工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基的作用滿足菌體的生長促進PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基的作用滿足工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基的作用滿足菌體的生長促進菌體的生長促進一、工業(yè)上常用的碳源（一、工業(yè)上常用的碳源（carbon sourcecarbon source）1.1.谷物淀粉（玉米、馬鈴薯、木薯淀粉）谷物淀粉（玉米、馬鈴薯、木薯淀粉） 應(yīng)用最廣。應(yīng)用最廣。使用條件：使用條件： 微生物必須能分泌水解淀粉、糊精的酶類。微生物必須能分泌水解淀粉、糊精的酶類。第1頁/共37頁 缺點：缺點： a.a.難利用、發(fā)酵液比較稠、一般難利用、發(fā)酵液比較稠、一般2.0%2.0%時加時加入入 一定的一定的-淀粉酶。淀粉酶。 b.b.成分較復(fù)雜，有直鏈淀粉和支鏈淀粉等。成分

2、較復(fù)雜，有直鏈淀粉和支鏈淀粉等。 優(yōu)點：優(yōu)點： 來源廣泛、價格低，可解除葡萄糖效應(yīng)。來源廣泛、價格低，可解除葡萄糖效應(yīng)。 第2頁/共37頁 2. 2. 葡萄糖葡萄糖所有的微生物都能利用葡萄糖，但會引起葡所有的微生物都能利用葡萄糖，但會引起葡萄糖效應(yīng)。萄糖效應(yīng)。工業(yè)上常用淀粉水解糖工業(yè)上常用淀粉水解糖, ,但是糖液必須達到但是糖液必須達到一定的質(zhì)量指標(biāo)。一定的質(zhì)量指標(biāo)。第3頁/共37頁第4頁/共37頁3.3.糖蜜糖蜜 （制糖工業(yè)上的廢糖蜜或結(jié)晶母液（制糖工業(yè)上的廢糖蜜或結(jié)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 m

3、olassesbeet molasses） 第5頁/共37頁糖蜜使用的注意點：糖蜜使用的注意點： 除除糖份糖份外，含有較多的雜質(zhì)，對發(fā)酵產(chǎn)外，含有較多的雜質(zhì)，對發(fā)酵產(chǎn)生不利的影響，需要進行預(yù)處理。生不利的影響，需要進行預(yù)處理。第6頁/共37頁二、工業(yè)上常用的氮源二、工業(yè)上常用的氮源（nitrogen sourcenitrogen source） 1.1.無機氮無機氮( (迅速利用的氮源迅速利用的氮源) ) 種類：氨水、銨鹽或硝酸鹽、尿素種類：氨水、銨鹽或硝酸鹽、尿素 選擇合適的無機氮源有兩層意義：選擇合適的無機氮源有兩層意義： q 滿足菌體生長滿足菌體生長q 穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)酵過程中的穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)

4、酵過程中的pHpH第7頁/共37頁無機氮源的影響：硫酸銨硝酸銨硝酸鈉尿素毛霉產(chǎn)蛋白酶的研究毛霉產(chǎn)蛋白酶的研究第8頁/共37頁2.2.有機氮：有機氮：來源：來源：一些廉價的原料，如玉米漿、豆餅粉一些廉價的原料，如玉米漿、豆餅粉、花生餅粉、魚粉、酵母浸出膏等。、花生餅粉、魚粉、酵母浸出膏等。成分復(fù)雜：成分復(fù)雜：除提供氮源外，還提供大量的無除提供氮源外，還提供大量的無機鹽及生長因子。機鹽及生長因子。第9頁/共37頁三、無機鹽三、無機鹽（inorganic mineralinorganic mineral） 硫酸鹽、磷酸鹽、氯化物及一些微量元素。硫酸鹽、磷酸鹽、氯化物及一些微量元素。四、生長因子（四、

