《微生物制药》课件.ppt

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1、现代微生物发酵及技术教程现代微生物发酵及技术教程4.4.微生物发酵工程概述微生物发酵工程概述 4.1 4.1 微生物发酵的类型微生物发酵的类型 4.2 4.2 4.2 4.2 原料的选择和处理原料的选择和处理原料的选择和处理原料的选择和处理4.3 4.3 4.3 4.3 灭菌和空气净化工程灭菌和空气净化工程灭菌和空气净化工程灭菌和空气净化工程4.5 4.5 菌种的培养菌种的培养4.6 4.6 发酵过程的分析检验发酵过程的分析检验4.4.微生物发酵工程概述微生物发酵工程概述4.7 4.7 发酵培养方法发酵培养方法 2 发酵工程是利用微生物细胞的代谢过程生产发酵工程是利用微生物细胞的代谢过程生产有

2、用的各种产物的过程，它由有用的各种产物的过程，它由三个核心部分三个核心部分组成：组成：一、生产特定产物的微生物一、生产特定产物的微生物菌种的选育菌种的选育；二、利；二、利用适当的设备和技术为菌种用适当的设备和技术为菌种提供最佳条件提供最佳条件，充分，充分发挥菌种的生产能力；三、将发酵产生的产物经发挥菌种的生产能力；三、将发酵产生的产物经分离、纯化，以分离、纯化，以提高收率获得质量合格的产品提高收率获得质量合格的产品。微生物发酵工业以微生物发酵工业以发酵为主发酵为主，发酵水平的好，发酵水平的好坏是整个生产的关键，但坏是整个生产的关键，但后处理后处理在发酵生产中也在发酵生产中也占有重要的地位占有重

3、要的地位。完整的微生物发酵工程应该包。完整的微生物发酵工程应该包括从原料到获得终产品的过程，即括从原料到获得终产品的过程，即菌种是基础，菌种是基础，发酵是关键，分离纯化是保障发酵是关键，分离纯化是保障。34.1 4.1 微生物发酵的类型微生物发酵的类型 按照微生物对按照微生物对氧气的要求、发酵采用的方式、发氧气的要求、发酵采用的方式、发酵产物的特性酵产物的特性，将发酵分为不同的类型：，将发酵分为不同的类型：4.1.1 4.1.1 按照微生物对按照微生物对氧气的要求分类氧气的要求分类1 1、好氧发酵：好氧发酵：指发酵产物形成时指发酵产物形成时需要充足的氧气需要充足的氧气。如。如柠檬酸发酵、草酸发

4、酵、谷氨酸发酵以及各种抗生柠檬酸发酵、草酸发酵、谷氨酸发酵以及各种抗生素发酵等。素发酵等。2 2、厌氧发酵：厌氧发酵：指发酵时指发酵时不需要提供氧气不需要提供氧气，如丙酮，如丙酮-丁丁醇发酵、乳酸发酵、丙酸发酵、丁酸发酵等。醇发酵、乳酸发酵、丙酸发酵、丁酸发酵等。3 3、兼性厌氧发酵：兼性厌氧发酵：产生酒精的酵母菌是一种兼性厌氧产生酒精的酵母菌是一种兼性厌氧微生物，在缺氧条件下进行酒精发酵，积累酒精，微生物，在缺氧条件下进行酒精发酵，积累酒精，在大量通气条件下则进行好氧发酵，产生大量酵母在大量通气条件下则进行好氧发酵，产生大量酵母细胞。细胞。44.1.2 4.1.2 按微生物发酵采用的培养基状

5、态分类按微生物发酵采用的培养基状态分类1 1、固体发酵、固体发酵 固态发酵是指没有或几乎没有自由水固态发酵是指没有或几乎没有自由水存在下，在有一定湿度下的固态基质中，存在下，在有一定湿度下的固态基质中，用一种或多种微生物的一个生物反应过程。用一种或多种微生物的一个生物反应过程。5固体发酵的固体发酵的优点优点：操作简便、发酵过程容易控制、对无菌操作简便、发酵过程容易控制、对无菌要求相对较低、不易发生大面积的污染；要求相对较低、不易发生大面积的污染；基质含水量低，生物反应器的体积小；基质含水量低，生物反应器的体积小；发酵的副产物可以综合利用，不需废水发酵的副产物可以综合利用，不需废水处理；处理；供

6、氧由气体扩散或间接通风完成，能耗供氧由气体扩散或间接通风完成，能耗低；低；能在一定程度上解除产物抑制，可获得能在一定程度上解除产物抑制，可获得较高的次级代谢产物。较高的次级代谢产物。6缺点：缺点：厂房面积大；厂房面积大；生物反应器设计不够完善；生物反应器设计不够完善；难以准确测定含水量、菌体量和二氧化难以准确测定含水量、菌体量和二氧化碳生成量等发酵参数；碳生成量等发酵参数；微生物生长速度缓慢，容易污染；微生物生长速度缓慢，容易污染；只适合用于耐低活性水的菌等的发酵。只适合用于耐低活性水的菌等的发酵。72.2.液体发酵液体发酵 液体发酵的方式：液体发酵的方式：1 1、将培养基放在瓷盘内，进行静止

