发酵工程第二章

四、培养基用材料及处理
淀粉的水解 糖蜜的预处理
淀粉的水解
淀粉的水解方法主要有酸法、酶法、 酸酶法、酶酸法 淀粉的酸法水解 淀粉是由葡萄糖通过α 淀粉是由葡萄糖通过α-1，4或α-1，6 葡萄糖苷健连接而成的含有多个葡萄 糖的大分子长链物质，根据其葡萄糖 连接的糖苷健的不同，可分为枝链淀 粉和直练淀粉，淀粉内部的葡萄糖苷 健在一定的温度和酸性的条件下可以 水解，而使淀粉分子链断裂，高温可 加速葡萄糖苷健的水解速度。
放线菌：各种抗生素， 放线菌：各种抗生素，链、 土、庆大霉素等
四、发酵过程中影响种子质量的因素 培养基 培养条件：温度、 培养条件：温度、通气量 接种量：细菌1~5%，酵母菌5~10%，霉 1~5%， 5~10%， 接种量：细菌1~5% 酵母菌5~10% 7~15%，有时20~25% 菌7~15%，有时20~25% 接种菌龄： 接种菌龄：对数生长期
酶解法的优点
酶促反应条件温和 水解产生的副产物少 可以直 糖液的营养丰富 糖液质量高
酶解法的缺点
反应时间长 对设备要求高 糖液过滤困难
酸酶结合法
酸酶水解法 用酸水解淀粉为糊精或低聚糖 用糖化酶将其水解为葡萄糖 酶酸法 用淀粉酶将淀粉水解糊精或低聚 糖 用酸将其水解为葡萄糖
酵母菌 啤酒酵母：酿酒酵母、 啤酒酵母：酿酒酵母、辅酶类 物质的发酵 酒精酵母： 酒精酵母： 汉逊酵母：食品工业， 汉逊酵母：食品工业，用于乙 酸乙酯的发酵 假丝酵母： 假丝酵母：石油发酵
霉菌 黑曲霉：柠檬酸工业、 黑曲霉：柠檬酸工业、酿酒业 UV-11,UV-48）、 ）、酶制剂工业 （UV-11,UV-48）、酶制剂工业 糖化酶） （糖化酶） 黄曲霉：酱油生产(3042)， 黄曲霉：酱油生产(3042)，面酱 青霉菌： 青霉菌：青霉素的生产 红曲霉：红曲制造， 红曲霉：红曲制造，用于南方红 曲酒（女儿红）的生产； 曲酒（女儿红）的生产；使用红 素的生产； 色色 素的生产；豆腐乳的生产等 赤霉菌：赤霉素的生产，是一种 赤霉菌：赤霉素的生产， 植物生长激素
菌种保藏方法 斜面低温保藏法 石蜡油封保藏法 砂土管保藏法 冷冻干燥法 超低温保藏法
微生物菌种的衰退 菌种退化通常是指在较长时期传代保 藏后， 藏后，菌株的一个或多个生理性状和 形态特征逐渐减退或消失的现象。 形态特征逐渐减退或消失的现象。 菌种退化的原因主要有： 菌种退化的原因主要有： 基因突变 变异菌株性状分离 连续传代 其它因素
淀粉的酸法水解
水解条件： 高温，120℃ 高温，120℃以上， H+, 0.2MPa 的压力
淀粉酸解法的优点
生产简易 对设备要求简单 设备生产能力大 缺点 设备耐腐蚀、高温、高压 有副反应发生 对淀粉要求严格 淀粉乳浓度不易过高
酶解法
液化 α-淀粉酶又称为淀粉液化酶，只作用 于淀粉α 于淀粉α-1，4葡萄糖苷健，其作用特 点是可以快速将长链的淀粉水解成短 链糊精 糖化 淀粉α 淀粉α-1，4；1，6葡萄糖苷酶又称为 糖化酶，可以水解淀粉分子的α 糖化酶，可以水解淀粉分子的α-1，4； 或α-1，6葡萄糖苷健，其作用特点是， 淀粉的分子链越短水解速度越快，水 解产物为葡萄糖。
活性炭吸附法 可以除去糖蜜中的有色物质，明 显的降低糖蜜的色泽，对发酵的 产品的提出和产品质量有益。 缺点：活性炭的使用量较大，处 理成本较高。
固体扩培流程 固体试管 三角瓶 种曲 麸曲（机械通风制曲） 麸曲（机械通风制曲）
