的制備淀粉水解制糖的意義淀粉水解糖的制備方法及原理大多數(shù)微生物不能直接利用淀粉（所有的氨基酸生產(chǎn)菌不能直接利用）有些微生物能夠直接利用淀粉作原料，但必須在微生物產(chǎn)生淀粉酶后才能進(jìn)行，過程緩慢，發(fā)酵周期延長。若直接利用淀粉作原料，滅菌過程的高溫會導(dǎo)致淀粉結(jié)塊，發(fā)酵液粘度劇增。淀粉水解制糖的意義淀粉水解制糖的意義因此，在發(fā)酵生產(chǎn)之前，必須將淀粉水解為葡萄糖，才能供發(fā)酵使用。在工業(yè)生產(chǎn)中，將淀粉水解為葡萄糖的過程稱淀粉的糖化，制得的溶液叫淀粉水解糖。

淀粉通常以顆粒狀態(tài)存在，顆粒大小隨不同淀粉而異

谷類淀粉顆粒較小，如大米淀粉顆粒直徑3-8um薯類淀粉顆粒較大，如木薯淀粉5-35umPotatostarchWheatstarch直鏈淀粉100-60000-1，4糖苷鍵-1，4糖苷鍵-1，6糖苷鍵支鏈淀粉1000-3000000普通谷物和薯類淀粉含直鏈淀粉17%-27%，其余為支鏈淀粉；粘玉米、糯米全部為支鏈淀粉淀粉水解糖的制備方法及原理淀粉水解的過程淀粉吸水膨脹糊化（無化學(xué)反應(yīng)）α-淀粉酶

或酸液化

糊精糖化酶或酸低聚糖麥芽糖葡萄糖（由7-12個葡萄糖殘基組成）3-6個

2個1

淀粉水解糖的制備方法及原理酸解法酶解法酸酶結(jié)合法原料：薯類、玉米、小麥、大米等原料淀粉的性質(zhì)和水解使用的催化劑的不同

定義：以酸為催化劑，在高溫高壓下使淀粉水解生成葡萄糖的方法。

酸解法水解過程：總反應(yīng)式：(C6H10O5)n+nH2OnC6H12O6過程：(C6H10O5)n(C6H10O5)xC12H22O11C6H12O6淀粉糊精麥芽糖葡萄糖H+對作用點(diǎn)無選擇性，α-1,4-糖苷鍵和α-1,6-糖苷鍵均被切斷。酸解法酸解中淀粉糖苷鍵斷裂過程：

酸催化劑的氫離子先與水分子結(jié)合生成H3O+

H3O+能與糖苷鍵的氧原子結(jié)合生成不穩(wěn)定化合物(稱共軛酸)

隨后C1-O鍵斷裂生成C1正碳離子(II)

水分子與具有正電荷的C1結(jié)合，再使C1失去H+，完成糖苷鍵的水解過程

HOH淀粉分子糖苷鍵的斷裂是逐步進(jìn)行的，隨著糖苷鍵的斷開，其相對分子質(zhì)量逐漸變小，先變?yōu)楹?、低聚糖、麥芽糖，最后生成葡萄糖。淀粉水解程度的增加，糖化液的還原性不斷增加，這是由于生成的葡萄糖、麥芽糖及低聚糖等具有還原性基團(tuán)。當(dāng)葡萄糖的DE值超過60以上，由于葡萄糖的復(fù)合分解反應(yīng)，產(chǎn)生其他有味物質(zhì)（如龍膽二糖有苦味）及色澤加深。DE值：dextroseequivalentvalue（葡萄糖當(dāng)量值）表示淀粉糖的含糖量。還原糖含量（％）DE值＝100％干物質(zhì)含量（％）DE值

淀粉

葡萄糖復(fù)合二糖5‘－羥甲基糠醛復(fù)合低聚糖有機(jī)酸、有色物質(zhì)

在淀粉的酸水解過程中，三種反應(yīng)同時發(fā)生復(fù)合反應(yīng)分解反應(yīng)鹽酸副反應(yīng)酸解法水解反應(yīng)復(fù)合反應(yīng)分解反應(yīng)水解反應(yīng)葡萄糖的復(fù)合反應(yīng)

在淀粉的酸糖化過程中，水解生成的葡萄糖受酸和熱的催化影響能通過糖苷鍵相聚合，失掉水分子，生成二糖、三糖和其他較高的低聚糖等，這種反應(yīng)稱為復(fù)合反應(yīng)。

兩個葡萄糖分子通過復(fù)合反應(yīng)相聚合，并不是再經(jīng)過-1，4糖苷鍵聚合成麥芽糖，而是主要經(jīng)-1，6糖苷鍵聚合成異麥芽糖和經(jīng)-1，6糖苷鍵聚合成龍膽二糖。葡萄糖葡萄糖異麥芽糖-1，6糖苷鍵龍膽二糖-1，6糖苷鍵麥芽糖-1，4糖苷鍵葡萄糖的分解反應(yīng)

