發酵工藝及設備概論(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 中起重要作用 新型發酵工業：年產量 115 萬噸；產值 150億；利稅 50億。釀酒工業（不包括酒精）：年產量 2020 萬噸左右；產值 450 億；利稅 120 億。 2，科技進步，技術水平提高 例如：糖化酶的發酵液酶活力由 7000u／ ml 提高至 3000040000u／ ml；味精和檸檬酸三個主要指標：產酸率、轉化率和提取率提高 5%左右。 3，積極開發新產品 特鮮味精；無水檸檬酸、檸檬酸鹽；高溫α 淀粉酶；纖維素酶；β 葡聚糖酶；異淀粉酶等酶制劑； L蘋果酸； L乳酸；衣康酸；黃原膠 。 功能性發酵制品 : r亞麻酸；冬蟲夏草；蘑菇、靈芝多糖 。 活性肽；紅曲色素 , 低聚異麥芽糖、果糖、半乳糖、木糖；海藻糖等等。 六、與國際先進水平的差距 雖然我國發酵工業取得了長足的發展，但 總體水平與先進國家相比還是有較大差距，主要表現在： 1， 多數工廠規模小、效益低 味精生產萬噸以上產量的工廠有 17 家，其余都在萬噸以下，最大規模是周口蓮花味精集團公司，年產 12 萬噸，其次是菱 花集團，年產 8 萬噸。發酵罐容量我國只有個別工廠在6060 立方米，而國外普遍在 500600 立方米以上。味精生產原料我國主要以淀粉為原料，成本相對比較高，噸產品制造成本比國外高 2020 元左右。日本勞動生產率高，在技術和經濟上具有較強的競爭力。 1998 年味精生產企業 89 家，其中虧損 37 家，占 41％。 檸檬酸行業萬噸以上的工廠有六家，其余均在萬噸以下，最大規模是安徽豐原生化集團，年產 6 萬噸以上。 1998 年有 28 家生產，虧損企業 12 家，占 42％。 酶制劑行業有 39 家，其中萬噸以上，銷售額 2020萬以上有 8 家，其余均 在萬噸以下。 2， 生產技術水平比較低 我國淀粉生產企業約 400 家，玉米淀粉原料干物收率平均在 90％左右，比國外低 5％8％，多數工廠付產品回收利用較差。 味精和檸檬酸三率與國外先進水平比也有差距，我國味精主要以淀粉為原料，其產酸率、轉化率、提取收率與國外比較，如： 產酸率 轉化率 提取收率 國內 (平均 ) 國外 12％以上 5560％ 9095％ 主要酶制劑品種發酵水平對比 發酵水平 μ／ m1 國內水平 國際水平 中溫淀粉酶 400500 1000 以上 2709 堿性蛋白酶 1500020200 30000 以上 糖化酶 2020025000 30000 以上 3， 產品品種單一，結構不合理 酶制劑行業比較突出，在產品結構方面比較單一，主要以淀粉酶類為主，如： 1991 年酶制劑總產量為 9萬噸，其中糖化酶總產量 7萬噸，占總產量 78％，其他品種只占 22％。 8年來結構調整仍變化不大， 1999 年糖化酶占總產量比例達到 64％。與國外產品結構對照顯然不合理，當然我們不能照搬，但是可以借鑒，可以根據中國國情依市場需求加以調整。 國內外酶制劑產品結構對比 國別／品種 國外 (占比例 )％ 國內 (占比例 )％ 諾和諾德 1997 年年報 (世界 )％ 蛋白酶 37 21 洗滌劑用酶 38 糖化酶 11 61 淀粉加工用酶 11 淀粉酶 15 17 紡織用酶 9 凝乳酶 9 0 其他行業 42 果膠酶 9 少量 2 2 葡萄糖異構酶 11 少量 2 2 其他 8 1 2 2 4， 應用的深度和廣度不夠 檸檬酸產品以出口為主，國內市場只占 20％左右，主要應用于食品飲料，其他方面應用很少，美國和西歐已廣泛開展應用于家用洗滌劑、清潔劑、醫藥化妝品以及飼料工業中，我國這方面研究的很少。 酶制劑由于品種的缺乏，以及應用技術上開展不夠，因此應用面拓展緩慢。 