第三章、發(fā)酵培養(yǎng)基設(shè)計

1、第三章第三章 發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng) 基設(shè)計基設(shè)計 一、一、培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分及來源培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分及來源 二、培養(yǎng)基的類型二、培養(yǎng)基的類型 三、培養(yǎng)基的設(shè)計三、培養(yǎng)基的設(shè)計 一、發(fā)酵培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分及一、發(fā)酵培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分及 來源來源 1、碳源、碳源 主要功能：主要功能： 1 1）為菌體的生長繁殖提供能源和合成菌體所）為菌體的生長繁殖提供能源和合成菌體所 必需的成分；必需的成分； 2 2）為合成目的產(chǎn)物提供所需的碳素成分）為合成目的產(chǎn)物提供所需的碳素成分 常用的碳源常用的碳源: : 特殊情況下（如碳源貧乏時），蛋白質(zhì)水特殊情況下（如碳源貧乏時），蛋白質(zhì)水 解物或氨基酸等也可被微生物作為碳源

2、使解物或氨基酸等也可被微生物作為碳源使 用。用。 糖類 油脂 有機酸 低碳醇等 （1 1）、糖類）、糖類 發(fā)酵培養(yǎng)基中使用最廣泛的碳源發(fā)酵培養(yǎng)基中使用最廣泛的碳源; ; 主要有葡萄糖、糖蜜和淀粉糊精等主要有葡萄糖、糖蜜和淀粉糊精等 糖類來 源 葡萄糖葡萄糖 乳糖乳糖 淀粉淀粉 蔗糖蔗糖 純葡萄糖、水解淀粉純葡萄糖、水解淀粉 純?nèi)樘?、乳清粉純?nèi)樘?、乳清?大麥、花生粉、燕麥粉、黑麥粉等大麥、花生粉、燕麥粉、黑麥粉等 甜菜糖蜜、甘蔗糖蜜、粗紅糖、精白糖等甜菜糖蜜、甘蔗糖蜜、粗紅糖、精白糖等 工業(yè)上常用的糖類及來源工業(yè)上常用的糖類及來源 淀粉水解糖的制備淀粉水解糖的制備 是發(fā)酵生產(chǎn)的一項是發(fā)酵生產(chǎn)的

3、一項 重要工藝，將在后重要工藝，將在后 面介紹面介紹 葡萄糖葡萄糖 最易利用，幾乎所有微生物都能利用最易利用，幾乎所有微生物都能利用 葡萄糖常作為培養(yǎng)基的一種主要成分，并葡萄糖常作為培養(yǎng)基的一種主要成分，并 且作為加速微生物生長的一種有效糖。且作為加速微生物生長的一種有效糖。 但過多的葡萄糖會過分加速菌體的呼吸，但過多的葡萄糖會過分加速菌體的呼吸， 以至培養(yǎng)基中的溶解氧不能滿足需要，使一以至培養(yǎng)基中的溶解氧不能滿足需要，使一 些中間代謝物（如丙酮酸、乳酸、乙酸等）些中間代謝物（如丙酮酸、乳酸、乙酸等） 不能完全氧化而積累在菌體或培養(yǎng)基中，導(dǎo)不能完全氧化而積累在菌體或培養(yǎng)基中，導(dǎo) 致致pHpH下

4、降，影響某些酶的活性，從而抑制微下降，影響某些酶的活性，從而抑制微 生物的生長和產(chǎn)物的合成。生物的生長和產(chǎn)物的合成。 糖蜜糖蜜 制糖的結(jié)晶母液，它是制糖工業(yè)的副產(chǎn)物制糖的結(jié)晶母液，它是制糖工業(yè)的副產(chǎn)物; ; 含有豐富的糖、氮類化合物、無機鹽和維含有豐富的糖、氮類化合物、無機鹽和維 生素等，是微生物發(fā)酵培養(yǎng)基價廉物美的碳生素等，是微生物發(fā)酵培養(yǎng)基價廉物美的碳 源源; ; 糖蜜主要含有蔗糖，總糖可達糖蜜主要含有蔗糖，總糖可達50%-75%50%-75%。 糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜，二者在糖的糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜，二者在糖的 含量和無機鹽的含量上有所不同，即使同一含量和無機鹽的含量上有所不同，即

5、使同一 種糖蜜由于加工方法不同其成分也存在差異，種糖蜜由于加工方法不同其成分也存在差異， 因此使用時要注意。因此使用時要注意。 糖蜜是制糖生產(chǎn)時的結(jié)晶母液，它是制糖工業(yè)的副產(chǎn)物糖蜜是制糖生產(chǎn)時的結(jié)晶母液，它是制糖工業(yè)的副產(chǎn)物。 糖蜜主要含有蔗糖，總糖可達糖蜜主要含有蔗糖，總糖可達50%75%。一般糖蜜分。一般糖蜜分 甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜葡萄糖蜜甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜葡萄糖蜜。 不用加工方法對甘蔗糖蜜的影響不用加工方法對甘蔗糖蜜的影響 糖蜜使用的注意點：糖蜜使用的注意點： 除糖份外，含有較多的雜質(zhì)，其中有些是有用的，但是除糖份外，含有較多的雜質(zhì)，其中有些是有用的，但是 許多都會對發(fā)酵產(chǎn)生不利的影響，需

