發(fā)酵技術(shù)基礎(chǔ)-培養(yǎng)基及其制備

第二章培養(yǎng)基及其制備第二章培養(yǎng)基及其制備第一節(jié)微生物細胞的化學(xué)組成及胞外代謝產(chǎn)物第二節(jié)培養(yǎng)基組成第三節(jié)培養(yǎng)基類型第四節(jié)工業(yè)培養(yǎng)基的選擇和配制原則第五節(jié)發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計和優(yōu)化第六節(jié)淀粉原料及預(yù)處理第七節(jié)糖蜜原料第八節(jié)石油代糧發(fā)酵第九節(jié)其他物質(zhì)第一節(jié)微生物細胞的化學(xué)組成及胞外代謝產(chǎn)物

微生物營養(yǎng)物質(zhì)的確定主要依據(jù)微生物細胞及其代謝產(chǎn)物的化學(xué)組成。一、微生物細胞的化學(xué)組成細胞化學(xué)成分水（70%-90%）干物質(zhì)有機物(蛋白質(zhì)、多糖、脂、核酸——占干重96%

維生素、有機酸及它們的降解物）無機物（鹽）

細胞含水量=（濕重-干重）/濕重×100%

一、微生物細胞的化學(xué)組成

細胞化學(xué)元素

主要元素：碳、氫、氧、氮、磷、硫（占細胞干重97%）、鉀、鎂、鈣、鐵；微量元素：鋅、錳、鈉、氯、鉬、硒、鈷、銅、鎢、鎳、硼等細胞的化學(xué)成分的作用為：遺傳連續(xù)性、通透性和生化活性。注：微生物細胞的化學(xué)組成不是絕對不變的，往往與菌齡、培養(yǎng)條件、環(huán)境及生理特性相關(guān)。二、微生物胞外代謝產(chǎn)物1、代謝副產(chǎn)物伴隨正常代謝作用所產(chǎn)生的一些小分子化合物，包括氣體（CO2、H2、CH4）和乙醇、丙酮、丁醇、丙酸、乳酸等低分子質(zhì)量的醇類、酮類和脂肪酸類。2、中間代謝產(chǎn)物在代謝途徑中產(chǎn)生的一些小分子物質(zhì)，如氨基酸、核苷酸、有機酸和單糖的衍生物，主要用于合成蛋白質(zhì)，核酸、類脂和多糖等細胞物質(zhì)。一般不分泌到微生物細胞外，只有在微生物細胞生物合成受阻或外源碳源濃度較高的情況下，才會大量積累和分泌于細胞外。二、微生物胞外代謝產(chǎn)物初級代謝：是指微生物從外界吸收各種營養(yǎng)物質(zhì)，通過分解代謝和合成代謝，生成維持生命活動所需要的物質(zhì)和能量的過程。這一過程的產(chǎn)物，如糖、氨基酸、脂肪酸、核苷酸以及由這些化合物聚合而成的高分子化合物，如多糖、蛋白質(zhì)、脂類和核酸等。3、次級代謝產(chǎn)物

次級代謝：次級代謝是指微生物生長到一定時期，以初級代謝產(chǎn)物為前體物質(zhì)，合成一些對微生物的生命活動無明顯功能的物質(zhì)的過程，這一過程的產(chǎn)物即次級代謝產(chǎn)物。次級代謝產(chǎn)物大多是一類分子結(jié)構(gòu)比價復(fù)雜的含有苯環(huán)的化合物，如抗生素、激素、毒素、色素等。二、微生物胞外代謝產(chǎn)物4、胞外水解酶類淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、果膠酶、纖維素酶、葡萄糖糖化酶、葡萄糖異構(gòu)酶等。

次級代謝產(chǎn)物由微生物細胞合成，既不參與細胞的組成，又不是酶的活性基團，也不是細胞的貯存物質(zhì)。次級代謝產(chǎn)物種類很多，通常有抗生素、激素、毒素、色素等。分泌于微生物細胞外。第二節(jié)培養(yǎng)基組成培養(yǎng)基是提供微生物生長繁殖和生物合成各種代謝產(chǎn)物所需要的、按一定比例配制的的多種營養(yǎng)物質(zhì)的混合物。培養(yǎng)基是人工配制的供微生物生長、繁殖、代謝，產(chǎn)生人們所需產(chǎn)物的營養(yǎng)物質(zhì)和原料。同時，培養(yǎng)基還應(yīng)提供微生物生長所必需的環(huán)境條件，如一定的pH。培養(yǎng)基的組成和配比是否恰當(dāng)對微生物的生長、產(chǎn)物的形成、提取工藝的選擇、產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量都有很大的影響。

工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基碳源：供給菌體生命活動所需的能量和構(gòu)成菌體細胞以及代謝產(chǎn)物的基礎(chǔ)。氮源：主要構(gòu)成菌體細胞物質(zhì)和代謝產(chǎn)物，即蛋白質(zhì)、氨基酸等之類的含氮代謝物。功能：構(gòu)成菌體成分；作為酶的組成分或維持酶的活性；調(diào)節(jié)滲透壓、pH值、氧化還原電位等。無機鹽：鉛、鎂、硫、磷、鉀、鈉、氯、鋅、鈷、錳。特殊生長因子：其功能是構(gòu)成輔酶的組成分，促進生命活動的進行。如生物素、硫胺素、肌醇等，但需要量是極少的。水：營養(yǎng)物質(zhì)必須溶解于水中，才能透過細胞膜被微生物利用。誘導(dǎo)劑、前體和促進劑：胞外酶合成需要誘導(dǎo)物、有些需要促進劑，抗生素需要前體。一、碳源1、作用提供微生物菌種的生長繁殖所需的能源和合成菌體所必需的碳成分

提供合成目的產(chǎn)物所必須的碳成分2、來源糖類、油脂、有機酸、正烷烴3.工業(yè)常用的碳源葡萄糖：純葡萄糖、水解淀粉乳糖：純?nèi)樘恰⑷榍宸鄣矸郏捍篼?、花生粉、燕麥粉、黑麥粉、玉米、野生植物、薯類等蔗糖：甜菜糖蜜、甘蔗糖蜜、粗紅糖、精白糖糖蜜：糖廠的下腳醋酸、乙醇、亞硫酸紙漿廢液、食品工廠的下腳、農(nóng)作物秸稈等等。糖蜜3、工業(yè)上常用的糖類①葡萄糖

所有的微生物都能利用葡萄糖但是會引起葡萄糖效應(yīng)

