F发酵原料及其处理
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量的物质。其增产机制有：①是酶的诱导物；②对微生物有某种 益处，使发酵过程更顺利；③稳定发酵产物；④是表面活性剂类 物质，可增加传氧效率，或增加产物的溶解和分散的程度。
1.3.1 前体物质
苯乙酸
δ(L-α-氨基己二酰）半胱氨酸-缬氨酸
异青霉素 N
青霉素 G
1.3.2 产物促进剂
β-半乳糖
IPTG: 异丙基硫代β-半乳糖苷 (β-半乳糖结构类似物)
第一章 发酵原料及其处理
第一节 发酵工业原料
? 主要原料组成 ? 原料的预处理 ? 培养基的设计
第二节 淀粉水解糖的制备 和糖蜜原料的处理 第三节 非粮食生物质原料的加工 第四节 培养基的灭菌
? 湿热灭菌原理 ? 分批灭菌过程 ? 连续灭菌过程
1.1.1 发酵的工业原料
①粮谷类：玉米、大米、谷子、大麦、小麦、高梁、燕麦、黍、稷等。 ②薯类：甘薯、马铃薯、木薯、山药等。 ③农产品加工副产物：豆粕、米糠饼、麸皮、淀粉渣等。 ④野生植物：橡子仁、葛根、土茯苓、蕨根等。 ⑤非粮食生物质：稻草、秸秆等。
不足：生产周期长；设备更复杂。
酸酶结 酸酶法 特点：先先酸酸液液化化，，后后糖糖化化酶酶糖糖化化。。 合法 酶酸法 特点：先先αα--淀淀粉粉酶酶液液化化，，后后酸酸糖糖化化。。
2.1.2 淀粉水解糖的制备——双酶法制备葡萄糖
α-淀粉酶 (淀粉-1,4-糊精酶)
脱支酶 (淀粉-1,6-糊精酶)
γ-淀粉酶 (糖化酶)
5-缓冲器 6-液化层流罐 7-液化液贮罐 11-灭酶罐 12-板式换热器 13-糖化罐 15-压滤机
16-糖化暂贮槽 18-贮糖槽
15
18 16 17 14
糖化条件
淀粉
水解反应
糊精 麦芽糖
复合反应
葡萄糖
分解反应
复合二糖 低聚糖
5-羟甲基糠醛 有机酸、有色物质
2.1.2 淀粉水解糖的制备——酸解法
尽量采用较低 的淀粉乳浓度
盐酸或硫酸
水解压力：0.28 MPa 水解时间：15 min 左右 终点检查：无水酒精检查
淀粉
↓ 调浆
↓ 过筛
↓ 加酸
↓ 进料
↓ 糖化
↓ 放料
配制培养基的 4个原则
目的明确：明确培养对象和实验目的
营养协调：营养物的浓度、配比适宜
理化适宜：物理化学条件适宜 经济节约：原料来源的选择
碳氮比 (C/N) ：碳源和氮源的组成比例。
前体 ：能直接通过微生物的生物合成过程结合到产物分子上去，
自身结构基本不变，而产物产量却因此有较大提高。
产物促进剂 ：既不是营养物又不是前体物质，但是却能提高产
1.1.1 发酵原料的化学组成——糖
wk.baidu.com
淀粉(starch)
α-1,4-糖苷键
α-1,6-糖苷键
1.1.1 发酵原料的化学组成——糖
β-1,4-糖苷键
1.1.1 发酵原料的化学组成——蛋白质
黄豆 豆粕
1.1.1 发酵原料的化学组成——脂肪
黄豆
三酰甘油 （油脂的主要存在形式）
蓖麻
油棕
麻疯树
1.1.1 发酵原料的选择原则
乳糖启动子
2.1.1 淀粉水解糖的制备——淀粉颗粒的结构
