发酵食品工艺学（第二版）全套课件

发酵食品工艺学

主编

张兰威绪论发酵食品通过微生物的作用而制得的食品或食品配料产生的一系列酶所催化的生物化学反应及微生物细胞代谢产物发酵食品的概念：呈味、生香和生成营养物质.

促进自然保护.防腐、延长保存期.

拓展不同在季节的可食性.

谷物.

豆类.

蔬菜.肉类等.

酿酒.

制醋.

制酱.

腌制蔬菜.

制作风干肠等1

、

发酵发展过程及里程碑:一

、

我国的发酵食品历史发酵工艺种类目的1、发酵发展过程及里程碑

:1880年-科赫单种微生物

的分离和纯培养19世纪中叶-

巴斯德肉汁试

验食品发酵与酿造技术发展的第一个转折点一

、

我国的发酵食品历史

公元前6000年-伊拉克干酪17世纪后叶-列文虎克发现微生物公元前4000年-葡萄酒酿造1、发酵发展过程及里程碑

:一

、

我国的发酵食品历史英国科学家罗伯特

·虎克用他的显微镜观察到的软

木片的细胞结构

罗伯特

·虎克（1635~

1703

)1、发酵发展过程及里程碑

:一

、

我国的发酵食品历史列文虎克与他的显微镜1、发酵发展过程及里程碑

:一

、

我国的发酵食品历史曲颈瓶实验1、发酵发展过程及里程碑

:一

、我国的发酵食品历史第三个转折点：

人工诱变育种和代谢控制发酵工程技术第四个转折点：

将化学合成与微生物发酵有机结合第二个转折点：

好气性发酵工程技术调味品规模不断扩大，

规模以上的企业酱油年产宗良在

520.05万吨左右，

同比

增长9.06%2

、

发酵食品的地位及现状:高端化集约化

规模化高端酸奶成为推动酸奶市场个销售额增长的主要力量，

总比增长超过4%一

、我国的发酵食品历史发酵调味品行业集中度进一步提高•

传统发酵食品受地域分布分散的影响

，

区域性品牌效应明

显

，

总体工业化程度不高。•

大多数传统发酵企业规模小

，

技术管理落后。•

生产过程和质量控制主要依靠经验判断

，

不同批次质量差

异大

，

难以实现标准化。•

沿袭天然发酵工艺

，

微生物菌群复杂且发酵过程难以控制

,

易混入有害菌株。2、发酵食品的地位及现状

:一

、我国的发酵食品历史工艺技术革新改变原始加工手段，

实

现规模化、工业化和规

范化生产推进传统工艺合理化、

数字化二

、

发酵食品的发展趋势二

、

发酵食品的发展趋势产业化与产业化升级过程中包括以下几个方面:应用现代生物技术分离、选育、改良发酵菌株包括超高压杀菌、辐射杀菌、高压脉冲电场杀菌、磁

力杀菌、感应电子杀菌、超声波灭菌、脉冲强光杀菌发酵过程中的关键设备，目前日趋向大容量发展；

此

外生化反应器的开发及计算机控制也是必然趋势。人为控制菌种比例和添加量，

纯种发酵。冷杀菌发酵罐1酿造：

成分复杂

、风味要求较高

，

诸如黄酒

、

白酒

、葡萄酒等酒类以及酱油

、食醋

、腐乳

、酱腌菜等副食佐餐调味品的生产发酵：

成分单一

、风味要求不高的产品

，

如酒精

、柠檬酸

、谷氨酸

、单细胞蛋白等的生产三

、

食品发酵的特点及分类常温常压进行，

生产

过程安全易受污染发酵培养基营养丰富，

5易受杂菌污染代谢多样

生物体代谢方式、

代谢过程具有多样性；生物体化学反应高度选择1

、

食品发酵的特点:三

、

食品发酵的特点及分类1

2通过生物体的自动调

节方式完成，

专

一

性

强且代谢产物单

一以淀粉、

糖蜜或其他

农副产品为主原料反应专

一安全简单原料广泛性43•酿酒工业-黄酒、

啤酒、

白酒等•传统酿造工业-酱油、食醋、腐乳等•有机酸发酵工业-柠檬酸、苹果酸等•酶制剂发酵工业-淀粉酶、

蛋白酶等

•氨基酸发酵工业-谷氨酸、赖氨酸等•功能性食品生产工业-低聚糖、真菌多糖、

红曲等•食品添加剂生产工业-黄原胶、海藻糖等•菌体制造工业-单细胞蛋白、酵母等•

维生素发酵工业-维生素B2等•

核苷酸发酵工业-ATP/IMP/GMP等12

、

发酵食品分类:三

、

食品发酵的特点及分类按产业部分分类1•

生物代谢产物发酵•

酶制剂发酵•

生物转化发酵•

菌体制造2

、

发酵食品分类:三

、

食品发酵的特点及分类按产品性质分2类本课程内容设置及要求➢--

-

-

-➢--

-

-

-➢--

-

-

-第一章发酵食品微生物及食物成分代谢第一节发酵食品微生物种类与用途(1)大肠埃希氏菌(Escherichiacoli)(1)短杆菌(Brevibacterium)(2)醋酸杆菌(Acetobacter)(2)棒状杆菌(Corynebacterium)(3)乳酸杆菌(Lactobacillus)(4)双歧杆菌(Bifidobacterium)2.革兰氏阳性无芽孢杆菌(1)枯草芽孢杆菌(Bacillussubtili(s1))微球菌(Micrococcus)

(2)其他芽孢杆菌(Bacillus)

(2)链球菌(Streptococcus)一

、

工业上常用的细菌3.革兰氏阳性芽孢杆菌4.革兰氏阳性球菌1.革兰氏阴性无芽孢杆菌(3)明串珠菌(Leuconostoc)(3)芽孢梭菌(Clostridium)一

、

工业上常用的细菌革兰氏阳性无芽孢杆菌革兰氏阴性无芽孢杆菌短杆菌乳酸杆菌

丙酸杆菌棒状杆菌

双歧杆菌大肠埃希氏菌醋酸杆菌大肠杆菌短杆菌谷氨酸棒状杆菌生产食醋生产多种有机酸

生产山梨糖醋酸杆菌双歧杆菌工业生产乳酸发酵生产乳制品生产其他乳酸发酵食品

生产药用乳酸菌制剂生产微生态制剂丙酸杆菌乳酸杆菌嗜热脂肪芽孢杆菌环状芽孢杆菌果糖芽孢杆菌甲基营养型芽孢杆菌

蜡样芽胞杆菌特基拉芽孢杆菌一

、

工业上常用的细菌革兰氏阳性芽孢杆菌微球菌链球菌明串珠菌革兰氏阳性球菌枯草芽孢杆菌其他芽孢杆菌芽孢梭菌嗜热脂肪芽孢杆菌胶质芽胞杆菌蜡样芽胞杆菌枯草芽孢杆菌芽孢梭菌酿酒酵母生产酒精生产活性干酵母

