發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基及原料處理

關(guān)于發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基及原料處理第1頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基是工業(yè)發(fā)酵微生物生長(zhǎng)和分泌發(fā)酵產(chǎn)物的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)。發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)、原料處理和配制是發(fā)酵工程的重要操作單元之一。第2頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月本章主要內(nèi)容第一節(jié)發(fā)酵營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)的組成第二節(jié)工業(yè)發(fā)酵中營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)的種類第三節(jié)培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化第四節(jié)原料的選擇及工業(yè)發(fā)酵中

重要營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)的配制方法第3頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)發(fā)酵營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)的組成

培養(yǎng)基定義：是指利用人工方法配制的供微生物、植物和動(dòng)物細(xì)胞生長(zhǎng)繁殖或積累代謝產(chǎn)物的各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的混合物。

用途：

主要用于微生物等的分離、培養(yǎng)、鑒定以及菌種保藏等方面。

工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基??除了包含微生物生長(zhǎng)繁殖所必須的碳源、氮源、能源、無機(jī)鹽、生長(zhǎng)因子和水等營(yíng)養(yǎng)成分，有的還含有某些前體、產(chǎn)物促進(jìn)劑和抑制劑等。第4頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、能源

功能：微生物生長(zhǎng)、繁殖、合成、分解、運(yùn)動(dòng)、熱的產(chǎn)生等，即微生物的一切行為都需要消耗能源。光能------光能自養(yǎng)菌的能源。如：小球藻、螺旋藻利用光能生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白；嗜鹽藻利用光能生產(chǎn)甘油、β-胡羅卜素和單細(xì)胞蛋白等。氫、硫、氨、亞硝酸鹽、亞鐵鹽------化能自養(yǎng)微生物的能源。如：細(xì)菌煉銅所使用的氧化亞鐵硫桿菌，將亞鐵鹽作為能源。碳水化合物等有機(jī)物，石油天然氣和石油化工產(chǎn)品------異養(yǎng)微生物能源，同時(shí)也是碳源物質(zhì)。NewBiofueltechnologyusingsunlightandmicro-organismscouldchangetheindustry第5頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、碳源

功能：碳源物質(zhì)是組成培養(yǎng)基的主要成分之一，因?yàn)樘荚次镔|(zhì)在微生物細(xì)胞中的含量很高。占細(xì)胞干物質(zhì)50%。

碳源物質(zhì)為細(xì)胞提供能量、組成菌體細(xì)胞成分的碳架、構(gòu)成代謝產(chǎn)物。

常用的碳源物質(zhì):糖類、脂類、有機(jī)酸、低碳醇。

糖蜜淀粉第6頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、乳糖、糊精、淀粉等糖類物質(zhì)，是細(xì)菌、放線菌、霉菌、酵母利用的碳源。其中，葡萄糖是碳源中最容易利用的單糖，幾乎所有微生物都能利用葡萄糖。其他糖類：蔗糖、麥芽糖、乳糖等雙糖也是常用的碳源。常用于抗生素、氨基酸、酶類的發(fā)酵。多糖

如淀粉和纖維素。淀粉還可以克服葡萄糖代謝過快的弊病，并且價(jià)格低廉，來源豐富。第7頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月8酯類：如植物油，動(dòng)物油等脂類，具備較活躍的脂肪酶的微生物可利用脂類為碳源。有機(jī)酸：有機(jī)酸或他們的鹽類或醇類能做為碳源。pH會(huì)有變化。烴類：碳酸氣、石油、正構(gòu)石蠟、天然氣、甲醇、乙醇等石油化工產(chǎn)品，也是許多微生物碳源。如：嗜甲烷棒狀桿菌利用甲醇為碳源產(chǎn)生單細(xì)胞蛋白；乳糖發(fā)酵短桿菌，以乙醇為碳源生產(chǎn)谷氨酸。第8頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例：地衣芽孢桿菌生產(chǎn)α-淀粉酶碳源對(duì)生長(zhǎng)和產(chǎn)酶的影響碳源細(xì)胞量α-淀粉酶葡萄糖4.20蔗糖4.020糊精3.0638.2淀粉3.0940.2第9頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、氮源

