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4.1.3 发酵的一般工艺过程
微生物发酵产物虽然多种多样，发酵类型不一， 但总体上的工艺流程是相似的，包括以下过程： 1、原料的处理和灭菌； 2、空气的净化除菌； 3、菌种的扩大培养； 4、发酵的条件控制； 5、产品的提取精制等阶段。
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4.2 原料的选择及处理
培养基是微生物生长繁殖需要的营养环境。培 养基成分包括碳源、氮源、无机盐、微量元素和 水等。 4.2.1 选择合适的原料 标准： 1、原料中碳的可利用率高； 2、发酵率高，而且尽可能使发酵残余物少； 3、原料质量好，成分稳定，污染变质少，易灭菌； 4、廉价，来源方便，易于保藏。
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4.1 微生物发酵的类型
按照微生物对氧气的要求、发酵采用的方式、发酵 产物的特性，将发酵分为不同的类型： 4.1.1 按照微生物对氧气的要求分类 1、好氧发酵：指发酵产物形成时需要充足的氧气。如 柠檬酸发酵、草酸发酵、谷氨酸发酵以及各种抗生 素发酵等。 2、厌氧发酵：指发酵时不需要提供氧气，如丙酮-丁 醇发酵、乳酸发酵、丙酸发酵、丁酸发酵等。 3、兼性厌氧发酵：产生酒精的酵母菌是一种兼性厌氧 微生物，在缺氧条件下进行酒精发酵，积累酒精， 在大量通气条件下则进行好氧发酵，产生大量酵母 细胞。
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4.1.2 按微生物发酵采用的培养基状态分类
1、固体发酵 固态发酵是指没有或几乎没有自由水 存在下，在有一定湿度下的固态基质中， 用一种或多种微生物的一个生物反应过程。
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固体发酵的优点： 操作简便、发酵过程容易控制、对无菌要 求相对较低、不易发生大面积的污染； 基质含水量低，生物反应器的体积小； 发酵的副产物可以综合利用，不需废水处 理； 供氧由气体扩散或间接通风完成，能耗低； 能在一定程度上解除产物抑制，可获得较 高的次级代谢产物。
淀粉 蓝糊精 红糊精 无色糊精 酸或酶 麦芽糖 葡萄糖
（C6H10O5)n+nH2O
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n C6H12O6
葡萄糖Biblioteka Baidu---DE值
工业上用DE值（也称G值）表示淀粉糖的糖组成。糖 化液中的还原糖含量（以G计算）占干物质的百分率称为。
还原糖含量 DE值 = 100% 干物质含量
一、淀粉水解糖的制备方法
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• 1.酶解法是在酶的作用下进行的，反应条件较温 和，不需要耐高温高压或耐酸腐蚀的设备； • 2.酶作为催化剂的特点是专一性强，副反应少， 故水解糖液纯度高，淀粉转化率高； 优 • 3.可在较高的淀粉乳浓度下水解。如酸解法一般 点 使用含 18%--20% 淀粉的淀粉乳，而酶解法可 用含 34%--40% 淀粉的淀粉乳，并且可以采用 粗原料。 • 4.用酶解法制得的糖液较纯净、颜色浅、无苦味、 质量高，有利于糖液的充分利用。
现代微生物发酵及技术教程
4.微生物发酵工程概述
4.微生物发酵工程概述
4.1 微生物发酵的类型
4.2 原料的选择和处理
4.3 灭菌和空气净化工程
4.5 菌种的培养 4.6 发酵过程的分析检验 4.7 发酵培养方法
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发酵工程是利用微生物细胞的代谢过程生产 有用的各种产物的过程，它由三个核心部分组成： 一、生产特定产物的微生物菌种的选育；二、利 用适当的设备和技术为菌种提供最佳条件，充分 发挥菌种的生产能力；三、将发酵产生的产物经 分离、纯化，以提高收率获得质量合格的产品。 微生物发酵工业以发酵为主，发酵水平的好 坏是整个生产的关键，但后处理在发酵生产中也 占有重要的地位。完整的微生物发酵工程应该包 括从原料到获得终产品的过程，即菌种是基础， 发酵是关键，分离纯化是保障。
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缺点
酶解法反应时间较长，设备要求较 多，且酶是蛋白质，易引起糖液过滤困 难。当然，随着酶制剂生产及应用技术 的提高，酶解法制糖将逐渐取代酸解法 制糖。
用于制备淀粉的原料主要有薯类、玉米、小麦、 大米等富含淀粉的农产品。根据原料淀粉的性质及采 用的催化剂不同，淀粉水解为葡萄糖的方法有酸解法、 酶解法以及酸酶结合法等三种。
