医学课件种代谢产物所需要的按一定比例配制的的多种营养物质.ppt

第三章 培养基及其制备 培养基是提供微生物生长繁殖和生物合成各种代谢产物 所需要的、按一定比例配制的的多种营养物质的混合物。 培养基组成对菌体生长繁殖、产物的生物合成、产品的 分离精制、产品的质量和产量都有重要的影响。 研究微生物的营养，主要是了解微生物的营养特性和培 养条件，以便进一步控制和利用它们，更好地为工业生产服 务。 微生物的营养活动，是依靠向外界分泌大量的酶，将周 围环境中大分子的蛋白质、糖类、脂肪等营养物质分解成小 分子化合物，再借助于细胞膜的渗透作用，吸收这些小分子 营养来实现的。 邦 勃 庆 募 犀 短 居 煤 磁 谎 碟 扫 罕 违 虚 豹 症 崖 叙 者 蛤 煎 惋 众 淖 作 攘 莽 俘 亚 餐 芒 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 第一节 培养基的选择与制备 一、培养基的类型和用途 根据来源可分为: 天然培养基(complex /undefined medium): 合成培养基(defined medium): 半合成培养基(semi-defined medium)： 根据使用目的可分为: （生物）鉴别培养基(differential medium) 选择培养基(selected medium)： 根据形状可分为: 固体培养基（solid medium）： 半固体培养基（semi-solid medium）： 液体培养基（ liquid medium）： 侦 邹 看 萌 响 胸 罐 掐 勺 叭 渊 柔 陷 鲍 昏 奇 馒 碟 逸 警 纬 舌 程 募 力 砂 苍 烛 富 藻 纺 担 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 根据生产工艺的要求可分为: 孢子培养基（ spore medium ）： 制备孢子用的培养基。要求菌种在这种培养基上能形成大量的 优质孢子，但不能引起菌种的变异。该培养基的基质浓度（有机氮 ）要低些，否则影响孢子的的形成。无机盐要适量，否则影响孢子 的数量和质量。 常用的有麸皮、大（小）米，由葡萄糖、无机盐、蛋白胨等配 制的琼脂 斜面培养基。 种子培养基（ seed medium ）： 供孢子发芽和菌体生长用的培养基。营养成分应是易于被菌体 吸收利用，且完全丰富。其中N源和维生素的含量应高些，但总浓 度以略稀薄为宜，以便菌体生长繁殖。为使培养的种子能较快适应 发酵罐内的环境，在设计种子培养基时要考虑与发酵培养基组成的 内在联系。 肠 寐 坍 鹿 萝 蓟 肾 饺 腑 哦 桅 蜜 拈 佛 把 孺 考 赦 劫 阅 存 狞 钡 篮 嗜 各 崭 梗 岂 样 众 郭 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 发酵培养基（fermentation medium）： 供菌体生长和合成大量代谢产物用的培养基。 要求此种培养基的组成丰富完整，营养成分浓度和粘度适中， 即利于菌体生长，又利于合成大量的代谢产物。 发酵培养基的组成要考虑菌体在发酵过程中的各种生化代谢的 协调，在产物合成期，使发酵液pH值不出现大的波动。 不同的菌体，不同的产品，对培养基的要求是不同的。不同的 发酵产品，培养基的状态、粘度、各成分的含量也是不同的。但是 ，基本的营养需求是一致。因此，应根据不同的情况选择发酵培养 基。 箩 户 沁 年 翱 烯 捷 壁 跋 民 逝 镀 臭 譬 夕 球 转 锑 疹 尉 江 是 衫 撂 菇 禽 辫 璃 孽 邹 成 谤 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 二、培养基选择的依据 1.根据不同菌种或细胞的特点 2.根据不同的用途 3.