第四章发酵工业培养基与原料处理

1、第四章 发酵工业培养基与原料处理培养基就是人工配制的供微生物细胞生长、繁殖、代谢和合成所需产物的营养物质和原料，除此之外，培养基也为微生物提供合适的生长环境条件。 优良的培养基可以充分发挥微生物细胞的生物合成能力，产生最好的效果。认识各种不同类型的微生物的营养特性和共性，研究并配制适合各种微生物生长和代谢的工业培养基，将大大有助于微生物菌体的培养及提高发酵产物的质量和产量。 因此，设计和改进培养基，使之与其他培养条件相适应，是保证微生物的发酵和产物的生成的关键步骤 第一节   微生物细胞的化学组成和胞外代谢产物第二节 微生物的营养物质和类型第三节微生物培养基的分类、选择和配

2、制原则第四节   工业发酵的培养基及配比原则第五节    工业发酵培养基的原料处理第六节 培养基的灭菌第一节   微生物细胞的化学组成和胞外代谢产物一、微生物细胞的化学组成微生物营养物质的确定，主要依据细胞的化学组成及其所代谢产物的化学组成。因此，分析微生物细胞的化学组成是了解微生物营养的基础。见下表。 二、微生物细胞的胞外代谢产物微生物在生长过程中，除利用外源营养物质合成新的细胞外，还会产生一些有机化合物分泌到微生物的体外，这些胞外代谢产物的种类繁多，且因微生物的种类各异，因此，了解这些代谢产物的化学组成，极有助

3、于微生物培养时的营养物质的选择和代谢产物的积累。一般来说，微生物的胞外代谢产物主要包括下面四个部分。 1、代谢副产物这类产物主要是指伴随微生物细胞正常代谢作用所产生的一些小分子化合物，通常是指嫌气培养过程的产物。这类物质包括、CO2、H2、CH4等气体、乙醇、丙酮、丁醇、丙酸、乳酸等低 分子量的醇类、脂肪酸类和酮类其中许多物质是重要的化工原料。见下表 2、中间代谢产物中间代谢产物是指细胞在代谢途径中产生的用于合成蛋白质、核酸、类脂和多糖等细胞物质的一些小分子物质，如氨基酸、核苷酸、有机酸和单糖的衍生物。 中间代谢产物一般不必分泌到微生物体外，而只有当微生物细胞生物合成受阻或外源碳源浓度较高的情

4、况下，才会有大量的积累和外流。 不少中间代谢产物也是重要的食品和化工原料。 3、次级代谢产物次级代谢产物是指由微生物细胞合成的，分子比较复杂的一些化合物，它既不参与细胞的组成，又不是酶的活性基团，也不是细胞的储存物质，它们中的大多数分泌于微生物的体外。这类产物种类很多，化学性质也各式各样。通常分为、抗生素、毒素、激素、色素 4、胞外水解酶类许多微生物可产生胞外水解酶类，这类水解酶包括淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、果胶酶、纤维素酶、葡萄糖氧化酶、葡萄糖异构酶等。这些酶类可用于食品、酿造、纺织、制革、医药和生化试剂等各个领域。 第二节 微生物的营养物质和类型一、微生物的细胞化学组成1、水分 2、碳源物质

5、凡可构成微生物细胞和代谢产物中碳素骨架的营养物质称为碳源。碳源物质通常也是有机体的能源物质。 大多数微生物能利用单糖、双糖、有机酸、醇和氨基酸等有机物作碳源，其中最好的是单糖和双糖。当双糖、脂肪、果胶、单宁、纤维素以及碳氢化合物等作碳源时只有那些具有分解能力的微生物才能利用。此外，还有少数含有光合色素的微生物可象高等植物那样利用光能以二氧化碳为碳源合成碳水化合物。硝化细菌和硫化细菌则可利用化学能还原二氧化碳合成有机化合物。 3、氮源物质凡是能被微生物用来构成细胞物质中或代谢产物中氮素来源的营养物质通常称为氮源。不同种类的微生物对各种氮源的利用能力是不同的。固氮微生物能利用自然界中游离的分子态氮

