新编发酵工程教案(打印)

新编发酵工程教案(打印)内容摘要：

集酸解法和酶解法的优点而采取的生产工艺。 根据原料淀粉性质分： ：先将淀粉酸水解成糊精和低聚糖，再用糖化酶将其水解为葡萄糖。 适用：淀粉颗粒坚硬（如玉米、小麦）的原料，若用 淀粉酶液化，短时间液化，反应往往不彻底。 ：先用 淀粉酶液化，再用酸水解。 适用：颗粒大小不一（如碎米淀粉）的淀粉原料，若用酸法，则水解不均匀。 或者小的水解，大的未水解；或者大的水解，时间长，小的则发生复合反应。 （四）不同糖化工艺的比较 项目 酸解法 酸酶结合 法 酶解法 DE 值 91 95 98 羟甲基糠醛（％） 色度 10 淀粉转化率 90 95 98 工艺条件 高温加压 高温加压 常温 过程耗能 多 多 少 副产物 多 中 少 生产周期 短 中 长 设备规模 小 中 大 防腐要求 高 较高 低 适合发酵工艺情况 差 中 有利 第三节 糖蜜原料 糖蜜是很好的发酵原料，用其生产，可降低成本，节约能源，便于实现高糖发酵工艺，但有些成分不适合发酵，必须进行预处理。 一、糖蜜的分类及组成 含糖量 含氮量 ： cane molasses 高 低 beet molasses 低 高 raw sugar molasses 精制粗糖时分离出的糖蜜 high test molasses( 高级糖蜜 ) glucose molasses 葡萄糖工业不能再结晶葡萄糖的母液 ：粘稠、黑褐色、半流动状液体。 组成各不相同。 除含有发酵性糖分外，还含有胶体物质，灰分，维生素，氨基酸。 甘蔗糖蜜中生物素含量较甜菜糖蜜中高。 (国外大多以糖蜜为原料生产谷氨酸。 二、糖蜜的预处理： 胶体 (产生大量泡沫 )和灰分影响菌体生长及产品纯度。 ：加酸，加絮凝剂（石灰） ：加 Na2CO3 （谷氨酸发酵中） （ 1）去除生物素：活性炭及树脂吸附 （ 2）拮抗生物素：加表面活性剂（ Tween 60），阻止油酸合成 → 磷脂合成不足。 （ 3）加青霉素：使新增殖的子细胞不具有完整的细胞壁，改善了细胞膜的渗透性。 另外，从菌种方面：使用油酸或甘油缺陷型，不受培养基中高生物素的影响。 第五 章 培养基灭菌与空气净化 第一节 培养基灭菌 一、灭菌的原理和方法 消毒（ disinfection）与灭菌（ sterilization）的区别。 消毒是指用物理或化学方法杀死物料、容器、器具内外的病原微生物。 一般只能杀死营养细胞而不能杀死细菌芽孢或非病源微生物。 例如，巴氏消毒法，是将物料加热至60℃维持 30min，以杀死不耐高温的微生物营养细胞。 灭菌是用物理或化学方法杀死或除去环境中所有微生物，包括营养细胞、细菌芽孢和孢子。 包括全部病源和非病源微生物。 消毒不一定能达到灭菌要求，而灭菌则可达到消毒的目的。 抑菌（ bacteriostasis）：抑制体内或体外细菌的生长繁殖。 无菌：不存在活的细菌。 为防止杂菌的污染，哪些需要灭菌。 培养基，发酵设备，空气，菌种制作 关于灭菌和消毒的不正确的理解是（ ） A．灭菌是指杀灭环境中的一切微生物的细胞、芽孢和孢子 B．消毒和灭菌实质上是相同的 C．接种环用灼烧法灭菌 D．常用灭菌的方法有加热法、过滤法、紫外线法、化学药品法 防腐（ antisepsis） 防腐就是利用某种理化因素完全抑制霉腐微生物的生长繁殖，从而达到防止食品等发生 霉腐的措施。 （ 1）低温 （ 4）高渗 （ 2）缺氧 （ 5）高酸度 （ 3）干燥 （ 6）防腐剂 除菌的方法 培养基的加热灭菌 空气的过滤除菌 紫外线或电离辐射 化学药物灭菌 方式：浸泡，添加，擦拭，喷洒，气态熏蒸 甲醛、乙醇、过氧乙酸、酚类（苯酚）或新洁尔灭、高锰酸钾等 ①高锰酸钾：氧化 %% ②漂白粉：氧化，对细菌和 phage 均有效，是发酵工业中最常用的化学杀菌剂。 ③ 75%酒精：杀菌作用在于使细胞 脱水，引起蛋白质凝固变性。 适用范围：环境、皮肤及器械的表面消毒 、射线灭菌法 电磁波、紫外线或放射性物质。 以紫外线最常用。 紫外线对芽孢和营养细胞都能起作用，但细菌芽孢和霉菌孢子对紫外线的抵抗力强。 紫外线的穿透力低，仅适用于表面灭菌和无菌室，培养间等空间的灭菌。 波长在260nm 左右灭菌效率最高。 适用范围：无菌室、接种箱 细胞的氧化作用是导致死亡的主要依据。 由于微生物对干热的耐受力比对湿热强的多，故干热所需温度高，时间长，一般160170℃， .(对要求保持干燥的 物品可用 ) 常用烘箱，灭菌条件： 160℃下保温 1h 适用范围：金属或玻璃器皿 利用饱和蒸汽灭菌，条件： 121℃， 30min 热能使蛋白质变性。 由于蒸汽有很强的穿透能力，来源方便，灭菌可靠，是常用的方法。 适用范围：生产设备及培养基灭菌 利用过滤方法阻留微生物。 适用于澄清液体和气体的除菌。 适用范围：制备无菌空气 方法简单，灭菌彻底，但适用范围有限。 适用范围：接种针、玻璃棒、三角瓶口 谷氨酸棒状杆菌的培养液常采用的灭菌方法是（ ） A．高压 蒸汽灭菌 B．高温灭菌 C．加入抗生素灭菌 D．酒精灭菌 二、培养基的湿热灭菌 湿热灭菌原理 蒸汽具有很强的穿透能力，而且在冷凝时会放出大量的冷凝热，很容易使蛋白质凝固而杀死各种微生物。 灭菌条件： 121℃， 30min。 灭菌不利方面：同时会破坏培养基中的营养成分，甚至产生不利于菌体生长的物质。 （一）间歇灭菌 （常用） 又称分批灭菌，是将配制好的培养基同时放在发酵罐或其他装置中，通入蒸汽将培养基和所用设备一起进行加热灭菌的过程，也称实罐灭菌或实消。 过程包括：升温、保温和冷却三阶段。 各阶段对灭菌的 贡献： 20%、 75%、 5%。 培养基间歇灭菌过程中的温度变化情况：图 （二）连续灭菌（又称连消） 将培养基在发酵罐外通过连续灭菌装置进行加热、保温和冷却而进行灭菌。 连续灭菌的基本设备有哪些。 配料罐 → 泵 → 加热塔 → 维持罐 → 冷却管→ 发酵罐 连续灭菌的流程与设备 （ 1）配料预热罐，将配制好的料液预热到6070 176。 C ，以免连续灭菌时由于料液与蒸汽温度相差过大而产生水汽撞击声； （ 2）连消塔，用高温蒸汽使料液温度很快升高到灭菌温度（ 126132176。 C ）； （ 3）维持罐，使料液在灭菌温度下保持57min。 因为：连消塔加热的时间很短，光靠这段时间的灭菌是不够的； （ 4）冷却管，使料液冷却到 4050176。 C 后（冷水喷淋） ，输送到预先灭菌过的罐内。 连续灭菌过程中温度的变化 (虚线 ) ：由图可看出连续灭菌可在短时间内加热到保温温度，由于灭菌温度很高（比间歇灭菌高），保温时间可相应缩短，有利于减少培养基中营养损失。 （三）间歇灭菌与连续灭菌的比较 优 点 缺 点 连 续 灭 菌 ，培养基 营养成分损失少。 ， 利用率高。 ，提高 了热利用率。 ，操作麻烦 , 染菌机会多。 料的灭菌。 间 歇 灭 菌 ，不需另外 加热、冷却装置。 ，适合小批 量生产规模 灭菌 失大，灭菌后培养基 质量下降 灭菌 4．需反复加热冷却，能耗较高。 罐头食品在很长时间内不会腐败变质 ,是因为 ( )。 ，细菌无法侵入 ，细菌无法呼吸 ，封罐后罐内没有细菌 ，封罐后罐内细菌无法生存 第二节 空气净化（除菌） 发酵对空气无菌程度的要求： 一般要求 1000 次使用周期中只允许有一个菌通过，即经过滤后空气的无菌程度为N=103。 空气中微生物 (包括细菌、酵母、霉菌和病毒 ) 含量一般为 103 ~ 104 个／米 3。 一般附着在空气中的灰尘上或雾滴上。 灰尘粒子的平均大小约 左右，空气除菌主要去除空气中的微粒 (~1μm）。 