发酵工程第三章发酵工业原料及其处理
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发酵工程培养基
酒精生产中若用糖蜜代甘薯粉，可省去蒸煮、 制曲、糖化等过程，简化了工艺。
糖蜜使用的注意点：
除糖份外，含有较多的杂质，其中有些是有用的， 但是许多都会对发酵产生不利的影响，需要进行预 处理。
例：谷氨酸发酵
有害物资：胶体成分（起泡、结晶）、钙盐（结 晶）、生物素（发酵控制）。
预处理：澄清→脱钙→脱除生物素 例：柠檬酸发酵 有害物质：铁离子含量高（导致异柠檬酸的生成）。 预处理：→黄血盐
但过多的初始葡萄糖会抑制微生物生长，引 起葡萄糖效应，这主要是葡萄糖的分解代谢 阻遏造成。
另外过多葡萄糖会过分加速菌体呼吸，以致 溶解氧不能满足需要，使一些中间代谢物积 累，pH下降，影响微生物生长和产物合成。
2.糖蜜 又称糖浆，俗称糖稀。
生物发酵工业所用的糖蜜，主要是指制糖工 业上的废糖蜜，它是甘蔗糖厂或甜菜糖厂的 一种副产品。
又如肠膜状明串珠菌的生长需要补充10种维 生素、19种氨基酸、3种嘌呤及嘧啶等。
2.前体
能直接结合到产物中，而自身结构没有多大 变化，但是产物产量却有较大提高。
青霉素：分子量356
苯乙酸:分子量136
如青霉素生产中，加入玉米浆，产量增加， 原因是玉米浆含有苯乙酸，被优先结合到青 霉素分子中去。
速效氮源。
无机氮源的迅速利用会引起pH的变化。 生理酸性物质：硫酸铵。 生理碱性物质：硝酸钠。
正确使用生理酸碱性物质，对稳定和调节发 酵过程的pH有积极作用。
氨水：
在发酵中除可以调节pH外，它也是一种容易 被利用的氮源，在许多抗生素的生产中得到 普遍使用。
氨水因碱性较强，因此使用时要防止局部过 碱，加强搅拌，并少量多次地加入。
铁：
糖蜜使用的注意点：
除糖份外，含有较多的杂质，其中有些是有用的， 但是许多都会对发酵产生不利的影响，需要进行预 处理。
例：谷氨酸发酵
有害物资：胶体成分（起泡、结晶）、钙盐（结 晶）、生物素（发酵控制）。
预处理：澄清→脱钙→脱除生物素 例：柠檬酸发酵 有害物质：铁离子含量高（导致异柠檬酸的生成）。 预处理：→黄血盐
但过多的初始葡萄糖会抑制微生物生长，引 起葡萄糖效应，这主要是葡萄糖的分解代谢 阻遏造成。
另外过多葡萄糖会过分加速菌体呼吸，以致 溶解氧不能满足需要，使一些中间代谢物积 累，pH下降，影响微生物生长和产物合成。
2.糖蜜 又称糖浆，俗称糖稀。
生物发酵工业所用的糖蜜，主要是指制糖工 业上的废糖蜜，它是甘蔗糖厂或甜菜糖厂的 一种副产品。
又如肠膜状明串珠菌的生长需要补充10种维 生素、19种氨基酸、3种嘌呤及嘧啶等。
2.前体
能直接结合到产物中，而自身结构没有多大 变化，但是产物产量却有较大提高。
青霉素：分子量356
苯乙酸:分子量136
如青霉素生产中，加入玉米浆，产量增加， 原因是玉米浆含有苯乙酸，被优先结合到青 霉素分子中去。
速效氮源。
无机氮源的迅速利用会引起pH的变化。 生理酸性物质：硫酸铵。 生理碱性物质：硝酸钠。
正确使用生理酸碱性物质，对稳定和调节发 酵过程的pH有积极作用。
氨水：
在发酵中除可以调节pH外，它也是一种容易 被利用的氮源，在许多抗生素的生产中得到 普遍使用。
氨水因碱性较强，因此使用时要防止局部过 碱，加强搅拌，并少量多次地加入。
铁：
第三章 发酵工业原料及其处理
特点：
2、种子培养基（包括摇瓶种子和小罐种子培养基）
培养种子的目的：
扩大培养，增加细胞数量； 同时也必须培养出强壮、健康、活性高的细胞。为了使细胞 迅速进行分裂或菌丝快速生长。 种子培养基特点： 必须有较完全和丰富的营养物质，特别需要充足的氮源和生长 因子。 种子培养基中各种营养物质的浓度不必太高。供孢子发芽生长 用的种子培养基，可添加一些易被吸收利用的碳源和氮源。 种子培养基成分还应考虑与发酵培养基的主要成分相近。
4、注意代谢调节物的影响：
有些物质存在于培养基中往往能明显地促进或抑制发
酵产物的形成。
前体物质 诱导剂 阻遏物 抑制剂
金属离子
（1）添加有关前体物质：
• 前体物质：是指当添加到发酵培养基中的某些化学物
