發(fā)酵工程第三章發(fā)酵工業(yè)原料及其處理演示文稿

1、發(fā)酵工程第三章發(fā)酵工業(yè)原料及其處理演示文稿第一頁，共一百一十四頁。優(yōu)選發(fā)酵工程第三章發(fā)酵工業(yè)原料及其處理第二頁，共一百一十四頁。第三章 發(fā)酵工業(yè)原料及其處理生物藥物分析教研室 徐茂磊第三頁，共一百一十四頁。本章內(nèi)容第一節(jié) 發(fā)酵工業(yè)原料的種類和成分第二節(jié) 淀粉水解糖的制備第三節(jié) 發(fā)酵培養(yǎng)基滅菌第四頁，共一百一十四頁。學(xué)習(xí)目的和要求掌握：發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及優(yōu)化方法； 淀粉水解糖的制備工藝熟悉：熟悉發(fā)酵培養(yǎng)基滅菌原理及方法了解：了解發(fā)酵培養(yǎng)基滅菌工藝第五頁，共一百一十四頁。第一節(jié) 發(fā)酵工業(yè)原料的種類和成分一、發(fā)酵培養(yǎng)基成分二、工業(yè)上常用作碳源的原料三、工業(yè)上常用作氮源的原料四、發(fā)酵培養(yǎng)基中的無機鹽和

2、生長因子五、發(fā)酵生產(chǎn)的前體物質(zhì)和促進(jìn)劑、抑制劑等第六頁，共一百一十四頁。一、發(fā)酵培養(yǎng)基成分發(fā)酵培養(yǎng)基即要有利于微生物的生長繁殖，防止菌體過早衰老，又要有利于產(chǎn)物的合成。成分：碳源、氮源、無機鹽、生長因子、水等（前體、產(chǎn)物促進(jìn)劑和抑制劑） 發(fā)酵培養(yǎng)基提供微生物生長繁殖和生物合成各種代謝產(chǎn)物所需要的、按一定比例配置的多種營養(yǎng)物質(zhì)的混合物。第七頁，共一百一十四頁。發(fā)酵培養(yǎng)基的要求 培養(yǎng)基能夠滿足產(chǎn)物最經(jīng)濟的合成 -經(jīng)濟 發(fā)酵后所形成的副產(chǎn)物少 -純度高 培養(yǎng)基的原料資源豐富，價格低廉，能保證生產(chǎn)上的供應(yīng) -成本低，可靠性高有利于產(chǎn)品的分離純化，并盡可能減少“三廢”物質(zhì) -易控制，好處理第八頁，共一百

3、一十四頁。二、工業(yè)上常用作碳源的原料作用：提供微生物合成細(xì)胞結(jié)構(gòu)所需碳素，更重要的是提供目的產(chǎn)物中的碳及合成產(chǎn)物的能源。來源：糖類（淀粉，淀粉水解糖，糖蜜）、油脂、有機酸、正烷烴發(fā)酵培養(yǎng)基含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于種子培養(yǎng)基第九頁，共一百一十四頁。淀粉質(zhì)原料含淀粉較高，來源廣泛，價格便宜，淀粉質(zhì)原料及水解液是發(fā)酵工業(yè)常用的碳源。主要有工業(yè)淀粉、谷類、薯類等。工業(yè)淀粉包括玉米淀粉、小麥淀粉、甘薯淀粉等，谷類包括大米、高粱、大麥和小麥，薯類則包括甘薯、馬鈴薯和木薯等。微生物能否直接利用淀粉作原料？第十頁，共一百一十四頁。三、工業(yè)上常用作氮源的原料構(gòu)成菌體構(gòu)成菌體細(xì)胞物質(zhì)（氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸等）和含氮產(chǎn)物的氮素

4、來源。氮源物質(zhì)在發(fā)酵培養(yǎng)基基中的含量因發(fā)酵目的產(chǎn)物不同而不同。分為無機氮源（速效氮源）與有機氮源第十一頁，共一百一十四頁。 無機氮源被菌體作為氮源利用后，在培養(yǎng)液中留下酸性或堿性物質(zhì)，這種經(jīng)微生物生理作用（代謝）后能形成酸性物質(zhì)的無機氮源叫生理酸性物質(zhì)，如硫酸銨；若菌體代謝后能產(chǎn)生堿性物質(zhì)的則此種無機氮源稱為生理堿性物質(zhì)，如硝酸鈉。 (NH4)2SO4 2NH3 + 2H2SO4 NaNO3 + 8 H NH3 + 2H2O + NaOH 第十二頁，共一百一十四頁。發(fā)酵工業(yè)常用的蛋白質(zhì)原料主要有黃豆餅粉、花生餅粉、棉子餅粉、玉米漿、蛋白胨、酵母膏、魚粉等。無機氮源包括氨水，尿素，硝酸鹽。各種原