功能：氮源物質(zhì)構(gòu)成菌體細(xì)胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)（氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸）；為微生物提供能源；合成含氮的代謝產(chǎn)物。常用的氮源分為兩類：無機(jī)氮源和有機(jī)氮源。1.無機(jī)氮源主要包括氨水、銨鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽等。其被利用速度及吸收速度均快于有機(jī)氮源，也被稱為速效氮源。一般情況下作為輔佐氮源。生理酸性氮源和生理堿性氮源常被用來做發(fā)酵過程中培養(yǎng)基pH調(diào)節(jié)的一種有效手段。第10頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月11主要成分復(fù)雜的工農(nóng)業(yè)下腳料，包括豆粉、玉米粉、豆餅、魚粉、蠶蛹粉、釀酒工業(yè)的酒糟等。

玉米漿：一般含10%左右的乳酸，pH值在4左右，一般用于抗生素發(fā)酵。尿素（脲）：抗生素和氨基酸發(fā)酵，尤其是谷氨酸的生產(chǎn)。能分泌脲酶的微生物才能利用。氮含量高達(dá)50%，但是營(yíng)養(yǎng)成分單一。蛋白胨（動(dòng)物組織和植物水解制備）：實(shí)驗(yàn)室用有機(jī)氮源。魚粉酒糟2.有機(jī)氮源污水污泥

第11頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、無機(jī)鹽及微量元素

功能：構(gòu)成菌體的成分；酶的組成部分或其激活劑、抑制劑；調(diào)節(jié)滲透壓、菌體內(nèi)部pH以及氧化還原電位等等。大量元素（0.1～1mM），包括P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe，常常以鹽的形式加入培養(yǎng)基。如：磷酸鹽，鉀鹽，鎂鹽，鈣鹽等。微量元素（0.01～1mM），包括Cu、Zn、Mn、Mo和Co等，Co是發(fā)酵微生物B12的激活劑。第12頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例：鐵離子青霉素發(fā)酵中，鐵離子的濃度要小于20μg/ml

發(fā)酵罐必須進(jìn)行表面處理.此外、使用時(shí)注意鹽的形式（pH的變化）例：黑曲酶NRRL-330生產(chǎn)α-淀粉酶，P對(duì)酶活的影響

pH酶活不加4.25120U加K2HPO45.4530U加KH2PO44.6275U第13頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五、生長(zhǎng)因子

功能：生長(zhǎng)因子為微生物必不可少的物質(zhì)，一般為小分子有機(jī)物，需求量很小。包括：維生素、堿基等。維生素中需求量最大的為B族維生素，多為生化代謝中的輔酶。一般不需要單獨(dú)添加。天然原料（玉米漿、糖蜜、豆餅水）及實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)基（酵母膏）等都已經(jīng)含有。應(yīng)用實(shí)例：生物素——合成生物質(zhì)膜的重要輔酶，不足會(huì)造成細(xì)胞膜不完整，細(xì)胞內(nèi)容物的滲漏。添加亞適量（5mg/L），可即使菌體生長(zhǎng)少受抑制也可以使過多的谷氨酸因外泄而源源不斷地合成。第14頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月六、前體物質(zhì)前體物質(zhì)指添加到培養(yǎng)基中的物質(zhì)，并不促進(jìn)微生物生長(zhǎng)，而是直接經(jīng)微生物的生物合成過程結(jié)合到產(chǎn)物分子上去，其自身結(jié)構(gòu)基本不變，而產(chǎn)物產(chǎn)量卻因此提高?？煽醋魇且环N底物。過量則對(duì)菌體有毒！方式：流加。第15頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月16例子：最早在青霉素發(fā)酵中發(fā)現(xiàn)前體物質(zhì)。發(fā)現(xiàn)添加玉米漿可提高青霉素G的含量，深入研究發(fā)現(xiàn)玉米漿含有苯乙酸，苯乙酸是青霉素G的側(cè)鏈，即苯乙酸是青霉素G發(fā)酵的前體物質(zhì)。不同青霉素的側(cè)鏈不同：青霉素V------苯氧乙酸鏈霉素------肌醇、甲硫氨酸、精氨酸紅霉素------丙酸、丙醇、丙酸鹽、乙酸鹽……第16頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月七、促進(jìn)劑和抑制劑1、促進(jìn)劑：并不是前體或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，但卻能提高產(chǎn)量的物質(zhì)。作用方式：或影響微生物正常代謝；或促進(jìn)中間產(chǎn)物的累積；或提高次級(jí)代謝產(chǎn)物量。如：巴比妥鹽能增加生產(chǎn)菌菌絲的抗自溶能力，達(dá)到推遲菌體自溶目的，增加鏈霉素和利福霉素等抗生素的累積。如：谷氨酸棒狀桿菌生產(chǎn)賴氨酸的時(shí)候，加入紅霉素可以提高產(chǎn)量25%以上，加入表面活性劑可以增加產(chǎn)量30%以上。第17頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月182、抑制劑：