6、要進行預(yù)處理。許多都會對發(fā)酵產(chǎn)生不利的影響，需要進行預(yù)處理。 例：谷氨酸發(fā)酵例：谷氨酸發(fā)酵 有害物資：膠體成分（起泡、結(jié)晶）、鈣鹽（結(jié)晶）有害物資：膠體成分（起泡、結(jié)晶）、鈣鹽（結(jié)晶） 生物素（發(fā)酵控制）生物素（發(fā)酵控制） 預(yù)處理：澄清預(yù)處理：澄清脫鈣脫鈣脫除生物素脫除生物素 例：檸檬酸發(fā)酵例：檸檬酸發(fā)酵 有害物質(zhì)：鐵離子含量高（導(dǎo)致異檸檬酸的生成）有害物質(zhì)：鐵離子含量高（導(dǎo)致異檸檬酸的生成） 預(yù)處理：預(yù)處理：黃血鹽黃血鹽 淀粉糊精淀粉糊精 多糖，也是常用的碳源多糖，也是常用的碳源; ; 需經(jīng)胞外酶水解成單糖后再被吸收利用需經(jīng)胞外酶水解成單糖后再被吸收利用; ; 使用淀粉可克服葡萄糖代謝過快的

7、弊病，使用淀粉可克服葡萄糖代謝過快的弊病， 價格也比較低廉，在發(fā)酵工業(yè)中被普遍使價格也比較低廉，在發(fā)酵工業(yè)中被普遍使 用。用。 常用的淀粉為玉米、甘薯、馬鈴薯、木常用的淀粉為玉米、甘薯、馬鈴薯、木 薯淀粉。薯淀粉。 例：地衣牙孢桿菌生產(chǎn)例：地衣牙孢桿菌生產(chǎn)-淀粉酶淀粉酶 碳源對生長和產(chǎn)酶的影響碳源對生長和產(chǎn)酶的影響 碳源碳源 細(xì)胞量細(xì)胞量 -淀粉酶淀粉酶 葡萄糖葡萄糖 4.2 0 蔗糖蔗糖 4.02 0 糊精糊精 3.06 38.2 淀粉淀粉 3.09 40.2 油和脂肪也能被許多微生物作為碳源和能源油和脂肪也能被許多微生物作為碳源和能源 這些微生物都具有比較活躍的脂肪酶，在脂肪酶的這些微生物

8、都具有比較活躍的脂肪酶，在脂肪酶的 作用下，油或脂肪被水解為甘油和脂肪酸，在溶解氧作用下，油或脂肪被水解為甘油和脂肪酸，在溶解氧 的參與下，進一步氧化成的參與下，進一步氧化成COCO2 2和和H H2 2O O，并釋放出大量的，并釋放出大量的 能量。能量。 當(dāng)微生物利用脂肪作為碳源時，要供給比糖代謝更當(dāng)微生物利用脂肪作為碳源時，要供給比糖代謝更 多的氧，不然大量的脂肪酸和代謝中的有機酸會積累，多的氧，不然大量的脂肪酸和代謝中的有機酸會積累， 從而引起從而引起pHpH的下降，并影響微生物酶系統(tǒng)的作用。的下降，并影響微生物酶系統(tǒng)的作用。 常用豆油、菜油、葵花籽油、豬油、魚油、棉籽油常用豆油、菜油、

9、葵花籽油、豬油、魚油、棉籽油 等等 （2 2）、油和脂肪）、油和脂肪 一些微生物對多種有機酸（如乳酸、檸檬一些微生物對多種有機酸（如乳酸、檸檬 酸、乙酸等）有很強的氧化能力，可以有機酸酸、乙酸等）有很強的氧化能力，可以有機酸 或有機酸鹽作為碳源。或有機酸鹽作為碳源。 有機酸的利用常會使有機酸的利用常會使pHpH上升，尤其是有機上升，尤其是有機 酸鹽氧化時，常伴隨著堿性物質(zhì)的產(chǎn)生，使酸鹽氧化時，常伴隨著堿性物質(zhì)的產(chǎn)生，使 pHpH進一步上升。進一步上升。 如以醋酸鹽為碳源時，反應(yīng)如下： CH3COONa + 2O2 2CO2 + H2O + NaOH (3)(3)、有機酸、有機酸 隨著石油工業(yè)的

