种代谢产物所需要的按一定比例配制的的多种营养物质ppt课件

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1、 第三章第三章 培育基及其制备培育基及其制备培育基是提供微生物生长繁衍和生物合成各种培育基是提供微生物生长繁衍和生物合成各种代谢产物所需求的、按一定比例配制的的多种营养代谢产物所需求的、按一定比例配制的的多种营养物质的混合物。物质的混合物。培育基组成对菌体生长繁衍、产物的生物合成、培育基组成对菌体生长繁衍、产物的生物合成、产品的分别精制、产品的质量和产量都有重要的影产品的分别精制、产品的质量和产量都有重要的影响。响。研讨微生物的营养，主要是了解微生物的营养研讨微生物的营养，主要是了解微生物的营养特性和培育条件，以便进一步控制和利用它们，更特性和培育条件，以便进一步控制和利用它们，更好地为工业消

2、费效力。好地为工业消费效力。微生物的营养活动，是依托向外界分泌大量的微生物的营养活动，是依托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，再借助于细胞膜的营养物质分解成小分子化合物，再借助于细胞膜的浸透作用，吸收这些小分子营养来实现的。浸透作用，吸收这些小分子营养来实现的。第一节第一节 培育基的选择与制备培育基的选择与制备 一、培育基的类型和用途一、培育基的类型和用途 根据来源可分为根据来源可分为: 天然培育基天然培育基(complex /undefined medium): 合成培育基合成培育基(defin

3、ed medium): 半合成培育基半合成培育基(semi-defined medium)：根据运用目的可分为根据运用目的可分为: 生物鉴别培育基生物鉴别培育基(differential medium) 选择培育基选择培育基(selected medium)：根据外形可分为根据外形可分为: 固体培育基固体培育基solid medium： 半固体培育基半固体培育基semi-solid medium： 液体培育基液体培育基 liquid medium：根据消根据消费工工艺的要求可分的要求可分为: 孢子培育基子培育基 spore medium ： 制制备孢子用的培育基。要求菌种在子用的培育基。要求菌

4、种在这种培育基上能构成大量种培育基上能构成大量的的优质孢子，但不能引起菌种的子，但不能引起菌种的变异。异。该培育基的基培育基的基质浓度有机度有机氮要低些，否那么影响氮要低些，否那么影响孢子的的构成。无机子的的构成。无机盐要适量，否那么影要适量，否那么影响响孢子的数量和子的数量和质量。量。 常用的有麸皮、大小米，由葡萄糖、无机常用的有麸皮、大小米，由葡萄糖、无机盐、蛋白、蛋白胨等配等配制的制的琼脂脂 斜面培育基。斜面培育基。 种子培育基种子培育基 seed medium ： 供供孢子子发芽和菌体生芽和菌体生长用的培育基。用的培育基。营养成分养成分应是易于被菌是易于被菌体吸收利用，且完全丰富。其中

5、体吸收利用，且完全丰富。其中N源和源和维生素的含量生素的含量应高些，但高些，但总浓度以略稀薄度以略稀薄为宜，以便菌体生宜，以便菌体生长繁衍。繁衍。为使培育的种子能使培育的种子能较快快顺应发酵罐内的酵罐内的环境，在境，在设计种子培育基种子培育基时要思索与要思索与发酵培育基酵培育基组成成的内在的内在联络。发酵培育基酵培育基fermentation medium： 供菌体生供菌体生长和合成大量代和合成大量代谢产物用的培育基。物用的培育基。要求此种培育基的要求此种培育基的组成丰富完好，成丰富完好，营养成分养成分浓度和粘度和粘度适中，即利于菌体生度适中，即利于菌体生长，又利于合成大量的代，又利于合成大量

6、的代谢产物。物。 发酵培育基的酵培育基的组成要思索菌体在成要思索菌体在发酵酵过程中的各种生程中的各种生化代化代谢的的协调，在，在产物合成期，使物合成期，使发酵液酵液pH值不出不出现大大的的动摇。不同的菌体，不同的不同的菌体，不同的产品，品，对培育基的要求是不同的。培育基的要求是不同的。不同的不同的发酵酵产品，培育基的形状、粘度、各成分的含量也品，培育基的形状、粘度、各成分的含量也是不同的。但是，根本的是不同的。但是，根本的营养需求是一致。因此，养需求是一致。因此，应根据根据不同的情况不同的情况选择发酵培育基。酵培育基。二、培育基选择的根据1.根据不同菌种或细胞的特点2.根据不同的用途3.根据不

7、同的目的4.根据经济效益分析选择培育基 三、三、发酵培育基酵培育基选择的原那么：的原那么： 1必需提供合成必需提供合成细胞和胞和发酵酵产物的根本成分。物的根本成分。 2有利于提高培育基中有利于提高培育基中产物的物的浓度，以提高度，以提高单位容位容积发酵罐的消酵罐的消费才干。才干。 3有利于提高有利于提高产物的合成速度，物的合成速度，缩短短发酵周期。酵周期。 4尽量减少副尽量减少副产物的构成，便于物的构成，便于产物的分物的分别纯化化 5有利于减少培育基原料的有利于减少培育基原料的单耗。耗。(合成合成单位数量位数量的的产物所耗物所耗费的的营养物养物质的量的量,以提高以提高转化率。化率。 6原料价原