工業(yè)上常用淀粉水解糖,但是糖液必須達到一定的質(zhì)量指標(biāo)不同的制糖工藝生產(chǎn)的糖液質(zhì)量差別很大②糖蜜糖蜜是制糖生產(chǎn)時的結(jié)晶母液，它是制糖工業(yè)的副產(chǎn)物。糖蜜主要含有蔗糖，總糖可達50%～75%。一般糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜葡萄糖蜜。不用加工方法對甘蔗糖蜜的影響糖蜜使用的注意點：除糖份外，含有較多的雜質(zhì)，其中有些是有用的，但是許多都會對發(fā)酵產(chǎn)生不利的影響，需要進行預(yù)處理。例：谷氨酸發(fā)酵有害物質(zhì)：膠體成分（起泡、結(jié)晶）、鈣鹽（結(jié)晶）生物素（發(fā)酵控制）預(yù)處理：澄清→脫鈣→脫除生物素例：檸檬酸發(fā)酵有害物質(zhì)：鐵離子含量高（導(dǎo)致異檸檬酸的生成）預(yù)處理：→黃血鹽②淀粉、糊精使用條件：微生物必須能分泌水解淀粉、糊精的酶類缺點：難利用、發(fā)酵液比較稠、一般>2.0%時加入一定的α-淀粉酶成分比較復(fù)雜，有直鏈淀粉和支鏈淀粉等等。優(yōu)點：來源廣泛、價格低難利用，可以解除葡萄糖效應(yīng)葡萄糖或某些容易利用的碳源，其分解代謝產(chǎn)物阻遏某些誘導(dǎo)酶體系編碼的基因轉(zhuǎn)錄的現(xiàn)象。

例：地衣牙孢桿菌生產(chǎn)α-淀粉酶碳源對生長和產(chǎn)酶的影響碳源細胞量α-淀粉酶葡萄糖4.20蔗糖4.020糊精3.0638.2淀粉3.0940.2(半纖維素酶)(1.5g麩皮)嗜堿芽胞桿菌(AC-2)中碳源對堿性纖維素酶分泌的影響結(jié)果：各種碳源相差不大推論：該菌種的堿性纖維素酶為組成型二、氮源

氮源主要用于構(gòu)成菌體細胞物質(zhì)（氨基酸，蛋白質(zhì)、核酸等）和含氮代謝物。常用的氮源可分為兩大類：有機氮源和無機氮源。

1、無機氮源種類：氨鹽、硝酸鹽和氨水特點：微生物對它們的吸收快，所以也稱之為迅速利用的氮源。但無機氮源的迅速利用常會引起pH的變化如：

(NH4)2SO4

→2NH3+2H2SO4

NaNO3+4H2

→NH3+2H2O+NaOH

無機氮源被菌體作為氮源利用后，培養(yǎng)液中就留下了酸性或堿性物質(zhì)，這種經(jīng)微生物生理作用（代謝）后能形成酸性物質(zhì)的無機氮源叫生理酸性物質(zhì)，如硫酸胺，若菌體代謝后能產(chǎn)生堿性物質(zhì)的則此種無機氮源稱為生理堿性物質(zhì)，如硝酸鈉。正確使用生理酸堿性物質(zhì)，對穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)酵過程的pH有積極作用。所以選擇合適的無機氮源有兩層意義：

滿足菌體生長穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)酵過程中的pH毛霉產(chǎn)蛋白酶的研究初始pH的影響:pH偏酸比較好，中性蛋白酶影響大無機氮源的影響：硫酸銨>硝酸銨>硝酸鈉>尿素2、有機氮源來源：工業(yè)上常用的有機氮源都是一些廉價的原料，花生餅粉、黃豆餅粉、棉子餅粉、玉米漿、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、魚粉、蠶蛹粉、尿素、廢菌絲體和酒糟。成分復(fù)雜：除提供氮源外，有些有機氮源還提供大量的無機鹽及生長因子。例玉米漿：①可溶性蛋白、生長因子（生物素）、苯乙酸②較多的乳酸③硫、磷、微量元素等

有機氮源成分復(fù)雜可以從多個方面對發(fā)酵過程進行影響，而另一方面有機氮源的來源具有不穩(wěn)定性。所以在有機氮源選取時和使用過程中，必須考慮原料的波動對發(fā)酵的影響。氮源使用的一些相關(guān)問題：

有機氮源和無機氮源應(yīng)當(dāng)混合使用早期：容易利用易同化的氮源—無機氮源中期：菌體的代謝酶系已形成、則利用蛋白質(zhì)

有些產(chǎn)物會受氮源的誘導(dǎo)和阻遏例：蛋白酶的生產(chǎn)

有機氮源選取時也要考慮微生物的同化能力

開發(fā)效果好、有針對性的有機氮源仍然是令人感興趣的課題三、無機鹽的微量元素1、作用：各種不一樣2、來源：C、N源，以鹽的形式補充3、用量：根據(jù)具體的產(chǎn)品，以實驗決定4、使用注意點A.對于其它渠道有可能帶入的過多的某種無機離子和微量元素在發(fā)酵過程中必須加以考慮例：鐵離子青霉素發(fā)酵中，鐵離子的濃度要小于20μg/ml

發(fā)酵罐必須進行表面處理B、使用時注意鹽的形式（pH的變化）例：黑曲酶NRRL-330,生產(chǎn)α-淀粉酶，pH對酶活的影響

pH酶活不加4.25120分鐘加K2HPO45.4530分鐘加KH2PO44.6275分鐘四、生長因子、前體和產(chǎn)物促進劑、抑制劑

從廣義上講，凡是微生物生長不可缺少的微量的有機物質(zhì)，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、維生素等均稱生長因子。1、生長因子

如以糖質(zhì)原料為碳源的谷氨酸生產(chǎn)菌均為生物素缺陷型，以生物素為生長因子,生長因子對發(fā)酵的調(diào)控起到重要的作用。

有機氮源是這些生長因子的重要來源，多數(shù)有機氮源含有較多的B簇維生素和微量元素及一些微生物生長不可缺少的生長因子

前體指某些化合物加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中，能直接被微生物在生物合成過程中合成到產(chǎn)物物分子中去，而其自身的結(jié)構(gòu)并沒有多大變化，但是產(chǎn)物的產(chǎn)量卻因加入前體而有較大的提高。2、前體青霉素：分子量356苯乙酸:分子量136作用：前體有助于提高產(chǎn)量和組分用量：前體的用量可以按分子量衡算，具體使用有個轉(zhuǎn)化率的問題例：6000單位/ml的青霉素G，需要多少苯乙酸青霉素＝6000*0.6（微克）＝36mg/ml

苯乙酸＝（36*136）/356=13.8mg/ml=1.38%實際使用時的轉(zhuǎn)化率在46-90%之間

用法：前體使用時普遍采用流加的方法前體一般都有毒性，濃度過大對菌體的生長不利苯乙酸，一般基礎(chǔ)料中僅僅添加0.07%。前體相對價格較高，添加過多，容易引起揮發(fā)和氧化，流加也有利于提高前提的轉(zhuǎn)化率什么叫做流加？3、產(chǎn)物促進劑所謂產(chǎn)物促進劑是指那些非細胞生長所必須的營養(yǎng)物，又非前體，但加入后卻能提高產(chǎn)量的添加劑。

