《食品發(fā)酵工藝》中文課件PPT,食品發(fā)酵工藝,食品,發(fā)酵,工藝,中文,課件,PPT 第二章第二章 培養(yǎng)基及制備培養(yǎng)基及制備 第一節(jié)第一節(jié) 工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基 發(fā)酵培養(yǎng)基的作用：發(fā)酵培養(yǎng)基的作用：滿足菌體的生長滿足菌體的生長 促進(jìn)產(chǎn)物的形成促進(jìn)產(chǎn)物的形成一、工業(yè)上常用的碳源（一、工業(yè)上常用的碳源（carbon carbon sourcesource）1.1.谷物淀粉（玉米、馬鈴薯、木薯淀粉）谷物淀粉（玉米、馬鈴薯、木薯淀粉）應(yīng)用最廣。應(yīng)用最廣。使用條件：使用條件：微生物必須能分泌水解淀粉、糊精的酶類。微生物必須能分泌水解淀粉、糊精的酶類。缺點：缺點：a.a.難利用、發(fā)酵液比較稠、一般難利用、發(fā)酵液比較稠、一般2.0%2.0%時加入時加入 一定的一定的-淀粉酶。淀粉酶。b.b.成分較復(fù)雜，有直鏈淀粉和支鏈淀粉等。成分較復(fù)雜，有直鏈淀粉和支鏈淀粉等。優(yōu)點：優(yōu)點：來源廣泛、價格低，可解除葡萄糖效應(yīng)。來源廣泛、價格低，可解除葡萄糖效應(yīng)。2.2.葡萄糖葡萄糖所有的微生物都能利用葡萄糖，但會引起葡所有的微生物都能利用葡萄糖，但會引起葡萄糖效應(yīng)。萄糖效應(yīng)。工業(yè)上常用淀粉水解糖工業(yè)上常用淀粉水解糖,但是糖液必須達(dá)到一但是糖液必須達(dá)到一定的質(zhì)量指標(biāo)。定的質(zhì)量指標(biāo)。3.3.糖蜜糖蜜 （制糖工業(yè)上的廢糖蜜或結(jié)晶母液（制糖工業(yè)上的廢糖蜜或結(jié)晶母液）cane molassescane molasses包括包括 beet molasses beet molasses 糖蜜使用的注意點：糖蜜使用的注意點：除除糖份糖份外，含有較多的雜質(zhì)，對發(fā)酵產(chǎn)生外，含有較多的雜質(zhì)，對發(fā)酵產(chǎn)生不利的影響，需要進(jìn)行預(yù)處理。不利的影響，需要進(jìn)行預(yù)處理。例：谷氨酸發(fā)酵例：谷氨酸發(fā)酵有害物質(zhì)：膠體成分（起泡、影響結(jié)晶）、鈣鹽（影有害物質(zhì)：膠體成分（起泡、影響結(jié)晶）、鈣鹽（影 響結(jié)晶）、響結(jié)晶）、生物素（代謝控制）。生物素（代謝控制）。預(yù)處理：澄清預(yù)處理：澄清脫鈣脫鈣脫除生物素脫除生物素例：檸檬酸發(fā)酵例：檸檬酸發(fā)酵有害物質(zhì)：鐵離子含量高（導(dǎo)致異檸檬酸的生成）有害物質(zhì)：鐵離子含量高（導(dǎo)致異檸檬酸的生成）預(yù)處理：黃血鹽預(yù)處理：黃血鹽二、工業(yè)上常用的氮源（二、工業(yè)上常用的氮源（nitrogen nitrogen sourcesource）1.1.無機(jī)氮：無機(jī)氮：種類：氨水、銨鹽或硝酸鹽、尿素種類：氨水、銨鹽或硝酸鹽、尿素特點特點：吸收快，也稱之迅速利用的氮源。但無機(jī)：吸收快，也稱之迅速利用的氮源。但無機(jī)氮源的迅速利用常會引起氮源的迅速利用常會引起pHpH的變化的變化,如：如：(NH4)2SO4 2NH3+2H2SO4 NaNO3+4H2 NH3+2H2O+NaOH 無機(jī)氮源被菌體利用后，培養(yǎng)液中留下了酸性或無機(jī)氮源被菌體利用后，培養(yǎng)液中留下了酸性或堿性物質(zhì)。堿性物質(zhì)。代謝后形成酸性物質(zhì)的無機(jī)氮源稱代謝后形成酸性物質(zhì)的無機(jī)氮源稱生理酸性物質(zhì)生理酸性物質(zhì)，如硫酸銨。如硫酸銨。代謝后產(chǎn)生堿性物質(zhì)的無機(jī)氮源稱代謝后產(chǎn)生堿性物質(zhì)的無機(jī)氮源稱生理堿性物質(zhì)生理堿性物質(zhì)，如硝酸鈉。