a-淀粉酶的生产工艺.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流A-淀粉酶的生产工艺.精品文档.宜宾职业技术学院论文-淀粉酶的生产工艺系 部 生物与化工工程系 专 业 名 称 酿 酒 技 术 班 级 酿 酒11103 姓 名 王梦韵 李艳梅 严红俊 学 号 201117315 201117404 201117346指 导 教 师 兰 小 艳 二一二年十月二十九日-淀粉酶的生产工艺摘要-淀粉酶广泛分布于动物、植物和微生物中,能水解淀粉产生糊精、麦芽糖、低聚糖和葡萄糖等,是工业生产中应用最为广泛的酶制剂之一。目前,-淀粉酶已广泛应用于变性淀粉及淀粉糖、焙烤工业、啤酒酿造、酒精工业、发 酵以及纺织等许多行业。本
2、次设计的淀粉酶发酵,分别以玉米粉为碳源,以豆饼为氮源,以BF-7658枯草芽孢杆菌为生产菌种,同时做出了生产工艺流程图,详细的介绍了-淀粉酶的生产工艺。关键词:-淀粉酶;生产工艺设计;深层发酵法 Alpha amylase production technologyAbstractAlpha amylase widely distributed in animals, plants and microbes, can be hydrolyzed starch produce dextrin, maltose, oligosaccharide and glucose and so on, it
3、is the industrial production in the most widely used one of enzyme preparation. At present, the alpha amylase has been widely used in modified starch and starch sugar, baking industry, brewing, alcohol industry, hair leaven and textile and many other industries. The design of amylase fermentation, r
4、espectively with corn flour for carbon source, nitrogen source for bean cake, with BF - 7658 bacillus subtilis strains for the production, at the same time, make the production process flow diagram, detailed introduces the alpha amylase production technology.Keywords: Alpha amylase, Production proce
5、ss design; Deep fermentation目录前言.11 -淀粉酶的生产方法.11.1 生产方法的选择.11.2 -淀粉酶培养基的制作.31.2.1耐高温-淀粉酶的生产方法.4 1.2.2耐高温淀粉酶的生产原料.4 1.2.3耐高温淀粉酶培养基制作.5 1.2.4耐高温淀粉酶的另一种生产方法.51.2.5用菌种枯草芽孢杆菌来提取耐高温淀粉酶.52 -淀粉酶的菌种选育.62.1 菌株与培养方法.62.1.1 培养基.72.1.2仪器设备.72.2 实验方法.72.2.1 细菌的分离与初步鉴定.72.2.2 紫外线诱变育种.72.3 诱变方法以及变异菌株的筛选.73 -淀粉酶分离纯化
6、.83.1 -淀粉酶的分离.83.2 实验方法.93.2.1分析和测试方法.104 讨论.105 结论.10前言根据淀粉酶对淀粉的水解方式不同,可将其分为-淀粉酶、-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和异淀粉酶等。其中,-淀粉酶(-1,4-葡聚糖-4-葡聚糖苷酶)多是胞外酶,其作用于淀粉时可从分子内部随机地切开淀粉链的-1,4糖苷键,而生成糊精和还原糖,产物的末端残基碳原子构型为-构型,故称-淀粉酶。-淀粉酶来源广泛,主要存在发芽谷物的糊粉细胞中,当然,从微生物到高等动、植物均可分离到,是一种重要的淀粉水解酶,也是工业生产中应用最为广泛的酶制剂之一。它可以由微生物发酵制备,也可以从动植物中提取。不同来源的-
