工业发酵培养基发酵培养基的作用满足菌体的生长促进学习教案

会计学1工业发酵培养基发酵培养基的作用满足工业发酵培养基发酵培养基的作用满足菌体的生长促进菌体的生长促进第一页，编辑于星期二：点 九分。一、工业上常用的碳源（一、工业上常用的碳源（carbon sourcecarbon source）1.1.谷物淀粉（玉米、马铃薯、木薯淀粉）谷物淀粉（玉米、马铃薯、木薯淀粉） 应用最广。应用最广。使用条件：使用条件： 微生物必须能分泌水解淀粉、糊精的酶类。微生物必须能分泌水解淀粉、糊精的酶类。第1页/共37页第二页，编辑于星期二：点 九分。 缺点：缺点： a.a.难利用、发酵液比较稠、一般难利用、发酵液比较稠、一般2.0%2.0%时加入时加入 一定的一定的-淀粉酶。淀粉酶。 b.b.成分较复杂，有直链淀粉和支链淀粉等。成分较复杂，有直链淀粉和支链淀粉等。 优点：优点： 来源广泛、价格低，可解除葡萄糖效应。来源广泛、价格低，可解除葡萄糖效应。 第2页/共37页第三页，编辑于星期二：点 九分。 2. 2. 葡萄糖葡萄糖所有的微生物都能利用葡萄糖，但会引起葡萄糖效所有的微生物都能利用葡萄糖，但会引起葡萄糖效应。应。工业上常用淀粉水解糖工业上常用淀粉水解糖, ,但是糖液必须达到一定但是糖液必须达到一定的质量指标。的质量指标。第3页/共37页第四页，编辑于星期二：点 九分。第4页/共37页第五页，编辑于星期二：点 九分。3.3.糖蜜糖蜜 （制糖工业上的废糖蜜或结晶母液）（制糖工业上的废糖蜜或结晶母液） 甘蔗糖蜜（甘蔗糖蜜（cane molassescane molasses）包括包括 甜菜糖蜜（甜菜糖蜜（beet molassesbeet molasses） 第5页/共37页第六页，编辑于星期二：点 九分。糖蜜使用的注意点：糖蜜使用的注意点： 除糖份外，含有较多的杂质，对发酵产生除糖份外，含有较多的杂质，对发酵产生不利的影响，需要进行预处理。不利的影响，需要进行预处理。第6页/共37页第七页，编辑于星期二：点 九分。二、工业上常用的氮源二、工业上常用的氮源（nitrogen sourcenitrogen source） 1.1.无机氮无机氮( (迅速利用的氮源迅速利用的氮源) ) 种类：氨水、铵盐或硝酸盐、尿素种类：氨水、铵盐或硝酸盐、尿素 选择合适的无机氮源有两层意义：选择合适的无机氮源有两层意义： q 满足菌体生长满足菌体生长q 稳定和调节发酵过程中的稳定和调节发酵过程中的pHpH第7页/共37页第八页，编辑于星期二：点 九分。无机氮源的影响：硫酸铵硝酸铵硝酸钠尿素毛霉产蛋白酶的研究毛霉产蛋白酶的研究第8页/共37页第九页，编辑于星期二：点 九分。2.2.有机氮：有机氮：来源：来源：一些廉价的原料，如玉米浆、豆饼粉、花一些廉价的原料，如玉米浆、豆饼粉、花生饼粉、鱼粉、酵母浸出膏等。生饼粉、鱼粉、酵母浸出膏等。成分复杂：成分复杂：除提供氮源外，还提供大量的无机盐除提供氮源外，还提供大量的无机盐及生长因子。及生长因子。第9页/共37页第十页，编辑于星期二：点 九分。三、无机盐三、无机盐（inorganic mineralinorganic mineral） 硫酸盐、磷酸盐、氯化物及一些微量元素。硫酸盐、磷酸盐、氯化物及一些微量元素。四、生长因子（四、生长因子（growth factorgrowth factor） 微生物生长不可缺少的微量有机物质。如氨基微生物生长不可缺少的微量有机物质。如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素。酸、嘌呤、嘧啶、维生素。第10页/共37页第十一页，编辑于星期二：点 九分。1.1. 生物素生物素作用作用: (1): (1)主要影响细胞膜通透性。主要影响细胞膜通透性。 （2 2）影响菌体的代谢途径。）