如硝酸鈉。正確使用生理酸堿性物質(zhì)，對穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)酵過正確使用生理酸堿性物質(zhì)，對穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)酵過程的程的pHpH有積極作用。有積極作用。所以選擇合適的無機(jī)氮源有兩層意義：所以選擇合適的無機(jī)氮源有兩層意義：q 滿足菌體生長滿足菌體生長q 穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)酵過程中的穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)酵過程中的pHpH無機(jī)氮源的影響：硫酸銨硝酸銨硝酸鈉尿素毛霉產(chǎn)蛋白酶的研究毛霉產(chǎn)蛋白酶的研究2.2.有機(jī)氮：有機(jī)氮：來源：一些廉價的原料，如玉米漿、豆餅粉、來源：一些廉價的原料，如玉米漿、豆餅粉、花生餅粉、魚粉、酵母浸出膏等?；ㄉ灧?、魚粉、酵母浸出膏等。成分復(fù)雜成分復(fù)雜：除提供氮源外，有些有機(jī)氮源還：除提供氮源外，有些有機(jī)氮源還提供大量的無機(jī)鹽及生長因子。提供大量的無機(jī)鹽及生長因子。三、無機(jī)鹽三、無機(jī)鹽（inorganic mineralinorganic mineral）硫酸鹽、磷酸鹽、氯化物及一些微量元素。硫酸鹽、磷酸鹽、氯化物及一些微量元素。四、生長因子（四、生長因子（growth factorgrowth factor）微生物生長不可缺少的微量有機(jī)物質(zhì)。如微生物生長不可缺少的微量有機(jī)物質(zhì)。如氨基酸、嘌呤、嘧啶、維生素。氨基酸、嘌呤、嘧啶、維生素。1.1.生物素生物素2.2.作用：主要影響細(xì)胞膜通透性，同時也影作用：主要影響細(xì)胞膜通透性，同時也影響菌體的代謝途徑。即：影響菌體生長和響菌體的代謝途徑。即：影響菌體生長和谷氨酸積累。谷氨酸積累。3.3.過量：菌體大量繁殖，不產(chǎn)或少產(chǎn)谷氨酸。過量：菌體大量繁殖，不產(chǎn)或少產(chǎn)谷氨酸。4.4.不足：菌體生長不好，谷氨酸產(chǎn)量也低。不足：菌體生長不好，谷氨酸產(chǎn)量也低。5.5.因此，要達(dá)到菌體生長需要的因此，要達(dá)到菌體生長需要的“亞適亞適量量”。2.2.提供生長因子的農(nóng)副產(chǎn)品原料提供生長因子的農(nóng)副產(chǎn)品原料（1 1）玉米漿：（）玉米漿：（corn steep liquor,CSLcorn steep liquor,CSL）最具代表性。最具代表性。（2 2）麩皮水解液）麩皮水解液（3 3）糖蜜）糖蜜（4 4）酵母）酵母五、發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計和優(yōu)化五、發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計和優(yōu)化 設(shè)計步驟：設(shè)計步驟：初步確定可能的培養(yǎng)基成分；初步確定可能的培養(yǎng)基成分；通過單因子實驗確定適宜的培養(yǎng)基成分；通過單因子實驗確定適宜的培養(yǎng)基成分；采用正交試驗法確定各成分最適濃度。采用正交試驗法確定各成分最適濃度。