5、料應(yīng)注意進(jìn)行選擇，對發(fā)酵影響較大。成分黃豆餅粉棉籽餅粉花生餅粉玉米漿魚粉米糠酵母膏蛋白質(zhì)/%碳水化合物/%脂肪/%纖維/%灰分/%干物/%核黃素/（mg/kg）硫胺素/（mg/kg）泛酸/（mg/kg）尼克酸/（mg/kg）吡哆 醇/（mg/kg）生物素/（mg/kg）膽堿/（mg/kg）精氨酸/%胱氨酸/%甘氨酸/%異亮氨酸/%亮氨酸/%賴氨酸/%甲硫氨酸/%苯丙氨酸/%51.0-135.7923.062.414.521-27503.20.62.41.12.53.42.90.641281.5136.5904.414.344-24403.31.02.40.91.52.21.60.5452351

6、25.590.55.37.348.4167-16704.60.73123.11.30.6245.8118.8505.730.8874.683.619.40.886290.40.51.10.30.90.10.20.5725.01.5218.193.610.11.1931.414.7-35604.90.83.52.04.56.86.82.51345131416912.642223.2297-12500.50.10.90.20.40.60.50.450-031095-3.31.4-1.65.56.26.52.1第十三頁，共一百一十四頁。四、發(fā)酵培養(yǎng)基中的無機鹽和生長因子主要功能：構(gòu)成菌體成分，作為酶

7、的組成部分或維持酶的活性，調(diào)節(jié)滲透壓、pH、氧化還原電位等。大量元素（P、S、K、Mg、Ca） 微量元素（Cu、Zn、Mn、Mo、Co）無機鹽第十四頁，共一百一十四頁。1. 磷酸鹽 功能： 磷是細(xì)胞膜和某些蛋白質(zhì)、核酸的組成成分 磷具有活化糖類分子的作用 磷是能量載體ATP的組成成分 磷酸鹽在培養(yǎng)基中還具有緩沖作用 微生物對磷的需要量一般為0.0050.01mol/L 常用K3PO4、Na2HPO4 、NaH2PO4第十五頁，共一百一十四頁。2. 硫酸鎂（硫元素、鎂元素） Mg2+是許多重要酶（如己糖磷酸化酶、異檸檬酸脫氫酶、羧化酶等）的激活劑。 Mg2+能提高一些氨基糖苷類抗生素產(chǎn)生菌對自身

8、所產(chǎn)的抗生素的耐受能力，如卡那霉素、鏈霉素、新生霉素等產(chǎn)生菌。 硫存在于細(xì)胞的蛋白質(zhì)中，是含硫氨基酸的組成成分。 硫構(gòu)成一些酶的活性基第十六頁，共一百一十四頁。 鉀不參與細(xì)胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)的組成，是許多酶的激活劑 菌體生長所需鉀量約為0.1 g/L KH2PO4、 K2HPO43. 鉀鹽第十七頁，共一百一十四頁。4. 微量元素 微生物生長所需濃度在10-8-10-6 mol/L范圍內(nèi) 需量微少，但又不可缺少 一般作為碳、氮源的農(nóng)副產(chǎn)物天然原料中，本身含有，不必另加 某些金屬離子，特別是汞離子和銅離子，具有明顯的毒性第十八頁，共一百一十四頁。例：鐵離子青霉素發(fā)酵中，鐵離子的濃度要小于20g/mL，發(fā)酵

9、罐必須進(jìn)行表面處理。使用注意 對于其它渠道有可能帶入的過多的某種無機離子和微量元素，在發(fā)酵過程中必須加以考慮第十九頁，共一百一十四頁。 微生物生長不可缺少的微量的有機物質(zhì)，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、維生素等。5. 生長因子（growth factor） 例：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，生長因子對發(fā)酵的調(diào)控起到重要的作用 。 玉米漿、麩皮水解液、糖蜜等 第二十頁，共一百一十四頁。 加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中，能在生物合成過程中直接被微生物合成到產(chǎn)物分子中去，而其自身的結(jié)構(gòu)并沒有多大變化，卻能提高產(chǎn)物產(chǎn)量的小分子物質(zhì)。 例：青霉素發(fā)酵添加玉米漿產(chǎn)量提高1. 前體 青霉素