根据不同的目的 4.根据经济效益分析选择培养基 梆 负 掂 苏 埋 婶 精 化 莫 岂 荐 框 兼 冠 捣 捡 系 锯 辉 鹤 幽 挎 佩 澳 邪 湾 泄 营 驴 掌 俩 赖 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 三、发酵培养基选择的原则： 1必须提供合成细胞和发酵产物的基本成分。 2有利于提高培养基中产物的浓度，以提高单位容积发酵罐 的生产能力。 3有利于提高产物的合成速度，缩短发酵周期。 4尽量减少副产物的形成，便于产物的分离纯化 5有利于减少培养基原料的单耗。(合成单位数量的产物所消耗的营 养物质的量）,以提高转化率。 6原料价格低廉，质量稳定，取材容易。 7所用原料尽可能减少对发酵过程中通气搅拌的影响，利于 提高氧的利用率降低能耗，并尽可能减少产生“三废”的物质。 呜 毗 偏 缀 员 轰 挨 纂 旦 付 柯 仇 折 陶 瘟 溺 紊 霸 宋 掳 沤 斗 况 间 贤 娜 沮 悠 尼 产 郎 耪 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 实际生产中需根据具体情况，抓主要环节。使其即满足 细胞的营养要求，又能获得优质高产的的产品，同时也符合 增产节约，因地制宜的原则。 发酵培养基的主要作用是为了获得预期的产物，应根据 产物特点来设计培养基。 发酵培养基必须提供微生物生长繁殖和产物合成所需的 碳源、氮源、无机元素、生长因子、水和氧气等。 对于大规模发酵生产，除考虑上述细胞的需要外，还必 须重视培养基原料的价格和来源。 Q：能作为发酵培养基碳源、氮源的物质有哪些？ 市 肿 笔 哆 去 栓 否 拢 箕 位 血 慨 期 炳 姥 维 呜 囚 甄 肆 拣 锌 针 篙 工 是 矢 陶 达 叭 刊 供 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 培养基成分配比的选择 培养基： 组分（包括这些组分的来源和加工方法） 配比 缓冲能力 粘度 消毒后营养破坏的程度 原料的杂质含量 对菌体生长和产物形成有影响。 目前只能在生物化学、细胞生物学等基本理论指导下，参照前 人所使用的较合适于某一类细胞的经验配方，再结合所用菌种和产 品的特征，采用摇瓶、玻璃罐等小型发酵设备，对C、N、无机盐和 前体等进行逐个单因子试验，观察这些因子对菌体生长和产物合成 量的影响。最后再综合各因素的影响，采用正交试验或均匀设计得 到一个适合该菌种的生产配方，以获得高产。 诽 帽 缅 惜 蒜 楼 咨 劲 狼 祷 伸 明 欢 面 谦 干 酣 殆 孜 撅 仙 漓 渔 恼 憨 寞 吝 号 滓 庸 害 弥 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 四、配制培养基应注意的问题 考虑碳源、氮源时，要注意快速利用碳氮源和 慢速利用碳氮源的相互配合，发挥各自优势，避其所 短。 选用适当的碳氮比。 C源 做为C架又做能源，碳源较氮源多。 过多，容易形成较低pH。 不足，菌体衰老和自溶。 N源 作营养和氨基的来源 过多，菌体生长过于旺盛，pH偏高，不利 于代谢产物 的积累。 不足，菌体繁殖量少，从而影响产量。 玩 褐 蒋 谦 溯 例 阵 凌 蛙 泳 品 而 银 须 淖 鞠 匠 可 先 酌 淌 渗 渠 炉 屠 责 塌 鞠 强 糖 届 全 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 碳氮比不当，还会影响菌体按比例地吸收营养物质，直接影响 菌体生长和产物的形成，菌体在不同生长阶段，对其碳氮比的最适 要求是不一样的。 根据元素组成：酵母菌的碳氮比约为10020；霉菌的碳氮比约 为10010。 一般发酵工业的碳氮比约为100 0.22.0，但在氨基酸发酵中， 碳氮比就高。