類胡蘿卜素高產(chǎn)菌Y11的培養(yǎng)基的優(yōu)化郭秒,食品與工業(yè)發(fā)酵，2004類胡蘿卜素的作用：色素、營養(yǎng)保健原原培養(yǎng)基培養(yǎng)基:初步確定可能的培養(yǎng)基成分初步確定可能的培養(yǎng)基成分(以碳源為例以碳源為例)通過單因子實驗確定適宜的培養(yǎng)基成分(以碳源為例)考慮到成本：乙酸鈉是較為合適的碳源考慮到成本：乙酸鈉是較為合適的碳源 正交設(shè)計確定優(yōu)化的配方正交設(shè)計確定優(yōu)化的配方結(jié)果結(jié)果：碳源：碳源：乙酸鈉乙酸鈉 0 0.2%2%氮源：氯化銨氮源：氯化銨 0.2%0.2%酵母膏酵母膏 0.03%0.03%無機(jī)鹽無機(jī)鹽:復(fù)合無機(jī)鹽復(fù)合無機(jī)鹽0.05%0.05%搖瓶優(yōu)化配方：菌種篩選，反應(yīng)器研究的基礎(chǔ)發(fā)酵罐：反應(yīng)器水平,可以得出最 終優(yōu)化的基 礎(chǔ)配方pH控制搖床：反應(yīng)器水平上的搖瓶研究 第二節(jié)第二節(jié) 淀粉水解糖的制備淀粉水解糖的制備 在工業(yè)生產(chǎn)中，將淀粉水解為葡在工業(yè)生產(chǎn)中，將淀粉水解為葡萄糖（萄糖（glucoseglucose）的過程稱淀粉的糖化，的過程稱淀粉的糖化，制得的溶液叫淀粉水解糖。制得的溶液叫淀粉水解糖。一、淀粉水解制糖的意義一、淀粉水解制糖的意義1.1.大多數(shù)微生物不能直接利用淀粉（所有的氨大多數(shù)微生物不能直接利用淀粉（所有的氨基酸生產(chǎn)菌不能直接利用）基酸生產(chǎn)菌不能直接利用）2.2.2.2.有些微生物能夠直接利用淀粉作原料，但有些微生物能夠直接利用淀粉作原料，但必須在微生物產(chǎn)生淀粉酶后才能進(jìn)行，過程必須在微生物產(chǎn)生淀粉酶后才能進(jìn)行，過程緩慢，發(fā)酵周期延長。緩慢，發(fā)酵周期延長。3.3.3.3.若直接利用淀粉作原料，滅菌過程的高溫若直接利用淀粉作原料，滅菌過程的高溫會導(dǎo)致淀粉結(jié)塊，發(fā)酵液粘度劇增。會導(dǎo)致淀粉結(jié)塊，發(fā)酵液粘度劇增。二、淀粉水解糖的制備方法及原理二、淀粉水解糖的制備方法及原理（一）酸解法（一）酸解法（acid hydrolysis methodacid hydrolysis method）以酸為催化劑，在高溫高壓下使淀粉水解以酸為催化劑，在高溫高壓下使淀粉水解生成葡萄糖的方法。生成葡萄糖的方法。1.1.水解過程：水解過程：總反應(yīng)式：總反應(yīng)式：(C C6 6H H1010O O5 5)n n+nH+nH2 2O nCO nC6 6H H1212O O6 6過程：過程：(C C6 6H H1010O O5 5)n n (C(C6 6H H1010O O5 5)x x C C1212H H2222O O11 11 C C6 6H H1212O O6 6 淀粉淀粉 糊精糊精 麥芽糖麥芽糖 葡萄糖葡萄糖 H H+對作用點無選擇性，對作用點無選擇性，-1,4-1,4-糖苷鍵和糖苷鍵和-1,6-1,6-糖苷糖苷鍵均被切斷。鍵均被切斷。2.2.葡萄糖的復(fù)合反應(yīng)和分解反應(yīng)葡萄糖的復(fù)合反應(yīng)和分解反應(yīng) 在水解過程中，由于受到酸和熱的作用，在水解過程中，由于受到酸和熱的作用，一部分葡萄糖會發(fā)生復(fù)合反應(yīng)和分解反應(yīng)。一部分葡萄糖會發(fā)生復(fù)合反應(yīng)和分解反應(yīng)。淀粉淀粉 葡萄糖葡萄糖 復(fù)合二糖復(fù)合二糖 5 5羥甲基糠醛羥甲基糠醛 復(fù)合低聚糖復(fù)合低聚糖 有機(jī)酸、有色物質(zhì)有機(jī)酸、有色物質(zhì)損失葡萄糖量損失葡萄糖量 7 7 11復(fù)合反應(yīng)復(fù)合反應(yīng)分解反應(yīng)分解反應(yīng) 不利影響：不利影響：（1 1）降低了葡萄糖的收率。）降低了葡萄糖的收率。（2 2）給產(chǎn)物的提取和糖化液的精制帶來困難。）給產(chǎn)物的提取和糖化液的精制帶來困難。復(fù)合反應(yīng)：復(fù)合反應(yīng)：生成的多數(shù)復(fù)合糖不能被微生物利用，使生成的多數(shù)復(fù)合糖不能被微生物利用，使發(fā)酵結(jié)束時殘?zhí)歉?。