葡萄糖受酸和熱的影響發(fā)生分解反應(yīng)，生成5`-羥甲基糠醛，5`-羥甲基糠醛性質(zhì)不穩(wěn)定，又進(jìn)一步分解成乙酰丙酸、蟻酸和有色物質(zhì)等，這些分解物又能聚合成其他物質(zhì)，反應(yīng)是很復(fù)雜的。在淀粉的酸糖化過程中，葡萄糖因分解反應(yīng)而損失的量并不多，約1%，但所生成的5`-羥甲基糠醛是產(chǎn)生色素的前體，有色物質(zhì)的存在將增加糖化液精制的困難。葡萄糖的分解反應(yīng)與濃度、溫度、酸度有關(guān)。

不利影響：復(fù)合反應(yīng)：生成的多數(shù)復(fù)合糖不能被微生物利用，使發(fā)酵結(jié)束時殘?zhí)歉?。分解反?yīng)：生成的5‘－羥甲基糠醛是產(chǎn)生色素的根源，增加了糖化液精制脫色的困難?？偅航档土似咸烟堑氖章?。給產(chǎn)物的提取和糖化液的精制帶來困難。酸解法如何控制分解反應(yīng)和復(fù)合反應(yīng)的發(fā)生？淀粉乳濃度酸濃度不能過高見P61-63溫度酸解法酸解法工藝流程

原料（淀粉、水、鹽酸）→調(diào)漿→通蒸汽糖化→冷卻

→中和（Na2CO3)、脫色（活性碳）→過濾除雜→糖液

評價優(yōu)點(diǎn)：工藝簡單，水解時間短，生產(chǎn)效率高，設(shè)備周轉(zhuǎn)快。缺點(diǎn)：副產(chǎn)物多，影響糖液純度，一般DE值只有90％左右。對淀粉原料要求嚴(yán)格，不能用粗淀粉，只能用純度較高的精制淀粉。酸解法定義：

用專一性很強(qiáng)的淀粉酶及糖化酶將淀粉水解為葡萄糖的工藝。

酶解法分兩步：（1）液化：用α-淀粉酶將淀粉轉(zhuǎn)化為糊精和低聚糖（2）糖化：用糖化酶（又稱葡萄糖淀粉酶）將糊精和低聚糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖。所以，淀粉的液化和糖化均在酶作用下進(jìn)行，又稱雙酶法。酶解法酶解法淀粉水解的過程淀粉吸水膨脹糊化（無化學(xué)反應(yīng)）α-淀粉酶液化

糊精糖化酶低聚糖糖化酶麥芽糖

葡萄糖（由7-12個葡萄糖殘基組成）3-6個2個1

條件1.液化α－淀粉酶水解底物內(nèi)部的α－1,4糖苷鍵，不能水解α－1,6糖苷鍵，但能越過-1．6-糖苷鍵繼續(xù)水解-1．4-糖苷鍵，而將-1.6糖苷鍵留在在水解產(chǎn)物中。直鏈淀粉葡萄糖、麥芽糖、麥芽三糖。支鏈淀粉以上+異麥芽糖及含有

-1．6-糖苷鍵的低聚糖酶解法1.液化淀粉被α－淀粉酶水解后，粘度下降，表現(xiàn)出液化，故有液化酶之稱。淀粉酶液化的條件淀粉的糊化與老化淀粉的糊化是指淀粉受熱后，淀粉顆粒膨脹，晶體結(jié)構(gòu)消失，互相接觸變成糊狀液體，即使停止攪拌，淀粉也不會再沉淀的現(xiàn)象。發(fā)生糊化現(xiàn)象時的溫度稱糊化溫度。不同原料的糊化溫度范圍不同。

淀粉的老化實(shí)際上是分子間已斷裂的氫鍵、糊化淀粉又重新排列形成新的氫鍵的過程，也就是復(fù)結(jié)晶的過程。在酶法糖化時，－淀粉酶很難進(jìn)入老化淀粉的結(jié)晶區(qū)起作用，使淀粉很難液化，因此，必須采取相應(yīng)的措施控制糊化淀粉的老化。工藝流程調(diào)漿------配料-----一次噴射液化-----液化保溫------二次噴射------高溫維持------二次液化------冷卻------（糖化）兩次加酶噴射液化工藝（DDS公司）酶淀粉+水+酶蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽配料罐噴射液化器保溫罐95-97℃145℃二次液化罐低壓蒸汽噴射液化工藝及條件

在配料罐內(nèi)，將淀粉加水調(diào)漿成淀