7、培、将培养基放在瓷盘内，进行静止培养，称养，称浅盘发酵（表面发酵）浅盘发酵（表面发酵）。该法存在。该法存在不少的缺点，如劳动强度大，占地面积大，不少的缺点，如劳动强度大，占地面积大，产量小，易染杂菌等，因此迅速被液体深产量小，易染杂菌等，因此迅速被液体深层发酵所取代。层发酵所取代。2 2、将培养液放入不锈钢制成的发酵罐，、将培养液放入不锈钢制成的发酵罐，在罐内进行在罐内进行深层发酵深层发酵。8液体深层发酵的液体深层发酵的优点优点：1 1、液体为悬浮状态为许多微生物提供最适合生、液体为悬浮状态为许多微生物提供最适合生长环境，长环境，菌体生长快，发酵产率高，发酵周期短菌体生长快，发酵产率高，发酵周

8、期短；2 2、在液体中，菌体、底物、产物以及发酵产生、在液体中，菌体、底物、产物以及发酵产生的热量易于扩散，使发酵可在均质条件下进行，的热量易于扩散，使发酵可在均质条件下进行，易易于控制，便于扩大生产规模于控制，便于扩大生产规模；3 3、厂房面积小，生产效率高，易进行自动控制，、厂房面积小，生产效率高，易进行自动控制，产品质量稳定产品质量稳定；4 4、产品、产品易于提取和精制易于提取和精制。但液体深层发酵消耗能源多，设备复杂，需要但液体深层发酵消耗能源多，设备复杂，需要较大的投资，有废物排除等较大的投资，有废物排除等缺点缺点。94.1.3 4.1.3 发酵的一般工艺过程发酵的一般工艺过程 微生

9、物发酵产物虽然多种多样，发酵类型不微生物发酵产物虽然多种多样，发酵类型不一，但总体上的一，但总体上的工艺流程工艺流程是相似的，包括以下过是相似的，包括以下过程：程：1 1、原料的处理和灭菌；、原料的处理和灭菌；2 2、空气的净化除菌；、空气的净化除菌；3 3、菌种的扩大培养；、菌种的扩大培养；4 4、发酵的条件控制；、发酵的条件控制；5 5、产品的提取精制等阶段。、产品的提取精制等阶段。104.2 4.2 原料的选择及处理原料的选择及处理 培养基是微生物生长繁殖需要的营养环境。培养基是微生物生长繁殖需要的营养环境。培养基成分包括碳源、氮源、无机盐、微量元素培养基成分包括碳源、氮源、无机盐、微量

10、元素和水等。和水等。4.2.1 4.2.1 选择合适的原料选择合适的原料标准：标准：1 1、原料中碳的可利用率高；、原料中碳的可利用率高；2 2、发酵率高，而且尽可能使发酵残余物少；、发酵率高，而且尽可能使发酵残余物少；3 3、原料质量好，成分稳定，污染变质少，易灭菌；、原料质量好，成分稳定，污染变质少，易灭菌；4 4、廉价，来源方便，易于保藏。、廉价，来源方便，易于保藏。114.2.2 4.2.2 淀粉水解糖的制备淀粉水解糖的制备 淀粉是由葡萄糖组成淀粉是由葡萄糖组成的生物大分子，除少数霉的生物大分子，除少数霉菌可以直接利用淀粉外，目前菌可以直接利用淀粉外，目前大多数微生物都不能大多数微生物

11、都不能直接利用淀粉直接利用淀粉，如氨基酸产生菌、酒精酵母、抗生，如氨基酸产生菌、酒精酵母、抗生素产生菌等。因此在氨基酸、抗生素有机酸等的生素产生菌等。因此在氨基酸、抗生素有机酸等的生产中，都要求产中，都要求先对淀粉或淀粉原料进行糖化，制成先对淀粉或淀粉原料进行糖化，制成淀粉水解糖后使用淀粉水解糖后使用。将淀粉水解为葡萄糖的过程称为将淀粉水解为葡萄糖的过程称为糖化糖化，制得的，制得的糖溶液叫糖溶液叫淀粉水解糖淀粉水解糖。淀粉蓝糊精红糊精无色糊精麦芽糖葡萄糖（C6H10O5)n+nH2O n C6H12O6酸或酶12一、淀粉水解糖的制备方法一、淀粉水解糖的制备方法 葡萄糖值葡萄糖值-DE-DE值值

12、 工业上用工业上用DEDE值（也称值（也称G G值）表示值）表示淀粉糖的糖组成淀粉糖的糖组成。糖。糖化液中的还原糖含量（以化液中的还原糖含量（以G G计算）占干物质的百分率称为。计算）占干物质的百分率称为。还原糖含量还原糖含量DEDE值值 =100%100%干物质含量干物质含量 用于制备淀粉的原料主要有薯类、玉米、小麦、用于制备淀粉的原料主要有薯类、玉米、小麦、大米等富含淀粉的农产品。根据大米等富含淀粉的农产品。根据原料淀粉的性质原料淀粉的性质及及采采用的催化剂不同用的催化剂不同，淀粉水解为葡萄糖的方法有，淀粉水解为葡萄糖的方法有酸解法酸解法、酶解法酶解法以及以及酸酶结合法酸酶结合法等三种。等

13、三种。13 又称又称酸糖化法酸糖化法，它是以酸为催化剂在高温下将，它是以酸为催化剂在高温下将淀粉水解转化为葡萄糖的方法。淀粉水解转化为葡萄糖的方法。优点：优点：生产方便，设备简单，水解时间短，设备生产生产方便，设备简单，水解时间短，设备生产能力大；能力大；缺点：缺点：a a反应在反应在高温高压及酸条件下进行高温高压及酸条件下进行，对设备有耐，对设备有耐腐蚀、耐高温和耐高压的要求；腐蚀、耐高温和耐高压的要求；b b发生副反应，葡萄糖损失，发生副反应，葡萄糖损失，淀粉的转化率低淀粉的转化率低；c c对原料要求严格对原料要求严格。1 1、酸解法、酸解法 14 酶解法是利用专一性很强的酶解法是利用专一