6、，而更多的微生物则是利用无机含氮化合物或有机含氮化合物。某些种类的放线菌、细菌和真菌能分解复杂的有机含氮化合物。此外还有少数的细菌，如硝化细菌能利用铵盐和硝酸盐作为氮源和能源。 4、无机物质无机元素也是微生物生长和代谢不可缺少的营养物质。它的主要作用是构成细胞的组织成分、作为酶的组成成分或维持酶的活性、调节细胞的渗透压、氢离子浓度、氧化还原电位等。 某些自养型的微生物还可利用无机盐作能源 根据微生物对无机元素的需要量的大小，分为 5、生长辅助物质  、主要无机元素磷、钾、钠、钙、镁、铁等，其中磷、硫的需要量较大，因为它们是构成细胞物质的重要成分。钾、钠、镁主要是调节和控制原生质的胶体

7、状态、维持膜的透性并激发某些酶的活性。 、微量无机元素包括了钼、锌、钴、铜、硼、碘、溴等，它们虽然极微量地存在于微生物体内，但往往会强烈、刺激微生物的生长发育。 生长辅助物质或称为生长辅助因子是微生物生长发育过程中不可缺少而需要量又极少的一类特殊营养物质，包括有维生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶类碱基等。 这些营养物质是辅酶和核酸的组成成分。因此，缺少生长辅助因子，微生物的新陈代谢就不能正常进行。在自然界中，自养细菌和许多腐生细菌、霉菌都能自己合成各种生长辅助物质，而不需要另外供给。但是许多微生物却缺少合成一种或几种生长辅助物质的能力，必须另外添加才能维持正常的生长和发育。营养物质中的酵母浸出物等都含

8、有丰富的生长辅助物质或因子。 6、气体与微生物生长有关的主要气体是氧气和二氧化碳。此外，有些细菌还能利用空气中的氮气。类型有：、专性好气性微生物这类微生物只能在有空气或有氧的条件下才能生长，包括了全部的霉菌、大部分的放线菌及部分的细菌。、专性厌气微生物这类微生物只能在没有空气或无氧的条件下才能生长，包括了部分细菌、放线菌。例如发酵丙酮丁醇的菌类丙酮丁醇菌、 兼性微生物这类微生物既在空气或有氧的条件下生长，又能在没有空气或无氧的条件下生长，包括了酵母菌及部分细菌。二、微生物的细胞胞外代谢产物根据微生物对碳源和能源需求的不同，可将微生物分成 、光能自养型细胞内含有能进行光合作用的光合色素。可以光能

9、作为能源、以某些无机物作氢受体还原CO2来合成有机化合物的一类微生物。 、光能异养型以光能为能源，利用有机物作为受氢体以还原CO2合成有机物的一类微生物称为光能异养微生物。 、化能自养型以无机物氧化所产生的化学能作为能源，以CO2作为碳源合成有机物的一类微生物称为化能自养微生物。 它们能生长在完全的无机物环境中，分别氧化各自适宜的还原态无机物质，获取还原CO2所需要的能量。如硝化细菌、亚硝化细菌、硫化细菌、铁细菌和氢细菌等。 、化能异养型以有机物作为能源和碳源的微生物称为化能异养微生物。大多数细菌、全部放线菌、真菌和原生动物都属于这类微生物。目前在发酵生产中应用的微生物大多属于这一营养类型。

10、第三节微生物培养基的分类、选择和配制原则一、微生物培养基的分类二、培养基的选择原则三、培养基的配制原则一、分类、 根据微生物对培养基对营养的要求，培养基包括水分、碳源、氮源、无机元素和生长素等五大类物质，此外，还应有一定的酸碱度和渗透压。 一般来说，不同种类的微生物对培养基的要求是不同的，甚至同一种类的微生物，在不同的生长阶段及使用目的时，对培养基的要求也不完全相同。人们根据营养物质的不同来源、培养基的物理状态和不同的使用目的等，将培养基分为以下若干类型。 1、根据营养物质的不同来源的分类； 2、根据培养基的物理状态不同的分类 3、根据培养基的使用目的不同的分类。 、 天然培养基天然培养基是指