發(fā)酵結(jié)束時殘?zhí)歉摺７纸夥磻?yīng)：分解反應(yīng)：生成的生成的55羥甲基糠醛是產(chǎn)生色素的根羥甲基糠醛是產(chǎn)生色素的根源，增加了糖化液精制脫色的困難。源，增加了糖化液精制脫色的困難。如何控制分解反應(yīng)和復(fù)合反應(yīng)的發(fā)生？如何控制分解反應(yīng)和復(fù)合反應(yīng)的發(fā)生？（1 1）淀粉乳濃度）淀粉乳濃度（2 2）酸濃度）酸濃度 不能過高不能過高（3 3）溫度）溫度 3.3.評價評價優(yōu)點：工藝簡單，水解時間短，生產(chǎn)效率高，設(shè)備周轉(zhuǎn)快。優(yōu)點：工藝簡單，水解時間短，生產(chǎn)效率高，設(shè)備周轉(zhuǎn)快。缺點：缺點：（1 1）副產(chǎn)物多，影響糖液純度，一般）副產(chǎn)物多，影響糖液純度，一般DEDE值只有值只有9090左右。左右。（2 2）對淀粉原料要求嚴(yán)格，不能用粗淀粉，只能用純度）對淀粉原料要求嚴(yán)格，不能用粗淀粉，只能用純度 較高的精制淀粉。較高的精制淀粉。DEDE值：值：dextrose equivalent valuedextrose equivalent value （葡萄糖當(dāng)量值）葡萄糖當(dāng)量值）表示淀粉糖的含糖量。表示淀粉糖的含糖量。還原糖含量（）還原糖含量（）DEDE值值 100 100 干物質(zhì)含量（）干物質(zhì)含量（）（二）酶解法（二）酶解法（enzyme hydrolysis enzyme hydrolysis methodmethod）用專一性很強的淀粉酶及糖化酶將淀粉用專一性很強的淀粉酶及糖化酶將淀粉水解為葡萄糖的工藝。水解為葡萄糖的工藝。分兩步：分兩步：（1 1）液化：液化：用用-淀粉酶將淀粉轉(zhuǎn)化為糊精和低聚糖，淀粉酶將淀粉轉(zhuǎn)化為糊精和低聚糖，（2 2）糖化：用糖化酶（又稱葡萄糖淀粉酶）將糊精）糖化：用糖化酶（又稱葡萄糖淀粉酶）將糊精 和低聚糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖。和低聚糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖。所以，淀粉的液化和糖化均在酶作用下進(jìn)行，又所以，淀粉的液化和糖化均在酶作用下進(jìn)行，又稱雙酶法稱雙酶法(double enzyme hydrolysis method)double enzyme hydrolysis method)。1.1.液化（液化（liquificationliquification）2.2.淀粉酶水解底物內(nèi)部的淀粉酶水解底物內(nèi)部的 1,41,4糖糖苷鍵，不能水解苷鍵，不能水解 1,61,6糖苷鍵，一般采用耐糖苷鍵，一般采用耐高溫淀粉酶，使液化速度加快。高溫淀粉酶，使液化速度加快。85859090 。液化程度的控制（液化后需糖化的原因）液化程度的控制（液化后需糖化的原因）a.a.糖液的糖液的DEDE值低（值低（-淀粉酶不能水解淀粉酶不能水解-1,6-1,6糖苷鍵）糖苷鍵）b.b.液化在較高溫度下進(jìn)行，液化時間加長，淀粉老化，液化在較高溫度下進(jìn)行，液化時間加長，淀粉老化，使糖化酶難以利用。使糖化酶難以利用。c.c.糖化酶水解的底物分子要求有一定的大小范圍。糖化酶水解的底物分子要求有一定的大小范圍。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，DEDE值在值在2020 3030之間為好，之間為好，液化終點可通過碘液判斷，此時呈棕色。液化終點可通過碘液判斷，此時呈棕色。2.2.糖化（糖化（saccharificationsaccharification）糖化酶從非還原性末端水解糖化酶從非還原性末端水解-1,4-1,4糖苷鍵糖苷鍵和和-1,6-1,6糖苷鍵。