促進劑提高產(chǎn)量的機制還不完全清楚，其原因是多方面的。有些促進劑本身是酶的誘導(dǎo)物；有些促進劑是表面活性劑，可改善細胞的透性，改善細胞與氧的接觸從而促進酶的分泌與生產(chǎn)，也有人認為表面活性劑對酶的表面失活有保護作用；有些促進劑的作用是沉淀或螯合有害的重金屬離子。4、產(chǎn)物抑制劑

在發(fā)酵過程中加入抑制劑會抑制某些代謝途徑的進行，同時刺激另一代謝途徑活躍，以致可以改變微生物的代謝途徑，從而獲得人們所需的某種產(chǎn)物或使正常代謝的某一代謝中間物積累起來。1,6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮丙酮酸乙醛α-磷酸甘油甘油2ATP2ADP葡萄糖2ADP2ATPCO2NAD+NADH+H+Pi亞硫酸氫鈉乙醛亞硫酸氫鈉加成物五、水

對于發(fā)酵工廠來說，恒定的水源是至關(guān)重要的，因為在不同水源中存在的各種因素對微生物發(fā)酵代謝影響甚大。

水源質(zhì)量的主要考慮參數(shù)包括pH值、溶解氧、可溶性固體、污染程度以及礦物質(zhì)組成和含量。對于釀造行業(yè)，水的重要性不言而喻對于常規(guī)發(fā)酵，可靠、持久，能提供大量成分一致清潔的水。第三節(jié)培養(yǎng)基類型一、根據(jù)物理狀態(tài)劃分1、固體培養(yǎng)基(solidmedium)

天然固體基質(zhì)制成的固體培養(yǎng)基，如馬鈴薯塊、麩皮培養(yǎng)基；二是在液體培養(yǎng)基中添加凝固劑而制成的固體培養(yǎng)基。三是在營養(yǎng)基質(zhì)上覆蓋濾膜制成的濾膜培養(yǎng)基。用于微生物分離、鑒定、計數(shù)、測定、保藏等，生產(chǎn)上固體種子培養(yǎng)，某些產(chǎn)品的發(fā)酵培養(yǎng)基。

2、半固體培養(yǎng)基(semi-solidmedium)

液體培養(yǎng)基中加入少量的凝固劑而使之呈半固體狀態(tài)的一類培養(yǎng)基。(0.2～0.7％瓊脂)。常用于觀察細菌運動特征，噬菌體效價鑒定以及厭氧菌培養(yǎng)等。3、液體培養(yǎng)基(liquidmedium)

不含任何凝固劑，其組分均勻，呈液體狀態(tài)，用途廣泛。常用于微生物生理代謝的各種研究，也是大規(guī)模工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)上普遍采用的培養(yǎng)基。

理想的凝固劑應(yīng)具備以下條件：①不被微生物液化、分解和利用；②在微生物生長的溫度范圍內(nèi)保持固體狀態(tài)；③凝固點的溫度對微生物無害；④不會因高溫滅菌而受到破壞；⑤透明度好、凝固力強；⑥配制方便，價格低廉。

瓊脂和明膠用作凝固劑的性能比較凝固劑微生物利用程度融化溫度凝固點化學(xué)本質(zhì)常用量瓊脂絕大多數(shù)不利用96℃40-45℃聚半乳糖硫酸酯0.5-2%明膠大多數(shù)利用（作氮源）25℃20℃動物蛋白5-12%二、按培養(yǎng)基營養(yǎng)物質(zhì)的來源劃分1、天然培養(yǎng)基(complexmedium)定義：指利用動植物、微生物或其它天然來源的難以確切知道其化學(xué)成分的原料所配成的培養(yǎng)基。特點：培養(yǎng)基化學(xué)成分復(fù)雜，營養(yǎng)豐富，原料來源充足，價格低廉。用途：適宜于實驗室和大生產(chǎn)之用。舉例：培養(yǎng)酵母和霉菌的麥芽汁培養(yǎng)基屬于此類。

實驗室常用的天然營養(yǎng)物質(zhì)2、合成培養(yǎng)基(syntheticmedium)定義：采用已知化學(xué)成分的純試劑所配成的培養(yǎng)基，也稱組合培養(yǎng)基(chemicallydefinedmedium)。特點：這類培養(yǎng)基成分明確，重復(fù)性強。用途：適用于做分類鑒定，生物測定、選種育種等方面的研究。舉例：培養(yǎng)放線菌的高氏一號培養(yǎng)基，培養(yǎng)真菌的查氏培養(yǎng)基。

3、半合成培養(yǎng)基(semi-syntheticmedium)定義：主要以化學(xué)試劑配制，同時還加有某種或某些天然成分的培養(yǎng)基，也稱半組合培養(yǎng)基。即在合成培養(yǎng)基中加入某種天然成分而制成的培養(yǎng)基。特點：培養(yǎng)基中部分成分清楚，部分成分不清楚。用途：適合于大多數(shù)微生物的培養(yǎng)。大多數(shù)培養(yǎng)基都屬此類。舉例：營養(yǎng)瓊脂（NA）中除含有天然的牛肉膏和蛋白胨外，還有成分明確的氯化鈉。

三、按培養(yǎng)基的用途劃分1、鑒別培養(yǎng)基(differentialmedium)

一類含有某種代謝產(chǎn)物指示劑的培養(yǎng)基。微生物在這類培養(yǎng)基上生長后，分泌的代謝產(chǎn)物與指示劑起反應(yīng)產(chǎn)生某種明顯的特征性變化，根據(jù)這種變化將該種微生物與其它微生物區(qū)分開來。

伊紅-美蘭培養(yǎng)基（EMB）：可用于鑒別大腸桿菌、沙門氏菌、志賀氏菌等腸道微生物。大腸桿菌能強烈分解乳糖而產(chǎn)生大量的混合酸，使菌體表面帶H+，染上酸性染料伊紅，又因伊紅與美蘭結(jié)合，引起菌落被染上深紫色，反射光下呈綠色金屬光澤。伊紅-美蘭培養(yǎng)基（EMB）

鑒別培養(yǎng)基舉例

2、選擇培養(yǎng)基(selectivemedium)

根據(jù)某類微生物的特殊營養(yǎng)要求或?qū)δ撤N物理化學(xué)因子的抗性而設(shè)計出來的一類培養(yǎng)基。即根據(jù)被分離微生物的特性，采用“投其所好、取其所抗”的原則設(shè)計的培養(yǎng)基。

