培养基制备技术-培养基设计与制备（微生物发酵技术课件）

微生物发酵技术-酶解制备单糖工艺目录Content淀粉概述01淀粉酶解制备葡萄糖工艺021.淀粉概述颗粒外观：颜色、溶解性、内部结构、形状等多个参数；颗粒较大的薯类淀粉较易糊化，颗粒较小的谷物淀粉相对较难糊化。

淀粉颗粒的构成如下图：氢键聚集淀粉分子链───→针状晶体───→淀粉颗粒分子结构：直链和支链直链淀粉通过α-1，4键连接；支链淀粉的直链部分通过α-1，4键连接，分支点则有α-1，6键连接；一般植物中直链淀粉含量为20～25%，支链淀粉占75～80%。直链淀粉在70～80℃的水中可溶，溶液的粘度较小，遇I2呈纯蓝色；支链淀粉在高温水中可溶，溶液的粘度大，遇I2呈兰紫色。糖化理论：糖化：以无机酸或酶为催化剂，在一定温度下使淀粉水解，将淀粉全部或部分转化为葡萄糖等可发酵性糖的过程。糖化剂：反应催化剂；糖化的目的：将淀粉转化为可发酵性糖。理论收率（111.11%)

（C6H10O5)n+nH2OnC6H12O616218180实际收率（105%~108%）淀粉组分变化：2.淀粉酶解制备葡萄糖工艺液化：1、淀粉酶的水解作用α-淀粉酶：对淀粉的作用，可将长链从内部分裂成若干短链的糊精，所以也称内切淀粉酶。只水解α-1，4键，不能水解分支点的α-1，6键，但可以越过。直链淀粉水解产物：葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖。支链淀粉水解产物除上述外还有：异麦芽糖及低聚糖。淀粉受到α-淀粉酶的作用后，遇碘呈色很快反应，如下表现：蓝→紫→红→浅红→不显色(即碘原色)α-淀粉酶的主要来源为细菌，特别是枯草杆菌。液化：2、淀粉液化的条件及液化程度的控制

由于淀粉颗粒的结晶结构对酶作用的抵抗力非常强，不能直接使用液化酶作用于淀粉，需要先加水加热。1）、淀粉的膨胀和糊化水-热处理概念:将淀粉质原料与水一起，在高温高压或低温低压的条件下进行处理的过程。目的:使淀粉从细胞中游离出来，并转化为溶解状态，以便淀粉酶系统进行糖化作用。液化：淀粉在水-热处理中变化——淀粉的膨胀和糊化膨胀：淀粉是一种亲水胶体，遇水加热后，水分子渗入淀粉颗粒内部，使淀粉分子的体积和重量增加。糊化：在温水中，当淀粉颗粒无限膨胀时晶体结构消失，形成均一的粘稠液体的现象，称为淀粉的糊化。此时的温度称为糊化温度。淀粉老化：淀粉分子间氢键已断裂的糊化淀粉又重新排列成新的氢键的过程，也就是重结晶的过程。淀粉老化与淀粉的种类、pH、温度及加热方式、淀粉糊的浓度有关。液化：液化：2）、酶法液化方法及选择淀粉糊化后，如果提高温度至130℃，由于支链淀粉的全部（几乎）溶解，网状结构彻底破坏，淀粉溶液的粘度迅速下降，变为流动性较好的醪液，这种现象称为淀粉的溶解或液化。通常上述过程在液化酶的作用下完成。目的：提高流动性，使操作无困难；淀粉分子被水解到糊精和低聚糖范围。底物分子增多，非还原尾端增多，利于糖化酶（外酶）作用。液化工艺：间歇（升温）液化法半连续（高温、喷淋）液化法连续（喷射）液化法升温液化法工艺：将浓度30~40%淀粉乳调整pH到6.5，加入CaCl2(0.01mol/L酶的保护剂激活剂)和一定量谷草杆菌液化酶(5~8u/克淀粉)，剧烈搅拌，加热到85~90℃，保持30~60分钟，达到液化程度(DE15~18)，升温到100℃，灭酶10分钟。此方法简便，但效果较差，能耗大，原料利用率低，过滤性能差。液化工艺：高温液化法（喷淋连续进出料液化法）工艺：将淀粉乳调整到适当pH和Ca2+浓度，加入一定量的液化酶，用泵打给喷淋头引入液化罐中（其中已有90℃水），淀粉糊化后，立即液化，至保温罐90℃保温40分钟，达到液化的程度。优点：设备和操作简单，效果比间歇液化好。缺点：不安全，蒸汽耗量大，温度无法达到最佳温度，液化效果差，糖液过滤性能也差。液化工艺：连续（喷射）液化法利用喷射器将蒸汽直接喷射至混有液化酶的淀粉薄层，以在短时间内达到要求的温度，完成糊化和液化。喷射后，进入保温罐，85~90℃保温45分钟。优点：设备小，便于连续操作，原料利用率高，转化率高，蛋白质凝聚好。但要求一定压力的蒸汽，进出料的速度要稳定。调浆→配料→一次喷射液化→液化保温→二次喷射→二次液化→冷却→糖化液化工艺：3）、液化程度的控制I2试测定DE值DE值高，糊精太小，不利于糖化酶作用，影响催化效率，终点DE值低。DE值低，液化不彻底，糖化速度慢，酶用量大，时间长，过滤性能差。根据生产经验一般控制在15—20%透光率和澄清度4）、液化效果的标准液化要均匀蛋白絮凝效果好液化彻底（60˚C时液化液要稳定，不出现老化现象，不含不溶性淀粉颗粒，液化液透明、清亮）糖化：1、糖化酶对淀粉的水解反应过程糖化：利用糖化酶（葡萄糖淀粉酶）将淀粉液化产生的糊精及低聚糖分子内α-1，4和α-1，6葡萄糖苷键的断裂，进一步水解成葡萄糖的过程。糊精是若干种分子大于低聚糖的碳水化合物，一般含2~10葡萄糖单位的为低聚糖。糊精具有旋光性，还原性，能溶于水，不溶于酒精。与碘作用，聚合度不同颜色不同。糖化：2、酶法糖化的工艺流程液化→糖化→灭酶→过滤→贮糖计量→发酵工艺要点：糖化pH4.2-4.5；温度60℃左右；糖化酶用量150U/g淀粉；糖化时间32小时左右，用无水酒精检验无糊精存在时，糖化结束，然后将pH调整至4.8-5.0同时加热到90度，维持20~30分钟灭酶，然后将料液温度降至60~70度开始过滤，滤液进入储罐备用。