11、用天然有机物配制而成的一类培养基。它具有营养丰富、制备容易、来源广泛以及适合于大规模培养微生物特点。此类培养基的不足之处是营养成分不够清楚、稳定性差。牛肉膏、蛋白胨、玉米浆、麦芽汁和马铃薯等均属于此类培养基。 、 合成培养基合成培养基是指用化学成份完全清楚的物质配制而成的一类培养基。其特点是营养成分完全清楚。 缺点是配制较为复杂，微生物生长比较缓慢，不适用于大规模生产，而主要用于鉴定微生物的生理生化特性以及定量分析某些营养物质。、半合成培养基半合成培养基是指以一部分天然物质作为碳源、氮源及生长辅助物质的来源，再适当补充少量的盐，经人工配制而成的一类培养基。 这类培养基能适合很多微生物

12、的正常生长，来源广泛，价格也比较便宜，已被广泛应用于微生物的大规模的培养过程。 2、根据培养基状态不同分为 、液体培养基液体培养基是指将微生物所需的营养物质用水溶解并混合在一起，再经过调节适宜的酸碱度后制成为液体状态的培养基质。微生物可以在这种培养基中很好地与营养物质接触，非常有利于微生物生长和代谢产物的积累。这种培养基被广泛地利用于微生物的大规模培养发酵和科学研究中。、固体培养基 固体培养基是指将配制好的液体培养基中加入一定量的凝固剂（0.5%2%的琼脂），经煮沸溶解冷却后制成的培养基就是固体培养基。 、半固体培养基如果加入少量的凝固剂（如0.5%的琼脂）于液体培养基中，

13、经煮沸溶解并冷却后制成的培养基就是半固体培养基。3、根据培养基的目的不同分为、增殖培养基增殖培养基是指按照某种微生物的营养特性在培养基中可以加入有利于该微生物生长、繁殖的营养物质，以提高对该微生物的分离效率。这些在微生物增殖过程中加入的营养物质的培养基就称为增殖培养基。、选择培养基在培养基中添加一些对某种微生物有抑制作用而对所需的微生物又无影响的物质，从而使这类培养基中对某种微生物有严格的选择性。这类培养基就称为选择培养基。、鉴别培养基鉴别培养基是指添加有某种指示剂的培养基。它可以使不易区别的多种微生物经培养基培养后，由于代谢的不同而对指示剂反应呈现出明显的差异，从而有助于鉴别不同的微生物。二

14、、培养基的选择原则不同的微生物对培养基的需求是不同的，因此，不同的微生物培养过程对原料的需要也是不一样的。根据具体情况，从微生物对营养要求的特点和生产工艺的要求出发，选择合适的培养基应该满足： 既能满足微生物生长的要求， 又能获得高产的产品， 同时也符合增产节约、因地制宜的原则。1、从微生物的特点来选择培养基  用于大规模的发酵的微生物主要有细菌、酵母菌、霉菌和放线菌等四大类。它们对营养物质的要求不尽相同，有共性，也有各自的特性。在实际应用时，可依据微生物的不同特性，来考虑培养基的组成，对典型的培养基配方作必要的调整2、根据需要选择液体或固体培养基 液体和固体培养

