氨基酸工艺学课件（共10单元）04 氨基酸发酵原料制备

第四章氨基酸发酵原料制备氨基酸发酵原料的条件①消耗每克底物将产生最大的菌体得率或产物得率；②能产生最高的产品或菌体的浓度；③能得到产物生成的最大速率；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通气和搅拌、提取、纯化、废物处理等生产工艺过程都比较容易。第一节淀粉水解糖的制备一、淀粉的性状及组成1.1淀粉的组成及其特性白色无定形结晶粉末圆形、椭圆形、多角形（颗粒小）。

葡萄糖脱水缩聚而成(C6H10O5)n直链淀粉特点：α-1,4糖苷键分子较小，聚合度100-6000空间构象是卷曲的螺旋状加热时不产生糊精，以胶体状态溶解遇碘反应成纯蓝色支链淀粉特点：α-1,4糖苷键、α-1,6糖苷键分子较大，聚合度6000以上空间构象是卷曲的螺旋状加热时成为胶黏的糊状物遇碘反应成紫红色反应二、淀粉的特性淀粉的糊化淀粉在热水中能吸收水分而膨胀，最后淀粉粒破裂，淀粉分子溶解于水中形成带有粘性的淀粉糊。三个阶段第一阶段：淀粉缓慢地可逆地吸收水分，淀粉颗粒已有些微膨胀。第二阶段：当温度升到大约65℃时，淀粉颗粒经过不可逆地突然很快地吸收大量水分后，膨胀粘度增加很大。第三阶段：当温度继续升高，淀粉颗粒变成无形空囊，可溶性淀粉浸出，成为半透明的均质胶体。不同原料淀粉糊化温度名称开始糊化温度（℃）完全糊化温度（℃）糯米5961粳米5863玉米6472大麦5863小麦6568马铃薯5967甘薯7076荞麦6971三、淀粉的生产原理

不溶于冷水，相对密度大于水。工艺（以玉米淀粉为例）

玉米→清理→浸泡→粗碎→胚的分离→磨碎→分离纤维→分离蛋白质→清洗→离心分离→干燥→淀粉1、清理：清除杂质

筛选、风选、密度分选。2、浸泡目的1）软化：增加皮层和胚的韧性2）溶解：溶出水溶性物质3）除杂：使泥沙脱落工艺条件50-55℃48h二氧化硫0.15-0.2%。

3、粗碎粉碎成10块以上的小块，将胚分离。4、胚的分离分离胚芽。5、磨碎破坏细胞组织，释放淀粉。6、纤维分离采用筛选法分离。先分离纤维，再分离蛋白质。7、蛋白质分离利用相对密度不同。8、清洗

去除可溶性杂质。9、脱水

采用离心机、水分37%左右。10、干燥

水分＜12%；带式干燥机。11、成品整理

粉碎和筛分。一、意义和要求1.2淀粉水解糖的制备方法糖化：工业上将淀粉水解为葡萄糖的过程成为糖化。

所制得的糖液称为淀粉水解糖。氨基酸产生菌都不能直接利用淀粉。进行氨基酸发酵的淀粉水解糖的必备条件1.严格控制淀粉质量2.正确控制淀粉乳浓度高低3.糖液中不含糊精（水解完全）4.糖液清、色泽浅、保持一定透光率5.糖液新鲜6.降低糖液蛋白质的含量7.水解糖液的质量（1）色泽：浅黄、杏黄色、透明液体；（2）糊精反应：无；（3）还原糖含量：18%左右；（4）DE值：90%以上；（5）透光率：60%以上；（6）pH：4.6-4.8。二、淀粉水解的方法及其比较酸解法酶酸法酸酶法

双酶法1、酸解法原理

利用无机酸为催化剂，在高温高压下将淀粉水解转化为葡萄糖。优点

工艺简单、水解时间短、效率高、设备周转快。

缺点

原料及设备要求高、副产物多、糖化收率低。2、酸酶法原理

淀粉先用酸水解成糊精或低聚糖，再用糖化酶水解成葡萄糖。优点

酸用量少、产品颜色浅、糖液质量高。3、酶酸法原理

淀粉先用α-淀粉酶液化，过滤除杂后，再用酸水解成葡萄糖。特点适用于大米（碎米）或粗淀粉原料。4、双酶法原理用专一性很强的淀粉酶和糖化酶为催化剂，将淀粉水解成葡萄糖。优点副产物少、酶解反应条件温和、原料要求低、糖液质量高。缺点

生产周期长、设备较多、糖液过滤困难。目前淀粉水解制糖的主要方法！调浆罐液化罐灭酶罐糖化罐板框过滤机换热器喷射液化器1.3双酶法制糖工艺液化

利用液化酶使淀粉糊化，黏度降低，并水解到糊精和低聚糖的程度。糖化

利用糖化酶将液化产物进一步彻底水解成葡萄糖。一、淀粉的液化淀粉的糊化淀粉的老化

分子间氢键已断裂的糊化淀粉又重新排列形成新氢键的过程，是一个复结晶的过程。

直链淀粉易老化，支链淀粉难老化。α-淀粉酶（液化酶）的作用和特性1）α-淀粉酶生产菌枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、米曲霉、黑曲霉、拟内孢霉等。2）类型耐热、耐酸、耐碱、耐盐3）作用方式可以切断α-1，4糖苷键不能切断α-1，6糖苷键4）特性热稳定性：60℃以下稳定作用温度：60-70℃；90-110℃pH稳定性：6.0-7.0稳定，5.0以下失活严重作用pH：6.0与淀粉浓度的关系：成正比钙离子浓度对酶活力的影响：对热稳定性有提高pH稳定性与钙离子的关系：钙离子存在，pH范围广Ca2+、Zn2+、Cl-等激活作用，SO42-抑制作用液化的方法与选择（1）间歇液化