目的：增殖少數(shù)手段：“投其所好”混合樣品

選擇性培養(yǎng)基

成為中劣勢菌

優(yōu)勢菌目的：抑制多數(shù)菌手段：“取其所抗”選擇培養(yǎng)基基礎(chǔ)培養(yǎng)基+嗜好營養(yǎng)物基礎(chǔ)培養(yǎng)基+抑制劑以纖維素或石蠟油為唯一碳源的選擇性培養(yǎng)基，可以從混雜的微生物群體中分離出能分解纖維素或石蠟油的微生物。抑制劑：

青霉素（抑制G+細菌）分離G-細菌

抗生素氯霉素，鏈霉素（抑制細菌）分離酵母菌，霉菌放線菌酮（抑制酵母，霉菌）分離細菌，放線菌

結(jié)晶紫：抑制G+

分離G-

染料膽鹽：抑制G+

分離G-

孟加拉紅：抑制細菌、放線菌分離酵母，霉菌

其它疊氮化鈉：抑制霉菌分離乳酸菌

10%酚數(shù)滴：抑制細菌，霉菌分離放線菌

用于選擇性的物理因素有：溫度，氧氣，pH值，滲透壓等

3、增殖培養(yǎng)基根據(jù)某種微生物的營養(yǎng)特性在培養(yǎng)基中加入有利于該微生物生長、繁殖的營養(yǎng)物質(zhì)，以提高對該微生物的分離效率，加入這些營養(yǎng)物質(zhì)所構(gòu)成的培養(yǎng)基就稱為增殖培養(yǎng)基。增殖培養(yǎng)基一般營養(yǎng)比較豐富，適合微生物生長的特點，使微生物生長快速、多產(chǎn)且性狀典型。4、加富培養(yǎng)基加富培養(yǎng)基是指在普通培養(yǎng)基里加入血、血清、動物（或植物）組織提取液或其他營養(yǎng)物質(zhì)（或生長因子）的一類營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基。加富培養(yǎng)基主要用于培養(yǎng)某種或某類營養(yǎng)要求苛刻的異養(yǎng)微生物。四、按培養(yǎng)、基用于生產(chǎn)的目的劃分

根據(jù)培養(yǎng)基用于生產(chǎn)的目的不同，可分為孢子培養(yǎng)基、種子培養(yǎng)基和發(fā)酵培養(yǎng)基等。1、孢子培養(yǎng)基⑴定義：孢子培養(yǎng)基是以菌種繁殖孢子為目的而設(shè)計的培養(yǎng)基，常采用固體培養(yǎng)基。⑵要求：既能使菌體迅速生長，產(chǎn)生較多優(yōu)質(zhì)的孢子，又不易引起菌種變異。

創(chuàng)造有利于孢子形成的環(huán)境條件培養(yǎng)基營養(yǎng)不要太豐富，碳氮不宜過多，特別是有機氮源要低一些無機鹽的濃度要適當(dāng)，否則會影響孢子的顏色和孢子的數(shù)量注意pH和濕度

⑶生產(chǎn)上常用的孢子培養(yǎng)基包括麩皮培養(yǎng)基、小米培養(yǎng)基、大米培養(yǎng)基、玉米瑣屑培養(yǎng)基以及用葡萄糖、蛋白胨、牛肉膏和NaCl等配制的瓊脂斜面培養(yǎng)基。2、種子培養(yǎng)基種子培養(yǎng)基是指供孢子發(fā)芽和菌體生長繁殖使用的培養(yǎng)基。這些營養(yǎng)成分應(yīng)是易被菌體吸收利用的，且比較豐富與完整，其中氮源和維生素的含量應(yīng)略高些，但總濃度以略稀薄為好，以利于菌體的生長繁殖。此外，還要考慮pH。種子培養(yǎng)基的氮源一般采用有機氮源與無機氮源結(jié)合，有機氮源中的有些氨基酸能刺激孢子發(fā)芽，而無機氮源容易利用，有利于菌體迅速生長。最后一級的種子培養(yǎng)基，其成分要接近發(fā)酵培養(yǎng)基。3、發(fā)酵培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基是生產(chǎn)中供菌體生長、繁殖和合成產(chǎn)物而設(shè)計的培養(yǎng)基。發(fā)酵培養(yǎng)基的碳源和氮源要注意速效與遲效的搭配，盡量少用速效營養(yǎng)，多用遲效營養(yǎng)，并要注意調(diào)整適當(dāng)?shù)奶嫉龋砑泳彌_劑穩(wěn)定pH。如果微生物生長和產(chǎn)物合成所需要的最佳條件不同，則可以考慮采用補料的方式來滿足微生物在不同階段的需求。發(fā)酵培養(yǎng)基的營養(yǎng)物質(zhì)用量一般較大，在大規(guī)模生產(chǎn)時宜采用來源充足、成本低廉的原料，還應(yīng)有利于下游的分離提取。第四節(jié)工業(yè)培養(yǎng)基的選擇和配置原則

一、工業(yè)培養(yǎng)基的選擇

選擇培養(yǎng)基時應(yīng)從微生物的營養(yǎng)需求與生產(chǎn)工藝的要求出發(fā)，使之滿足微生物生長、代謝的要求，達到高產(chǎn)、高質(zhì)、低成本的目的，其選擇的一般原則如下：1、能夠滿足生產(chǎn)菌生長、代謝的需要2、目的代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量最高3、產(chǎn)物得率最高4、生產(chǎn)菌生長及代謝迅速5、減少代謝副產(chǎn)物生成6、價廉并具有穩(wěn)定的質(zhì)量7、來源廣泛且供應(yīng)充足8、有利于發(fā)酵過程的溶氧與攪拌9、有利于產(chǎn)物的提取和純化10、廢物的綜合利用強且處理容易二、培養(yǎng)基的配制原則1、根據(jù)微生物的營養(yǎng)需要配制培養(yǎng)基2、營養(yǎng)成分的恰當(dāng)配比營養(yǎng)物質(zhì)的濃度適宜；營養(yǎng)物質(zhì)之間的配比適宜。培養(yǎng)基中各營養(yǎng)物質(zhì)之間的濃度配比也直接影響微生物的生長繁殖和(或)代謝產(chǎn)物的形成和積累，其中碳氮比(C/N)的影響較大。C/N比：培養(yǎng)基所含碳源中碳原子的摩爾數(shù)與氮源中氮原子的摩爾數(shù)之比。

高濃度糖類物質(zhì)、無機鹽、重金屬離子等不僅不能維持和促進微生物的生長，反而起到抑制或殺菌作用。例如：發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸時：C/N比為4/1時，菌體大量繁殖，谷氨酸積累少；C/N比為3/1時，菌體繁殖受到抑制，谷氨酸產(chǎn)量則大量增加。

滲透壓大小由溶液中所含的分子或離子的質(zhì)點數(shù)決定。等重的物質(zhì)，如果其分子或離子越小，則質(zhì)點數(shù)越多，因而產(chǎn)生的滲透壓越大。等滲溶液：適宜微生物生長；高滲溶液：細胞發(fā)生質(zhì)壁分離；低滲溶液：細胞吸水膨脹3、滲透壓4、pH

