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1、第二章 培养基及制备 第一节 工业发酵培养基 发酵培养基的作用：满足菌体的生长 促进产物的形成,一、工业上常用的碳源（carbon source）1.谷物淀粉（玉米、马铃薯、木薯淀粉）应用最广。使用条件：微生物必须能分泌水解淀粉、糊精的酶类。,缺点：a.难利用、发酵液比较稠、一般2.0%时加入 一定的-淀粉酶。b.成分较复杂，有直链淀粉和支链淀粉等。优点：来源广泛、价格低，可解除葡萄糖效应。,2.葡萄糖所有的微生物都能利用葡萄糖，但会引起葡萄糖效应。工业上常用淀粉水解糖,但是糖液必须达到一定的质量指标。,3.糖蜜（制糖工业上的废糖蜜或结晶母液）甘蔗糖蜜（cane molasses）包括 甜菜糖
2、蜜（beet molasses）,糖蜜使用的注意点：,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。,二、工业上常用的氮源（nitrogen source）1.无机氮(迅速利用的氮源)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：满足菌体生长 稳定和调节发酵过程中的pH,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,2.有机氮：来源：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。成分复杂：除提供氮源外，还提供大量的无机盐及生长因子。,三、无机盐（inorganic mineral）硫酸盐、磷酸盐、氯化物及一些微量元素。四、生长因
3、子（growth factor）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。,生物素作用:(1)主要影响细胞膜通透性。（2）影响菌体的代谢途径。谷氨酸产生菌为生物素缺陷型。要达到菌体生长需要的“亚适量”。,2.提供生长因子的农副产品原料（1）玉米浆：（corn steep liquor,CSL）最具代表性。（2）麸皮水解液（3）糖蜜（4）酵母,第二节 淀粉水解糖的制备 在工业生产中，将淀粉水解为葡萄糖（glucose）的过程称淀粉的糖化，制得的溶液叫淀粉水解糖。,一、淀粉水解制糖的意义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）2.有些微生物能够直接利用淀
4、粉作原料，但必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。3.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。,二、淀粉水解糖的制备方法及原理（一）酸解法（acid hydrolysis method）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。,1.水解过程：总反应式：(C6H10O5)n+nH2O nC6H12O6过程：(C6H10O5)n(C6H10O5)x C12H22O11 C6H12O6 淀粉 糊精 麦芽糖 葡萄糖 H+对作用点无选择性，-1,4-糖苷键和-1,6-糖苷键均被切断。,2.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
5、热的作用，一部分葡萄糖会发生复合反应和分解反应。,淀粉 葡萄糖 复合二糖 5羟甲基糠醛 复合低聚糖 有机酸、有色物质损失葡萄糖量 7 1,复合反应,分解反应,盐酸,不利影响：（1）降低了葡萄糖的收率。（2）给产物的提取和糖化液的精制带来困难。复合反应：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。分解反应：生成的5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。,如何控制分解反应和复合反应的发生？（1）淀粉乳浓度（2）酸浓度 不能过高（3）温度,3.评价优点：工艺简单，水解时间短，生产效率高，设备周转快。缺点：（1）副产物多，影响糖液纯度，一般DE值只有90左右。（2）对淀粉原
6、料要求严格，不能用粗淀粉，只能用纯度较高的精制淀粉。,DE值：dextrose equivalent value（葡萄糖当量值）表示淀粉糖的含糖量。还原糖含量（）DE值 100 干物质含量（）,（二）酶解法（enzyme hydrolysis method）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。,分两步：（1）液化：用-淀粉酶将淀粉转化为糊精和低聚糖（2）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。所以，淀粉的液化和糖化均在酶作用下进行，又称双酶法(double enzyme hydrolysis method)。,液化（liquification）淀粉酶水
7、解底物内部的1,4糖苷键，不能水解1,6糖苷键，一般采用耐高温淀粉酶，使液化速度加快。8590。,液化程度的控制（液化后需糖化的原因）糖液的DE值低（-淀粉酶不能水解-1,6糖苷键）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。糖化酶水解的底物分子要求有一定的大小范围。,根据生产经验，DE值在2030之间为好，液化终点可通过碘液判断，此时呈棕色。,2.糖化（saccharification）糖化酶从非还原性末端水解-1,4糖苷键和-1,6糖苷键。终点确定：DE值达最高时，停止酶反应。,3.评价 优点：（1）反应条件温和，不需高温、高压设备。（2）副反应少，水解糖液纯度高。（3
8、）对原料要求粗放，可用粗原料并在较高淀粉乳浓 度下水解。（4）糖液颜色浅，质量高。,缺点：（1）生产周期长，一般需要48小时。（2）需要更多的设备，且操作严格。,（三）酸酶结合法（acid-enzyme hydrolysis method）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：,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。适用：淀粉颗粒坚硬（如玉米、小麦）的原料，若用-淀粉酶液化，短时间液化，反应往往不彻底。,2.酶酸法：先用-淀粉酶液化，再用酸水解。适用：颗粒大小不一（如碎米淀粉）的淀粉原料，若用酸法，则水解不均匀。,（四）不同糖化工艺的比较,第三节 糖蜜原料一、糖蜜的分类及组成 含糖量 含氮量1.分类：cane molasses 高 低 beet molasses 低 高2.组成：粘稠、黑褐色、半流动状液体。组成各 不相同。,二、糖蜜的预处理澄清：加酸，加絮凝剂（石灰）脱钙：加Na2CO3降低生物素含量（谷氨酸发酵中）（1）去除生物素：活性炭及树脂吸附（2）拮抗生物素：加表面活性剂（Tween 60），阻止油酸合成（3）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。,
