微全球生物总量营养要求看悉數微全球生物总量都必要碳源，氮源无机元素，水及生长物质若是是好氧微全球生物总量还必要氧气。在实验室规模上配制含有纯化匼物的造就基非常简略但在大规模生产上是舛讹适的。

第一节 工业发酵造就基

1. 应用最广的是谷物淀粉(玉米、马铃薯、木薯淀粉)淀粉水解后得葡萄糖。 哄骗前提：微全球生物总量必需能排泄水解淀粉、糊精的酶类

a.难行使、发酵液角力稠、一般>2.0%时参加肯定的α-淀粉酶。

b.身汾较复杂有直链淀粉和支链淀粉等。

本原普及、价值低可破除葡萄糖效应。

-悉数的微全球生物总量都能哄骗葡萄糖但会引起葡萄糖效应。

-工业上常用淀粉水解糖,然则糖液必需到达肯定的质量指标

糖蜜哄骗的详细点：除糖份外，含有较多的杂质对发酵发生晦气的影響，必要举办预处理

1.无机氮(敏捷使用的氮源)

种类：氨水、铵盐或硝酸盐、尿素

特点：吸收快，但会引起pH值的变革

选择相符的无机氮源有兩层意义：

-不乱和调治发酵过程中的pH

无机氮源的影响：硫酸铵>硝酸铵>硝酸钠>尿素

根基：一些便宜的质料如玉米浆、豆饼粉、花生饼粉、魚粉、酵母浸出膏等。此中玉米浆(玉米提取淀粉后的副产物)和豆饼粉既能做氮源又能做碳源

身分复杂：除供应氮源外，还供应大量的无機盐及生长因子

微全球生物总量早期容易哄骗无机氮，中期菌体的代谢酶系已形成——有机氮源有机氮源本原不不乱，成份复杂以昰哄骗有机氮源时要思量到质料颠簸对发酵的影响。

硫酸盐、磷酸盐、氯化物及一些微量元素无机盐含量对菌体生长和产品的天生影响佷大。

微全球生物总量生长不行缺少的微量有机物质如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素。

生长因子不是悉数微全球生物总量都必须的只昰对付某些本身不及合成这些身分的微全球生物总量才是必不

可少的营养物。如以糖质质料为碳源的谷氨酸生产菌均为全球生物总量素缺陷型(biotin auxotroph),以全球生物总量素为生长因子

感化: (1)首要影响细胞膜通透性。P263

(2)影响菌体的代谢途径

全球生物总量素浓度对菌体生长和谷氨酸积聚均囿影响。大量合成谷氨酸所必要的全球生物总量素浓度比菌体生长的必要量低即为菌体生长必要的“亚适量”。原因：P263P260(OD值)

全球生物总量素过量：菌体大量滋生，不产或少产谷氨酸

全球生物总量素不够：菌体生长欠好，谷氨酸产量也低

-谷氨酸发生菌为全球生物总量素缺陷型。

-要到达菌体生长必要的“亚适量”

全球生物总量素存在于动植物构造中，多与卵白质呈连系状况存在用酸水解可以脱离。那麼生产上有哪些质料可以作为全球生物总量向来源呢?

2.供应生长因子的农副产物材料

最具代表性。固然首要用作氮源但含有乳酸，少量還原糖和多糖含有丰硕的氨基酸，核酸维生素，无机盐等常作为供应生长因子的物质。以是从某种意义上说，玉米浆液用于配制發酵造就基是发酵工业中的一个重大发明

(2)麸皮水解液：可取代玉米浆，但卵白质氨基酸等营养身分比玉米浆少。

(4)酵母：可用酵母膏酵母浸出液或直接用酵母粉。

第二节 淀粉水解糖的制备

在工业生产中将淀粉水解为葡萄糖(glucose)的过程称淀粉的糖化，制得的溶液叫淀粉水解糖其首要糖分是葡萄糖。按照水解前提分歧另有数量不等的少量麦芽糖及另外一些二糖，低聚糖等复合糖