淀粉(starch)
氢键
聚集
淀粉分子链
针状晶体
淀粉颗粒
2.1.1 淀粉水解糖的制备——淀粉在水 -热处理过程中的物理变化
膨胀
破裂
溶解/液化
糊化 “反生”/老化
2.1.1 淀粉水解糖的制备——淀粉颗粒的糊化
2.1.1 淀粉水解糖的制备——淀粉水解过程中的化学变化
复习题
1．主要的发酵原料及其化学组成。 2．发酵原料的选择原则。 3．碳氮比、前体与产物促进剂。 4．淀粉的分子结构。 5．淀粉在水-热处理过程中的物理变化。 6．淀粉分子在水解过程中的化学变化。 7．双酶法水解淀粉制备糖液的原理及其工艺。 8．非粮食生物质的组成，以及酶法水解的原理。 9．热死动力学方程与灭菌时间的计算。 10．为什么采用高温短时间灭菌既有利于杀灭微生物又有利于 减少营养物质的破坏? 11．分批灭菌与连续灭菌优缺点的比较。 12．主要的连续灭菌流程。
磁选设备分： 永磁溜管 和永磁滚筒 两种类型。
图1-1 永磁溜管示意图
图1-2永磁滚筒结构示意图
1.2 原料的预处理
(2)精选 按颗粒长度进行分级，以除去不必要的杂粒。 常用的精选机有：滚筒精选机 和碟片精选机 两种。
(3)筛选 生产用的发酵原料大多数都是颗粒状的，其中常 含有各种杂质， 筛选 是其清理除杂最常用的方法。
β-淀粉酶 (淀粉-1,4-麦芽糖苷酶)
葡萄糖
麦芽糖
2.1.2 淀粉水解糖的制备——双酶法制备葡萄糖
水
蒸汽
液化条件
淀粉状态：先加热糊化 温度： 80~90 ℃ pH ：6.0~7.0
液化程度控制：碘液显色
4
6
6
1
55
23
10
7
12
11
13
89
1-调浆配料槽 2,8-过滤器 3,9,14,17-泵 4,10-喷射加热器
① 因地制宜，就地取材。 ② 要求原料内糖类含量较多，蛋白质含量适当。 ③ 原料资源要丰富，容易收集。 ④ 原料要容易贮藏。 ⑤ 对人体无毒害，影响发酵过程的杂质含量少。 ⑥ 原料价格低廉。
1.2 原料的预处理
(1) 除铁 将夹杂在原料中的小铁块、螺丝等金属杂物， 用磁选设备 除去。
磁选设备的主要部件是磁体，多采用永久磁体。
该过程主要用气流-筛式分离机 来完成。
1.2 原料的预处理
(4)粉碎 在发酵生产中，为了加速后续的生物反应和化学
反应等过程的反应速度，对于使用的固体颗粒或块状原料， 常需将其粉碎。
常用的粉碎设备主要有：锤式粉碎机 和辊式粉碎机 。
图1-5锤式粉碎机结构示意图
图1-6辊式粉碎机结构示意图
1.3 培养基的设计
↓ 冷却
↓ 中和
↓ 脱色
↓ 过滤
↓ 糖液
Na2CO3或NaOH
活性碳 离子交换树脂 新型磺化煤
2.1.2 淀粉水解糖的制备——水解终点检查
淀粉
碘
蓝紫色
无水酒精 不溶
蓝糊精 蓝色 不溶
红糊精 无色糊精 麦芽糖
红色
无色
无色
不溶
不溶
微溶
葡萄糖 无色
溶
2.1.2 淀粉水解糖的制备——酸解法和酶解法的比较
酸解法
优点：工工艺艺简简单单；、水水解解时时间间短短；、设备生产
能力大设。备生产能力大。
不足 ：①①高高温温高高压压及及酸酸腐腐蚀蚀；；②②副副反反应应多；
