第10章_微生物与现代发酵工业[1]

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1、第五章微生物与现代发酵工业第一节微生物发酵生产酒精第二节微生物发酵生产有机酸第三节微生物发酵生产氨基酸第一节酒精发酵一、酒精发酵原料二、与酒清发酵有关的微生物三、酒精发酵生化机制(一)淀粉质原料淀粉质原料是生产酒精的主要原料。我国发酵酒精的80%是用淀粉质原料生产的，其中以甘薯干等薯类为原料的约占45%，玉米等谷物为原料的约占35%。1.薯类原料薯类原料包括甘薯、木薯和马铃薯等一、酒精发酵原料1.薯类原料甘薯北方俗称红薯、地瓜，南方称为山芋，蕃薯。新鲜甘薯可能直接作酒精生产原料，但一般将鲜甘薯制成薯干，这样便于

2、保存并能供工厂全年使用。甘薯中固形物的主要成分是淀粉，还含有少量的糖类和蛋白质。甘薯干及鲜甘薯是一种良好的酒精生产原料，为我国大多数工厂所采用，是我国生产酒精的主要薯类原料。2.谷物原料(粮食原料)谷物原料包括玉米、小麦、高梁、大米等。谷物原料也是很好的酒精生产原料。国际上最常用的谷物原料是玉米和小麦。我国由于人多地少，粮食珍贵，以往除玉米外，其他粮食一般较少用于生产酒精，只有当其他原料不足，或谷物受潮发热霉变的情况下才用谷物原料。随着我国粮食生产的发展，用于酒精生产的谷物数量会增加。(二)糖质原料常用的糖质原料有糖蜜

3、、甘蔗、甜菜和甜高梁等。糖蜜又称废糖蜜，它是干蔗或甜菜糖厂制糖过程中形成的一种副产物，分别称为甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜，其产量分别为加工甘蔗和甜菜间的30%左右和3.5%～5%。糖蜜含糖量较高，一级甘蔗糖蜜含糖分50%以上，甜菜糖蜜含糖量50%左右，所含主要成分为蔗糖。(二)糖质原料甘蔗是一种良好的制糖原料。20世纪70年代起，国外开始直接利用甘蔗生产酒精，即利用甘蔗压榨或萃取后的蔗汁进行酒精发酵。甘蔗法中可发酵固形物包括蔗糖、淀粉及其他碳水化合物。甜菜和甘蔗一样是主要的制糖原料。国外(如前苏联和东欧诸国)有用过剩的甜菜或受

4、冻、变质的甜菜生产酒精。甜菜所含主要糖分是蔗糖。此外还含少量其他碳水合物和果胶质。(二)糖质原料甜高粱是一种高秆作物，起源于美国。其秆中含糖分10%～12%，所结的高粱米富含淀粉，均可用于发酵酒精，是具有潜在发展前途的糖质原料。糖质原料生产酒精工序简单，成本比较低，是酒精发酵的理想原料，只是制糖和其他发酵工业也都需要糖质原料，能用到酒精生产上的不太多，特别是我国糖质原料用于酒精生产较为有限。(三)纤维质原料纤维类物质是自然界中的可再生资源。其含量十分丰富。天然纤维原料由纤维素、半纤维素和木质素三大成分组成，它们均较难

5、被降解，长期以来人们都在研究如何利用纤维质原料来生产酒精及其他化工产品。近年来，纤维素和半纤维素生产酒精的研究有了突破性的进展，纤维素和半纤维已成为很有潜力的酒精生产原料。(三)纤维质原料可用于酒精生产的纤维质原料包括农作物纤维质下脚料(稻草、麦草、玉米秆、玉米芯、花生壳、稻壳、棉籽壳等)，森林和木材加工工业的下脚料(树枝、木屑等)，工厂纤维素和半纤维素下脚料(甘蔗渣、废甜菜丝、废纸浆等)及城市废纤维垃圾等四类。用纤维质原料发酵酒精目前尚不盛行。(四)其他原料主要指亚硫酸盐纸浆废液、甘薯和马铃薯淀粉渣、各种野生植物和乳

6、清等。用这些原料生产酒精目前还不多见。二、与酒清发酵有关的微生物(一)糖化菌用淀粉质原料生产酒精时，在进行乙醇发酵之前，一定要先将淀粉全部或部分转化成葡萄糖等可发酵性糖，这种淀粉转化为糖的过程称为糖化，所用催化剂称为糖化剂。糖化剂可以是由微生物制成的糖化曲(包括固体曲和液体曲)，也可以是商品酶制剂。无机酸也可以起糖化剂作用，但酒精生产中一般不采用酸糖化(一)糖化菌能产生淀粉酶类水解淀粉的微生物种类很多，但它们不是都能作为糖化菌用于生产糖化曲，在实际生产中主要用的是曲霉和根霉。历史上曾用过的曲霉包括黑曲霉、白曲霉、黄曲霉

7、、米曲霉等，黑曲霉群中以宇佐美氏曲霉(Aspergillususamii)、泡盛曲霉(Asp.awamori)和甘薯曲霉(Asp.batatae)应用最广。白曲霉以河内白曲霉、轻研二号最为著名。酒精和白酒生产中，不断更新菌种，是改进生产、提高淀粉利用率的有效途径之一。我国的糖化菌种经历了从米曲霉到黄曲霉，进而发展到用黑曲霉的过程(一)糖化菌我国20世纪70年代选育出黑曲霉新菌株As.3.4309(UV-11)，该菌株性能优良，目前的过程。我国很多酒精厂和酶制剂厂都以该菌种生产麸曲、液体曲以及糖化酶等，新的糖化菌株也都是

8、As.3.4309的变异菌株。根霉和毛霉也是常用的糖化菌。著名的阿米诺法，即是以根霉作糖化菌的酒精生产方法。著名的根霉菌有东京根霉(又叫河内根霉)(R.tonkinensis)、鲁氏毛霉(M.rouxii)和爪哇根霉(R.javanicus)等。(二)酒精发酵微生物许多微生物都能利用已糖化进行酒精发酵，但在实际生产中用于酒精发酵的