微生物釀造工藝探究

孫建超

摘 要：我國釀造業(yè)源遠流長，是我國古代文化的重要組成部分。微生物釀造過程的工藝參數(shù)對于終產品的雜質、組份乃至主成分結構等質量特征以及產品收率具有明顯影響。本文針對微生物釀造工藝進行分析和討論。

關鍵詞：微生物；釀造工藝

0 前言

微生物釀造是通利用微生物，在適宜的條件下，將原料經過特定的代謝途徑轉化為人類所需要的產物的過程。微生物發(fā)酵是個復雜的過程，要考慮到諸多因素，調控與發(fā)酵條件和微生物細胞代謝變化有關的各項參數(shù)，以保證產品質量。

1 菌種對釀造工藝的影響及其控制

控制微生物釀造的重要參數(shù)之一，在一定條件下不僅反映菌體細胞多少而且反映菌體細胞生理特性不完全相同的分化階段，特別是對抗生素等次級代謝產物的發(fā)酵，菌種選育的目的是為改良菌種的特性，能夠得到目標物且能符合商業(yè)化生產的要求。選擇菌種是應考慮菌種的穩(wěn)定性，盡量挑選純系菌種，以排除異核體與異質體菌種；還要嚴格控制菌體濃度，菌體濃度是控制微生物發(fā)酵的重要參數(shù)之一，在一定條件下不僅反映菌體細胞多少而且反映菌體細胞生理特性不完全相同的分化階段，特別是對抗生素等次級代謝產物的發(fā)酵，菌濃的大小和變化速率對菌體的生化反應都有影響。發(fā)酵過程中，需要根據(jù)不同的生產菌和目標物，采取相應措施控制菌濃在合適范圍內。確定基礎培養(yǎng)基配方中有個適當?shù)呐浔龋苊猱a生過濃（或過稀）的菌體量。然后通過中間補料來控制，如當菌體生長緩慢、菌濃太稀時，則可補加一部分磷酸鹽，促進生長，提高菌濃；但補加過多，則會使菌體過分生長，超過臨界濃度，對產物合成產生抑制作用。

微生物菌種在多次傳代中會發(fā)生遺傳性的變異，而且退化性的變異是大量的久置的菌種還會死亡，所以菌種要妥善保藏。使之能長期保持存活、不退化，以便從源頭保障產品質量的穩(wěn)定，菌種保藏條件應根據(jù)菌種的生理生化特點選擇確定，使菌體的代謝活動處于不活潑的狀態(tài)。降低菌種代謝活動的速度，達到長期保存的目的。

2 培養(yǎng)基對釀造工藝的影響及其控制

培養(yǎng)基是人工配制的適于微生物生長、繁殖和積累代謝產物的營養(yǎng)基質，不同微生物對培養(yǎng)基的要求有所不同，同一微生物在不同階段有不同的培養(yǎng)目的，需根據(jù)需要設計不同的培養(yǎng)基組成。然而確定一種合適的培養(yǎng)基系列需要大量而細致的工作，目前尚無成熟的原則，可根據(jù)生物化學、細胞生物學、微生物學的基本原理，參照同類菌種的經驗配方，結合具體菌種和目標物的特點，采用小型發(fā)酵設備，采用正交設計、均勻設計等數(shù)學模型考察各因子之間的交互作用，優(yōu)化培養(yǎng)基的組成和比例，在此基礎上綜合考慮各因素的影響，得到較為合適的培養(yǎng)基系列。

培養(yǎng)基的成分和濃度對產生菌的需氧量的影響是顯著的。培養(yǎng)基中碳源的種類和濃度對微生物的需氧量的影響尤其顯著。一般來說，碳源在一定范圍內，需氧量隨碳源濃度的增加而增加。在補料分批發(fā)酵過程中，菌種的需氧量隨補入的碳源濃度而變化，一般補料后，攝氧率均呈現(xiàn)不同程度的增大。

3 溫度對發(fā)酵工藝的影響及其控制

在發(fā)酵過程中，需要維持適當?shù)臏囟龋拍苁咕w生長和代謝產 物的合成順利進行。溫度還對發(fā)酵液的理化性質產生影響，如發(fā)酵液的粘度、基質和氧在發(fā)酵液中的溶解度和傳遞速率、某些基質的分解和吸收速率等，進而影響發(fā)酵的動力學特性和產物的生物合成。例如溫度升高，氣體在溶液中的溶解度減小，氧傳遞速率改變，影響基質的分解速率。同時菌體生長快，反應速度快，酶失活快，菌體衰老快，發(fā)酵提前結束。