多；③③要要求求淀淀粉粉颗颗粒粒大大小小均均匀匀。。
酶解法
优点：反反应应条条件件温温和和；；淀副粉反液应要少求，低糖；液较
纯净；副淀反粉应液少要，求糖低液。较纯净 。
1.3.1 前体物质
苯乙酸
δ(L-α-氨基己二酰）半胱氨酸-缬氨酸
异青霉素 N
青霉素 G
1.3.2 产物促进剂
β-半乳糖
IPTG: 异丙基硫代β-半乳糖苷 (β-半乳糖结构类似物)
第一章 发酵原料及其处理
第一节 发酵工业原料
? 主要原料组成 ? 原料的预处理 ? 培养基的设计
第二节 淀粉水解糖的制备 和糖蜜原料的处理 第三节 非粮食生物质原料的加工 第四节 培养基的灭菌
? 湿热灭菌原理 ? 分批灭菌过程 ? 连续灭菌过程
1.1.1 发酵的工业原料
①粮谷类：玉米、大米、谷子、大麦、小麦、高梁、燕麦、黍、稷等。 ②薯类：甘薯、马铃薯、木薯、山药等。 ③农产品加工副产物：豆粕、米糠饼、麸皮、淀粉渣等。 ④野生植物：橡子仁、葛根、土茯苓、蕨根等。 ⑤非粮食生物质：稻草、秸秆等。
不足：生产周期长；设备更复杂。
酸酶结 酸酶法 特点：先先酸酸液液化化，，后后糖糖化化酶酶糖糖化化。。 合法 酶酸法 特点：先先αα--淀淀粉粉酶酶液液化化，，后后酸酸糖糖化化。。
2.1.2 淀粉水解糖的制备——双酶法制备葡萄糖
α-淀粉酶 (淀粉-1,4-糊精酶)
脱支酶 (淀粉-1,6-糊精酶)
γ-淀粉酶 (糖化酶)
5-缓冲器 6-液化层流罐 7-液化液贮罐 11-灭酶罐 12-板式换热器 13-糖化罐 15-压滤机
16-糖化暂贮槽 18-贮糖槽
15
18 16 17 14
糖化条件
淀粉
水解反应
糊精 麦芽糖
复合反应
葡萄糖
分解反应
复合二糖 低聚糖
5-羟甲基糠醛 有机酸、有色物质
2.1.2 淀粉水解糖的制备——酸解法
尽量采用较低 的淀粉乳浓度
盐酸或硫酸
水解压力：0.28 MPa 水解时间：15 min 左右 终点检查：无水酒精检查
淀粉
↓ 调浆
↓ 过筛
↓ 加酸
↓ 进料
↓ 糖化
↓ 放料
配制培养基的 4个原则
目的明确：明确培养对象和实验目的
营养协调：营养物的浓度、配比适宜
理化适宜：物理化学条件适宜 经济节约：原料来源的选择
碳氮比 (C/N) ：碳源和氮源的组成比例。
前体 ：能直接通过微生物的生物合成过程结合到产物分子上去，
自身结构基本不变，而产物产量却因此有较大提高。
产物促进剂 ：既不是营养物又不是前体物质，但是却能提高产
1.1.1 发酵原料的化学组成——糖
wk.baidu.com
淀粉(starch)
α-1,4-糖苷键
α-1,6-糖苷键
1.1.1 发酵原料的化学组成——糖
β-1,4-糖苷键
1.1.1 发酵原料的化学组成——蛋白质
黄豆 豆粕
1.1.1 发酵原料的化学组成——脂肪
黄豆
三酰甘油 （油脂的主要存在形式）
蓖麻
油棕
麻疯树
1.1.1 发酵原料的选择原则
乳糖启动子
2.1.1 淀粉水解糖的制备——淀粉颗粒的结构
淀粉(starch)
氢键
聚集
淀粉分子链
针状晶体
淀粉颗粒
2.1.1 淀粉水解糖的制备——淀粉在水 -热处理过程中的物理变化
膨胀
破裂
溶解/液化
