项目2微生物发酵技术ppt课件

1、 工程2：微生物发酵技术 义务2：工业培育基制备与灭菌教学安排：教学安排： 1. 员工培训员工培训 由教师讲解工业培育基实际根底。由教师讲解工业培育基实际根底。 分配实操义务：工业培育基的制备分配实操义务：工业培育基的制备与灭菌。与灭菌。 2. 学生模拟组建运营一个培育基车间，学生模拟组建运营一个培育基车间，撰写方案书撰写方案书(在实际教学期间完成在实际教学期间完成)。 市场部：当前工业培育基的开展特点，市场部：当前工业培育基的开展特点，培育基灭菌方法的技术进展。培育基灭菌方法的技术进展。 技术部：确定工业培育基制备的技术技术部：确定工业培育基制备的技术道路，撰写操作规程。道路，撰写操作规程。

2、 品控部：制定工业培育基质量规范及品控部：制定工业培育基质量规范及检测方法。检测方法。 总经理：协调监视各部任务，最后拿总经理：协调监视各部任务，最后拿出完好的方案书。出完好的方案书。 3. 方案书实施。方案书实施。 方案书要先经过教师的审核，然后方案书要先经过教师的审核，然后实施。实施。 实施过程中考核操作技艺。实施过程中考核操作技艺。 实施后及时进展实训报告的撰写也实施后及时进展实训报告的撰写也总结。总结。 n一一 培育基组成培育基组成n1 培育基配方组成：组成成分、各组成成分培育基配方组成：组成成分、各组成成分的浓度、适宜的的浓度、适宜的pH；n2 培育基随微生物的生理与产物不同而不同；

3、培育基随微生物的生理与产物不同而不同；n3 培育基成分：培育基成分：n(1)碳源：葡萄糖、淀粉；碳源：葡萄糖、淀粉；n(2)氮源：碳酸铵、玉米浆；氮源：碳酸铵、玉米浆；第一节第一节 概述概述 (3)无机盐和微量元素；无机盐和微量元素；(4)前体和诱导物。前体和诱导物。二二 培育基组成影响细胞分化和产物构成培育基组成影响细胞分化和产物构成 细胞分化：细胞形状、生理功能和化学组成细胞分化：细胞形状、生理功能和化学组成上彼此不同；上彼此不同；培育基组成影响细胞分化：培育基组成影响细胞分化： 二价阳离子、阴离子聚合物、外表活性剂、二价阳离子、阴离子聚合物、外表活性剂、固形物含量、各成分的浓度、培育液的

4、固形物含量、各成分的浓度、培育液的pH。 n例：例：n在碱性培育基中产黄青霉易构成球状体；在碱性培育基中产黄青霉易构成球状体；n二价阳离子诱发细胞呈球形；二价阳离子诱发细胞呈球形；n无素锰可经过改动黑曲霉菌细胞壁的成分；无素锰可经过改动黑曲霉菌细胞壁的成分；n生物素和青霉素能改动细胞膜的成分。生物素和青霉素能改动细胞膜的成分。n三三 配制工业发酵培育基的普通要求配制工业发酵培育基的普通要求n(1)组成丰富，浓度适当；组成丰富，浓度适当；n(2)各成分之间彼此不反响；各成分之间彼此不反响；n(3)粘度适当，具有适当的浸透压；粘度适当，具有适当的浸透压；n(4)成分要有利于主产物的合成，不利于副成

5、分要有利于主产物的合成，不利于副产物的合成；产物的合成；n(5)即不影响通气与搅拌，又不影响或略微即不影响通气与搅拌，又不影响或略微影响产物的分别精制和废物处置；影响产物的分别精制和废物处置；n(6)因地制宜，质优价廉，本钱低。因地制宜，质优价廉，本钱低。第二节第二节 培育基的成分培育基的成分n一一 碳源碳源n碳源：构成微生物细胞和代谢产物；碳源：构成微生物细胞和代谢产物；n 能源。能源。n(一一)糖类糖类n 单糖、双糖、多糖、淀粉质类和糖蜜；单糖、双糖、多糖、淀粉质类和糖蜜；n(二二)脂肪脂肪n 利用油脂添加微生物需氧量，产酸，降利用油脂添加微生物需氧量，产酸，降pH；要留意贮藏油脂，防止产