8、料价钱低廉，低廉，质量量稳定，取材容易。定，取材容易。 7所用原料尽能所用原料尽能够减少减少对发酵酵过程中通气程中通气搅拌的影拌的影响，利于提高氧的利用率降低能耗，并尽能响，利于提高氧的利用率降低能耗，并尽能够减少减少产生生“三三废的物的物质。 实践消践消费中需根据中需根据详细情况，抓主要情况，抓主要环节。使。使其即其即满足足细胞的胞的营养要求，又能养要求，又能获得得优质高高产的的的的产品，同品，同时也符合增也符合增产节约，因地制宜的原那么。，因地制宜的原那么。 发酵培育基的主要作用是酵培育基的主要作用是为了了获得得预期的期的产物，物，应根据根据产物特点来物特点来设计培育基。培育基。 发酵培育

9、基必需提供微生物生酵培育基必需提供微生物生长繁衍和繁衍和产物合物合成所需的碳源、氮源、无机元素、生成所需的碳源、氮源、无机元素、生长因子、水和因子、水和氧气等。氧气等。 对于大于大规模模发酵消酵消费，除思索上述，除思索上述细胞的需求外，胞的需求外，还必需注重培育基原料的价必需注重培育基原料的价钱和来源。和来源。 Q：能作：能作为发酵培育基碳源、氮源的物酵培育基碳源、氮源的物质有哪些？有哪些？ 培育基成分配比的选择培育基： 组分包括这些组分的来源和加工方法 配比 缓冲才干 粘度 消毒后营养破坏的程度 原料的杂质含量 对菌体生长和产物构成有影响。目前只能在生物化学、细胞生物学等根本实际指点下，参照

10、前人所运用的较适宜于某一类细胞的阅历配方，再结合所用菌种和产品的特征，采用摇瓶、玻璃罐等小型发酵设备，对C、N、无机盐和前体等进展逐个单因子实验，察看这些因子对菌体生长和产物合成量的影响。最后再综合各要素的影响，采用正交实验或均匀设计得到一个适宜该菌种的消费配方，以获得高产。四、配制培育基应留意的问题 思索碳源、氮源时，要留意快速利用碳氮源和慢速利用碳氮源的相互配合，发扬各自优势，避其所短。 选用适当的碳氮比。C源 做为C架又做能源，碳源较氮源多。 过多，容易构成较低pH。 缺乏，菌体衰老和自溶。 N源 作营养和氨基的来源 过多，菌体生长过于旺盛，pH偏高，不利 于代谢产物 的积累。 缺乏，菌

11、体繁衍量少，从而影响产量。 碳氮比不当，还会影响菌体按比例地吸收营养物质，直接影响菌体生长和产物的构成，菌体在不同生长阶段，对其碳氮比的最适要求是不一样的。 根据元素组成：酵母菌的碳氮比约为10020；霉菌的碳氮比约为10010。 普通发酵工业的碳氮比约为100 0.22.0，但在氨基酸发酵中，碳氮比就高。如谷氨酸发酵C:N=100:1521，假设碳氮比为100:0.22.0，那么会出现只长菌体，而不产谷氨酸的景象。C/N随碳水化合物及氮源的种类以及通气搅拌等条件而异，很难确定一致的比值。 Q：谷氨酸发酵的碳氮比为什么与其它发酵工业不同？ 3要留意生理酸性盐、生理碱性盐和pH缓冲剂的参与和搭配

12、。 生理酸性盐：如(NH4)2SO4为氮源时，由于NH4+被吸收，而呵斥培育基p降低。生理碱性盐：如以KNO3为氮源时，由于硝酸根被利用，会引起培育基p值的升高。在消费中，采用NH4NO3作为氮源，但NH4 +和NO3- 并不是等速被微生物吸收， NH4 +吸收较快， NO3- 随后才吸收。工业消费中常用无机氮源有氨水或尿素作为氮源。尿素被菌体的脲酶分解产生氨，提供菌体的氮素营养。 第二节第二节 工业发酵培育基工业发酵培育基碳源：供应菌体生命活动所需的能量和构成菌体细胞以及代谢碳源：供应菌体生命活动所需的能量和构成菌体细胞以及代谢产物的根底。有糖类、脂肪、某些有机酸等等。产物的根底。有糖类、脂

13、肪、某些有机酸等等。氮源：主要构成菌体细胞物质和代谢产物，即蛋白质、氨基酸氮源：主要构成菌体细胞物质和代谢产物，即蛋白质、氨基酸等之类的含氮代谢物。可分为有机氮源和无机氮源。功能：构成菌等之类的含氮代谢物。可分为有机氮源和无机氮源。功能：构成菌体成分；作为酶的组成分或维持酶的活性；调理浸透压、体成分；作为酶的组成分或维持酶的活性；调理浸透压、PH值、氧值、氧化复原电位等。化复原电位等。无机盐：铅、镁、硫、磷、钾、钠、氯、锌、钴、锰。无机盐：铅、镁、硫、磷、钾、钠、氯、锌、钴、锰。特殊生长因子：其功能是构成辅酶的组成分，促进生命活动的特殊生长因子：其功能是构成辅酶的组成分，促进生命活动的进展。如