培養(yǎng)基的pH必須控制在一定的范圍內(nèi)，以滿足不同類型微生物的生長繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物。通常培養(yǎng)條件：細菌：pH7.0~8.0;放線菌：pH7.5~8.5;酵母菌：pH3.8~6.0;霉菌：pH4.0~5.8;

為了維持培養(yǎng)基pH的相對恒定，通常在培養(yǎng)基中加入pH緩沖劑，或在進行工業(yè)發(fā)酵時補加酸、堿。內(nèi)源調(diào)節(jié)緩沖液：K2HPO4/KH2PO4（pH6.4~7.2）調(diào)節(jié)方式固體碳酸鹽：CaCO3

外源調(diào)節(jié)：流加酸或堿調(diào)節(jié)pH值的方法還有流加碳源（降低pH）或氮源(升高pH)，也可以通過控制通氣量。5、氧化還原電位

氧化還原電位又稱氧化還原電勢（redoxpotential），是度量某氧化還原系統(tǒng)中的還原劑釋放電子或氧化劑接受電子趨勢的一種指標(biāo)，其單位是V（伏）或mV（毫伏）。

不同類型微生物生長對氧化還原電位(Ф)的要求不同好氧性微生物：+0.1伏以上時可正常生長,以+0.3～+0.4伏為宜；厭氧性微生物：低于+0.1伏條件下生長；兼性厭氧微生物：+0.1伏以上時進行好氧呼吸,+0.1伏以下時進行發(fā)酵。氧化還原電位與氧分壓和pH有關(guān),也受某些微生物代謝產(chǎn)物的影響

增加通氣量(如振蕩培養(yǎng)、攪拌)提高培養(yǎng)基的氧分壓，或加入氧化劑，從而增加Ф值；培養(yǎng)基中加入抗壞血酸(0.1%)、硫化氫(0.025%)、半胱氨酸(<0.05%)、谷胱甘肽、二硫蘇糖醇、庖肉等還原性物質(zhì)可降低Ф值。培養(yǎng)基中加入氧化還原指示劑刃天青可對氧化還原電位進行間接測定

刃天青在無氧條件下呈無色；在有氧條件下，其顏色與溶液的pH有關(guān)，一般在中性時呈紫色，酸性時為紅色；在微含氧溶液中，呈粉紅色。第五節(jié)發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計和優(yōu)化

目前還不能完全從生化反應(yīng)的基本原理來推斷和計算出適合某一菌種的培養(yǎng)基配方，只能用生物化學(xué)、細胞生物學(xué)、微生物學(xué)等的基本理論，參照前人所使用的較適合某一類菌種的經(jīng)驗配方，再結(jié)合所用菌種和產(chǎn)品的特性，采用搖瓶、玻璃罐等小型發(fā)酵設(shè)備，按照一定的實驗設(shè)計和實驗方法選擇出較為適合的培養(yǎng)基。一、培養(yǎng)基成分選擇的原則

菌種的同化能力

代謝的阻遏和誘導(dǎo)

合適的C、N比

pH的要求

（一）、理論轉(zhuǎn)化率與實際轉(zhuǎn)化率

理論轉(zhuǎn)化率是指理想狀態(tài)下根據(jù)微生物的代謝途徑進行物料衡算，所得出的轉(zhuǎn)化率的大小。實際轉(zhuǎn)化率是指實際發(fā)酵過程中轉(zhuǎn)化率的大小如何使實際轉(zhuǎn)化率接近于理論轉(zhuǎn)化是發(fā)酵控制的一個目標(biāo)二、成分含量的確定例:

如在酒精生產(chǎn)中葡萄糖轉(zhuǎn)化為酒精的理論轉(zhuǎn)化率計算如下∶

葡萄糖轉(zhuǎn)化為酒精的代謝總反應(yīng)衡算式為∶

C6H12O6─→2C2H5OH+2CO2

葡萄糖轉(zhuǎn)化為酒精的理論得率為∶

2*46

Y=───=0.57162（二）、實驗設(shè)計

培養(yǎng)基成分的含量最終都是通過實驗獲得的

合理的實驗方法多因子實驗：均勻設(shè)計、正交實驗設(shè)計、響應(yīng)面分析等。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，為減少實驗次數(shù)常采用一些合理的實驗設(shè)計方法。

三、培養(yǎng)基設(shè)計的步驟①根據(jù)前人的經(jīng)驗和培養(yǎng)基成分確定時一些必須考慮的問題，初步確定可能的培養(yǎng)基成分；②通過單因子實驗最終確定出最為適宜的培養(yǎng)基成分；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、營養(yǎng)保健發(fā)酵生產(chǎn)谷胱甘肽的培養(yǎng)基的優(yōu)化

賀小賢，食品科技，2009原培養(yǎng)基:

初步確定可能的培養(yǎng)基成分(以碳源為例)

通過單因子實驗確定適宜的培養(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一步：乙酸鈉的濃度2%比較好結(jié)果：碳源：乙酸鈉0.2%氮源：氯化銨0.2%

酵母膏0.03%無機鹽:復(fù)合無機鹽0.005%

正交設(shè)計確定優(yōu)化的配方改進后培養(yǎng)基原培養(yǎng)基改進后培養(yǎng)基的發(fā)酵結(jié)果四、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)基研究的兩個層次

搖瓶——培養(yǎng)基設(shè)計的第一步

反應(yīng)器—最終的優(yōu)化的基礎(chǔ)配方例：青霉素發(fā)酵發(fā)酵搖瓶：玉米漿4%，乳糖10%，(NH4)SO40.8%

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)差別很大搖瓶優(yōu)化配方：菌種篩選，反應(yīng)器研究的基礎(chǔ)發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計和優(yōu)化發(fā)酵罐：反應(yīng)器水平,

可以得出最終優(yōu)化的基礎(chǔ)配方發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計和優(yōu)化pH控制搖床：反應(yīng)器水平上的搖瓶研究發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計和優(yōu)化1,3-丙二醇的用途：最重要的用途是作為單體與對苯二甲酸丙二醇聚合生產(chǎn)聚酯聚對苯二甲酸丙二醇酯(PTT)可作為增塑劑、洗滌劑、防腐劑和乳化劑等用于食品、化妝品和制藥等工業(yè)