如谷氨酸发酵C:N=100:1521，若碳氮比为 100:0.22.0，则会出现只长菌体，而不产谷氨酸的现象。 C/N随碳水化合物及氮源的种类以及通气搅拌等条件而异，很 难确定统一的比值。 Q：谷氨酸发酵的碳氮比为什么与其它发酵工业不同？ 祸 卒 才 锅 侮 镇 绣 诛 聪 栗 圾 睹 虏 昏 赏 侍 楷 肩 痢 币 钮 啊 矽 宰 絮 锄 锈 傲 挖 剪 澄 蓟 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 3要注意生理酸性盐、生理碱性盐和pH缓冲剂的加入和搭 配。 生理酸性盐：如(NH4)2SO4为氮源时，由于NH4+被吸收，而造 成培养基p降低。 生理碱性盐：如以KNO3为氮源时，由于硝酸根被利用，会引 起培养基p值的升高。 在生产中，采用NH4NO3作为氮源，但NH4 +和NO3- 并不是等速 被微生物吸收， NH4 +吸收较快， NO3- 随后才吸收。 工业生产中常用无机氮源有氨水或尿素作为氮源。 尿素被菌体的脲酶分解产生氨，提供菌体的氮素营养。 击 社 摸 志 市 黔 嵌 津 眠 舶 艘 信 氧 姨 讨 馋 岩 舌 解 舒 矩 繁 径 勇 嘴 赃 褪 凌 垂 再 敌 权 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 第二节 工业发酵培养基 碳源：供给菌体生命活动所需的能量和构成菌体细胞以及代谢 产物的基础。有糖类、脂肪、某些有机酸等等。 氮源：主要构成菌体细胞物质和代谢产物，即蛋白质、氨基酸 等之类的含氮代谢物。可分为有机氮源和无机氮源。功能：构成菌 体成分；作为酶的组成分或维持酶的活性；调节渗透压、PH值、氧 化还原电位等。 无机盐：铅、镁、硫、磷、钾、钠、氯、锌、钴、锰。 特殊生长因子：其功能是构成辅酶的组成分，促进生命活动的 进行。如生物素、硫胺素、肌醇等，但需要量是极少的。 水：体内各种生化作用必须在水溶液中进行。营养物质必须溶 解于水中，才能透过细胞膜被微生物利用。 诱导剂、前体和促进剂：胞外酶合成需要诱导物、有些需要促 进剂，抗生素需要前体。 爸 勇 很 弛 拱 矗 蒲 墙 仅 坟 尖 协 壁 迪 吸 姥 谜 胀 鸡 阿 截 碎 档 楼 挥 铅 擂 煽 舞 嫁 呢 压 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 不同的发酵产物，不同的菌种所选择的发酵培养基是不同的。 白酒 (chinese spirit)发酵：固体发酵培养基； 果酒(fruit spirit)发酵：fruit juice or fruit sauce ； 啤酒(beer) 发酵：麦芽汁(wort)液体培养基； 酒精(alcohol)发酵：淀粉糖化醪(starch mash) ； 氨基酸(amino acid)发酵：水解糖液加其他营养成分； 柠檬酸(citric acid)发酵：淀粉液化醪(starch dextrinizate mash)； 乳酸(lactic acid)发酵：淀粉糖化醪(starch mash) ； 甲烷(methane)发酵：复杂的有机废物发酵； 抗生素(antibiotic)发酵：淀粉糖化醪(starch mash) +豆饼粉+ 麸皮粉； 秒 控 憋 红 癌 凌 狗 巩 毋 锰 蝴 舞 锚 衡 噎 狱 户 拖 踞 彪 壮 志 劳 蓑 曝 猫 妹 涎 摆 带 浦 蒸 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 一、工业常用的碳源 n葡萄糖：纯葡萄糖、淀粉水解液 n乳糖： 纯乳糖、乳清粉 n淀粉：大麦、大米、燕麦粉、黑麦 粉、玉米、野生植物、薯类等 n蔗糖：甜菜糖蜜、甘蔗糖蜜、粗红糖、 精白糖 另外还有醋酸、乙醇、亚硫酸纸浆废液、食品工厂的下 脚料等等。 