一、空气 除菌的方法 （一） 辐射杀菌：紫外线， γ、 β 射线，使DNA 分子产生胸腺嘧啶二聚体，导致细胞死亡，一般可用于无菌室，手术室杀菌。 （二） 热杀菌 ：将空气加热到一定温度后保温一定时间，使微生物蛋白质（酶）氧化而致死。 （培养基灭菌利用的是蛋白质的凝固）。 热杀菌是有效的，可靠的杀菌方法，但是如果采用蒸汽或电热来加热大量的空气，以达到杀菌目的是十分不经济的。 工业上是利用空气压缩时放出的热量进行杀菌。 （三） 静电除菌：利用静电引力来吸附带点粒子而达到除菌除尘的目的。 悬浮于空气中的微生物，微生物孢子大多带有不 同的电荷，没有带电荷的微粒在进入高压静电场时都会被电离成带电微粒。 对于一些直径很小的微粒，所带电荷很小，所以静电除菌对很小的微粒效率很低，迄今为止这种方法在无菌空气制备中并不多见。 （四） 过滤除菌 ：是目前工业上最常用的获得大量无菌空气的方法。 二、空气过滤除菌的原理与介质： 原理：使空气通过高温灭菌的介质过滤层，将空气中的微生物等颗粒拦截在介质层中达到除菌的目的。 绝对过滤：过滤介质的滤孔小于细胞和孢子。 孔径＜ μm，菌体大小一般为 5μm。 如聚乙烯醇缩甲醛树 脂（ PVF）制成的 m 的微孔滤膜。 纤维素，聚四氟乙烯，聚乙烯醇缩甲醛树脂经热处理后均可作为过滤介质。 一般用于医疗及特种发酵。 深层介质过滤：介质的孔隙一般大于微生物细胞。 如用棉花、玻璃纤维和颗粒活性炭填充的过滤器。 微粒随气流通过滤层时，由于滤层纤维的层层阻碍，使气流出现无数次改变运动速度和方向的绕流运动，引起微粒与滤层纤维间产生惯性冲击、拦截、布朗扩散、重力沉降、静电引力等作用把微粒滞留在纤维表面上，实现过滤的目的。 目前工厂和实验室大多采用该方法。 3. 空气过 滤除菌介质 （１）纤维状或颗粒状过滤介质 棉花：常用（脱脂棉），有弹性，纤维长度适中，填充密度 130150kg/cm3。 玻璃纤维：直径小，不易折断，过滤效果好 ,填充密度 130280kg/cm3。 活性炭：要求质地坚硬，颗粒均匀。 常用小圆柱体的颗粒活性碳。 对 μm 以下颗粒的过滤效率仅为 99% ，需多次过滤。 缺点：体积大，装填费时费力，松紧度不易掌握，空气压降大。 介质灭菌和吹干耗用大量蒸汽和空气。 （２）纸类过滤介质 ——玻璃纤维纸属于深层过滤技术。 纤维间空隙约为 ，将 36 张叠在一起使用，过滤效率高，压降小。 对 μm以上颗粒的过滤效率为 % ，而且阻力小，压力降较小。 缺点：强度不大（特别是受潮后）。 可在纸浆中加 750%的木浆或其他化学处理。 （ 3）微孔滤膜类过滤介质 空隙＜ 发酵生产中制备无菌空气的大致过程 ： 空气 → 空压机 → 贮气罐 → 冷却 → 除油水 → 加热 → 总过滤器 → 分过滤器 → 无菌空气 空气预处理 空气过滤 除菌 流程分析： 要有一系列冷却，分离和加热设备保证空气的相对湿度在 50%60%的条件下过滤。 三、空气的预处理 目的： 提高压缩前空气的洁净度 去除压缩后空气中的油和水 1. 提高压缩前空气的洁净度 措施： （ 1）提高空气吸气口的位置（高度每上升10m,空气中微生物量下降一个数量级） （ 2）在空气入口处设置粗过滤器 （或前置高效过滤器） ——捕集较大的灰尘颗粒，并保护空压机。 高空取气管 为远离地面几十米的管子。 每升高 10 米，空气中杂菌降低一个数量级。 因此从高空取气要比从低空取气有利得多。 高效前置过滤除菌流程 １ ——高效前置过滤器 ２ ——压缩机 ３ ——贮罐 ４ ——冷却器 ５ ——丝网分离器 ６ ——加热器７ ——过滤器 （ 1）空气压缩：克服输送过程中过滤介质的阻力并维持一定的气流速度。 用空压机：涡轮式，往复式。 （ 2）压缩后空气温度显著上升，需冷却。 因为若直接通入过滤器会： 压缩后的高温空气能引起过滤介质的炭。