14、生物素、硫胺素、肌醇等，但需求量是极少的。进展。如生物素、硫胺素、肌醇等，但需求量是极少的。水：体内各种生化作用必需在水溶液中进展。营养物质必需溶水：体内各种生化作用必需在水溶液中进展。营养物质必需溶解于水中，才干透过细胞膜被微生物利用。解于水中，才干透过细胞膜被微生物利用。诱导剂、前体和促进剂：胞外酶合成需求诱导物、有些需求促诱导剂、前体和促进剂：胞外酶合成需求诱导物、有些需求促进剂，抗生素需求前体。进剂，抗生素需求前体。 不同的发酵产物，不同的菌种所选择的发酵培育基是不同的。 白酒 (chinese spirit)发酵：固体发酵培育基； 果酒(fruit spirit)发酵：fruit j

15、uice or fruit sauce ； 啤酒(beer) 发酵：麦芽汁(wort)液体培育基； 酒精(alcohol)发酵：淀粉糖化醪(starch mash) ； 氨基酸(amino acid)发酵：水解糖液加其他营养成分； 柠檬酸(citric acid)发酵：淀粉液化醪(starch dextrinizate mash)； 乳酸(lactic acid)发酵：淀粉糖化醪(starch mash) ； 甲烷(methane)发酵：复杂的有机废物发酵； 抗生素(antibiotic)发酵：淀粉糖化醪(starch mash) +豆饼粉+麸皮粉；一、工业常用的碳源n葡萄糖：纯葡萄糖、淀粉水

16、解液n乳糖： 纯乳糖、乳清粉n淀粉：大麦、大米、燕麦粉、黑麦n 粉、玉米、野生植物、薯类等n蔗糖：甜菜糖蜜、甘蔗糖蜜、粗红糖、n 精白糖n 另外还有醋酸、乙醇、亚硫酸纸浆废液、食品工厂的下脚料等等。 糖蜜molasses)是制糖厂消费糖时的结晶母液，是糖厂的副产品，含有丰富的糖、氮素化合物和无机盐、维生素等，它是微生物工业物美廉价的原料。在工业消费中，常将糖蜜进展处置，用于消费过程。 糖蜜中主要含有蔗糖，总糖含量可达50%70%。 糖蜜分为甘蔗糖蜜(cane molasses)和甜菜糖蜜 (beet molasses) ，二者在糖的含量和无机盐的含量都有所不同，运用时应留意。糖蜜常用在酵母和丙

17、酮丁醇的消费中，抗生素等微生物工业也常用它作为碳源。 酒精工业中假设用糖蜜代甘薯粉，那么可省去蒸煮、制曲、糖化等过程，简化了酒精消费工艺。二、工业常用的氮源工业消费中常用有机氮源豆饼粉(soybean cake powder)、花生饼粉(peanut powder)、麸皮或麸皮水解液(bran hydrolysis liquid)、玉米浆(corn steep liquor)等。根据：现有的工艺条件 菌种生长和合成产物时pH的变化 最适pH的控制范围 综合思索选用生理酸碱性物质及用量，从而保证在整个发酵过程中pH都能维持在最正确形状。 培育基成分用量的多少大部分根据阅历而来。但对于主产物代谢途

18、径清楚的物质如酒精和谷氨酸，可经过物料平衡计算加以确定。 eg Alcoholic fermentation C6H10On水解n C6H12O6 C6H12O6 发酵 2 C2H5OH+2 CO2 + Q 所以 100Kg 淀粉实际上可以产酒精量 X= 2 46 100/162=56.79 Kg eg Glutamate fermentation C6H10O5n水解n C6H12O6 C6H12O6 发酵 C5H9O4N+ CO2 +H2O + Q 所以 100Kg 淀粉实际上可以产谷氨酸的量1 147 100/162=90.74 Kg 次级代谢产物生物合成途径了解有限，化学计算次级代谢产

19、物生物合成途径了解有限，化学计算比较困难比较困难,但有人根据物料平衡计算了碳源转化为青霉但有人根据物料平衡计算了碳源转化为青霉素的得率素的得率. Cooney(1979)根据化学反响计量关系和阅历数据根据化学反响计量关系和阅历数据得出下式得出下式: 10 C6H12O6 +12NH3+3O2+6H2SO4+6C8H8O12苯乙酸苯乙酸CHON4S+12CO2+54H2O青霉素的实际得率为每克葡萄糖得青霉素的实际得率为每克葡萄糖得1.1克青霉素克青霉素G在确定培育基碳源数量时，还应思索用于菌体生在确定培育基碳源数量时，还应思索用于菌体生长所需的耗费及碳源的来源、加工方法和有效成分的长所需的耗费及

20、碳源的来源、加工方法和有效成分的含量。含量。制备培育基，也应思索水分。制备培育基，也应思索水分。 培育基用量大，应就地就近选用廉价原料。培育基用量大，应就地就近选用廉价原料。 eg Lys 发酵培育基的碳源由山芋淀粉改为山发酵培育基的碳源由山芋淀粉改为山芋粉，本钱降低芋粉，本钱降低15。山芋粉中还有生物素、镁盐等。山芋粉中还有生物素、镁盐等。 三三. 生长因子生长因子growth factor 生物素生物素biotin 维生素维生素vitamin 甘油甘油glycerol 氨基酸氨基酸amino acid 油酸油酸oleic acid 嘌呤嘌呤purine 吡啶吡啶 (pyridine) 麸皮