15、基各有不同的用途，也各有优缺点。 在液体培养基中，营养物质是以溶质状态溶解于水中，这样微生物就能更充分接触和利用营养物质，更有利于微生物的生长和更好地积累代谢产物。工业上利用液体培养基进行深层发酵具有发酵效率高、操作方便，便于机械化、自动化、降低劳动强度、占地面积小、产量高等优点，所以发酵工业中大多数采用液体培养基培养种子和进行发酵，并根据微生物对氧气的需求，分别作静止通风培养。 而固体培养基则是常用于微生物菌种的保藏、分离、菌落特性鉴定、活细胞数测定等方面，此外，工业上也常用一些固体原料，如小米、大米、麸皮、马铃薯等直接制做斜面来培养霉菌、放线菌。3、从生产实践和科学试验的不同的要求选择培养

16、基生产过程中，从菌种的保藏、种子的扩大培养到发酵生产等各个阶段的目的和要求是不同的，因此，所选择的培养基成分配比也应该有区别。 发酵培养基还要考虑便于发酵操作以及不影响产物的提取分离和产品的质量4、从经济效益选择用于培养基的生产原料、科研上： 从科学研究的角度出发，培养基的经济性通常是不被那么重视；、工业发酵生产上： 需要的是便于吸收、 价廉物美、来源丰富、运输方便、就地取材以及没有毒性等为原则选择配制培养基。 在生产过程中，配制发酵培养基的原料大多是粮食、油脂、蛋白质等，且工业发酵消耗原料量大，因此要特别注意原料成本。三、培养基的配制原则1、根据不同微生物的营养特点配制 相应的培养基2、掌握

17、营养成分的恰当配比微生物所需要的营养物质之间应有适当比例，培养基中的碳氮比例在发酵工业中尤其重要。 如果培养基中氮源过多，会引起微生物生长过于旺盛，而不利于产物的积累；氮源不足，则微生物菌体生长过于缓慢。当培养基中的碳源供应不足时，容易引起微生物菌体的衰老和自溶。培养基的碳氮比不仅会影响微生物菌体的生长，同时也会影响到发酵的代谢途径。不同的微生物菌种、不同的发酵产物所要求的碳氮比是不同的。即使是同一微生物在不同的培养阶段，对培养基的碳氮比的要求也是不一样的。3、掌握合适的渗透压、营养物质的浓度不能太低 、营养物质的浓度不能太高 、各种离子的浓度比例要合适配制培养基时，应注意营养物质要有合适的浓

18、度。 、营养物质的浓度不能太低 如果太低不仅不能满足微生物生长对营养物质的要求，而且也不利于提高发酵产物的产量和提高设备的利用率。 、营养物质的浓度不能太高 培养基中营养物质的浓度也不能过高，营养物质浓度过高时，由于培养基溶液的渗透压太大，会抑制微生物的生长。 、各种离子的浓度比例要合适 培养基中的各种离子的浓度比例也会影响到培养基的渗透压和微生物的代谢活动，因此，培养基中各种离子的比例需要平衡。 在发酵生产过程中，在不影响微生物的生理特性和代谢转化率的情况下，通常趋向在较高浓度下进行发酵，以提高产物产量，并尽可能选育耐高渗透压的生产菌株。当然，培养基浓度太大，会使粘度增加和溶氧量降 4、调整

19、好培养基的合适的PH值、霉菌和酵母菌适合于微酸性环境；、放线菌和细菌适于中性的或微碱性环境。5、控制好氧化还原电位、对大多数微生物来说，培养基的氧化还原电位一般对其生长的影响不大。、但对于专性厌氧细菌，往往在培养基中加入还原剂降低氧化还原电位。因为自由氧的存在，对其生长发育有毒害作用。 第四节   工业发酵的培养基及配比原则一、工业发酵培养基必须满足的基本条件1、每克消耗的底物将产生最大的菌体得率或产品利率2、能产生最高的产品或菌体的浓度3、能得到产物形成的最大速率4、副产品的得率最小5、价廉并具有稳定的质量6、来源丰富且供应充足7、在通气和搅拌、提取、纯化、废物处理及生产