生产单细胞蛋白假丝酵母生产酵母蛋白作为人畜用的蛋白质红酵母制取酶制剂生产β-胡萝卜素

由菌体提取大量脂肪球拟酵母生产菌体蛋白生产甘油等多元醇

产生有机酸和油脂卡尔斯伯酵母生产啤酒提取麦角固醇

维生素测定菌异常汉逊氏酵母制造发酵食品

增加食品的风味

生产单细胞蛋白二

、

工业上有重要用途的酵母菌假丝酵母球拟酵母卡尔斯伯酵母红酵母酿酒酵母梨头霉制曲酿酒生产葡萄糖生产酶制剂生产有机酸生产发酵食品废物利用与废水治理毛霉根霉产生糖化酶产生酯化酶产生淀粉分解酶产生酸性蛋白酶产生α-半乳糖苷酶三

、

工业上有重要用途的霉菌生产大豆制品

生产多种酶类

产生有机酸红曲霉生产青霉素生产有机酸生产多种酶类中性、碱性蛋白酶葡萄糖氧化酶、脂肪酶凝乳酶生产红色食用色素

工业生产葡萄糖

制中药神曲和红曲

生产传统发酵食品红腐乳、红露酒曲醋、红粬、红酒生产传统发酵食品

工业化生产柠檬酸

生产其他有机酸

生产多种酶制剂蛋白酶、淀粉酶果胶酶、纤维素酶青霉曲霉三

、

工业上有重要用途的霉菌第二节发酵食品生产菌种的选育与保藏选育是两个方面问题：

筛选和改造育：

改造现有菌种

，

提高产量

、

改进质量

、

改革工艺

、

增

加新产品

。选：

不断发掘新菌种

，向自然界索取发酵新产品

。一

、

菌种的选育选育又称自然分离，

是菌种选育最基本的方法，

即通

过分离、筛选，

排除劣质性状菌株，

获得遗传背景较

为纯一的细胞群体。（

一

）

自然选育一

、

菌种的选育分离、筛选1．

通过表现形态来淘汰不良菌株菌落形态（菌落大小、生长速度、颜色、孢子形成等）将高产型菌落逐步分离筛选2．

通过目的代谢物产量的考察通过摇瓶培养（厌氧微生物通过厌氧液体培养基静置培养）

，

进一步淘汰产量低的菌株3．

以遗传基因型纯度试验考察菌种纯度将复筛后得到的高产菌种进行分离，

再次通过表观形态进行考察，

以菌落形态为量度，

分离后的菌落类型越少则越纯4．

传代的稳定性试验通过对菌种的培养，

选出在3-5代的时候产量仍稳定的菌种自然选育步骤:一

、

菌种的选育利用物理、化学或生物的方法处理均匀分散的细胞群，

促使其发生更多的突变，采用简便、实用、快

速的筛选方法，

从中挑选出符合某种目的的突变株

。

在现代育种领域，

主要是提高突变菌株产生某种产物

的能力。（

二）

诱变育种一

、

菌种的选育物理、化

学、生物

方法处理筛选物理因子诱变化学因子诱变复合因子诱变与新型诱变剂1.诱变育种基本方法：一

、

菌种的选育日日

日.（

1）

选择简便有效的诱变剂

。.（2）

诱变剂所处理的细胞：

细胞核（或核质体）

越少越

好

，

最好是处理单核的细胞

。.（3）

微生物的生理状态：

一

般对数期的细菌对于诱变剂

最敏感

。.（4）

诱变剂的剂量选择：

在产量性状的诱变育种中

，

凡

在提高诱变率的基础上

，

既能变异幅度

，

又能促使变异移

向正变范围的剂量

，

就是合适的剂量

。.（5）

选择合适的出发菌株

，

选择综合性状优良

、

性状稳

定

、

缺点较少

、

已经广泛推广的品种作为出发菌株

。2.诱变育种影响因素：一

、

菌种的选育蛋白酶水解圈、蛋白酶水解圈、淀粉酶变色圈、色氨酸显色圈、

柠檬酸变色圈、抗生素抑菌圈、纤维素酶对纤维素水解圈3

.高产菌株筛选将挖取的菌落放在空培养基内培养将菌落连同琼脂一起挖取出来B

、作用圈的直径和产量不呈直线关系：琼脂挖块法待菌落到合适大小，

移

到含有供实菌种的一大块琼脂平板上A

、

作用圈的直径和产量呈直线关系：一

、

菌种的选育判断观察摇瓶培养法测定挖取移接培养初筛一般是指两个基因型不同的菌株通过吻合（接合）使遗传物质重新组合，

从中分离和筛选具有新性状的菌株。杂交育种通常可以弥补某一菌株的短板，

是一种重要的育种手

段

。杂交育种方法较复杂，

许多工业微生物有性世代不十分清楚，（三）

杂交育种一

、

菌种的选育故没有像诱变育种那样得到普遍推广和使用。接合筛选（1）通过杂交育种使不同菌株的遗传物质进行交换和重新组合，

从而改变原有菌株的遗传物质基础，

获得杂种菌株（重组体）

。（2）通过杂交把不同菌株的优良性状汇集重组体菌株中，

提高产量和质量，

甚至改变菌种特性，

获得新的品种。（3）获得的重组体可能对诱变剂的敏感性得以提高和恢复，

以便重新使用诱变方法进行选育。.1．

杂交育种的目的一

、

菌种的选育检出的方法有：

逐个测定法、夹层培养法、

限量补给法、

影印培养法筛选的方法有：

青霉素浓缩法、菌丝过滤法、差别杀菌法、饥饿法对多种化合物和一个化合物对多种缺陷型原始亲本和直接亲本：

两菌株互有优点且基本互补2

.杂交育种的过程

一个缺陷型营养缺陷型检出一

、

菌种的选育营养缺陷型筛选菌种准备鉴定■

细菌杂交■

放线菌的杂交育种■

霉菌的杂交育种■

酵母菌的杂交育种①选择直接亲本②异核体形成③二倍体的检出④检出分离子口

完全培养基口

基本培养基

口

有限培养基

口

补充培养

杂交育种使用的培养基：一

、

菌种的选育杂交育的方法：（四）

原生质体融合育种测定其再生率表面活性剂聚乙二醇（PEG）

，又称为融合促进剂酶解去

除胞壁筛选制备并进行再生实验原生质

体融合一

、

菌种的选育遗传标记有营养缺陷型、

抗药性、形态特征产生杂合二倍体、单倍重组体原生质

体制备融合子

融合优良菌

株筛选原生质

体融合菌株筛选再生实验优良菌株筛选融合子

融合

原生质体融合技术特点：.

重组频率较高.受接合型或致育性的限制较小.重组体种类较多.遗传物质的传递更为完整影响因素：.

培养基成分.溶壁酶.

