发酵工程原理及其在食品工业中的应用.ppt

第62页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三第六节微生物发酵动力学初级代谢产物：微生物代谢产生的，并是微生物自身生长繁殖所必需的代谢产物。例如，氨基酸、核苷酸、蛋白质、多糖和核酸等。次级代谢产物：微生物代谢产生的，这些代谢产物不是生长所必需，但可能对产生菌的生存有一定的价值，或者说与菌体的生长繁殖无明确关系。例如，抗生素、生物碱和色素等。一、微生物代谢产物类型第63页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三二、发酵操作方式（一）分批发酵将营养物和菌种一次加入发酵罐进行培养，直到发酵结束放出，中间除了空气进入和尾气排出，与外部没有物料交换。优点：操作简单，被广泛用于多种发酵过程。缺点：总的生产能力不是很高；发酵周期中非生产时间较长，使得发酵产品成本提高。第64页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三1.与生长相关联型指微生物的比生长速度与目的产物的比生产速度正比，产物量与生成量同时达到最大。一般为初级代谢产物。例如，单细胞蛋白和葡萄糖酸、酒精发酵等，但也有微生物合成的某些酶类。第65页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三2.与生长部分相关联型这类代谢产物也是来自能量代谢所用的基质，但产物在菌体生长达到一定水平后开始形成，其分批发酵出现两个高峰，先是出现基质消耗和菌体生长的高峰，没有或很少形成产物，然后是菌体生长进入静止期，出现产物形成的高峰，即产物形成和菌体生长基本分开，例如，柠檬酸和某些氨基酸的发酵。第66页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三3.与生长不相关联型有些发酵过程，产物的形成速度与细胞的积累量有关，产物合成速度与菌体量成正比。这类产物来自两步代谢途径，而不是来自分解代谢途径，在基质消耗和菌体生长之后，菌体利用中间代谢反应来形成产物，初级代谢和产物形成完全分开，如许多抗生素的发酵。第67页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三（二）连续发酵指以一定的速度向发酵罐内添加新鲜培养基，同时以相同的速度流出培养液，从而使发酵罐内的液量维持恒定，微生物在稳定状态下生长。优点：①可以维持稳定的操作条件，有利于微生物的生长代谢，从而使产率和产品质量也相应保持稳定。②能够更有效地实现机械化和自动化，降低劳动强度，减少操作人员与病原微生物和毒性产物接触的机会。③减少设备清洗、准备和灭菌等非生产占用时间，提高设备利用率，节省劳动力和工时。④由于灭菌次数减少，使测量仪器探头的寿命得以延长。⑤容易对过程进行优化，有效地提高发酵产率。第68页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三缺点：①由于是开放系统，加上发酵周期长，容易造成杂菌污染。②在长周期连续发酵中，微生物容易发生变异。③对设备、仪器及控制元件的技术要求较高。④黏性丝状菌菌体容易附着在器壁上生长和在发酵液内结团，给连续发酵操作带来困难。主要应用于研究工作中，如发酵动态参数的测定、过程条件的优化试验等，而在工业生产中的应用还不多。目前连续培养方法在食品工业中的应用还局限于面包酵母、啤酒等的生产等。第69页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三天然培养基：原料是一些天然的动植物产品，相对于合成培养基来说，其成分比较复杂，如玉米粉、花生粉、豆饼粉等。优点：营养丰富，适合于微生物的生长繁殖和目的产物的合成。一般天然培养基中不需要另加微量元素、维生素等物质，且培养基组成的原料来源丰富、价格低廉，适合于工业生产。缺点：由于天然培养基的组分复杂，不同产地、不同季节、不同品种的相同原料，各种成分含量有所不同，不易重复，若对原料质量等方面不加控制会严重影响生产的稳定性。第30页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三（二）按培养基外观的物理状态分类固体培养基：主要成分为麸皮、大米、小米、稻糠和琼脂等，有的还含有一些其他营养成分。比较适用于菌种的分离和保存，也广泛应用于曲霉菌和有子实体的真菌类，如香菇、木耳、灵芝等的生产。半固体培养基：在配好的液体培养基中加入琼脂，一般用量为0.5%～0.8%，培养基呈半固体状态。主要用于鉴定菌种、观察细菌运动特征及噬菌体的效价测定等。液体培养基：80%～90%是水，其中配有可溶性的或不溶性的营养成分。流动好，输送方便，有利于氧气、其他物质和热量的传递，便于发酵参数的控制，是摇瓶发酵和大规模工业发酵最常用的培养基。第31页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三（三）按用途分类斜面培养基：供菌种繁殖的一种常用的固体培养基。这种培养基的要求是能