14、性很强的淀粉酶淀粉酶及及糖化酶糖化酶将淀将淀粉水解为葡萄糖的方法。粉水解为葡萄糖的方法。酶解法可分为两步：酶解法可分为两步：第一步，利用第一步，利用-淀粉酶淀粉酶将淀粉将淀粉液化液化；第二步，利用第二步，利用糖化酶糖化酶将糊精或低聚糖进一步水解转化将糊精或低聚糖进一步水解转化为为葡萄糖葡萄糖。生产上这两步分别称为。生产上这两步分别称为液化和糖化液化和糖化。由于。由于在该过程中淀粉的液化和糖化都是在酶的作用下进行在该过程中淀粉的液化和糖化都是在酶的作用下进行的。因此酶解法又称为的。因此酶解法又称为双酶法或多酶法双酶法或多酶法。2 2、酶解法、酶解法 151.1.酶酶解解法法是是在在酶酶的的作作用

15、用下下进进行行的的，反反应应条条件件较较温温和，和，不需要耐高温高压或耐酸腐蚀的设备；不需要耐高温高压或耐酸腐蚀的设备；2.2.酶酶作作为为催催化化剂剂的的特特点点是是专专一一性性强强，副副反反应应少少，故水解糖液纯度高，淀粉转化率高；故水解糖液纯度高，淀粉转化率高；3.3.可可在在较较高高的的淀淀粉粉乳乳浓浓度度下下水水解解。如如酸酸解解法法一一般般使使用用含含18%-20%18%-20%淀淀粉粉的的淀淀粉粉乳乳，而而酶酶解解法法可可用用含含34%-40%34%-40%淀粉的淀粉乳，淀粉的淀粉乳，并且可以采用粗原料并且可以采用粗原料。4.4.用酶解法制得的糖液较纯净、颜色浅、无苦味、用酶解法

16、制得的糖液较纯净、颜色浅、无苦味、质量高，质量高，有利于糖液的充分利用有利于糖液的充分利用。优优点点16缺点缺点 酶解法酶解法反应时间较长反应时间较长，设备要求较设备要求较多，多，且酶是蛋白质，易且酶是蛋白质，易引起糖液过滤困引起糖液过滤困难难。当然，随着酶制剂生产及应用技术。当然，随着酶制剂生产及应用技术的提高，酶解法制糖将逐渐取代酸解法的提高，酶解法制糖将逐渐取代酸解法制糖。制糖。173 3酸酶结合法酸酶结合法 酸酶结合法是集中了酸酶结合法是集中了酸解法和酶解法制糖的优酸解法和酶解法制糖的优点点而采用的生产方法，它又可分为：而采用的生产方法，它又可分为：A A、酸酶法：、酸酶法：是先将是先

17、将淀粉淀粉用用酸水解成糊精或低聚糖酸水解成糊精或低聚糖，然后再用然后再用糖化酶将其水解成葡萄糖糖化酶将其水解成葡萄糖的工艺。一般采的工艺。一般采用将淀粉先用酸水解到用将淀粉先用酸水解到DEDE值达值达10-1510-15，在降温中和后，在降温中和后，用糖化酶进行糖化。用糖化酶进行糖化。优点：优点：酸液化速度快酸液化速度快，糖化时可以采用较高的，糖化时可以采用较高的淀粉乳浓度，淀粉乳浓度，提高生产效率提高生产效率；酸用量少，产品的色；酸用量少，产品的色泽浅，泽浅，糖液质量高糖液质量高。18B B、酶酸法、酶酸法：是先将淀粉乳用：是先将淀粉乳用-淀粉酶液化淀粉酶液化到一定到一定程度，再用程度，再用

18、酸水解成葡萄糖酸水解成葡萄糖的工艺。有些淀粉原的工艺。有些淀粉原料颗粒大小不一，如用酸法水解，则料颗粒大小不一，如用酸法水解，则常使水解不常使水解不均匀，出糖率低均匀，出糖率低。生产中应用。生产中应用酶酸法酶酸法，可采用粗，可采用粗淀粉为原料，粉料浓度较酸解法高，淀粉为原料，粉料浓度较酸解法高，生产易控制，生产易控制，耗时短，且酸解时耗时短，且酸解时PHPH值稍高，以减轻淀粉水解的值稍高，以减轻淀粉水解的副反应。副反应。从水解糖的质量和降低糖耗，从水解糖的质量和降低糖耗，提高原料的出提高原料的出糖率来看，酶解法最好，酸解法最差糖率来看，酶解法最好，酸解法最差。从制糖过。从制糖过程程所需的时间看

19、，酸解法最短，酶解法最长所需的时间看，酸解法最短，酶解法最长。194.2.2.2 4.2.2.2 淀粉酸水解原理及技术淀粉酸水解原理及技术1 1、淀粉酸水解原理、淀粉酸水解原理 淀粉淀粉蓝糊精蓝糊精红糊精红糊精无色糊精无色糊精麦芽糖麦芽糖葡萄糖葡萄糖水解过程：水解过程：水解过程中存在三大化学反应：水解过程中存在三大化学反应：复合二糖复合二糖 复合低聚糖复合低聚糖 水解水解淀粉淀粉 葡萄糖葡萄糖 5-羟甲基糖醛羟甲基糖醛 有机酸、有色物质有机酸、有色物质13220（1 1）水解反应速度）水解反应速度（C C6 6H H1010O O5 5)n+nH)n+nH2 2O n CO n C6 6H H