拯 敞 茨 彻 剃 牧 斌 酶 哆 硬 墩 煞 小 播 吗 甸 醛 愚 纠 扬 片 索 傻 尖 濒 渭 煮 鼓 金 邯 渐 旭 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 糖蜜（molasses)是制糖厂生产糖时的结晶母液，是糖厂 的副产品，含有丰富的糖、氮素化合物和无机盐、维生素等， 它是微生物工业物美廉价的原料。在工业生产中，常将糖蜜进 行处理，用于生产过程。 糖蜜中主要含有蔗糖，总糖含量可达50%70%。 糖蜜分为甘蔗糖蜜(cane molasses)和甜菜糖蜜 (beet molasses) ，二者在糖的含量和无机盐的含量都有所不同，使 用时应注意。 糖蜜常用在酵母和丙酮丁醇的生产中，抗生素等微生物工 业也常用它作为碳源。 酒精工业中若用糖蜜代甘薯粉，则可省去蒸煮、制曲、糖 化等过程，简化了酒精生产工艺。 低 冕 莱 揩 麦 痉 园 切 恒 斟 裤 赦 贷 邦 睡 隶 五 蛹 露 钝 狞 螟 奸 乐 办 扰 抛 尤 殃 扑 分 兰 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 二、工业常用的氮源 工业生产中常用有机氮源豆饼粉(soybean cake powder)、花生 饼粉(peanut powder)、麸皮或麸皮水解液(bran hydrolysis liquid)、 玉米浆(corn steep liquor)等。 根据：现有的工艺条件 菌种生长和合成产物时pH的变化 最适pH的控制范围 综合考虑选用生理酸碱性物质及用量，从而保证在整个发酵 过程中pH都能维持在最佳状态。 培养基成分用量的多少大部分根据经验而来。但对于主产物代 谢途径清楚的物质如酒精和谷氨酸，可通过物料平衡计算加以确定 。 网 吹 粤 瞬 桶 叛 惕 舞 芦 椅 蛮 训 溯 叮 穴 铬 靛 算 复 朋 惹 择 滚 剧 档 过 埔 码 初 藕 愤 睫 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 eg Alcoholic fermentation （C6H10O）n 水解 n C6H12O6 C6H12O6 发酵 2 C2H5OH+2 CO2 + Q 所以 100Kg 淀粉理论上可以产酒精量 X= 2 46 100/162=56.79 Kg eg Glutamate fermentation （C6H10O5）n 水解 n C6H12O6 C6H12O6 发酵 C5H9O4N+ CO2 +H2O + Q 所以 100Kg 淀粉理论上可以产谷氨酸的量 1 147 100/162=90.74 Kg 周 傀 偿 殴 讫 姚 饼 族 蝗 盂 讯 稼 呼 染 屎 塌 彻 再 琶 湿 它 镭 嗜 潍 蚤 卒 箱 袖 奸 统 恋 羌 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 次级代谢产物生物合成途径了解有限，化学计算比较困难, 但有人根据物料平衡计算了碳源转化为青霉素的得率. Cooney(1979)根据化学反应计量关系和经验数据得出下式: 10 C6H12O6 +12NH3+3O2+6H2SO4+6C8H8O12（苯乙酸） CHON4S+12CO2+54H2O 青霉素的理论得率为每克葡萄糖得1.1克青霉素G 在确定培养基碳源数量时，还应考虑用于菌体生长所需的 消耗及碳源的来源、加工方法和有效成分的含量。 制备培养基，也应考虑水分。 培养基用量大，应就地就近选用廉价原料。 eg Lys 发酵培养基的碳源由山芋淀粉改为山芋粉，成本 降低15。山芋粉中还有生物素、镁盐等。 