发酵工艺综合实习指导书内容模板.doc
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1、目 录综合试验一 土壤中稀有放线菌分离和纯化及抗生菌体外抗菌判定综合试验二 玉米淀粉液化、糖化及酒精发酵综合试验三 甜酒酿造综合试验一 土壤中稀有放线菌分离和纯化及抗生菌体外抗菌判定 一 土壤中稀有放线菌分离和纯化1 试验目标 了解采集土样要求和方法,掌握由土壤中分离稀有放线菌基础原理和操作技术,学习并掌握土壤稀释法和微生物纯培养技术。 2 试验原理筛选放线菌是新抗研究关键课题之一。迄今为止,已发觉抗生素有80%皆来自于放线菌。放线菌关键存在于土壤中,并在土壤中占有相当大百分比。通常地,放线菌在比较干燥、偏碱性、含有机质丰富土壤中数量居多。通常,伴随地理分布、植被及土壤性质不一样,放线菌种类、
2、数量和拮抗性也各不相同。 土壤是微生物大本营,其中放线菌多以链霉菌为主,所以大家通常将除链霉菌以外其它放线菌统称为稀有放线菌。若以常规方法进行分离,得到几乎全部是链霉菌。然而,当采取加热处理土样、选择特殊培养基或添加某种抗生素等方法时,均可提升稀有放线菌取得率。 由土壤中分离放线菌方法很多,其中包含稀释法、弹土法、混土法和喷土法等,本试验关键采取稀释法,并经过选择特殊培养基方法,来取得少许稀有放线菌。3 仪器和材料 (1)培养基:葡萄糖天门冬素琼脂,精氨酸琼脂,高氏1号琼脂,以上每种培养基皆用500ml三角瓶分装250ml。 (2)灭菌物品:牛皮纸袋,培养皿,1ml、5ml吸管,250ml三角
3、瓶分装90ml无菌水(含30粒玻璃珠),18180mm试管分装9ml无菌水,牙签,玻璃刮铲,18180mm试管中分装10 ml 1K2Cr2O7母液。 (3)其它:采土铲,细目筛,药勺,称量纸,试管架,小天平,记号笔。4 试验步骤 (1)采土:选择适宜采样地点。用采土铲去除表土,取510cm深处土壤约150g左右,装入无菌牛皮纸袋中,并注明采样日期、地点、土壤类型、植被和采样人姓名等。 (2)土样预处理:新鲜土样应合适风干,并喷施小剂量杀虫剂以防培养过程中虫卵发育影响。 (3)制备平板:每组取10套无菌培养皿,将冷却至50左右各培养基,分别倒入平皿,每皿约1520ml。每种培养基中需加入20p
4、pmK2Cr2O7溶液。在皿盖上注明培养基种类及组号。 (4)制备土壤稀释液:每组称取10g土样,放入90ml无菌水中,得到土壤原液。手摇1520min后,静置1min。再用无菌吸管取1ml上清液,置于9ml无菌水中,充足混匀,则得到102稀释液。依这类推,制备103、104稀释液(通常地,较肥土壤使用103105稀释液,而瘦土则使用102104稀释液)。 (5)铺平板:用1ml无菌吸管分别取0.1ml 103105稀释液,置于培养基平板中央。然后,再用无菌玻璃刮铲均匀涂布,静置10min。每1稀释度3个反复,每1种培养基10套平板。并注明各稀释度。 (6)培养及观察:将各平板置于28恒温箱中
5、倒置培养14天。要求分别在第2天、7天和14天进行观察,并依据菌落大小、气生菌丝有没有、气生菌丝和基质菌丝颜色及可溶性色素有没有等培养特征,选择单菌落放线菌进行纯培养,同时在平板后面对应位置上作好标识。 (7)纯培养:立即将选定单菌落接入高氏1号琼脂斜面,每个菌株接1支斜面。必需时,中间可加1次划线分离培养,然后再转斜面。5 结果和讨论将试验结果填入下表。 思索题 1、在分离土壤放线菌时为何要选择多个培养基? 2、在培养基中添加K2Cr2O7有何作用? 二 抗生菌体外判别1 试验目标了解抗生素产生菌体外筛选法原理,学习并掌握抗生菌判别方法。 2 试验原理由土壤中分出放线菌需深入判别是否为需要抗