6、生过氧化物。要留意贮藏油脂，防止产生过氧化物。n(三三)有机酸和醇；有机酸和醇；n(四四)碳氢化合物；碳氢化合物；n二二 氮源氮源n 构成细胞成分，亦可作碳源运用。构成细胞成分，亦可作碳源运用。n(一一)无机氮源的特点无机氮源的特点n1 成分单一，质量较稳定；成分单一，质量较稳定；n2 易被菌体吸收利用；易被菌体吸收利用；n3 改动培育液的改动培育液的pH。n生理酸性物质与生理碱性物质。生理酸性物质与生理碱性物质。n(二二)有机氮源的特点有机氮源的特点n1 成分比较复杂；成分比较复杂；n2 被菌体利用的速度不同；被菌体利用的速度不同；n速效氮源：玉米浆；速效氮源：玉米浆；n迟效氮源：黄豆饼粉和

7、花生饼粉。迟效氮源：黄豆饼粉和花生饼粉。n3 微生物对氨基酸的利用有选择性；微生物对氨基酸的利用有选择性；n 部分氨基酸即可用于菌体生长，亦可用于部分氨基酸即可用于菌体生长，亦可用于次级代谢产物的合成。次级代谢产物的合成。n4 是引起发酵程度动摇的主要要素。是引起发酵程度动摇的主要要素。n 常用有机氮源：黄豆饼粉、棉籽饼粉、麸常用有机氮源：黄豆饼粉、棉籽饼粉、麸质粉、蛋白胨、酵母粉、鱼粉等。质粉、蛋白胨、酵母粉、鱼粉等。n三三 无机盐和微量元素无机盐和微量元素n 许多金属离子低浓度呈刺激作用，高浓度许多金属离子低浓度呈刺激作用，高浓度呈抑制造用。呈抑制造用。n1 磷磷n(1)组成生物大分子：核

8、酸、核蛋白；组成生物大分子：核酸、核蛋白；n(2)作为缓冲液调理作为缓冲液调理pH；n(3)对某些次级代谢产物有抑制造用。对某些次级代谢产物有抑制造用。n常用磷酸盐：磷酸二氢钾、磷酸氢二钾及其常用磷酸盐：磷酸二氢钾、磷酸氢二钾及其钠盐。钠盐。n2 硫硫n 构成细胞生物分子。构成细胞生物分子。n 常用化合物：硫酸钠、硫酸镁、硫酸铵、常用化合物：硫酸钠、硫酸镁、硫酸铵、硫代硫酸钠。硫代硫酸钠。n3 铁铁n 是细胞色素是细胞色素C、细胞色素氧化酶和过氧化、细胞色素氧化酶和过氧化酶的组成元素，同时对许多产物合成有抑制酶的组成元素，同时对许多产物合成有抑制造用。造用。n 常用化合物：硫酸铁。常用化合物：

9、硫酸铁。n4 锌、镁、钴锌、镁、钴n 锌对部分抗生素合成有促进作用及操作菌锌对部分抗生素合成有促进作用及操作菌体生长，过量那么抑制。常用化合物：硫酸体生长，过量那么抑制。常用化合物：硫酸锌；锌；n 镁激活一些酶，能提高一些菌体对本身所镁激活一些酶，能提高一些菌体对本身所产抗生素的耐受性。常用化合物：硫酸镁；产抗生素的耐受性。常用化合物：硫酸镁；n 钴是维生素钴是维生素B12的元素之一。常用化合物：的元素之一。常用化合物：氯化钴。氯化钴。 n5 钠、钾、钙钠、钾、钙n 钠：细胞质细胞浸透压；钠：细胞质细胞浸透压；n 钾：影响细胞膜透性；钾：影响细胞膜透性；n 钙：调理细胞膜透性，控制钙：调理细胞

10、膜透性，控制pH。n n四四 水水n功能：功能：n(1)溶剂与运输介质；溶剂与运输介质；n(2)参与生化反响；参与生化反响；n(3)维持生物大分子稳定性；维持生物大分子稳定性； n(4)传送热；传送热；n(5)维持细胞形状；维持细胞形状；n(6)控制酶的活性。控制酶的活性。n 水的活度。水的活度。n五五 前体前体n 在产物的生物合成过程，被菌体用于产物在产物的生物合成过程，被菌体用于产物合成而本身构造无显著改动的物质。合成而本身构造无显著改动的物质。n 内源性前体和外源性前体。内源性前体和外源性前体。n六六 消泡剂消泡剂n 植物油、动物油和一些化学合成的高分植物油、动物油和一些化学合成的高分子

