提高发酵产率与速度的方法.ppt
提高发酵产率与速度的方法,食品工程学院08级生物工程（一班）孟昭旸,我们身边的发酵产品,发酵,利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物用于工业生产过程的一种 技术。发酵的结果：产生大量的质量好、纯度高、成本低的产品,发酵工程的发展,农业手工加工 发酵工程发源于家庭或作坊式的发酵制作，体力劳动繁重，生产规模受到限制，难以实现工业化生产。,发酵工程的发展,近代发酵工程 对发酵生产工艺进行了规范，用泵和管道等输送方式替代了肩挑手提的人力搬运，以机器生产代替手工操作，把作坊式的家庭生产成功的推上了工业化的生产水平。发酵生产与化学和化学工程的结合促成了发酵生产的第一次飞跃。,发酵工程的发展,现代发酵工程 通过发酵工业化的几十年的实践，人们认识到发酵工业化的过程是一个随着时间变化的、非线性的、多变量输入和输出的动态的生态学过程。按照化学工程的模式来处理发酵工业生产的问题，往往难以收到预期的结果。,发酵工程发展史,20世纪20年代的酒精、甘油和丙酮等发酵工程，属于厌氧发酵。从那时起，发酵工程又经历了几次重大的转折，在不断地发展和完善。20世纪40年代初，随着青霉素的发现，抗生素发酵工业逐渐兴起。由于青霉素产生菌是需氧型的，微生物学家就在厌氧发酵技术的基础上，成功地引进了通气搅拌和一整套无菌技术，建立了深层通气发酵技术。它大大促进了发酵工业的发展，使有机酸、维生素、激素等都可以用发酵法大规模生产。,发酵工程发展史,1957年，日本用微生物生产谷氨酸成功，如今20种氨基酸都可以用发酵法生产。氨基酸发酵工业的发展，是建立在代谢控制发酵新技术的基础上的。科学家在深入研究微生物代谢途径的基础上，通过对微生物进行人工诱变，先得到适合于生产某种产品的突变类型，再在人工控制的条件下培养，就大量产生人们所需要的物质。目前，代谢控制发酵技术已经用于核苷酸、有机酸和部分抗生素等的生产中。,发酵工程发展史,20世纪70年代以后，基因工程、细胞工程等生物工程技术的开发，使发酵工程进入了定向育种的新阶段，新产品层出不穷。20世纪80年代以来，随着学科之间的不断交叉和渗透，微生物学家开始用数学、动力学、化工工程原理、计算机技术对发酵过程进行综合研究，使得对发酵过程的控制更为合理。在一些国家，已经能够自动记录和自动控制发酵过程的全部参数，明显提高了生产效率。,提高发酵产率与速度的方法,菌种外界环境,菌种,改良菌种,采用异柠檬酸裂介酶活性低的菌株进行谷氨发酵可以提高L一谷氨酸产量,提高糖酸转化率5一15%。,通过改变培养菌种的条件，来改良菌种,在微生物发酵生产氨基酸中,用富氧空气培养种子,能显著地增加氨基酸的产量,富氧空气的通入显著地减少了苹果酸、琥珀酸和乳酸的形成,这些苹果酸、琥珀酸和乳酸对一氨基酸的形成有抑制作用。,通过对菌种进行诱变处理，来改良菌种。,从土壤分离的Saccharomycopsis lipolytica的MT1002 株经NTG变异处理,得到几株柠檬酸高生产能的变异株SL 2一8,MN 3一1等,在三角瓶内振动培养,培地中n一正构石蜡的C数以C14和C16为最好,控制砖酸、柠檬酸产量增加。当培地中Cu、硼酸、硫存在时能抑制付产物异柠檬酸的产生,提高柠檬酸产率和速度。比较亲株和变株的酶活性,柠檬酸合酶变异株高,顺乌头酸hydratase变异株低,这对变异株生产柠檬酸有利。,通过菌种的非主要功能，来提高产率,日本山梨大学田中健太郎教授用酿造葡萄酒酵母的来生产能治疗贫血症的有机铁,并对有机铁的结构和提高产率等继续进行研究。,外界环境,选择合适的发酵设备,根据文献报道谷氨酸发酵时所要求的Kd值,推测出此设备用于谷氨酸发酵时的长菌期及产酸期分别所需要的通风量。在此基础上,进行了谷氨酸的一次低糖发酵试验,最后探索出适用于此设备的谷氨酸发酵最佳工艺。实验结果的最高产酸率为7.69%,转化率为58.8%,比使用同一菌种的用机械搅拌罐发酵的产酸率（6.0%）及转化率（44%）分别提高28.2%和33.6%。按本实验结果推论,50L小罐放大到20m大罐后,单位体积发酵液能耗为0.2kW/m左右,比20m机械搅拌罐的能耗（2.5kW/m左右）减小20%左右。本实验结果充分表明,内循环气升式发酵罐用于谷氨酸发酵时在经济效益等方面都优于机械搅拌罐。,通过寻找底物的恰当添加时间，来提高产率和速度。