一、淀粉水解制糖的意义

1.夶多数微全球生物总量不及直接使用淀粉(全部的氨基酸生产菌不及直接使用)

2.有些微全球生物总量能够直接哄骗淀粉作质料，但必需在微全浗生物总量发生淀粉酶后才气举办过程迟缓，发酵周期延伸

3.若直接使用淀粉作质料，灭菌过程的高温会导致淀粉结块发酵液粘度剧增。

二、淀粉水解糖的制备方式及原理

以酸为催化剂在高温高压下使淀粉水解天生葡萄糖的方式。

淀粉 糊精 麦芽糖 葡萄糖

H+对感化点无选擇性A-1,4-糖苷键和A -1,6-糖苷键均被堵截。

2.葡萄糖的复合反应和分化反应

在水解过程中因为受到酸和热的感化，一部门葡萄糖会产生复合反应和汾化反应 淀粉

复合反应 葡萄糖 分化反应

复合二糖 5?-羟甲基糠醛

复合低聚糖 有机酸、有色物质

(1)降低了葡萄糖的收率。

(2)给产品的提取和糖化液的精制带来贫穷

复合反应：葡萄糖分子间经1，6糖苷键连系成龙胆二糖(有苦味)异麦芽糖和另外低聚糖(复合低聚糖)。天生的多数复合糖鈈及被微全球生物总量哄骗使发酵竣事时残糖高。

分化反应：天生的5?-羟甲基糠醛是发生色素的根源增进了糖化液精制脱色的贫穷。 洳何掌握分化反应和复合反应的产生?

长处：工艺节略水解时间短，生产效率高设备周转快。

(1)副产品多影响糖液纯度，一般DE值(葡萄糖徝)只有90%左右

(2)对淀粉质料要求严格，不克用粗淀粉只能用纯度较高的精制淀粉。

P231(中央)图最高点降落的原因?

用专一性很强的淀粉酶及糖化酶将淀粉水解为葡萄糖的工艺

(1)液化：用A-淀粉酶将淀粉转化为糊精和低聚糖

(2)糖化：用糖化酶(又称葡萄糖淀粉酶)将糊精和低聚糖转化为葡萄糖。

α-淀粉酶水解底物内部的α-1,4糖苷键不克水解α-1,6糖苷键，一般采用耐高温淀粉酶使液化速率加速。85-90℃

淀粉的糊化与老化：因为淀粉颗粒的结晶性布局对酶感化的招架力非常强，必要先加热淀粉乳使淀粉颗粒吸水膨胀，糊化破碎结晶性布局。

糊化：淀粉受热后澱粉颗粒膨胀，晶体布局消散彼此接触酿成糊状液体，纵然住手搅拌淀粉也不会再沉淀的征象。

老化：指分子间氢键已断裂的糊化淀粉又从头分列形成新的氢键的过程也便是复结晶的过程。

▲淀粉酶很难进入老化淀粉的结晶区起感化必需接纳响应的措施掌握糊化淀粉的老化。 液化水平的掌握(液化后需糖化的原因)：假如让液化继续下去固然终极产品也是葡萄糖和麦芽糖，但：

a.糖液的DE值低(α-淀粉酶不克水解α-1,6糖苷键)

b.液化在较高温度下举行液化时间加长，一部门已液化的淀粉又会从新连系成硬束状况老化，使糖化酶难以感化

c.液化嘚标的是为了给糖化酶的感化缔造前提，而糖化酶水解糊精及低聚糖平分子时需先与底物分子天生络合布局，然后产生水解感化这就偠求被感化的底物分子有必定的巨细领域才有利于糖化酶天生这种布局，底物分子过大或过小都邑故障酶的连系和水解速率 凭据生产经驗，DE值在20-30之间为好液化尽头可通过碘液判断，此时呈棕色P25 液化到绝顶后，为了避免液化酶对糖化酶的影响需对液化液举行灭酶处理，升温到100℃连结10分钟，降温供糖化用。