溫度選擇還要根據(jù)培養(yǎng)條件綜合考慮，靈活選擇。比如通氣條件差時可適當降低溫度，使菌呼吸速率降低些，溶氧濃度也可高些；培養(yǎng)基稀薄時，溫度也該低些，因為溫度高營養(yǎng)利用快，會使菌過早自溶。

4 PH值對釀造工藝的影響及其控制

PH值對微生物發(fā)酵過程的影響主要是通過對菌體生長和代謝產物合成表現(xiàn)出來的，它對微生物的生長繁殖和產物合成的影響是多方面的。在發(fā)酵過程中，不同的菌種，對PH要求不同；相同的菌種，當PH不同時，會形成不同的產物；菌種生成和發(fā)酵的最適PH不同，形成的產物也不同。

最適PH值是根據(jù)實驗結果來確定的。將發(fā)酵培養(yǎng)基調節(jié)成不同的出發(fā)PH值，進行發(fā)酵，在發(fā)酵過程中，定時測定和調節(jié)PH值，以分別維持出發(fā)PH值，或者利用緩沖液來配制培養(yǎng)基來維持，到時觀察菌體的生長情況，以菌體生長達到最高值的PH值為菌體生長的合適PH值。用同樣的方法，可測得產物合成的合適PH值。

5 微生物需氧量對釀造工藝的影響及其控制

不同的生產菌種，其需氧量各異。同一菌種的不同生長階段，其需氧量也不同。—般說，菌體處于對數(shù)生長階段的呼吸強度較高，生長階段的攝氧率大于產物合成期的攝氧率。在分批發(fā)酵過程中，攝氧率在對數(shù)期后期達到最大值。因此認為培養(yǎng)液的攝氧率達最高時，表明培養(yǎng)液中菌體濃度達到了最大值。

在發(fā)酵過程中，培養(yǎng)液中的DO濃度（CL）高于菌體生長的臨界氧濃度（C長臨）時，菌體的呼吸就不受影響，菌體的各種代謝活動不受干擾；如果培養(yǎng)液中的CL低于C長臨時，菌體的多種生化代謝就要受到影響，嚴重時會產生不可逆的抑制菌體生長和產物合成的現(xiàn)象。在發(fā)酵過程中，有時會產生一些對菌體生長有毒性的如CO2等代謝產物，如不能及時從培養(yǎng)液中排除，勢必影響菌體的呼吸，進而影響菌體的代謝活動。

6 發(fā)酵時間對發(fā)酵的影響及其控制

隨著微生物發(fā)酵的進行，發(fā)酵培養(yǎng)基營養(yǎng)的不斷消耗，微生物發(fā)酵產物隨著營養(yǎng)的消耗從產生到增加到一個最大值。隨著菌體細胞趨向衰老自溶，到后期，產物生產能力相應地減慢或停止，甚至下跌。因此確定微生物發(fā)酵的終點，控制發(fā)酵時間，可以減少能源的消耗、提高設備的使用率，對提高產物的生產能力和經濟效益是很重要的。

發(fā)酵時間長短對后續(xù)工藝和產品質量有很大的影響。如果發(fā)酵時間太短，勢必有過多的尚未代謝的營養(yǎng)物質殘留在發(fā)酵液中。可溶性蛋白質易于在萃取中產生乳化，也影響樹脂交換容量；如果發(fā)酵時間太長，菌體會自溶，釋放出菌體蛋白或體內的酶，又會顯著改變發(fā)酵液的性質，使過濾時間延長，甚至使一些不穩(wěn)定的產物的質量下降，產物中雜質含量增加。因此要考慮發(fā)酵周期長短對產物提取工藝的影響。 結語 微生物釀造工藝環(huán)節(jié)復雜，發(fā)酵過程中要得到優(yōu)質的發(fā)酵產品，要提供好的菌種、配合最佳條件、調整PH、溶氧量、溫度等，分析和控制影響發(fā)酵的各種參數(shù)，實現(xiàn)釀造工藝經濟效益的最大化。

參考文獻

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