微生物酿造工艺探究

孙建超

摘 要：我国酿造业源远流长，是我国古代文化的重要组成部分。微生物酿造过程的工艺参数对于终产品的杂质、组份乃至主成分结构等质量特征以及产品收率具有明显影响。本文针对微生物酿造工艺进行分析和讨论。

关键词：微生物；酿造工艺

0 前言

微生物酿造是通利用微生物，在适宜的条件下，将原料经过特定的代谢途径转化为人类所需要的产物的过程。微生物发酵是个复杂的过程，要考虑到诸多因素，调控与发酵条件和微生物细胞代谢变化有关的各项参数，以保证产品质量。

1 菌种对酿造工艺的影响及其控制

控制微生物酿造的重要参数之一，在一定条件下不仅反映菌体细胞多少而且反映菌体细胞生理特性不完全相同的分化阶段，特别是对抗生素等次级代谢产物的发酵，菌种选育的目的是为改良菌种的特性，能够得到目标物且能符合商业化生产的要求。选择菌种是应考虑菌种的稳定性，尽量挑选纯系菌种，以排除异核体与异质体菌种；还要严格控制菌体浓度，菌体浓度是控制微生物发酵的重要参数之一，在一定条件下不仅反映菌体细胞多少而且反映菌体细胞生理特性不完全相同的分化阶段，特别是对抗生素等次级代谢产物的发酵，菌浓的大小和变化速率对菌体的生化反应都有影响。发酵过程中，需要根据不同的生产菌和目标物，采取相应措施控制菌浓在合适范围内。确定基础培养基配方中有个适当的配比，避免产生过浓（或过稀）的菌体量。然后通过中间补料来控制，如当菌体生长缓慢、菌浓太稀时，则可补加一部分磷酸盐，促进生长，提高菌浓；但补加过多，则会使菌体过分生长，超过临界浓度，对产物合成产生抑制作用。

微生物菌种在多次传代中会发生遗传性的变异，而且退化性的变异是大量的久置的菌种还会死亡，所以菌种要妥善保藏。使之能長期保持存活、不退化，以便从源头保障产品质量的稳定，菌种保藏条件应根据菌种的生理生化特点选择确定，使菌体的代谢活动处于不活泼的状态。降低菌种代谢活动的速度，达到长期保存的目的。

2 培养基对酿造工艺的影响及其控制

培养基是人工配制的适于微生物生长、繁殖和积累代谢产物的营养基质，不同微生物对培养基的要求有所不同，同一微生物在不同阶段有不同的培养目的，需根据需要设计不同的培养基组成。然而确定一种合适的培养基系列需要大量而细致的工作，目前尚无成熟的原则，可根据生物化学、细胞生物学、微生物学的基本原理，参照同类菌种的经验配方，结合具体菌种和目标物的特点，采用小型发酵设备，采用正交设计、均匀设计等数学模型考察各因子之间的交互作用，优化培养基的组成和比例，在此基础上综合考虑各因素的影响，得到较为合适的培养基系列。

培养基的成分和浓度对产生菌的需氧量的影响是显著的。培养基中碳源的种类和浓度对微生物的需氧量的影响尤其显著。一般来说，碳源在一定范围内，需氧量随碳源浓度的增加而增加。在补料分批发酵过程中，菌种的需氧量随补入的碳源浓度而变化，一般补料后，摄氧率均呈现不同程度的增大。

3 温度对发酵工艺的影响及其控制

在发酵过程中，需要维持适当的温度，才能使菌体生长和代谢产 物的合成顺利进行。温度还对发酵液的理化性质产生影响，如发酵液的粘度、基质和氧在发酵液中的溶解度和传递速率、某些基质的分解和吸收速率等，进而影响发酵的动力学特性和产物的生物合成。例如温度升高，气体在溶液中的溶解度减小，氧传递速率改变，影响基质的分解速率。同时菌体生长快，反应速度快，酶失活快，菌体衰老快，发酵提前结束。

温度选择还要根据培养条件综合考虑，灵活选择。比如通气条件差时可适当降低温度，使菌呼吸速率降低些，溶氧浓度也可高些；培养基稀薄时，温度也该低些，因为温度高营养利用快，会使菌过早自溶。

4 PH值对酿造工艺的影响及其控制

PH值对微生物发酵过程的影响主要是通过对菌体生长和代谢产物合成表现出来的，它对微生物的生长繁殖和产物合成的影响是多方面的。在发酵过程中，不同的菌种，对PH要求不同；相同的菌种，当PH不同时，会形成不同的产物；菌种生成和发酵的最适PH不同，形成的产物也不同。

最适PH值是根据实验结果来确定的。将发酵培养基调节成不同的出发PH值，进行发酵，在发酵过程中，定时测定和调节PH值，以分别维持出发PH值，或者利用缓冲液来配制培养基来维持，到时观察菌体的生长情况，以菌体生长达到最高值的PH值为菌体生长的合适PH值。用同样的方法，可测得产物合成的合适PH值。

5 微生物需氧量对酿造工艺的影响及其控制

不同的生产菌种，其需氧量各异。同一菌种的不同生长阶段，其需氧量也不同。—般说，菌体处于对数生长阶段的呼吸强度较高，生长阶段的摄氧率大于产物合成期的摄氧率。在分批发酵过程中，摄氧率在对数期后期达到最大值。因此认为培养液的摄氧率达最高时，表明培养液中菌体浓度达到了最大值。

在发酵过程中，培养液中的DO浓度（CL）高于菌体生长的临界氧浓度（C长临）时，菌体的呼吸就不受影响，菌体的各种代谢活动不受干扰；如果培养液中的CL低于C长临时，菌体的多种生化代谢就要受到影响，严重时会产生不可逆的抑制菌体生长和产物合成的现象。在发酵过程中，有时会产生一些对菌体生长有毒性的如CO2等代谢产物，如不能及时从培养液中排除，势必影响菌体的呼吸，进而影响菌体的代谢活动。

6 发酵时间对发酵的影响及其控制

随着微生物发酵的进行，发酵培养基营养的不断消耗，微生物发酵产物随着营养的消耗从产生到增加到一个最大值。随着菌体细胞趋向衰老自溶，到后期，产物生产能力相应地减慢或停止，甚至下跌。因此确定微生物发酵的终点，控制发酵时间，可以减少能源的消耗、提高设备的使用率，对提高产物的生产能力和经济效益是很重要的。

发酵时间长短对后续工艺和产品质量有很大的影响。如果发酵时间太短，势必有过多的尚未代谢的营养物质残留在发酵液中。可溶性蛋白质易于在萃取中产生乳化，也影响树脂交换容量；如果发酵时间太长，菌体会自溶，释放出菌体蛋白或体内的酶，又会显著改变发酵液的性质，使过滤时间延长，甚至使一些不稳定的产物的质量下降，产物中杂质含量增加。因此要考虑发酵周期长短对产物提取工艺的影响。 结语 微生物酿造工艺环节复杂，发酵过程中要得到优质的发酵产品，要提供好的菌种、配合最佳条件、调整PH、溶氧量、温度等，分析和控制影响发酵的各种参数，实现酿造工艺经济效益的最大化。

参考文献

[1]《现代生物制药工艺技术、质量监控、新药开发与制药设备实务全书》作者：金雨，李康群.2003年5月

[2]王元太，程光胜.山西老陈醋的工艺精华和产品特色[J].中国酿造，2004（5）：7-9

[3]盛贻林.微生物发酵制药技术.北京：