[高等教育]第三章 发酵工业培养基设计.ppt

工业大规模发酵培养基应具有以下几点共性： ① 单位培养基能够产生最大量的目的产物； ② 能够使目的产物的合成速率最大； ③ 能够使副产物合成的量最少； ④ 所采用的培养基应该质量稳定、价格低廉、长期易于获得； ⑤ 所采用的培养基尽量不影响工业好氧发酵中的通气搅拌性能以及发酵产物的后处理等。 第一节 培养基的种类及要求 一、培养基用原材料要求 对于特定的已知产物，在选择培养基原料时，则应注意以下几个原则： （1）价格低廉，易得到； （2）对微生物的生长繁殖和代谢无抑制作用的物质； （3）微生物的代谢产物无有害物质。 二、培养基的种类——按组成物质的来源、状态和用 途分类 1．根据来源可分为天然、合成和半合成培养基 天然培养基营养丰富，适合于各类微生物的生长； 合成培养基成分精确，重复性强； 半合成培养基为既含有天然成分又含有纯化学试剂的培养基。 3 按用途分类——孢子培养基、种子培养基和 发酵培养基 4．根据使用目的可分为基础培养基、增殖培养基、鉴别培养基和选择培养基 鉴别培养基是培养基中加有能与某一菌的无色代谢物发生显色反应的指示剂，从而用肉眼区别于该菌与其他菌。 选择培养基是根据某种生物的特殊营养要求或其对某化学、物理因素的抗性而设计的培养基。 三、培养基的制备 1. 培养基配制的原则 （1）根据不同微生物的营养需求配制培养基 （2）营养成分的恰当配比 （3）渗透压 （4） pH 2. 培养基的优化方法 一种合成培养基的设计，需要考虑的因素是很多的，需要研究的成分也是很复杂的，其中包括碳源、氮源、玉米浆等，即便是碳源还可以是几种碳源的混合体，再加上述几种因素之间的相互影响，采用一个合理的数学方法，就可以在减少工作量的前提下，得到科学的结果。 第二节 工业发酵培养基 微生物同其他生物一样，需要不断从外界吸收营养物质，经一系列生物化学反应，获得能量并形成新的细胞物质，同时排出废物。由于微生物种类繁多，所以，它们对营养物质的需求、吸收和利用也不一样。 发酵工业对培养基的要求 消耗最少产物获得最多底物 产物生成速度快 副产物少 培养基价廉、质量稳定、来源丰富 生产工艺过程容易实现 表3-1 微生物细胞的化学成分 微生物的营养来源 表3-1 基本营养源 淀粉的双酶法水解 使用两种淀粉水解酶：α-淀粉酶和淀粉α-1,4；1,6葡萄糖苷酶。 1. α-淀粉酶 又称为淀粉液化酶，只作用于淀粉α-1,4葡萄糖苷健，其作用特点是可以快速将长链的淀粉水解成短链糊精，其水解速度随着淀粉链长度的降低而变得越来越慢，换言之，该酶不可能将淀粉完全水解成葡萄糖 。 淀粉α-1,4；1,6葡萄糖苷酶 又称为糖化酶，可以水解淀粉分子的α-1,4；或α-1,6葡萄糖苷健，其作用特点是，淀粉的分子链越短水解速度越快，水解产物为葡萄糖。 淀粉的双酶法水解工艺 淀粉调浆→液化→糖化→过滤→糖液 1）浆液浓度：20～30Be；调pH值6.0～7.0；添加CaCl2，使用量：0.01mol/L。 2）液化：耐高温α-淀粉酶；酶的使用量：5～8U/g淀粉；温度：105℃；维持时间：20～30min；降温：采用喷射冷却方法。 3）糖化：使用淀粉α-1,4；1,6葡萄糖苷酶；使用量：对于30%的浓度的淀粉，80—100U/g淀粉；温度：65℃。 双酶法的优点 1）酶促反应条件温和，水解产生的副产物少，对微生物的生长有利。 2） 双酶法水解使用的淀粉乳浓度较高，可以达到20Be以上。 糖蜜的处理 1. 糖蜜的主要成分 糖：49~50%，主要是蔗糖。 胶体物质：5~10%，来自于原料。 灰分：10~12%。 生物素：1～10 mg/Kg(甘蔗)，0.04～0.06 mg/Kg(甜菜)。 pH值6.2(甘蔗)，7.4（甜菜）。 发酵工业可以利用的主要成分是：糖和生物素。 2. 用途 使用糖蜜生产酒精。 使用糖蜜生产蒸馏酒——莱姆酒。 作为添加剂使用，柠檬酸发酵作为添加剂使用。 使用糖蜜发酵生产黄源胶等等。 3.处理方法 （1）处理目的： a. 除去胶体性物质，降低糖蜜的粘度，提高发酵液的流动性有利于改善发酵过程中氧的传递。 b. 脱色，除去有色物质，对产品的质量有影响，对微生物的生长和代谢有影响。 c. 中和过量的酸碱性物质，除去部分对pH值有影响的缓冲性物质。 （2）方法： a. 冷酸通风沉淀法，即加酸后，通风，使之沉淀糖蜜经酸化后主要是除去糖蜜中胶体性物质，通风的目的是除去一些挥发性物质。 b. 加絮凝剂（PAM）：聚丙烯酰胺（ PAM）作为絮凝剂，可以促进大分子物质的沉降，有利于