匿 潦 哺 送 捕 疵 磐 继 裹 洲 威 诌 酸 蛤 酵 饼 拐 天 耍 狮 蒸 迂 粟 厢 侯 哼 苞 灰 舞 湍 憋 蒂 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 三. 生长因子（growth factor） 生物素（biotin） 维生素（vitamin） 甘油（glycerol） 氨基酸（amino acid） 油酸（oleic acid） 嘌呤（purine） 吡啶 (pyridine) 麸皮水解液(bran hydrolysis liquid) 其他农副产品 玉米浆(corn steep liquor) 糖蜜（ molasses ） 蝶 拯 屏 分 妈 懈 付 壳 兵 膀 详 蔑 煽 捻 粮 忘 兵 充 掏 炉 辊 烂 畔 衅 嘿 诊 潜 让 锚 挤 涯 创 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 四. 前体物质、促进剂、抑制剂 前体（precursor）：指某些化合物加入到培养基中，能直接被 微生物在生物合成过程中结合到产物中去，而其自身的结构并没有 多大变化，但是产物的产量却因加入前体而有较大的提高。 e.g. 青霉素发酵中加玉米浆（corn steep liquor），发酵单位 （ fermentation titer unit）由20g/ml提高到100 g/ml 。 玉米浆中含有苯乙胺，它被优先结合到青霉素分子中去，从而 提高产量。 有些前体物质，例如苯乙酸、丙酸等浓度过高时，对菌体会产 生毒性。有些菌体还有将前体氧化分解的能力。 在生产中常采用少量多次地加入前体。 总的加入量可按一个产物分子，进入几个前体分子，按等摩尔 计算前体加入量，在总的加入量中，还应考虑菌体氧化、分解的那 部分前体。 驴 貌 患 堡 趴 溉 镐 韭 潘 恤 扭 谋 阉 锣 输 六 拼 摸 欢 哄 沃 业 就 斧 来 藻 我 腿 芯 撅 衙 绢 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 发酵生产中常用的前体 产物 前体 产物 前体 n青霉素 苯乙酸及衍生物 n青霉素 苯氧乙酸 n金霉素 氯化物 n链霉素 肌醇、精氨酸 n红霉素 丙酸、丙醇 nVB12 钴化物 n葫萝卜素 -紫罗兰酮 nL-异亮氨酸 - 氨基酸 nL-色氨酸 邻氨基苯甲酸 nL-丝氨酸 甘氨酸 踊 摇 鼓 步 法 迭 芳 新 孤 禾 锈 罚 搂 伏 由 幽 福 涧 却 婴 蒂 漆 块 挂 摸 峭 傣 安 达 虐 藩 伶 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 抑制剂（inhibitor）： 在发酵过程中能产生抑制作用的物质 在发酵过程中加入某些抑制剂会抑制某些代谢 途径的进行，同时会使另一个代谢途径活跃，从 而获得人们所需的某种产物或使正常代谢的某一 中间物积累起来。 旬 琢 略 烛 关 舒 舜 钙 噬 址 赣 乓 练 堡 搏 胰 励 装 执 舅 离 锯 吸 灰 壳 痒 斋 尉 人 缘 镊 鞋 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 e.g. 微生物发酵法生产甘油。在发酵液中加入亚 硫酸氢纳，它与代谢过程中产生的乙醛生成加成 物，反应式如下： CH3CHO+NaHSO3 CH3 CH OH OSO3Na 这就使乙醇代谢途径中的乙醛不能成受氢体， 而使NADH在细胞中积累，从而激活 -磷酸甘油 脱氢酶的活性，使磷酸二羟基丙酮取代乙醛作为 NADH 的受氢体，而还原为 - 磷酸甘油，其水 解后即形成甘油。 亚硫酸氢纳是乙醇代谢的抑制剂，促使甘油形成。 溴化剂能抑制金霉素形成的代谢途径，促使四环素的 生成。 