10、G：分子量356苯乙酸：分子量136五、發(fā)酵生產(chǎn)的前體物質(zhì)和促進(jìn)劑、抑制劑第二十一頁，共一百一十四頁。 用法：普遍采用流加的方法 前體一般都有毒性，濃度過大對菌體的生長不利 前體相對價格較高，添加過多，容易引起揮發(fā)和氧化，流加也有利于提高前體的轉(zhuǎn)化率 作用：有助于提高產(chǎn)量1. 前體第二十二頁，共一百一十四頁。工業(yè)上常見的前體產(chǎn)物前體產(chǎn)物前體青霉素G苯乙酸等維生素B12鈷化物青霉素O烯丙基-巰基乙酸絲氨酸甘氨酸青霉素V苯氧乙酸色氨酸吲哚、氨茴酸鏈霉素肌醇、精氨酸灰黃霉素氯化物金霉素氯化物異亮氨酸D-蘇氨酸紅霉素丙酸、丙醇蘇氨酸高絲氨酸第二十三頁，共一百一十四頁。 非細(xì)胞生長所必須的營養(yǎng)物，又非前

11、體，但加入后可以影響微生物的正常代謝，或促進(jìn)中間代謝產(chǎn)物的積累，或提高次級代謝產(chǎn)物產(chǎn)量的添加劑。專一性強，用量極微，需 注意選擇品種及確定用量。2. 促進(jìn)劑第二十四頁，共一百一十四頁。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20161044

12、6201.52.872.502-41.61.24.42各種促進(jìn)劑對產(chǎn)酶的促進(jìn)作用第二十五頁，共一百一十四頁。促進(jìn)劑提高產(chǎn)量的機制還不完全清楚，其原因是多方面的： 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)產(chǎn)物的分泌與生產(chǎn)； 對發(fā)酵產(chǎn)物具有穩(wěn)定作用； 對發(fā)酵微生物有益，使發(fā)酵過程更順利。2. 促進(jìn)劑第二十六頁，共一百一十四頁。 加入后可抑制某些代謝途徑的進(jìn)行，同時刺激另一代謝途徑，以致改變微生物的代謝途徑的添加劑。 如酵母厭氧發(fā)酵中加入亞硫酸鹽或堿類，可以使酒精發(fā)酵受到抑制，而轉(zhuǎn)入甘油發(fā)酵 如甘露聚糖可以抑制甘露糖鏈霉素生產(chǎn)，只產(chǎn)生鏈霉素。

13、3. 抑制劑 營養(yǎng)缺陷型菌株？第二十七頁，共一百一十四頁。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)物的抑制劑第二十八頁，共一百一十四頁。發(fā)酵培養(yǎng)基與種子培養(yǎng)基主要區(qū)別在哪？小結(jié)第二十九頁，共一百一十四頁。發(fā)酵培養(yǎng)基的組成特點碳源物質(zhì)添加量遠(yuǎn)大于種子培養(yǎng)基；氮源添加根據(jù)實際情況確定；無機鹽是發(fā)酵培養(yǎng)基的必須成分，十分重要；生長因子的存在需要精確控制；前體物質(zhì)必須確定好添加的濃度和時間；促進(jìn)劑和抑制劑在一定程度上可以幫助發(fā)酵。第三十頁，

14、共一百一十四頁。第二節(jié) 淀粉水解糖的制備淀粉質(zhì)原料因為大多數(shù)微生物不能直接利用或利用較少，因為它們不含淀粉酶和糖化酶，所以必須水解為葡萄糖等可發(fā)酵糖類，才能被利用。一、淀粉糖化及淀粉水解糖 二、淀粉水解的原理 三、淀粉水解的方法第三十一頁，共一百一十四頁。一、淀粉糖化及淀粉水解糖工業(yè)上將淀粉水解為葡萄糖的過程叫做淀粉的糖化。所制備的糖液叫做淀粉水解糖。 葡萄糖（glucose）淀粉水解糖液 麥芽糖（maltose） 復(fù)合糖類、低聚糖等 其他分解產(chǎn)物（氨基酸、脂肪酸等）淀粉水解糖被廣泛用于各種發(fā)酵工業(yè)，水解糖質(zhì)量的高低，直接影響菌體的生長和產(chǎn)物的積累。不能利用第三十二頁，共一百一十四頁。 淀粉水

15、解總的趨勢是大分子向小分子轉(zhuǎn)化，隨著淀粉水解程度的增加，糖化液的還原性不斷增加。 淀粉水解的化學(xué)反應(yīng)可簡單表示如下： （C6H10O5)n+nH2O n (C6H12O6)二、淀粉水解的原理第三十三頁，共一百一十四頁。淀粉糊精（7-12個葡萄糖殘基組成） 麥芽糖（2個葡萄糖殘基組成）葡萄糖分解反應(yīng)復(fù)合反應(yīng)5-羥甲基糠醛復(fù)合二糖低聚糖有機酸、有色物質(zhì)水解反應(yīng)二、淀粉水解的原理第三十四頁，共一百一十四頁。1. 淀粉的水解反應(yīng) 淀粉糊精低聚糖麥芽糖葡萄糖 它們遇碘呈不同的顏色，淀粉遇碘呈藍(lán)色，糊精按分子從大到小的順序，遇碘呈藍(lán)色、紫色、暗褐色和紅色，麥芽糖遇碘不呈色。 利用顯色反應(yīng)檢測淀粉的水解程度