影响菌体的代谢途径。 谷氨酸产生菌为生物素缺陷型。谷氨酸产生菌为生物素缺陷型。 要达到菌体生长需要的要达到菌体生长需要的“亚适量亚适量”。第11页/共37页第十二页，编辑于星期二：点 九分。2.2.提供生长因子的农副产品原料提供生长因子的农副产品原料（1 1）玉米浆：（）玉米浆：（corn steep liquor, CSLcorn steep liquor, CSL） 最具代表性。最具代表性。（2 2）麸皮水解液）麸皮水解液（3 3）糖蜜）糖蜜（4 4）酵母）酵母第12页/共37页第十三页，编辑于星期二：点 九分。 第二节第二节 淀粉水解糖的制备淀粉水解糖的制备 在工业生产中，将淀粉水解为葡在工业生产中，将淀粉水解为葡萄糖（萄糖（glucoseglucose）的过程称淀粉的糖化，）的过程称淀粉的糖化，制得的溶液叫淀粉水解糖。制得的溶液叫淀粉水解糖。第13页/共37页第十四页，编辑于星期二：点 九分。 一、淀粉水解制糖的意义一、淀粉水解制糖的意义1.1. 大多数微生物不能直接利用淀粉（所有的大多数微生物不能直接利用淀粉（所有的氨基酸生产菌不能直接利用）氨基酸生产菌不能直接利用）2.2.有些微生物能够直接利用淀粉作原料，但必有些微生物能够直接利用淀粉作原料，但必须在微生物产生淀粉酶后才能进行，过程缓须在微生物产生淀粉酶后才能进行，过程缓慢，发酵周期延长。慢，发酵周期延长。3.3.若直接利用淀粉作原料，灭菌过程的高温若直接利用淀粉作原料，灭菌过程的高温会导致淀粉结块，发酵液粘度剧增。会导致淀粉结块，发酵液粘度剧增。第14页/共37页第十五页，编辑于星期二：点 九分。二、淀粉水解糖的制备方法及原理二、淀粉水解糖的制备方法及原理（一）酸解法（一）酸解法（acid hydrolysis methodacid hydrolysis method） 以酸为催化剂，在高温高压下使淀粉以酸为催化剂，在高温高压下使淀粉水解生成葡萄糖的方法。水解生成葡萄糖的方法。 第15页/共37页第十六页，编辑于星期二：点 九分。1.1.水解过程：水解过程：总反应式：总反应式： (C(C6 6H H1010O O5 5) )n n+nH+nH2 2O nCO nC6 6H H1212O O6 6过程：过程：(C(C6 6H H1010O O5 5) )n n (C(C6 6H H1010O O5 5) )x x C C1212H H2222O O11 11 C C6 6H H1212O O6 6 淀粉淀粉 糊精糊精 麦芽糖麦芽糖 葡萄糖葡萄糖 H H+ +对作用点无选择性，对作用点无选择性，-1,4-1,4-糖苷键和糖苷键和-1,6-1,6-糖苷糖苷键均被切断。键均被切断。第16页/共37页第十七页，编辑于星期二：点 九分。2.2.葡萄糖的复合反应和分解反应葡萄糖的复合反应和分解反应 在水解过程中，由于受到酸和热的作用，一部在水解过程中，由于受到酸和热的作用，一部分葡萄糖会发生复合反应和分解反应。分葡萄糖会发生复合反应和分解反应。第17页/共37页第十八页，编辑于星期二：点 九分。 淀粉淀粉 葡萄糖葡萄糖 复合二糖复合二糖 55羟甲基糠醛羟甲基糠醛 复合低聚糖复合低聚糖 有机酸、有色物质有机酸、有色物质损失葡萄糖量损失葡萄糖量 7 7 11复合反应复合反应分解反应分解反应盐酸盐酸第18页/共37页第十九页，编辑于星期二：点 九分。 不利影响：不利影响：（1 1）降低了葡萄糖的收率。）降低了葡萄糖的收率。（2 2）给产物的提取和糖化液的精制带来困难。）给产物的提取和糖化液的精制带来困难。复合反应：复合反应：生成的多数复合糖不能被微生物利用，使发生成的多数复合糖不能被微生物利用，使发酵结束时残糖高。酵结束时残糖高。分解反应：分解反应：生成的生成的55羟甲基糠醛是产生色素的根源，增羟甲基糠醛是产生色素的根源，增加了糖化液精制脱色的困难。