,制造5一肌苷酸的方法,一般采用微生物对次黄嘌呤或肌苷酸作用后转换成5一肌苷酸的方法。但这种方法产率过低，速度较慢。味之素株式会社的石桥政梭等人研究成功了一种发酵法高效率生产5一肌苷酸的新方法,并申请了专利。该专利的技术特征是在培养过程中添加肌苷或/和次黄嘌呤和糖类,经反复试验后已确认可以高蓄积生产5一肌苷酸,而且可实现工业化生产。,生物素的添加，可以加快产率和速率。,生物素作用主要是影响谷氨酸产生菌细胞膜的谷氨胶通透性,同时也影响菌体的代谢途径。因此如何控制培养基中适量生物素浓度,是提高谷氨酸产率的一个关键因素。据1960年研究谷氨酸小球菌的发酵产物与生物素的关系,认为生物素的亚适量在2微克/升左右。但由于谷氨酸发酵最适生物素浓度随菌种、碳源种类和浓度以及供氧条件不同而异，目前一般控制生物素浓度2-5微克/升。,改变生产流程，加快发酵产率和速度,日本传统的酱油酿造需要6个月时间,新的酱油酿造技术,能使酱油生产时间缩短数倍甚至数十倍,效率大大提高。日本岐阜大学研究用生物技术快速酿造酱油,采用陶瓷作微生物固定化载体,分别将第一酱油酵母塞特假丝酵母置入第二生物反应器的载体上,经曲霉菌在高温下分解的大豆与乳酸菌作用后的酱油酵母先后在第一、第二反应器中再发酵,只需2一3周时间就可酿造出有传统风味的酱油。,改变底物的成分，是发酵产率和速度得以提高。,开发应用转化糖蜜和蔗糖蜜以3:79:1的比例混合制成混合糖蜜,再添加日常发酵所使用的培养基,采用谷氨酸生产菌发酵,可以明显提高谷氨酸的发酵产率。,通过改变盐度，即渗透压，来寻找最适的盐度，从而提高产率和速度。,不同的盐度对豆豉生产周期有一定的影响，盐度低生产周期短，但是产品易受微生物污染。盐度太高生产周期长，且盐分含量高对健康不利，不为广大消费者接受。因此适量的食盐含量是发酵调味品生产的关键。也是提高产率以及产品质量的好方法。,温度、酸度对于发酵至关重要，不仅影响菌体的生长，而且还影响代谢产物的产量,从温度、酸度对大曲酒产、质量的影响，揭示大曲酒夏季“掉排”的主要原因为高温、高酸环境抑制了酿酒酵母的发酵，降低了酿酒酵母的发酵力，从而影响了大曲酒的产、质量。在排除了酸度和其它微生物的干扰条件下，不同的温度对酿酒酵母的发酵力（产酒精能力）的影响是不同的，在26-28左右，酵母的发酵力最强；在30-36范围内，温度对酵母发酵力的影响很大，温度越高，发酵力越低；此外当温度超过34时，固体酒醅中的酵母的生长也受到影响。在排除了温度和其它微生物的干扰条件下，不同的酸度对酿酒酵母的发酵力（产酒精能力）的影响是不同的，当酸度2.3时，酵母的发酵力显著下降，酸度越高，发酵力越低。在制作啤酒的过程中，温度控制是糖化工艺中首要条件。糖化温度变化直接影响到酶活性，产生不同酶效应，进而改变麦汁成分组成，最终发酵度也受到影响。,原料的状态也直接影响着发酵产率和速度,原料的状态可分为固态、液态、气态、颗粒、粉末等等。例如：利用麦芽来制作啤酒，原料的粉碎，特别是麦芽粉碎是否适宜，不仅关系到原料糖化室浸出物收得率，而且影响到制得麦汁组成成分，特别是麦汁中可发酵糖的含量，影响到麦汁色泽与口味。麦芽粉碎过细，虽然有利于糖化，获得较高可发酵糖，较高最终发酵度，但难以形成理想过滤层，麦汁过滤困难，过滤时间长，原料利用率低。但原料粉碎过粗，过滤层形成较理想，但糖化难以完全，麦汁收得率同样不理想，麦汁中可发酵糖含量少，麦汁最终发酵度会受到影响。,料水比对于发酵度的影响，要选择适宜的料水比,料水比是指投入的物料体积和水体积之比。又称糖化用水量，是糖化工艺设计中重要技术参数。料水比分为总料水比、麦芽醪料水比、辅料醪料水比。总料水比决定糖化醪浓度。一般以总浸出物和第一麦汁浓度为依据。料水比大小影响到酶对基质的渗透，过浓会抑制酶作用，降低淀粉分解速度和可发酵糖积累。但浓醪对酶耐热性有保护作用，稀醪对发挥酶作用更为有利，但酶易失活。过浓或过稀都会影响到浸出物收得率及可发酵糖含量，进而影响到最终发酵度。,PH值对发酵产率和发酵度的影响，要选择适宜的PH值,PH.值是酶发挥活性的重要参数之一。适宜的PH值有利于提高酶活性，促进反映顺利进行，改善麦汁成分，提高麦汁中可发酵糖含量，从而提高麦汁最终发酵度。,在发酵过程中添加外加酶，可以提高发酵的产率和速度,外加高转化率糖化酶加强麦汁中糊精及麦芽四糖的分解，使其降解为可发酵糖，以被酵母所利用，无疑可大幅度提高啤酒发酵度。,啤酒的发酵设备,红酒酒窖,酸奶 生产车间,谢谢观看,再见,