固体培养优点 酶活力高。（因为菌丝体密度大） 。（因为菌丝体密度大 酶活力高。（因为菌丝体密度大） 生产过程中无菌程度要求不是很严格。 生产过程中无菌程度要求不是很严格。 对于固体培养，通常用于固体发酵， 对于固体培养，通常用于固体发酵， 由于产物浓度大，易于分离， 由于产物浓度大，易于分离，可以有 效的降低产品分离成本。 效的降低产品分离成本。 缺点： 缺点： 生产劳动强度较大，占地面积大， 生产劳动强度较大，占地面积大，不 宜自动化生产。 宜自动化生产。 周期长。 周期长。 培养过程中环境条件控制较难。 培养过程中环境条件控制较难。 生产过程中，由于无菌程度较低， 生产过程中，由于无菌程度较低，其 菌种菌类不纯。 菌种菌类不纯。
液体种子制备 好氧培养 试管→三角瓶→摇床→ 试管→三角瓶→摇床→种子罐 厌氧培养 对于酵母菌（啤酒，葡萄酒， 对于酵母菌（啤酒，葡萄酒，清酒 ），其种子的制备过程如下 其种子的制备过程如下： 等），其种子的制备过程如下： 试管→三角瓶→卡式罐→ 试管→三角瓶→卡式罐→种子罐
液体扩培流程 固体试管 三角瓶 大三角瓶 一级种子 二级种子 三级种子 发酵罐
二、种子制备的过程可分为两个阶段 实验室种子制备阶段 生产车间种子制备阶段
固体种子培养 细菌孢子的制备 斜面培养基，培养温度一般为37℃ 斜面培养基，培养温度一般为37℃。 细菌菌体培养时间一般为1~2天 细菌菌体培养时间一般为1~2天，产 芽孢的细菌培养则需要5~10天 芽孢的细菌培养则需要5~10天。 霉菌孢子的制备 霉菌孢子的培养一般以大米、小米、 霉菌孢子的培养一般以大米、小米、 玉米、麸皮、 玉米、麸皮、麦粒等天然农产品为培 养基。培养的温度一般为25~28℃ 养基。培养的温度一般为25~28℃。 培养时间一般为4~14天 培养时间一般为4~14天。 放线菌孢子的制备 放线菌的孢子培养一般采用琼脂斜面 培养基， 培养基，培养基中含有一些适合产孢 子的营养成分，如麸皮、豌豆浸汁、 子的营养成分，如麸皮、豌豆浸汁、 蛋白胨和一些无机盐等。 蛋白胨和一些无机盐等。培养温度一 般为28℃ 培养时间为5~14天 般为28℃。培养时间为5~14天。
食品发酵与酿造工艺学
第二章 微生物工业菌种与培养基 菌种与种子扩大培养 培养基的制备
第一节： 第一节：菌种与种子扩大培养 一、 微生物工业用菌种 发酵工业中的种子必须满足的条件： 发酵工业中的种子必须满足的条件： 1 菌种细胞的生长活力强，移种至发酵 菌种细胞的生长活力强， 罐后能迅速生长， 罐后能迅速生长，迟缓期短 2生理形状稳定 3菌体总量及浓度能满足大容量发酵罐 的要求 4无杂菌污染 5保持稳定的生产能力
生产车间种子制备
种子罐级数的确定 接种量 接种龄
三、工业常用的微生物
野生型 遗传学特征 营养缺陷型
细菌类 短杆菌： 短杆菌：GA,Gln,lys 枯草芽孢杆菌：淀粉酶（ 枯草芽孢杆菌：淀粉酶（BF7658 地衣芽孢杆菌：HASS(耐高温 淀粉酶) 耐高温α 地衣芽孢杆菌：HASS(耐高温α-淀粉酶) α-Amylase 苏云金芽孢杆菌：BT生物农药 苏云金芽孢杆菌：BT生物农药 梭状芽孢杆菌：丙酮、 梭状芽孢杆菌：丙酮、丁 酸等的发酵
酸酶法的优点
具有酸液化速度快，糖化由酶进 行，对液化要求不高，可采用较 高的淀粉乳浓度，提高生产效率。 酶酸法的优点 可采用粗原料淀粉 淀粉浓度较酸法高 生产较易控制
