面包酵母发酵工艺优化与放大及新型半连续发酵工艺探索

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酵母菌作为一种重要的微生物被广泛应用在食品、能源和医药等领域。人们的日常生活与酵母息息相关,因此,研究酵母发酵过程的生理特性,提高生产效率,能够很好地满足人们的需要,并带来巨大的经济效益。面包酵母是酵母菌种属(Saccharomyces)中的一个分支,它作为食品领域的一种重要微生物被人们广泛应用在面团发酵过程中。面包酵母能够利用面团中的糖类物质,从而进行呼吸代谢产气,使面团变得膨松。而目前的面包酵母生产工艺面临着酵母细胞得率低、活性不足以及抗逆性较差等问题。本课题主要通过研究营养补加策略和过程溶氧控制策略来寻找到面包酵母发酵过程中提高细胞得率和活性的关键点,经研究得出以下结论:  1、面包酵母发酵过程中,如果控制不当极易产生乙醇。目前的生产工艺是每隔一小时取样,然后利用重铬酸钾滴定方法来监测乙醇的含量,这在工业生产上耗时耗力。本研究通过实验证明:利用在线采集参数RQ的检测能够准确、及时地反映出发酵液中乙醇含量变化,当RQ在1.0~1.2范围时,发酵液中基本不含乙醇。  2、发酵过程N和P的限制会使菌体生长变缓,从而触发面包酵母胞内开始累积海藻糖。目前的补料工艺在发酵前期的N和P的补加速率是偏低的,调整N和P的补加速率之后能够快速累积菌量,让菌体提前进入海藻糖的积累阶段,从而缩短发酵周期。实验证明调整N和P的补加速率之后,发酵周期可以从15h进一步缩短到13h。  3、发酵前期对菌体进行碳源限制并不会引起海藻糖的提前积累;发酵后期降低搅拌转速,减小通气量,进行溶氧限制能够降低菌体呼吸强度,从而提高菌体得率。发酵后期进行溶氧限制创造了胁迫环境有利于海藻糖的大量累积。  4、研究发现,整个发酵过程可以分为两个阶段,菌体生长阶段和海藻糖积累阶段。在菌体生长阶段,维持高供氧状态,保证N和P的充足,能够使菌量快速累积;在海藻糖积累阶段,溶氧进行限制,在不积累乙醇的前提下提高糖蜜的补加量有助于海藻糖的大量积累。基于此结论,本研究提出了一种全新的发酵工艺:两阶段半连续发酵工艺。平均生产效率提高到3.7g/(L罐·h),比原始工艺提高了60.8%,为高效生产高活性酵母提出了一个新思路。
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