20、1212O O6 6酸酸影响水解反应速度常数影响水解反应速度常数k k的几个因素的几个因素 k=N 1 1）为催化剂活性系数为催化剂活性系数催化剂HClH2SO4H3PO4HACHBrHI值10.5-0.520.30.0251.72.5各种酸的各种酸的值值2 2）N N为酸的摩尔浓度为酸的摩尔浓度3）为多糖的水解性常数为多糖的水解性常数多糖的种类棉花淀粉木材稻草半纤维素蔗糖值14002.0-2.510-400100214 4）为水解温度为水解温度不同温度下淀粉水解反应速度常数不同温度下淀粉水解反应速度常数 温度119133138143k值0.1250.4700.7701.200结论：结论：淀粉

21、水解所用的淀粉水解所用的催化剂种类催化剂种类、浓度浓度、反应温度反应温度均对均对水解反应速度有很大的影响水解反应速度有很大的影响，是我们在水解过程，是我们在水解过程中必须注意的主要因素。中必须注意的主要因素。（2 2）葡萄糖的复合反应）葡萄糖的复合反应2C6H12O6 C12H22O11+H2O 酸和热酸和热 复合反应中两个葡萄糖分复合反应中两个葡萄糖分子通过复合反应子通过复合反应聚合成二糖聚合成二糖时，时，并不是经过并不是经过1 1，4-4-糖苷键糖苷键聚合聚合成为麦芽糖，而主要是经由成为麦芽糖，而主要是经由1 1，6-6-糖苷键糖苷键聚合成聚合成异麦芽糖异麦芽糖或或经由经由1 1，6-6-

22、糖苷键聚合成糖苷键聚合成龙胆龙胆二糖二糖。当然此复合反应是可逆。当然此复合反应是可逆的，复合糖可以再水解变成葡的，复合糖可以再水解变成葡萄糖。萄糖。22（3 3）葡萄糖的分解反应）葡萄糖的分解反应葡萄糖（失水）5-羟甲基糠醛 +甲酸 腐植质（色素）实验结果证明：实验结果证明：1 1）5-5-羟甲基羟甲基糠糠醛是产生色素的根源；醛是产生色素的根源；2 2）色素的生成量随）色素的生成量随葡萄糖浓度的增加而增加葡萄糖浓度的增加而增加；3 3）PHPH值等于值等于3 3时，色素的生成量最小。时，色素的生成量最小。酸法水解淀粉过程中，由于酸法水解淀粉过程中，由于反应温度、压力过高，时间过长，反应温度、压

23、力过高，时间过长，葡萄糖受酸和热的影响发生分解葡萄糖受酸和热的影响发生分解反应，生成反应，生成5-羟甲基糠醛羟甲基糠醛，因，因5-羟甲基糠醛的性质不稳定，又可羟甲基糠醛的性质不稳定，又可进一步分解生成进一步分解生成乙酰丙酸、蚁酸乙酰丙酸、蚁酸等物质，而这些物质又能自身相等物质，而这些物质又能自身相互聚合，或与淀粉中所含的其他互聚合，或与淀粉中所含的其他有机物质相结合，产生有机物质相结合，产生色素色素。231 1）酸法糖化工艺流程）酸法糖化工艺流程淀粉淀粉盐酸盐酸蒸汽蒸汽水水调浆调浆糖化糖化冷却冷却中和脱色中和脱色压滤压滤滤渣滤渣糖液糖液活性炭活性炭Na2CO32 2、酸水解工艺、酸水解工艺 淀

24、粉的酸水解工淀粉的酸水解工艺是根据淀粉在水解艺是根据淀粉在水解过程中的过程中的水解反应水解反应和和复合反应规律性复合反应规律性来决来决定的。在制定工艺条定的。在制定工艺条件时件时既要保证淀粉的既要保证淀粉的彻底水解，达到较高彻底水解，达到较高葡萄糖量葡萄糖量，又要尽可，又要尽可能减少葡萄糖复合、能减少葡萄糖复合、分解反应的发生程度，分解反应的发生程度，此外，还要符合目的此外，还要符合目的产物的产物的发酵条件，发酵条件，符符合发酵工艺的合发酵工艺的实际情实际情况况。242 2）水解条件选择及其控制）水解条件选择及其控制 1 1、淀粉乳浓度的选择、淀粉乳浓度的选择 2 2、HClHCl用量用量 淀

25、粉乳浓淀粉乳浓度（度（BXBX）26262424222220201919181817171616DEDE值值89.89.171789.89.272789.989.92 291.191.191.391.392.792.77 792.8192.8193.0193.01浓度控制在浓度控制在18-19BX18-19BX。用量为淀粉量的用量为淀粉量的0.6%-0.7%0.6%-0.7%，淀粉乳，淀粉乳的的PHPH为为1.51.5左右。左右。253 3、水解时间、水解时间 4 4、水解设备水解设备 一般一般15min15min，水解终点的检查，用，水解终点的检查，用无无水酒精检查无白色为止。水酒精检查无白