16、第三十五頁，共一百一十四頁。2. 葡萄糖的復(fù)合反應(yīng) 淀粉水解過程中，部分葡萄糖在熱和酸的作用下發(fā)生聚合反應(yīng)生成低聚糖 對發(fā)酵有害：降低原料水解效率，抑制微生物生長，使發(fā)酵液中殘?zhí)窃黾?，提取精制困難 反應(yīng)可逆：酸水解可再次轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟?影響因素：葡萄糖濃度、淀粉乳濃度、酸度和酸的種類第三十六頁，共一百一十四頁。葡萄糖脫水：5-羥甲基糠醛乙酰丙酸甲酸等對發(fā)酵有害：產(chǎn)生色素，影響糖液質(zhì)量影響因素：加熱時間、pH值、葡萄糖濃度3. 葡萄糖的分解反應(yīng)色素第三十七頁，共一百一十四頁。二、淀粉水解的原理 在淀粉的水解過程中，三種反應(yīng)同時發(fā)生。 應(yīng)盡量減少復(fù)合反應(yīng)和分解反應(yīng)，因為它影響菌體的正常發(fā)酵及工廠的生

17、產(chǎn)成本。 取決于水解條件Q：如何控制水解條件，降低復(fù)合分解反應(yīng)的發(fā)生？第三十八頁，共一百一十四頁。三、淀粉水解的方法原料：薯類、玉米淀粉、小麥淀粉和大米淀粉等含淀粉原料。根據(jù)水解采用的催化劑不同，可以分為三種方法 酸水解 (acid hydrolysis method) 酶水解 (enzymatic hydrolysis method) 酸酶結(jié)合水解 (acid-enzymatic hydrolysis method)第三十九頁，共一百一十四頁。1. 酸水解法也叫做酸糖化法，以無機酸或有機酸為催化劑，高溫高壓下將淀粉水解為葡萄糖。優(yōu)點：工藝簡單、設(shè)備簡易、生產(chǎn)周期短、設(shè)備生產(chǎn)能力大；缺點：設(shè)備

18、耐高溫高壓、副反應(yīng)多、原料要求嚴(yán)格、淀粉乳濃度適宜。第四十頁，共一百一十四頁。（1）淀粉酸水解法工藝流程淀粉水解糖不需要提純葡萄糖，質(zhì)量只要能滿足發(fā)酵要求即可。淀粉水鹽酸調(diào)漿糖化蒸汽冷卻中和脫色碳酸鈉活性炭壓濾濾渣糖液第四十一頁，共一百一十四頁。（2）淀粉酸水解法工藝條件確定選擇工藝條件盡量減少復(fù)合與分解反應(yīng)，提高原料利用率，提高糖液質(zhì)量。淀粉原料 無機酸種類與用量 水解溫度與壓力 淀粉乳濃度 糖化終點第四十二頁，共一百一十四頁。 淀粉原料酸法水解的重要特點是非專一性。盡量減少雜質(zhì)含量，選擇純度較高的淀粉。雜質(zhì)的危害：蛋白質(zhì)可降解生成氨基糖，引起細(xì)菌細(xì)胞收縮，還可能引起發(fā)酵泡沫過多，脂肪灰分等

19、可以降低酸的效能。糖化工藝根據(jù)實際淀粉的特點進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)。第四十三頁，共一百一十四頁。酸水解對淀粉質(zhì)量的要求 項目 指標(biāo)水分1114總蛋白質(zhì) 0.30.5水溶性蛋白質(zhì) 0.010.02脂肪 0.040.06 粗纖維 0.010.02第四十四頁，共一百一十四頁。無機酸種類與用量鹽酸 (hydrochloric acid)：催化效能最高硫酸 (sulphuric acid) 草酸 (oxalic acid)目前國內(nèi)普遍采用鹽酸，但復(fù)合反應(yīng)大，增加了糖液的鹽分，且對設(shè)備的腐蝕性高。采用硫酸作為無機酸，中和后生成硫酸鈣，積累后影響傳熱。日本多采用草酸作為催化劑，雖然酸度低，但是后續(xù)處理較易，不過效率

