发酵工艺复习资料 5页

第一章绪论【发酵】微生物进行的一切活动都可以称为发酵。多是指生物体对于有机物的某种分解过程。【发酵工程】发酵工程，是指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。【发酵工程的主要研究内容】1、菌种选育及扩大培养2、原料预处理及培养基制备3、发酵设备及反应条件选择4、产品分离纯化第三章【初级代谢及产物】初级代谢是指微生物的生长、分化和繁殖所必须的代谢所需而言，初级代谢过程所产生的产物就是初级代谢产物，初级代谢产物主要指一些生命细胞不可缺少的小分子物质如氨基酸、核苷酸、维生素。【次级代谢及产物】次级代谢是指非微生物生命活动所必需的代谢活动而言，也就是说这种代谢对微生物的生长、繁殖分化关系不大，生理功能也不十分清楚，但可能对微生物的生存有一定价值。刺激代谢产物通常以多组分的形式存在，多数次级代谢产物的化学结构都比较复杂而且特殊。例如抗生素、生物碱、色素和毒素等物质。第四章【种子活化和扩大】是指将保存在保藏器皿中处于休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，在经过扁瓶或摇瓶及种子罐朱逐级扩大培养而获得一定数量和质量的纯过程。【优良种子所必备的条件】1、菌种稀薄啊的生长活力强，移种到发酵罐后能迅速生长，以缩短迟滞期。2、生理性状稳定，以便得到稳定的菌体生长过程。3、具有适宜的菌体总量及浓度，以满足大容量发酵的要求。4、无杂菌污染，以确保整个发酵过程正常进行。5、保持稳定的生产能力，使最终产物的生物合成量持续稳定高产。【如何获得优良种子】1.有一种能使保存的菌种转移到存活力能达到最大的复活培养基上的方法。2.有一个不引起种子染菌的接种场所。3.具有定量判断种子质量标准的方法。4.具有定量测定菌种一系列生理状态变化的方法，以能正确地反映生物物质的连续变化。5.选择能满足种子扩大培养的容器和其他环境条件。【种子扩大培养工艺分为】实验室制备阶段和生产车间种子制备阶段。【种子罐级数】种子罐级数指制备种子需逐级扩大培养的技术，种子罐几时通常是根据菌种生长特性、孢子发芽及菌体繁殖速度以及所用发酵罐的容积而定。对于生长快的细菌，种子用量比较少，故种子罐相应也少，一般采用二级发酵；对于生长较慢的链霉菌，一般采用三级发酵或四级发酵。种子罐的技术愈少，愈有利于简化工艺和控制，并可减少由于多数接种而产生的染菌机会，但也必须考虑尽量延长发酵罐产生产物的时间，缩短由于种子发芽、生长而占用的非生产时间，以提高发酵罐生产率。一级扩大，二级发酵。【接种龄】是指种子罐中培养的菌丝体开始移入下一级种子罐或发酵罐时的培养时间。【接种量】接种量是指移入的种子液体积和接种后培养液体积的比例。（1~10%）\n【发酵动力学】目的是设计发酵过程，控制发酵过程。分为：分批操作、流加法、连续操作三种。【莫诺方程Monod】μ=μMaxS/（Ks+S），适用于单一基质限制及不存在抑制性物质的情况，其他营养是过量的，没有抑制物的作用。（S——限制性营养物质浓度，μMax——最大比生长速率，Ks——常数，在数值上为μ=1/2μmax。【发酵热】发酵过程中释放出来的净热量称为发酵热。包括生物热、搅拌热、蒸发热和辐射热。【发酵过程温度控制】一般来说，接种后应适当提高些培养温度，以利于孢子的萌发或加快微生物的生长、繁殖，而且此时发酵的温度大多数是下降的；带发酵液的温度表现为上升时，发酵液的温度应控制在微生物的最适生长温度；到主发酵旺盛阶段，温度的控制可比最适生长温度低些，即控制在微生物代谢产物的最适温度；大发酵的后期，温度出现下降的趋势，直至发酵成熟即可放罐。【泡沫的危害】1、泡沫过多会引起发酵液溢出而造成浪费和污染。