7、淀粉酶的性质有一定的区别,工业中主要应用的是真菌和细菌淀粉酶。目前,-淀粉酶已广泛应用于变性淀粉及淀粉糖、焙烤工业、啤酒酿造、酒精工业、发酵以及纺织等许多行业,是一种重要工业用酶。如在淀粉加工业中,微生物-淀粉酶已成功取代了化学降解法;在酒精工业中能显著提高出酒率。其应用于各种工业中对缩短生产周期,提高产品得率和原料的利用率,提高产品质量和节约粮食资源,都有着极其重要的作用。相对地,关于-淀粉酶抑制剂国内外也有很多研究报道。-淀粉酶抑制剂是糖苷水解酶的一种。它能有效地抑制肠道内唾液及胰淀粉酶的活性,阻碍食物中碳水化合物的水解和消化,降低人体糖份吸收、降低血糖和血脂的含量,减少脂肪合成,减轻体重
8、。有报道表明,-淀粉酶可以帮助改善糖尿病患者的耐糖量。这一领域研究自2O世纪8O年代和9O年代十分活跃,但目前-淀粉酶抑制剂的研究工作仍处于基础阶段,至今仍未得到有效合理的开发应用。-淀粉酶的生产工艺1 -淀粉酶的生产方法 1.1生产方法的选择枯草杆菌BF7658是我国应用广泛的液化型-淀粉酶菌种,国内普遍采用深层发酵法生产工业粗酶。我们从BF7658出发,用紫外光及化学药品反复交替诱变,选育适用于固体发酵的新菌体BF76581。该菌为短杆状,革兰氏阳性,两端钝园,在肉汁表面可生成菌膜,在培养基上菌落呈乳白色,表面光滑、湿润、略有光泽,用碘液试之,菌落周围呈透明圈。 固体培养枯草杆菌BF765
9、81生产-淀粉酶 将菌种接种于马铃薯琼脂斜面,37培养三天,然后转接到种子液体培养基上 (豆饼粉、玉米粉、酵母膏、蛋白胨火碱、水等),摇瓶培养一定时间,当菌体进入对数生长期时,以0. 5%接种量接入固体培养基(麸皮、米糠、豆饼粉、火碱、水;ph=7左右,常压汽蒸一小时,冷却到3840)在厚层通风制曲箱内,通风保持3742,培养48小时出曲风干。 麸曲用1食盐水34倍浸泡,3小时后过滤,调节滤液pH=8,加硫酸铵溶液沉淀酶,经离心,用浓酒精洗涤脱水,40烘干、磨粉即为成品。 深层发酵法生产-淀粉酶斜面菌种制法同前。将试管斜面菌种接种到马铃薯茄子饼斜面(培养基同前种子培养基),37培养三天,使之形
10、成芽孢,以提高种子的稳定性。然后接种到500升种子罐,37搅拌通风培养1214小时。当菌体进入对数生长期(镜检细胞密集、粗壮整齐、大多数细胞单独存在,少数呈链状,发酵液=6.36.8,酶活510单位毫升)时,乃转入10000升发酵罐,37,通风,搅拌,培养4048小时。中途三倍碳源的培养基补料,体积相当于基础料的13,从培养12小时开始,每小时一次,分30余次添加完毕。停止补料后68小时罐温不再上升,菌体衰老,80形成空泡,每23小时取样分析一次,当酶活不再升高,可结束发酵。而后向发酵液中添加2%CaCl2,0.8%Na2HPO4,5055加热处理30分钟,以破坏共存的蛋白酶,促使胶体凝聚而易
11、于过滤。冷却到35,加入硅藻土为助滤剂过滤。滤液加2.5倍水洗涤,洗涤同发酵液混合,真空浓缩数倍后,加(NH4)2SO4盐析,盐析物加硅藻土后压滤,滤饼于40烘干,磨粉而成。按此工艺,由酶液到粉状酶制剂的收率为70。 对于固体发酵有以下缺点: 1. 限于低湿状态下生长的微生物,故可能的流程及产物较受限,一般较适合于真菌。 2. 在较致密的环境下发酵,其代谢热的移除常造成问题,尤其是大量生产时,常限制其大规模的产能。 3. 固态下各项参数不易侦测,尤其是液体发酵的各种探针不适用于固体发酵,pH值、湿度、基质浓度不易调控,Biomass不易量测,每批次发酵条件不易一致,再现性差。 4. 不易以搅拌