21、水解液麸皮水解液(bran hydrolysis liquid)其他农副产品其他农副产品 玉米浆玉米浆(corn steep liquor) 糖蜜糖蜜 molasses 四四. 前体物质、促进剂、抑制剂前体物质、促进剂、抑制剂前体前体precursor：指某些化合物参与到培育基中，：指某些化合物参与到培育基中，能直接被微生物在生物合成过程中结合到产物中去，而其能直接被微生物在生物合成过程中结合到产物中去，而其本身的构造并没有多大变化，但是产物的产量却因参与前本身的构造并没有多大变化，但是产物的产量却因参与前体而有较大的提高。体而有较大的提高。e.g. 青霉素发酵中加玉米浆青霉素发酵中加玉米浆c

22、orn steep liquor，发酵单位发酵单位fermentation titer unit由由20 g/ml提高到提高到100 g/ml 。玉米浆中含有苯乙胺，它被优先结合到青霉素分子中玉米浆中含有苯乙胺，它被优先结合到青霉素分子中去，从而提高产量。去，从而提高产量。有些前体物质，例如苯乙酸、丙酸等浓度过高时，对有些前体物质，例如苯乙酸、丙酸等浓度过高时，对菌领会产生毒性。有些菌体还有将前体氧化分解的才干。菌领会产生毒性。有些菌体还有将前体氧化分解的才干。在消费中常采用少量多次地参与前体。在消费中常采用少量多次地参与前体。 总的参与量可按一个产物分子，进入几个前体分子，总的参与量可按一个

23、产物分子，进入几个前体分子，按等摩尔计算前体参与量，在总的参与量中，还应思索菌按等摩尔计算前体参与量，在总的参与量中，还应思索菌体氧化、分解的那部分前体。体氧化、分解的那部分前体。发酵消酵消费中常用的前体中常用的前体 产物物 前体前体 产物物 前体前体n青霉素苯乙酸及衍生物 n青霉素苯氧乙酸n金霉素氯化物n链霉素 肌醇、精氨酸n红霉素 丙酸、丙醇nVB12 钴化物n葫萝卜素 -紫罗兰酮nL-异亮氨酸 - 氨基酸nL-色氨酸 邻氨基苯甲酸nL-丝氨酸 甘氨酸抑制剂抑制剂inhibitor： 在发酵过程中能产生抑制造用的物质在发酵过程中能产生抑制造用的物质 在发酵过程中参与某些抑制剂会抑制某些代谢

24、在发酵过程中参与某些抑制剂会抑制某些代谢途径的进展，同时会使另一个代谢途径活泼，从途径的进展，同时会使另一个代谢途径活泼，从而获得人们所需的某种产物或使正常代谢的某一而获得人们所需的某种产物或使正常代谢的某一中间物积累起来。中间物积累起来。e.g. 微生物发酵法消费甘油。在发酵液中参与亚硫酸氢纳，它与代谢过程中产生的乙醛生成加成物，反响式如下： CH3CHO+NaHSO3 CH3 CH OH OSO3Na这就使乙醇代谢途径中的乙醛不能成受氢体，而使NADH在细胞中积累，从而激活 -磷酸甘油脱氢酶的活性，使磷酸二羟基丙酮取代乙醛作为NADH 的受氢体，而复原为 - 磷酸甘油，其水解后即构成甘油。

25、 亚硫酸氢纳是乙醇代谢的抑制剂，促使甘油构成。 溴化剂能抑制金霉素构成的代谢途径，促使四环素的生成。 促促进剂(promoter)：既不是：既不是营养物，又不是前体，但却能提高养物，又不是前体，但却能提高产量的添加量的添加剂。 巴比妥巴比妥盐能使利福霉素能使利福霉素单位添加，并能使位添加，并能使链霉素消霉素消费菌自溶推菌自溶推迟，延伸，延伸产物的分泌期。物的分泌期。 酵母甘露聚糖可酵母甘露聚糖可诱导 -甘露糖甘露糖酶的的产生，促使甘露糖生，促使甘露糖链霉素霉素转化化为链霉素霉素(streptomycin)。 聚乙聚乙烯醇衍生物可防止菌醇衍生物可防止菌丝结球，提高糖化球，提高糖化酶(saccha

26、rifying enzyme)的的产量。量。 外表活性外表活性剂(surface active agent) ：在底物和：在底物和产物均不溶或物均不溶或微溶于水的微溶于水的发酵中，外表活性酵中，外表活性剂有添加浸透性有添加浸透性(perviousness)、促、促使固体物分散从而使固体物分散从而强化化传质和和传氧的作用。氧的作用。 第三第三节 淀粉水解糖的制淀粉水解糖的制备 意意义：很多微生物都不能直接利用淀粉：很多微生物都不能直接利用淀粉(amylum) ，由于它，由于它们不含淀粉不含淀粉酶和糖化和糖化酶。因此，在。因此，在发酵消酵消费之前，必需将淀粉水之前，必需将淀粉水解解为葡萄糖，才干供

