第三章 发酵工业原料及其处理

湿热灭菌的优缺点
优点： 1）蒸汽具有很大的潜能、放热； 2）蒸汽具有强大的穿透力； 3）蒸汽来源容易，操作费用低廉，本身无菌； 4）蒸汽输送可借助本身的压强，调节方便，技术 管理容易。
缺点：设备费用高；不能用于怕受潮的物料灭菌。
3.辐射灭菌法 利用高能量的电磁辐射与菌体核酸的光化学反
应造成菌体死亡。
二、淀粉酶水解制糖
分两步：液化和糖化，又称为双酶水解法。 相对于化学法的酸水解法，采用专一性的酶制剂作催
化剂，反应条件温和，副反应较少，可提高原料 的转化率和糖液浓度，改善糖液质量； 缺点是反应周期长。 （1）液化酶又称为α-淀粉酶，是内切型淀粉酶，任 意切开α -1,4糖苷键。 （2）糖化酶，是外切型淀粉酶，从末端依次水解α 1,4糖苷键和α -1,6糖苷键，产生β-葡萄糖。
因原料产地、加工方法、原料品种等不同，营养物 质的含量也随之变化，因此对发酵有较大影响。
四、发酵培养基中的无机盐和生长因子
1.磷酸盐是某些蛋白质和核酸的组成部分； 磷酸盐有缓冲作用。
2.硫酸镁镁是许多酶的激活剂，硫为含硫蛋白提供硫源。 3.钾盐、钠盐一般以磷酸盐的形式供给 4. 微量元素以有机碳氮源时可不单独添加 5.生长因子发酵工业一般以农副产品原料提供
第3节 发酵培养基灭菌
一、消毒与灭菌的原理和方法
要
发酵过程中
求 只有生产菌的存在 发酵采用纯种培养
不能有任何杂菌
纯种培养的必要性
杂菌污染所致的危害/不良后果（p73）
① 消耗营养成分； ② 分泌代谢产物，或改变培养液的某些理化性质，影
响产物的提取分离； ③ 大量繁殖的杂菌改变反应介质的pH，使生物反应发
常用的有玉米浆、麸皮水解液、糖蜜、酵母水 解液等。
五、发酵生产的前体物质和促进剂、抑制剂
1.前体多在氨基酸、抗生素、核苷酸发酵中添加使用
AB
C
E D
2. 促进剂
作用是改善细胞环境：增加渗透性、增强氧的传递速度等。
如表面活性剂、甲醇、EDTA。
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3.抑制剂
作用是抑制某些途径而使代谢向所需要产物的途径转化。
粉、棉子粉、玉米浆、蛋白胨、酵母粉、鱼粉等。 黄豆粉可分为：全脂黄豆粉、低脂黄豆粉和脱脂黄豆粉。 玉米浆是用亚硫酸浸泡玉米所得的浸泡液的浓缩物（固形
物含量在50%以上） 蛋白胨由各种动物组织和植物水解制备；有血胨、肉胨、
鱼胨、骨胨等。 酵母粉由水解啤酒酵母和面包酵母制得。 以上各种蛋白质原料均是由天然原料加工而成，成分复杂；
适于灭菌后要求保持干燥的物料和器具； 应用实例是灼烧灭菌。
2.湿热灭菌法 借助蒸汽释放的热能使微生物细胞中的蛋白质、 酶和核酸分子内部的化学键受到破坏，引起不 可逆的变性，使微生物死亡。
在有水分存在时，蛋白质更易受热而凝固变性。
适用于培养基和发酵设备的灭菌； 100oC，40~60 min或121oC，30 min。
2.氮源:
在发酵培养基中的含量因发酵目的产物不同而不同。 目的产物是否含有氮元素。
（1）分类：
I. 有机氮源： II. 豆粉、花生饼粉、棉子粉、玉米浆、蛋白胨、酵母
粉、 III. 鱼粉等 II. 无机氮源 III. 氨水（液氨）、硝酸盐、铵盐。
3.无机盐:
发酵培养基的必需成分之一 主要有磷、硫、铁、Mg、Zn、Co、Cu、Mn等。
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
生异常； ④ 杂菌有可能分解产物； ⑤ 染菌严重者造成“倒罐”（“颗粒无收”）或污染
噬菌体，导致细胞裂解，使生产失败。
引出灭菌和消毒的必要性，杀死所有非生产用微生物。
1、灭菌与消毒
灭菌是采用物理或化学方法杀死或除去环境中 所有微生物，包括营养细胞、细菌芽孢和孢子。
消毒是采用物理或化学方法杀死环境中的病原 微生物，但一般只能杀死营养细胞而不能杀死 细菌的芽孢。
（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:
在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。
（2）种类
淀粉、淀粉水解糖、糖蜜、有机酸、低碳醇、脂质、 烃类。
消毒不一定能达到灭菌要求，而灭菌则可达到消 毒的目的。
灭菌方法
干热灭菌 湿热灭菌 射线灭菌 过滤除菌 化学药品灭菌
1.干热灭菌法 利用高温产生的干热对微生物有氧化、蛋白质 变性和电解质浓缩引起的中毒等作用而杀灭微 生物。
其中，氧化作用是导致微生物死亡的主要依据。
微生物对干热的耐受力比对湿热强得多，因此干 热灭菌所需要的温度较高、时间较长。 如121oC，需过夜灭菌。
流加方式，减少一次加入量。
二、工业上常用作碳源的淀粉质原料
淀粉质原料含淀粉量高，而且来源广泛、价格便宜。 淀粉质原料及其水解液是发酵工业常用的碳源；
使用最广泛的淀粉质原料是工业淀粉、谷类、薯类； 工业淀粉有玉米淀粉、小麦淀粉、甘薯淀粉、马铃薯淀粉。
三、工业上常用作氮源的蛋白质类原料
发酵工业上常用的蛋白质原料主要有豆粉、花生饼
常用的射线：紫外线、高能量的电磁波或粒子辐射。 其中，紫外线最常用。
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。 （1）要求：
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。
第2节 淀粉水解糖的制备
一、淀粉水解糖的制备方法
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； 淀粉质原料是发酵工业最常用的原料之一。
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。