5、生長因子（growth factorgrowth factor） 微生物生長不可缺少的微量有機物質(zhì)。如氨微生物生長不可缺少的微量有機物質(zhì)。如氨基酸、嘌呤、嘧啶、維生素。基酸、嘌呤、嘧啶、維生素。第10頁/共37頁1.1. 生物素生物素作用作用: (1): (1)主要影響細(xì)胞膜通透性。主要影響細(xì)胞膜通透性。 （2 2）影響菌體的代謝途徑。）影響菌體的代謝途徑。 谷氨酸產(chǎn)生菌為生物素缺陷型。谷氨酸產(chǎn)生菌為生物素缺陷型。 要達到菌體生長需要的要達到菌體生長需要的“亞適量亞適量”。第11頁/共37頁2.2.提供生長因子的農(nóng)副產(chǎn)品原料提供生長因子的農(nóng)副產(chǎn)品原料（1 1）玉米漿：（）玉米漿：（corn s

6、teep liquor, CSLcorn steep liquor, CSL） 最具代表性。最具代表性。（2 2）麩皮水解液）麩皮水解液（3 3）糖蜜）糖蜜（4 4）酵母）酵母第12頁/共37頁 第二節(jié)第二節(jié) 淀粉水解糖的制備淀粉水解糖的制備 在工業(yè)生產(chǎn)中，將淀粉水解為葡在工業(yè)生產(chǎn)中，將淀粉水解為葡萄糖（萄糖（glucoseglucose）的過程稱淀粉的糖化的過程稱淀粉的糖化，制得的溶液叫淀粉水解糖。，制得的溶液叫淀粉水解糖。第13頁/共37頁 一、淀粉水解制糖的意義一、淀粉水解制糖的意義1.1. 大多數(shù)微生物不能直接利用淀粉（所有的大多數(shù)微生物不能直接利用淀粉（所有的氨基酸生產(chǎn)菌不能直接利用

7、）氨基酸生產(chǎn)菌不能直接利用）2.2.有些微生物能夠直接利用淀粉作原料，但有些微生物能夠直接利用淀粉作原料，但必須在微生物產(chǎn)生淀粉酶后才能進行，過必須在微生物產(chǎn)生淀粉酶后才能進行，過程緩慢，發(fā)酵周期延長。程緩慢，發(fā)酵周期延長。3.3.若直接利用淀粉作原料，滅菌過程的高溫若直接利用淀粉作原料，滅菌過程的高溫會導(dǎo)致淀粉結(jié)塊，發(fā)酵液粘度劇增。會導(dǎo)致淀粉結(jié)塊，發(fā)酵液粘度劇增。第14頁/共37頁二、淀粉水解糖的制備方法及原理二、淀粉水解糖的制備方法及原理（一）酸解法（一）酸解法（acid hydrolysis methodacid hydrolysis method） 以酸為催化劑，在高溫高壓下使淀粉以酸

8、為催化劑，在高溫高壓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頁/共37頁1.1.水解過程：水解過程：總反應(yīng)式：總反應(yīng)式： ( (C C6 6H H1010O O5 5) )n n+nH+nH2 2O nCO nC6 6H H1212O O6 6過程：過程：( (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 麥芽糖麥芽糖 葡萄糖葡萄糖 H H+ +對作用點無選擇性，對作用點無選擇性，-1,4-1,4-糖苷鍵和糖苷

9、鍵和-1,6-1,6-糖糖苷鍵均被切斷。苷鍵均被切斷。第16頁/共37頁2.2.葡萄糖的復(fù)合反應(yīng)和分解反應(yīng)葡萄糖的復(fù)合反應(yīng)和分解反應(yīng) 在水解過程中，由于受到酸和熱的作用，在水解過程中，由于受到酸和熱的作用，一部分葡萄糖會發(fā)生復(fù)合反應(yīng)和分解反應(yīng)。一部分葡萄糖會發(fā)生復(fù)合反應(yīng)和分解反應(yīng)。第17頁/共37頁 淀粉淀粉 葡萄糖葡萄糖 復(fù)合二糖復(fù)合二糖 55羥甲基糠醛羥甲基糠醛 復(fù)合低聚糖復(fù)合低聚糖 有機酸、有色物質(zhì)有機酸、有色物質(zhì)損失葡萄糖量損失葡萄糖量 7 7 11復(fù)合反應(yīng)復(fù)合反應(yīng)分解反應(yīng)分解反應(yīng)鹽酸鹽酸第18頁/共37頁 不利影響：不利影響：（1 1）降低了葡萄糖的收率。）降低了葡萄糖的收率。（2