11、化合物。子化合物。n七七 其他成分其他成分n 生长因子与诱导物。生长因子与诱导物。第三节第三节 培育基的种类与选择培育基的种类与选择n一一 培育基的种类培育基的种类n1 按培育基的组成分为合成培育基和复合培按培育基的组成分为合成培育基和复合培育基育基n 合成培育基：由知组成成分的各种营养物合成培育基：由知组成成分的各种营养物质组合的培育基；质组合的培育基；n 复合培育基：由一些组成成分不完全明确复合培育基：由一些组成成分不完全明确的天然产物和一些无机盐组成的培育基。的天然产物和一些无机盐组成的培育基。n2 按形状可分为固体培育基、液体培育基和半固体培育基；n3 按用途可分为孢子培育基、种子培育

12、基和发酵培育基。n(一)孢子培育基n普通要求：n(1)基质浓度(特别是氮源)要低些；n(2)无机盐的浓度适量。n常用孢子培育基：n 麸皮、大(小)米、琼脂培育基。n(二二)种子培育基种子培育基n普通要求：普通要求：n(1)营养成分易被吸收，丰富与完好，其中营养成分易被吸收，丰富与完好，其中维生素与氮源略高；维生素与氮源略高；n(2)与发酵培育基有内在联络。与发酵培育基有内在联络。n成分：成分：n 葡萄糖、糊精、蛋白胨、玉米浆、酵母葡萄糖、糊精、蛋白胨、玉米浆、酵母粉、硫酸铵、尿素、硫酸镁、磷酸盐等。粉、硫酸铵、尿素、硫酸镁、磷酸盐等。n(三三)发酵培育基发酵培育基n 组成完好丰富，浓度与粘度适

13、中；原资组成完好丰富，浓度与粘度适中；原资料质量稳定，且不影响产品分别精制。料质量稳定，且不影响产品分别精制。n二二 培育基的设计培育基的设计n 满足元素与能量要求。满足元素与能量要求。n思索要素：思索要素：n1 细胞的元素组成情况细胞的元素组成情况(表表3 -7)；n2 微生物对生长因子的需求；微生物对生长因子的需求；n3 营养成分与代谢产物的内在联络；营养成分与代谢产物的内在联络；n4 实验验证。实验验证。n三三 培育基的挑选培育基的挑选n 单因子法。单因子法。第四节第四节 影响培育基质量的要素影响培育基质量的要素n一一 原资料质量的影响原资料质量的影响n1 有机氮源影响最大有机氮源影响最

14、大(黄豆饼粉、玉米浆、蛋黄豆饼粉、玉米浆、蛋白胨白胨)；n2 碳源的纯度；碳源的纯度；n3 油脂的质量；油脂的质量；n4 无机盐和前体物的质量。无机盐和前体物的质量。n二二 水质的影响水质的影响n 水中所含无机离子与有机物的含量。水中所含无机离子与有机物的含量。n三三 灭菌的影响灭菌的影响n 灭菌对营养成分有破坏作用。灭菌对营养成分有破坏作用。n(1)葡萄糖的破坏：与氨基酸反响、与磷酸盐葡萄糖的破坏：与氨基酸反响、与磷酸盐反响；反响；n(2)无机盐之间的反响；无机盐之间的反响；n(3)泡沫影响灭菌效果。泡沫影响灭菌效果。n四四 pH的影响的影响n pH值偏高或偏低会加速培育基成分的分解；值偏高

15、或偏低会加速培育基成分的分解；n 控制控制pH以生理酸性或生理碱性物质为主，以生理酸性或生理碱性物质为主，以酸碱为辅；以酸碱为辅；n 培育基对培育基对pH有缓冲作用。有缓冲作用。n五五 其他影响要素其他影响要素n 粘度；粘度；n 氧化复原电位；氧化复原电位；n 投错料、计算错误等。投错料、计算错误等。第五节第五节 单糖制备单糖制备n淀粉糖的制备一、淀粉的组成及其特性一、淀粉的组成及其特性n1 1 淀粉的组成淀粉的组成OOOOOCH2OHOHOHOHCH2OHOHCH2OOOHOHOCH2OHOHOHOOCH2OHOOHOHOOCH2OHOOHOHa a- -1 1，6 6糖糖苷苷键键a a-