20、工艺过程都比较容易。 举例：几个发酵培养基的例子二、工业发酵培养基常用的碳源在微生物发酵过程中，普遍用碳水化合物作为碳源。、使用最广的碳水化合物是玉米淀粉。、也可使用来自其他谷物、马铃薯、木薯的淀粉。、淀粉可用稀酸或酶快速水解生产不同的葡萄糖制备物。三、工业发酵培养基常用的氮源工业生产上所用的微生物都能利用无机或有机氮源 、无机氮源包括了氨气、铵盐或硝酸盐等。 、有机氮包括了玉米浆、豆饼粉、花生饼粉、棉籽粉、酒糟干燥可溶物、酪蛋白水解液、屠场废物、鱼粉、酵母浸出液等。四、工业发酵常用的无机元素工业发酵生产上，常使用合成培养基，因此需要添加比如镁、钾、硫、钙、钴、铜等无机元素。常用的无机元素的浓

21、度范围为五、常用的前体物质和代谢调节物质工业发酵过程中，通常要添加一些有助于产物的形成，而对菌体生长影响不大的前体物质、抑制剂或诱导剂等代谢调节物质。 六、最佳培养基组成的配比条件1、根据原料成分调整培养基配比；2、根据原料的物理特性调整培养基配比；3、根据原料的来源、储运、取材、价格等调整培养配比；4、根据生产设备要求调整培养基配比；5、根据生产工艺需要调整培养基配比；6、根据所要培养的衍生物细胞特性调整培养基配比；7、根据非营养作用的特殊要求调整培养基配比。第五节    工业发酵培养基的原料处理许多微生物并不能直接利用淀粉和糊精。同样在酒精发酵过程中

22、，酵母菌也不能直接利用淀粉或糊精，这些淀粉或糊精必须经过水解制成淀粉糖以后才能被酵母菌所利用。在抗生素、有机酸、有机溶剂以及酶制剂发酵过程中，大都也要求对淀粉进行加工处理以提供给微生物可利用的碳源。有些微生物能够直接利用淀粉作原料，但这一过程必须在微生物分解出胞外淀粉酶类以后才能进行，过程非常缓慢，致使发酵过程周期过长，实际生产上无法采用。 由于以上原因，发酵工业的原料大多是淀粉水解以后的淀粉糖，淀粉水解制糖过程是目前许多发酵过程普遍存在的一个重要环节。一、常见的原料处理的设备 二、微生物发酵三阶段代谢特点三、淀粉原料处理在工业生产中，往往需要使淀粉质原料转化成为短链糊精、单糖或双糖才能为微生

23、物所利用。一)、几个名词1、淀粉 淀粉是由D-葡萄糖以-糖苷键连接而成的高分子链状化合物。天然淀粉有两种结构，即1)、直链淀粉D-葡萄糖以-1,4糖苷键连接而成的多苷链。2)、支链淀粉D-葡萄糖以-1,4糖苷键连接成链，成螺旋形，同时在分支接点上以-1,6糖苷键连接。比直链淀粉分子大。2、糊精是淀粉经淀粉酶作用，或经酸处理后，不完全水解的产物。分子量较淀粉小，但仍是多糖。 根据分子的大小又分为 ：、兰糊精、红糊精、无色糊精3、淀粉的糊化淀粉的糊化是淀粉在适当的温度下(6080)，在水中溶胀、分裂、形成均匀糊状溶液的过程称为淀粉的糊化。 糊化的本质是淀粉中有序及无序态的淀粉分子之间的氢键断开，分

24、散在水中成为胶体溶液。淀粉糊化的过程分为三个阶段、可逆吸水阶段水分子进入淀粉粒非晶质部分，体积略有膨胀，此时，冷却干燥，颗粒可以复原。、不可逆吸水阶段随着温度升高，水分子进入淀粉微粒间隙，不可逆地大量吸水。淀粉粒膨胀体积 达到50100倍。、淀粉粒最后解体淀粉粒最后解体，淀粉分子全部进入到溶液。 糊化 后的淀粉又称为-化淀粉，将新鲜制备的糊化淀粉浆脱水干燥，可得到易分散于冷水的无定型粉末，即“可溶性- 淀粉”。4、淀粉老化淀粉溶液经缓慢冷却或长期放置，会变得不透明甚至产生沉淀的现象称为淀粉的老化。老化淀粉不易为淀粉酶作用。 淀粉老化作用的控制在食品发酵工业中有着重要的意义。5、糖化利用酶或酸法