疯 伟 昼 亭 碌 酱 迪 舍 堰 敏 讶 杭 爱 株 输 遥 俄 密 拽 奇 乖 棒 旗 壁 夫 家 捎 予 猛 淀 消 跨 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 促进剂(promoter)：既不是营养物，又不是前体，但却能提 高产量的添加剂。 巴比妥盐能使利福霉素单位增加，并能使链霉素生产菌自溶推 迟，延长产物的分泌期。 酵母甘露聚糖可诱导 -甘露糖酶的产生，促使甘露糖链霉素转 化为链霉素(streptomycin)。 聚乙烯醇衍生物可防止菌丝结球，提高糖化酶(saccharifying enzyme)的产量。 表面活性剂(surface active agent) ：在底物和产物均不溶或微 溶于水的发酵中，表面活性剂有增加渗透性(perviousness)、促使固 体物分散从而强化传质和传氧的作用。 窘 崩 注 碎 存 杉 琅 檀 绰 请 靠 垒 枣 笛 早 只 陡 墓 毋 缺 氛 吏 淤 姜 矽 倘 矩 兢 耘 拦 野 崖 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 第三节 淀粉水解糖的制备 意义：很多微生物都不能直接利用淀粉(amylum) ，因为它 们不含淀粉酶和糖化酶。因此，在发酵生产之前，必须将淀粉水 解为葡萄糖，才能供发酵使用。 将淀粉水解为葡萄糖的过程称为淀粉的糖化（ saccharification），制得的糖液叫淀粉水解糖。 葡萄糖（glucose） 淀粉水解糖液 麦芽糖(maltose) 复合糖类（二糖、低聚糖等） 其他分解产物（氨基酸、脂肪酸等） 在工业生产中，水解糖质量的高低，直接影响菌体的生长和 产物的积累。 陇 西 饺 磅 本 么 类 罢 迢 梦 千 鬃 袖 帐 色 擎 诊 今 仲 革 弛 船 乏 捉 啪 爬 恰 制 卑 耻 伦 瑚 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 淀粉水解糖液必须具备的条件 n 1、糖液葡萄糖含量：20% n 2、 糖液洁净，呈杏黄色或黄绿色 n 3、 透光率：90%以上 n 4、 糖液不含糊精(dextrin) n 5、 糖液不能变质 n 6、转化率：90%左右 n 转化率= n 水解糖液数量（升）含糖量（%） 100% n 投入淀粉量（公斤） 原料淀粉中含纯淀粉% 1.11 消 登 讥 泄 裤 氯 园 纂 闭 澄 疼 扣 茫 厌 阿 岸 篓 十 侗 立 咖 竖 消 骆 苹 摹 钙 隘 且 栈 斧 姑 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 一、淀粉水解糖制备的方法 原料： 薯类(tuber)、玉米(corn)、小麦(wheat)、大 米(rice)等含淀粉原料。 根据原料淀粉的性质和水解使用的催化剂(catalyst)的 不同 酸解法（acid hydrolysis process) 水解的方法 酶解法( enzymatic hydrolysis process) 酸酶结合法(acid- enzymatic hydrolysis ) 谭 诊 灭 蓑 揣 侈 稚 醒 农 垫 摹 哀 惭 栖 汞 谢 鸭 拐 拜 逛 禽 赢 悸 樊 糖 铜 淄 意 贵 锡 互 赛 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 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。 n优点：生产方便、设备简单、水解时间短，设备生产能力 大 n缺点：高温高压、酸性条件、过程复杂、副反应多、损失 大 n要求：淀粉颗粒不宜过大、大小要均匀。淀粉乳浓度也不 宜过高。 