双酶法效果最好，其次是酸酶法， 最差的是酸法 酸法时间最短，其次是酸酶法， 最长是双酶法
五、糖蜜的处理
糖蜜的主要成分 糖，49—50%，因不同的原料和生产 糖，49—50%，因不同的原料和生产 方法不同而异，主要是蔗糖 胶体物质，5 10%，来自于原料 胶体物质，5—10%，来自于原料 灰分，10— 灰分，10—12% 生物素，1 10mg/Kg(甘蔗) 0.04— 生物素，1—10mg/Kg(甘蔗)，0.04— 0.06 mg/Kg(甜菜) mg/Kg(甜菜) pH值6.2(甘蔗)，7.4（甜菜） pH值6.2(甘蔗) 7.4（甜菜）
二、培养基的种类
生产培养基 种子培养基 摇瓶培养基 检查培养基
三、培养基的制备
1.培养基配制的原则 1.培养基配制的原则 合适的C/N，C/N要求在0.2——2.0。 合适的C/N，C/N要求在0.2——2.0。 对于一些特殊的情况，例如谷氨酸发 酵，在谷氨酸生物合成期，则要求 C/N为：100/15-21。 C/N为：100/15-21。 在确定了C/N的前提下，需要研究的 在确定了C/N的前提下，需要研究的 是不同的氮源，对发酵的影响。 大多数的工业培养基都使用玉米浆。 生长因子：
处理目的
除去胶体性物质，降低糖蜜的粘度， 提高发酵液的流动性，有利于改善发 酵过程中氧的传递。 脱色，除去有色物质（有色物质的来 源？），对产品的质量有影响，对微 生物的生长和代谢有影响。 中和过量的酸碱性物质，除去部分对 pH值有影响的缓冲性物质。 pH值有影响的缓冲性物质。
方法
冷酸通风沉淀法：即加酸后，通 风，使之沉淀 糖蜜经酸化后主要是除去糖蜜中 胶体性物质，通风的目的是除去 一些挥发性物质。 加絮凝剂（PAM）：聚丙烯酰胺 加絮凝剂（PAM）：聚丙烯酰胺 （ PAM）作为絮凝剂， PAM）作为絮凝剂， 可以促进大分子物质的沉降，有 利于糖蜜的澄清。
糖蜜的来源
甘蔗和甜菜长的一种副产品 糖蜜是非结晶糖，不需活化
糖蜜的用途
发酵工业用原料，国内发酵生产的有：味精、 酵母 目前，国内酵母工业使用进口糖蜜为原料， 带来了较大的工业污染，…… 带来了较大的工业污染，…… 使用糖蜜生产酒精 使用糖蜜生产蒸馏酒——姥姆酒，世界名酒， 使用糖蜜生产蒸馏酒——姥姆酒，世界名酒， 牙买加的国酒，在西方国家主要用于鸡尾酒 的勾兑上。 作为添加剂使用，柠檬酸发酵，作为添加剂 使用。 使用糖蜜发酵生产黄源胶，已有研究报道。
培养基用原材料的种类
碳源 ：淀粉 及其水解糖液，含有淀 粉及其水解产物的废弃物：味精废水、 粉丝生产废水等， 化工石油产品：醋 酸、甲醇、乙醇、甲烷等 氮源：氨水、尿素（有脲酶的微生 物）， (NH4)2SO4、NH4NO3、NH4CL等， (NH4)2SO4、NH4NO3、NH4CL等， 豆粕、玉米浆、酵母粉、酵母浸出物、 鱼粉、 菌体蛋白、 玉米蛋白粉等
五、种子保藏和复壮 菌种保藏的目的 提高菌种存活率和减少菌种的变异 菌种保藏的原理 菌种保藏主要是根据菌种的生理生化 特点人工创造条件使孢子或菌体的生 长代谢活动尽量降低，以减少其变异。 长代谢活动尽量降低，以减少其变异。 一般可通过保持培养基营养成分在最 低水平缺氧状态，干燥和低温， 低水平缺氧状态，干燥和低温，使菌 种处于“体眠”状态， 种处于“体眠”状态，抑制其繁殖能 力。