渗透压稳定剂.菌龄（四）

原生质体融合育种一

、

菌种的选育目的基因获取与载体DNA分子连接重组DNA分子引入宿主细胞筛选基因工程的方法对生产菌株进行改造而获得高产工程菌，

或者是通过微生物间的转基因而获得新菌种的育种方法，

是真正意义

上的理性选育。例如好多人类日常使用的药物，

就是利用改造后的“工程菌

”

进行发酵，

然后对发酵产物分离、提取，

获得有用的产品。（五）

基因工程育种一

、

菌种的选育通过经典诱变技术获得初始突变株,然后将包含若干正突变的突变株作为第一轮原生质体融合的出发菌株,此后经过递推式的多轮融合,最终使引起正性突变的不同基因重组到同一个细胞株中。优点：

快速高效地筛选出优良菌株且集多种正突变与一体

。

弥补经典诱变方法缺陷

。（六）

基因组改组一

、

菌种的选育筛选出正向突变株原生质体多轮融合筛选出优良菌株目的菌株1．

利用传统诱变方法获得突变菌株库，

并筛选出正向突变株；2．

以筛选出来的正向突变株作为出发菌株，

利用原生质体融合技术进行多轮递推原生质体融合。3．

最终从获得的突变体库中筛选出性状优良的目的

菌株

。

（六）

基因组改组具体方法一

、

菌种的选育快速代谢控制育种的活力在于以诱变育种为基础，

获得各种解除或绕过微生物正常代谢途径的突变株，

从

而人为地使有用产物选择性地大量生成积累，

打破了微

生物调节这一障碍Tsuchida等采用亚硝基胍诱变等方法处理乳糖发酵

短杆菌2256，

最终选出一株L-亮氨酸高产菌，在13%葡

萄糖培养基中积累L-亮氨酸至34g/L。代谢控制育种提供了大量工业发酵生产菌种，

使得了氨

基酸、核苷酸、抗生素等次级代谢产物产量成倍地提高（七）

代谢控制育种一

、

菌种的选育●2．

菌种衰退的防止（1）

控制传代次数、（2）

创造良好的培养条件、（3）

利用不易衰退的细胞

移种传代、（4）

采用有效的菌种保藏

方法、（5）

利用菌种选育技术、（6）

定期进行分离纯化●1．

菌种衰退原因（1）

基因突变（2）

连续传代（3）

不适宜的培养和保藏条件（一

）

菌种退化现象及防止二

、

菌种的衰退

、

复壮与保藏广义复壮

:在菌种的典型特征或生产性状尚未衰退前，

就经常有意识地采取纯种分离和生产

性状测定工作，

以期从中选择到自发的正突变

个体。狭义复壮：

在菌种已经发生衰退的情况下，

通过特定方法从已经衰退的群体中选出少数尚未衰退的个体。(二)菌种复壮二

、

菌种的衰退

、

复壮与保藏1

、

纯种分离法：菌落纯水平：

稀释平板法

、

涂布平板法

、

平板

划线法等方法获得单菌落

。细胞纯/菌株纯水平：

应用较广

，

种类多

，

培养

皿或凹玻片等作分离室的方法

，

或显微操纵器的纯

种分离方法

。不长孢子的丝状菌：

无菌小刀切取菌落边缘的菌丝尖

端进行分离移植，

也可用无菌毛细管截取菌丝尖端单

细胞进行纯种分离。(二)菌种复壮二

、

菌种的衰退

、

复壮与保藏一类

:

“菌落纯

”寄生性微生

水平；

物的衰退菌

另一类是较精

株，接种到

细的单细胞或

相应昆虫或

单孢子分离方

动植物宿主

法

。

体内来提高

菌株毒性。衰退菌种进行一定的处理（如药物，

低

温、高温等）

淘汰已衰退个体而达到复壮目的。退化的菌种，

重新进行遗传育种，

从中再

选出高产、不易退化、稳定性较好的生产菌种。（二）

菌种的复壮：

措施二

、

菌种的衰退

、

复壮与保藏3

、

淘汰法

4

、

遗传育种法2

、

宿主体内1

、

纯种分离法复壮法二

、

菌种的衰退（三）

菌种的保藏:背景壮与保藏微生物在使用和传代过程中容易发生污染、

变异甚至死亡，

因而常常造成菌种的衰退，

并有可能使优良菌种丢失。尽可能保持原有的性状和活力稳定

典型优良纯种的菌种进行保藏低温保藏法、石蜡油封藏法、冷冻干燥保藏法、液氮超低温保藏法、甘油保藏法、寄主保藏法、悬液保藏法等目的

选择方式干燥，

无氧，

~冷冻干燥保藏法低温，

有保护各大类剂注意：

用斜面或半固体穿刺培养物均可，

也放在4℃冰箱保藏。**石油发酵微生物不适宜。方法名称冰箱保藏法（斜面）冰箱保藏法（半固体）石蜡油封藏法砂土保藏法（三）

菌种的保藏:

几种常用菌种保藏方法的比较主要措施低温低温低温，

缺氧干燥，

无营养适宜菌种各大类细菌，

酵母菌各大类**产孢子的微生物二

、

菌种的衰退

、

复壮与保藏评

价简

便简

便简

便简便有

效保藏期3~6月~6

12月1~2年1~10年515

繁而高年以上

效第三节微生物基础代谢调节一

、

微生物的代谢新陈代谢（Metabolism）简称代谢，

泛指发生在活细胞中的各种分解代谢和合成代谢的总和。分解代谢（Catabolism）又称异化作用，

是指复杂的

有机分子通过分解代谢酶系的催化产生简单分子、能量（ATP）和还原力[H]的作用，在这个过程中产生能量。合成代谢（Anabolism）又称同化作用，

是指在合成

酶系的催化下，

由简单小分子、ATP形式的能量和[H]形式的还原力一起，共同合成复杂的生物大分子的过程，

要消耗能量。图1-2连接分解代谢和合

成代谢的重要中间产物初级代谢是指微生物从外界吸收各种营养物质，

通过分解代谢和合成代谢生成维持生命活动所需要的

物质和能量的过程。次级代谢是指微生物在一定的生长时期，

以初级

代谢产物为前体物质，

合成一些对于该微生物的生命活动没有明确功能，

且非其生长和繁殖所必需的物质的过程。一

、

微生物的代谢按照代谢产物在机体中作用不同又可将代谢分为：初级代谢（Primarymetabolism）次级代谢（Secondarymetabolism）

。二

、

微生物的代谢调节（一

）酶活性的调节（二）

酶合成的调节诱导（Induction）阻遏（Repression）酶活性的抑制酶活性的激活二

、

微生物的代谢调节A

B

C

D

激活酶活性的调节分支代谢途径中的反馈抑制直线代谢途径中的反馈抑制酶活性的激活合作反馈抑制顺序反馈抑制累积反馈抑制协同反馈抑制同工酶调节酶活性的抑制反馈抑制图1-3分支途径中的反馈抑制调节模式（虚线表示反馈抑制）直线代谢途径中的反馈抑制同工酶反馈抑制模式协同反馈抑制模式图1-3分支途径中的反馈抑制调节模式（虚线表示反馈抑制）①