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1、酸解法 又称酸糖化法，它是以酸为催化剂在高温下将 淀粉水解转化为葡萄糖的方法。 优点：生产方便，设备简单，水解时间短，设备生产 能力大； 缺点：a反应在高温高压及酸条件下进行，对设备有耐 腐蚀、耐高温和耐高压的要求； b发生副反应，葡萄糖损失，淀粉的转化率低； c对原料要求严格。
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2、酶解法 酶解法是利用专一性很强的淀粉酶及糖化酶将淀粉 水解为葡萄糖的方法。 酶解法可分为两步： 第一步，利用α -淀粉酶将淀粉液化； 第二步，利用糖化酶将糊精或低聚糖进一步水解转化 为葡萄糖。生产上这两步分别称为液化和糖化。由于 在该过程中淀粉的液化和糖化都是在酶的作用下进行 的。因此酶解法又称为双酶法或多酶法。
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4.2.2 淀粉水解糖的制备 淀粉是由葡萄糖组成的生物大分子，除少数霉菌 可以直接利用淀粉外，目前大多数微生物都不能直 接利用淀粉，如氨基酸产生菌、酒精酵母、抗生素 产生菌等。因此在氨基酸、抗生素有机酸等的生产 中，都要求先对淀粉或淀粉原料进行糖化，制成淀 粉水解糖后使用。 将淀粉水解为葡萄糖的过程称为糖化，制得的糖 溶液叫淀粉水解糖。
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缺点： 厂房面积大； 生物反应器设计不够完善； 难以准确测定含水量、菌体量和二氧化碳 生成量等发酵参数； 微生物生长速度缓慢，容易污染； 只适合用于耐低活性水的菌等的发酵。
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2.液体发酵
液体发酵的方式： 1、将培养基放在瓷盘内，进行静止培养， 称浅盘发酵（表面发酵）。该法存在不少 的缺点，如劳动强度大，占地面积大，产 量小，易染杂菌等，因此迅速被液体深层 发酵所取代。 2、将培养液放入不锈钢制成的发酵罐， 在罐内进行深层发酵。
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液体深层发酵的优点： 1、液体为悬浮状态为许多微生物提供最适合生长 环境，菌体生长快，发酵产率高，发酵周期短； 2、在液体中，菌体、底物、产物以及发酵产生的 热量易于扩散，使发酵可在均质条件下进行，易于 控制，便于扩大生产规模； 3、厂房面积小，生产效率高，易进行自动控制， 产品质量稳定； 4、产品易于提取和精制。 但液体深层发酵消耗能源多，设备复杂，需要较 大的投资，有废物排除等缺点。
4.1.3 发酵的一般工艺过程
微生物发酵产物虽然多种多样，发酵类型不一， 但总体上的工艺流程是相似的，包括以下过程： 1、原料的处理和灭菌； 2、空气的净化除菌； 3、菌种的扩大培养； 4、发酵的条件控制； 5、产品的提取精制等阶段。
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4.2 原料的选择及处理
培养基是微生物生长繁殖需要的营养环境。培 养基成分包括碳源、氮源、无机盐、微量元素和 水等。 4.2.1 选择合适的原料 标准： 1、原料中碳的可利用率高； 2、发酵率高，而且尽可能使发酵残余物少； 3、原料质量好，成分稳定，污染变质少，易灭菌； 4、廉价，来源方便，易于保藏。
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4.1 微生物发酵的类型
按照微生物对氧气的要求、发酵采用的方式、发酵 产物的特性，将发酵分为不同的类型： 4.1.1 按照微生物对氧气的要求分类 1、好氧发酵：指发酵产物形成时需要充足的氧气。如 柠檬酸发酵、草酸发酵、谷氨酸发酵以及各种抗生 素发酵等。 2、厌氧发酵：指发酵时不需要提供氧气，如丙酮-丁 醇发酵、乳酸发酵、丙酸发酵、丁酸发酵等。 3、兼性厌氧发酵：产生酒精的酵母菌是一种兼性厌氧 微生物，在缺氧条件下进行酒精发酵，积累酒精， 在大量通气条件下则进行好氧发酵，产生大量酵母 细胞。
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4.1.2 按微生物发酵采用的培养基状态分类
1、固体发酵 固态发酵是指没有或几乎没有自由水 存在下，在有一定湿度下的固态基质中， 用一种或多种微生物的一个生物反应过程。
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固体发酵的优点： 操作简便、发酵过程容易控制、对无菌要 求相对较低、不易发生大面积的污染； 基质含水量低，生物反应器的体积小； 发酵的副产物可以综合利用，不需废水处 理； 供氧由气体扩散或间接通风完成，能耗低； 能在一定程度上解除产物抑制，可获得较 高的次级代谢产物。
淀粉 蓝糊精 红糊精 无色糊精 酸或酶 麦芽糖 葡萄糖
（C6H10O5)n+nH2O
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n C6H12O6