一些對(duì)生產(chǎn)菌代謝途徑有某種調(diào)節(jié)能力的物質(zhì)。抑制某些代謝途徑的進(jìn)行，同時(shí)刺激另一個(gè)代謝途徑，之一改變代謝途徑，如：酵母厭氧發(fā)酵中加入亞硫酸鹽或堿類，可以促進(jìn)酒精發(fā)酵轉(zhuǎn)入甘油發(fā)酵。淘汰雜菌的抑制劑，如：真菌發(fā)酵中加入抗生素；帶抗生素抗性的工程菌發(fā)酵中加入該抗生素，淘汰非重組細(xì)胞或突變細(xì)胞。第18頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月八、水（1）水是良好的溶劑，菌體所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)都是溶解于水中被吸收的。（2）滲透、分泌、排泄等作用都是以水為媒介的；（3）水直接參與代謝作用中的許多反應(yīng)。所以，水在生物化學(xué)反應(yīng)中占有極為重要的地位。（4）水的比熱高，能有效地吸收代謝過程中所放出的熱，使細(xì)胞內(nèi)溫度不致驟然上升。（5）水是熱的良導(dǎo)體，有利于放熱，可調(diào)節(jié)細(xì)胞的溫度。第19頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)工業(yè)發(fā)酵中營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)的種類

一、天然、合成、半合成培養(yǎng)基1、天然培養(yǎng)基（undefinedmedium）：是采用化學(xué)成分還不清楚或化學(xué)成分還不恒定的各種植物和動(dòng)物組織或微生物的浸出物、水解液等物質(zhì)(例如牛肉膏、酵母膏、麥芽汁、蛋白胨、玉米漿、各種淀粉水解液、糖蜜等)制成的。優(yōu)點(diǎn)：取材方便、營(yíng)養(yǎng)豐富、價(jià)格低廉、適用范圍廣；缺點(diǎn)：原料質(zhì)量不穩(wěn)定，不利于發(fā)酵控制。第20頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月212、合成培養(yǎng)基（definedmedium）：

是用化學(xué)成分和數(shù)量完全了解的物質(zhì)配制而成的，成分精確，重復(fù)性強(qiáng)，可以減少不能控制的因素。適用:在實(shí)驗(yàn)室范圍作有關(guān)營(yíng)養(yǎng)、代謝、分類鑒定、生物測(cè)定及選育菌種、遺傳分析等定量研究工作。缺點(diǎn)：營(yíng)養(yǎng)單一，價(jià)格高，適用范圍較窄。第21頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月223、半合成培養(yǎng)基（semi-definedmedium）：

既有天然有機(jī)物作碳源、氮源和生長(zhǎng)因子的來源，又含有一些化學(xué)藥品以補(bǔ)充無機(jī)鹽成分，使其更能充分滿足微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)的需要。