例如：pH控制搖床在1,3-丙二醇發(fā)酵中的應(yīng)用PTT的性能PTTPET滌綸Nylon尼龍、錦綸Acrylic亞克力Spandex(Lycra)萊卡、氨綸柔韌度++-++NA彈性+-----++豐滿度++----+NA磨損++++---抗污染力++++------洗滌牢度++++------日曬牢度++-++--抗靜電力++++----NA色彩密度----+++--成本---++-+--PTT最目前性能最好的纖維被譽為21世紀(jì)的大型纖維發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計和優(yōu)化1,3-丙二醇兩步發(fā)酵法糖甘油1,3-丙二醇酵母伯氏肺炎桿菌、丁酸梭菌等發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計和優(yōu)化伯氏肺炎桿菌1,3-丙二醇的代謝甘油三羥基丙醛1,3-丙二醇二羥丙酮丙酮酸乙酸乙醇乳酸丁醇丁酸丁二醇2HH2OpH下降2H發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計和優(yōu)化不同pH條件對甘油消耗的影響搖瓶培養(yǎng)基分批培養(yǎng)過程結(jié)果發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計和優(yōu)化補料培養(yǎng)過程甘油

濃度為3.43%，對甘油轉(zhuǎn)化率為19%

發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計和優(yōu)化搖瓶培養(yǎng)基分批培養(yǎng)過程結(jié)果補料培養(yǎng)過程結(jié)果進一步優(yōu)化培養(yǎng)基后過程發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計和優(yōu)化

1,3-丙二醇的濃度為6.72%，對甘油轉(zhuǎn)化率為

54.7%，生產(chǎn)強度為1.9g/L.h。進一步優(yōu)化條件后發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計和優(yōu)化五、培養(yǎng)基設(shè)計時注意的一些相關(guān)問題

原料及設(shè)備的預(yù)處理

原材料的質(zhì)量

發(fā)酵特性的影響

在抗生素發(fā)酵生產(chǎn)中往往喜歡所謂的“稀配方”，因為它既降低成本、滅菌容易、且使氧傳遞容易而有利于目的產(chǎn)物的生物合成。如果營養(yǎng)成分缺乏，則可通過中間補料方法予以彌補。

滅菌

在大規(guī)模發(fā)酵中應(yīng)該盡可能的采取連續(xù)滅菌的操作，而且保證滅菌條件的穩(wěn)定是保證發(fā)酵穩(wěn)定的前提

有時避免營養(yǎng)物質(zhì)在加熱的條件下，相互作用，可以將營養(yǎng)物質(zhì)分開消毒。

有些物質(zhì)由于揮發(fā)和對熱非常敏感，就不能采用濕熱的滅菌方法

Na2HPO4+CaCO3→CaHPO4+Na2CO3意義：很多微生物都不能直接利用淀粉(amylum)、纖維素(cellulose)、酪蛋白(casein)，因為它們不含淀粉酶和糖化酶。

發(fā)酵生產(chǎn)之前，必須將淀粉水解為葡萄糖。

將淀粉水解為葡萄糖的過程稱為淀粉的糖化（saccharification），制得的糖液叫淀粉水解糖。第六節(jié)淀粉制備葡萄糖的工藝技術(shù)

淀粉水解糖的質(zhì)量對菌體的生長和產(chǎn)物的形成均有重要的影響。Q：如何提高淀粉的出糖率，保證水解糖的質(zhì)量？

淀粉水解糖液必須達到的指標(biāo)

1.糖液葡萄糖含量：90%2.糖液潔凈，呈杏黃色或黃綠色

3.透光率：90%以上

4.糖液不含糊精(dextrin)5.糖液不能變質(zhì)

6.轉(zhuǎn)化率：90%左右轉(zhuǎn)化率=

水解糖液數(shù)量（升）含糖量（%）

100%

投入淀粉量（公斤）原料淀粉中含純淀粉%1.11一、淀粉水解糖制備的方法淀粉原料

酸解法（acidhydrolysisprocess)

水解的方法酶解法(enzymatic

hydrolysisprocess)

酸酶結(jié)合法(acid-enzymatichydrolysis)原料淀粉的性質(zhì)和水解使用的催化劑(catalyst)

葡萄糖（glucose）

淀粉水解糖液麥芽糖(maltose)

復(fù)合糖類（二糖、低聚糖等）其他分解產(chǎn)物（氨基酸、脂肪酸等）

酸解法：以酸(無機酸或有機酸)為催化劑，在高溫高壓下將淀粉水解轉(zhuǎn)化為葡萄糖的方法。優(yōu)點：生產(chǎn)方便、設(shè)備簡單、水解時間短，設(shè)備生產(chǎn)能力大缺點：高溫高壓、酸性條件、過程復(fù)雜、副反應(yīng)多、損失大要求：淀粉顆粒不宜過大、大小要均勻。淀粉乳濃度也不宜過高。

酶解法：利用專一性很強的淀粉酶和糖化酶將淀粉水解為葡萄糖的工藝。

淀粉的液化和糖化都是在酶的作用下完成的，故酶解法又有雙酶水解法(double-enzyme)之稱。優(yōu)點：酶反應(yīng)條件溫和，不需要高溫、高壓和耐酸的設(shè)備；酶的作用專一性強，淀粉水解的副反應(yīng)少，水解糖液純；可在較高的淀粉乳濃度下水解；可用粗原料；糖液顏色淺，較純凈、無苦味、質(zhì)量高。缺點：酶解時間長、需要專門的設(shè)備，酶是蛋白質(zhì)，易引起糖液過濾困難。

液化（liquefaction/dextrinization):淀粉轉(zhuǎn)化為糊精及低聚糖

糖化(saccharify):糊精及低聚糖進一步水解為葡萄糖

酸酶法：是先將淀粉酸水解成糊精或低聚糖，然后再用糖化酶將其水解為葡萄糖的工藝。

如玉米、小麥等谷物原料的淀粉，淀粉顆粒堅硬，所以液化采用酸法。淀粉G值（DE值）10-15中和糖化優(yōu)點：酸液化速度快，糖化時可采用較高的淀粉乳濃度。

酶酸法：是將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，若用酸水解，往往水解不均勻，出糖率低。優(yōu)點：可采用粗原料淀粉，淀粉濃度（13Be'）較酸法（10Be'）高，生產(chǎn)易控制。時間短，淀粉水解副反應(yīng)少。淀粉直鏈淀粉(amylose)：

-1，4葡萄糖苷鍵縮合，聚合度小。支鏈淀粉(amylopectin)：

-1，4鍵、

-1，6鍵，聚合度大。二、淀粉酸水解的原理

糊精：若干種分子大于低聚糖的碳水化合物的總稱。具有還原性、旋光性、能溶于水，不溶于酒精，因分子大小的不同，糊精與碘可呈現(xiàn)不同的顏色。

淀粉

糊精（蘭

暗紫

紫

紅褐

暗紅

紅

淺紅）淀粉水解過程的變化：

淀粉顆粒結(jié)構(gòu)破壞，糖苷鍵斷裂，其分子逐漸變小。先變成糊精、低聚糖、麥芽糖，最后才能生成G。

A淀粉的水解反應(yīng)淀粉水解總的趨勢是大分子向小分子轉(zhuǎn)化，隨著淀粉水解程度的增加，糖化液的還原性不斷增加。淀粉(amylum)糊精(dextrin)低聚糖(oligosaccharides)葡萄糖(glucose)淀粉水解的化學(xué)反應(yīng)可簡單表示如下：（C6H10O5)n+nH2On(C6H12O6)

理論上，淀粉轉(zhuǎn)化為葡萄糖的轉(zhuǎn)化率為

180.16/162.14100%=111.1%？實際轉(zhuǎn)化率只有90%。

當(dāng)葡萄糖值超過60時，由于G復(fù)合分解反應(yīng)產(chǎn)生其他有味物質(zhì)（龍膽二糖有苦味）及有色物質(zhì)。

B淀粉的水解反應(yīng)動力學(xué)(kinetics)

amylum

淀粉的水解反應(yīng)watercatalyst

該反應(yīng)屬于單分子一級化學(xué)反應(yīng)類型。(why?)