20、稍低，不夠經(jīng)濟。第四十五頁，共一百一十四頁。水解溫度與壓力淀粉水解是用蒸汽直接加熱完成，工業(yè)上用壓力控制條件。溫度與糖化過程成正比，但是也與復(fù)合反應(yīng)和分解反應(yīng)成正比。經(jīng)驗數(shù)據(jù)為蒸汽壓力在。第四十六頁，共一百一十四頁。淀粉乳濃度淀粉乳濃度高，糖化后的葡萄糖濃度高，但是副產(chǎn)物相對較多；淀粉乳濃度低，糖液質(zhì)量高，但是難以保證發(fā)酵，降低生產(chǎn)效率。淀粉乳濃度與水解糖液DE值之間的關(guān)系濃度 26 24 22 20 19 18 17 16DE值 89.17 89.27 89.92 91.1 91.3 92.77 92.81 93.01第四十七頁，共一百一十四頁。糖化終點糖化的時間過短時水解不完全，葡萄糖含量

21、低，糖液質(zhì)量差；糖化時間過長則導(dǎo)致復(fù)合與分解反應(yīng)增多，復(fù)合糖含量提高，色素增加。A B C時間(t)純度(%)第四十八頁，共一百一十四頁。（3）糖化設(shè)備結(jié)構(gòu)對質(zhì)量影響糖化鍋結(jié)構(gòu)對糖液質(zhì)量有影響。容積過大，延長進(jìn)出料時間，水解時間差別大，易發(fā)生副反應(yīng)；鍋體太高，造成內(nèi)部上下水解速率相差過大，放料無法保證；鍋體太矮，必須增大直徑，會出現(xiàn)死角區(qū)，使糖化不均勻。一般徑高比1:1.5排氣蒸汽第四十九頁，共一百一十四頁。（4）水解糖液的中和與脫色除雜 中和：目的是降低酸度；除去蛋白質(zhì)。中和劑 Na2CO3：溫和，糖液質(zhì)量好，但產(chǎn)生的泡沫 多，難控制NaOH：易造成局部過堿，使糖焦化，產(chǎn)生焦糖第五十頁，共一

22、百一十四頁。中和時注意（為什么？） 邊中和邊測定pH值，pH值控制在 溫度在80 C以下，一般控制60-70 C第五十一頁，共一百一十四頁。 脫色除雜活性炭吸附法：活性炭表面積大，分為顆粒炭和粉炭，各有優(yōu)缺點，使用溫度65； 離子交換法：具有選擇性強，脫色效果好，易于操作的特點，但是價格昂貴； 新型磺化煤法：粒度細(xì)、脫色能力強，但是可能會堵塞容器管道。第五十二頁，共一百一十四頁。 除去中和、脫色糖化液中凝聚的蛋白質(zhì)及其他不溶性雜質(zhì)和加入的脫色劑，通常是用板框過濾機。 壓濾操作溫度不宜過高，一般60-70為宜，保證糖液黏度和蛋白質(zhì)的沉淀度合適，可達(dá)到較好效果。過濾第五十三頁，共一百一十四頁。2.

23、 酶水解法雙酶水解法：-淀粉酶、糖化酶。液化（liquification） ：利用-淀粉酶使糊化淀粉水解成糊精和低聚糖，使淀粉的溶解性增加糖化（saccharification） ：利用糖化酶將糊精或低聚糖進(jìn)一步水解成葡萄糖優(yōu)點：條件溫和、設(shè)備要求低、副反應(yīng)少、原料要求低、產(chǎn)物純凈缺點：生產(chǎn)周期長、需要專門設(shè)備、酶分離困難第五十四頁，共一百一十四頁。2. 酶水解法第五十五頁，共一百一十四頁。（1）淀粉酶及其水解作用 -淀粉酶：能使水溶液中的淀粉分子迅速液化，產(chǎn)生較小分子的糊精，也叫做液化酶或糊精化酶。內(nèi)切-1, 4糖苷鍵，速度很快；水解速度受底物分子大小和結(jié)構(gòu)影響，分子量越小越不易水解；不同來

24、源的酶熱穩(wěn)性和最適溫度不同；高濃度底物和鈣離子對酶的耐熱性有很大幫助。第五十六頁，共一百一十四頁。（1）淀粉酶及其水解作用 糖化酶：也叫做糖化型淀粉酶、淀粉葡萄糖苷酶，是外切型淀粉酶。從底物非還原性末端依次切下-葡萄糖；兩種糖苷鍵都可以降解；可以水解麥芽糖和支鏈淀粉；受底物相對分子質(zhì)量影響第五十七頁，共一百一十四頁。液化理論 淀粉的糊化 淀粉的老化 淀粉的液化（2）淀粉的液化及液化終點的控制第五十八頁，共一百一十四頁。 淀粉的糊化糊化：淀粉顆粒由于受熱吸水膨脹，晶體結(jié)構(gòu)消失，形成復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，變成糊狀液體的現(xiàn)象。發(fā)生糊化現(xiàn)象的溫度為糊化溫度。目的：使-淀粉酶能夠進(jìn)入淀粉內(nèi)部，淀粉酶水解淀粉顆