大多數(shù)微生物都能在此培養(yǎng)基上生長(zhǎng)繁殖。在微生工業(yè)生產(chǎn)上和試驗(yàn)研究中被廣泛使用。第22頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、液體、固體、半固體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基（liquidmedium）：常用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)及生理代謝等基本理論研究工作。發(fā)酵工業(yè)多用作培養(yǎng)種子和發(fā)酵的培養(yǎng)基。根據(jù)微生物對(duì)氧的要求情況，分別作靜止或通風(fēng)攪拌培養(yǎng)。在菌種篩選工作和菌種擴(kuò)大培養(yǎng)工作中，也常用液體培養(yǎng)基進(jìn)行搖瓶培養(yǎng)。第23頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、固體、液體、半固體培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基（solidmedium）：是在液體培養(yǎng)基中加入凝固劑配成的，最常用的凝固劑是瓊脂。分類：斜面試管、平板等。半固體培養(yǎng)基（semi-solidmedium）：0.5%瓊脂。主要用于實(shí)驗(yàn)室的微生物運(yùn)動(dòng)觀察（穿刺培養(yǎng)），某些厭氧菌的保藏工作。第24頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、鑒別和選擇性培養(yǎng)基鑒別培養(yǎng)基（differentialmedium）：是根據(jù)微生物能否利用培養(yǎng)基中某種營(yíng)養(yǎng)成分，借助指示劑的顯色反應(yīng)，以鑒別不同種類的微生物。選擇培養(yǎng)基（selectivemedium）：根據(jù)某種微生物的特殊營(yíng)養(yǎng)要求或其對(duì)某種物理化學(xué)因素的抗性而設(shè)計(jì)的培養(yǎng)基，目的是使混合樣品中的劣勢(shì)菌群變成優(yōu)勢(shì)菌群，或同時(shí)還會(huì)加入一些特殊的抑制劑來抑制競(jìng)爭(zhēng)菌群。藍(lán)白篩選平板多種腸道菌群用EMB培養(yǎng)基來鑒別第25頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1）孢子培養(yǎng)基：

供菌種繁殖孢子，常采用固體培養(yǎng)基，目的是在使發(fā)酵菌種不發(fā)生變異的前體下盡可能多的產(chǎn)生孢子?；疽?

在營(yíng)養(yǎng)基本保證、理化條件適宜的前提下，營(yíng)養(yǎng)不要太豐富（特別是有機(jī)氮源），否則不易產(chǎn)孢子。四、發(fā)酵生產(chǎn)的培養(yǎng)基生產(chǎn)商常用的：麩皮培養(yǎng)基、小米培養(yǎng)基、大米培養(yǎng)基、玉米培養(yǎng)基等。第26頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、發(fā)酵生產(chǎn)的培養(yǎng)基2）種子培養(yǎng)基：

供孢子發(fā)芽生長(zhǎng)出大量的菌絲體，或不產(chǎn)生孢子放入菌種繁殖出大量的細(xì)胞，并具有較高的活力和純度的培養(yǎng)基。特點(diǎn)：

1.必須有較完全和豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，特別需要充足的氮源和生長(zhǎng)因子；

2.供孢子發(fā)芽生長(zhǎng)用的種子培養(yǎng)基，可添加一些易被吸收利用的碳源和氮源；

3.種子培養(yǎng)基成分還應(yīng)考慮與發(fā)酵培養(yǎng)基的主要成分相近，使種子盡快適應(yīng)發(fā)酵培養(yǎng)基，縮短周期。第27頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3）發(fā)酵培養(yǎng)基：

供菌種生長(zhǎng)繁殖和合成發(fā)酵產(chǎn)物的培養(yǎng)基。是發(fā)酵生產(chǎn)中最主要的培養(yǎng)基，它不僅耗用大量的原材料，而且也是決定發(fā)酵生產(chǎn)成功與否的重要因素。

（1）根據(jù)產(chǎn)物合成的特點(diǎn)來設(shè)計(jì)培養(yǎng)基。對(duì)菌體生長(zhǎng)與產(chǎn)物相偶聯(lián)的發(fā)酵類型，充分滿足細(xì)胞生長(zhǎng)繁殖的培養(yǎng)基就能獲得最大的產(chǎn)物。