16、-1 1，4 4糖糖苷苷键键淀粉的组成淀粉的组成n1 1直链淀粉直链淀粉n2 2支链淀粉支链淀粉n3 3聚合度聚合度2 2 淀粉的特性淀粉的特性n1 1糊化糊化淀粉在热水中能吸收淀粉在热水中能吸收水分而膨胀，最后淀粉粒破裂，淀水分而膨胀，最后淀粉粒破裂，淀粉分子溶解于水中构成带有粘性的粉分子溶解于水中构成带有粘性的淀粉糊，这一过程称为糊化。淀粉糊，这一过程称为糊化。n2 2淀粉与碘作用，产生鲜明的蓝淀粉与碘作用，产生鲜明的蓝色色“淀粉淀粉碘复合物。碘复合物。二二 淀粉水解糖的制备方法淀粉水解糖的制备方法淀淀粉粉水水解解糖糖的的制制备备方方法法酸酸解解法法酶酶解解法法酸酸酶酶结结合合法法酸酸酶酶

17、法法酶酶酸酸法法1 酸解法酸解法 n是以酸无机酸或有机酸为催是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化剂，在高温高压下将淀粉水解转化葡萄糖的方法。葡萄糖的方法。酸解法酸解法n优点：n 设备要求简单，由淀粉逐渐水解为葡萄糖的整个化学反响过程仅在一个高压容器进展；n 水解时间短，在0.3Mpa左右压力下仅需5 20 min。 酸解法酸解法n缺陷：n1 要求耐腐蚀、耐高温、耐高压的设备；n2 除了淀粉的水解反响外，尚有副反响，将呵斥淀粉转化率降低；n3 葡萄糖液色素深，质量差；n4 对淀粉原料要求严厉，淀粉颗粒不宜过大且要均匀；n5 淀粉乳浓度不宜过高。2 2 酶解法酶解法n酶解法是

18、用淀粉酶将淀粉水解为葡萄糖。酶解法制葡萄糖可分为二步：第一步是利用淀粉酶将淀粉液化转化为糊精及低聚糖，使淀粉的可溶性添加，这个过程称为“液化。第二步是利用糖化酶将糊精或低聚糖进一步水解，转变为葡萄糖的过程，在消费上称为“糖化。淀粉的“液化和“糖化都是在微生物酶的作用下进展，故也称为双酶水解法。 酶解法酶解法n优点：n1 反响条件温暖，不需耐高温、耐高压、耐腐蚀的设备；n2 葡萄糖液颜色浅，质量好；n3 酶作用的专注性强，淀粉的水解副反响少，淀粉的转化率高；n4 对淀粉要求不高，可用粗原料；n5 可在较高淀粉乳浓度下水解。酶解法酶解法n缺陷：n1酶解反响时间较长；n2要求的设备较多。 3 酸酶结

19、合法酸酶结合法 n1酸酶法n2酶酸法 三三 水解糖液的质量目的水解糖液的质量目的n1 色泽：浅黄、杏黄色，透明液n2 糊精：无n3 复原糖含量：2432%根据消费需求n4 透光率：85%以上n5 DE值： 96%以上%100%干物质还原糖值DE四四 淀粉酸水解机理淀粉酸水解机理 淀淀粉粉水水解解葡葡萄萄糖糖复复合合复复合合二二糖糖复复合合低低聚聚糖糖5 5 - -羟羟甲甲基基糠糠醛醛有有机机酸酸、有有色色物物质质等等分分解解淀粉酸水解机理淀粉酸水解机理n1淀粉水解过程的变化n淀粉 糊精 低聚糖 葡萄糖 n碘显色：n蓝色暗紫紫红褐暗红红浅红n糊精不溶于乙醇 淀粉酸水解机理淀粉酸水解机理n2葡萄糖

20、对淀粉的实际转化率nC6H10O5n + n H2O = nC6H12O6n 162.14 18.02 180.16n 淀粉产生葡萄糖的实际转化率为：%111%10014.16216.180淀粉酸水解机理淀粉酸水解机理n3 3DEDE值值nDEDE值即葡萄糖值，用以表示淀粉水解值即葡萄糖值，用以表示淀粉水解程度及糖化程度，指的是葡萄糖占干物质程度及糖化程度，指的是葡萄糖占干物质的百分率，即：的百分率，即：%100%干物质还原糖值DE淀粉酸水解机理淀粉酸水解机理n2 葡萄糖的复合反响n复合反响是有害的，它降低葡萄糖的收率，影响葡萄糖的结晶。n淀粉乳浓度高，水解所得的葡萄糖浓度也高，致使复合反响进