85-90℃、保温30-60min。

碘液检查合格（呈棕红色）。中温酶（2）喷射液化调浆喷射液化（95-105℃）保温液化灭酶（120-145℃）二、淀粉的糖化理论收率、实际收率及淀粉转化率1.理论收率（C6H10O5）n＋nH2O→nC6H12O6

16218180

理论收率111.11%2.实际收率：105%-108%3.淀粉转化率：100份淀粉中有多少份转化为葡萄糖DE值与DX值1.DE值（葡萄糖值）

表示淀粉水解程度或糖化程度。2.DX值

糖液中葡萄糖含量占干物质的百分率。糖化工艺条件

pH:4.2±0.1

温度：60℃±1℃

糖化时间：32-40h

升温灭酶、中和：70-80℃保温15min糖化酶的作用与特性

1）作用方式可以从非还原性末端切断α-1,4糖苷键；缓慢切断α-1,6糖苷键2）特性

作用温度：40-65℃；最佳58-60℃

pH稳定性：3.0-5.5稳定；最适4.0-4.5第二节有机氮源的制备一、氮源分类氮是活细胞生存所必须的营养分子，氮的吸收是微生物代谢的关键步骤。常用的无机氮源和有机氮源。无机氮源。是速效氮源，如硫酸铵、液氨、氨水、碳酸氢氨、硫酸铵、氯化铵、硝酸盐和尿素等。有机氮源。是影响发酵效率的重要因素，也是发酵成本的主要来源之一。有机氮源种类：(1)动物源：牛骨蛋白胨、胰蛋白胨、牛肉膏和鱼胨等；(2)植物源：玉米浆、豆粕、黄豆饼粉、棉籽饼粉和大豆蛋白胨等；(3)微生物源：包括面包酵母、假丝酵母和啤酒酵母有机氮源。迅速利用的氮源氨基（或铵）态氮的氨基酸（或硫酸铵等）、玉米浆容易被菌体利用，促进菌体生长缓慢利用的氮源酵母浸出物、蛋白胨延长代谢产物的分泌期、提高产物的产量；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发酵培养基一般选用含有快速和慢速利用的混合氮源氮源的影响及控制

以硫酸铵作无机氮源，菌体生长和产酸优于其它无机氮源，这主要是因为硫酸铵不仅为菌体生长和发酵产酸提供氮元素，其中的SO42-也是菌体代谢中不可缺少的成分。硫元素是构成细胞物质的重要成分，其主要作用是供给甲硫氨酸、半胱氨酸和若干辅酶(如焦磷酸硫胺素、辅酶A、硫辛酸)合成的需要，这些辅酶在微生物代谢中起重要作用。无机氮源定义：有机氮源是指存在于含氮有机物中的氮源，常用的有机氮源有花生饼粉、黄豆饼粉、酵母粉/酵母浸出物、蛋白胨等。主要成分：含有丰富的蛋白质、肽类、游离的氨基酸以外，还含有一定量或少量的糖类、脂肪和生长因子等。特点：营养丰富，成分复杂（全脂黄豆粉中油脂含量在18%以上、低脂黄豆粉中油脂含量在9%以下和脱脂黄豆粉中油脂含量在2%以下；东北产的大豆中含硫氨基酸含量达4.0%以上）；被菌体利用的速度不同；生物利用度不同；引起发酵水平波动的主要因素。

有机氮源定义及特点植物源有机氮源其它有机氮源微生物源有机氮源动物源有机氮源新型有机氮源1.酵母浸出物(1)酸解法。酸解法是以干酵母为原料，用盐酸或硫酸进行分解。(2)自溶法。酵母自溶是指酵母在自身水解酶类(蛋白酶、核酸酶、糖水解酶等)的作用下细胞自我消解，将酵母体内高分子物质水解成为可溶性小分子物质的过程。自溶一般分为诱导自溶和自然自溶。(3)酶解法。通过高温使酵母菌菌体内酶失活，然后加入外源酶如破壁酶、蛋白酶、糖酶以及核酸酶等，并控制一定的温度和pH值，使得酵母释放内含物质并分解成小分子糖类、氨基酸、肽类等呈味物质，经过下游一系列的处理得到酵母抽提物的方法。酵母浸出物自溶-酶联生产工艺

酵母浸出物作为有机氮源，对菌体生长和产酸最为有利。由于酵母浸出物含有大量游离氨基酸，可减少菌体合成代谢的需求量，降低比摄糖速率，最终减少发酵过程中乙酸的产生，从而解除乙酸对细胞生长和产酸的抑制。采用纯培养面包酵母作为原料，稳定性、安全性好游离氨基酸、维生素和核苷酸等营养成分含量丰富，利于微生物吸收利用2.玉米浆玉米浆是以玉米制淀粉或制糖中的玉米浸泡水制得的，主要成分为玉米可溶性蛋白质及其降解物(如肽类和各种氨基酸等)，另外还含有乳酸、植物钙镁盐和可溶性糖类等。富含氨基酸、核酸、可溶性蛋白、生长素、无机盐等，含大约40%～50%固体物质玉米浆作为速效氮源广泛应用于氨基酸发酵中杂菌影响乳酸菌和酵母菌，提高玉米浆质量腐败性细菌，降低玉米浆的质量氨基酸含量g/LAsp3.1Glu19.2Ser1Gly5.5Thr0.3Pro1.15Lys1.1Met1.64Cys0.9Ile1.8Trp2.5His2.3Arg6.2Ala7.2Val6Leu15.4Phe9.3Tyr1.8Total86.39玉米浆