第28頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月29xp〖一類發(fā)酵〗

產(chǎn)物的形成和菌體的生長(zhǎng)相偶聯(lián)第29頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）發(fā)酵培養(yǎng)基的各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度應(yīng)盡可能高些，這樣在同等或相近的轉(zhuǎn)化率條件下有利于提高單位容積發(fā)酵罐的利用率，增加經(jīng)濟(jì)效益。（3）發(fā)酵培養(yǎng)基需耗用大量原料，原料來源、原材料的質(zhì)量以及價(jià)格等必須予以重視。第30頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化一、培養(yǎng)基的選擇（1）首先必須做好調(diào)查研究工作，了解菌種的來源、生活習(xí)慣、生理生化特性和一般的營(yíng)養(yǎng)要求（見表四大類微生物的典型培養(yǎng)基）。工業(yè)生產(chǎn)主要應(yīng)用細(xì)菌、放線菌、酵母菌和霉菌四大類微生物。它們對(duì)營(yíng)養(yǎng)的要求既有共性，也有各自的特性，應(yīng)根據(jù)不同類型微生物的生理特性考慮培養(yǎng)基的組成。第31頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第32頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化(2)對(duì)生產(chǎn)菌種的培養(yǎng)條件，生物合成的代謝途徑，代謝產(chǎn)物的化學(xué)性質(zhì)、分子結(jié)構(gòu)、一般提煉方法和產(chǎn)品質(zhì)量要求等也需要有所了解，以便在選擇培養(yǎng)基時(shí)做到心中有數(shù)。（3）最好先選擇一種較好的化學(xué)合成培養(yǎng)基做基礎(chǔ)，開始時(shí)先做一些搖瓶試驗(yàn)；第33頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、工業(yè)發(fā)酵營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)的選擇1、營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)的種類。2、營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)原材料的質(zhì)量問題。3、營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)選擇的經(jīng)濟(jì)原則。第34頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月③當(dāng)培養(yǎng)基成分確定后，剩下的問題就是各成分最適的濃度，由于培養(yǎng)基成分很多，為減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)常采用一些合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。如：正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等。三、培養(yǎng)基設(shè)計(jì)的步驟①根據(jù)前人的經(jīng)驗(yàn)和培養(yǎng)基成分確定時(shí)一些必須考慮的問題，初步確定可能的培養(yǎng)基成分；②通過單因子實(shí)驗(yàn)最終確定出最為適宜的培養(yǎng)基成分；第35頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例：類胡蘿卜素高產(chǎn)菌Y11的培養(yǎng)基的優(yōu)化郭秒,食品與工業(yè)發(fā)酵，2004類胡蘿卜素的作用：色素、營(yíng)養(yǎng)保健.第36頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月原培養(yǎng)基:第37頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

初步確定可能的培養(yǎng)基成分(以碳源為例)第38頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

通過單因子實(shí)驗(yàn)確定適宜的培養(yǎng)基成分(以碳源為例)考慮到成本：乙酸鈉是較為合適的碳源進(jìn)一步：乙酸鈉的濃度2%比較好第39頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)果：碳源：乙酸鈉0.2%氮源：氯化銨0.2%

酵母膏0.03%無機(jī)鹽:復(fù)合無機(jī)鹽0.05%第40頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

正交設(shè)計(jì)確定優(yōu)化的配方第41頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月直觀分析法組合A1B2C3D1最優(yōu)第42頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月改進(jìn)后培養(yǎng)基原培養(yǎng)基改進(jìn)后培養(yǎng)基的發(fā)酵結(jié)果第43頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、搖瓶水平到反應(yīng)器水平的優(yōu)化配方搖瓶、反應(yīng)器培養(yǎng)基研究的兩個(gè)層次