、②

、③表示抑制的先后顺序顺序反馈抑制模式合作反馈抑制模式累积反馈抑制模式根据酶的生成是否与环境中

存在的该酶底物或底物的结构类似物的关系，

可把酶划分成组成酶（Constitutive

enzyme）和诱

导酶（Inducedenzyme）二

、

微生物的代谢调节对微生物有利末端产物阻碍阻碍酶生物合成的现象促进酶生物合成的现象酶合成的调节诱导分解代谢物阻碍阻遏终产物阻碍例如在谷氨酸发酵中，

以淀粉水解糖为原料，

使

用生物素缺陷型菌株进行谷氨酸发酵时，

通过控制生

物素的含量（亚适量）

，

可控制细胞膜磷脂的合成，

进而改变细胞膜的通透性，

即可解除过量谷氨酸对自

身合成的反馈调节，

从而提高谷氨酸产量。利用营养缺陷菌株

选育抗反馈调节的突变株

三

、

微生物发酵中的代谢调控常用代谢控制微生物发酵的方法

改变微生物的遗传特性改变细胞膜透性改变微生物遗传特性微生物次级代谢产物四

、

微生物的次级代谢及代谢调节微生物次级代谢的调节诱导作用及终产物的反馈抑制初级代谢对次级代谢的调节激素抗生素色素毒素分解

代谢

物的

调节分解代谢物的调节四

、

微生物的次级代谢及代谢调节产黄青霉生物合成青霉素和赖

氨酸的途径第四节食品发酵的生化机制第一阶段：

原料处理后，

温度、pH等条件适宜时，

料

醅表面微生物迅速繁殖，

经过一段时间竞争后各类生

理类群的微生物按一定比例定居下来；第三阶段：

高度特异的微生物由于对产物及环境的耐

受，

其代谢产物又抑制了其他的微生物的生长，

最终

成为优势菌群。第二阶段：

微生物利用原料形成的代谢产物开始积累，

基质条件发生变化（酸、醇）

，

微生物区系发生改变，高度特异性的微生物的数量随之增加；结束阶段：

代谢产物积累过多时又抑制了高特异性微生物自身的生长，

导致菌体自溶，

发酵终止。食品的发酵历程：1.淀粉的分解：淀粉是葡萄糖通过糖苷键连接而成的一种大分子物质（

一

）

多糖的分解:胞外

双糖淀粉酶单糖

作为生长碳源与能源一

、

原料降解直链淀粉

支链淀粉酒

精淀粉微生物淀粉酶主要包括下面几种类型

:（1）α-淀粉酶

该酶可从淀粉分子内部任意水解α-1,4-糖苷键，但不能作用于淀粉的α-1,6-糖苷键以及靠

近α-1,6-糖苷键的α-1,4糖苷键。（2）β-淀粉酶该酶从淀粉分子的非还原性末端开始作用，

以双糖为单位，

逐步作用于α-1,4-糖苷键，

生成麦芽糖。（3）葡萄糖苷酶该酶也是从淀粉分子的非还原性末端开始作用，

依次以葡萄糖为单位，

逐步作用于α-1,4-糖苷键，

生成葡萄糖。1

.

淀粉的分解：一

、

原料降解（4）糖化酶

该酶从淀粉分

子的非还原性端以葡萄糖为单位进行水解，

不仅可以作用于α-1,4-糖苷键，还可作用

于α-1,6-糖苷键，（5）异淀粉酶

该酶专门作

用于淀粉分子中的α-1,6-糖苷

键，

使整个侧支切下而生成直链糊精。1

.

淀粉的分解：一

、

原料降解（

一

）

多糖的分解:葡萄糖通过β-1,4糖苷键连接而成直链大分子化合物；不溶于水，在环境中比较稳定；产生纤维素酶的微生物作用被分解成简单糖类。2、纤维素的分解纤维素是植物细胞壁的主要成分；一

、

原料降解纤维素一

、

原料降解纤维素酶根据作用方式大致可分为三种

:（1）C1酶

天然纤维素C1酶

水合非结晶纤维素CO2与H2O丁酸、丁醇、

乙酸、

乙醇、CO2

、H2等（2）CX酶

水合

非结CX1酶内切酶纤维二糖纤维三糖β-葡萄糖苷酶内部作用于β--

-

1,4-糖苷键

纤维糊精、

纤维二糖、葡萄糖（3）β-葡萄糖苷酶非还原性末端β-1,4-糖苷键

葡萄糖CX2酶外切酶低分子的纤维寡糖晶纤

维素+O2-O2葡萄糖（

一

）

多糖的分解:一

、

原料降解纤维素分解途径

:一

、

原料降解（

一

）

多糖的分解:3.半纤维素的分解：半纤维素

:

由各种五碳糖、六碳糖及糖醛酸组成的

大分子。根据其结构分为两类：一类是同聚糖，仅包含一种单糖，

如木聚糖、半乳聚糖、甘露聚糖等；另一类是异聚糖，

包括二种

以上的单糖或糖醛酸。几种不同的糖同时存在

于一个半纤维素分子中纤维素一

、

原料降解（

一

）

多糖的分解:3.半纤维素的分解：❏生产半纤维素酶的微生物：

曲霉（Aspergillus）、根霉（Rhizopus）与木霉（Trichoderma）等属；

❏半纤维素酶通常与纤维素酶、果胶酶混合使用；❏

作用：

改善植物性食物的质量，

提高淀粉质发酵原

料的利用率、果汁饮料的澄清与加酶洗涤的使用效果等。4.果胶质的分解：果胶质是构成高等植物细胞间质的主要物质

。主

要是由D-半乳糖醛酸通过α-1,4糖苷键连接起来的直链高分子化合物，

其分子中大部分羧基甲基化形成甲

基酯

。不含甲基酯的果胶质称为果胶酸。果胶质（

一

）

多糖的分解:一

、

原料降解果胶酸果胶质和果胶酸结构一

、

原料降解（

一

）

多糖的分解:4.果胶质的分解：天然的果胶质：

水不溶性，称为原果胶。分解果胶的微生物：

细菌和真菌，

如芽孢杆菌、梭状芽孢杆菌、

曲霉、葡萄孢霉和镰刀霉等属果胶酸酶半乳糖醛酸

切断α-1,4-糖苷键糖代谢途径水溶性

果胶原果胶果胶甲酯

水解酶果胶酸能

量原果胶酶去甲酯一

、

原料降解（

一

）

多糖的分解:5.几丁质的分解：几丁质是一种由N-

乙酰葡萄糖胺通过β-1,4糖苷键

连接起来，

不容易被分解的含氮多糖类物质。某些细菌（如溶几丁质芽孢杆菌）和放线菌（链霉菌）

能分解与利用，进行生长。脱氨基酶葡萄糖和氨N-

乙酰葡

萄糖胺几丁

二糖几丁二糖酶几丁

质酶几丁质几丁质1

.