25、把淀粉切开的过程称为糖化又称为液化。二)、常见的淀粉酶能进行糖化作用的淀粉酶类1、-淀粉酶(淀粉-1,4糊精酶。液化型淀粉酶)2、- 淀粉酶(淀粉-1,4-麦芽糖苷酶)3、-淀粉酶(淀粉-1,4、1,6-葡萄糖苷酶)4、淀粉-1,6-糊精酶(也称为异淀粉酶，能分解支链淀粉中的-1,6键)三)、产生淀粉酶的主要微生物1、细菌：如枯草杆菌、嗜热脂肪、假单孢菌、芽孢杆菌等。2、霉菌 ：如酵母、黄曲霉、黑曲霉、米曲霉、根霉等。 四)、常见的糖化的方法在工业生产中，往往需要使淀粉质原料转化成为短链糊精、单糖或双糖才能为微生物所利用。目前最普遍的糖化方法有1、酸法2、酶法3、酸法和酶法相结合的方法。1、酸

26、法1）、酸水解法、酸水解法 酸水解法是以酸为催化剂在高温下将淀粉水解转化为葡萄糖的方法。、调浆、加酸、糖化、水解糖液冷却2)、酸水解法工艺的要求 淀粉的酸水解工艺是根据淀粉在水解过程中的水解反应和复合反应规律性来决定的。在制定工艺条件时既要保证淀粉的彻底水解，达到较高葡萄糖量，又要尽可能减少葡萄糖复合、分解反应的发生程度，此外，还要符合目的产物的发酵条件，符合发酵工艺的实际情况。 水解糖液中和、脱色和过滤的目的、调节PH达到等电点，除去糖液中的非糖质杂质如蛋白质或氨基酸。、中和温度不能过高，否则产生焦糖，增加色素。一般中和温度7080为宜。（1）、中和、酸法水解制糖工艺得到的糖液PH一般为1.

27、71.9，不能直接用于发酵，而必须予以中和除酸，发酵生产中常用Na2CO3等作中和剂。2HCl+Na2CO32NaCl+H2O+CO2（2）、脱色酸水解的过程中会产生色素等杂质，从而对发酵和产物的提取产生极为不利的影响，因此糖化液必须要进行脱色处理，得到澄清透明、甚至无色的糖液。工业上一般采用活性炭脱色。（3）、过滤过滤的目的就是除去中和、脱色的糖化液中凝聚出的蛋白质及其他不溶性的杂质和加入的脱色剂，得到澄清的糖化液。通常采用板框过滤机完成。2、酶法水解糖化 酶解法是利用专一性很强的淀粉酶及糖化酶将淀粉水解为葡萄糖的方法。酶解法可分为两步：第一步：利用淀粉酶将淀粉液化；第二步：利用糖化酶将糊精

28、或低聚糖进一步水解转化为葡萄糖。  生产上将这两步分别称为液化和糖化。由于在该过程中的淀粉的液化和糖化都是在酶的作用下进行的。因此酶解法又称为双酶法或多酶法。3、酸法和酶法相结合的方法 酸酶结合法是集中了酸解法和酶解法制糖的优点而采用的生产方法，它又可分为酸酶法和酶酸法两种。1)、酸酶法这种方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工艺。该法适用于玉米、小麦等谷物类淀粉，这是由于这些淀粉颗粒坚实，淀粉酶液化太慢，采用此法具有酸液化速度快的优点。糖化过程用酶法进行，所以淀粉乳浓度可达到1820%，另外，此法酸用量少，产品色泽较浅、糖液质量也较好。2)、酶酸法酶酸