10、發(fā)展，微生物工業(yè)的碳源也有所擴隨著石油工業(yè)的發(fā)展，微生物工業(yè)的碳源也有所擴 大。大。 正烷烴（一般指從石油裂解中得到的正烷烴（一般指從石油裂解中得到的14-1814-18碳的直碳的直 鏈烷烴混合物）已用于有機酸、氨基酸、維生素、抗鏈烷烴混合物）已用于有機酸、氨基酸、維生素、抗 生素和酶制劑的工業(yè)發(fā)酵中。生素和酶制劑的工業(yè)發(fā)酵中。 石油工業(yè)的發(fā)展促使乙醇產(chǎn)量的增加，乙醇代糧發(fā)石油工業(yè)的發(fā)展促使乙醇產(chǎn)量的增加，乙醇代糧發(fā) 酵的工藝發(fā)展也十分迅速，自然界中能同化乙醇的微酵的工藝發(fā)展也十分迅速，自然界中能同化乙醇的微 生物和能同化糖質(zhì)的微生物一樣普遍，種類也相當(dāng)多，生物和能同化糖質(zhì)的微生物一樣普遍，種

11、類也相當(dāng)多， 乙醇作碳源其菌體得率比葡萄糖作碳源還高，因而乙乙醇作碳源其菌體得率比葡萄糖作碳源還高，因而乙 醇已成功地應(yīng)用于發(fā)酵工業(yè)的許多領(lǐng)域中，如利用乙醇已成功地應(yīng)用于發(fā)酵工業(yè)的許多領(lǐng)域中，如利用乙 醇生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白醇生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白 (4)(4)、烴和醇類、烴和醇類 2、氮源、氮源 有機氮源有機氮源 豆餅（粕）粉、花生餅粉、魚粉、蠶蛹粉、豆餅（粕）粉、花生餅粉、魚粉、蠶蛹粉、 酵母粉、玉米漿、尿素等酵母粉、玉米漿、尿素等 無機氮源無機氮源 銨鹽、硝酸鹽等銨鹽、硝酸鹽等 （由于細(xì)胞內(nèi)的含氮物質(zhì)都以氨基或亞氨基的形式存在，故（由于細(xì)胞內(nèi)的含氮物質(zhì)都以氨基或亞氨基的形式存在，故 銨態(tài)氮可以直接用于

12、合成細(xì)胞物質(zhì)；而硝態(tài)氮需還原成氨后銨態(tài)氮可以直接用于合成細(xì)胞物質(zhì)；而硝態(tài)氮需還原成氨后 才能被利用）才能被利用） 成分 黃豆餅 粉 棉籽餅 粉 花生餅 粉 玉米漿魚粉米糠 酵母 膏 蛋白質(zhì)/% 碳水化合物/% 脂肪/% 纖維/% 灰分/% 干物/% 核黃素/（mg/kg） 硫胺素/（mg/kg） 泛酸/（mg/kg） 尼克酸/（mg/kg） 吡哆 醇/（mg/kg） 生物素/（mg/kg） 膽堿/（mg/kg） 精氨酸/% 胱氨酸/% 甘氨酸/% 異亮氨酸/% 亮氨酸/% 賴氨酸/% 甲硫氨酸/% 苯丙氨酸/% 51.0 - 1 3 5.7 92 3.06 2.4 14.5 21 - - 27

13、50 3.2 0.6 2.4 1.1 2.5 3.4 2.9 0.6 41 28 1.5 13 6.5 90 4.4 14.3 44 - - - 2440 3.3 1.0 2.4 0.9 1.5 2.2 1.6 0.5 45 23 5 12 5.5 90.5 5.3 7.3 48.4 167 - - 1670 4.6 0.7 3 1 2 3.1 1.3 0.6 24 5.8 1 1 8.8 50 5.73 0.88 74.6 83.6 19.4 0.88 629 0.4 0.5 1.1 0.3 0.9 0.1 0.2 0.5 72 5.0 1.5 2 18.1 93.6 10.1 1.1 9

14、31.4 14.7 - 3560 4.9 0.8 3.5 2.0 4.5 6.8 6.8 2.5 13 45 13 14 16 91 2.64 22 23.2 297 - - 1250 0.5 0.1 0.9 0.2 0.4 0.6 0.5 0.4 50 - 0 3 10 95 - - - - - - - 3.3 1.4 - 1.6 5.5 6.2 6.5 2.1 無機氮源和尿素、玉米漿等可被迅速利用，無機氮源和尿素、玉米漿等可被迅速利用， 為為速效氮； 蛋白質(zhì)氮則需先水解成肽和氨基酸后才能蛋白質(zhì)氮則需先水解成肽和氨基酸后才能 被吸收利用，被吸收利用， 屬屬遲效氮 氮源物質(zhì)常對培養(yǎng)液pH產(chǎn)生影