质基本上不改变其分子结构而直接进入产物中的小分 子物质，从而在一定条件下控制产物的合成方向和提 高产量。 • 在发酵中添加前体物质将有利于产物的合成和显著提 高产量，如苯乙酸及其衍生物被认为是青霉素的前体 物质。
微生物的营养活动，是依靠向外界分泌大量的酶．将周
围环境中大分子的蛋白质、糖类、脂肪等营养物质分解
成小分子化合物，再借助细胞膜的渗透作用，吸收这些 小分子营养来实现的。
所有发酵培养基都必须提供微生物生长繁殖和产物合成
所需的能源，包括碳源、氮源、无机元素、生长因子及
水等。对于大规模发酵生产，除考虑上述微生物的需要 外，还必须重视培养基原料的价格和来源。
3、发酵培养基
发酵培养基是发酵生产中最主要的培养基，它不仅
耗用大量的原材料，而且也是决定发酵生产成功与 否的重要因素。
发酵培养基的设计和注意事项
《发酵工程》课程教学大纲
《发酵工程》课程教学大纲课程名称：发酵工程课程类别：专业选修课适用专业：食品科学与工程考核方式：考察总学时、学分： 32 学时、2 学分一、课程教学目的发酵工程是整个生物技术的核心，是工业微生物实现试验室与工厂化生产的具体操作，是生物技术在生产实践中应用的原理及方法的一局部，是基因工程及酶工程等生物技术工业化的过程与方法。
因此，通过对《发酵工程》的学习，不仅把握发酵工程原理及发酵优化把握过程，而且对系统了解生物技术及其工业化应用都具有深远的意义。
另外，通过《发酵工程》试验及发酵工程各论的了解，不仅能够把握发酵工艺操作从小试到放大的具体过程及反响过程把握方法，而且进一步了解了目前发酵行业的具体产品生产工艺，从理论到方法学会发酵工程这一门技术，对发酵生产能够进展指导与分析。
二、课程教学要求通过本课程的教学，应使学生把握发酵工程学的根本学问和根本技能，了解现代生物工程技术的进展与应用状况，具备确定的微生物生产工程技能。
通过本课程的学习，使学生深刻理解发酵工程的微生物学原理，结实把握发酵工业菌种的筛选、驯化、培育与保藏，好氧、厌氧发酵工艺的调控与治理，了解发酵产品提取与精制的原理、流程及常见发酵产品的生产过程。
三、先修课程食品微生物学、生物化学。
四、课程教学重、难点重点：发酵工程的概念、特点；工业微生物菌种的退化、复壮与保藏；工业上常用作碳源、氮源的原料；淀粉水解糖的制备方法；微生物对培育基中的碳源代谢；酒精发酵机制；好氧发酵罐构造和功能；温度、 pH 和泡沫对发酵过程的影响；不同时间及染菌程度对发酵的影响；种子、空气、培育基和设备染菌及防治；细胞裂开方法及裂开率的测定；盐析法分别发酵产物。
难点：影响种子培育的因素和种子质量的把握；发酵生产的前体物质和促进剂、抑制剂有机酸发酵机制；染菌的检查推断及缘由分析；离子交换法原理和离子交换树指的构造与分类，膜和膜分别的根本理论。
五、课程教学方法与教学手段多媒体教学,课堂讲授与实践相结合。
(精品)【发酵工程】第三章_发酵工业培养基设计1
优点：乙醇做碳源，菌体收率和得率比葡萄糖 还高。
二、氮源
1、功能 用于构成微生物菌种的菌体细胞物质。 提供合成含氮产物所必须的氮成分。
2、类型 有机氮和无机氮。
1）无机氮源 种类：氨盐、硝酸盐和氨水
特点：微生物对它们的吸收快，所以也称之为迅 速利用的氮源。但无机氮源的迅速利用常会引起 pH的变化如：
例：谷氨酸发酵
有害物资：胶体成分（起泡、结晶）、钙盐（结晶） 生物素（发酵控制）
预处理：澄清→脱钙→脱除生物素
例：柠檬酸发酵
有害物质：铁离子含量高（导致异柠檬酸的生成） 预处理：→黄血盐
③ 淀粉、糊精 使用条件：微生物必须能分泌水解淀粉、糊精的酶。 缺点：难利用、发酵液比较稠、一般>2.0%时加
入一定的α-淀粉酶； 成分比较复杂，有直链淀粉和支链淀粉。
④缬氨酸、半胱氨酸和α-氨基己二酸可以提高青
霉素和头孢菌素的产量 。
尿素： ①成分单一的有机氮； ②在青霉素和谷氨酸生产中使用，可使α-酮戊 二酸还原并氨基化，提高谷氨酸的生产。
氮源使用注意问题：
有机氮源和无机氮源应当混合使用
早期：容易利用易同化的氮源—无机氮源 中期：菌体的代谢酶系已形成、则利用蛋白质
毛霉产蛋白酶的研究
陈涛，中国酿造，2004
初始pH的影响: pH偏酸比较好，中性蛋白酶影响大
无机氮源的影响： 硫酸铵>硝酸铵>硝酸钠>尿素
氨水
