化學(xué)工藝學(xué)：培養(yǎng)基與淀粉制糖工藝

第三節(jié)培養(yǎng)基與淀粉制糖工藝1培養(yǎng)基微生物生長(zhǎng)和繁殖需要六種營(yíng)養(yǎng)要素，即碳源、氮源、能源、生長(zhǎng)因子、無(wú)機(jī)鹽和水。培養(yǎng)基是指人工配置的、適合微生物生長(zhǎng)繁殖或積累代謝產(chǎn)物的混合營(yíng)養(yǎng)要素。返回1.1培養(yǎng)基的分類根據(jù)對(duì)培養(yǎng)基成分的了解程度不同。天然培養(yǎng)基:用天然有機(jī)物配制而成的培養(yǎng)基。合成培養(yǎng)基:用化學(xué)成分完全清楚的物質(zhì)配制而成的培養(yǎng)基。半合成培養(yǎng)基:既含有天然成分又含有純化學(xué)試劑的培養(yǎng)基。生物化工反應(yīng)單元操作——培養(yǎng)基與淀粉制糖工藝根據(jù)培養(yǎng)基物理狀態(tài)不同固體培養(yǎng)基：加入一定量的凝固劑（如1.5%~2%的瓊脂）。半固體培養(yǎng)基：加入少量的凝固劑（如0.5%的瓊脂）液體培養(yǎng)基。生物化工反應(yīng)單元操作——培養(yǎng)基與淀粉制糖工藝根據(jù)培養(yǎng)基的用途不同增殖培養(yǎng)基：在培養(yǎng)基中加入有利于某種微生物生長(zhǎng)、繁殖的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，以提高對(duì)該微生物的分離效率選擇培養(yǎng)基：在培養(yǎng)基中添加一些對(duì)某種微生物有抑制作用而對(duì)所需微生物又無(wú)影響的物質(zhì)，從而把某種或某類微生物從混雜的微生物群體中分離出來(lái)。例如，馬丁氏培養(yǎng)基(富集土壤真菌)、酵母富集培養(yǎng)基、Ashby無(wú)氮培養(yǎng)基(富集自生固氮菌)。鑒別培養(yǎng)基：添加有某種指示劑的培養(yǎng)基，由于不同微生物代謝的不同而對(duì)指示劑反應(yīng)呈現(xiàn)出明顯的差異，從而達(dá)到鑒別的目的。例如，最常見(jiàn)的鑒別培養(yǎng)基是伊紅-美藍(lán)乳糖培養(yǎng)基。生物化工反應(yīng)單元操作——培養(yǎng)基與淀粉制糖工藝1.2培養(yǎng)基的選擇

從微生物的特點(diǎn)來(lái)選擇培養(yǎng)基例如，細(xì)菌采用肉湯蛋白胨培養(yǎng)基、放線菌采用高氏1號(hào)合成培養(yǎng)基、酵母采用麥芽汁培養(yǎng)基以及霉菌采用查氏合成培養(yǎng)基。

液體和固體培養(yǎng)基的選擇發(fā)酵工業(yè)中大多數(shù)采用液體培養(yǎng)基培養(yǎng)種子和進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)，固體培養(yǎng)基則常用于微生物菌種的保藏、分離、菌落特性鑒定、活細(xì)胞數(shù)測(cè)定以及固態(tài)發(fā)酵等方面。生物化工反應(yīng)單元操作——培養(yǎng)基與淀粉制糖工藝從生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)試驗(yàn)的不同要求選擇在生產(chǎn)過(guò)程中，從菌種的保藏、種子的擴(kuò)大培養(yǎng)到發(fā)酵生產(chǎn)等各個(gè)階段的目的和要求不同，因此所選擇的培養(yǎng)基成分配比也應(yīng)該有區(qū)別。從經(jīng)濟(jì)效益和原材料供應(yīng)選擇生產(chǎn)原料經(jīng)濟(jì)和原材料的供應(yīng)問(wèn)題，選擇原料要價(jià)廉物美、來(lái)源豐富、運(yùn)輸方便、就地取材以及沒(méi)有毒性等。生物化工反應(yīng)單元操作——培養(yǎng)基與淀粉制糖工藝1.3培養(yǎng)基的配制原則①根據(jù)不同微生物的營(yíng)養(yǎng)需要配制不同的培養(yǎng)基②營(yíng)養(yǎng)成分的恰當(dāng)配比：培養(yǎng)基中的碳、氮的比例③物理化學(xué)條件適宜：營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度、各種離子的濃度、氧化還原電位、pH

生物化工反應(yīng)單元操作——培養(yǎng)基與淀粉制糖工藝2.淀粉制糖工藝發(fā)酵工業(yè)所用的原料以淀粉或糖質(zhì)為主，而許多微生物不能直接利用淀粉，淀粉必須被水解制成淀粉糖后才能被微生物利用。目前由淀粉經(jīng)水解制備葡萄糖除了廣泛應(yīng)用于氨基酸發(fā)酵上，抗生素發(fā)酵及葡萄糖的生產(chǎn)中也普遍使用，而且它已發(fā)展成為一門獨(dú)立的工業(yè)—葡萄糖工業(yè)。生物化工反應(yīng)單元操作——培養(yǎng)基與淀粉制糖工藝2.1淀粉水解糖的制備方法直鏈淀粉：葡萄糖分子之間以α-1,4-糖苷鍵聚合而成。支鏈淀粉：由多個(gè)較短的α-1,4-糖苷鍵結(jié)合而成，短直鏈之間以α-1,6-糖苷鍵連接。淀粉水解為葡萄糖的方法有酸解法、酶解法以及酸酶結(jié)合法等三種。生物化工反應(yīng)單元操作——培養(yǎng)基與淀粉制糖工藝直鏈淀粉α-1,4-糖苷鍵的一部分