26、色为止。不锈钢或搪瓷衬底设备。不锈钢或搪瓷衬底设备。5 5、糖化液糖化液6 6、脱脱 色色 冷却降温，并加冷却降温，并加纯碱中和调节纯碱中和调节PHPH为，为，温度控制在温度控制在60-7060-70。活性炭脱色活性炭脱色，添加量为淀粉量的，添加量为淀粉量的，在，温度在，温度6565，搅拌脱色，搅拌脱色30min30min，经过滤经过滤掉蛋白质等杂质，即获得较纯的水解糖掉蛋白质等杂质，即获得较纯的水解糖。264.2.2.3 4.2.2.3 双酶法制糖原理双酶法制糖原理 酶解法也称双酶法，它是由酶解法也称双酶法，它是由淀粉酶和糖化酶淀粉酶和糖化酶将将淀粉糖转化为葡萄糖淀粉糖转化为葡萄糖的方法。的

27、方法。酶解法优点：酶解法优点：以作用专一性的酶制剂作为催以作用专一性的酶制剂作为催化剂，因此化剂，因此反应条件温和反应条件温和，复合和分解反应较少复合和分解反应较少，因此采用酶法生产不仅可因此采用酶法生产不仅可提高淀粉的转化率及糖提高淀粉的转化率及糖液的浓度液的浓度，而且还可大幅度地，而且还可大幅度地改善了糖液的质量改善了糖液的质量，是目前最为理想、应用最广的制糖方法。是目前最为理想、应用最广的制糖方法。缺点：缺点：时间长；过滤难。时间长；过滤难。271 1、淀粉酶解法的两个步骤、淀粉酶解法的两个步骤 酶酶 水解位置水解位置 水解次序水解次序 水解产物水解产物液化液化 淀粉酶淀粉酶 1，4糖苷

28、键糖苷键 无先后次序无先后次序 葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖 异麦芽糖、低聚糖异麦芽糖、低聚糖糖化糖化 糖化酶糖化酶 1，4和和1，6 从非还原性从非还原性 葡萄糖葡萄糖 糖苷键糖苷键 末端开始末端开始一、一、液化过程液化过程，采用高温，采用高温-淀粉酶淀粉酶，将高温糊化了，将高温糊化了的淀粉液化，的淀粉液化，生成糊精及低聚糖生成糊精及低聚糖，使淀粉和其结合，使淀粉和其结合蛋白分离；蛋白分离；二、二、糖化过程糖化过程，利用，利用糖化酶糖化酶将液化生成的糊精、低将液化生成的糊精、低聚糖进一步聚糖进一步水解生成葡萄糖水解生成葡萄糖。28淀粉糊化淀粉糊化 是指是指淀粉受热淀粉受热

29、后，淀粉颗粒膨胀，后，淀粉颗粒膨胀，晶体结构消失晶体结构消失，互相接触变成糊状液体互相接触变成糊状液体，即使停止搅拌，淀粉也不会，即使停止搅拌，淀粉也不会再沉淀的现象。再沉淀的现象。由于淀粉颗粒的结晶由于淀粉颗粒的结晶性结构对酶作用的抵抗力性结构对酶作用的抵抗力非常强非常强,不能使淀粉酶直接不能使淀粉酶直接作用于淀粉作用于淀粉,而需要先加热而需要先加热淀粉乳淀粉乳,使淀粉颗粒吸水膨使淀粉颗粒吸水膨胀、糊化，破坏其结晶性胀、糊化，破坏其结晶性的结构。的结构。1 1、液化原理、液化原理1 1）淀粉的糊化与老化）淀粉的糊化与老化 29 糊化温度：糊化温度：发生糊化现象时的温度称为糊化温度，发生糊化现

30、象时的温度称为糊化温度，一般来讲，糊化温度有一个范围。不同的淀粉有不同一般来讲，糊化温度有一个范围。不同的淀粉有不同的糊化温度。的糊化温度。淀粉的老化：淀粉的老化：分子间分子间氢键已断裂的糊化淀粉又重氢键已断裂的糊化淀粉又重新排列形成新的氢键的过程新排列形成新的氢键的过程，也就是复结晶过程。，也就是复结晶过程。老化的弊端：老化的弊端：淀粉酶很难进入老化淀粉的结晶区淀粉酶很难进入老化淀粉的结晶区起作用，使起作用，使淀粉很难液化，更不能糖化淀粉很难液化，更不能糖化。糊化淀粉是在淀粉酶的作用下液化的，糊化淀粉是在淀粉酶的作用下液化的，-淀粉酶淀粉酶可以水解淀粉分子链的可以水解淀粉分子链的-1-1，4

31、 4糖苷键糖苷键，不能水解，不能水解-1-1，6 6糖苷键，但能越过糖苷键，但能越过-1-1，6 6糖苷键继续水解糖苷键继续水解-1-1，4 4糖苷键，糖苷键，水解没有规律性的先后次序。水解没有规律性的先后次序。302 2、糖化的原理、糖化的原理 糖化酶又称糖化酶又称糖化型淀粉酶或葡糖淀粉酶糖化型淀粉酶或葡糖淀粉酶，它对，它对底物作用是底物作用是从非还原性末端开始切割从非还原性末端开始切割，一个分子切，一个分子切割下葡萄糖单位。它不但可以水解割下葡萄糖单位。它不但可以水解-1-1，4 4糖苷键，糖苷键，而且也水解而且也水解-1-1，6 6糖苷键和糖苷键和-1-1，3 3糖苷键。它可糖苷键。它可

