发酵工程 第3章 发酵工业原料及其处理

① 有利于微生物的生长繁殖，防止菌体过早衰老； ② 利于产物的合成。
（2）成分种类：
碳源、氮源、无机盐、生长因子、水； 前体、促进剂、抑制剂。
1.碳源:
发酵培养基中的含量远大于其在种子培养基中的含量。
（1）作用
I. 提供合成细胞物质所需碳素； II. 提供目的产物中的碳； III. 合成产物的能源。
4.生长因子:
为发酵培养基必不可少的组分 对量的控制要适当，如生物素亚适量法的谷氨酸发酵。
5.前体:
概念：有些化合物被加入培养基后，能够直接在生物合成过 程中结合到产物分子中去，而自身的结构并未发生太大变化， 却能提高产物的产量，这类小分子物质被称为前体。 前体使用浓度要适当，浓度过高对菌体有毒害作用，一般采 用流加方式，减少一次加入量。
第一篇 工业微生物和发酵工业原料
第三章 发酵工业原料及其处理
第一节 发酵工业原料的种类和成分 第二节 淀粉水解糖的制备 第三节 发酵培养基灭菌
第1节 发酵工业原料的种类和成分
一、发酵培养基中各种成分的定量
1 概念: 发酵培养基是供微生物生长繁殖和合成大量产物 的培养基，用于发酵生产特定产物。 （1）要求：
淀粉质原料是发酵工业最常用的原料之一。 葡萄糖是碳源中最容易利用的单糖， 淀粉水解后可获得葡萄糖。
在工业生产上将淀粉水解为葡萄糖的过程称为 淀粉的糖化，所制得的糖液为淀粉水解糖。
凡是淀粉质原料都可用于制备淀粉水解糖。 水解方法有：酸水解法、酶水解法、酸酶结合水解法。
二、淀粉水解制糖
1、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。
1,4糖苷键和α -1,6糖苷键，产生β-葡萄糖。
3、酸酶结合法
酸酶法 酶酸法
（1）酸酶法：
酸
淀粉
酸解
糊精或低聚糖
糖化酶
酶解
葡萄糖
有些淀粉，如玉米、小麦等谷类淀粉，淀粉颗粒坚 实，如用-淀粉酶液化，在短时间内，液化反应往 往不彻底； 可采用酸将淀粉水解至葡萄糖值10-15，然后将水解 液降温、中和，加入糖化酶进行糖化。
（2）酶酸法：
-淀粉酶
淀粉
糊精或低聚糖
酶解液化
酸
酸解糖化
葡萄糖
有些淀粉原料颗粒大小不一（如碎米淀粉），如果 用酸法水解，常致使水解不均匀，出糖率低； 可先采用-淀粉酶液化，过滤除杂后，再用酸法水 解制葡萄糖。
酶酸法特点： 可采用粗原料淀粉，淀粉浓度也较酸法高，糖液色浅。
不同工艺所得糖化液质量比较
四、发酵培养基中的无机盐和生长因子
1.磷酸盐是某些蛋白质和核酸的组成部分； 磷酸盐有缓冲作用。
2.硫酸镁 镁是许多酶的激活剂，硫为含硫蛋白提供硫源。
3.钾盐、钠盐一般以磷酸盐的形式供给 4.微量元素以有机碳氮源时可不单独添加 5.生长因子发酵工业一般以农副产品原料提供
常用的有玉米浆、麸皮水解液、糖蜜、酵母水 解液等。
五、发酵生产的前体物质和促进剂、抑制 剂
1.前体多在氨基酸、抗生素、核苷酸发酵中添加使用
AB
C
E D
2. 促进剂
作用改善细胞环境：增加渗透性、增强氧的传递速度等。如表面活性剂甲醇、EDTA。3.抑制剂
作用是抑制某些途径而使代谢向所需要产物的途径转化。
第2节 淀粉水解糖的制备
一、淀粉水解糖的制备方法
2、酶解法
分两步：液化和糖化，又称为双酶水解法。 相对于化学法的酸水解法，采用专一性的酶制剂作催 化剂，反应条件温和，副反应较少，可提高原料的转 化率和糖液浓度，改善糖液质量。 缺点是反应周期长。 （1）液化酶又称为α-淀粉酶，是内切型淀粉酶，任意
切开α -1,4糖苷键。 （2）糖化酶，是外切型淀粉酶，从末端依次水解α -
二、工业上常用作碳源的淀粉质原料
淀粉质原料含淀粉量高，而且来源广泛、价格便宜。 淀粉质原料及其水解液是发酵工业常用的碳源；
使用最广泛的淀粉质原料是工业淀粉、谷类、薯类； 工业淀粉有玉米淀粉、小麦淀粉、甘薯淀粉、马铃薯 淀粉、木薯淀粉等。
三、工业上常用作氮源的蛋白质类原料
发酵工业上常用的蛋白质原料主要有豆粉、花生
（2）种类
淀粉、淀粉水解糖、糖蜜、有机酸、低碳醇、脂 质、烃类。
2.氮源:
在发酵培养基中的含量因发酵目的产物不同而不同。 目的产物是否含有氮元素。
（1）分类：
I. 有机氮源： 豆粉、花生饼粉、棉子粉、玉米浆、蛋白胨、酵母粉、 鱼粉等 II. 无机氮源 氨水（液氨）、硝酸盐、铵盐。
3.无机盐:
发酵培养基的必需成分之一 主要有磷、硫、铁、Mg、Zn、Co、Cu、Mn等。
饼粉、棉子粉、玉米浆、蛋白胨、酵母粉、鱼粉等。 黄豆粉分为：全脂黄豆粉、低脂黄豆粉和脱脂黄豆粉。 玉米浆：玉米淀粉生产的副产品，是用亚硫酸浸泡玉米 所得的浸泡液的浓缩物（固形物含量在50%以上） 蛋白胨由各种动物组织和植物水解制备；有血胨、肉 胨、鱼胨、骨胨等。 酵母粉由水解啤酒酵母和面包酵母制得。 以上各种蛋白质原料均是由天然原料加工而成，成分 复杂；因原料产地、加工方法、原料品种等不同，营 养物质的含量也随之变化，因此对发酵有较大影响。
1、酸解法
优点： 生产简易，由淀粉逐步水解为葡萄糖的整个化学反应 过程，仅在一个高压容器内进行，水解时间短，设备 生产能力大。
缺点： 1）由于水解作用是在高温高压条件下进行的，要求设 备耐腐蚀、耐高温、高压； 2）在酸水解过程中，除了淀粉的水解反应外，尚有副 反应的发生，将造成淀粉的利用率降低； 3）酸水解法对淀粉原料要求严格，淀粉浓度不宜过高
DE值（Dextrose Equivalent）
指葡萄糖值，即糖化液中还原性糖全部当 作葡萄糖计算，占干物质的百分比。
DE=
还原糖 干物质
×100%
还原糖采用斐林试剂法测定； 干物质用阿贝折光仪测定。
酸酶法特点：
① 液化速度快； ② 糖化是由酶来进行的，对液化液要求不高，
可采用较高的淀粉乳浓度，提高生产效率； ③ 用酸较少，产品颜色浅，糖液质量较高。
项目
酸解法
葡萄糖值（%）
91
葡萄糖含量（%）
86
灰分（%）
1.6
蛋白质（%）
0.08
羟甲基糠醛（%） 0.30
颜色 （单位2°Be` ） 10.0
葡萄糖收率（%）
酸酶法
95 93 0.4 0.08 0.008 0.3 较酸法高5%
双酶法
98 97 0.1 0.1 0.003 0.2 较酸法高10%