29、法是将淀粉乳先用淀粉酶液化到一定程度后，再用酸水解成葡萄糖的工艺。这个方法适用于一些颗粒大小很不均匀的淀粉，此类淀粉如用酸水解法常导致水解的不均匀，出糖率低，所以采用先经淀粉酶液化，过滤除杂质后，再用酸水解法制成葡萄糖的工艺。出外，用此法还可采用粗淀粉，淀粉浓度较酸法高，而且酸水解使PH值稍高，以减少副反应，使糖液色泽较浅。四、纤维素原料处理纤维性材料是自然界存在量最大的一类可再生资源，且可无限再生。全世界农作物秸秆年产量超过500亿吨，我国每年仅主要农作物秸秆的产量就达到8亿吨。因此，利用现有资源开发新的食物和能量资源是解决粮食和能源短缺的重要途径。开展生物转化纤维性材料，解决蛋白质短缺，并

30、富集出大量的蛋白质，不仅可以解决动物（特别是单胃动物）饲料需求上的缺口，提高和改善饲料中的蛋白含量和营养价值，而且最终可能会用于人类的食物。同时利用这类材料发酵生产酒精等燃料物质，可以缓解甚至解决世界上日益突出的能源问题。1、物理法预处理酶解 2、酸解由于酸解或酶解对工艺条件和生产设备要求苛刻，成本高昂，至今未能在发酵工业中形成规模。直接利用微生物进行发酵处理，证明是具有前途的方式。利用木霉菌等纤维素酶产生菌分解经过处理的纤维素类材料可以达到良好的效果；白腐菌和鸟巢菌等既能够产生纤维素分解酶，又能够产生木质素分解酶和半纤维素分解酶的微生物则可以较为彻底地降解天然木质纤维素，不必事先对纤维素材料

31、进行特别处理。 利用淀粉和含糖废液等废弃物通过微生物发酵技术生产果糖和酒精，也是生物技术将可再生资源变废为宝的典型例子。3、纤维素等原料的降解特点及种类1)、特点 、原料中纤维素往往和果胶、木质素、半纤维素等结合在一起，降解速度非常的慢。 、 纤维素水解系包括许多不同的酶，统称为纤维素酶。 、半纤维素在发酵食品生产过程中比较容易分解。 、木质素的分解非常困难，但与名特食品特有的香味关系密切。 、分解纤维素等物质时，须先将果胶水解。 2)、种类 、能产生分解纤维素酶的有： 芽孢杆菌、曲霉、青霉、根霉等 、能产生分解果胶酶的有： 曲霉属、根霉属、芽孢杆菌属、棒状杆菌等。 3)、理论测算用微生物发酵

32、法完全转化纤维素有学者做了如下的理论测算。如转化20万吨秸秆纤维，可以得到2万吨糖、5万吨乙醇、7万吨SCP（单细胞蛋白）。五、其他原料的处理1、蛋白质的水解1)、概念 蛋白质的水解是在酶的催化下，加水分解，使蛋白质中肽键断裂，最后生成氨基酸的生化过程。2)、水解酶类与微生物 (1)、水解酶类水解蛋白质的酶类非常多。 按照水解肽的方式分为 、内肽酶能切开蛋白大分子多肽的内部肽键，生成分子量较小的肽等产物。 、端肽酶从肽链两端开始水解肽键。分为：A、氨基肽酶B、羧基肽酶 2)、水解酶类与微生物 (1)、水解酶类水解蛋白质的酶类非常多。 按照水解肽的方式分为 按照分布不同分为： 、胞内蛋白酶 、胞