糖苷鍵。終點確定：終點確定：DEDE值達(dá)最高時，停止酶反應(yīng)。值達(dá)最高時，停止酶反應(yīng)。3.3.評價評價 優(yōu)點優(yōu)點：（1 1）反應(yīng)條件溫和，不需高溫、高壓設(shè)備。）反應(yīng)條件溫和，不需高溫、高壓設(shè)備。（2 2）副反應(yīng)少，水解糖液純度高。）副反應(yīng)少，水解糖液純度高。（3 3）對原料要求粗放，可用粗原料并在較高淀粉乳濃）對原料要求粗放，可用粗原料并在較高淀粉乳濃 度下水解。度下水解。（4 4）糖液顏色淺，質(zhì)量高。）糖液顏色淺，質(zhì)量高。缺點：缺點：（1 1）生產(chǎn)周期長，一般需要）生產(chǎn)周期長，一般需要4848小時。小時。（2 2）需要更多的設(shè)備，且操作嚴(yán)格。）需要更多的設(shè)備，且操作嚴(yán)格。（三）酸酶結(jié)合法（三）酸酶結(jié)合法 （acid-enzyme hydrolysis methodacid-enzyme hydrolysis method）集酸解法和酶解法的優(yōu)點而采取的生產(chǎn)集酸解法和酶解法的優(yōu)點而采取的生產(chǎn)工藝。根據(jù)原料淀粉性質(zhì)分：工藝。根據(jù)原料淀粉性質(zhì)分：1.1.酸酶法：先將淀粉酸水解成糊精和低聚酸酶法：先將淀粉酸水解成糊精和低聚糖，再用糖化酶將其水解為葡萄糖。糖，再用糖化酶將其水解為葡萄糖。2.2.適用：淀粉顆粒堅硬（如玉米、小麥）的原適用：淀粉顆粒堅硬（如玉米、小麥）的原料，若用料，若用-淀粉酶液化，短時間液化，反應(yīng)淀粉酶液化，短時間液化，反應(yīng)往往不徹底往往不徹底。2.2.酶酸法：先用酶酸法：先用-淀粉酶液化，再用酸水解。淀粉酶液化，再用酸水解。適用：顆粒大小不一（如碎米淀粉）的適用：顆粒大小不一（如碎米淀粉）的淀粉原料，若用酸法，則水解不均勻。淀粉原料，若用酸法，則水解不均勻。（四）不同糖化工藝的比較（四）不同糖化工藝的比較項目項目酸解法酸解法酸酶結(jié)合法酸酶結(jié)合法酶酶解法解法DEDE值值919195959898羥羥甲基糠醛（）甲基糠醛（）0.30.30.0080.0080.0030.003色度色度10100.30.30.20.2淀粉轉(zhuǎn)化率淀粉轉(zhuǎn)化率909095959898工藝條件工藝條件高溫加壓高溫加壓高溫加壓高溫加壓常溫常溫過程耗能過程耗能多多多多少少副副產(chǎn)物產(chǎn)物多多中中少少生產(chǎn)周期生產(chǎn)周期短短中中長長設(shè)備規(guī)模設(shè)備規(guī)模小小中中大大防腐要求防腐要求高高較高較高低低適合發(fā)酵工藝情況適合發(fā)酵工藝情況 差差中中有利有利 第三節(jié)第三節(jié) 糖蜜原料糖蜜原料一、糖蜜的分類及組成一、糖蜜的分類及組成 含糖量含糖量 含氮量含氮量1.1.分類：分類：cane molasses cane molasses 高高 低低 beet molasses beet molasses 低低 高高2.2.組成：粘稠、黑褐色、半流動狀液體。組成各組成：粘稠、黑褐色、半流動狀液體。組成各 不相同。不相同。二、糖蜜的預(yù)處理二、糖蜜的預(yù)處理1.1.澄清：加酸，加絮凝劑（石灰）澄清：加酸，加絮凝劑（石灰）2.2.脫鈣：加脫鈣：加NaNa2 2COCO3 33.3.降低生物素含量（谷氨酸發(fā)酵中）降低生物素含量（谷氨酸發(fā)酵中）4.4.（1 1）去除生物素：活性炭及樹脂吸附）去除生物素：活性炭及樹脂吸附5.5.（2 2）拮抗生物素：加表面活性劑（）拮抗生物素：加表面活性劑（TweenTween 60 60），），6.6.阻止油酸合成阻止油酸合成7.7.（3 3）加青霉素：使細(xì)胞壁不完整）加青霉素：使細(xì)胞壁不完整8.8.菌種方面：使用油酸或甘油缺陷型。菌種方面：使用油酸或甘油缺陷型。