6、生菌。首先应依据筛选目标确定试验模型,然后利用培养基平板进行拮抗性测定。常见方法有琼脂块法和滤纸片法。其关键依据是扩散原理,即观察在抗生菌周围是否会出现显著抑菌圈。抑菌圈大小和透明度则表明了该菌株抗菌活性强弱。本试验选择了这两种方法。 3 仪器和材料 (1)培养基:500ml三角瓶中分装300ml黄豆饼粉琼脂,18180mm试管分装4ml黄豆饼粉浸汁,300ml三角瓶分装150ml细菌培养基,150ml三角瓶分装50ml马铃薯培养基。 (2)试验菌: 枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis) 大肠杆菌(Escherichia coli) 金黄色葡萄球菌(Staphlococcus a
7、ureus) 深红酵母(Ruodotorula rubra) (3)待测菌株: 琼脂培养物:将融化黄豆饼粉琼脂倒入无菌培养皿,制成平板。用记号笔在平皿后面画一直线,将平皿一分为二,分别注明待测菌株编号。并根据编号将待测菌株密集划线接入平板。同法接入华美链霉菌(Streptomyces splendens)和金霉素链霉菌(Streptomyces aureofaciens)作为对照菌,28下培养7天发酵液:将待测菌株和对照菌分别接入黄豆饼粉培养液,作好标识,28下振荡培养7天。 (4)灭菌物品:培养皿,打孔器,镊子,圆滤纸片,15150mm试管分装5ml无菌水,1ml吸管,无菌漏斗。 (5)其它
8、:接种用具,游标卡尺,记号笔,摇床。 4 试验方法 4.1 琼脂块法 (1)分别取枯草芽孢杆菌、大肠杆菌和金黄色葡萄球菌各1支,加入5ml无菌水 制成菌悬液,备用。 (2)取9套无菌培养皿,向每套培养皿中分别加入1ml试验菌悬液,然后加入约12ml冷却至45左右细菌培养基,快速在试验台上摇匀,制成指示菌平板。每1种指示菌3个反复,并注明指示菌及测定菌株位置。 (3)用无菌打孔器将待测菌株和对照菌黄豆饼粉琼脂培养物切块,每种培养物9块。 (4)用无菌接种针,将待测菌株和对照菌琼脂块分别移入各指示菌平板对应位置上,菌面朝上,间隔均匀摆放。 (5)静置20min后,放入恒温箱,37下培养1824h。
9、 (6)用游标卡尺测量抑菌圈直径,并观察抑菌圈透明程度和边缘整齐程度。 4.2 滤纸片法(1) 向深红酵母菌斜面中加入5ml无菌水,制成菌悬液。 (2) 向已冷却至45左右马铃薯培养基中加入0.5ml深红酵母菌悬液,摇匀后,倒3个指示菌平板,并在平皿后面标明测定菌株位置,备用。 (3)过滤各测定菌株发酵液。 (4) 用无菌镊子取无菌圆滤纸片,蘸取各测定菌株发酵滤液,放入指示菌平 板对应位置上,每1测定菌株3个反复。(5) 静置20min后,28下培养2天。 (6) 用游标卡尺测量抑菌圈直径,并观察抑菌圈透明程度和边缘整齐程度。 5 结果 将试验所得结果填入下表,抑菌圈直径以mm来表示。 思索题
10、 1、为何在移入琼脂块和滤纸片后不立即保温培养? 2、抑菌圈小是否就意味着菌株抑菌活性差?为何?试验进度安排第一天:设备准备,土壤采样,培养基准备第二天:培养基准备,分离稀有放线菌体第三天:土壤稀释法和微生物纯培养第四天:琼脂块法筛选,滤纸片法筛选培养第五天:试验结果观察 总结 汇报撰写综合试验二玉米淀粉液化、糖化及酒精发酵1 试验目标及要求要求学生掌握用酶法从淀粉原料到水解糖制备原理及方法,淀粉水解糖酒精发酵方法。掌握粗淀粉含量和还原糖、酒精含量化学测定方法。2 试验原理发酵过程中,有些微生物不能直接利用淀粉,所以,当以淀粉为原料时,必需先将淀粉水解成葡萄糖,才能供发酵使用。通常将淀粉水解为
11、葡萄糖过程称为淀粉糖化,所制得糖液称为淀粉水解糖。发酵生产中,淀粉水解糖液质量,和生产菌生长速度及产物积累直接相关。 能够用来制备淀粉水解糖原料关键有薯类(木薯、甘薯)淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉、大米淀粉等,依据原料淀粉性质及采取水解催化剂不一样,水解淀粉为葡萄糖方法可分为酸解法、酸酶结正当和酶解法。试验室中常采取酶解法制备淀粉水解糖。 酶解法是指利用淀粉酶将淀粉水解为葡萄糖过程。酶解法制葡萄糖可分为两步:第l步是利用-淀粉酶将淀粉液化为糊精及低聚糖,使淀粉可溶性增加,这个过程称为液化;第2步是利用糖化酶将糊精或低聚糖深入水解,转变为葡萄糖过程,在生产上称为糖化。淀粉液化和糖化全部是在酶作用下进