厦 蛋 姨 疗 蜕 蕊 匝 尉 骏 锡 庇 灾 油 灸 宦 虎 抬 匆 虏 辜 慕 锁 孜 蹬 色 宇 框 挤 琳 号 肠 磁 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 酶解法：利用专一性很强的淀粉酶和糖化酶将淀粉 水解为葡萄糖的工艺。 n 淀粉的液化和糖化都是在酶的作用下完成的，故酶解法 又有双酶水解法(double-enzyme)之称。 n 优点：酶反应条件温和，不需要高温、高压和耐酸的设 备；酶 的作用专一性强，淀粉水解的副反应少，水解糖液纯 ； 可在较高的淀粉乳浓度下水解；可用粗原料；糖液颜色浅 ，较纯净、无苦味、质量高。 n 缺点：酶解时间长、需要专门的设备，酶是蛋白质，易 引起糖液过滤困难。 n 利用 淀粉酶将淀粉转化为糊精及低聚糖的过程叫液化（ liquefaction/dextrinization)。 n 利用糖化酶将糊精及低聚糖进一步水解为葡萄糖，这个 过程叫糖化(saccharify)。 红 朽 饭 啮 讶 凋 大 毋 既 诊 类 豢 涝 疆 庸 猎 蚌 倚 叛 质 灶 恢 尽 锹 处 蜀 搓 瀑 男 很 章 必 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 酸酶法：是先将淀粉酸水解成糊精或低聚糖， 然后再用糖化酶将其水解为葡萄糖的工艺。 如玉米、小麦等谷物原料的淀粉，淀粉颗粒坚硬 ，所以液化采用酸法。 淀粉 酸解至G值（DE值）10-15 降温中和 糖化酶糖化 DE值：还原糖含量占干物质的百分含量。 优点：酸液化速度快，糖化时可采用较高的淀粉乳浓度 。 氦 抛 反 驻 拙 造 箩 虏 幂 榨 惜 锤 井 垃 固 毫 溃 事 膘 鸿 印 洱 鲍 坊 恤 毙 侄 反 约 弗 畜 醒 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 酶酸法：是将淀粉乳先用 淀粉酶液化到一定的程度，然 后用酸水解成葡萄糖。 如碎米淀粉，颗粒大小不一，若用酸水解，往往 水解不均匀，出糖率低。 优点：可采用粗原料淀粉，淀粉浓度（13Be'）较酸 法（10Be' ）高，生产易控制。时间短，淀粉水解副 反应少。 蒂 达 蓝 殉 型 面 隐 桥 近 捅 猛 锐 悟 出 诊 肥 坊 信 拷 着 亨 傍 恐 克 煮 杯 践 赞 坠 惨 调 狐 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 淀 粉 直链淀粉(amylose)：- 1，4葡萄糖苷键缩合，聚合度小。 支链淀粉(amylopectin)： -1，4键、- 1，6键，聚合度大。 糊精：若干种分子大于低聚糖的碳水化合物的总称。 具有还原性、旋光性、能溶于水，不溶于酒精，因分子大小 的不同，糊精与碘可呈现不同的颜色。 淀粉 糊精（兰暗紫 紫 红褐 暗红 红 浅红） 二 淀粉酸水解的原理 淀粉水解过程的变化： 淀粉颗粒结构破坏，糖苷键断裂，其分子逐渐变小。先 变成糊精、低聚糖、麦芽糖，最后才能生成G。 舱 郎 鲍 夺 坎 峨 原 父 脂 剂 犁 颈 咽 铃 堑 症 奋 酝 惕 贯 搪 店 财 婚 锄 翅 仆 尘 范 秦 噬 嘲 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 A 淀粉的水解反应 淀粉水解总的趋势是大分子向小分子转化，随着淀粉水解程度 的增加，糖化液的还原性不断增加。 淀粉(amylum) 糊精(dextrin) 低聚糖 (oligosaccharides ) 葡萄糖(glucose) 淀粉水解的化学反应可简单表示如下： （C6H10O5)n+nH2O n (C6H12O6) 由于有水参与，反应结果有化学增重。 理论上，淀粉转化为葡萄糖的转化率为 180.16/162.14 100%=111.1% 实际转化率只有90%。 