葡萄糖Biblioteka Baidu---DE值
工业上用DE值（也称G值）表示淀粉糖的糖组成。糖 化液中的还原糖含量（以G计算）占干物质的百分率称为。
还原糖含量 DE值 = 100% 干物质含量
一、淀粉水解糖的制备方法
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• 1.酶解法是在酶的作用下进行的，反应条件较温 和，不需要耐高温高压或耐酸腐蚀的设备； • 2.酶作为催化剂的特点是专一性强，副反应少， 故水解糖液纯度高，淀粉转化率高； 优 • 3.可在较高的淀粉乳浓度下水解。如酸解法一般 点 使用含 18%--20% 淀粉的淀粉乳，而酶解法可 用含 34%--40% 淀粉的淀粉乳，并且可以采用 粗原料。 • 4.用酶解法制得的糖液较纯净、颜色浅、无苦味、 质量高，有利于糖液的充分利用。
现代微生物发酵及技术教程
4.微生物发酵工程概述
4.微生物发酵工程概述
4.1 微生物发酵的类型
4.2 原料的选择和处理
4.3 灭菌和空气净化工程
4.5 菌种的培养 4.6 发酵过程的分析检验 4.7 发酵培养方法
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发酵工程是利用微生物细胞的代谢过程生产 有用的各种产物的过程，它由三个核心部分组成： 一、生产特定产物的微生物菌种的选育；二、利 用适当的设备和技术为菌种提供最佳条件，充分 发挥菌种的生产能力；三、将发酵产生的产物经 分离、纯化，以提高收率获得质量合格的产品。 微生物发酵工业以发酵为主，发酵水平的好 坏是整个生产的关键，但后处理在发酵生产中也 占有重要的地位。完整的微生物发酵工程应该包 括从原料到获得终产品的过程，即菌种是基础， 发酵是关键，分离纯化是保障。
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缺点
酶解法反应时间较长，设备要求较 多，且酶是蛋白质，易引起糖液过滤困 难。当然，随着酶制剂生产及应用技术 的提高，酶解法制糖将逐渐取代酸解法 制糖。
用于制备淀粉的原料主要有薯类、玉米、小麦、 大米等富含淀粉的农产品。根据原料淀粉的性质及采 用的催化剂不同，淀粉水解为葡萄糖的方法有酸解法、 酶解法以及酸酶结合法等三种。
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1、酸解法 又称酸糖化法，它是以酸为催化剂在高温下将 淀粉水解转化为葡萄糖的方法。 优点：生产方便，设备简单，水解时间短，设备生产 能力大； 缺点：a反应在高温高压及酸条件下进行，对设备有耐 腐蚀、耐高温和耐高压的要求； b发生副反应，葡萄糖损失，淀粉的转化率低； c对原料要求严格。
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2、酶解法 酶解法是利用专一性很强的淀粉酶及糖化酶将淀粉 水解为葡萄糖的方法。 酶解法可分为两步： 第一步，利用α -淀粉酶将淀粉液化； 第二步，利用糖化酶将糊精或低聚糖进一步水解转化 为葡萄糖。生产上这两步分别称为液化和糖化。由于 在该过程中淀粉的液化和糖化都是在酶的作用下进行 的。因此酶解法又称为双酶法或多酶法。
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4.2.2 淀粉水解糖的制备 淀粉是由葡萄糖组成的生物大分子，除少数霉菌 可以直接利用淀粉外，目前大多数微生物都不能直 接利用淀粉，如氨基酸产生菌、酒精酵母、抗生素 产生菌等。因此在氨基酸、抗生素有机酸等的生产 中，都要求先对淀粉或淀粉原料进行糖化，制成淀 粉水解糖后使用。 将淀粉水解为葡萄糖的过程称为糖化，制得的糖 溶液叫淀粉水解糖。
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缺点： 厂房面积大； 生物反应器设计不够完善； 难以准确测定含水量、菌体量和二氧化碳 生成量等发酵参数； 微生物生长速度缓慢，容易污染； 只适合用于耐低活性水的菌等的发酵。
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2.液体发酵
液体发酵的方式： 1、将培养基放在瓷盘内，进行静止培养， 称浅盘发酵（表面发酵）。该法存在不少 的缺点，如劳动强度大，占地面积大，产 量小，易染杂菌等，因此迅速被液体深层 发酵所取代。 2、将培养液放入不锈钢制成的发酵罐， 在罐内进行深层发酵。
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液体深层发酵的优点： 1、液体为悬浮状态为许多微生物提供最适合生长 环境，菌体生长快，发酵产率高，发酵周期短； 2、在液体中，菌体、底物、产物以及发酵产生的 热量易于扩散，使发酵可在均质条件下进行，易于 控制，便于扩大生产规模； 3、厂房面积小，生产效率高，易进行自动控制， 产品质量稳定； 4、产品易于提取和精制。 但液体深层发酵消耗能源多，设备复杂，需要较 大的投资，有废物排除等缺点。