27、葡萄糖，才干供发酵运用。酵运用。 将淀粉水解将淀粉水解为葡萄糖的葡萄糖的过程称程称为淀粉的糖化淀粉的糖化saccharification，制得的糖液叫淀粉水解糖。，制得的糖液叫淀粉水解糖。 葡萄糖葡萄糖glucose 淀粉水解糖液淀粉水解糖液 麦芽糖麦芽糖(maltose) 复合糖复合糖类二糖、低聚糖等二糖、低聚糖等 其他分解其他分解产物氨基酸、脂肪酸等物氨基酸、脂肪酸等 在工在工业消消费中，水解糖中，水解糖质量的高低，直接影响菌体的生量的高低，直接影响菌体的生长和和产物的物的积累。累。 淀粉水解糖液必需具备淀粉水解糖液必需具备的条件的条件n 1、糖液葡萄糖含量：20%n 2、 糖液干净，呈杏

28、黄色或黄绿色n 3、 透光率：90%以上n 4、 糖液不模糊精(dextrin)n 5、 糖液不能蜕变n 6、转化率：90%左右n 转化率=n 水解糖液数量升含糖量% 100%n 投入淀粉量公斤 原料淀粉中含纯淀粉% 1.11一、淀粉水解糖制备的方法一、淀粉水解糖制备的方法 原料： 薯类(tuber)、玉米(corn)、小麦(wheat)、大米(rice)等含淀粉原料。 根据原料淀粉的性质和水解运用的催化剂(catalyst)的不同 酸解法acid hydrolysis process) 水解的方法 酶解法( enzymatic hydrolysis process) 酸酶结合法(acid-

29、enzymatic hydrolysis ) 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。n优点：消费方便、设备简单、水解时间短，设备消费才干优点：消费方便、设备简单、水解时间短，设备消费才干大大n缺陷：高温高压、酸性条件、过程复杂、副反响多、损失缺陷：高温高压、酸性条件、过程复杂、副反响多、损失大大n要求：淀粉颗粒不宜过大、大小要均匀。淀粉乳浓度也不要求：淀粉颗粒不宜过大、大小要均匀。淀粉乳浓度也不宜过高。宜过高。 酶解法：利用专注性很强的淀粉酶和糖化酶将淀粉水解为葡萄糖的工艺。n 淀粉的液化和糖化都是在酶的作用下完成的，故酶解法又有双酶水解法(doub

30、le-enzyme)之称。n 优点：酶反响条件温暖，不需求高温、高压和耐酸的设备；酶 的作用专注性强，淀粉水解的副反响少，水解糖液纯； 可在较高的淀粉乳浓度下水解；可用粗原料；糖液颜色浅，较纯真、无苦味、质量高。n 缺陷：酶解时间长、需求专门的设备，酶是蛋白质，易引起糖液过滤困难。n 利用 淀粉酶将淀粉转化为糊精及低聚糖的过程叫液化liquefaction/dextrinization)。n 利用糖化酶将糊精及低聚糖进一步水解为葡萄糖，这个过程叫糖化(saccharify)。 酸酶法：是先将淀粉酸水解成糊精或低聚糖，然后再用糖化酶将其水解为葡萄糖的工艺。 如玉米、小麦等谷物原料的淀粉，淀粉颗粒

31、巩固，所以液化采用酸法。 淀粉 酸解至G值DE值10-15 降温中和 糖化酶糖化DE值：复原糖含量占干物质的百分含量。 优点：酸液化速度快，糖化时可采用较高的淀粉乳浓度。 酶酸法：是将淀粉乳先用 淀粉酶液化到一定的程度，然后用酸水解成葡萄糖。 如碎米淀粉，颗粒大小不一，假设用酸水解，往往水解不均匀，出糖率低。 优点：可采用粗原料淀粉，淀粉浓度13Be较酸法10Be 高，消费易控制。时间短，淀粉水解副反响少。淀淀 粉粉直链淀粉直链淀粉(amylose)： - 1，4葡萄糖苷键缩合，聚合度小。葡萄糖苷键缩合，聚合度小。支链淀粉支链淀粉(amylopectin)： -1，4键、键、 - 1，6键，聚

32、合度大。键，聚合度大。 糊精：假设干种分子大于低聚糖的碳水化合物的总称。糊精：假设干种分子大于低聚糖的碳水化合物的总称。具有复原性、旋光性、能溶于水，不溶于酒精，因分子大小具有复原性、旋光性、能溶于水，不溶于酒精，因分子大小的不同，糊精与碘可呈现不同的颜色。的不同，糊精与碘可呈现不同的颜色。淀粉淀粉 糊精兰糊精兰暗紫暗紫 紫紫 红褐红褐 暗红暗红 红红 浅红浅红二二 淀粉酸水解的原理淀粉酸水解的原理淀粉水解过程的变化：淀粉水解过程的变化：淀粉颗粒构造破坏，糖苷键断裂，其分子逐渐变小。先淀粉颗粒构造破坏，糖苷键断裂，其分子逐渐变小。先变成糊精、低聚糖、麦芽糖，最后才干生成变成糊精、低聚糖、麦芽糖

33、，最后才干生成G。 A 淀粉的水解反响淀粉的水解反响 淀粉水解总的趋势是大分子向小分子转化，随着淀淀粉水解总的趋势是大分子向小分子转化，随着淀粉水解程度的添加，糖化液的复原性不断添加。粉水解程度的添加，糖化液的复原性不断添加。淀粉淀粉(amylum)糊精糊精(dextrin)低低聚糖聚糖(oligosaccharides )葡萄糖葡萄糖(glucose) 淀粉水解的化学反响可简单表示如下：淀粉水解的化学反响可简单表示如下： C6H10O5)n+nH2O n (C6H12O6) 由于有水参与，反响结果有化学增重。由于有水参与，反响结果有化学增重。 实际上，淀粉转化为葡萄糖的转化率为实际上，淀粉转