25、粒和糊化淀粉的比例為1：20000。糊化過程：預(yù)糊化糊化溶解第五十九頁，共一百一十四頁。 淀粉的老化老化：淀粉老化就是分子間氫鍵已斷裂的糊化淀粉又重新排列形成新的氫鍵的過程，即復(fù)結(jié)晶過程。淀粉酶無法液化老化的淀粉，更無法糖化，因此，必須采取相應(yīng)的措施控制糊化淀粉的老化。第六十頁，共一百一十四頁。 淀粉的液化淀粉液化時最好采用相對高一些的溫度，原因： 淀粉徹底液化需要高溫下才能完成； 高溫可以提高酶活力； 減少不溶性微粒（直鏈淀粉與脂肪酸絡(luò)合物）的產(chǎn)生； 克服淀粉老化； 蛋白質(zhì)絮凝較好； 阻止小分子前體物質(zhì)（麥芽二糖、麥芽三糖）的生成，有利于葡萄糖收率。第六十一頁，共一百一十四頁。淀粉的液化方法

26、（了解）間歇液化法半連續(xù)液化法噴射液化法各方法根據(jù)加酶方式不同、酶制劑耐溫性不同可以細(xì)分。第六十二頁，共一百一十四頁。一次加酶液化法加酶的方法二次加酶液化法三次加酶液化法 中溫酶法酶耐溫性高溫酶法高溫-中溫酶法原料粗細(xì)淀粉質(zhì)原料直接液化法精制淀粉液化法淀粉液化的方法與選擇第六十三頁，共一百一十四頁。間歇液化法（直接升溫法）一般在罐內(nèi)進(jìn)行，可將原料調(diào)漿后一次性打入罐內(nèi)，然后啟動攪拌，直接通入蒸汽，迅速將料液加熱到預(yù)定溫度進(jìn)行液化，直至用碘液檢驗合格后立即升溫滅酶然后送去糖化。 間歇液化的具體操作中，一些工廠的作法是先在罐內(nèi)放入一定量的水，稱為底水，然后通入蒸汽將底水加熱到預(yù)定溫度，并在此溫度下一

27、邊進(jìn)料一邊進(jìn)汽，直至進(jìn)料完畢，保溫液化。 第六十四頁，共一百一十四頁。半連續(xù)液化法料液在加熱到預(yù)定溫度后開始送入另一罐內(nèi)繼續(xù)保溫液化直至液化完成，同時在原液化罐內(nèi)連續(xù)進(jìn)料進(jìn)汽，保持預(yù)定的液化溫度，這種邊進(jìn)料進(jìn)汽、邊出料繼續(xù)液化至液化完成的形式稱為半連續(xù)式液化。 第六十五頁，共一百一十四頁。噴射液化法（連續(xù)液化法）采用的設(shè)備是噴射器，料液與蒸汽的接觸、混合是在噴射器內(nèi)瞬間完成的，并通過在高溫下短時間的停留達(dá)到徹底液化的目的。 常用：利于徹底液化淀粉。汽帶料、料帶汽第六十六頁，共一百一十四頁。液化程度的控制(研究)液化目的：為糖化酶作用提供條件。液化程度：碘試本色的前提下，液化液DE值越低越好。檢

28、測方法：碘液試色，棕紅色或橙黃色即可。液化程度太低會導(dǎo)致底物分子很少，影響糖化速度，而且淀粉易老化。液化程度太高則影響糖化酶與底物的結(jié)合，最終DE偏低?？捎眉訜釡缑富钚缘姆椒刂埔夯潭?。第六十七頁，共一百一十四頁。 液化工藝（了解） 一次加酶噴射液化法 二次加酶噴射液化法 三次加酶噴射液化法第六十八頁，共一百一十四頁。一次加酶噴射液化工藝（DDS公司）淀粉+水+酶蒸汽蒸汽配料罐噴射液化器110工藝控制：濃度30%pH 6.5酶量0.1%噴射溫度110，真空閃冷到95層流罐維持1-2h第六十九頁，共一百一十四頁。二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