产链霉素时： 合成1moL链霉素需要消耗7moL氨。
产红霉素时： 可以提高红霉素的产率和有效组分的比例。
使用时注意： ① 使用时要用石棉等过滤介质进行除菌（噬碱
优点：来源广泛、价格低，可以解除葡萄糖效应。
例：地衣芽孢杆菌生产α-淀粉酶 碳源对生长和产酶的影响
二、氮源
1、功能 用于构成微生物菌种的菌体细胞物质。 提供合成含氮产物所必须的氮成分。
2、类型 有机氮和无机氮。
1）无机氮源 种类：氨盐、硝酸盐和氨水
特点：微生物对它们的吸收快，所以也称之为迅 速利用的氮源。但无机氮源的迅速利用常会引起 pH的变化如：
例：谷氨酸发酵
有害物资：胶体成分（起泡、结晶）、钙盐（结晶） 生物素（发酵控制）
预处理：澄清→脱钙→脱除生物素
例：柠檬酸发酵
有害物质：铁离子含量高（导致异柠檬酸的生成） 预处理：→黄血盐
③ 淀粉、糊精 使用条件：微生物必须能分泌水解淀粉、糊精的酶。 缺点：难利用、发酵液比较稠、一般>2.0%时加
入一定的α-淀粉酶； 成分比较复杂，有直链淀粉和支链淀粉。
④缬氨酸、半胱氨酸和α-氨基己二酸可以提高青
霉素和头孢菌素的产量 。
尿素： ①成分单一的有机氮； ②在青霉素和谷氨酸生产中使用，可使α-酮戊 二酸还原并氨基化，提高谷氨酸的生产。
氮源使用注意问题：
有机氮源和无机氮源应当混合使用
早期：容易利用易同化的氮源—无机氮源 中期：菌体的代谢酶系已形成、则利用蛋白质
毛霉产蛋白酶的研究
陈涛，中国酿造，2004
初始pH的影响: pH偏酸比较好，中性蛋白酶影响大
无机氮源的影响： 硫酸铵>硝酸铵>硝酸钠>尿素
氨水
产链霉素时： 合成1moL链霉素需要消耗7moL氨。
产红霉素时： 可以提高红霉素的产率和有效组分的比例。
使用时注意： ① 使用时要用石棉等过滤介质进行除菌（噬碱
优点：来源广泛、价格低，可以解除葡萄糖效应。
例：地衣芽孢杆菌生产α-淀粉酶 碳源对生长和产酶的影响
发酵工业原料与其处理
丝氨酸 色氨酸 蛋氨酸
甘氨酸 吲哚、氨茴酸 2-羟基-4-甲基硫代丁酸
金霉素 红霉素
氯化物 丙酸、丙醇等
异亮氨酸 苏氨酸
D-苏氨酸 高丝氨酸
灰黄霉素
氯化物
青霉素G：分子量356
苯乙酸:分子量136
使用方法
普遍采用流加方法。
前体一般都有毒性。如苯乙酸，一般仅仅添加 0.07%。 前体相对价格较高，添加过多，容易引起挥发 和氧化。 流加也有利于提高前体的转化率。
大量产物。
（1）孢子培养基
常用的有麸皮培养基、小米培养基、大米培养 基、玉米培养基和肉汤培养基等。 碳源、氮源含量不要太丰富，特别是有机氮源。 含有生长素和微量元素，有利于孢子大量形成。 注意培养基的pH值和湿度。
（2）种子培养基
营养相对丰富、完全，氮源和维生素含量 要高些。 要能维持稳定的pH。 最后一级种子培养基的成分应该能接近发 酵培养基。
微生物需钾量一般约为0.1g/L（以K2SO4 计）。
– 当培养基中磷盐配用1g/L K3PO4·3H2O时，同时 提供了钾，钾浓度为0.38g/L；
– 当培养基中磷盐配用1g/L Na2HPO4·12H2O时， 应另外配用KCl 0.3~0.6g/L，钾浓度为 0.35~0.7g/L。
4、生长因子（生长素）
– 无机氮源：氨水、液氨、尿素、硝酸盐、铵盐 等。
3. 无机盐
对菌体生长和产物合成都十分重要。不同 发酵对不同种类无机盐的需求不同。
4. 生长因子
发酵培养基中必不可少，但在某些发酵中 生长因子的量要控制适当。
5. 前体
某些化合物加入到发酵培养基中，能直接在生 物合成过程中结合到产物分子中去，而自身的 结构并未发生太大变化，却能提高产物的产量， 这类小分子物质称为前体。 来源：
发酵工程第三章发酵工业原料及其处理
色氨酸
灰黄霉素 异亮氨酸 苏氨酸
氯化物 D-苏氨酸 高丝氨酸
李 先 磊
氯化物 丙酸、丙醇
化学化工系
发 酵 工 程
Fermentation Engineering
五、发酵生产的前体物质和 促进剂、抑制剂
2. 促进剂：在酶制剂发酵过程中，加入促进剂，可
以改进细胞的渗透性，同时增加氧的传递速度， 改善菌体对氧的利用，增加产酶量。 通常的促进剂有各种表面活性剂、二乙胺四乙酸、 大豆油抽提物、黄血盐、甲醇等。