5， 技術裝備和檢測手段落后，自動化水平低。 多數工廠還是沿用傳統工藝和手工操作，勞動生產率比較低。 6， 綜合利用和環境治理差 目前三河和三湖一帶的發酵工廠的廢水已初步得到了治理，重點工廠已達到了國家規定的排放標準，但是離清潔生產還有較大距離，表現在原料利用率比較低，一般比國外先進水平低 3％ 5％。 七、發酵工程在輕工、食品領域的展望 1，高產菌種和特殊環境微生物的遺傳育種 2，新酶品種開發和應用 3，食品添加劑新品種開發和應用 4，生物 技術產物工業規模的分離和提取 第一部分 啤酒工藝綜合實驗 實驗一 還原糖的測定 3 實驗二 α 氨基氮的測定（茚三酮法） 4 實驗三 雙乙酰（紫外分光光度法） 5 實驗四 總酸（電位滴定法） 6 實驗五 酒精度 7 實驗六 原麥汁濃度（蒸餾 ——密度法） 9 實驗七 真正發酵度 (實際發酵度 ) 10 實驗八 協定法糖化和外加酶糖化法 11 第二部分 通風發酵綜合實驗 實驗一 淀粉質原料的水分測定 12 實驗二 原料中粗淀粉的測定 13 實驗三 還原糖的測定 17 實驗四 蛋白酶活力的測定方法 19 實驗五 糖化酶的測定方法 22 實驗六 玉米 淀粉 液 化 及 糖化 24 實驗七 面包酵母流加培養與分批培養試驗 27 實驗八 糖化酶的發酵和提取實驗 31 目 錄 實驗講義 實驗九 酸性蛋白酶固態發酵實驗 34 第一部分 啤酒工藝綜合實驗 實驗一 還原糖的測定 1 原理 本法是利用含有自由醛基的還原糖，在堿性溶液中，能將二價銅還原成氧化亞銅的性質進行測定。 2 儀器 下端彎曲與管身成直角的滴定管。 3 試劑 （ 1） 硫代硫酸鈉標準溶液 配制：溶 26克硫代硫酸鈉及 1000ml水中。緩和煮沸 10min，冷卻。將溶液保存于棕色具塞瓶中，放置一周后過濾備用。 標定： 稱取于 120℃烘至恒重的重鉻酸鉀 克，稱準至 ，置于 500ml具塞錐形瓶中，溶于 25ml煮沸并冷卻的水中，加 2 克碘化鉀及 20ml 4N 的硫酸。待碘化鉀溶解后，于暗處放置 10min，加 250ml水，用 N硫代硫酸鈉溶液滴定，近終點時加 3ml %淀粉指示劑，繼續滴定至溶液由藍色轉變成亮藍綠色。同時作空白試驗校正結果。硫代硫酸鈉標準溶液當量濃度 N 按下式計算： N= G/ 式中： G—— 重鉻酸鉀的重量（克） V—— 硫代硫酸鈉溶液的用量（ ml） —— 每毫克當量 重鉻酸鉀的克數 （ 2） 4N 的硫酸溶液 邊攪拌邊將 56ml的濃硫酸小心地加入到約 350ml蒸餾水中，并定容至 500ml。 （ 3） %淀粉溶液 ，加少量水調成糊狀，在不斷攪拌下注入 200ml沸水中，微沸 2min，冷卻，加水稀釋成 250ml。 （ 4） 30%醋酸溶液 取 ，用水定容至 100ml. （ 5） 斐林溶液 A. 硫酸銅溶液 溶 克硫酸銅于水中，稀釋至 。 B. 堿性酒石酸鹽溶液 溶 173 克酒石酸鉀鈉， 50 克氫氧化鈉溶于水中，稀釋至。 4 標定： 取 斐林溶液的 A 液，加 4ml30%醋酸溶液和 3g 碘化鉀，加 25ml 煮沸后冷卻的水，使碘化鉀溶解，以 硫代硫酸鈉標準溶液滴定溶液呈微黃色，加硫氰酸銨 2g， %淀粉溶液 3ml，攪拌后，繼續滴定至藍色消失。斐林溶液的校正系數 f 計算如下： 式中： V—— 硫代硫酸鈉標準溶液的用量（ ml） —— 每毫升 硫代硫酸鈉溶液相當的銅的克數 —— 每毫升斐林溶液的 A液中含有的銅的克數 （ 6）次甲基藍指示液， 1% 1g次甲 基藍溶于 100ml水中。 5 操作步驟 （ 1）取糖化試驗的麥芽汁，稀釋至 20 倍或更合適的倍數，使其滴定量在 15～ 50ml之間。 （ 2） 預備實驗 取斐林溶液 A、 B 各 ，置錐形瓶中，加 10ml 水稀釋，加熱使其于 5min 內沸騰，在沸騰狀態下用滴定管滴入稀釋麥芽汁至藍色即將消失時，加 1～ 2 滴次甲基藍指示液，繼續滴定至藍色消失，記錄所用稀釋麥芽汁的數量。 （ 3） 正式測定 在 200ml錐形瓶中加入斐林溶液 A、 B 各 ，再加少于預備實驗所用 1ml的麥芽汁，加熱至沸后，加 1～ 2 滴次甲基藍指示液，用稀釋麥 芽汁滴至終點，記錄用去稀釋麥芽汁的總量。 6 計算 根據稀釋麥芽汁在正式測定中的用量，查表得相應麥芽糖量，再用下式計算： 總還原糖（麥芽糖， g/ml麥汁）＝ f179。 n 或 總還原糖（麥芽糖， g/100g浸出物）＝ 式中： f—— 斐林溶液系數 n—— 稀釋倍數 G—— 麥芽汁中浸出物含量（ %） D—— 麥芽汁 20℃比重 注意事項： （ 1） 本測定的操作條件必須嚴格控制，加熱時間、滴定速度每次測定都必須一致，由沸騰至滴定完畢必須在 3min 內結束，否則應重做 。 （ 2） 用硫代硫酸鈉標準溶液標定斐林溶液，標準溶液的濃度應正好 ，否則計算時應把用量換算成相當于 的用量。 實驗二 α 氨基氮的測定（茚三酮法） 實驗試劑 a 顯色劑 100 克磷酸氫二鈉（ ） 60 克磷酸二氫鉀（ KH2PO4） 克水合茚三酮 克果糖 用水溶液溶解后稀釋至 1 升（此溶液在低溫下用棕色瓶可保存 2周， pH應為 。操作時可以按比例配成 100ml）。 b 稀釋溶液 ： 2 克碘酸鉀溶于 600ml水中，再加入 96%乙醇 400ml. c 標準溶液： 溶 100ml水中， 0℃貯藏。用時按要求稀釋。該溶液含有 200mgα 氨基氮 /升。 查表得 100ml麥芽汁中麥芽糖毫克數 1000 f179。 查表得 100ml麥芽汁中麥芽糖毫克數 179。 n 1000179。 G179。 D 實驗操作 取糖化的麥芽汁 （或者是其他的合適量，使稀釋后的濃度為 13mgα 氨基氮 /升），放入 100ml的容量瓶中，稀釋到刻度，搖勻。 標準甘氨酸溶液稀釋液：取 ，在 100ml的容量瓶中稀釋到刻度。 取麥芽汁稀釋溶液、水、標準的甘氨酸溶液（三個）稀釋液各 ，放入比色管中，（水用于空白對照），各比色管中分別加入 的顯色劑，搖勻，在 沸水中加熱 16min。（此時應該準備 20℃的水浴） 20℃水浴中冷卻 20min。 加入 ，搖勻，在 30min 內于 570nm 處測定吸光度值。 計算 游離的α 氨基氮（毫克 /升麥芽汁） =2179。 100179。樣品溶液吸光度值 / 標準溶液平均吸光度 實驗三 雙乙酰（ 紫外分光光度法） 1 原理 雙乙酰作為揮發性組份從啤酒樣中蒸發出來，與鄰苯二胺反應，生成 2， 3－二甲喹喔啉，在 335nm 波長下進行測定。由于其他聯二酮類都具有相同的反應特性，再加上蒸餾過程中部分前驅 體要轉化成聯二酮，因此上述測定結果為總聯二酮含量 (以雙乙酰表示 )。 2 儀器 a) 帶有加熱套管的雙乙酰蒸餾器 ； b) 具有錐形瓶 (或平底蒸餾燒瓶 )的蒸汽發生瓶： 2020mL(或 3000mL) ； c) 容量瓶： 25 mL ； d) 紫外分光光度計：備有 10mm 石英比色皿或 20mm 玻璃比色皿。 3 試劑和溶液 a) 4mol/L 鹽酸溶液：按 GB/T 601 配制； b) l0g/L 鄰苯二胺溶液：稱取鄰苯二胺 ，溶于 4mol/L 鹽酸溶液中，并定容至10mL，搖勻，放于暗處。此溶液須當天配制與使用；若配制出來的溶液呈紅色，應重新更換新試 劑； c) 有機硅消泡劑 (或甘油聚醚 ) 。 4 分析步驟 蒸餾 將雙乙酰蒸餾器安裝好，加熱蒸汽發生瓶，使水至沸。通汽預熱后，置 25mL 容量瓶于冷凝器出口接受餾出液，外加冰浴冷卻，加 2～ 4 滴消泡劑于 100mL量筒中，再注入未經除氣的預先冷至 5℃左右的酒樣 100mL，迅速