15、響 (NH4)SO4 2NH3 + H2SO4 NaNO3 + 4H2 NH3 + 2H2O + NaOH 反應(yīng)中所產(chǎn)生的反應(yīng)中所產(chǎn)生的NH3被菌體作為氮源利用后，被菌體作為氮源利用后， 培養(yǎng)液中就留下了酸性或堿性物質(zhì)。培養(yǎng)液中就留下了酸性或堿性物質(zhì)。 在常用的無機氮中，硫酸銨被菌體利用后在常用的無機氮中，硫酸銨被菌體利用后 會使培養(yǎng)液的會使培養(yǎng)液的pH下降，為下降，為生理酸性物質(zhì)； 硝酸鈉被同化時則引起培養(yǎng)液硝酸鈉被同化時則引起培養(yǎng)液pH上升，為上升，為生理 堿性物質(zhì) 無機氮源的影響： 硫酸銨硝酸銨硝酸鈉尿素 有機氮源成分復(fù)雜可以從多個方面對 發(fā)酵過程進行影響，而另一方面有機氮源 的來源具有

16、不穩(wěn)定性。所以在有機氮源選 取時和使用過程中，必須考慮原料的波動 對發(fā)酵的影響 有機氮原：有機氮原：成分復(fù)雜，除提供氮源外，有些有機氮源還提供成分復(fù)雜，除提供氮源外，有些有機氮源還提供 大量的無機大量的無機 鹽及生長因子。鹽及生長因子。 例例 玉米漿：玉米漿： 可溶性蛋白、生長因子（生物素）、苯乙酸可溶性蛋白、生長因子（生物素）、苯乙酸 較多的乳酸較多的乳酸 硫、磷、微量元素等硫、磷、微量元素等 氮源使用的一些相關(guān)問題： q 有機氮源和無機氮源應(yīng)當(dāng)混合使用有機氮源和無機氮源應(yīng)當(dāng)混合使用 早期：容易利用易同化的氮源早期：容易利用易同化的氮源無機氮源無機氮源 中期：菌體的代謝酶系已形成、則利用蛋白

17、質(zhì)中期：菌體的代謝酶系已形成、則利用蛋白質(zhì) q 有些產(chǎn)物會受氮源的誘導(dǎo)和阻遏有些產(chǎn)物會受氮源的誘導(dǎo)和阻遏 例：例： 蛋白酶的生產(chǎn)蛋白酶的生產(chǎn) q 有機氮源選取時也要考慮微生物的同化能力有機氮源選取時也要考慮微生物的同化能力 q 開發(fā)效果好、有針對性的有機氮源仍然是令人感興趣開發(fā)效果好、有針對性的有機氮源仍然是令人感興趣 的課題的課題 3、無機鹽和微量元素、無機鹽和微量元素 磷酸鹽磷酸鹽 磷是某些蛋白質(zhì)和核酸的組成成分磷是某些蛋白質(zhì)和核酸的組成成分 磷酸鹽在培養(yǎng)基中還具有緩沖作用磷酸鹽在培養(yǎng)基中還具有緩沖作用 微生物對磷的需要量一般為微生物對磷的需要量一般為0.0050.01mol/L 常用常用

18、K3PO4、 、Na2HPO4 、NaH2PO4 硫酸鎂硫酸鎂 Mg 2+是許多重要酶（如己糖磷酸化酶、異檸檬是許多重要酶（如己糖磷酸化酶、異檸檬 酸脫氫酶、羧化酶等）的激活劑酸脫氫酶、羧化酶等）的激活劑 鎂離子能提高一些氨基糖苷類抗生素產(chǎn)生菌對鎂離子能提高一些氨基糖苷類抗生素產(chǎn)生菌對 自身所產(chǎn)的抗生素的耐受能力，如卡那霉素、自身所產(chǎn)的抗生素的耐受能力，如卡那霉素、 鏈霉素、新生霉素等產(chǎn)生菌。鏈霉素、新生霉素等產(chǎn)生菌。 硫存在于細(xì)胞的蛋白質(zhì)中，是含硫氨基酸的組硫存在于細(xì)胞的蛋白質(zhì)中，是含硫氨基酸的組 成成分成成分 硫是構(gòu)成一些酶的活性基硫是構(gòu)成一些酶的活性基 硫酸鎂加入培養(yǎng)基中，在堿性條件下會

19、形成氫硫酸鎂加入培養(yǎng)基中，在堿性條件下會形成氫 氧化鎂沉淀，配料時要注意。氧化鎂沉淀，配料時要注意。 鉀鹽鉀鹽 鉀不參與細(xì)胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)的組成鉀不參與細(xì)胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)的組成 是許多酶的激活劑是許多酶的激活劑 菌體生長所需鉀量約為菌體生長所需鉀量約為0.1g/L(以以K2SO4計計) 微量元素微量元素需量微少，但又不可缺少需量微少，但又不可缺少 一般作為碳、氮源的農(nóng)副產(chǎn)物天然原料中，一般作為碳、氮源的農(nóng)副產(chǎn)物天然原料中， 本身含有，不必另加本身含有，不必另加 某些金屬離子，特別是汞離子和銅離子，具某些金屬離子，特別是汞離子和銅離子，具 有明顯的毒性有明顯的毒性 1、作用：各種不一樣、作用：各種不一樣 2