第一节 发酵工业原料的种类和成分
发 酵 工 程
Fermentation Engineering
一． 发酵培养基中各种成分的定量
二． 工业上常用作碳源的淀粉类原料
三． 工业上常用作氮源的蛋白质类原料 四． 发酵培养基中的无机盐和生长因子
五． 发酵生产的前体物质和促进剂、抑制剂等
李 先 磊
化学化工系
一、发酵培养基中各种成分的定量
发 酵 工 程
Fermentation Engineering
工业上将淀粉水解为葡萄糖的过程叫做淀粉的糖
化。所制备的糖液叫做淀粉水解糖。 淀粉水解糖包括多种糖类、少量氨基酸和脂肪酸 等。 淀粉水解糖被广泛用于各种发酵工业。 淀粉水解糖的原料包括薯类、玉米淀粉、小麦淀 粉和大米淀粉等。
李 先 磊
化学化工系
发 酵 工 程
Fermentation Engineering
五、发酵生产的前体物质和 促进剂、抑制剂
3. 抑制剂：有些抑制剂可以抑制某些合成产物的途
径而使代谢向所需要产物的途径转化，常被用于 抗生素和有机溶剂发酵中，如甘露聚糖可以抑制 甘露糖链霉素生产，只产生链霉素。
第三章发酵工业原料及其处理
• 工业生产中常用有机氮源有：黄豆饼粉、花生饼粉、 棉子饼粉、麸皮或麸皮水解液、玉米浆等。 无机氮源有：氨水、硝酸盐、铵盐和尿素等。
（3）无机盐
• 无机盐对菌体生长和产物合成有重要影响， 是发酵培养基的必须成分之一。
• 磷对微生物生长有明显促进作用； • 在青霉素和头孢菌素的发酵培养基中必须加
入硫源； • Mg、Zn、Co、Cu、Mn等微量元素是某些酶
• 发酵培养基中某些成分的加入有利于调节 产物的形成，而并不促进微生物的生长， 这些物质包括前体、促进剂和抑制剂。
前体
• 指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接被
微生物在生物合成过程中结合到产物分子中去，
而其自身的结构没有多大的变化，但产物的产
量却因加入前体而有较大的提高。 • 如：在青霉素生产中加入玉米浆，青霉素产
• 优点：设备要求简单，水解时间短（20min）， 设备生产能力大
• 缺点：高温高压下进行，设备要求耐腐蚀、耐 高温、耐高压，副反应多，对原料要求严格， 淀粉颗粒不宜过大，淀粉乳浓度不能过高。
淀粉酸水解的工艺流程
中和脱色
水 淀粉
冷却
调浆
盐酸
酸水解
过滤除杂
糖液
1.酸的种类和用量：
• 盐酸：催化效能为 100 • 硫酸：催化效能为 50.35 • 草酸: 催化效能为 20.45 • 一般用盐酸，其量占干淀粉的 0.6-0.7%，
• 在酶法糖化时， -淀粉酶很难进入 老化淀粉的结晶区起作用，使淀粉 很难液化，因此，必须采取相应的 措施控制糊化淀粉的老化。
2.糖化酶的水解作用
• 糖化酶对底物作用从非还原末端开始将 -1, 4 和 -1, 6糖苷键水解，也能水解麦芽糖。
• 必须控制糖化酶的用量和液化液DE值。 • 糖化的温度和pH值决定于所用的糖化剂的性
（3）无机盐
• 无机盐对菌体生长和产物合成有重要影响， 是发酵培养基的必须成分之一。
• 磷对微生物生长有明显促进作用； • 在青霉素和头孢菌素的发酵培养基中必须加
入硫源； • Mg、Zn、Co、Cu、Mn等微量元素是某些酶
• 发酵培养基中某些成分的加入有利于调节 产物的形成，而并不促进微生物的生长， 这些物质包括前体、促进剂和抑制剂。
前体
• 指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接被
微生物在生物合成过程中结合到产物分子中去，
而其自身的结构没有多大的变化，但产物的产
量却因加入前体而有较大的提高。 • 如：在青霉素生产中加入玉米浆，青霉素产
• 优点：设备要求简单，水解时间短（20min）， 设备生产能力大
• 缺点：高温高压下进行，设备要求耐腐蚀、耐 高温、耐高压，副反应多，对原料要求严格， 淀粉颗粒不宜过大，淀粉乳浓度不能过高。
淀粉酸水解的工艺流程
中和脱色
水 淀粉
冷却
调浆
盐酸
酸水解
过滤除杂
糖液
1.酸的种类和用量：
• 盐酸：催化效能为 100 • 硫酸：催化效能为 50.35 • 草酸: 催化效能为 20.45 • 一般用盐酸，其量占干淀粉的 0.6-0.7%，