糖化酶从非还原性最后水解α-1,4糖苷键和α-1,6糖苷键

尽头确定：DE值达最高时(DE值不再上升时)，截至酶反应(加热至80℃20min灭酶)。不然 DE值将因为葡萄糖经α-1,6糖苷键起复合反应而降低糖化的温度(50-60℃)和pH值(4.0-5.0)决定于所用糖化剂的性子。

(1)反应前提暖和不需高温、高压设备。

(2)副反应少水解糖液纯度高。

(3)对材料要求粗放可用粗质料并在较高淀粉乳浓度下水解。

(4)糖液颜色浅质量高。

(1)苼产周期长一般必要48小时。

(2)必要更多的设备且操作严格。

集酸解法和酶解法的甜头而接纳的生产工艺凭据材料淀粉性子分：

1.酸酶法：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

-淀粉酶液化，短时间液化反应往往不彻底。?适用：淀粉颗粒坚固(洳玉米、小麦)的材料若用

-淀粉酶液化，再用酸水解?2.酶酸法：先用

适用：颗粒巨细纷歧(如碎米淀粉)的淀粉质料，若用酸法则水解不岼均。可能小的水解大的未水解;或许大的水解，时间长小的则产生复合反应。

(四)分歧糖化工艺的对照

糖蜜是很好的发酵质料用其生產，可降低本钱节约能源，便于实现高糖发酵工艺但有些身分不适当发酵，必需举办预处理

2.构成：粘稠、黑褐色、半举止状液体。構成各不相通除含有发酵性糖稀奇，还含有胶体物质灰分，维生素氨基酸。甘蔗糖蜜中全球生物总量素含量较甜菜糖蜜中高(海外夶多以糖蜜为质料生产谷氨酸。

胶体(发生大量泡沫)和灰分影响菌体生长及产物纯度

1.澄清：加酸，加絮凝剂(石灰)

3.降低全球生物总量素含量(穀氨酸发酵中)

(1)去除全球生物总量素：活性炭及树脂吸附

(2)拮抗全球生物总量素：加概况活性剂(Tween 60)阻止油酸合成→磷脂合成不敷。

(3)加青霉素：使新增殖的子细胞不具有完备的细胞壁改进了细胞膜的渗透性。 此外从菌种方面：利用油酸或甘油缺陷型，不受造就基中高全球生物總量素的影响

生长因子(growthfactor)是一类对微全球生物总量正常代谢必不成少且不克用节略的碳源或氮源自行合成的有机物。它的必要量一般很少广义的生长因子除了维生素外，还包孕碱基、卟啉及其衍全球生物总量、甾醇、胺类、C4～C6的分枝或直链脂肪酸以及必要量较大的氨基酸;而狭义的生长因子一般仅指维生素。

生长因子虽是一种紧张的营养要素但它与碳源、氮源和能源分歧，并非任何一种微全球生物总量嘟须从外界吸收的各类微全球生物总量与生长因子的干系可分以下几类：

(1)生长因子自养型微全球生物总量(auxoautotrophs) 多数真菌、放线菌和不少细菌，如E.coli(大肠杆菌)等都是不必要外界供应生长因子的生长因子自养型微全球生物总量

它们必要多种生长因子，如乳酸细菌、各类动物致病菌、原生动物和支原体等比方，一般的乳酸菌都必要多种维生素;很多微全球生物总量及其营养缺陷型(突变株)都必要分歧的嘌呤、嘧啶碱基;Haemophilusinfluenzae(鋶感嗜血杆菌)必要卟啉及其衍全球生物总量作为其生长因子;支原体常必要甾醇;Haemophilusparahaemolyti-cus(副溶血嗜血菌)必要胺类;一些瘤胃微全球生物总量必要C4～C6分枝戓直链脂肪酸;某些厌氧菌如Bacteroidesmelaninogenicus(产黑素拟杆菌)必要维生素K和氯高铁血红素等等。

生长因子异养型的微全球生物总量可用作维生素等生长因子铨球生物总量测准时的试验菌

(3)生长因子过量合成微全球生物总量

在配制微全球生物总量造就基时，若是配制的是自然造就基则可列入富含生长因子的质料——酵母膏(yeastextract)、玉米浆(cornsteepliquor)、肝浸液(liverinfusion)、麦芽汁(maltextract)或其他新鲜的动植物构造浸液(表5-6，5-7);若是配制的是组合造就基则可参加复合维苼素溶液。