糖化：3、糖化的过程检测检验液化：是否有淀粉，用碘液，是否呈蓝色；检验糖化：是否水解完全。测定还原糖；无水酒精检验是否有糊精存在。酶解制备单糖工艺要点是？1微生物发酵技术-培养基设计目录Content培养基优化01培养基设计0203培养基配制1.培养基优化理论转化率：培养基成分的用量的多少，大部分是根据经验而来。但有些主要代谢的产物因为它们的代谢途径比较清楚，所以可以根据物料平衡计算来加以确定。例如：在酒精生产中葡萄糖转化为酒精的理论转化率计算如下：代谢总反应衡算式为：C6H12O62C2H5OH+2CO2因此葡萄糖转化为酒精的理论得率为Y=2*46/162=0.57对于某些次级代谢产物，通过代谢途径的解析也可给出代谢的总反应衡算式。2.培养基设计试验设计：最终培养基的成分和浓度的确定都是通过试验获得的。

常用正交实验设计（是研究多因素多水平的一种设计方法，它是根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验，这些有代表性的点具备了“均匀分散，齐整可比”的特点，正交试验设计是分式析因设计的主要方法，是一种高效率、快速、经济的实验设计方法）、水平试验等。正交实验数据由计算机完成分析。3.培养基配制基本过程：配制过程按照培养基配方进行，培养基配方中的浓度表示:摩尔浓度:M单位:mol/L质量百分比:%(W/W)体积百分比:%(V/V)质量体积比:W/V单位:g/L或Kg/m3质量体积百分比:%(W/V)单位：%（Kg/m3)%(g/ml)%(Kg/L)工业化生产需要进行单位有小到大的换算过程。配方注意事项：计料体积=配料体积+灭菌后冷凝水的体积+接种的体积；物料的规格：属于什么级的物料、纯度、有效成分等；pH值及调整方法；对配制水的要求；投料顺序……操作注意事项：1不要使用霉烂、变质的原材料，并选择适当的配料用水；2加料量计算、称量准确；3含淀粉质的粉状原料不能用热水投料；4蛋白胨、酵母提取物等可溶性蛋白类原料投料前要先用热水溶解；5粉状物料投料要在搅拌下进行，以免沉底、结块；6块状物料应充分粉碎；7避免回调pH；8油脂、CaCO3要在调完pH以后加入；9淀粉酶在60℃以后加；10配料后要立即灭菌，避免招染杂菌。灭菌：配制好的培养基要及时灭菌。保证温度；高温维持时间；成分（避免沉淀反应和络合反应）参数的选取见本课程灭菌章节。灭菌参数培养基优化的目的是什么？1配制培养基应注意什么问题？2微生物发酵技术-水解液质量控制水解液质量控制酶解液质量影响：水解不完全，有糊精的存在，不仅造成浪费，而且还会使发酵过程产生大量泡沫。若水解过度，葡萄糖会发生复合反应生成龙胆二糖、异麦芽糖等非发酵性糖。葡萄糖还会发生分解反应，这些物质不仅造成浪费还抑制菌体的生长。淀粉原料中蛋白质含量多，当糖液中和、过滤时去除不彻底，会使发酵也产生大量泡沫，造成逃液和染菌。酶解液质量标准：色泽：呈强黄色透明液糊精反应：无DE值：90％以上透光率：60~80％左右（650nm）淀粉转化率：92%以上（实际产量/理论产量）酶解液质量控制要点：合理控制淀粉乳浓度；糖液要清；溶液中不含糊精；糖液要新鲜；糖液贮存容器一定要保持清洁，定期清理和清洗，防止酵母菌等浸入。水解液质量如何影响发酵？1微生物发酵技术-酸解制备单糖工艺目录Content淀粉概述01淀粉酸解制备葡萄糖工艺0203酸解法效果评估1.淀粉概述颗粒外观：颜色、溶解性、内部结构、形状等多个参数；颗粒较大的薯类淀粉较易糊化，颗粒较小的谷物淀粉相对较难糊化。