• 在酶法糖化时， -淀粉酶很难进入 老化淀粉的结晶区起作用，使淀粉 很难液化，因此，必须采取相应的 措施控制糊化淀粉的老化。
2.糖化酶的水解作用
• 糖化酶对底物作用从非还原末端开始将 -1, 4 和 -1, 6糖苷键水解，也能水解麦芽糖。
• 必须控制糖化酶的用量和液化液DE值。 • 糖化的温度和pH值决定于所用的糖化剂的性
第三章第四节发酵培养基灭菌
一、灭菌的原理和方法
消毒与灭菌的区别？
消毒 杀死物体表面及内部一部分对人体有害的 病原菌的营养体，而对被消毒的物体基本 无害的措施，如对皮肤、水果、饮用水的 消毒，啤酒、牛奶、果汁等消毒。 灭菌 杀死任何物体内外的一切微生物的方法， 灭菌后的物体不再有可存活的微生物。
1、化学试剂灭菌法
化学试剂：甲醛、乙醇或新洁尔灭、高锰酸钾等 适用范围：环境空气、皮肤及器械的表面消毒 2、射线灭菌法
在实际生产中，也可能遇到所供蒸汽不足、温度不够高 的情况，这时可以适当延长灭菌时间。 生产上甚至有用100℃蒸煮而达到彻底灭菌的实例。
如要做固体曲而没有高温蒸汽时，可将原料用100蒸汽蒸
30min， 杀死其中的营养细胞， 但孢子与细菌的芽孢没 有被杀死。 将蒸过的原料置于室温下过夜， 未被杀死的
当培养基成分从T1上升到T2时，微生物的死亡速率与培养基的分解有如下 关系：
K2 ） K 1 E K `2 ln （ ） E ` K `1 ln （
通过实验测定可知： K2 （ ） 灭菌时杀死微生物的活化能大于培养基成分的破坏活化能值， ln K 1 E 因此： K2 K `2 K `2 E ` ln （ ） ln （ ） ln （ ） K1 K `1 K `1
电磁波、紫外线或放射性物质 适用范围：无菌室、接种箱
3、干热灭菌法
常用烘箱，灭菌条件为在160℃下保温1h 适用范围：金属或玻璃器皿
4、湿热灭菌法
利用饱和蒸汽进行灭菌、条件为：121℃，30’ 适用范围：广泛应用于生产设备及培养基的灭菌 例：高压灭菌锅
5、过滤除菌法
利用过滤方法阻留微生物 适用范围：制备无菌空气
由此可见，若要减少营养成分的破坏，可升 高温度灭菌。 结论2：在灭菌时选择较高的温度、较短的时 间，这样便既可达到需要的灭菌程度， 同时 又可减少营养物质的损失。
发酵工程第三章发酵工业原料与其处理
来源：
糖类（淀粉，淀粉水解糖，糖蜜）、油脂、有机 酸、正烷烃
淀粉质原料
微生物能否直 接利用淀粉作
原料？
含淀粉较高，来源广泛，价格便宜，淀粉质 原料及水解液是发酵工业常用的碳源。
主要有工业淀粉、谷类、薯类等。
工业淀粉包括玉米淀粉、小麦淀粉、甘薯淀 粉等，谷类包括大米、高粱、大麦和小麦， 薯类则包括甘薯、马铃薯和木薯等。
3
13
31
2
14
3
灰分/%
5.7
6.5
5 8.8
18.1
16
10
发干 核物 黄酵/素%/（工mg业/kg常） 用93的.206 蛋白94.04质原料主12要55.07有3 黄豆9130..饼61 粉92、.164花生9- 5 饼
粉硫胺、素/（棉mg子/kg饼） 粉2、.4 玉米14浆.3 、蛋白5.胨0.8、8 酵母1.1膏、2鱼2 粉等- 。
济
发酵后所形成的副产物少
--纯度高
培养基的原料资源丰富，价格低廉，能保证生
产上的供应
--成本低，可靠性高
有利于产品的分离纯化，并尽可能减少“三废”
物质
--易控制，好
处理
二、工业上常用作碳源的原料
作用： 发酵培养基含量远远大于种子培养基
提供微生物合成细胞结构所需碳素，更重要的是 提供目的产物中的碳及合成产物的能源。
三、工业上常用作氮源的原料
构成菌体构成菌体细胞物质（氨基酸、蛋白质、 核酸等）和含氮产物的氮素来源。
氮源物质在发酵培养基基中的含量因发酵目的产 物不同而不同。
分为无机氮源（速效氮源）与有机氮源
无机氮源被菌体作为氮源利用后，在培养液中留下酸 性或碱性物质，这种经微生物生理作用（代谢）后能形 成酸性物质的无机氮源叫生理酸性物质，如硫酸铵；若 菌体代谢后能产生碱性物质的则此种无机氮源称为生理 碱性物质，如硝酸钠。
糖类（淀粉，淀粉水解糖，糖蜜）、油脂、有机 酸、正烷烃
淀粉质原料
微生物能否直 接利用淀粉作
原料？