32、以以直接将淀粉水解成葡萄糖直接将淀粉水解成葡萄糖，也能水解糊精、低聚，也能水解糊精、低聚糖，最终产物转化为葡萄糖。糖，最终产物转化为葡萄糖。酶的用量酶的用量原则：原则：酶活力低，液化液浓度高，用量则多酶活力低，液化液浓度高，用量则多，反之则少。，反之则少。生产用量：生产用量：30%30%淀粉，淀粉，80-10080-100单位单位/克淀粉。克淀粉。314.2.3 4.2.3 糖蜜预处理糖蜜预处理1 1、糖蜜稀释：、糖蜜稀释：糖蜜在处理前要加水稀释，加水量为糖蜜在处理前要加水稀释，加水量为1 1：1 1，否则黏度太高不利于后续操作；否则黏度太高不利于后续操作；2 2、糖蜜澄清：、糖蜜澄清：由于其

33、中含有大量灰分和胶体，由于其中含有大量灰分和胶体，不但不但影响菌体的生长，也影响产品的纯度，影响菌体的生长，也影响产品的纯度，胶体使发胶体使发酵中产生大量泡末，酵中产生大量泡末，影响发酵；影响发酵；3 3、脱钙调、脱钙调PHPH值：值：对酸性原料，对酸性原料，PHPH应该调得比碱性原应该调得比碱性原料要高些，因为它具有延时缓冲性，用它配制的料要高些，因为它具有延时缓冲性，用它配制的培养基在灭菌后会酸化；而碱性原料的性质正好培养基在灭菌后会酸化；而碱性原料的性质正好相反。调相反。调PHPH一般用一般用硫酸或碳酸钠，调硫酸或碳酸钠，调。4 4、调节金属离子的浓度：、调节金属离子的浓度：最常用的方法

34、是采用添加最常用的方法是采用添加黄血盐（亚铁氰化钾）或黄血盐（亚铁氰化钾）或EDTAEDTA等络合剂、离子交等络合剂、离子交换树脂和活性碳吸附换树脂和活性碳吸附。324.3 4.3 灭菌与空气净化工程灭菌与空气净化工程 4.3.1 4.3.1 培养基湿热灭菌方法及设备培养基湿热灭菌方法及设备 灭菌原理灭菌原理：当温度超过最高限度时，微生物细胞当温度超过最高限度时，微生物细胞中的原生质和酶的基本成分中的原生质和酶的基本成分-蛋白质发生不可逆的蛋白质发生不可逆的变化，变化，使微生物在很短时间内死亡。使微生物在很短时间内死亡。以能否杀死细菌的芽孢为以能否杀死细菌的芽孢为标准。标准。杀死微生物的极端温

35、度称为杀死微生物的极端温度称为致死温度致死温度。在致死温在致死温度下，杀死全部微生物所需的时间称为度下，杀死全部微生物所需的时间称为致死时间。致死时间。334.3.1.1 4.3.1.1 连续灭菌及设备连续灭菌及设备 连续灭菌也叫连消，连续灭菌也叫连消，将配制好的培养基在高温将配制好的培养基在高温快速的情况下，向发酵罐输送的同时经过快速的情况下，向发酵罐输送的同时经过加温，保加温，保温，冷却温，冷却的过程进行灭菌。的过程进行灭菌。其灭菌的温度一般以其灭菌的温度一般以126-132126-132为宜。为宜。连续灭菌时培养基可连续灭菌时培养基可瞬时被加热到瞬时被加热到144144，并，并保持此温度

36、至灭菌要求，也能很快地被冷却，因此保持此温度至灭菌要求，也能很快地被冷却，因此是是高温瞬时灭菌法，有利于减少培养基中的营养物高温瞬时灭菌法，有利于减少培养基中的营养物质的破坏。质的破坏。3435连续灭菌的基本设备一般包括：连续灭菌的基本设备一般包括：1 1、配料预热罐、配料预热罐：将配制好的料液：将配制好的料液预热到预热到60-7060-70，以免连续灭菌料液与蒸汽温度相差过大而产生水以免连续灭菌料液与蒸汽温度相差过大而产生水气碰击声。气碰击声。2 2、连消器：、连消器：主要作用是使高温蒸汽与料液迅速接触主要作用是使高温蒸汽与料液迅速接触混合，并混合，并使料液的温度很快提高到灭菌温度使料液的温

37、度很快提高到灭菌温度。3 3、维持罐：、维持罐：连消器加热的时间很短，仅靠这段时间连消器加热的时间很短，仅靠这段时间灭菌不够，维持罐的作用是灭菌不够，维持罐的作用是使料液在灭菌温度下使料液在灭菌温度下保持保持5-7min5-7min，以达到灭菌的目的，以达到灭菌的目的。4 4、冷却器：、冷却器：从维持罐出来的料液要经过冷却器进行从维持罐出来的料液要经过冷却器进行冷却（冷却（40-5040-50）。3637连续灭菌的优缺点连续灭菌的优缺点及注意事项及注意事项优点：优点：1 1）培养基受热时间短，可缩短发酵周期；同时培养）培养基受热时间短，可缩短发酵周期；同时培养基成分破坏也较少。基成分破坏也较少