20、、來源：來源：C、N源，以鹽的形式補充源，以鹽的形式補充 3、用量：根據(jù)具體的產(chǎn)品，以實驗決定，用量：根據(jù)具體的產(chǎn)品，以實驗決定，P104 4、使用注意點使用注意點 A. 對于其它渠道有可能帶入的過多的某種無機離子和對于其它渠道有可能帶入的過多的某種無機離子和 微量元素在發(fā)酵過程中必須加以考慮微量元素在發(fā)酵過程中必須加以考慮 例：鐵離子例：鐵離子 青霉素發(fā)酵中，鐵離子的濃度要小于青霉素發(fā)酵中，鐵離子的濃度要小于20g/ml 發(fā)酵罐必須進行表面處理發(fā)酵罐必須進行表面處理 B、使用時注意鹽的形式（、使用時注意鹽的形式（pH的變化）的變化） 例例：黑曲酶黑曲酶NRRL-330,生產(chǎn)生產(chǎn)-淀粉酶，淀粉

21、酶，P對酶活的影響對酶活的影響 pH 酶活酶活 不加不加 4.25 120分鐘分鐘 加加 K2HPO4 5.45 30分鐘分鐘 加加 KH2PO4 4.62 75分鐘分鐘 4、生長因子、生長因子 概念： 微生物生長不可缺少的微量有機物質(zhì)。微生物生長不可缺少的微量有機物質(zhì)。 類別： 維生素、氨基酸、嘌呤嘧啶及其維生素、氨基酸、嘌呤嘧啶及其 衍生物衍生物 不是所有微生物都必需的，只是對于某些不是所有微生物都必需的，只是對于某些 自己不能合成這些成分的微生物才是必不可自己不能合成這些成分的微生物才是必不可 少的營養(yǎng)物質(zhì)。少的營養(yǎng)物質(zhì)。 如以糖質(zhì)原料為碳源的谷氨酸生產(chǎn)菌均為如以糖質(zhì)原料為碳源的谷氨酸生

22、產(chǎn)菌均為 生物素缺陷型，以生物素為生長因子。生物素缺陷型，以生物素為生長因子。 又如目前所使用的賴氨酸產(chǎn)生菌幾乎都是又如目前所使用的賴氨酸產(chǎn)生菌幾乎都是 谷氨酸產(chǎn)生菌的各種突變株，均為生物素缺谷氨酸產(chǎn)生菌的各種突變株，均為生物素缺 陷型，同時也是某些氨基酸如高絲氨酸的缺陷型，同時也是某些氨基酸如高絲氨酸的缺 陷型，需要生物素和某些氨基酸作為生長因陷型，需要生物素和某些氨基酸作為生長因 子子。 提供生長因子的農(nóng)副產(chǎn)品原料 1）玉米漿（ corn steep liquor, CSL） 用亞硫酸浸泡玉米而得的浸用亞硫酸浸泡玉米而得的浸 泡液的濃縮液，也是玉米淀粉泡液的濃縮液，也是玉米淀粉 生產(chǎn)的副產(chǎn)

23、品生產(chǎn)的副產(chǎn)品 雖然主要用作氮源，但它雖然主要用作氮源，但它 含有豐富的氨基酸、核酸、維含有豐富的氨基酸、核酸、維 生素、無機鹽等，常用作為提生素、無機鹽等，常用作為提 供生長因子的物質(zhì)。供生長因子的物質(zhì)。 2）麩皮水解液 可代替玉米漿，蛋白質(zhì)、氨基酸等營養(yǎng)成分可代替玉米漿，蛋白質(zhì)、氨基酸等營養(yǎng)成分 比玉米漿少。比玉米漿少。 用量一般為用量一般為1%（以干麩皮計）左右（以干麩皮計）左右 水解條件： 以干麩皮：水：以干麩皮：水：HCl=4.6:26:1配比混合，裝入水配比混合，裝入水 解鍋中以解鍋中以0.070.08MPa表壓加熱水解表壓加熱水解7080min。 a) 以干麩皮：水以干麩皮：水=

24、1：20，用鹽酸調(diào)，用鹽酸調(diào)pH值值1.0，以，以 0.25MPa表壓加熱水解表壓加熱水解20min。然后過濾取濾液。然后過濾取濾液。 3）糖蜜（molasses） 甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜均可代替玉米漿，但氨基酸等甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜均可代替玉米漿，但氨基酸等 有機氮含量較低有機氮含量較低 甘蔗糖蜜用量為甘蔗糖蜜用量為0.1%0.4% 4) 酵母 酵母膏、酵母浸出液、酵母粉酵母膏、酵母浸出液、酵母粉 5）其他牛肉膏、蛋白胨、動物心、肝等組織浸液等都含牛肉膏、蛋白胨、動物心、肝等組織浸液等都含 有豐富的生長因子有豐富的生長因子 5、水 生理功能： 1）是微生物機體的重要組成部分）是微生物機體的重要組成