蛋白质的分解:蛋白质是由许多氨基酸通过肽键连接起来的大分子

化合物

。蛋白质的降解分二步完成：蛋白酶

肽酶蛋白质———

→

多肽———

→氨基酸首先，在微生物分泌的胞外蛋白酶的作用下水解生成短肽，

然后，

短肽在肽酶的作用下进一步被分解成氨基酸。(二)含氮有机物的分解

:一

、

原料降解（1）脱羧作用许多微生物细胞内通常都具有氨基酸脱羧酶，

它可以催化氨基酸脱羧生成相应的胺

。如酪氨酸脱羧形

成酪胺、精氨酸脱羧形成精胺、色氨酸形成色胺

。这

些物质可以作为制定食品新鲜程度的二个指标。氨基酸脱羧酶R-CHNH2COOH

——————→R-CH2NH2

+CO2氨基酸脱羧酶具有高度的专一性，

基本上是一种氨

基酸由一种脱羧酶来催化它的分解

。胺在有氧条件下

可进一步被氧化成有机酸；

在厌氧条件下可以被分解

成各种醇和有机酸。2

.

氨基酸的分解:一

、

原料降解（2）

脱氨作用①氧化脱氨：

有氧条件

好氧性微生物R-CHNH2COOH

+

1/2O2

——

→R-COCOOH

+NH3

②还原脱氨：

厌氧条件专性厌氧细菌如梭状芽孢杆菌属（Clostridium）CH3CHNH2COOH+CH2NH2COOH+H2O

→CH3COCOOH+CH3COOH+2NH32

.

氨基酸的分解:一

、

原料降解③水解脱氨好氧性微生物，如米曲霉（A.oryzae）CH(CH3)2CH2CHNH2COOH+H2O

→CH(CH3)2CH2CHOHCOOH+

NH3④分解脱氨

细菌和酵母菌2

.

氨基酸的分解:HOOCCH2CHNH2COOH

←→HOOCCH=CHCOOH

+NH3一

、

原料降解2

.

氨基酸的分解:氨基酸的氨化产物主要种类：一

、

原料降解一

、

原料降解3

.

核酸的分解:核酸是由核苷酸以3,5-磷酸二酯键连接而成的大分子化合物。异养型微生物可以分泌消化酶类来分解食物或体外核

酸核酸酶+H2O核苷酸核苷酸酶+H2O的核蛋白和核酸类物质，

以获得各种核苷酸。核糖

或脱

氧核

糖嘌呤或嘧啶核苷酶+H2O磷酸核苷核酸分解途径脂肪和脂肪酸——微生物的碳源和能源，

利用缓慢脂肪不能进入细胞——脂肪酶的作用下先行水解

脂肪酶

{

{一

甘油和脂肪酸甘油的降解：胞内酶胞外酶肪脂(三)脂肪和脂肪酸的分解

:一

、

原料降解绝大多数细菌对脂肪酸的分解能力很弱，

然而一经诱导，

它们的脂肪酸氧化活性就会增强

。如大肠杆菌有一个可被诱导合成的用来利用脂肪酸的酶系，

使含6个到16个碳的脂肪酸靠基团转移机制进入细胞，

同时形成酯酰CoA

。随后在细胞内进行脂肪酸的β-氧化。一

、

原料降解3

、

脂肪和脂肪酸的分解:脂肪酸的β-氧化，在原核细胞的细胞膜上和真核

细胞的线粒体内进行

。若脂肪酸分子的碳原子数为偶数，

最终得乙酰CoA；

若脂肪酸分子的碳原子数为

奇数，

则同时也得到丙酰CoA

。

乙酰CoA直接进入TCA循环降解，

丙酰CoA则经琥珀酰CoA进入TCA循

环被氧化降解，

或以其它途径被氧化降解。一

、

原料降解3

、

脂肪和脂肪酸的分解:1

、

醋酸（CH3COOH

）

:（1）醋酸杆菌代谢，

乙醇氧化产生醋酸，

反应式：二

、

单糖形成目的产物醋酸、乳酸、

乙醇、

甘油及酯类等好氧及厌氧、高温或低温大分子原料微生物1

、

醋酸（CH3COOH

）

:（2）短乳杆菌的异型乳酸发酵产生醋酸的图解如图所示。二

、

单糖形成目的产物二

、

单糖形成目的产物1

、

醋酸（CH3COOH）

:（3）双歧杆菌在厌氧条件下，

异型乳酸发酵可使葡萄糖产生乳酸和乙酸。总反应式如下：2C6H12O6+5ADP→2CH3CHOHCOOH+3CH3COOH+5ATP乳酸乙酸(醋酸)2

、

乳酸（CH3COOH

）

:乳酸（约占50％左右）、乙醇、醋酸及CO2等

二

、

单糖形成目的产物同型乳酸发酵

:异型乳酸发酵

:乳酸（至少80％以上）乳酸发酵分为两类：葡萄糖—一全部葡萄糖（1）

同型乳酸发酵：

干酪乳杆菌

、保加利亚乳杆菌等二

、

单糖形成目的产物双磷酸己糖途径（简称HDP或EMP）总反应式：2×乳酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖单磷酸已糖途径（简称HMP）EMP途径乳酸乙醇二

、

单糖形成目的产物（2）

异型乳酸发酵

:戊糖明串珠菌

、

短乳杆菌

、

双歧杆菌EMP途径（2）

异型乳酸发酵

:戊糖明串珠菌

、

短乳杆菌

、

双歧杆菌二

、

单糖形成目的产物总反应式为：C6H12O6+2ADP葡萄糖单磷酸已糖途径（简称HMP）2CH3CHOHCOOH+

CH3CH3OH+2ATP乳酸乙醇葡萄糖COOH

COOH|

|CHOHCHOH

+

CO2|

|CH2

CH3|COOH苹果酸

乳酸一些微生物（如许多细菌）

如乳酸菌可将苹果酸

分解为乳酸和CO2等

。2

、

乳酸（CH3COOH

）

:二

、

单糖形成目的产物葡萄糖2CH3CH2OH

乙醇·酵母菌主要是通过EMP途径得到乙醇。·

酒精发酵不需游离氧参加，

否则酵母菌将糖彻底

分解为水和CO2。3

、

乙醇（CH3CH2OH）

:二

、

单糖形成目的产物3

、

乙醇（

CH3CH2OH

）

:

单磷酸己糖途径（HMS）二

、

单糖形成目的产物2CO2+2CH2CH2OH生成乙醇葡萄糖·啤酒酵母在酒精发酵时形成一些甘油

;·鲁氏酵母（Saccharomyces

rouxii）及蜜蜂酵母（S.

nellis）转化50%的葡萄糖

为甘油

;·

脂肪水解产物中有甘油。4

、

甘油(CH2OHCHOHCH2OH):使发酵食品（饮料）有浓厚感，

呈甜味二

、

单糖形成目的产物➢乙酸乙酯

:愉快的香蕉味、微弱的苹果味，

味淡；➢丙酸乙酯：

芝麻香味；➢丁酸乙酯：

甜菠萝味、凤梨味，

微辣、微酸，

量大时会有不愉快的臭味；➢己酸乙酯：

愉快的窑底香味，

凤梨香味，

微有辣味等。5

、

酯类（CR2COOR2

）

:芳香气味的挥发性化合物，

发酵食品中的重要组分二

、

单糖形成目的产物5

、

酯类（CR2COOR2）

:酯生物合成与其他代谢途径的关系：芳香气味的挥发性化合物，

发酵食品中的重要组分酯的形成：二

、

单糖形成目的产物R1CO·ScoA+R2OHR1COOR2

+CoA-SH代谢不仅包括分解代谢，还有合成代谢，在整个工艺过程中除一部分被彻底氧化为CO2、H2O和矿物质外，还有其他大部分物质彼此之间有着错综复杂的、往复交替的一系列物理化学变化，