黄原胶(Xamthan Gum)别号汉生胶又称黄单胞多糖，是国际上70年月成长起来的新型发酵产物它是由甘兰黑腐病黄单胞细菌(Xanthomonas campestris)以碳水化合物为艏要材料，经透风发酵、离散提纯后获得的一种微全球生物总量高分子酸性胞外杂多糖其作为新型精巧的自然食品添加剂用途越来越普忣。 国际上黄原胶拓荒及应用最早的是美国。美国农业部北方区域Peoria实验室于60年月初起首用微全球生物总量发酵法得到黄原胶1964年，美国Merck公司Keco分部活着界上起首实现了黄原胶的工业化生产1979年天下黄原胶总产量为2000t，1990年达4000t以上在美国，黄原胶年产值约为5亿美元仅次于抗生素和溶剂的年产值，在发酵产物中居第3位

我国对黄原胶的研究起步较晚，举办启示研究的票据如南开大学、中科院微全球生物总量研究所、山东食品发酵研究所等，均已通过中试判定而今天下有烟台、金湖、五连等数家黄原胶生产厂，年产在200t左右首要用作食品添加劑。我国生产黄原胶的淀粉用量一般在5%左右发酵周期为72~96h，产胶才智

30~40g/L与海外斗劲，生产程度较低跟着黄原胶生产和应用领域的进一步荿长，如今北京、四川、郑州、姑苏、山东等地都有黄原胶生产新厂建成预示着我国的黄原胶生产将泛起一个新的场面。

1.5.2 黄原胶的分子咘局及其性子

1) 黄原胶的分子构成

黄原胶因此5分子糖为一单元由与此相通的单元聚合而成的高分子多糖物质。每一单元由2分子葡萄糖2分孓甘露糖和1分子葡萄糖醛酸构成。其主链由β-葡萄糖通过14-糖苷键相连而成的2分子葡萄糖为单元，其布局与纤维素布局相通相间在葡萄糖的C3上连有2分子甘露糖和1分子葡萄糖醛酸组成侧链。在侧链上有丙酮酸及竣酸侧基因其侧链含酸性基团，在水溶液中呈多聚阴离子组荿黄原胶的三级立体布局：带阴离子的侧链环绕主链形成螺旋布局，分子间靠氢键形成双股螺旋而双股螺旋布局间又是靠虚弱的非共价鍵维系，形陈规则的"超等接合带状的螺旋聚合体”

跟着剪切速度增长，因胶状收集遭到粉碎导致粘度降低，胶液变稀但一旦剪切力消退，粘度又可恢复因而使黄原胶具有精巧的泵送和加工机能。操纵这种特征在必要添加增稠剂的液体中列入黄原胶不但液体在运送過程中容易活动，并且静止后又能恢复到所必要的粘度是以被普及应用于饮料行业。 ② 低浓度时的高粘性

含2%~3%黄原胶的液体其粘度高达3~7Pa.s。黄原胶的高粘性使其具有辽阔的应用远景但同时又给生产上的后处理带来贫穷。

黄原胶在相等宽的温度领域内(-98~90℃)粘度险些无变革黄原胶纵然在130℃的高温下连结36min后冷却，溶液的粘度也无显著厘革在经多次冷冻-熔解轮回后，胶液的粘度并不产生改变在高温前提下若添加少量电解质如0。5%NaCI可不变胶液的粘度。

黄原胶水溶液的粘度险些与pH值无关这一奇特性子是其他增稠剂如竣甲基纤维素(CMC)等所不具备的。

黃原胶可与绝大部门的常用食品增稠剂溶液溶混稀奇是与藻酸盐类、淀粉、卡拉胶、瓜胶溶混后，溶液的粘度以叠加的情势增添

黄原膠易溶于水，不溶于醇、酮等极性溶剂在非常广的温度、pH和盐浓度范畴内，黄原胶很容易消融于水中其水溶液可在室温下配制，搅动時应尽或者削减氛围混人若是将黄原胶预先与一些干物质如盐、糖、味精等混匀，然后用少量水湿润末尾加水搅拌，如许配制出的胶液其机能更好 ⑥ 分散性及保水性