含淀粉较高，来源广泛，价格便宜，淀粉质 原料及水解液是发酵工业常用的碳源。
主要有工业淀粉、谷类、薯类等。
工业淀粉包括玉米淀粉、小麦淀粉、甘薯淀 粉等，谷类包括大米、高粱、大麦和小麦， 薯类则包括甘薯、马铃薯和木薯等。
3
13
31
2
14
3
灰分/%
5.7
6.5
5 8.8
18.1
16
10
发干 核物 黄酵/素%/（工mg业/kg常） 用93的.206 蛋白94.04质原料主12要55.07有3 黄豆9130..饼61 粉92、.164花生9- 5 饼
粉硫胺、素/（棉mg子/kg饼） 粉2、.4 玉米14浆.3 、蛋白5.胨0.8、8 酵母1.1膏、2鱼2 粉等- 。
济
发酵后所形成的副产物少
--纯度高
培养基的原料资源丰富，价格低廉，能保证生
产上的供应
--成本低，可靠性高
有利于产品的分离纯化，并尽可能减少“三废”
物质
--易控制，好
处理
二、工业上常用作碳源的原料
作用： 发酵培养基含量远远大于种子培养基
提供微生物合成细胞结构所需碳素，更重要的是 提供目的产物中的碳及合成产物的能源。
三、工业上常用作氮源的原料
构成菌体构成菌体细胞物质（氨基酸、蛋白质、 核酸等）和含氮产物的氮素来源。
氮源物质在发酵培养基基中的含量因发酵目的产 物不同而不同。
分为无机氮源（速效氮源）与有机氮源
无机氮源被菌体作为氮源利用后，在培养液中留下酸 性或碱性物质，这种经微生物生理作用（代谢）后能形 成酸性物质的无机氮源叫生理酸性物质，如硫酸铵；若 菌体代谢后能产生碱性物质的则此种无机氮源称为生理 碱性物质，如硝酸钠。
发酵工程 第3章 发酵工业原料及其处理
① 有利于微生物的生长繁殖，防止菌体过早衰老； ② 利于产物的合成。
（2）成分种类：
碳源、氮源、无机盐、生长因子、水； 前体、促进剂、抑制剂。
1.碳源:
发酵培养基中的含量远大于其在种子培养基中的含量。
（1）作用
I. 提供合成细胞物质所需碳素； II. 提供目的产物中的碳； III. 合成产物的能源。
4.生长因子:
为发酵培养基必不可少的组分 对量的控制要适当，如生物素亚适量法的谷氨酸发酵。
5.前体:
概念：有些化合物被加入培养基后，能够直接在生物合成过 程中结合到产物分子中去，而自身的结构并未发生太大变化， 却能提高产物的产量，这类小分子物质被称为前体。 前体使用浓度要适当，浓度过高对菌体有毒害作用，一般采 用流加方式，减少一次加入量。
第一篇 工业微生物和发酵工业原料
第三章 发酵工业原料及其处理
第一节 发酵工业原料的种类和成分 第二节 淀粉水解糖的制备 第三节 发酵培养基灭菌
第1节 发酵工业原料的种类和成分
一、发酵培养基中各种成分的定量
1 概念: 发酵培养基是供微生物生长繁殖和合成大量产物 的培养基，用于发酵生产特定产物。 （1）要求：
淀粉质原料是发酵工业最常用的原料之一。 葡萄糖是碳源中最容易利用的单糖， 淀粉水解后可获得葡萄糖。
在工业生产上将淀粉水解为葡萄糖的过程称为 淀粉的糖化，所制得的糖液为淀粉水解糖。
凡是淀粉质原料都可用于制备淀粉水解糖。 水解方法有：酸水解法、酶水解法、酸酶结合水解法。
二、淀粉水解制糖
1、酸解法
以酸（无机酸或有机酸）为催化剂，在高温高 压下将淀粉水解转化为葡萄糖的方法。
1,4糖苷键和α -1,6糖苷键，产生β-葡萄糖。
3、酸酶结合法
（2）成分种类：
碳源、氮源、无机盐、生长因子、水； 前体、促进剂、抑制剂。
1.碳源:
发酵培养基中的含量远大于其在种子培养基中的含量。
（1）作用
I. 提供合成细胞物质所需碳素； II. 提供目的产物中的碳； III. 合成产物的能源。
4.生长因子:
为发酵培养基必不可少的组分 对量的控制要适当，如生物素亚适量法的谷氨酸发酵。
5.前体:
概念：有些化合物被加入培养基后，能够直接在生物合成过 程中结合到产物分子中去，而自身的结构并未发生太大变化， 却能提高产物的产量，这类小分子物质被称为前体。 前体使用浓度要适当，浓度过高对菌体有毒害作用，一般采 用流加方式，减少一次加入量。
第一篇 工业微生物和发酵工业原料
第三章 发酵工业原料及其处理
第一节 发酵工业原料的种类和成分 第二节 淀粉水解糖的制备 第三节 发酵培养基灭菌
第1节 发酵工业原料的种类和成分