29、溫罐95-97145二次液化罐第七十頁，共一百一十四頁。二次噴射的工藝過程在配料罐內(nèi)，將淀粉加水調(diào)漿成淀粉乳，用Na2CO3調(diào)pH，使pH值處在之間，加入0.15%的氯化鈣作為淀粉酶的保護劑和激活劑，最后加入耐高溫-淀粉酶，料液經(jīng)攪拌均勻后用泵打入噴射液化器，在噴射器中出來的料液和高溫蒸汽直接接觸，料液在很短時間內(nèi)升溫至95-97，此后料液進(jìn)入保溫罐保溫60min，溫度維持在95-97，然后進(jìn)行二次噴射，在第二只噴射器內(nèi)料液和蒸汽直接接觸，使溫度迅速升至145以上，并在維持罐內(nèi)維持該溫度3-5min左右，徹底殺死耐高溫-淀粉酶，然后料液經(jīng)真空閃急冷卻系統(tǒng)進(jìn)入二次液化罐，將溫度降低到95-97，

30、在二次液化罐內(nèi)加入耐高溫-淀粉酶，液化約30min，用碘呈色試驗合格后，結(jié)束液化。第七十一頁，共一百一十四頁。（3）淀粉糖化及糖化終點的控制 糖化理論 糖化終點的控制 糖化工藝第七十二頁，共一百一十四頁。 糖化理論（研究）糖化溫度和pH：由所用的糖化酶的性質(zhì)決定，盡量保證較高溫度和較低pH。加酶量：可以適當(dāng)提高酶量，但是過量則副反應(yīng)增多，DE值下降，過濾難度增大。液化液DE值影響：在碘試反應(yīng)基礎(chǔ)上，DE值越低則糖化效果越好。異淀粉酶的影響：糖化酶對-1,6糖苷鍵的水解速度慢，故可以添加異淀粉酶一起提高效率。第七十三頁，共一百一十四頁。 糖化終點控制（研究）終點檢測：用無水乙醇滴入糖化液中，無白

31、色沉淀（糊精）即說明達(dá)到終點。糖化不完全導(dǎo)致DE值不夠，糖化過度則會引起過量的副產(chǎn)物。糖化結(jié)束后必須高溫滅酶。第七十四頁，共一百一十四頁。 糖化工藝糖化是在一定濃度的液化液中，調(diào)整適當(dāng)溫度與pH值，加入需要量的糖化酶制劑，保持一定時間，使溶液達(dá)到最高的葡萄糖值。工藝流程較簡單 液化 糖化 滅酶 過濾 成品糖液第七十五頁，共一百一十四頁。3. 酸酶結(jié)合水解法酸酶結(jié)合水解法是集酸法和酶法制糖的優(yōu)點而成的生產(chǎn)工藝，分為酸酶水解法和酶酸水解法。酸酶水解：先以酸為催化劑將淀粉水解為糊精和低聚糖，然后用糖化酶水解為葡萄糖。酶酸水解：將淀粉乳先用淀粉酶液化到一定程度，用酸水解成葡萄糖。第七十六頁，共一百一十

32、四頁。第三節(jié) 發(fā)酵培養(yǎng)基滅菌一、消毒與滅菌的原理和方法二、培養(yǎng)基和設(shè)備滅菌三、發(fā)酵培養(yǎng)基滅菌工藝四、培養(yǎng)基和設(shè)備、管路滅菌的條件第七十七頁，共一百一十四頁。一、消毒與滅菌的原理和方法 消毒：用物理或化學(xué)方法殺死物料、容器、器具內(nèi)外的病源微生物。一般只能殺死營養(yǎng)細(xì)胞而不能殺死細(xì)菌芽孢。 滅菌：用物理或化學(xué)方法殺死或除去環(huán)境中所有微生物，包括營養(yǎng)細(xì)胞、細(xì)菌芽孢和孢子。 消滅雜菌和防止雜菌污染第七十八頁，共一百一十四頁。1.化學(xué)試劑滅菌法 甲醛、乙醇或新潔爾滅、高錳酸鉀等 適用范圍：環(huán)境、皮膚及器械的表面消毒2.射線滅菌法3.干熱滅菌法 電磁波、紫外線或放射性物質(zhì)適用范圍：無菌室、接種箱常用烘箱，滅

33、菌條件：160下保溫2h 適用范圍：金屬或玻璃器皿滅菌的方法第七十九頁，共一百一十四頁。4.濕熱滅菌法 利用飽和蒸汽滅菌，條件：121，30min 適用范圍：生產(chǎn)設(shè)備及培養(yǎng)基滅菌5.過濾除菌法 利用過濾方法阻留微生物 適用范圍：制備無菌空氣、溶液除菌 6.火焰滅菌法 火焰 適用范圍：接種針、玻璃棒、三角瓶口 滅菌的方法第八十頁，共一百一十四頁。二、培養(yǎng)基和設(shè)備滅菌發(fā)酵工業(yè)上濕熱滅菌法應(yīng)用最普遍，滅菌效果最好。工業(yè)滅菌盡量要求殺死微生物，但是盡量少破壞培養(yǎng)基的成分。第八十一頁，共一百一十四頁。（一）培養(yǎng)基濕熱滅菌原理蒸汽具有很強的穿透能力，而且在冷凝時會放出大量的冷凝熱，很容易使蛋白質(zhì)凝固而殺死