其反應(yīng)速度常數(shù)K推算：一級化學(xué)反應(yīng)的速度與濃度成正比關(guān)系。則-dc/dt

C

即-dc/dt=KC······(1)K---為反應(yīng)速度常數(shù)

C---為表示淀粉的濃度

若用c0---水解開始的濃度,ct---t時間消耗的濃度（c0-ct）---經(jīng)過t時間后，所剩下的未起反應(yīng)的濃度

t---時間則(1)為：-d（c0-ct

）/dt＝K（c0-ct

）即dct/dt＝K（c0-ct

）···(2)dct/dt－－淀粉水解反應(yīng)速度表示在任何時間，水解速度等于反應(yīng)速度常數(shù)Ｋ與（c0-ct

）濃度的乘積。將(2)積分得（濃度從0到ct

，時間從0到t）：Ｋ＝2.303/t{lg(c0/c0-ct)}

實驗測定c0

、c0-ct

、t的數(shù)值代入上式，即可求的反應(yīng)速度常數(shù)。

水解反應(yīng)速度常數(shù)Ｋ與下列因素有關(guān)Ｋ＝

···------催化劑的活性常數(shù)，

HCl的氫離子能100%的解離，=1；

H2SO4，=0.5~0.52；H3PO4，

=0.3；

HAC，=0.025

HCL是一種良好的催化劑。

------酸的當(dāng)量濃度。Ｎ越大，則Ｋ越大，但實際酸的濃度不可能太大。水解常采用稀酸。

-------多糖的水解性常數(shù)，可衡量多糖水解的難易程度。棉花(cotten）為1；淀粉(amylum)為400；蔗糖(sucrose)為100000。

------溫度對水解速度影響的常數(shù)。即在水解過程中，溫度可加速淀粉水解反應(yīng)的進行。例如：0.1%鹽酸水解淀粉溫度119°C133°C138°C143°CK值0.1250.4700.771.2C淀粉水解的副反應(yīng)

葡萄糖的復(fù)合反應(yīng)水解熱、酸

-1，6鍵聚合成異麥芽糖淀粉葡萄糖糖苷鍵聚合

-1，6鍵聚合成龍膽二糖

在淀粉的酸水解過程中，葡萄糖因分解損失的量在1%，但5-羥甲基糠醛是產(chǎn)生色素的根源，增加精制的困難。

5-羥甲基糠醛的含量高，則色素的形成量增多。反應(yīng)中形成的氨基糖，也對發(fā)酵有影響。

葡萄糖的分解反應(yīng)水解熱、酸淀粉葡萄糖分解5-羥甲基糠醛甲酸、乙酰丙酸、有色物質(zhì)。

淀粉酸水解的反應(yīng)

淀粉（amylum）

酸水解

葡萄糖（glucose）

復(fù)合反應(yīng)分解反應(yīng)（disaccharide）復(fù)合二糖5-羥甲基糠醛(oligosaccharide)復(fù)合低聚糖有機酸、有色物質(zhì)

酸水解過程中的反應(yīng)：淀粉的水解反應(yīng)

葡萄糖的復(fù)合分解反應(yīng)

Q：如何控制水解條件，降低復(fù)合分解反應(yīng)的發(fā)生？

D淀粉酸水解的工藝流程

淀粉水鹽酸

調(diào)漿原料酸水解冷卻中和脫色糖液過濾除雜

淀粉酸水解條件的選擇

1.淀粉的質(zhì)量

酸法水解的重要特點是非專一性。

表2-1酸水解對淀粉質(zhì)量的要求項目指標(biāo)水分11~14

總蛋白質(zhì)0.3~0.5水溶性蛋白質(zhì)0.01~0.02脂肪0.04~0.06粗纖維0.01`0.02

2.淀粉乳濃度的選擇：

淀粉乳濃度低，DE值高，色澤淺。濃度高，復(fù)合反應(yīng)易發(fā)生，色澤深。

淀粉乳濃度與水解糖液DE值之間的關(guān)系

濃度（°Bx）2624222019181716DE值89.1789.2789.9291.191.392.7792.8193.01

從表中可以看出，隨著淀粉乳的濃度下降，DE值上升，表明糖液中雜質(zhì)少，淀粉乳的濃度過低，則設(shè)備利用率降低。故淀粉乳的濃度在18~19°Bx(10.5~12Be')3.酸的種類和用量：

鹽酸(hydrochloricacid)：催化效能為100

硫酸(sulphuricacid)：催化效能為50.35

草酸(oxalicacid):催化效能為20.45一般用鹽酸，其量占干淀粉的0.6～0.7%，pH調(diào)至1.5左右。４.糖化壓力和時間一般壓力為２.５--２.８公斤／cm2

水解１５

--２０

注意：保持正壓取樣時，保證能代表釜內(nèi)液體的濃度及時放料（５－１０分鐘放完）５.糖化設(shè)備結(jié)構(gòu)的影響

糖化鍋的容積不宜過大,一般70--80m3,鍋體不能太高或太矮。常采用的徑高比（aspectratio）1：1.5糖化鍋的附屬管道也應(yīng)保證進出料迅速，物料受熱均勻，有利于升壓，有利于消滅死角，盡量縮短輔助時間。排氣蒸汽6.糖化終點的控制

從糖化曲線可以看出,DE值到達最高點后即不在上升，相反會隨著糖化時間的延長而稍有下降。(why?).