支鏈淀粉結(jié)構(gòu)式的一部分

酸解法以酸為催化劑在高溫高壓下將淀粉水解轉(zhuǎn)化為葡萄糖的方法。優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)方便、設(shè)備要求簡(jiǎn)單、水解時(shí)間短、設(shè)備周轉(zhuǎn)快。缺點(diǎn)：要求設(shè)備需耐腐蝕、耐高溫和耐高壓，存在一些副反應(yīng)，導(dǎo)致淀粉轉(zhuǎn)化率較低。生物化工反應(yīng)單元操作——培養(yǎng)基與淀粉制糖工藝酶解法利用專一性很強(qiáng)的淀粉酶及糖化酶將淀粉水解為葡萄糖的方法。分兩步：利用α-淀粉酶將淀粉液化；利用糖化酶將糊精或低聚糖進(jìn)一步水解轉(zhuǎn)化為葡萄糖。優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)條件較溫和，不需要耐高溫、耐高壓或耐酸腐蝕；水解糖液純度高，淀粉轉(zhuǎn)化率高；可在較高的淀粉乳濃度下水解；制得的糖液較純凈、顏色淺、無(wú)苦味、質(zhì)量高。缺點(diǎn)：酶反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，設(shè)備要求較多，且酶是蛋白質(zhì)，易引起糖液過(guò)濾困難。生物化工反應(yīng)單元操作——培養(yǎng)基與淀粉制糖工藝酸酶結(jié)合法集中了酸解法和酶解法制糖的優(yōu)點(diǎn)而采用的生產(chǎn)方法，它又可分為酸酶法和酶酸法二種。酸酶法：先將淀粉酸水解成糊精或低聚糖，然后再用糖化酶將其水解為葡萄糖的工藝。酶酸法：將淀粉乳先用淀粉酶液化到一定程度后，再用酸水解成葡萄糖的工藝。生物化工反應(yīng)單元操作——培養(yǎng)基與淀粉制糖工藝2.2酸解法制糖工藝淀粉糖化過(guò)程中，三種化學(xué)反應(yīng)的關(guān)系：淀粉的酸水解工藝是根據(jù)淀粉在水解過(guò)程中的水解反應(yīng)和復(fù)合反應(yīng)規(guī)律性來(lái)決定的，既要保證淀粉的徹底水解，達(dá)到較高的葡萄糖含量，又要盡可能減少葡萄糖復(fù)合、分解反應(yīng)的發(fā)生程度。生物化工反應(yīng)單元操作——培養(yǎng)基與淀粉制糖工藝酸法水解工藝流程圖

生物化工反應(yīng)單元操作——培養(yǎng)基與淀粉制糖工藝酸水解糖化工藝流程1-調(diào)漿槽2-糖化鍋3－冷卻罐4-中和罐5-過(guò)濾機(jī)6-糖液暫貯罐7-糖液貯罐8-鹽酸計(jì)量器9-水力噴射器10-水槽生物化工反應(yīng)單元操作——培養(yǎng)基與淀粉制糖工藝CPR式連續(xù)糖化流程圖1-淀粉乳貯罐2-淀粉乳調(diào)節(jié)槽3-硫酸稀釋槽4-粗濾器5-定量泵6-蒸汽噴射加熱器7-維持罐8-蛇管9-控制閥10-分離器11-貯罐

12-等壓管13-分離器14-流量計(jì)15-壓力表16-溫度計(jì)生物化工反應(yīng)單元操作——培養(yǎng)基與淀粉制糖工藝間歇式與連續(xù)式糖化方式的比較間歇式連續(xù)式設(shè)備投資糖化罐較貴蛇管加熱器及計(jì)量器較貴對(duì)淀粉質(zhì)量的要求可用不同質(zhì)量的淀粉要求淀粉質(zhì)量穩(wěn)定操作簡(jiǎn)單操作條件確定后，比較簡(jiǎn)單糖化溫度134~144℃144~151℃糖化時(shí)間15~30min10~15min蒸汽量較多比間歇式少一半產(chǎn)品質(zhì)量糖化不均勻，易產(chǎn)生分解反應(yīng)產(chǎn)品質(zhì)量均勻，分解產(chǎn)物少生物化工反應(yīng)單元操作——培養(yǎng)基與淀粉制糖工藝2.3酶解法制糖工藝淀粉酶水解包括液化和糖化兩個(gè)步驟液化:

-淀粉酶水解淀粉及其產(chǎn)物中的

-1,4-糖苷鍵。糖化:葡萄糖淀粉酶(糖化酶)水解

-1,4和

-1,6-糖苷鍵，使淀粉液化產(chǎn)物糊精及低聚糖進(jìn)一步水解成葡萄糖。生物化工反應(yīng)單元操作——培養(yǎng)基與淀粉制糖工藝雙酶法制糖工藝流程如下：調(diào)漿—配料—一次噴射液化—液化保溫—二次噴射—高溫維持—冷卻—糖化—滅酶—過(guò)濾—貯糖計(jì)量—發(fā)酵。雙酶法制糖工藝流程圖1-調(diào)漿配料池2、8-過(guò)濾器