12、行,故也称为双酶水解法。利用酒精酵母将可酵糖转化为酒精过程称为发酵。2.1 酶法液化原理淀粉酶法液化是以-淀粉酶为催化剂,该酶作用于淀粉-1,4糖苷键,从内部随机地水解淀粉,从而快速将淀粉水解为糊精及少许麦芽糖,所以也称内切淀粉酶。淀粉受到-淀粉酶作用后,其碘色反应发生以下改变:蓝紫红浅红不显色(即碘原色)。酶法液化以生产工艺不一样分为间歇法,半连续和连续式;液化设备有:管式、罐式、喷射式。加酶方法有:一次加酶、二次加酶、三次加酶。依据酶制剂耐温性分为中温酶法、高温酶法、或中温酶和高温酶混正当。本试验采取:中温酶法,间歇式,罐式,二次加酶法。2.2 酶法糖化原理淀粉糖化是以糖化酶为催化剂,该酶
13、从非还原末端以葡萄糖为单位顺次分解淀粉-1,4糖苷键或-1,6糖苷键。因为是从链一端逐步地一个个地切断为葡萄糖,所以称为外切淀粉酶。淀粉糖化理论收率:因为在糖化过程中,水参与反应,故糖化理论收率为111.1。(C6H10O5)n+H2O nC6H12O6 162 18 180淀粉糖化实际收率计算:淀粉转化率:淀粉-葡萄糖转化率是指100份淀粉中有多少份淀粉被转化为葡萄糖。淀粉转化率计算:DE值:用DE值表示淀粉水解程度或糖化程度。糖化液中还原性糖以葡萄糖计,占干物质百分比称为DE值。DE值计算:还原糖用裴林氏法或碘量法测定,浓度表示:葡萄糖g/100ml糖液;干物质用阿贝折光仪测定,浓度表示:
14、干物质g/100g糖液。影响DE值原因:糖化时间:最初糖化时,糖化速度快,DE值显著上升;但24h后,当DE值达成90以上时,糖化速度显著放慢。液化DE值和糖化DE值关系:液化程度应控制合适,太低或太高均不利。原因是液化程度低,则粘度大,难操作;同时,因为液化程度低,底物分子少,水解机会少,影响糖化速度;液化程度低,易发生老化;但液化超出一定程度,则不利于糖化酶和糊精生成络合结构,影响催化效率,造成糖化液最终DE值低。故应在碘试本色前提下,液化DE值越低,则糖化液最高DE值越高。通常液化DE值应控制在12-18。酶制剂用量和糖液DE值关系:糖化时间和糖化酶用量关系表糖化时间(h)6810162
15、4324872糖化酶用量(U/g淀粉)480400320240180150120100为加紧糖化速度,能够提升酶用量,缩短糖化时间。但酶用量太高,反而使复合反应严重,最终造成葡萄糖值降低。在实际生产中,应充足利用糖化罐容量,尽可能延长糖化时间,降低糖化酶用量。2.3 酒精发酵原理以淀粉为原料,采取酸水解、酸酶结合水解或酶水解方法,能够将淀粉转化为葡萄糖等可酵糖。利用酒精酵母胞内酒化酶系,葡萄糖被转化为酒精即酒精发酵。以生产工艺不一样,酒精发酵可分为间歇式、半连续式、连续式过程,多种过程又能够细分为多个形式。本试验采取酶法糖化、一次添加间歇式方法进行酒精发酵。3 试验仪器、设备和材料(1)100
16、0ml烧杯(2)真空过滤装置(3)烘箱(4)量杯(5)量筒(6)分光光度计(7)水浴锅(8)滴定管(9)电炉(10)白瓷板(11)三角瓶(12)阿贝折光仪(13)玉米粉(14)-淀粉酶(15)糖化酶(16)pH试纸(17)酒精活性干酵母(18)酒精蒸馏装置及酒精计4 试验步骤4.1 淀粉水解糖制备4.1.1 淀粉液化配制30淀粉乳,调整pH值至6.5,加入氯化钙(对固形物0.2),在3个1000ml烧杯中分别加入淀粉乳700ml并分别加入液化酶12U/g淀粉、16U/g淀粉、20U/g淀粉,在猛烈搅拌下,先加热至72,保温15min,再加热至8090(视酶特征而定),并维持30min,以达成所
17、需液化程度(DE值:15-18),碘反应呈棕红色。液化结束后,观察液位,再升温至100,保持10-15min,以凝聚蛋白质,改善过滤。统计液化时间。4.1.2 淀粉糖化(糖化酶用量对糖化影响)液化结束后,快速将料液用盐酸将pH调至4.2-4.5,同时快速降温至60。将液化醪混匀后均分为3份,分别加入糖化酶320U/g淀粉、400U /g淀粉、480U/ g淀粉,60保温,每隔2小时,取样做酒精试验。当用无水酒精检验无糊精存在时,即为糖化终点,统计糖化时间,同时将料液pH调至4.8-5.0,并将料液加热至80,保温20min然后将料液温度降至60-70,开始过滤。4.1.3 过滤将烧杯内料液冷却