10、2）給產(chǎn)物的提取和糖化液的精制帶來困難。）給產(chǎn)物的提取和糖化液的精制帶來困難。復(fù)合反應(yīng)：復(fù)合反應(yīng)：生成的多數(shù)復(fù)合糖不能被微生物利用，使生成的多數(shù)復(fù)合糖不能被微生物利用，使發(fā)酵結(jié)束時殘?zhí)歉?。發(fā)酵結(jié)束時殘?zhí)歉?。分解反?yīng)：分解反應(yīng)：生成的生成的55羥甲基糠醛是產(chǎn)生色素的根源羥甲基糠醛是產(chǎn)生色素的根源，增加了糖化液精制脫色的困難。，增加了糖化液精制脫色的困難。第19頁/共37頁如何控制分解反應(yīng)和復(fù)合反應(yīng)的發(fā)生？如何控制分解反應(yīng)和復(fù)合反應(yīng)的發(fā)生？（1 1）淀粉乳濃度）淀粉乳濃度（2 2）酸濃度）酸濃度 不能過高不能過高（3 3）溫度）溫度第20頁/共37頁 3.3.評價評價優(yōu)點：工藝簡單，水解時間短，生

11、產(chǎn)效率高，優(yōu)點：工藝簡單，水解時間短，生產(chǎn)效率高，設(shè)備周轉(zhuǎn)快。設(shè)備周轉(zhuǎn)快。缺點：缺點：（1 1）副產(chǎn)物多，影響糖液純度，一般）副產(chǎn)物多，影響糖液純度，一般DEDE值只值只有有9090左右。左右。（2 2）對淀粉原料要求嚴(yán)格，不能用粗淀粉，）對淀粉原料要求嚴(yán)格，不能用粗淀粉，只能用純度較高的精制淀粉。只能用純度較高的精制淀粉。第21頁/共37頁DEDE值：值：dextrose equivalent valuedextrose equivalent value （葡萄糖當(dāng)量值）葡萄糖當(dāng)量值） 表示淀粉糖的含糖量。表示淀粉糖的含糖量。 還原糖含量（）還原糖含量（）DEDE值值 100 100 干物質(zhì)

12、含量（）干物質(zhì)含量（）第22頁/共37頁（二）酶解法二）酶解法（enzyme hydrolysis methodenzyme hydrolysis method） 用專一性很強的淀粉酶及糖化酶將淀粉用專一性很強的淀粉酶及糖化酶將淀粉水解為葡萄糖的工藝。水解為葡萄糖的工藝。第23頁/共37頁分兩步：分兩步：（1 1）液化：液化：用用- -淀粉酶將淀粉轉(zhuǎn)化為糊精和低聚淀粉酶將淀粉轉(zhuǎn)化為糊精和低聚糖（糖（2 2）糖化：用糖化酶（又稱葡萄糖淀粉酶）將糊）糖化：用糖化酶（又稱葡萄糖淀粉酶）將糊精精 和低聚糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖。和低聚糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖。 所以，淀粉的液化和糖化均在酶作用下進行，所以，淀粉的液化和糖

13、化均在酶作用下進行，又稱雙酶法又稱雙酶法(double enzyme hydrolysis method)(double enzyme hydrolysis method)。第24頁/共37頁1.1. 液化（液化（liquificationliquification） 淀粉酶水解底物內(nèi)部的淀粉酶水解底物內(nèi)部的1,41,4糖糖苷鍵，不能水解苷鍵，不能水解1,61,6糖苷鍵，一般采用糖苷鍵，一般采用耐高溫淀粉酶，使液化速度加快。耐高溫淀粉酶，使液化速度加快。85859090 。第25頁/共37頁 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

14、值低（值低（-淀粉酶不能水解淀粉酶不能水解-1,6-1,6糖苷鍵糖苷鍵）b.b. 液化在較高溫度下進行，液化時間加長，淀粉老化液化在較高溫度下進行，液化時間加長，淀粉老化，使糖化酶難以利用。，使糖化酶難以利用。c.c. 糖化酶水解的底物分子要求有一定的大小范圍。糖化酶水解的底物分子要求有一定的大小范圍。第26頁/共37頁 根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，DEDE值在值在2020 3030之間為好之間為好，液化終點可通過碘液判斷，此時呈棕色。，液化終點可通過碘液判斷，此時呈棕色。第27頁/共37頁2. 2. 糖化（糖化（saccharificationsaccharification） 糖化酶從非還