38、。2 2）蒸汽负荷均衡蒸汽负荷均衡，锅炉利用率高，操作方便。，锅炉利用率高，操作方便。3 3）适于自动控制，降低劳动强度适于自动控制，降低劳动强度。缺点：缺点：设备复杂，投资大。设备复杂，投资大。注意事项：注意事项：1 1）连消前，应先进行空罐、维持罐、冷）连消前，应先进行空罐、维持罐、冷却系统的灭菌。却系统的灭菌。2 2）确保管路无渗漏。）确保管路无渗漏。384.3.1.2 4.3.1.2 间歇灭菌及设备间歇灭菌及设备 间歇灭菌法：间歇灭菌法：将配制好的培养基放在发酵罐将配制好的培养基放在发酵罐或其他容器中，或其他容器中，通入蒸汽将培养基和所有设备仪通入蒸汽将培养基和所有设备仪器一起加热器一

39、起加热，达到预定灭菌温度后维持一段时间，达到预定灭菌温度后维持一段时间，再冷却到发酵温度的湿热灭菌的过程，也称再冷却到发酵温度的湿热灭菌的过程，也称实罐实罐灭菌。灭菌。间歇灭菌的过程一般包括间歇灭菌的过程一般包括升温、保温和冷升温、保温和冷却却三个阶段。三个阶段。间歇灭菌时，加热和冷却所需的时间长，且间歇灭菌时，加热和冷却所需的时间长，且发酵罐容积越大，时间越长，就增加了发酵前的发酵罐容积越大，时间越长，就增加了发酵前的准备时间，也相应地延长了发酵周期，使准备时间，也相应地延长了发酵周期，使发酵罐发酵罐的利用率下降的利用率下降。39 1 1、在进行培养基灭菌之前，通常应先把、在进行培养基灭菌之

40、前，通常应先把发酵发酵罐的分空气过滤器灭菌并用无菌空气吹干罐的分空气过滤器灭菌并用无菌空气吹干。2 2、预热：预热：向夹套或蛇管中通入蒸汽，间接将向夹套或蛇管中通入蒸汽，间接将培养基培养基加热至加热至7070左右左右。作用：减少冷凝水的生。作用：减少冷凝水的生成；减轻噪音。成；减轻噪音。3 3、开启蒸汽管，向培养基中通入蒸汽，升温。、开启蒸汽管，向培养基中通入蒸汽，升温。4 4、罐压达、罐压达0.1 MPa0.1 MPa时，按装在发酵罐封头的时，按装在发酵罐封头的接种管、补料管、消泡剂管等应排汽接种管、补料管、消泡剂管等应排汽。405 5、保温：、保温：调节好各进汽和排汽阀门，使调节好各进汽和

41、排汽阀门，使罐压和温度罐压和温度保持在一稳定水平，维持一定时间保持在一稳定水平，维持一定时间。在保温阶段，。在保温阶段，凡进口在培养基液面下的各管道都应通入蒸汽；凡进口在培养基液面下的各管道都应通入蒸汽；在液面上的其余管道则应排放蒸汽，这样才能保在液面上的其余管道则应排放蒸汽，这样才能保证灭菌彻底，不留死角。证灭菌彻底，不留死角。6 6、保温结束后，依次关闭各排汽、进汽阀；待罐内、保温结束后，依次关闭各排汽、进汽阀；待罐内压力降至压力降至0.5kg/cm20.5kg/cm2左右时，向罐内通入无菌空气，左右时，向罐内通入无菌空气，向夹套或蛇管中通入冷水，使向夹套或蛇管中通入冷水，使培养基降至所需

42、温培养基降至所需温度。度。通入无菌空气的作用：加速降温；保持罐通入无菌空气的作用：加速降温；保持罐内正压。内正压。41 间歇灭菌的优缺点间歇灭菌的优缺点优点：优点：1 1）不需专门的灭菌设备，投资少、设备简）不需专门的灭菌设备，投资少、设备简单、灭菌效果可靠。单、灭菌效果可靠。2 2）对蒸汽的要求较低，一般）对蒸汽的要求较低，一般3-4kg/cm23-4kg/cm2即可即可满足。满足。缺点：缺点：在灭菌过程中蒸汽用量变化大，造成锅炉负在灭菌过程中蒸汽用量变化大，造成锅炉负荷波动大，中小型罐经常采用。荷波动大，中小型罐经常采用。424.3.2 4.3.2 空气净化及设备空气净化及设备4.3.2.

43、1 4.3.2.1 空气净化的要求空气净化的要求 发酵用的发酵用的无菌空气无菌空气,就是将自然界的空气经过就是将自然界的空气经过压缩压缩,冷却冷却,减湿减湿,过滤过滤等过程达到等过程达到:1连续提供一定流量的连续提供一定流量的压缩空气压缩空气。2空气的压强为空气的压强为0.2-0.4Mpa0.2-0.4Mpa3进入过滤器之前，空气的相对湿度进入过滤器之前，空气的相对湿度70%70%4进入发酵罐的空气温度可比培养温度高进入发酵罐的空气温度可比培养温度高10-3010-305压缩空气的压缩空气的洁净度洁净度一般以失败概率为一般以失败概率为1010-3-3为指标。为指标。43空气净化的方法：空气净化

44、的方法：（1 1）热灭菌法：）热灭菌法：加热后微生物体内的加热后微生物体内的蛋白质热变性蛋白质热变性而死亡。而死亡。空气在进入培养系统之前，一般需要空气在进入培养系统之前，一般需要经过压经过压缩机压缩，提高压力缩机压缩，提高压力，所以，空气热灭菌时所需，所以，空气热灭菌时所需要的温度，就不必用蒸汽或其它载热体加热，而要的温度，就不必用蒸汽或其它载热体加热，而可可直接利用空气压缩时的温度提高来实现直接利用空气压缩时的温度提高来实现的，空的，空气经过压缩后气经过压缩后温度能够升到温度能够升到200200以上以上，保持一定，保持一定时间后，便可以实现干热灭菌。时间后，便可以实现干热灭菌。44（2 2