12、方式进行质量传递,因此发酵期间,物质的添加无法达到均匀。 5. 由于不易侦测,从发酵工程的观点来看,许多工作都只是在定性或观察性质,故不易设计反应器,难以量化生产或设计合理化的发酵流程。6. 固体发酵的培养时间较长,其产量及产能常低于液体发酵。7. 萃取的产物常因黏度高不易大量浓缩。 而对于发酵罐深层培养具有生产周期短、产量高、效益大等优点故选用层发酵法生产-淀粉酶。 1.2 -淀粉酶培养基的制作(1)培养基的类型 培养基的种类很多,可以根据组成、状态和用途等进行分类,按照用途可以分成孢子培养基,种子培养基和发酵培养基。微生物大规模发酵设计主要用到孢子,种子和发酵培养基这三种类型。(2)孢子培
13、养基 孢子培养基配制的目的是供菌体繁殖孢子的,常采用的是固体培养基,对这类培养基的要求是能使菌体生长快速,产生数量多而优质的孢子,并且不会引起菌体变异。对孢子培养基的要求:营养不要太丰富;所用无机盐的浓度要适量;注意培养基的pH和湿度。 -淀粉酶的孢子培养基配置如下:将麸皮5、豆饼粉3、蛋白胨0.25%、琼脂2%(pH 7.1)制成斜面培养基,在0.1MPa蒸汽灭菌20 min 。(3)种子培养基 种子培养基是供孢子发芽、生长和大量繁殖菌丝体,并使菌丝体长得粗壮成为活力强的种子。对于种子培养基的营养要求比较丰富和完全,氮源和维生素的含量也比较高些,浓度以稀薄为好,可以达到较高的溶解氧,供大量菌
14、体生长和繁殖。 -淀粉酶的种子培养基的配置:将豆饼1%、蛋白胨和酵母膏各0.4%、氯化钠0.05%配置成种子培养基(pH 7.17.2),在0.1MPa蒸汽灭菌20 min。(4)发酵培养基发酵培养基的要求是营养要适当丰富和完全适合于菌种的生理特性和要求,使菌种迅速生长、健壮,能在比较短的周期内充分发挥产生菌合成发酵产物的能力,但要注意成本和能耗。-淀粉酶的发酵培养基配方是:麸皮70、小米糠20、木薯粉10%、烧碱0.5%,加水使水量达60,常压蒸汽灭菌1h.本发酵属于一级种子罐扩大培养,二级发酵。设计流程如下: 孢子锥形瓶种子罐发酵罐 (1)孢子制备 将保存在淀粉琼脂斜面上的枯草芽孢杆菌孢子
15、用无菌水洗下,接种到锥形瓶中,在35静置培养24天,待长出大量孢子后作为接种用的种子。 (2)种子制备 将保藏的菌种接种到马铃薯茄子瓶斜面(20%马铃薯煎出汁加MgSO47H2O 5 mg/L,琼脂2%,pH 6.77.0),37培养3天。然后接入到20L种子罐,37搅拌,通风培养1214小时。此时菌种进入对数生长期(镜检细胞密集,粗壮整齐,大多数细胞单独存在,少数呈链状,发酵液pH 6.36.8,酶活510U/mL),再接种到发酵罐。 (3)发酵罐培养 培养基的配制:用麦芽糖液配置成含麦芽糖6、豆粕水解液67、Na2HPO412H2O0.8、(NH4)2SO4 0.4、CaCl2 0.2、N
16、H4Cl0.15、豆油1kg、深井水20L,调pH至 6.57.0。 发酵罐培养基经消毒灭菌冷却后接入3%5%种子培养成熟液。培养条件为:温度371,罐压0.5kgcm2,风量120h 为1:0.48vvm,20 h后1:0.67vvm,培养时间为2836 h。 1.2.1 耐高温-淀粉酶的生产方法耐高温淀粉酶生产工艺,采用地衣芽孢杆菌为菌株,通过一级种子罐发酵、大罐发酵、过滤、成品处理制得。 1.2.2 耐高温-淀粉酶的生产原料有采用地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)1.5吨种子罐发酵 ,玉米淀粉6%10%,玉米浆1%3%,豆粕2%5%,磷酸二氢钾0.3%0.6%,
17、磷酸氢二钾0.5%2%,柠檬酸钠0.1%0.3%,35吨发酵罐发酵, 玉米淀粉15%30%,玉米粉5%10%,豆粕1%8%,玉米浆2%5%,磷酸二氢钾0.1%0.8%,磷酸氢二钾0.8%2%,柠檬酸钠0.05%0.4%等。 1.2.3 耐高温淀粉酶培养基制作(1) 选取菌种:采用地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)。(2) 1.5吨种子罐发酵 ,培养基配方:玉米淀粉6%10%,玉米浆1%3%,豆粕2%5%,磷酸二氢钾0.3%0.6%,磷酸氢二钾0.5%2%,柠檬酸钠0.1%0.3%,余量为水,各组分以重量百分比计;加高温淀粉酶液化,消后pH6.2-6.5;用茄子瓶接入种
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