15、原性末端水解糖化酶從非還原性末端水解 -1,4-1,4糖苷鍵糖苷鍵和和 -1,6-1,6糖苷鍵。糖苷鍵。終點確定：終點確定：DEDE值達最高時，停止酶反應(yīng)。值達最高時，停止酶反應(yīng)。第28頁/共37頁3.3.評價評價 優(yōu)點優(yōu)點： （1 1）反應(yīng)條件溫和，不需高溫、高壓設(shè)備。）反應(yīng)條件溫和，不需高溫、高壓設(shè)備。（2 2）副反應(yīng)少，水解糖液純度高。）副反應(yīng)少，水解糖液純度高。（3 3）對原料要求粗放，可用粗原料并在較高淀粉乳濃）對原料要求粗放，可用粗原料并在較高淀粉乳濃 度下水解。度下水解。（4 4）糖液顏色淺，質(zhì)量高。）糖液顏色淺，質(zhì)量高。第29頁/共37頁 缺點：缺點：（1 1）生產(chǎn)周期長，一般

16、需要）生產(chǎn)周期長，一般需要4848小時。小時。（2 2）需要更多的設(shè)備，且操作嚴(yán)格。）需要更多的設(shè)備，且操作嚴(yán)格。第30頁/共37頁 （三）酸酶結(jié)合法（三）酸酶結(jié)合法 （acid-enzyme hydrolysis methodacid-enzyme hydrolysis method） 集酸解法和酶解法的優(yōu)點而采取的生產(chǎn)集酸解法和酶解法的優(yōu)點而采取的生產(chǎn)工藝。根據(jù)原料淀粉性質(zhì)分：工藝。根據(jù)原料淀粉性質(zhì)分： 第31頁/共37頁1.1. 酸酶法：先將淀粉酸水解成糊精和低酸酶法：先將淀粉酸水解成糊精和低聚糖，再用糖化酶將其水解為葡萄糖聚糖，再用糖化酶將其水解為葡萄糖。適用：淀粉顆粒堅硬（如玉米、小

17、麥）的原料適用：淀粉顆粒堅硬（如玉米、小麥）的原料，若用，若用 - -淀粉酶液化，短時間液化，反應(yīng)往淀粉酶液化，短時間液化，反應(yīng)往往不徹底往不徹底。第32頁/共37頁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。 適用：顆粒大小不一（如碎米淀粉）的淀適用：顆粒大小不一（如碎米淀粉）的淀粉原料，若用酸法，則水解不均勻。粉原料，若用酸法，則水解不均勻。 第33頁/共37頁（四）不同糖化工藝的比較（四）不同糖化工藝的比較項目項目酸解法酸解法酸酶結(jié)合法酸酶結(jié)合法酶酶解法解法DEDE值值919195959898羥羥甲基糠醛（）甲基糠醛（） 0.30.30.0080

18、.0080.0030.003色度色度10100.30.30.20.2淀粉轉(zhuǎn)化率淀粉轉(zhuǎn)化率909095959898工藝條件工藝條件高溫加壓高溫加壓高溫加壓高溫加壓常溫常溫過程耗能過程耗能多多多多少少副副產(chǎn)物產(chǎn)物多多中中少少生產(chǎn)周期生產(chǎn)周期短短中中長長設(shè)備規(guī)模設(shè)備規(guī)模小小中中大大防腐要求防腐要求高高較高較高低低適合發(fā)酵工藝情況適合發(fā)酵工藝情況 差差中中有利有利第34頁/共37頁 第三節(jié)第三節(jié) 糖蜜原料糖蜜原料一、糖蜜的分類及組成一、糖蜜的分類及組成 含糖量含糖量 含氮量含氮量1.1.分類：分類： cane molasses cane molasses 高高 低低 beet molasses beet molasses 低低 高高2.2.組成：粘稠、黑褐色、半流動狀液體。組成組成：粘稠、黑褐色、半流動狀液體。組成各各 不相同。不相同。第35