这与其中的微生物组成复杂性也有很大关系。其实不然，

从原料的粉碎、浸泡等预处理直至产品端到餐桌上来这一漫长的过程中，

产物的再平衡就一直没有停止过。从表面上理解，代谢产物间的再平衡似乎主要是指发酵

食品的陈酿阶段（或称后发酵阶段）

。传统发酵食品发酵过程中的还有很多问题尚未解决。三

、

代谢产物间的再平衡THANKS第二章微生物发酵及其过程控制第一节培养基及其制备一

、

培养基的种类和用途（一

）按对培养基成分的了解来分1、天然培养基（

complex

medium）利用化学成分不完全清楚或不恒定的天然物质（如肉汤、蛋白胨、麦芽汁、酵母汁、牛奶和血清等等）

制成的培养

基。例：

牛肉膏蛋白胨培养基、麦芽汁培养基等。优点：

营养全面丰富

，

适用微生物的生长；

来源广泛

，

价格低廉。缺点：

成分不清楚或不稳定。适合实验室菌种培养、工业生产菌种培养和某些发酵产物的生产。2、合成培养基（

synthetic

medium）又称组合培养基（

chemicallydefined

medium），

由化学成分完全了解的物质配制而成的培养基。例：

高氏一号培养基、察氏培养基等。高氏一号培养基配方：可溶性淀粉20.0

克KNO31.0

克K2HPO40.5

克MgSO4

·7H2O0.5

克NaCl0.5

克FeSO4

·7H2O溶液2滴（10%）优点：

培养基的组成成分精确、清楚

，

重复性强。

缺点：

微生物生长较慢

，

且价格昂贵。一般适于实验室范围内的研究工作。1000毫升蒸馏水3、半组合培养基（

semi-defined

medium）由部分化学试剂和部分天然有机物制成的培养基

。添加天然成分可以更有效地满足微生物对营养物的需要。例：

马铃薯糖（PDA）

培养基、葡萄糖肉汁培养基等。马铃薯葡萄糖琼脂培养基配方：200

克20

克15-20克1000毫升pH自然马铃薯葡萄糖琼脂蒸馏水（二）

按培养基的物理状态来分1、液体培养基（liquid

medium）未加凝固剂而呈液态的培养基。·

常用于大规模的工业生产以及在实验室进行微生物的基础理论和应用方面的研究工作。·

可根据培养后的浊度判断微生物的生长程度。2、

固体培养基（

solid

medium）用天然固体营养基质制成的培养基或在液体培养基中加入一定量凝固剂而呈固体状态的培养基。凝固剂种类

:琼脂

:石花菜中提取的高度分支的复杂多糖

，

用量1.5-2％

。明胶

:是胶原蛋白制备产物

，

用量5%-12%。硅胶

:

硅酸纳与盐酸聚合而成

，

纯无机物。可依使用目的不同制成斜面、平板等，为微生物的生长提供营养表面。常用于微生物分离、纯化、计数等方面研究。1.

不被微生物分解、利用、液化；

2.

不因消毒灭菌而被破坏；3.

在微生物的生长温度内保持固态；

4.

凝固点的温度对微生物无害；5.

透明度好，粘着力强。表

琼脂与明胶主要特征比较理想凝固剂应具备的条件琼脂明胶内容1.5-2绝大多数微生物不能利用5-12许多微生物能利用常用浓度(%)微生物利用能力160.496401.150.77微酸14-1518.32500酸性20灰分(%)氮(%)熔点(℃)凝固点(℃)氧化钙(%)氧化镁(%)pH3、半固体培养基（

semi-solid

medium）在液体培养基中加入0.2-0.7％的琼脂构成的培养基。·

常用来观察细菌运动特征以及进行菌种鉴定和噬菌体效价例：

在半固体培养基中穿刺接种观察细菌是否有鞭毛测定等。（三）

按培养基的用途来分1、基础培养基（minimum

medium）是含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基；

另外基础培养基也可作为一些特殊培养基的基础成分。例：

无碳基础培养基——加待测碳源后用于测定酵母菌对碳源的利用能力。无碳基础培养基配方：（NH4

）2SO45

gKH2PO41gNaCl0.1

gMgSO4

·7H2O0.5gCaCl20.1

g酵母膏0.2

g去离子水1000mL水洗琼脂20g在此基础上可分别加入2%的待测碳源在普通培养基中加入某些特殊的营养物质而制成的一类营养丰富的培养基。例：

在培养基中加入血液、血清、酵母膏、动植物组织液或其他营养物质

。如培养百日咳博德氏菌（Bordetella

pertussis

）需要含有血液的加富培养基。用途：

培养营养要求苛刻的微生物或用以富集（数量上占优势）

和分离某种微生物。2、加富培养基（

enriched

medium）根据某类微生物的特殊营

养要求或对某种物理化学因子

的抗性而设计出来的一类培养

基

。抑制不需要微生物的生长

,

促进目的菌生长。即根据被分离微生物的特性

，

采用“投其所好、取其所抗

”的原则设计的培养基。用途：

可将某种或某类微生物从

混杂的微生物群体中分离出来

，

用于菌种筛选等领域。3、选择性培养基（

selective

medium）➢以纤维素或石蜡油为唯一碳源的选择性培养基，

可以从混杂的微生物

群体中分离出能分解纤维素或石蜡油的微生物。➢缺乏氮源的选择性培养基可用来分离固氮微生物。➢以酪素为唯一氮源——分离产蛋白酶的菌株。➢麦芽汁培养基中加入青霉素,氯霉素或链霉素——分离酵母菌优势菌目的

