微生物釀造工藝探究

孫建超

摘 要：我國釀造業(yè)源遠(yuǎn)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(chǎn)品的雜質(zhì)、組份乃至主成分結(jié)構(gòu)等質(zhì)量特征以及產(chǎn)品收率具有明顯影響。本文針對微生物釀造工藝進(jìn)行分析和討論。

關(guān)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(jīng)過特定的代謝途徑轉(zhuǎn)化為人類所需要的產(chǎn)物的過程。微生物發(fā)酵是個復(fù)雜的過程，要考慮到諸多因素，調(diào)控與發(fā)酵條件和微生物細(xì)胞代謝變化有關(guān)的各項參數(shù)，以保證產(chǎn)品質(zhì)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(xì)胞多少而且反映菌體細(xì)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(chǎn)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(biāo)物且能符合商業(yè)化生產(chǎn)的要求。選擇菌種是應(yīng)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(zhì)體菌種；還要嚴(yán)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(xì)胞多少而且反映菌體細(xì)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(chǎn)物的發(fā)酵，菌濃的大小和變化速率對菌體的生化反應(yīng)都有影響。發(fā)酵過程中，需要根據(jù)不同的生產(chǎn)菌和目標(biāo)物，采取相應(yīng)措施控制菌濃在合適范圍內(nèi)。確定基礎(chǔ)培養(yǎng)基配方中有個適當(dāng)?shù)呐浔龋苊猱a(chǎn)生過濃（或過?。┑木w量。然后通過中間補(bǔ)料來控制，如當(dāng)菌體生長緩慢、菌濃太稀時，則可補(bǔ)加一部分磷酸鹽，促進(jìn)生長，提高菌濃；但補(bǔ)加過多，則會使菌體過分生長，超過臨界濃度，對產(chǎn)物合成產(chǎn)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(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定，菌種保藏條件應(yīng)根據(jù)菌種的生理生化特點(diǎn)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(dá)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(chǎn)物的營養(yǎng)基質(zhì)，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(shè)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(xì)致的工作，目前尚無成熟的原則，可根據(jù)生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、微生物學(xué)的基本原理，參照同類菌種的經(jīng)驗配方，結(jié)合具體菌種和目標(biāo)物的特點(diǎn)，采用小型發(fā)酵設(shè)備，采用正交設(shè)計、均勻設(shè)計等數(shù)學(xué)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(chǔ)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(chǎn)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(nèi)，需氧量隨碳源濃度的增加而增加。在補(bǔ)料分批發(fā)酵過程中，菌種的需氧量隨補(bǔ)入的碳源濃度而變化，一般補(bǔ)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(dāng)?shù)臏囟龋拍苁咕w生長和代謝產(chǎn) 物的合成順利進(jìn)行。溫度還對發(fā)酵液的理化性質(zhì)產(chǎn)生影響，如發(fā)酵液的粘度、基質(zhì)和氧在發(fā)酵液中的溶解度和傳遞速率、某些基質(zhì)的分解和吸收速率等，進(jìn)而影響發(fā)酵的動力學(xué)特性和產(chǎn)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(zhì)的分解速率。同時菌體生長快，反應(yīng)速度快，酶失活快，菌體衰老快，發(fā)酵提前結(jié)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(dāng)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(chǎn)物合成表現(xiàn)出來的，它對微生物的生長繁殖和產(chǎn)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(dāng)PH不同時，會形成不同的產(chǎn)物；菌種生成和發(fā)酵的最適PH不同，形成的產(chǎn)物也不同。

最適PH值是根據(jù)實(shí)驗結(jié)果來確定的。將發(fā)酵培養(yǎng)基調(diào)節(jié)成不同的出發(fā)PH值，進(jìn)行發(fā)酵，在發(fā)酵過程中，定時測定和調(diào)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(dá)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(chǎn)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(chǎn)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?！阏f，菌體處于對數(shù)生長階段的呼吸強(qiáng)度較高，生長階段的攝氧率大于產(chǎn)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(dá)到最大值。因此認(rèn)為培養(yǎng)液的攝氧率達(dá)最高時，表明培養(yǎng)液中菌體濃度達(dá)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(yán)重時會產(chǎn)生不可逆的抑制菌體生長和產(chǎn)物合成的現(xiàn)象。在發(fā)酵過程中，有時會產(chǎn)生一些對菌體生長有毒性的如CO2等代謝產(chǎn)物，如不能及時從培養(yǎng)液中排除，勢必影響菌體的呼吸，進(jìn)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(jìn)行，發(fā)酵培養(yǎng)基營養(yǎng)的不斷消耗，微生物發(fā)酵產(chǎn)物隨著營養(yǎng)的消耗從產(chǎn)生到增加到一個最大值。隨著菌體細(xì)胞趨向衰老自溶，到后期，產(chǎn)物生產(chǎn)能力相應(yīng)地減慢或停止，甚至下跌。因此確定微生物發(fā)酵的終點(diǎn)，控制發(fā)酵時間，可以減少能源的消耗、提高設(shè)備的使用率，對提高產(chǎn)物的生產(chǎn)能力和經(jīng)濟(jì)效益是很重要的。

發(fā)酵時間長短對后續(xù)工藝和產(chǎn)品質(zhì)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(zhì)殘留在發(fā)酵液中。可溶性蛋白質(zhì)易于在萃取中產(chǎn)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(nèi)的酶，又會顯著改變發(fā)酵液的性質(zhì)，使過濾時間延長，甚至使一些不穩(wěn)定的產(chǎn)物的質(zhì)量下降，產(chǎn)物中雜質(zhì)含量增加。因此要考慮發(fā)酵周期長短對產(chǎn)物提取工藝的影響。 結(jié)語 微生物釀造工藝環(huán)節(jié)復(fù)雜，發(fā)酵過程中要得到優(yōu)質(zhì)的發(fā)酵產(chǎn)品，要提供好的菌種、配合最佳條件、調(diào)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(shí)現(xiàn)釀造工藝經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

參考文獻(xiàn)

[1]《現(xiàn)代生物制藥工藝技術(shù)、質(zhì)量監(jiān)控、新藥開發(fā)與制藥設(shè)備實(shí)務(wù)全書》作者：金雨，李康群.2003年5月

[2]王元太，程光勝.山西老陳醋的工藝精華和產(chǎn)品特色[J].中國釀造，2004（5）：7-9

[3]盛貽林.微生物發(fā)酵制藥技術(shù).北京：