34、化为葡萄糖的转化率为 180.16/162.14 100%=111.1% 实践转化率只需实践转化率只需90%。 当葡萄糖值超越当葡萄糖值超越60时，由于时，由于G复合分解反响产生其他复合分解反响产生其他有味物质龙胆二糖有苦味及有色物质。有味物质龙胆二糖有苦味及有色物质。 B 淀粉水解的副反响淀粉水解的副反响 葡萄糖的复合反响葡萄糖的复合反响 水解水解 热、酸、酸 -1，6 键聚合成异聚合成异麦芽糖麦芽糖淀粉淀粉 葡萄糖糖苷葡萄糖糖苷键聚合聚合 -1，6键聚合成聚合成龙胆二糖胆二糖 葡萄糖的分解反响 水解 热、酸 淀粉 葡萄糖 分解 5-羟甲基糠醛 甲酸、乙酰丙酸、有色物质。 在淀粉的酸水解过程

35、中，葡萄糖因分解损失的量在1%，但5-羟甲 基 糠 醛是 产 生 色 素 的 根 源，添加精制的困难。 5-羟甲基糠醛 的含量高，那么色素的构成量增多。反响中构成的氨基糖，也对发酵有影响。 淀粉酸水解的反响淀粉酸水解的反响 淀粉淀粉amylum 酸水解酸水解 葡萄糖葡萄糖glucose 复合反响复合反响 分解反响分解反响disaccharide复合二糖复合二糖 5-羟甲基糠甲基糠醛( oligosaccharide )复合低聚糖复合低聚糖 有机酸、有色物有机酸、有色物质 在淀粉的酸水解在淀粉的酸水解过程中，三种反响同程中，三种反响同时发生，淀粉生，淀粉的水解反响是主要的，葡萄糖的复合和分解反响

36、是次要的，的水解反响是主要的，葡萄糖的复合和分解反响是次要的，复合反响和分解反响复合反响和分解反响对葡萄糖的消葡萄糖的消费来来说是不利的，影响是不利的，影响菌体的正常菌体的正常发酵及工厂的消酵及工厂的消费本本钱。 Q：如何控制水解条件，降低复合分解反响的：如何控制水解条件，降低复合分解反响的发生生？ D 淀粉酸水解的工艺流程 淀粉 水 盐酸调浆调浆原料原料酸水解酸水解冷却冷却中和脱色中和脱色糖液糖液过滤除杂过滤除杂 E 淀粉酸水解条件的选择淀粉酸水解条件的选择 1 淀粉的质量淀粉的质量 酸法水解的重要特点是非专注性。 表 2-1 酸水解对淀粉质量的要求工程 目的水分1114总蛋白质 0.30.

37、5水溶性蛋白质 0.010.02脂肪 0.040.06 粗纤维 0.010.022、 淀粉乳浓度的选择：n浓度低，浓度低，DE值高，色泽浅。浓度高，复合反响易发生，色泽值高，色泽浅。浓度高，复合反响易发生，色泽深。深。 淀粉乳浓度与水解糖液DE值之间的关系 浓度Bx 26 24 22 20 19 18 17 16 DE值 89.17 89.27 89.92 91.1 91.3 92.77 92.81 93.01 从表中可以看出，随着淀粉乳的浓度下降，DE值上升，阐明糖液中杂质少，但淀粉乳的浓度过低，那么设备利用率降低。 故淀粉乳的浓度在1819 Bx(10.512 Be ) 3、酸的种类和用量

38、： 盐酸盐酸(hydrochloric acid)：催化效能为：催化效能为 100 硫酸硫酸(sulphuric acid) ：催化效能为：催化效能为 50.35 草酸草酸(oxalic acid): 催化效能为催化效能为 20.45普通用盐酸，其量占干淀粉的普通用盐酸，其量占干淀粉的 0.60.7%，PH 调至调至 1.5左右。左右。 糖化压力和时间糖化压力和时间普通压力为普通压力为.-.公斤公斤cm2 水解水解 - 留意：坚持正压留意：坚持正压 取样时，保证能代表釜内液体的浓度取样时，保证能代表釜内液体的浓度 及时放料分钟放完及时放料分钟放完 糖化设备构造的影响糖化设备构造的影响 糖化锅的

39、容积不宜过大糖化锅的容积不宜过大 , 普通普通70-80m3, 锅体不能太高或太矮。锅体不能太高或太矮。 常采用的径高比常采用的径高比aspect ratio1：1.5 糖化锅的附属管道也应保证进出料迅速，物糖化锅的附属管道也应保证进出料迅速，物料受热均匀，有利于升压，有利于消灭死角，尽量缩短料受热均匀，有利于升压，有利于消灭死角，尽量缩短辅助时间。辅助时间。排气排气蒸蒸汽汽 6、糖化终点的控制、糖化终点的控制 从糖化曲线可以看出从糖化曲线可以看出,DE值到达最高点后即不再值到达最高点后即不再上升，相反会随着糖化时上升，相反会随着糖化时间的延伸而稍有下降。间的延伸而稍有下降。(why?). 糖