21、展剧烈。 淀粉酸水解机理n3 葡萄糖的分解反响n 5羟甲基糠醛和有色物质的生成量随葡萄糖的浓度添加而添加，随反响时间的延伸而添加。五五 淀粉制糖工艺淀粉制糖工艺1 1 双酶法双酶法1 1工艺流程工艺流程淀粉淀粉 调浆调浆 调调PHPH值值加淀粉酶加淀粉酶放射液化放射液化 液化维持液化维持 灭液化酶灭液化酶 降温降温 调调PHPH值值 加糖化酶加糖化酶 糖化糖化灭糖化酶灭糖化酶降温降温调调PHPH值值 降温降温加活性炭、助滤剂加活性炭、助滤剂脱色脱色压滤压滤 葡萄糖葡萄糖液液2 2工艺参数工艺参数 A A 调浆：调浆：1018Be1018Be， B B 液化：液化： 淀粉酶量淀粉酶量 510 5

22、10单位单位/ /克干淀粉，克干淀粉， 液化液化PHPH值值PH6.06.4PH6.06.4， 液化温度液化温度 90110 90110， 液化维持时间液化维持时间 4590min 4590min，C C 灭液化酶：灭酶温度灭液化酶：灭酶温度 115120 115120， 灭酶维持时间灭酶维持时间 510 min 510 min工艺参数工艺参数nD糖化：n 糖化酶量80100单位/克干淀粉，n 糖化PH值PH4.44.6，n 糖化温度 5560，n 糖化时间 1640h，nE灭糖化酶：n 灭酶温度 85左右，n 灭酶维持时间 510 min工艺参数工艺参数nF 脱色：n 脱色PH值PH 4.8

23、，n 脱色温度4560，n 脱色时间48h。3糖化过程中DE值的变化D DE E值值糖糖化化时时间间4 4节能设备在双酶法中的运用节能设备在双酶法中的运用 P-2贮贮 糖糖 罐罐E-19糖糖 化化 罐罐调调 浆浆 罐罐维维 持持 罐罐液液 化化 喷喷 射射 器器热热 交交 换换 器器热热 交交 换换 器器热热 交交 换换 器器脱脱 色色 罐罐冷冷 却却 塔塔水水 池池液液 化化 喷喷 射射 器器5 5双酶法的设备双酶法的设备n调浆罐、液化放射器、调浆罐、液化放射器、n液化维持罐、换热器、液化维持罐、换热器、n糖化罐、脱色罐、糖化罐、脱色罐、n压滤机、贮糖罐、压滤机、贮糖罐、n物料泵、冷却塔、水

24、泵物料泵、冷却塔、水泵2 酸法n1工艺流程n淀粉 调浆 加酸 升温 维持 n冷却 中和 脱色 压滤 葡萄糖液2 工艺参数 A 调浆：1012 Be B 水解：PH1.5 压力0.28Mpa 温度140 时间1520min C) 中和： PH4.8 D) 脱色： 时间 48三 糖蜜处置的目的与原理n目的：n 1 蔗糖水解n 蔗糖是由一分子果糖与一分子葡萄糖构成的双糖，水解后为果糖和葡萄糖。n 2 除杂质n 主要是胶体、灰份等。n原理：n 加酸n 双糖转化成单糖 ；n 硫酸、磷酸和石灰乳作用产生硫酸钙沉淀 ；n 释出挥发酸，可在沸腾和通风时驱除掉； n 胶体絮凝。n加热n 蛋白变性沉淀，促进胶体絮凝；n 杀灭微生物。n通气n 有害气体氧化驱除，如一氧化氮、二氧化硫、硫化氢等 ；n 驱除挥发酸。 n糖蜜处置的质量要求：n 钙的含量 0.02%n 胶体含量 0.1%n 发酵糖转化率85%n发酵糖转化率计算公式为：n 处置后复原糖总量处置前复原糖总量糖蜜中发酵糖的转化率=- 处置前总糖量处置前复原糖总量n测定方法：n 复原糖 滴定；n 胶体 酒精沉淀枯燥法；n 灰份 灼烧六六 糖蜜处置糖蜜处置n1 处置量计算处置量计算n 根据培育基的耗费计算糖的需求量，根据培育基的耗费计算糖的需求量，再根据糖蜜中糖的含量折算，并做适度再