搖瓶——培養(yǎng)基設(shè)計(jì)的第一步

反應(yīng)器—最終的優(yōu)化的基礎(chǔ)配方第44頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例：青霉素發(fā)酵發(fā)酵搖瓶：玉米漿4%，乳糖10%，(NH4)2SO40.8%

輕質(zhì)碳酸鈣1%發(fā)酵罐:葡萄糖流加控制總量10-15%，玉米漿總量4-8%補(bǔ)加硫酸、前體等搖瓶發(fā)酵培養(yǎng)基和罐的基礎(chǔ)培養(yǎng)差別很大第45頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月?lián)u瓶?jī)?yōu)化配方：菌種篩選，反應(yīng)器研究的基礎(chǔ)第46頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)酵罐：反應(yīng)器水平,

可以得出最終優(yōu)化的基礎(chǔ)配方第47頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)原料的選擇及工業(yè)發(fā)酵中

重要營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)的配制方法一、原料的定義及選擇原則1、原料的定義：

從工藝角度來講，凡是能被微生物利用并轉(zhuǎn)化成所需的代謝產(chǎn)物或菌體的物料，都可作為發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)的原料。2、原料選擇的原則資源豐富，價(jià)格低廉，易收集，易儲(chǔ)藏，對(duì)人體無害，影響發(fā)酵過程的雜質(zhì)含量應(yīng)極少或幾乎不含。第48頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、常用主要原料常用原料種類—薯類：甘薯、馬鈴薯、木薯、山藥等。糧谷類：高粱、玉米、大米、谷子、大麥、小麥、燕麥等。野生植物：橡籽仁、葛根、土茯苓、蕨根、石蒜、金剛頭、香附子等。農(nóng)產(chǎn)品加工副產(chǎn)物：米糠餅、麩皮、高粱糠、淀粉渣等。非糧食生物質(zhì)原料：纖維素、木質(zhì)素、半纖維素等。第49頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、發(fā)酵工業(yè)中重要營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)的配制方法1、淀粉的組成和特性（1）淀粉顆粒的外觀

淀粉顆粒呈白色，不溶于冷水和有機(jī)溶劑，其內(nèi)部呈復(fù)雜的結(jié)晶組織。形狀不規(guī)則，大致上可分為圓形、橢圓形和多角形。

偏光顯微鏡下淀粉顆粒的偏光十字(×400倍)顯微鏡下淀粉顆粒結(jié)構(gòu)板栗淀粉粒（一）淀粉質(zhì)原料制糖工藝及培養(yǎng)基的配制方法秈米淀粉粒偏光顯微鏡下淀粉顆粒的偏光十字(×400倍)顯微鏡下淀粉顆粒結(jié)構(gòu)薏米淀粉粒第50頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）淀粉分子的組成淀粉的本質(zhì)是由葡萄糖脫水聚合而成的，可以表示為（C6H10O5）n?？煞譃橹边B淀粉和支鏈淀粉，直鏈淀粉通過α-1，4鍵連接。支鏈淀粉的直鏈部分通過α-1，4鍵連接，分支點(diǎn)則有α-1，6鍵連接。

支鏈淀粉淀粉分子顆粒構(gòu)成過程：淀粉分子鏈針狀晶體淀粉顆粒氫鍵聚集淀粉分子顆粒構(gòu)成過程：淀粉分子鏈針狀晶體淀粉顆粒氫鍵聚集第51頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、淀粉水解的原理（1）淀粉的水解反應(yīng)

淀粉糖化中的主要反應(yīng)，本質(zhì)是α-1，4鍵和α-1，6鍵被打開，分子量逐漸減小，糖苷鍵的斷裂是隨機(jī)的。反應(yīng)趨勢(shì)是：淀粉→糊精→低聚糖→葡萄糖。