45、）静电除菌法：）静电除菌法：使用使用静电除尘器静电除尘器除去空气中的水雾尘埃等，除去空气中的水雾尘埃等，同时也除去空气的微生物。静电除菌是同时也除去空气的微生物。静电除菌是采用静电采用静电引力来吸附带电粒子而达到除尘灭菌的目的引力来吸附带电粒子而达到除尘灭菌的目的。悬浮于空气中的微生物及孢子大多带有不同悬浮于空气中的微生物及孢子大多带有不同的电荷，不带电荷的微粒进入高压静电场时也会的电荷，不带电荷的微粒进入高压静电场时也会被电离成带电微粒，但对于被电离成带电微粒，但对于一些直径较小的微粒，一些直径较小的微粒，所带电荷少，微粒就不容易被吸附沉降所带电荷少，微粒就不容易被吸附沉降。45过滤过滤介质

46、介质绝对过滤绝对过滤深度过滤深度过滤 介质的空介质的空隙小于被拦截隙小于被拦截的微生物大小，的微生物大小，如用如用聚四氟乙聚四氟乙烯烯或或纤维素酯纤维素酯材料做成的微材料做成的微孔滤膜。孔滤膜。介质孔隙大于介质孔隙大于被拦截的微生物大被拦截的微生物大小，小，但介质有一定但介质有一定厚度，机理是静电，厚度，机理是静电，扩散，惯性及拦截扩散，惯性及拦截作用。作用。如棉花过如棉花过滤器，超细玻璃纤滤器，超细玻璃纤维纸，金属烧结管维纸，金属烧结管等。等。（3 3）介质过滤除菌）介质过滤除菌46玻璃纤维玻璃纤维活性炭活性炭棉花棉花47 介质过滤除菌法是采用定期灭菌干燥介质来阻介质过滤除菌法是采用定期灭菌

47、干燥介质来阻截流过的空气所含的微生物，从而获得无菌的空气。截流过的空气所含的微生物，从而获得无菌的空气。棉花棉花：未脱脂棉花，纤维直径为未脱脂棉花，纤维直径为16-20m16-20m，其实密度为其实密度为1520Kg/m1520Kg/m3 3。填充率为。填充率为8.5-10%8.5-10%。玻璃纤维玻璃纤维：用用无碱的玻璃纤维无碱的玻璃纤维介质作为过滤介介质作为过滤介质。纤维直径为质。纤维直径为3-20m3-20m，其实密度为其实密度为2600Kg/m2600Kg/m3 3。填充率为填充率为5-11%5-11%。活性炭活性炭：常与纤维状介质分层堆放成过滤床。常与纤维状介质分层堆放成过滤床。通过

48、过滤器的气流速度一般为。通过过滤器的气流速度一般为。3 3484.3.2.2 4.3.2.2 空气净化流程及提高过滤除菌的效率措施空气净化流程及提高过滤除菌的效率措施 空气净化过程中，要保持空气净化过程中，要保持深层介质过滤器深层介质过滤器在在较高的效率下对空气进行过滤除菌，必须有：供较高的效率下对空气进行过滤除菌，必须有：供气设备（气设备（空气压缩机空气压缩机），对空气提供足够的能量；），对空气提供足够的能量；高效的过滤除菌设备（高效的过滤除菌设备（空气过滤器空气过滤器），以除去空），以除去空气中的微生物颗粒；一系列气中的微生物颗粒；一系列加热、冷却及分离和加热、冷却及分离和除杂的附属设备除

49、杂的附属设备来保证。来保证。491 1）.两级冷却，加热除菌流程两级冷却，加热除菌流程特点特点：两次冷却，两次分离，适当加热。两次冷却，两次分离，适当加热。适应性广，充分分离油水，节约冷却水。适应性广，充分分离油水，节约冷却水。502 2）.冷热空气直接混合式空气除菌流程冷热空气直接混合式空气除菌流程 特点：特点：省去第二冷却后的分离设备和空气再加省去第二冷却后的分离设备和空气再加热设备，热设备，流程比较简单，冷却水用量少。适用于中流程比较简单，冷却水用量少。适用于中等湿度的地区。等湿度的地区。513 3）.高效前置过滤空气除菌流程高效前置过滤空气除菌流程522 2、提高过滤介质除菌效率的措施

50、、提高过滤介质除菌效率的措施设计合理设计合理预处理设备预处理设备 选择合适选择合适净化流程净化流程保证进口保证进口空气的洁空气的洁净度。净度。降低空气降低空气相对湿度相对湿度保证过滤保证过滤介质干燥介质干燥合理空气合理空气过滤器，除过滤器，除菌效率菌效率高的过滤高的过滤介质介质534.5 4.5 菌种的培养菌种的培养4.5.1 4.5.1 菌种的扩大培养菌种的扩大培养 菌种的扩大培养就是为每次发酵罐投料，提供菌种的扩大培养就是为每次发酵罐投料，提供相当数量的种子。相当数量的种子。4.5.2 4.5.2 发酵阶段的条件控制发酵阶段的条件控制 反映发酵过程变化的参数分为两类：一、反映发酵过程变化的