25、部分 2）進行代謝反應(yīng)的介質(zhì)）進行代謝反應(yīng)的介質(zhì) 3）營養(yǎng)物、代謝物、氧氣等必須溶解于水后才能通）營養(yǎng)物、代謝物、氧氣等必須溶解于水后才能通 過細(xì)胞表面進行正常的活動；過細(xì)胞表面進行正常的活動； 4）水的比熱高，能有效吸收代謝過程中放出的熱，）水的比熱高，能有效吸收代謝過程中放出的熱， 使細(xì)胞內(nèi)溫度不致驟然上升；同時水又是熱的良導(dǎo)體，使細(xì)胞內(nèi)溫度不致驟然上升；同時水又是熱的良導(dǎo)體， 有利于散熱，可調(diào)節(jié)細(xì)胞溫度。有利于散熱，可調(diào)節(jié)細(xì)胞溫度。 對于發(fā)酵工廠來說，恒定的水源是至關(guān)重要對于發(fā)酵工廠來說，恒定的水源是至關(guān)重要 的，因為在不同水源中存在的各種因素對微生的，因為在不同水源中存在的各種因素對微

26、生 物發(fā)酵代謝影響甚大，特別是水中的礦物質(zhì)組物發(fā)酵代謝影響甚大，特別是水中的礦物質(zhì)組 成對釀酒工業(yè)和淀粉糖化影響甚大。成對釀酒工業(yè)和淀粉糖化影響甚大。 水源質(zhì)量的主要參數(shù)包括水源質(zhì)量的主要參數(shù)包括pH值、溶解氧、可值、溶解氧、可 溶性固體、污染程度以及礦物質(zhì)組成和含量。溶性固體、污染程度以及礦物質(zhì)組成和含量。 6 6、前體、前體 (precursor)(precursor) 概念： 指某些化合物加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中，能指某些化合物加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中，能 直接被微生物在生物合成過程中結(jié)合到產(chǎn)物直接被微生物在生物合成過程中結(jié)合到產(chǎn)物 分子中去，而其自身的結(jié)構(gòu)并沒有多大變化，分子中去，而其自身的結(jié)構(gòu)并

27、沒有多大變化， 但是產(chǎn)物的產(chǎn)量卻因加入前體而又較大的提但是產(chǎn)物的產(chǎn)量卻因加入前體而又較大的提 高高。 發(fā)現(xiàn)： 最早是從青霉素的生產(chǎn)中被發(fā)現(xiàn)的。最早是從青霉素的生產(chǎn)中被發(fā)現(xiàn)的。 加入玉米漿后，青霉素單位可從加入玉米漿后，青霉素單位可從20U/ml增加增加 到到100U/ml； 玉米漿中含有苯乙胺，它能被優(yōu)先合成到青玉米漿中含有苯乙胺，它能被優(yōu)先合成到青 霉素分子中，從而提高青霉素霉素分子中，從而提高青霉素G的產(chǎn)量。的產(chǎn)量。 青霉素：分子量青霉素：分子量356 苯乙酸苯乙酸:分子量分子量136 作用作用：前體有助于提高產(chǎn)量和組份：前體有助于提高產(chǎn)量和組份 用量用量：前體的用量可以按分子量衡算，具體

28、使用有個轉(zhuǎn)化：前體的用量可以按分子量衡算，具體使用有個轉(zhuǎn)化 率的問題率的問題 用法用法：前體使用時普遍采用流加的方法：前體使用時普遍采用流加的方法 前體一般都有毒性，濃度過大對菌體的生長不利前體一般都有毒性，濃度過大對菌體的生長不利 苯乙酸，一般基礎(chǔ)料中僅僅添加苯乙酸，一般基礎(chǔ)料中僅僅添加0.07% 前體相對價格較高，添加過多，容易引起揮發(fā)和氧化，前體相對價格較高，添加過多，容易引起揮發(fā)和氧化， 流加也有利于提高前提的轉(zhuǎn)化率流加也有利于提高前提的轉(zhuǎn)化率 產(chǎn)品前體 青霉素青霉素G G 青霉素青霉素V V 金霉素金霉素 灰黃霉素灰黃霉素 紅霉素紅霉素 核黃素核黃素 類胡蘿卜素類胡蘿卜素 L-L-異