第52頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）葡萄糖的復(fù)合反應(yīng)葡糖在熱和酸的情況下發(fā)生聚合反應(yīng)，生成異麥芽糖、龍膽二糖等等，反應(yīng)可逆，可經(jīng)過再加酸水解一次來減少。（3）葡萄糖的分解反應(yīng)葡糖發(fā)生的較弱的脫水反應(yīng)，生成5-羥甲基糠醛，又進(jìn)一步分解為乙酰丙酸、甲酸等，這些物質(zhì)相互聚合，或與氨基酸聚合，生成有色物質(zhì)。淀粉淀粉水解反應(yīng)糊精麥芽糖葡萄糖復(fù)合反應(yīng)分解反應(yīng)復(fù)合二糖5-羥甲基糠醛低聚糖有機(jī)酸、有色物質(zhì)圖淀粉水解過程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)第53頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、淀粉水解糖制備方法（1）酸解法（acidhydrolysismethod）

淀粉水解糖制備的傳統(tǒng)方法，它是以無機(jī)酸（現(xiàn)在也用有機(jī)酸）為催化劑，在高溫高壓下將淀粉水解為葡萄糖的方法。優(yōu)點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單、水解時(shí)間短、設(shè)備生產(chǎn)能力大。目前廣泛采用此法。缺點(diǎn)：高溫高壓以及酸的腐蝕對(duì)設(shè)備有一定要求；副反應(yīng)多，影響水解液質(zhì)量；對(duì)原料要求嚴(yán)格，原料淀粉顆粒必須大小均勻，否則造成水解不均一不徹底；廢水難處理。第54頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）酶解法（enzymehydrolysismethod）是用專一性很強(qiáng)的淀粉酶將原料淀粉水解為糊精和低聚糖，再用糖化酶繼續(xù)水解為葡糖的制糖工藝。酶解法一般分為兩步進(jìn)行：液化（liquification）和糖化（saccharification），因?yàn)槎加玫矫?，所以又稱雙酶水解法（double-enzymehydrolysismethod）。優(yōu)點(diǎn)：

條件溫和，設(shè)備要求低；酶專一性強(qiáng)，副反應(yīng)少；淀粉液初始濃度較高，要求較低（顆粒大小可以不均一）；糖液顏色淺，較純凈。缺點(diǎn)：

生產(chǎn)周期長(zhǎng)（常需要數(shù)十個(gè)小時(shí)），需要專門設(shè)備（如培養(yǎng)酶的設(shè)備），過濾困難（酶是蛋白質(zhì)）。第55頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）酸酶結(jié)合法（acid-enzymehydrolysismethod）

是結(jié)合了酸法和酶法的水解糖制備工藝，兼具兩者特點(diǎn)。又可分為酸酶法和酶酸法兩種。酸酶法：先將淀粉用酸水解成低聚糖和糊精，在用糖化酶將其水解為葡萄糖的工藝。有些原料的淀粉，如玉米、小麥的淀粉顆粒堅(jiān)實(shí)，適合此法。酶酸法：是先用α-淀粉酶將原料淀粉水解到一定程度，過濾除去雜志后，再用酸完全水解的工藝。該法適用于較粗的原料，如大米淀粉，可以彌補(bǔ)酸法對(duì)原料要求較高的缺點(diǎn)，提高原料利用率。第56頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月表酸法和酶法制糖工藝比較比較項(xiàng)目酸法酶法葡萄糖值（DE值）9198淀粉原料濃度18%～21%34%～40%葡萄糖含量（干重）86%97%灰分1.6%0.1%蛋白質(zhì)0.08%0.1%5-羥甲基糠醛0.3%0.003%色度10.00.2淀粉轉(zhuǎn)化率90%98%工藝條件高溫高壓較溫和過程能耗高低副產(chǎn)物多少生產(chǎn)周期短長(zhǎng)設(shè)備規(guī)模小大設(shè)備生產(chǎn)能力大小設(shè)備要求耐高溫高壓，耐腐蝕不需耐高溫高壓，耐腐蝕葡萄糖收率較低較酸法高約10%第57頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、淀粉水解法工藝流程（1）淀粉酸解法工藝流程：

淀粉→調(diào)漿→過篩→加酸→進(jìn)料→糖化→放料→冷卻→中和→脫色→過濾→糖液（2）淀粉酶水解法工藝流程：淀粉→液化→糖