发酵工程原理与技术_江南大学-陈坚-4

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1、第四章培养基及其制备第五章第一节原料一、原料的定义及选择（一）原料的定义从工艺角度来看，凡是能被生物细胞利用并转化成所需的代谢产物或菌体的物料，都可作为发酵工业生产的原料。（二）选择原料的依据1，原料选择的原则选择淀粉质原料生产酒精时，从工艺的角度着眼，凡任何含有可发酵性糖或可变为发酵糖的原料，都可作为酒精生产的原料。对于工业上大规模投入生产的原料，除了要提出工艺上的要求外，还要提出生产管理和经济上的要求，因此，在选择工业上大规模生产酒精的原料时，应考虑到下列诸条件：（1）因地制宜，就地取材，原料产地离工厂要近，便于运输，节省费用。（2）要求原料内碳水化合物含量

2、较多，蛋白质含量要适当，适合与微生物的需要和吸收利用。（3）原料资源要丰富，容易收集。由于酒精生产需要大量原料，要保证一定的库存量。（4）原料要容易贮藏。应考虑到新鲜原料内含水量多，不耐久藏，最好选择经，干燥后，含水极少的干原料，易与保藏，不宜霉烂。（5）对人民的身体无寻损害，影响发酵过程的杂质含量因应当极少，或者几乎不含。（6）原料价格低廉，可降低产品成本。此外，还应当考虑到大力节约粮食原料，尽量少用或不用粮食原料，充分利用当地的非粮食原料，广泛利用野生植物原料，同时利用农林副产物和植物纤维原料，以及亚硫酸盐纸浆废液等，对于节约粮食原料有着重要意义。另外，利用

3、石油原料化学合成制造酒精，也是发展酒精的主要途径。2，在确定原料选择原则时需注意的问题（1）所选用的培养基与所使用的发酵器的结构有关。例如ICI公司因指定用甲醇和氨生产单细胞蛋白质而另行设计新的发酵罐。同样的理由，在一个巳设定的发酵罐中，发酵必然会受到培养基组份改变的影响。（2）从实验室规模放大到实验工厂规模，以至于放大到工业生产规模，都要考虑培养基的组份的变化。（3）培养基的组成，除了考虑到菌体生长和产物的形成的需要外，还要考虑到培养基的pH变化、泡沫的形成、氧化还原电位和微生物的形态等，而且还有前体和代谢抑制剂的需要。二、常用主要原料及其化学组成（一）原料的

4、种类发酵生产的原料，一般可分成下列几类：1，薯类：甘薯、马铃薯、木薯、山药等。2，粮谷类：高粱、玉米、大米、谷子、大麦、小麦、燕麦、黍和稷等。3，野生植物橡子仁、葛根、土茯苓、蕨根、石蒜、金刚头、香符子等。4，农产品加工副产物米粞、米糠饼、麸皮、高粱糠、淀粉渣等。（二）常用原料的化学组成原料所含的化学成分，不仅关系着生产率的高低，同时也影响生产的工艺过程。常用原料中主要的化学成分如下：碳水化学物：原料中所含的淀粉，或与淀粉类似的菊糖、蔗糖、麦芽糖、果糖及葡萄糖等，这些物质都可以发酵生成产品，同时也是霉菌和酵母的营养及能源，原料中含这些物质越多，生成酒精也就越多，

5、所以它和产量有着密切的关系。碳水化合物中的五碳糖多存在于原料的皮层，如麸皮、高粱糠，谷糠、花生壳等都含有很多，它不但影响淀粉数字偏高，发酵中也易生成有害的糠醛。纤维素虽属于碳水化合物，但不被淀粉水解，只起填充作用，对于发酵没有什么直接影响。蛋白质：原料含有的蛋白质，在发酵生产过成中，经蛋白酶水解后，可为微生物生长繁殖的重要营养成分，而微生物细胞中，30~50%（干重）是蛋白质。一般的说，当培养基内氮的含量适当，则微生物生长旺盛，酶的含量也较高。有些原料所含蛋白质有时不能满足微生物生长和繁殖的要求，则应从外界加入氮源。蛋源一般包括有机蛋源和无机氮源两种，根据不同情

6、况，添加不同种类的氮源。脂肪：对发酵有影响，如高粱糠、米糠等含油脂多，则生酸较快，生酸幅度也较大。一些发酵厂如采用玉米作为原料，总是把玉米坯芽除去。灰分：灰分中的磷、硫、镁、钾、钙等是构成菌体系胞的和辅霉的重要成分，还有调节渗透压的作用，是微生物生长不可却少的，在一般原料中，灰分的含量一足够。三、工业发酵培养基的设计1，为何要进行培养基的设计？完善的培养基设计是实验室的试验、实验工厂和生产规模的放大中的一个重要步骤。在发酵过程中，我们的目的产品是菌体或代谢产物。而发酵培养基是否适合于菌体的生长或积累代谢产物，对最终产品的得率具有非常大的影响。2，培养基设计的基本

7、原则培养基的组成必需满足细胞的生长和代谢产物所需的元素，并能提供生物合成和细胞维持活力所需要的能量。3，如何进行培养基的设计（1）作出细胞生长和产物形成的化学计算的平衡碳源和能源+氮源+其他需要→细胞+产物+CO2+H2O++热量通过计算可以获得生产一定数量的细胞时所需的营养物的最低数量。在了解一定数量的生物体所能产生的产物数量后；就有可能计算出形成产物时所需的底物数量。这些培养基的组份的数量仅仅是供给细胞形成产物，而不包括生成细胞所需的营养。所有上述各项数量，是不易获得其精确的数字。（2）组成微生物的元素包括C、H、O、N、S、P、Mg和K（见下表），这些元素

8、都要在方程式中予以平衡细