29、亮氨酸異亮氨酸 L-色氨酸 L-絲氨酸 苯乙酸及其衍生物苯乙酸及其衍生物 苯氧乙酸苯氧乙酸 氯化物氯化物 氯化物氯化物 正丙醇正丙醇 丙酸鹽丙酸鹽 - -紫羅酮紫羅酮 - -氨基丁酸氨基丁酸 鄰氨基苯甲酸鄰氨基苯甲酸 甘氨酸甘氨酸 7、促進劑和抑制劑 (1)、促進劑： 促進劑是指那些非細(xì)胞生長所必需的營養(yǎng)促進劑是指那些非細(xì)胞生長所必需的營養(yǎng) 物，又非前體，但加入后卻能提高產(chǎn)量的添加物，又非前體，但加入后卻能提高產(chǎn)量的添加 劑。劑。 促進劑促進劑不是前體或營養(yǎng)物不是前體或營養(yǎng)物 可影響正常代謝，或促進中間代謝產(chǎn)物的可影響正常代謝，或促進中間代謝產(chǎn)物的 積累，或提高次級代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量積累，或提高次

30、級代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量 例如例如 巴比妥可增加鏈霉素產(chǎn)生菌的抗自溶能力，巴比妥可增加鏈霉素產(chǎn)生菌的抗自溶能力， 推遲自溶時間，增加鏈霉素積累。推遲自溶時間，增加鏈霉素積累。 谷氨酸棒桿菌生產(chǎn)賴氨酸時，加入紅霉素谷氨酸棒桿菌生產(chǎn)賴氨酸時，加入紅霉素 可提高產(chǎn)量可提高產(chǎn)量25%以上。以上。 添加劑酶微生物酶活力增加倍數(shù) Tween (0.1%) 大豆酒精提取物（2%） 植酸質(zhì)（0.01%-0.3%) 洗凈劑LS (0.1%) 聚乙烯醇 苯乙醇(0.05%) 醋酸+ 維生素 纖維素酶 蔗糖酶 -葡聚糖酶 木聚糖酶 淀粉酶 脂酶 右旋糖酐酶 普魯蘭酶 蛋白酶 脂肪酶 蛋白酶 蛋白酶 糖化酶 纖維素酶 纖維素

31、酶 許多真菌 許多真菌 許多真菌 許多真菌 許多真菌 許多真菌 繩狀青霉 產(chǎn)氣桿菌 米曲霉 泡盛曲霉 曲霉、桔青霉等 棲土曲霉 筋狀擬內(nèi)胞霉 真菌 綠色毛霉 20 16 10 4 4 6 20 1.5 2.87 2.50 2-4 1.6 1.2 4.4 2 各種促進劑對產(chǎn)酶的促進作用 促進劑提高產(chǎn)量的機制還不完全清楚，其原因是促進劑提高產(chǎn)量的機制還不完全清楚，其原因是 多方面的多方面的。 各種促進劑的效果除受菌種、菌齡的影響外，還與各種促進劑的效果除受菌種、菌齡的影響外，還與 所用的培養(yǎng)基組成有關(guān)，即使是同一種促進劑，用同所用的培養(yǎng)基組成有關(guān)，即使是同一種促進劑，用同 一菌株，生產(chǎn)同一產(chǎn)物，在

32、使用不同的培養(yǎng)基時效果一菌株，生產(chǎn)同一產(chǎn)物，在使用不同的培養(yǎng)基時效果 也會不一樣。也會不一樣。 如在酶制劑生產(chǎn)中，有些促進劑本身是酶的誘導(dǎo)物；如在酶制劑生產(chǎn)中，有些促進劑本身是酶的誘導(dǎo)物； 有些促進劑是表面活性劑，可改善細(xì)胞的透性，改善有些促進劑是表面活性劑，可改善細(xì)胞的透性，改善 細(xì)胞與氧的接觸從而促進酶的分泌與生產(chǎn)，也有人認(rèn)細(xì)胞與氧的接觸從而促進酶的分泌與生產(chǎn)，也有人認(rèn) 為表面活性劑對酶的表面失活有保護作用；有些促進為表面活性劑對酶的表面失活有保護作用；有些促進 劑的作用是沉淀或鰲合有害的金屬離子。劑的作用是沉淀或鰲合有害的金屬離子。 (2)、抑制劑 抑制某些代謝途徑的進行，同時刺激另一抑

33、制某些代謝途徑的進行，同時刺激另一 代謝途徑，以致可以改變微生物的代謝途徑。代謝途徑，以致可以改變微生物的代謝途徑。 如酵母厭氧發(fā)酵中加入亞硫酸鹽或堿類，如酵母厭氧發(fā)酵中加入亞硫酸鹽或堿類， 可以使酒精發(fā)酵受到抑制，而轉(zhuǎn)入甘油可以使酒精發(fā)酵受到抑制，而轉(zhuǎn)入甘油 發(fā)酵發(fā)酵 產(chǎn)物被抑制的產(chǎn)物抑制劑 鏈霉素鏈霉素 去甲鏈霉素去甲鏈霉素 四環(huán)素四環(huán)素 去甲金霉素去甲金霉素 頭孢霉素頭孢霉素C C 利福霉素利福霉素B B 甘露糖鏈霉素甘露糖鏈霉素 鏈霉素鏈霉素 金霉素金霉素 金霉素金霉素 頭孢霉素頭孢霉素N N 其他利福霉素其他利福霉素 甘露聚糖甘露聚糖 乙硫氨酸乙硫氨酸 溴化物、硫脲溴化物、硫脲 硫磺