40、化终点的检验：糖化终点的检验： 用无水乙醇检验无用无水乙醇检验无 白色沉淀或碘液检验为白色沉淀或碘液检验为 20 30 时时间间(分分)无色，即为终点无色，即为终点 。 淀粉酸糖淀粉酸糖化的曲线化的曲线 100 90 80 70 60 A B C (纯度%) F F 水解糖液的中和、脱色除杂水解糖液的中和、脱色除杂 1 1、中和：目的是降低酸度；除去蛋、中和：目的是降低酸度；除去蛋白质白质 中和剂中和剂 纯碱：纯碱： 温暖，糖液质量好，温暖，糖液质量好，但产生的泡但产生的泡 沫多，难控制沫多，难控制 烧碱：烧碱： 易呵斥部分过碱，易呵斥部分过碱，使糖焦化，产使糖焦化，产 生焦糖生焦糖 中和时留

41、意中和时留意 不要反中和，边中不要反中和，边中和边测定和边测定pHpH值值, , 温度在温度在80 80 C C以下以下, ,普通控制普通控制60-60- 70 70 C C pH pH值控制在值控制在4 46-6-5 50 0 2 2、脱色除杂、脱色除杂活性炭吸附法活性炭吸附法离子交换法离子交换法新型磺化煤新型磺化煤 用量：相当于干淀粉量的用量：相当于干淀粉量的0.60.8活性炭活性炭 脱色温度脱色温度: 65 C p值值: 4.65.0 3、 过滤过滤 脱色后要进展过滤，其目的是除脱色后要进展过滤，其目的是除去中和、脱色糖化液中凝聚的蛋白质去中和、脱色糖化液中凝聚的蛋白质及其他不溶性杂质和

42、参与的脱色剂，及其他不溶性杂质和参与的脱色剂，以制得廓清的糖化液。发酵工业中糖以制得廓清的糖化液。发酵工业中糖化液的过滤通常是用板框过滤机。过化液的过滤通常是用板框过滤机。过滤后再调理糖液的滤后再调理糖液的pH值至值至6.7 7.0。 酶法制糖工艺是以作用专注性的酶制剂作为催化剂将淀粉转化为糖的工艺。工艺分为液化和糖化，液化是在淀粉酶的作用下完成的，糖化是在糖化酶的作用下完成的。1 液化 1 淀粉酶的水解作用淀粉 液化液 淀粉酶从淀粉分子内部水解 - 14糖苷键，不能水解 -16-糖苷键，但能越过 -16-糖苷键继续水解-14-糖苷键，而将-1.6糖苷键留在在水解产物中。直链淀粉分子水解产物为

43、葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖。支链淀粉最终产物除了前述几种外，还有异麦芽糖及含有 -16-糖苷键的低聚糖。 四、四、 酶法制糖的实际根底及工艺酶法制糖的实际根底及工艺 2 淀粉酶液化的条件及液化程度的控制 淀粉的糊化与老化淀粉的糊化是指淀粉受热后，淀粉颗粒膨胀，晶体构造消逝，相互接触变成糊状液体，即使停顿搅拌，淀粉也不会再沉淀的景象。 发生糊化景象时的温度称糊化温度。不同原料的糊化温度范围不同。P67 淀粉的老化实践上是分子间氢键已断裂的糊化淀粉又重新陈列构成新的氢键的过程，也就是复结晶的过程。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，必需采取相应的措施控制糊化淀

44、粉的老化。淀粉糊的老化与淀粉的种类、酸碱度、温度、加热方式及淀粉糊的浓度有关。淀粉的老化程度可经过冷却时构成的凝胶体强度来表示。淀粉液化的方法与选择 一次加酶液化法 加酶的方法二次加酶液化法 三次加酶液化法 中温酶法酶耐温性高温酶法高温-中温酶法 原料粗细 淀粉质原料直接液化法精制淀粉液化法 加热的方式 蒸汽放射液化法 常温液化法 蒸汽放射液化工艺及条件 该工艺的特点是利用放射器将蒸汽喷入淀粉乳 的薄膜，在短时间内经过放射器快速升温至145C 完成糊化、液化，使构成的“不溶性淀粉颗粒在 高温下分散，从而使所得的液化液既透明又易于过 滤，淀粉的出糖率也高，同时采用了真空闪急冷却， 提高了液化液的

45、浓度。 工艺流程 淀粉 水碱液 0.15%氯化钙 耐高温-淀粉酶 p 放射液化器5.07.0 9597C 保温 罐60分种 二次放射器145 C ，维持罐35分钟 真空闪急冷却 二次液化罐9597 C 参与耐高温淀粉酶(30分钟) 碘液检验后终了液化。液化条件：3040的淀粉乳浓度、p值5-7、温度为95 C - 97 C。 淀粉酶的参与量，随着酶活力的高低而定，但普通控制在58单位克淀粉。液化程度控制液化程度控制在液化过程中，淀粉液化水解成较小的分子。液化程度在液化过程中，淀粉液化水解成较小的分子。液化程度不能太低，由于：不能太低，由于：液化程度低，液化液的黏度就大，难于操作；液化程度低，液