:抑制多数菌手段

:取其所抗选择培养基

基础培养基+嗜好营养物基础培养基+抑制剂混合样品中劣势菌手段

:投其所好目的

:增殖少数选择性培养基例：成为4、鉴别性培养基（differential

medium）用于鉴别不同类型微生物的培养基

，

在培养基成分中加

有能与目的菌的代谢产物发生显色反应的指示剂

，

从而产生

明显的、

肉眼可见的特征性变化

，

可使该种微生物与其它微

生物区别开。例：

伊红美蓝乳糖（EMB）培养基

，

可鉴别大肠菌群。在EMB培养基中——伊红和美蓝抑制G+细菌和一些难培养的G-菌大肠菌群中如E.coli等因强烈分解乳糖产

生大量混合酸，

菌体呈酸性，

染上酸性染料伊红,伊红和美蓝结合，

菌落被染成深紫色，表面具

绿色金属光泽。产酸力弱的细菌菌落常呈棕色不发酵乳糖、不产酸的菌落无色透明二

、

培养基的主要成分与工业发酵原料来源1

、

碳源（1）功能：➢提供菌种生长繁殖所需的能源和合成菌体所必需的碳成分➢提供合成目的产物所需的碳成分（

2）碳源的种类碳源分为迅速利用的碳源和缓慢利用的碳源

。迅速利用的碳源能较迅速地参与代谢

、

合成菌体和产生能量

，

并分解形成中间产物（如丙酮酸）

，

有利于菌体的生长

。

但有的分解代谢产物对产物的合成可能产生阻遏作用

。例如葡萄糖

。慢速利用的碳源为菌体缓慢利用

，

有利于延长代谢产物

的合成（如抗生素）

，

许多药物发酵采用

。

例如乳糖

、

蔗糖

、

麦芽糖

、

玉米油分别是青霉素

、

头孢菌素C

、

盐霉素

、

核黄

素及生物碱发酵的最适碳源

。（3）

工业上常用的糖类①

葡萄糖➢所有的微生物都能利用葡萄糖➢但是会引起葡萄糖效应❏工业上常用淀粉水解糖,但是糖液必须达到一定的质量指标②

糖蜜糖蜜是制糖生产时的结晶母液，

它是制糖工业的副产物。糖蜜主要含有蔗糖，

总糖可达50%-75%

。一般糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜。使用条件：

微生物必须能分泌水解淀粉、糊精的酶类缺点：

难利用、发酵液比较稠、一般>2.0%时加入一

定的α-淀粉酶；

成分比较复杂，

有直链淀粉和支链淀

粉等等。优点：

来源广泛、价格底；

难利用，

可以解除葡萄糖

效应。③

淀粉、糊精2、

氮源氮源主要用于构成菌体细胞物质（氨基酸，

蛋白质、

核酸等）和含氮代谢物。常用的氮源可分为两大类：

有机

氮源和无机氮源。①

无机氮源种类：

铵盐、硝酸盐和氨水特点：

微生物对它们的吸收快，

所以也称之谓迅速利用的氮源。但无机氮源的迅速利用常会引起pH的变化

如：(NH4)2SO4

→

2NH3

+

2H2SO4NaNO3

+

4H2

→NH3

+

2H2O

+

NaOH无机氮源被菌体作为氮源利用后

，

能形成酸性物质的无机氮源叫生理酸性物质

，

如硫酸铵

，

代谢后能产生碱性物质

的无机氮源称为生理碱性物质

，

如硝酸钠

。正确使用生理酸

碱性物质

，

对稳定和调节发酵过程的pH有积极作用。所以选择合适的无机氮源有两层意义：❏

满足菌体生长❏稳定和调节发酵过程中的pH②

有机氮源来源：

工业上常用的有机氮源都是一些廉价的原料

，

花生饼

粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、玉米浆、玉米蛋白粉、蛋

白胨、酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和酒

糟。成分复杂：

除提供氮源外

，

有些有机氮源还提供大量的无机

盐及生长因子

。可以从多个方面对发酵过程进行影响

，

而另

一方面有机氮源的来源具有不稳定性

。所以在有机氮源选取

时和使用过程中

，

必须考虑原料的波动对发酵的影响.例

玉米浆：①可溶性蛋白、生长因子（生物素）

、苯乙酸②较多的乳酸③硫、磷、微量元素等迅速利用的氮源有：

氨基态氮的氨基酸、硫酸铵、玉米浆。慢速利用的氮源有：

黄豆饼粉、花生饼粉、棉籽饼粉等蛋白质。氮源象碳源一样,也有迅速利用的氮源和缓慢利用的氮源。快速利用氮源容易被菌体所利用

，

促进菌体生长

，

但对某些代谢产物的合成

，

特别是某些抗生素

的合成产生调节作用

，

影响产量

。

如链霉菌的竹桃

霉素发酵中

，

采用促进菌体生长的铵盐

，

能刺激菌

丝生长

，

但抗生素产量下降

。缓慢利用的氮源对延长次级代谢产物的分泌期，提高产物的产量是有好处的

。

但

一

次投入

，

也容易

促进菌体生长和养分过早耗尽

，以致菌体过早衰老

而自溶

，

从而缩短产物的分泌期

，

因而要选择适当

的氮源和适当的浓度

。3、无机盐和微量元素①

磷酸盐：

磷是某些蛋白质和核酸的组成成分，

腺苷二磷酸（ADP）

、腺苷三磷酸（ATP）是重要的能量传递物质，

参与

一系列的代谢反应。磷酸盐在培养基中还有缓冲作用。微生

物对磷的需要量一般为0.005-0.01mol/L。工业生产上常用K2HPO4•3H2O、KH2PO4和Na2HPO4•2H2O、NaH2PO4•2H2O等磷酸盐，也可用磷酸。②

硫酸镁：

镁是许多重要的酶（如己糖磷酸化酶、异柠檬酸

脱氢酶、羧化酶等）

的激活剂，

而硫为菌体合成含硫蛋白质提供硫源。所以MgSO4•7H2O是发酵工业中常用的无机盐类。MgSO4•7H2O中含镁9.87%，

发酵培养基配用0.25-1g/L时，镁浓

度为25-90mg/L。③钾盐：

微生物生长所需钾量

一

般约为0

.

1g/L（以K2SO4计）。

当培养基磷盐配用1g/L的K3PO4

•3H2O时

，同时供给了钾应予以考虑

。④微量元素：

一

般作为碳源

、

氮源的农副产品天然原料中本身就含有某些微量元素

，

不必另加

。

但某些发酵可能对某些微量元素有特殊要求

，

例如以醋酸或石蜡为碳源发酵谷氨酸时对铜离子含量要求较高

。

因此

，

这些发酵需在培养基中补加

一

些含有微量元素的无机盐

。

工业上常用的含微量元素的无机盐有Mn

SO4

•4H2O等

。4、生长因子、前体和产物促进剂①

生长因子从广义上讲

，

凡是微生物生长不可缺少的

，

自身不能合成或合成量不能满足需求的微量有机物质

，

如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称生长因子。如以糖质原料为碳源的谷氨酸生产菌均为生物素缺陷