2、泡沫上升到灌顶，可能从轴封渗漏，造成杂菌污染。3、泡沫过多就必须减少发酵罐的填装系数，减低了设备的利用率。4、泡沫影响氧传递，影响通气搅拌效果。5、当泡沫稳定，难以消除时，代谢产生的气体不能及时排除，影响菌体的正常呼吸作用，甚至造成菌体自溶。6、为将泡沫控制在一定范围内，就需要加入消泡剂，将对发酵工艺及后期分离提取工作造成不便。【消除泡沫的3种方法】物理消泡、机械消泡、化学消泡。【化学消泡的选择原则】1、消泡剂必须是表面活性剂，具有较低的表面张力。2、具有一定的亲水性，对气-液界面的铺展系数足够大，能迅速发挥消泡活性。3、在水中的溶解度必须较小，以保持长久的消泡能力。4、无毒，不影响菌体生长和代谢。5、不影响氧在培养液中的溶解和传递。6、具有良好热稳定性。7、来源方便、广泛，价格便宜。【消泡剂的种类】一般用天然油脂，例如植物油。还有聚醚类、醇类、硅酮类。此外还可以通过机械分散及加入载体和乳化剂等方法增强消泡剂的作用。第五章【酒精发酵原料】淀粉质原料（薯类：甘薯、木薯；谷物原料：玉米、小麦、高粱、大米）、糖质原料（糖蜜、甘蔗、甜菜、甜高粱）、纤维质原料（天然纤维：纤维素、半纤维素、木质素）【酒精发酵有关微生物】糖化菌（淀粉等转化成葡萄糖等可发酵性糖）、酒精发酵微生物（酒精酵母，俗称酒母。）【淀粉质原料的酒精发酵过程】1、原料预处理：先除杂，然后粉碎原料使得原料受热面积增加，利于原料的吸水膨胀、糊化，缩短热处理时间，提高热处理效率。2、蒸料：预处理后的淀粉质原料在高温下蒸煮成为均一的糊化醪，并灭菌。3、在蒸料中加入糖化曲进行糖化，其中所用的糖化曲的制备过程实际上就是将糖化菌扩大培养，让糖化菌产生高活力的、质量合格的淀粉酶等酶的过程。所制作的曲要求菌丝粗壮浓密，具有特有的清香，无异味，无孢子生成。4、\n发酵：将糖化醪送入发酵罐后接入酒母，开始乙醇发酵。酒母的制备实际上是酒母扩大培养的过程，分为实验室扩大培养和酒母罐扩大培养两个阶段。所得酒母应该健壮、整齐，出芽率高，没有污染杂菌。1、蒸馏：发酵成熟醪中复杂的成分通过蒸馏使得挥发性杂质和酒精水蒸气一起从醪塔排除，进入精馏塔进行精馏最终得到酒精。【白酒的分类】按照糖化剂的不同分：大曲白酒、小曲白酒、麸曲白酒。按照香型分：浓香型白酒（泸州老窖）、酱香型白酒（茅台酒）、清香型白酒（汾酒）、米香型白酒（广西桂林三花酒）【白酒的主要成分】乙醇和水。其余微量成分醛酸酸酯是风味物质。浓香型白酒香味成分：己酸乙酯。酱香型白酒：高沸点羰基化合物和酚类化合物。清香型：乙酸乙酯和乳酸乙酯米香型：β-苯乙醇和己酸乙酯。【高温大曲的制作工艺流程】1、原料小麦加水润料，然后粉碎成为粗麦粉。2、粗麦粉加入曲母和水进行拌料，拌料完成后踩曲，即将曲料压成曲坯。3、曲坯堆积培养，培养完成之后就可以出房，储存，最终成成品曲。【大曲白酒的生产方法】续渣法和清渣法。续渣法是大曲酒和麸曲酒、浓香型和酱香型白酒生产中应用。清渣法是清香型白酒。续渣法是将粉碎后的原生原料与酒醅（母糟）混合后在甄桶内同时进行盖料和蒸酒，冷却后加入大曲继续发酵，如此不断反复。清渣法是将原辅料单独清蒸后不配酒醅惊醒清渣发酵，成熟的酒醅单独蒸酒。【啤酒】啤酒以麦芽为主要原料，先制备成绩麦汁，添加酒花，再用啤酒酵母发酵而制成的一种酿造酒。有液体面包指称。【啤酒种类】1.上面发酵啤酒鱼下面发酵啤酒（按酵母性质不同划分）。上面发酵啤酒经上面酵母发酵而成，下面发酵啤酒有下面酵母发酵而成。2.按啤酒颜色分为：淡色啤酒、浓色啤酒和黑色啤酒。3.按是否经过灭菌划分：鲜啤酒和熟啤酒。不杀菌而通过微孔薄膜过滤成为纯生啤酒。【酿造啤酒的原料】大麦（一般使用二棱大麦）、啤酒花、辅助原料大米（降低成本，降色，提高设备利用率）、水。