加了糖化液精制脱色的困难。第19页/共37页第二十页，编辑于星期二：点 九分。如何控制分解反应和复合反应的发生？如何控制分解反应和复合反应的发生？（1 1）淀粉乳浓度）淀粉乳浓度（2 2）酸浓度）酸浓度 不能过高不能过高（3 3）温度）温度第20页/共37页第二十一页，编辑于星期二：点 九分。 3. 3.评价评价优点：工艺简单，水解时间短，生产效率高，设优点：工艺简单，水解时间短，生产效率高，设备周转快。备周转快。缺点：缺点：（1 1）副产物多，影响糖液纯度，一般）副产物多，影响糖液纯度，一般DEDE值只有值只有9090左右。左右。（2 2）对淀粉原料要求严格，不能用粗淀粉，只能用）对淀粉原料要求严格，不能用粗淀粉，只能用纯度较高的精制淀粉。纯度较高的精制淀粉。第21页/共37页第二十二页，编辑于星期二：点 九分。DEDE值：值：dextrose equivalent valuedextrose equivalent value （葡萄糖当量值）（葡萄糖当量值） 表示淀粉糖的含糖量。表示淀粉糖的含糖量。 还原糖含量（）还原糖含量（）DEDE值值 100 100 干物质含量（）干物质含量（）第22页/共37页第二十三页，编辑于星期二：点 九分。（二）酶解法（二）酶解法（enzyme hydrolysis methodenzyme hydrolysis method） 用专一性很强的淀粉酶及糖化酶将淀粉水用专一性很强的淀粉酶及糖化酶将淀粉水解为葡萄糖的工艺。解为葡萄糖的工艺。第23页/共37页第二十四页，编辑于星期二：点 九分。分两步：分两步：（1 1）液化：液化：用用- -淀粉酶将淀粉转化为糊精和低聚糖淀粉酶将淀粉转化为糊精和低聚糖（2 2）糖化：用糖化酶（又称葡萄糖淀粉酶）将糊精）糖化：用糖化酶（又称葡萄糖淀粉酶）将糊精 和低聚糖转化为葡萄糖。和低聚糖转化为葡萄糖。 所以，淀粉的液化和糖化均在酶作用下进行，又称双酶所以，淀粉的液化和糖化均在酶作用下进行，又称双酶法法(double enzyme hydrolysis method)(double enzyme hydrolysis method)。第24页/共37页第二十五页，编辑于星期二：点 九分。1.1. 液化（液化（liquificationliquification） 淀粉酶水解底物内部的淀粉酶水解底物内部的1,41,4糖苷糖苷键，不能水解键，不能水解1,61,6糖苷键，一般采用耐高糖苷键，一般采用耐高温淀粉酶，使液化速度加快。温淀粉酶，使液化速度加快。85859090 。第25页/共37页第二十六页，编辑于星期二：点 九分。 液化程度的控制（液化后需糖化的原因）液化程度的控制（液化后需糖化的原因）a.a.糖液的糖液的DEDE值低（值低（-淀粉酶不能水解淀粉酶不能水解-1,6-1,6糖苷键）糖苷键）b.b.液化在较高温度下进行，液化时间加长，淀粉老化，使糖液化在较高温度下进行，液化时间加长，淀粉老化，使糖化酶难以利用。化酶难以利用。c.c.糖化酶水解的底物分子要求有一定的大小范围。糖化酶水解的底物分子要求有一定的大小范围。第26页/共37页第二十七页，编辑于星期二：点 九分。 根据生产经验，根据生产经验，DEDE值在值在2020 3030之间为好，液之间为好，液化终点可通过碘液判断，此时呈棕色。化终点可通过碘液判断，此时呈棕色。第27页/共37页第二十八页，编辑于星期二：点 九分。2. 2. 糖化（糖化（saccharificationsaccharification） 糖化酶从非还原性末端水解糖化酶从非还原性末端水解 -1,4-1,4糖苷键糖苷键和和 -1,6-1,6糖苷键。糖苷键。终点确定：终点确定：DEDE值达最高时，停止酶反应。值达最高时，停止酶反应。第28页/共37页第二十九页，编辑于星期二：点 九分。