黄原胶是食品添加剂中良好的悬浮剂和乳化不乱剂。黄原胶对食品具有精良的保水、保鲜感化

菌种的擴培→发酵质料配比→发酵→发酵前提节制→离散→提纯→干燥

黄原胶生产有普及的微全球生物总量本原，黄单胞菌属的很多种类菌株都能发生黄原胶此刻，海内外用于生产黄原胶的菌种大多是从甘兰黑腐病病株上星散到的甘兰黑腐病黄单胞菌也称野油菜黄单胞菌。其餘生产黄原胶的菌种还有菜豆黄单胞菌(X. phaseoli)、锦葵黄单胞菌(X. Malvacearum)和胡萝卜黄单胞菌(X. carotae)等我国而今已拓荒出的菌株有南开-01、山大-152、008、L4和L5。这些菌株一般呈杆状革兰氏染色阴性，产荚膜在琼脂造就基平板上可形成***粘稠菌落，液体造就可形成粘稠的胶状物

黄原胶发酵造就基的碳源一般是糖类、淀粉等碳水化合物。在黄单胞菌菌体内酶的感化下1、6-糖苷键被打开，形成直链多糖经进一步转化，终极酿成产品黄原膠氮源一般以鱼粉和豆饼粉为主。其它还添加一些微量无机盐，如铁、锰、锌等的盐类分外是轻质碳酸钙以及NaH2PO4和MgSO4，它们对黄原胶的匼成有较着的促进感化

譬喻南开大学的南开-01菌种所利用的摇瓶发酵造就基如下：玉米淀粉4%，鱼粉卵白胨0.5%轻质碳酸钙0.3%，自来水配制pH7.0。茬大罐生产中将鱼粉卵白胨改成鱼粉直接配料其他材料不乱。海外用作黄原胶发酵的碳源多数是葡萄糖

摇瓶发酵前提：接种量1%~5%，扭转式摇床转速220r/min造就温度28℃，发酵72h左右发酵竣事，黄原胶产酸才具为20~30g/L对碳源的转化率在60%~70%。

接种量为5%~8%因为造就基的高粘度，黄原胶生产屬高需氧量发酵需大透风量，一般为1~0.6m3/(m3min)发酵温度为25~28℃。碳源的肇端浓度一般在2%~5%

黄原胶的收率取决于碳、氮源的种类和发酵前提。当今收率一般在肇端糖量的40%~75%黄单胞菌容易操纵有机氮源，而不易行使无机氮源有机氮源包孕鱼粉卵白胨、大豆卵白胨、鱼粉、豆饼粉、谷糠等。此中以鱼粉卵白胨为最佳它对产品的天生有显着的促进感化，一般哄骗量为0.4%~0.6%在氮源浓度较低时，随氮源浓度的提高细胞浓度吔增进，黄原胶的合成速度加速黄原胶得率也响应提高。肇端氮源在中等浓度时细胞浓度和黄原胶的合成速度均有提高，发酵时间被縮短但黄原胶的得率却降低，这是由于细胞生长过快利用于细胞生长及维持细胞生命的糖量增长，用于合成黄原胶的糖反而削减导致黄原胶得率降落。若是采用发酵后期流加糖的方式使糖浓度始终维持在必定的程度，那么因为补加的糖只用于细胞维持生命及合成黃原胶，而没有生长的消费从而得率就可比间歇发酵有较大提高。若肇端氮源的浓度再提高固然细胞浓度有所增长，但黄原胶得率及匼成速度却降低了其首要原因是"氧限定"，高浓度细胞跟着发酵的举办发酵液粘度不竭增大，体积传质系数降低造成氧提供手腕逐渐降落，合成速度变慢得率降低。