一、发酵培养基中各种成分的定量
1 概念: 发酵培养基是供微生物生长繁殖和合成大量产物 的培养基，用于发酵生产特定产物。 （1）要求：
淀粉质原料是发酵工业最常用的原料之一。 葡萄糖是碳源中最容易利用的单糖， 淀粉水解后可获得葡萄糖。
在工业生产上将淀粉水解为葡萄糖的过程称为 淀粉的糖化，所制得的糖液为淀粉水解糖。
凡是淀粉质原料都可用于制备淀粉水解糖。 水解方法有：酸水解法、酶水解法、酸酶结合水解法。
二、淀粉水解制糖
1、酸解法
以酸（无机酸或有机酸）为催化剂，在高温高 压下将淀粉水解转化为葡萄糖的方法。
1,4糖苷键和α -1,6糖苷键，产生β-葡萄糖。
3、酸酶结合法
【发酵工程】第三章 发酵培养基3
灭菌
在大规模发酵中应该尽可能的采取连续灭菌的操作， 而且保证灭菌条件的稳定是保证发酵稳定的前提 有时避免营养物质在加热的条件下，相互作用， 可以将营养物质分开消毒。 Na2HPO4+CaCO3→CaHPO4+Na2CO3 有些物质由于挥发和对热非常敏感，就不能采用湿 热的灭菌方法
第四节、重组产品培养基的介绍
13．在实验中我们所用到的淀粉水解培养基是一种（ ） 培养基 A 基础培养基 B加富培养基 C选择培养基 D鉴别培养基
15.要从多种细菌中分离某种细菌，培养基要用（ ）
A.加入青霉素的培养基 B．加入高浓度食盐的培
养基 C．固体培养基
D.液体培养基
C
16．根据培养基的物理状态，划分的发酵种类
是
（
）
第一节第一节发酵培养基的要求和种类发酵培养基的要求和种类第二节第二节发酵培养基的成分及来源发酵培养基的成分及来源第三节第三节发酵培养基的设计原理与优化发酵培养基的设计原理与优化第二节发酵培养基的成分及来源一碳源1作用2来源有机氮源和无机氮源二氮源1作用2来源三无机盐及微量元素糖类油脂有机酸烃和醇类四生长因子前体和产物促进剂从广义上讲凡是微生物生长不可缺少的微量的有机物质如氨基酸嘌呤嘧啶维生素等均称生长因子
pH控制摇床：反应器水平上的摇瓶研究
五、培养基设计时注意的一些相关问题
原料及设备的预处理 原材料的质量
发酵特性的影响
在抗生素发酵生产中往往喜欢所谓的“稀配方”，因 为它既降低成本、灭菌容易、且使氧传递容易而有利 于目的产物的生物合成。如果营养成分缺乏，则可通 过中间补料方法予以弥补。
单因子实验
多因子实验：均匀设计、
正交实验设计、 响应面分析等。
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苯乙酸等 维生素B12
青霉素O
烯丙基-巯基乙酸 丝氨酸
青霉素V
苯氧乙酸
色氨酸
链霉素
肌醇、精氨酸 灰黄霉素
金霉素
氯化物
异亮氨酸
红霉素
丙酸、丙醇 苏氨酸
前体 钴化物 甘氨酸
吲哚、氨茴酸
氯化物 苏氨酸 高丝氨酸
五、发酵生产的前体物质和 促进剂、抑制剂
2. 促进剂：在酶制剂发酵过程中，加入促进剂，可 以改进细胞的渗透性，同时增加氧的传递速度， 改善菌体对氧的利用，增加产酶量。
3. 通常的促进剂有各种表面活性剂、二乙胺四乙酸、 大豆油抽提物、黄血盐、甲醇等。
五、发酵生产的前体物质和 促进剂、抑制剂
3. 抑制剂：有些抑制剂可以抑制某些合成产物的途 径而使代谢向所需要产物的途径转化，常被用于 抗生素和有机溶剂发酵中，如甘露聚糖可以抑制 甘露糖链霉素生产，只产生链霉素。
发酵工业原料的种类和成分
淀粉水解糖包括多种糖类、少量氨基酸和脂肪酸 等。
淀粉水解糖被广泛用于各种发酵工业。 淀粉水解糖的原料包括薯类、玉米淀粉、小麦淀
粉和大米淀粉等。
2、淀粉水解的方法
根据水解采用的催化剂不同，可以分为三种方法 酸水解 酶水解 酸酶结合水解
酸水解法
也叫做酸糖化法，以无机酸或有机酸为催化剂， 高温高压下将淀粉水解为葡萄糖。
发酵工业原料的种类和成分
一． 发酵培养基中各种成分的定量 二． 工业上常用作碳源的淀粉类原料 三． 工业上常用作氮源的蛋白质类原料 四． 发酵培养基中的无机盐和生长因子 五． 发酵生产的前体物质和促进剂、抑制剂等
五、发酵生产的前体物质和 促进剂、抑制剂
1. 工业上常见的前体如表
产物
前体
产物
青霉素G
三、工业上常用作氮源的 蛋白质类原料