糊化 “反生”/老化
2.1.1 淀粉水解糖的制备——淀粉颗粒的糊化
2.1.1 淀粉水解糖的制备——淀粉水解过程中的化学变化
复习题
1．主要的发酵原料及其化学组成。 2．发酵原料的选择原则。 3．碳氮比、前体与产物促进剂。 4．淀粉的分子结构。 5．淀粉在水-热处理过程中的物理变化。 6．淀粉分子在水解过程中的化学变化。 7．双酶法水解淀粉制备糖液的原理及其工艺。 8．非粮食生物质的组成，以及酶法水解的原理。 9．热死动力学方程与灭菌时间的计算。 10．为什么采用高温短时间灭菌既有利于杀灭微生物又有利于 减少营养物质的破坏? 11．分批灭菌与连续灭菌优缺点的比较。 12．主要的连续灭菌流程。
磁选设备分： 永磁溜管 和永磁滚筒 两种类型。
图1-1 永磁溜管示意图
图1-2永磁滚筒结构示意图
1.2 原料的预处理
(2)精选 按颗粒长度进行分级，以除去不必要的杂粒。 常用的精选机有：滚筒精选机 和碟片精选机 两种。
(3)筛选 生产用的发酵原料大多数都是颗粒状的，其中常 含有各种杂质， 筛选 是其清理除杂最常用的方法。
β-淀粉酶 (淀粉-1,4-麦芽糖苷酶)
葡萄糖
麦芽糖
2.1.2 淀粉水解糖的制备——双酶法制备葡萄糖
水
蒸汽
液化条件
淀粉状态：先加热糊化 温度： 80~90 ℃ pH ：6.0~7.0
液化程度控制：碘液显色
4
6
6
1
55
23
10
7
12
11
13
89
1-调浆配料槽 2,8-过滤器 3,9,14,17-泵 4,10-喷射加热器
① 因地制宜，就地取材。 ② 要求原料内糖类含量较多，蛋白质含量适当。 ③ 原料资源要丰富，容易收集。 ④ 原料要容易贮藏。 ⑤ 对人体无毒害，影响发酵过程的杂质含量少。 ⑥ 原料价格低廉。
1.2 原料的预处理
(1) 除铁 将夹杂在原料中的小铁块、螺丝等金属杂物， 用磁选设备 除去。
磁选设备的主要部件是磁体，多采用永久磁体。
该过程主要用气流-筛式分离机 来完成。
1.2 原料的预处理
(4)粉碎 在发酵生产中，为了加速后续的生物反应和化学
反应等过程的反应速度，对于使用的固体颗粒或块状原料， 常需将其粉碎。
常用的粉碎设备主要有：锤式粉碎机 和辊式粉碎机 。
图1-5锤式粉碎机结构示意图
图1-6辊式粉碎机结构示意图
1.3 培养基的设计
↓ 冷却
↓ 中和
↓ 脱色
↓ 过滤
↓ 糖液
Na2CO3或NaOH
活性碳 离子交换树脂 新型磺化煤
2.1.2 淀粉水解糖的制备——水解终点检查
淀粉
碘
蓝紫色
无水酒精 不溶
蓝糊精 蓝色 不溶
红糊精 无色糊精 麦芽糖
红色
无色
无色
不溶
不溶
微溶
葡萄糖 无色
溶
2.1.2 淀粉水解糖的制备——酸解法和酶解法的比较
酸解法
优点：工工艺艺简简单单；、水水解解时时间间短短；、设备生产
能力大设。备生产能力大。
不足 ：①①高高温温高高压压及及酸酸腐腐蚀蚀；；②②副副反反应应多；
多；③③要要求求淀淀粉粉颗颗粒粒大大小小均均匀匀。。
酶解法
优点：反反应应条条件件温温和和；；淀副粉反液应要少求，低糖；液较
纯净；副淀反粉应液少要，求糖低液。较纯净 。