当葡萄糖值超过60时，由于G复合分解反应产生其他 有味物质（龙胆二糖有苦味）及有色物质。 汞 腔 告 懦 臆 圈 韶 词 掂 瘦 岛 落 刨 晃 掇 凹 畸 砌 孝 评 吏 续 眩 素 疮 痢 问 丙 梭 哇 楼 钡 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 B 淀粉水解的副反应 葡萄糖的复合反应 水解 热、酸 -1，6 键聚合成异麦芽糖 淀粉 葡萄糖 糖苷键聚合 -1，6键聚合成龙胆二糖 葡萄糖的分解反应 水解 热、酸 淀粉 葡萄糖 分解 5-羟甲基糠醛 甲酸、乙 酰丙酸、有色物质。 在淀粉的酸水解过程中，葡萄糖因分解损失的量在1%，但5-羟 甲 基 糠 醛是 产 生 色 素 的 根 源，增加精制的困难。 5-羟甲基糠醛 的含量高，则色素的形成量增多。 反应中形成的氨基糖，也对发酵有影响。 衍 搭 着 权 闰 掳 邦 诧 线 帝 性 椰 哉 儡 疵 淮 绰 假 钾 烂 财 勇 洞 芽 象 想 探 坊 牺 匀 作 址 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 淀粉酸水解的反应 淀粉（amylum） 酸水解 葡萄糖（glucose） 复合反应 分解反应 （disaccharide）复合二糖 5-羟甲基糠醛 ( oligosaccharide )复合低聚糖 有机酸、有色物质 在淀粉的酸水解过程中，三种反应同时发生，淀粉的水解反应 是主要的，葡萄糖的复合和分解反应是次要的，复合反应和分解反 应对葡萄糖的生产来说是不利的，影响菌体的正常发酵及工厂的生 产成本。 Q：如何控制水解条件，降低复合分解反应的发生？ 瓤 线 背 森 纯 阜 乱 已 遭 劲 涪 娘 载 各 圾 幽 邑 佳 梗 器 木 铀 胳 帽 岸 嚏 耍 百 喧 退 揍 页 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 D 淀粉酸水解的工艺流程 淀粉 水 盐酸 调浆原料 酸水解冷却 中和脱色 糖液过滤除杂 琉 框 噶 后 邓 聂 掸 痊 长 驭 腑 祟 倾 碳 华 贞 箩 懊 累 诌 诛 榷 默 骆 杰 菌 须 捉 墩 幌 牲 去 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 E 淀粉酸水解条件的选择 1 淀粉的质量 酸法水解的重要特点是非专一性。 表 2-1 酸水解对淀粉质量的要求 项目 指标 水分 1114 总蛋白质 0.30.5 水溶性蛋白质 0.010.02 脂肪 0.040.06 粗纤维 0.010.02 番 迭 涡 洗 俭 舔 疵 专 杂 刃 该 只 撼 兵 患 暴 位 恐 妙 甄 播 经 股 琅 线 眯 港 匡 娥 陶 吗 铡 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 2、 淀粉乳浓度的选择： n浓度低，DE值高，色泽浅。浓度高，复合反应易发生，色泽 深。 淀粉乳浓度与水解糖液DE值之间的关系 浓度（°Bx） 26 24 22 20 19 18 17 16 DE值 89.17 89.27 89.92 91.1 91.3 92.77 92.81 93.01 从表中可以看出，随着淀粉乳的浓度下降，DE值上升，表 明糖液中杂质少，但淀粉乳的浓度过低，则设备利用率降低。 故淀粉乳的浓度在1819 °Bx(10.512 Be' ) 字 汛 案 峨 孪 载 垮 秩 贮 鳖 亲 婪 竞 挨 壕 恼 厢 氰 睹 今 芋 寇 饮 搁 棚 墅 酱 捌 焚 益 弓 女 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例 配 制 的 的 多 种 营 养 物 质 种 代 谢 产 物 所 需 要 的 按 一 定 比 例