型

，

以生物素为生长因子,生长因子对发酵的调控起到重要的作用

。有机氮源是这些生长因子的重要来源

，

多数有机氮源

含有较多的B簇维生素和微量元素及一些微生物生长不可缺

少的生长因子

。例：

玉米浆；

糖蜜②

前体前体指某些化合物加入到发酵培养基中

，

能直接被

微生物在生物合成过程中合成到产物分子中去

，

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。青霉素：

分子量356

苯乙酸

:分子量136产物前体产物前体青霉素G苯乙酸及衍生物VB12钴化物青霉素V苯氧乙酸葫萝

卜素-

紫罗兰酮金霉素氯化物L-

异亮氨酸-

氨基酸链霉素肌醇

、

精氨酸L-

色氨酸邻氨基苯甲酸红霉素丙酸

、

丙醇L-

丝氨酸甘氨酸发酵生产中常用的前体③

产物促进剂所谓产物促进剂是指那些非细胞生长所必须的营养

物

，

又非前体

，

但加入后却能提高产量的添加剂。促进剂提高产量的机制还不完全清楚

，

其原因是多

方面的。➢有些促进剂本身是酶的诱导物；➢有些促进剂是表面活性剂

，

可改善细胞的透性

，

改善

细胞与氧的接触从而促进酶的分泌与生产，➢也有人认为表面活性剂对酶的表面失活有保护作用；➢有些促进剂的作用是沉淀或螯合有害的重金属离子。5、水对于发酵工厂来说

，

恒定的水源是至关重要的

，

因为在

不同水源中存在的各种因素对微生物发酵代谢影响甚大。水源质量的主要考虑参数包括pH值、溶解氧、可溶性固

体、污染程度以及矿物质组成和含量。对于酿造行业，

水的重要性不言而喻，对于常规发酵，

可靠、持久，

能提供大量成分一致清洁的水。三

、

培养基的设计与优化目前还不能完全从生化反应的基本原理来推断和计算出适合某

一

菌种的培养基配方

，

只能用生物化学

、

细胞生物学

、

微生物学等的基本理论

，

参照前人所使用的较适合某

一

类菌种的经验配方

，

再结合所用菌种和产品

的特性

，

采用摇瓶

、

玻璃罐等小型发酵设备

，

按照

一

定的实验设计和实验

方法选择出较为适合的培养基

。➢培养基成分的选择和培养基配方的设计最终是要通过实验的方法来解决的

。➢选择培养基成分时应考虑以下问题：（

1）

营养物质应满足微生物的需要

（2）

代谢的阻遏和诱导（3）

合适的碳氮比（4）

pH的要求1

、

培养基成分选择的原则（

1）

营养物质应满足微生物的需要★不同营养类型的微生物对营养的需求差异很大

，

所以

，

应根据所培养菌种对各营养要素的不同要求进行配制

。如自养

微生物的培养基成分是无机的

，

而异养型微生物的培养基成

分必须含有机物。★不同来源或种类的微生物

，

所能分泌的水解酶系是不一样的

，

因此有些微生物由于水解酶系的缺乏只能利用简单的物

质

，

而有些微生物则可以利用较为复杂的物质

。

因而需充分

考虑菌种的同化能力

，

保证微生物能利用所选用的培养基成

分。（2）代谢的阻遏和诱导★酶制剂生产（考虑碳源的分解代谢阻遏的影响）：

几

乎都选用淀粉类原料作为碳源

。（对许多诱导酶来说易

被利用的碳源（葡萄糖和果糖等）

不利于产酶

，

而淀粉

和糊精等一些难被利用的碳源有利于酶的生产

。）★蛋白酶生产（考虑氮源的诱导与阻遏）：

通常蛋白酶

的生产受培养基中蛋白质或多肽的诱导

，

而受铵盐

、硝

酸盐

、氨基酸的阻遏

。这时在选择氮源时应考虑以有机

氮源（蛋白质类）

为主。注意：

速效碳（氮）源和迟效碳（氮）源的相互配合。（3）

合适的碳氮比（显著影响微生物的生长繁殖和产物合成）氮源：过多——菌体生长过于旺盛

，

pH偏高

，

不利于代

谢产物的积累过少——菌体繁殖量少

，

影响产量碳源：过多——pH降低过少——

引起菌体的衰老和自溶碳氮比（C：

N）

：

一般指培养基中元素C与N的

比值

，

为方便测定和计算

，

人们常以培养基中

还原糖含量与粗蛋白含量的比值来表示。➢一般培养基的C：

N比为100

:

(0.2-2)，➢谷氨酸发酵中的情况比较特殊

，

氮源比例相

对高些

。

C：

N比为100

:（20

-30

)（4）

pH的要求★各大类微生物一般都有它们生长繁殖的最适pH。细菌：

7.0-8.0放线菌：

7.5-8.5酵母菌：

3.8-6.0

霉菌：

4.0-5.8具体的微生物菌种都有各自特定的最适pH范围。在微生物生长和代谢过程中，

由于营养物质的利用和代谢产物的形成与积累，

培养基pH值会发生改变，

为维持培养基pH值相

对恒定，

通常采用下列两种调节方式：内源调节：

①在培养基里加磷酸缓冲剂或不溶性的碳酸盐；②调节培养基合适的碳氮比。外源调节：

①补料（高时补加碳源，低时补加氮源）②按实际需要向发酵液中补加酸或碱液。2、

培养基的优化①调查所培养菌的生态条件

，

查看

“

嗜好

”

，

根据前人的经验和培养基成分确定时

一

些必须考虑

的问题

，

初步确定

可能的培养基成分；②通过单因子实验最终确定出最为适宜的培养基成分；单因子实验：

对实验中要考察的因子逐个进行试验

，

寻找每个因子的最佳条件

。

一

般用摇瓶做实验

。优点：

一

次可以进行多种条件的实验

，

可以在较快时间内得到的结果

。缺点：

如果考察的条件多

，

实验时间会比较长

。

各因子之间可能会产生交互作用

，

影响的结果准确性

。③数理统计学方法：

运用统计学方法设计实验和分析实验结果

，

得到最佳的实验条件

。

如正交设计

、

均

匀设计

、

响应面设计

。优点：同时进行多因子试验

。

用少量的实验

，

经过数理分析得到单因子实验同样的结果

，

甚至更准确，大大提高了实验效率

。缺点：

对于生物学实验要求准确性高

，

因为实验的最佳条件是经过统计学方法算出来的

，

如果实验中存

在较大的误差就会得出错误的结果

。第二节培养基及发酵基质的杀菌在现代食品发酵生产中

，

一

般均采用纯种发酵

，

为了保证发酵产品质量的稳定性和发酵生产的成功

，

必须采取严格的灭菌措施将培养基中的杂菌杀灭

。

灭菌(ster

ilization)是指采用某种物理或化学方法杀死或消除所有微生物体

，

包括病原微生物和非病原微生物

。

消毒(dis

infection)是指杀死

、

抑制或清除病原微生物

。

消毒剂(dis

infectant)通常为化学药剂

，

一

般用于对非生

物体进行消毒

。

消毒剂不能杀死芽孢及某些微生物

，

不

能用于灭菌

。➢

灼烧法：

不怕烧的实验器具

，

如接种环等。➢

干燥热空气灭菌法：

利用热空气灭菌，

通常150-170℃1-2小时

，

适用于玻璃器皿及耐热的器皿

，

不适合棉花、纸张

、纤维或橡胶类物质的灭菌。特点：

由于空气传热穿透力差

，

菌体在干燥状态下不易杀死

，

所以温度高

、

时间长。(一

）加热灭菌1

、干热法（dryheat

sterilization）：➢

焚烧法：

是将被灭菌物品在火焰中燃烧

，

适用于无经济价值的物品灭菌。一

、

主要的消毒及灭菌方法2

、

湿热法(mo

ist

heat

ster

ilization)

：特点：

温度低、时间短、灭菌效果高

。相同温度下

，

湿热灭菌比干热灭菌效果好

，

原因：➢

热蒸汽对细胞成分的破坏作用更强➢

热蒸汽比热空气穿透力更强➢

蒸汽存在潜热

，

当气体转变成液体时可放出大量热量➢

可迅速提高灭菌物体的温度（

1）