46、化液的黏度就大，难于操作； B 液化程度低，淀粉易老化，不利于糖化，特别会使糖化液液化程度低，淀粉易老化，不利于糖化，特别会使糖化液的过滤性较差。的过滤性较差。 但是但是,液化程度也不能太高，由于：液化程度也不能太高，由于： 糖化酶糖化酶(葡萄糖淀粉酶葡萄糖淀粉酶)属于外酶，先与底物分子生成络合属于外酶，先与底物分子生成络合构造，而后发生水解作用，水解是由底物分子的非复原末端构造，而后发生水解作用，水解是由底物分子的非复原末端开场，使葡萄糖单位逐个从糖苷键中裂解出来，要求底物分开场，使葡萄糖单位逐个从糖苷键中裂解出来，要求底物分子有一定的大小子有一定的大小, 液化超越一定程度，底物分子过小液化

47、超越一定程度，底物分子过小,不利于不利于糖化酶生成络合构造，影响催化效率，使糖化液的最终糖化酶生成络合构造，影响催化效率，使糖化液的最终 值偏低。值偏低。 正常液化条件下，控制值在正常液化条件下，控制值在1020之间为好。之间为好。2 糖化糖化 糖化酶的水解作用糖化酶的水解作用 糖化酶对底物作用从非复原末端开场将 -1.4和 -1.6糖苷键水解,也能水解麦芽糖。 必需控制糖化酶的用量和底物的浓度。 糖化的温度及p值决议于所用的糖化剂的性质。 曲霉糖化酶：普通温度为5064 C， pH4.34.5； 根酶糖化酶：普通温度为5458 C， pH4.35.0； UV-11糖化酶:普通温度为55 60

48、 C， pH3.54.2； 大消费中，根据酶的特征，尽量采用较高的温度和较低的pH值。这样糖化速度快，采用较低的pH值可使糖化液的颜色浅，便于脱色，也可减少杂菌污染的能够性。国外在糖化消费中参与葡萄糖苷酶？国外在糖化消费中参与葡萄糖苷酶？P71糖化工艺条件及控制糖化工艺条件及控制 液化液灭酶100 ，10分钟)用酸调pH值4.2-4.5 ，同时降温冷却 60 C 加糖化酶保温数小时用无水酒精检验无糊精存在时加热90 C ，保温30分钟-降温6070 C过滤糖液。液化液的糖化速度与酶制剂的用量有关。用量与酶活力有关。酶活高，用量少；液化液浓度高，加酶量多。 消费上：淀粉时，酶量按单位克淀粉。 1

49、3324578910淀粉、碱液氯化钙、淀粉、碱液氯化钙、淀粉酶淀粉酶蒸蒸汽汽6糖化酶、酸糖化酶、酸双酶法制糖工艺流程图双酶法制糖工艺流程图1-调浆罐；2-缓冲器；3-液化罐；4-贮罐；5-灭酶罐；6-板式换热器；7-糖化罐；8-压滤机；9-糖化暂贮槽；10-贮糖槽第四节 糖蜜原料一 . 糖蜜原料的分类 P73 甘蔗糖蜜beet molasses 甜菜糖蜜cane molasses 高级糖蜜high molasses二 . 糖蜜原料的性质和组成三 . 糖蜜的预处置 普通处置：廓清处置，除去灰分和胶体物质 特殊处置：降低生物素，甘蔗糖蜜生物素高 第五节第五节 石油代粮发酵石油代粮发酵 石油在目前是

50、地球上石油在目前是地球上蕴藏量非常丰富的藏量非常丰富的资源。能源。能利用石油的微生物种利用石油的微生物种类很多，分布很广，其最大特点很多，分布很广，其最大特点是能使化学上很是能使化学上很稳定的正定的正烷烃、环烷烃、芳香、芳香烃等化等化合物在常合物在常压下化学下化学变化，所以石油化，所以石油发酵不需高温、高酵不需高温、高压、耐酸、耐腐、耐酸、耐腐蚀的的设备。 英国用石蜡英国用石蜡为原料，美国用原料，美国用烃、法国用柴油、法国用柴油为原原料消料消费石油蛋白，石油蛋白的收率石油蛋白，石油蛋白的收率为50%80%。国。国外石油蛋白已完成了外石油蛋白已完成了试产和毒性和毒性实验，已正式投，已正式投产。

51、日本以石油日本以石油馏分或石油化工分或石油化工产品品发酵和消酵和消费谷氨谷氨酸、酸、赖氨酸、氨酸、柠檬酸、檬酸、酮戊二酸、反丁戊二酸、反丁烯二酸等二酸等,收率已到达或超越糖收率已到达或超越糖质原料原料发酵的程度。酵的程度。 某些氨基酸、氯霉素、灰黄霉素的发酵产率，也接近了投产程度。 利用石油产品醋酸作谷氨酸发酵原料，已在日本全面消费。 在我国除进展石油微生物脱蜡、石蜡制造酵母蛋白外，近年也开展了石油代粮发酵，正在进展谷氨酸、抗生素、酶制剂、柠檬酸、反丁烯二酸的石油发酵，还进展了维生素B2、甘露醇的石油发酵的研讨。第六节 其他物质n农作物纤维下脚料；n 森林和木材工业下脚料；n 工厂纤维和半纤维素下脚料；n 城市生活纤维物质；n 亚硫酸盐废液；n 食品工业的下脚；n 这些物质均可经过一定的处置用于n 发酵产品的消费。