糖化終點的檢驗：用無水乙醇檢驗無白色沉淀或碘液檢驗無色，即為終點。淀粉酸糖化的曲線

10090807060

ABC

(純度%)152030時間(分)E水解糖液的中和、脫色除雜

1.中和：目的是降低酸度；除去蛋白質(zhì)

中和劑純堿：溫和，糖液質(zhì)量好，但產(chǎn)生的泡沫多，難控制燒堿：易造成局部過堿，使糖焦化，產(chǎn)生焦糖中和時注意不要反中和，邊中和邊測定pH值,

溫度在80

C以下,一般控制60-70

C

pH值控制在4．6--5．02.脫色除雜活性炭吸附法用量：相當(dāng)于干淀粉量的0.6～0.8％脫色溫度:65

CpＨ值:4.6~5.0離子交換法新型磺化煤

3.過濾脫色后要進行過濾，其目的是除去中和、脫色糖化液中凝聚的蛋白質(zhì)及其他不溶性雜質(zhì)和加入的脫色劑，以制得澄清的糖化液。發(fā)酵工業(yè)中糖化液的過濾通常是用板框過濾機。過濾后再調(diào)節(jié)糖液的pH值至6.7-7.0。

酶法制糖工藝是以作用專一性的酶制劑作為催化劑將淀粉轉(zhuǎn)化為糖的工藝。1.

－淀粉酶的水解作用

淀粉液化液

－淀粉酶能水解淀粉及其產(chǎn)物中的1．4-糖苷鍵，不能水解

-1．6-糖苷鍵，但能越過

-1．6-糖苷鍵繼續(xù)水解

-1．4-糖苷鍵，而將

-1.6糖苷鍵留在在水解產(chǎn)物中。

直鏈淀粉:葡萄糖、麥芽糖、麥芽三糖。支鏈淀粉:葡萄糖、麥芽糖、麥芽三糖、異麥芽糖、低聚糖三、酶法制糖的理論基礎(chǔ)及工藝

-淀粉酶的性質(zhì)①熱穩(wěn)定性在60

C以下較為穩(wěn)定，超過60

C，酶明顯失活；在60

C-90

C之間，溫度升高，反應(yīng)速度加快，失活也加快。②作用溫度最適作用溫度為60

C-70

C，耐高溫酶的最適作用溫度90

C-110

C。③pH穩(wěn)定性在pH6.0-7.0時較為穩(wěn)定，pH5.0以下失活嚴(yán)重。最適pH為6.0。④與淀粉濃度的關(guān)系淀粉乳的濃度增加，酶活力的穩(wěn)定性提高。⑤鈣離子濃度對酶活力的影響

-淀粉酶是一種金屬酶，每個酶分子至少含有一個鈣離子，有的可達10個鈣離子，鈣離子使酶分子保持適當(dāng)?shù)臉?gòu)想，從而可維持其最大活性與穩(wěn)定性。另外，在鈣離子存在的情況下，酶活力的pH范圍廣。

2.淀粉酶液化條件及程度控制

淀粉的糊化與老化淀粉的糊化是指淀粉受熱后，淀粉顆粒膨脹，晶體結(jié)構(gòu)消失，互相接觸變成湖狀液體，即使停止攪拌，淀粉也不會再沉淀的現(xiàn)象。淀粉的老化實際上是分子間已斷裂的氫鍵、糊化淀粉又重新排列形成新的氫鍵的過程，也就是復(fù)結(jié)晶的過程。發(fā)生糊化現(xiàn)象時的溫度稱糊化溫度。不同原料的糊化溫度范圍不同。在酶法糖化時，－淀粉酶很難進入老化淀粉的結(jié)晶區(qū)起作用，使淀粉很難液化，因此，必須采取相應(yīng)的措施控制糊化淀粉的老化。淀粉的老化程度可通過冷卻時形成的凝膠體強度來表示。

淀粉液化的方法與選擇

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酶耐溫性中溫酶法

高溫酶法高溫-中溫酶法原料粗細淀粉質(zhì)原料直接液化法精制淀粉液化法加熱的方式低壓蒸汽噴射液化法常溫液化法液化方法的選擇淀粉液化效果：液化液均勻程度、蛋白絮凝、液化液的穩(wěn)定性等液化原料的特點：蛋白含量、不溶性淀粉顆粒、老化的凝膠強度生產(chǎn)條件的差異：蒸汽壓力及穩(wěn)定性液化液的用途：一般使用耐高溫的淀粉酶，采用二次加酶法，低壓噴射液化。

蒸汽噴射液化工藝及條件

該工藝的特點是利用噴射器將蒸汽直接噴入淀粉乳的薄膜，在短時間內(nèi)通過噴射器快速升溫至要求的溫度，完成糊化、液化。此法液化效果好，蛋白質(zhì)等雜質(zhì)凝結(jié)在一起，“不溶性淀粉顆?！痹诟邷叵路稚ⅲ瑥亩顾玫囊夯杭韧该饔忠子谶^濾，淀粉的出糖率也高。

二次加酶液化工藝流程

淀粉水堿液0.15%氯化鈣耐高溫

-淀粉酶（2/3酶）

pＨ噴射液化器5.0~7.0

95~97

C

保溫液化（60分種）二次噴射（145

C，3~5分鐘）二次液化罐（95~97

C）加入耐高溫淀粉酶（加1/3酶，30分鐘）碘液檢驗后結(jié)束液化。液化條件：30％－40％的淀粉乳濃度、pＨ值5—7、95

C－97

C。淀粉酶的加入量，隨著酶活力的高低而定，但一般控制在5－8單位／克淀粉。

液化程度控制

在液化過程中，淀粉液化水解成較小的分子。液化程度不能太低，因為：Ａ液化程度低，液化液的黏度就大，難于操作；Ｂ葡萄糖淀粉酶屬于外酶，水解是由底物分子的非還原末端開始，底物分子越小，水解的機會就越小，因此會影響到糖化的速度；Ｃ液化程度低，淀粉易老化，不利于糖化，特別會使糖化液的過濾性較差。

液化程度也不能太高，因為：葡萄糖淀粉酶是先與底物分子生成絡(luò)合結(jié)構(gòu)，而后發(fā)生水解作用，使葡萄糖單位逐個從糖苷鍵中裂解出來，要求底物分子有一定的大小。液化超過一定程度，不利于糖化酶生成絡(luò)合結(jié)構(gòu)，影響催化效率，使糖化液的最終ＤＥ值偏低。

正常液化條件下，控制ＤＥ值在10－20之間為好。3.糖化酶的水解作用

糖化酶對底物作用從非還原末端開始將

-1.4和

-1.6糖苷鍵水解,也能水解麥芽糖。必須控制糖化酶的用量和底物的濃度。糖化的溫度pＨ值決定于所用的糖化劑的性質(zhì)。曲霉糖化酶：一般溫度為60

C，pH4.0-5.0；根酶糖化酶：一般溫度為55

C，pH5.0；

大生產(chǎn)中，根據(jù)酶的特征，盡量采用較高的溫度和較低的pH值？

４.糖化工藝條件及控制

液化液滅酶（100，10分鐘)－－用酸調(diào)pH值4.2-4.5，同時降溫冷卻60

C－－加糖化酶保溫數(shù)小時－－用無水酒精檢驗無糊精存在時－－加熱90

C－－保溫30分鐘--降