发酵工业常用的蛋白质原料主要有黄豆饼粉、花 生饼粉、棉子饼粉、玉米浆、蛋白胨、酵母白胨要注意品种选择、酵母粉注意 酵母种类、蚕蛹粉用于制霉菌素发酵。
各种原料应注意进行合适的选择，对发酵影响较 大。
发酵工业原料的种类和成分
一． 发酵培养基中各种成分的定量 二． 工业上常用作碳源的淀粉类原料 三． 工业上常用作氮源的蛋白质类原料 四． 发酵培养基中的无机盐和生长因子 五． 发酵生产的前体物质和促进剂、抑制剂等
二、工业上常用作碳源的淀粉类原料
淀粉的性质：淀粉呈白色无定形结晶粉末；没有 还原性，没有甜度，不溶于冷水和酒精；分为直 链淀粉和支链淀粉两种结构，遇碘液呈蓝色或紫 红色反应。
淀粉质原料：含淀粉较高，来源广泛，价格便宜， 淀粉质原料及水解液是发酵工业常用的碳源，主 要有工业淀粉、谷类、薯类等。
工业淀粉包括玉米淀粉、小麦淀粉、甘薯淀粉等， 谷类包括大米、高粱、大麦和小麦，薯类则包括 甘薯、马铃薯和木薯等。
发酵工业原料的种类和成分
一． 发酵培养基中各种成分的定量 二． 工业上常用作碳源的淀粉类原料 三． 工业上常用作氮源的蛋白质类原料 四． 发酵培养基中的无机盐和生长因子 五． 发酵生产的前体物质和促进剂、抑制剂等
一． 淀粉水解糖的制备方法 二． 淀粉酸水解制糖 三． 淀粉双酶法制糖 四． 水解糖液的质量要求
一、淀粉水解糖的制备方法
淀粉质原料因为大多数微生物不能直接利用或利 用较少，所以必须水解为葡萄糖等可发酵糖类， 才能被利用。
淀粉糖化及淀粉水解糖 淀粉水解的方法
1、淀粉糖化及淀粉水解糖
工业上将淀粉水解为葡萄糖的过程叫做淀粉的糖 化。所制备的糖液叫做淀粉水解糖。
第三章 发酵工业原料及其处理
发酵工业原料及其处理
第一节 发酵工业原料的种类和成分 第二节 淀粉水解糖的制备 第三节 发酵培养基灭菌
第一节 发酵工业原料的种类和成分
一． 发酵培养基中各种成分的定量 二． 工业上常用作碳源的淀粉类原料 三． 工业上常用作氮源的蛋白质类原料 四． 发酵培养基中的无机盐和生长因子 五． 发酵生产的前体物质和促进剂、抑制剂等
优点：工艺简单、设备简易、生产周期短、设备 生产能力大；
缺点：设备耐高温高压、副反应多、原料要求严 格、淀粉乳浓度不能过高。
酶水解法
第一步利用液化酶使糊化淀粉水解成糊精和低聚 糖，粘度下降，流动性增加，叫做液化，第二步 利用糖化酶将糊精或低聚糖进一步水解成葡萄糖， 称为糖化，也叫双酶水解法。
发酵工业原料的种类和成分
一． 发酵培养基中各种成分的定量 二． 工业上常用作碳源的淀粉类原料 三． 工业上常用作氮源的蛋白质类原料 四． 发酵培养基中的无机盐和生长因子 五． 发酵生产的前体物质和促进剂、抑制剂等
四、发酵培养基中的无机盐 和生长因子
磷酸盐需求量0.005-0.01，硫酸镁是必须添加的 物质，一般浓度25-90，钾盐需求量约为0.1，微 量元素在使用天然碳氮源时不需另外添加，生长 因子在特殊生产过程中需要添加，一般由碳氮源 提供。
一、发酵培养基中各种成分的定量
发酵培养基即要有利于微生物的生长繁殖，防止 菌体过早衰老，又要有利于产物的合成。
发酵培养基的组成特点。
发酵培养基的组成特点。
1. 碳源物质添加量远大于种子培养基； 2. 氮源添加根据实际情况确定； 3. 无机盐是发酵培养基的必须成分，十分重要； 4. 生长因子的存在需要精确控制； 5. 前体物质必须确定好添加的浓度和时间； 6. 促进剂和抑制剂在一定程度上可以帮助发酵。
一． 发酵培养基中各种成分的定量 二． 工业上常用作碳源的淀粉类原料 三． 工业上常用作氮源的蛋白质类原料 四． 发酵培养基中的无机盐和生长因子 五． 发酵生产的前体物质和促进剂、抑制剂等
发酵工业原料及其处理
第一节 发酵工业原料的种类和成分 第二节 淀粉水解糖的制备 第三节 发酵培养基灭菌
第二节 淀粉水解糖的制备
优点：反应条件温和、设备耐压耐腐要求低、副 反应小、转化率高、淀粉乳浓度无要求、可采用 粗原料、营养物质丰富
缺点：生产周期长、设备较多投资大、糖液过滤 困难。
酸酶结合水解法
酸酶结合水解法是集酸法和酶法制糖的优点而成 的生产工艺，分为酸酶水解法和酶酸水解法。
酸酶水解：先以酸为催化剂将淀粉水解为糊精和 低聚糖，然后用糖化酶水解为葡萄糖。