淀粉颗粒的构成如下图：氢键聚集淀粉分子链───→针状晶体───→淀粉颗粒分子结构：直链和支链直链淀粉通过α-1，4键连接；支链淀粉的直链部分通过α-1，4键连接，分支点则有α-1，6键连接；一般植物中直链淀粉含量为20～25%，支链淀粉占75～80%。直链淀粉在70～80℃的水中可溶，溶液的粘度较小，遇I2呈纯蓝色；支链淀粉在高温水中可溶，溶液的粘度大，遇I2呈兰紫色。糖化理论：糖化：以无机酸或酶为催化剂，在一定温度下使淀粉水解，将淀粉全部或部分转化为葡萄糖等可发酵性糖的过程。糖化剂：反应催化剂；糖化的目的：将淀粉转化为可发酵性糖。理论收率（111.11%)

（C6H10O5)n+nH2OnC6H12O616218180实际收率（105%~108%）淀粉组分变化：2.淀粉酸解制备葡萄糖工艺工艺流程：工艺流程：原料、调浆、糖化、冷却、中和脱色、过滤除杂、糖液。工艺参数淀粉乳10.5-12波美度；淀粉浆的pH1.5左右；水解压力：0.28MPa;水解时间：30min；（根据糖液确定）一次中和pH：4.8~5.0；二次中和pH：6.7~7.0。工艺流程图：工艺流程：原料、调浆、糖化、冷却、中和脱色、过滤除杂、糖液。图中1-13分别为？3.酸解法效果评估酸解速度因素：1、淀粉乳浓度的选择淀粉水解时，淀粉乳浓度越低，水解的葡萄糖值越高，色泽越淡。

因为浓度低有利于淀粉的水解反应，不利于葡萄糖的复合反应。随着淀粉乳浓度的降低，糖液中葡萄糖的值增加。当淀粉乳波美度从19降到18时，水解糖液的DE值变化幅度最大，若浓度继续下降，则DE值上升幅度不显著。浓度越大，糖液的DE值越低。酸解速度因素：2、酸种类和用量酸解法中常用的酸：盐酸：高效，但中和后产生氯化物，增加糖液灰分，对葡萄糖的结晶，分离及收率会有影响。硫酸：能力仅次于盐酸，用碳酸钙中和，经脱色，离子交换可除去。草酸：能力低，用石灰中和生成草酸钙，脱色过滤易除去，非强酸，减少了复合反应。实际耗酸量大大超过理论值。一般用盐酸量占干淀粉的0.6%~0.7%，调pH至1.5左右。酸解速度因素：3、糖化的压力和时间淀粉的糖化利用蒸汽进行直接加热，温度随蒸汽压力升高而升高，因此常以压力作为控制因素。压力与水解反应速率成正比，压力升高水解反应速度加快，因此，水解淀粉时可采用增大压力来加快水解反应速度提高生产能力。掌握糖化终点很重要，当糖液中葡萄糖的值达到最高点后即不再上升，相反会随糖化时间的延长而稍有下降。故如果不及时放料（？），势必事倍功半。设