18、至60-70;趁热采取真空过滤(也可用滤布压滤),热水洗涤(60-70)滤饼;过滤结束后,洗净过滤相关设备。量取糖液体积;取样分析还原糖浓度。4.2 酒精发酵4.2.1 酒精酵母活化:称取2g蔗糖,溶于100ml经煮沸并冷却水中,加入1g活性干酵母于培养箱中30活化2hr,备用。4.2.2 清糖液发酵:将4.1方法制备淀粉水解糖调整浓度为15%左右,于500ml三角瓶中加入该糖液200ml,用无菌吸管取5ml活化酵母,摇匀,密封三角瓶,置入培养箱中于32发酵24hr后得到发酵成熟醪,蒸馏,测定酒精含量。4.2.3 混合醪发酵:(1)液化:称取2份各50g玉米粉,置于500ml三角瓶中,混匀,记
19、下液面刻度,加入-淀粉酶(酶用量为4U/g淀粉原料)进行液化,得到糊化醪。液化温度为85,液化时间为30min,然后冷却至5860,保温。(2)糖化:在糊化醪中分别加入糖化酶200U/g淀粉原料和400U/g淀粉原料,在5860保温糖化30min得到糖化醪。(3)发酵:将糖化醪冷却至30,用无菌吸管接入活化酵母液5ml,摇匀,密封容器,置入培养箱中于32发酵50hr左右后得到发酵成熟醪,蒸馏,测定酒精含量。5 试验分析项目和方法5.1 淀粉原料含水量测定5.1.1 原理样品中水分受热后产生蒸汽压,高于空气在电热干燥箱中分压,水分便从样品中挥发出来。样品干燥速度取决于这个压差大小,在此条件下失去
20、关键是试样中游离水。试样水分通常是指在100左右直接干燥情况下,所失去总量。在此条件下失去重量不仅是水分,还有微量挥发性物质。5.1.2 仪器和设备(1)分析天平(2)称量瓶(3)干燥器(4)电热恒温干燥箱5.1.3 测定步骤正确称取约2克试样,置入经100-l05干燥恒重后称量瓶中,在100-105烘箱中干燥3-4小时,取出,置入干燥器中冷却至室温,称重。再于相同温度下干燥1小时左右,同上操作,直至恒重。计算式中 W0:称量瓶重(g) W1:干燥前试样和称量瓶重(g) W2:干燥后试样和称量瓶重(g)5.1.4 说明(1)原料水分测定通常需采取100-105烘箱中直接干燥,其结果较为正确。对
21、生产过程中水分快速测定,可采取更高温度下干燥(如120-140)或红外灯下干燥,以缩短分析时间。(2)测定水分时,称量恒重指试样连续两次干燥后,称量之差不超出2mg。5.2 淀粉原料中粗淀粉含量测定5.2.1 原理淀粉经酸或水解生成葡萄糖:所生成葡萄糖用斐林试剂测定。斐林试剂由甲、乙液组成。甲液为硫酸铜溶液,乙液为氢氧化钠和酒石酸钾钠溶液。平时甲、乙液分别贮存,测定时甲、乙液等体积混合。混合时,硫酸铜和氢氧化钠反应,生成氢氧化铜沉淀:2NaOH+CuSO4=Cu(OH)2+Na2SO4所生成氢氧化铜沉淀和酒石酸钾钠反应,生成酒石酸钾钠铜络合物,使氢氧化铜溶解:酒石酸钾纳铜络合物中二价铜是一个氧
22、化剂,能使还原糖中羰基氧化,而二价铜被还原生成一价氧化亚铜沉淀:反应终点用次甲基蓝指示剂显示。因次甲基蓝氧化能力较二价铜弱,故待二价铜全部被还原后,过量一滴还原糖立即使次甲基蓝还原,溶液蓝色消失以示终点:5.2.2 试剂5.2.2.1 斐林试剂甲液:称取69.3克硫酸铜(CuSO415H2O),用水溶解并稀释至1000毫升,如有不溶物可用滤纸过滤。乙液:称取346克酒石酸钾钠,100克氢氧化钠,用水溶解并稀释至1000毫升。5.2.2.2 2盐酸溶液量取4.5毫升浓盐酸,用95.5毫升水稀释。5.2.2.3 20盐酸溶液量取20毫升浓盐酸,缓慢倒入80毫开水中。5.2.2.4 20氢氧化钠溶液
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