33、外蛋白酶 2)、水解酶类与微生物 (1)、水解酶类水解蛋白质的酶类 (2)、发酵工业上常用的水解蛋白微生物 酸性蛋白酶类As3350 (PH3) 中性蛋白酶类枯草杆菌As1389(PH7) 碱性蛋白酶类As2709(Ph7.5-10.5) 2、类脂化合物及其芳香族化合物的降解 类脂化合物包括脂肪、磷脂、游离脂肪酸、蜡类、 油类等。类脂化合物水解的 产物是脂肪酸和甘油，在有氧条件下，脂肪酸可进行-氧化，微生物对原料中的各种芳香族化合物的作用，能产生特有的发酵食品香味。 第六节   培养基的灭菌灭菌是指利用物理或化学方法杀灭或除去物料及设备中一切有生命物质的过程。发酵工业自从采

34、用了纯种培养以后，产物的产量和质量都有了很大的提高，同时对防止染菌的要求也更高了。目前的各种培养过程往往都要求在没有杂菌污染的条件下进行，由于培养过程中通常含有比较丰富营养物质，且培养基中常常带有各种微生物。因此培养基很容易受到杂菌的污染，进而会产生各种不良的后果。可见到的后果如下：杂菌污染或灭菌不到位给发酵带来的后果、由于杂菌的污染，使生物反应中的基质或产物因杂菌的消耗而损失，造成生产能力的下降。、由于杂菌所产生的一些代谢产物，或在染菌后改变了培养液的某些理化性质，使产物的提取和分离变得困难，造成收率降低或使产品的质量下降。、杂菌会大量分解产物，会改变反应介质的PH值，从而使生物反应发生异常

35、变化。、杂菌可能会分解产物，从而使生产过程失败。、发生噬菌体污染，微生物细胞被裂解，从而使生产失败。等等。一、灭菌方式1、常见的灭菌的方式、化学试剂灭菌法、电磁波、射线灭菌法、干热灭菌法、湿热灭菌法、过滤除菌法、火焰灭菌法  2、 间歇灭菌(分批灭菌) 、分批灭菌的概念 分批灭菌就是将配制好的培养基放在发酵罐或其他装置中，然后通入蒸汽将培养基和所用设备一起进行加热灭菌的过程。通常也叫间歇灭菌或实罐灭菌。一般分为三个阶段包括：升温、保温、冷却三个阶段。分批灭菌适于规模小的工厂和种子罐。、分批灭菌的优缺点优点：不需要特殊的设备，操作简易； 缺点：发酵周期延长，发酵罐的利用降低。不适宜于大

36、型发酵罐的灭菌 3、连续灭菌1)、连续灭菌的概念 连续灭菌就是指将配制好的培养基在向发酵罐等培养装置输送的同时进行加热、保温和冷却而进行灭菌的过程。 特别适宜于大型发酵罐的发酵。 2)、连续灭菌的优缺点 优点： 、可以采用高温短时间灭菌，物料、受热时间短，减少营养成分的破坏，有利于提高生产率； 、总的灭菌时间较分批灭菌大为减少，缩短了发酵罐的生产周期； 、蒸气负荷均衡，提高锅炉效率； 、适应自动化控制。 缺点： 、容易产生泡沫； 、粘度大或颗粒物料的培养基出现局部灭菌不充分； 、管道容易堵塞 4、间歇灭菌和连续灭菌的比较 5、间歇灭菌与连续灭菌对发酵产物收率的影响二、影响培养基灭菌的几个因素灭菌是一个复杂的过程，它包括热量传递以及微生物细胞内的一系列生化、生理变化过程，受到多种因素的影响。影响灭菌的因素主要有 1、培养基成分 2、培养基的物理状态 3、培养基的PH值 4、培养基中的微生物数量 5、微生物细胞中水含量 6、微生物细胞菌龄 7、微生物耐热性 8、空气排除情况 9、搅拌 10、泡沫 1、培养基成分、培养基中的脂肪、糖分和蛋白质的含量越高，微生物的热死亡速率就越慢。、高浓度的盐类、色素等的存在，会削弱微生物细胞的耐热性，一般较易灭菌。这是因为在热死温