3.3.评价评价 优点优点： （1 1）反应条件温和，不需高温、高压设备。）反应条件温和，不需高温、高压设备。（2 2）副反应少，水解糖液纯度高。）副反应少，水解糖液纯度高。（3 3）对原料要求粗放，可用粗原料并在较高淀粉乳浓）对原料要求粗放，可用粗原料并在较高淀粉乳浓 度下水解。度下水解。（4 4）糖液颜色浅，质量高。）糖液颜色浅，质量高。第29页/共37页第三十页，编辑于星期二：点 九分。 缺点：缺点：（1 1）生产周期长，一般需要）生产周期长，一般需要4848小时。小时。（2 2）需要更多的设备，且操作严格。）需要更多的设备，且操作严格。第30页/共37页第三十一页，编辑于星期二：点 九分。 （三）酸酶结合法（三）酸酶结合法 （acid-enzyme hydrolysis methodacid-enzyme hydrolysis method） 集酸解法和酶解法的优点而采取的生产工艺。集酸解法和酶解法的优点而采取的生产工艺。根据原料淀粉性质分：根据原料淀粉性质分： 第31页/共37页第三十二页，编辑于星期二：点 九分。1.1. 酸酶法：先将淀粉酸水解成糊精和低聚糖酸酶法：先将淀粉酸水解成糊精和低聚糖，再用糖化酶将其水解为葡萄糖。，再用糖化酶将其水解为葡萄糖。适用：淀粉颗粒坚硬（如玉米、小麦）的原料适用：淀粉颗粒坚硬（如玉米、小麦）的原料，若用，若用 - -淀粉酶液化，短时间液化，反应往淀粉酶液化，短时间液化，反应往往不彻底往不彻底。第32页/共37页第三十三页，编辑于星期二：点 九分。2.2.酶酸法：先用酶酸法：先用 - -淀粉酶液化，再用酸水解。淀粉酶液化，再用酸水解。 适用：颗粒大小不一（如碎米淀粉）的淀适用：颗粒大小不一（如碎米淀粉）的淀粉原料，若用酸法，则水解不均匀。粉原料，若用酸法，则水解不均匀。 第33页/共37页第三十四页，编辑于星期二：点 九分。（四）不同糖化工艺的比较（四）不同糖化工艺的比较项目项目酸解法酸解法酸酶结合法酸酶结合法酶解法酶解法DEDE值值919195959898羟甲基糠醛（）羟甲基糠醛（） 0.30.30.0080.0080.0030.003色度色度10100.30.30.20.2淀粉转化率淀粉转化率909095959898工艺条件工艺条件高温加压高温加压高温加压高温加压常温常温过程耗能过程耗能多多多多少少副产物副产物多多中中少少生产周期生产周期短短中中长长设备规模设备规模小小中中大大防腐要求防腐要求高高较高较高低低适合发酵工艺情况适合发酵工艺情况 差差中中有利有利第34页/共37页第三十五页，编辑于星期二：点 九分。 第三节第三节 糖蜜原料糖蜜原料一、糖蜜的分类及组成一、糖蜜的分类及组成 含糖量含糖量 含氮量含氮量1.1.分类：分类： cane molasses cane molasses 高高 低低 beet molasses beet molasses 低低 高高2.2.组成：粘稠、黑褐色、半流动状液体。组成组成：粘稠、黑褐色、半流动状液体。组成各各 不相同。不相同。第35页/共37页第三十六页，编辑于星期二：点 九分。二、糖蜜的预处理二、糖蜜的预处理1.1. 澄清：加酸，加絮凝剂（石灰）澄清：加酸，加絮凝剂（石灰）2.2. 脱钙：加脱钙：加NaNa2 2COCO3 33.3.降低生物素含量（谷氨酸发酵中）降低生物素含量（谷氨酸发酵中）（1 1）去除生物素：活性炭及树脂吸附）去除生物素：活性炭及树脂吸附（2 2）拮抗生物素：加表面活性剂（）拮抗生物素：加表面活性剂（Tween 60Tween 60），）， 阻止油酸合成阻止油酸合成（3 3）加青霉素：使细胞壁不完整）加青霉素：使细胞壁不完整 菌种方面：使用油酸或甘油缺陷型。菌种方面：使用油酸或甘油缺陷型。第36页/共37页第三十七页，编辑于星期二：点 九分。