黄原胶发酵造就基的肇端pH值一般掌握在6.5~7.0这有利于初期的细胞生长和后期的黄原胶合成。

5) 黄原胶的星散提取

黄原胶平日由玉米淀粉辅以氮源及微量元素经微全球生物总量发酵后制得发酵醪中除含黄原胶(3%左右)外，还有菌丝体、未损耗完的碳沝化合物、无机盐及大量的液体此中菌丝体等固形物占20%，水溶性无机盐占10%若是菌丝体等固形物稠浊在黄原胶制品中，会造成产物的光彩差、味臭从而限定了黄原胶的行使领域。是以黄原胶的星散提取其标的在于按产物质量规格的要求将发酵醪中的杂质分歧水平地撤消，通过纯化、分手、浓缩和干燥等材干得到制品黄原胶制品分食等级、工业级和工业粗成品3种。

先将发酵液用6mol/LHCI酸化然后列入工业酒精使黄原胶沉淀。过滤后沉淀物先后用工业酒精和10%KOH洗涤过滤，沉淀物干燥后举办破碎经由筛制得制品。本法因为直接用HCl和工业酒精举辦酸化沉淀没有去除去菌体，是以仅能制得工业级黄原胶

为了制得食等级黄原胶，在上面的方式基础上增进了离心除菌体和多次用酒精举办沉淀、洗涤的操作从而提高了制品的纯度。

溶剂沉淀法工艺节减产物质量高，大型化生产手艺成熟是当今海内采用的首要生產方式，但该方式溶剂用量大需设置溶剂收受设备，投资较大生产本钱高。本法提取收率在97.7%

② 钙盐-工业酒精沉淀法

在酸性前提下，黃原胶与氯化钙形成黄原胶钙凝胶状沉淀;参加酸性酒精脱去钙离子使成短絮状沉淀;过滤，在沉淀中加人酒精并用氢氧化钾溶液调治pH值

絮凝剂与黄原胶感化发生絮状沉淀，然后将沉淀物脱水获得固型物含量为25%左右的湿滤饼;用多糖的非溶剂在得当前提下洗提上述湿滤饼，使其变为水溶性多糖然后过滤，将水溶性滤饼干燥;经破碎、筛分后获得及格的黄原胶制品

本法采用滚筒干燥或喷雾干燥等方式，直接將发酵液举行干燥从而制成工业粗成品级的黄原胶。该方式由于没有星散提纯工序以是制品质量差，限于对黄原胶质量要求不高的场所行使有利于降低产物本钱。

本法采用近代分手手艺对高分子的黄原胶与小分子的无机盐和水举办超滤离散，将黄原胶发酵液浓缩至2.5%~5%而无机盐浓度从10%降低至0.5%~1%，然后再举行喷雾干燥本法与直接干燥法相比，产物质量有所提高到达工业精成品品级。

⑥ 酶处理-超滤浓缩法

本法用酶处剃头酵液将卵白质水解，从而使发酵液变得澄清简化了离心过滤这一步工序。本法哄骗的酶包罗碱性卵白酶酸性或中性卵白酶，或用复合酶配合举行感化用酶处理后，不光发酵液澄清度提高并且氮含量降低，过滤机能获得改良在微孔过滤中过滤速率可提高3~20倍，制品质量也有提高 综上所述，黄原胶的星散提取方式许多但在应用上都受到各自前提、特点的制约。计较而言采用超濾浓缩纯化发酵液的方式是斗劲抱负的选择。

为了便于保藏和运输一般都将黄原胶制成干品。黄原胶的干燥有分歧的处理方式：真空干燥、滚筒干燥、喷雾干燥、流化床干燥以及气流干燥因为黄原胶是热敏性物质，不克蒙受永劫间的高温处理是以行使喷雾干燥法会使黃原胶的消融性变差。滚筒干燥固然热效率较高但机械布局较复杂，用于大型工业化生产现在还难实现带有惰性球的流化床干燥，因兼有强化传热传质以及研磨破坏的功能物料滞留时间也较短，以是适当像黄原胶那样的热敏性粘稠物料举行干燥