34、各種微生物。滅菌同時會破壞培養(yǎng)基中的營養(yǎng)成分，甚至產(chǎn)生不利于菌體生長的物質(zhì)。第八十二頁，共一百一十四頁。（二）滅菌溫度與時間的計算和選擇1. 殺滅細(xì)菌芽孢的溫度和時間殺滅細(xì)菌芽孢的溫度和時間是根據(jù)具體試驗確定。綜合來講，大多數(shù)細(xì)菌芽孢的致死溫度和致死時間范圍是在121，20-30min。第八十三頁，共一百一十四頁。2. 培養(yǎng)基滅菌溫度的選擇微生物死亡的速率隨溫度升高增加的倍數(shù)大于培養(yǎng)基成分破壞隨溫度升高增加的倍數(shù)。采用高溫短時殺菌效果較好。 滅菌溫度/ 滅菌時間/min 維生素B1破壞量/%100 400 99.3110 36 67115 15 50120 4 27130 0.5 8145 0

35、.08 2150 0.01 1第八十四頁，共一百一十四頁。（三）影響培養(yǎng)基滅菌效果的因素滅菌溫度和時間培養(yǎng)基物理狀態(tài)微生物數(shù)量微生物細(xì)胞菌齡空氣排除情況泡沫培養(yǎng)基成分培養(yǎng)基pH值微生物細(xì)胞含水量微生物細(xì)胞耐熱性攪拌第八十五頁，共一百一十四頁。1. 培養(yǎng)基成分和物理狀態(tài)培養(yǎng)基成分：脂肪、糖分和蛋白質(zhì)含量越高，微生物熱死亡速率越慢，如果有鹽分色素存在則較易滅菌。培養(yǎng)基物理狀態(tài)：固體培養(yǎng)基比液體培養(yǎng)基滅菌時間要長，如果有大顆粒和粗纖維，則應(yīng)先過濾后滅菌。第八十六頁，共一百一十四頁。2. 培養(yǎng)基pH值培養(yǎng)基pH越低，需要的滅菌時間就越短。 溫度 孢子數(shù) 滅菌時間 (min) () (個/ml) pH=

36、6.1 5.3 5.0 4.7 4.5 120 10000 8 7 5 3 3 115 10000 25 25 16 13 13 110 10000 70 65 35 30 24 100 10000 740 720 180 150 150 第八十七頁，共一百一十四頁。3. 培養(yǎng)基中微生物因素微生物數(shù)量：數(shù)量越多，滅菌時間越長；微生物細(xì)胞含水量：含水量越多，越容易受到溫度影響而死亡；微生物細(xì)胞的菌齡：年老細(xì)胞要比年輕細(xì)胞具有更強的抵抗能力；微生物的耐熱性：不同微生物細(xì)胞耐熱性有差異，細(xì)菌營養(yǎng)體、酵母、霉菌菌絲體對熱敏感，放線菌、霉菌孢子等則較耐熱。第八十八頁，共一百一十四頁。4. 空氣、攪拌和泡

37、沫空氣：滅菌溫度控制是利用水蒸氣的壓力來控制的，如空氣過多，則水蒸氣的壓力不準(zhǔn)，溫度則不準(zhǔn)確；攪拌：充分?jǐn)噭涌梢耘懦植克澜窃斐傻臏缇粡氐祝慌菽号囵B(yǎng)基產(chǎn)生的泡沫對滅菌極為不利，要盡量減少。第八十九頁，共一百一十四頁。三、發(fā)酵培養(yǎng)基滅菌工藝間歇滅菌連續(xù)滅菌第九十頁，共一百一十四頁。（一）間歇滅菌（常用）間歇滅菌：也叫做分批滅菌或?qū)嵐逌缇?，即將配制好的培養(yǎng)基放在發(fā)酵罐或其他裝置中，通入蒸汽將培養(yǎng)基和所用設(shè)備一起加熱滅菌的過程。第九十一頁，共一百一十四頁。1. 間歇滅菌的溫度變化過程包括： 升溫、保溫、冷卻 各階段對滅菌的貢獻(xiàn)：20%、75%、5%。第九十二頁，共一百一十四頁。2. 間歇滅菌的工藝操作(了解)（1）滅菌之前，發(fā)酵罐的空氣分過濾器要進(jìn)行