【酒花】成分：酒花树脂、酒花油、多酚物质。而酒花树脂则是啤酒苦味的主要来源。啤酒花具有不可替代的作用：（赋予啤酒特有的苦味和香气、防腐、啤酒花中多酚类物质可以澄清麦汁、醇厚就【麦芽制造】浸麦目的：让大麦吸收充足的水分并且西区大麦表面尘埃、泥土和微生物。发芽目的：通过发芽，可以使大麦中的酶系得到活化，获得大分子水解，使得麦粒达到一定的溶解度以满足糖化需要。\n【糖化方法】煮出糖化和浸出糖化法。第六章【谷氨酸生产原料预处理】淀粉糖化：酸解法、酶解法、酸酶结合法。谷氨酸生产菌：谷氨酸棒杆菌。【谷氨酸合成途径】（1）葡萄糖经糖酵解(EMP途径)和己糖磷酸支路(HMP途径)生成丙酮酸（2）再氧化成乙酰辅酶A(乙酰COA)（3）然后进入三羧酸循环，生成α-酮戊二酸（4）α-酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶的催化及有NH4+存在的条件下，生成谷氨酸。（当生物素缺乏时，菌种生长十分缓慢；当生物素过量时，则转为乳酸发酵。因此，一般将生物素控制在亚适量条件下，才能得到高产量的谷氨酸。）【谷氨酸生产菌的生化特征】1、二氧化碳固定反应中的二羧酸合成酶要有，使三羧酸循环循环（TCA循环）的中间代谢产物得到补充。同时丙酮酸脱羧酶的活力不能太高以免丙酮酸被大量消耗。2、α-酮戊二酸脱氢酶的活性很弱，有利于α-酮戊二酸的积累。3、异柠檬酸脱氢酶活力强，而异柠檬酸裂解酶的活力不能太强。4、谷氨酸脱氢酶活力高。5、谷氨酸生产菌经呼吸链氧化NADPH2能力要求弱。6、菌体本身进一步分解转化和利用谷氨酸的能力低下。【pH对谷氨酸发酵的影响】发酵前期：菌体大量利用氮源进行自我繁殖，pH变化活跃，pH较高（7.5），这种暂时的pH对菌体生长繁殖影响不大，并且可以抑制杂菌生长。发酵中（7.2）后期（7.0）：主要谷氨酸大量合成时期，在菌体内催化谷氨酸形成的相关酶在中性或弱碱性环境中催化活性最高。通过流加尿素的措施保持pH稳定（7.0-7.6），一般pH控制在中性或弱碱性有利于谷氨酸的积累。pH。谷氨酸产生菌发酵的最适pH在7.0～8.0。但在发酵过程中，随着营养物质的利用，代谢产物的积累，培养液的pH会不断变化。如随着氮源的利用，放出氨，pH会上升；当糖被利用生成有机酸时，pH会下降。其中谷氨酸棒状杆菌在pH呈酸性时生成乙酰谷胺酰胺。【谷氨酸等电点提取】让pH=3.22，使其呈等电点（等电点时氨基酸溶解度最小）。目的产物是α谷氨酸：影响结晶的因素：温度（30℃一下）、谷氨酸含量（4%以上，8%以下）、降温、加酸（前快后慢）、投晶种与育晶、搅拌、菌体。【赖氨酸发酵】葡萄糖通过TCA循环生成草酰乙酸，草酰乙酸转化成天冬氨酸，在转化成二氨基庚二酸，通过二氨基二庚酸脱羧酶的作用，脱羧后生成赖氨酸用高丝氨酸缺陷型菌株。【天冬氨酸高产菌】\n【嘌呤核苷酸合成的代谢控制】【肌苷酸生产菌选育】P220第七章有机酸的发酵【乳酸菌的同型发酵途径】同型乳酸发酵：（经EMP途径）葡萄糖经EMP途径长生丙酮酸还原成乳酸。此过程中的供氢体是形成丙酮酸的代谢中产生的NADH。过程中每1mol葡萄糖产生2mol乳酸和2molATP，乳酸理论率为100%。【乳酸菌的异型发酵途径】异型乳酸发酵：（经HMP途径）1mol葡萄糖产生1mol乙醇和1mol乳酸。【乳酸菌】是一群能利用碳水化合物（主要指葡萄糖）发酵产生乳酸的细菌通称。【在培养基中添加碳酸钙】用于中和发酵中产生乳酸，添加量一般比理论值要高，约10%。【提取工艺钙盐法】两步：一、乳酸钙结晶；二、乳酸钙酸解。乳酸钙结晶：过滤发酵液，使乳酸钙到一定浓度，随着温度降低，溶解度逐渐减小，结晶析出。酸解：加入硫酸。【柠檬酸发酵】【柠檬酸浅盘发酵】【柠檬酸分离钙盐法】