34、化合物、乙硫氨酸硫磺化合物、乙硫氨酸 L-L-蛋氨酸蛋氨酸 巴比妥藥物巴比妥藥物 某些代謝產(chǎn)物的抑制劑 二二 培養(yǎng)基的種類培養(yǎng)基的種類 1 1、按培養(yǎng)基成分、按培養(yǎng)基成分 1 1）合成培養(yǎng)基）合成培養(yǎng)基 所用原料的化學(xué)成分明確、穩(wěn)定所用原料的化學(xué)成分明確、穩(wěn)定 如葡萄糖、硫酸銨如葡萄糖、硫酸銨 適于研究菌種基本代謝和過程的物質(zhì)變化等科研工作；適于研究菌種基本代謝和過程的物質(zhì)變化等科研工作； 在生產(chǎn)某些疫苗的過程中，為了防止異性蛋白質(zhì)等雜質(zhì)摻在生產(chǎn)某些疫苗的過程中，為了防止異性蛋白質(zhì)等雜質(zhì)摻 入，也常用合成培養(yǎng)基；入，也常用合成培養(yǎng)基； 營養(yǎng)單一、價格較高，不適于大規(guī)模生產(chǎn)營養(yǎng)單一、價格較高，不

35、適于大規(guī)模生產(chǎn) 2 2）天然培養(yǎng)基）天然培養(yǎng)基 原料是一些天然動、植物產(chǎn)品原料是一些天然動、植物產(chǎn)品 如花生餅粉、蛋白胨等如花生餅粉、蛋白胨等 來源廣泛（大多為農(nóng)副產(chǎn)品）、營養(yǎng)豐富、價格低廉、來源廣泛（大多為農(nóng)副產(chǎn)品）、營養(yǎng)豐富、價格低廉、 適于工業(yè)化生產(chǎn)適于工業(yè)化生產(chǎn) 一般不需要另加微量元素、維生素等物質(zhì)一般不需要另加微量元素、維生素等物質(zhì) 由于成分復(fù)雜，不易重復(fù)，如對原料質(zhì)量等方面不加由于成分復(fù)雜，不易重復(fù)，如對原料質(zhì)量等方面不加 控制會影響生產(chǎn)穩(wěn)定性控制會影響生產(chǎn)穩(wěn)定性 2 2、按物理狀態(tài)分、按物理狀態(tài)分 1 1）固體）固體 適于菌種和孢子的培養(yǎng)與保存，也廣泛應(yīng)用于有子實適于菌種和孢子的

36、培養(yǎng)與保存，也廣泛應(yīng)用于有子實 體的真菌類，如香菇、白木耳等的生產(chǎn)；體的真菌類，如香菇、白木耳等的生產(chǎn)； 近年來由于機械化程度的提高，在發(fā)酵工業(yè)上又開始近年來由于機械化程度的提高，在發(fā)酵工業(yè)上又開始 應(yīng)用固體培養(yǎng)基進行大規(guī)模生產(chǎn)，其組分常用麩皮、大應(yīng)用固體培養(yǎng)基進行大規(guī)模生產(chǎn)，其組分常用麩皮、大 米、小米、木屑、禾殼等。米、小米、木屑、禾殼等。 2 2）半固體）半固體 瓊脂瓊脂0.5%-0.8% 主用于鑒定細(xì)菌、觀察細(xì)菌運動特征及噬菌體的效價測主用于鑒定細(xì)菌、觀察細(xì)菌運動特征及噬菌體的效價測 定等定等 3 3）液體）液體 發(fā)酵工業(yè)大規(guī)模使用的培養(yǎng)基發(fā)酵工業(yè)大規(guī)模使用的培養(yǎng)基 3 3、按用途分、

37、按用途分 基礎(chǔ)培養(yǎng)基基礎(chǔ)培養(yǎng)基 富集培養(yǎng)基富集培養(yǎng)基 選擇培養(yǎng)基選擇培養(yǎng)基 鑒別培養(yǎng)基鑒別培養(yǎng)基 孢子培養(yǎng)基孢子培養(yǎng)基 種子培養(yǎng)基種子培養(yǎng)基 發(fā)酵培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基 供菌種繁殖孢子的培養(yǎng)基，常用固供菌種繁殖孢子的培養(yǎng)基，常用固 體培養(yǎng)基。體培養(yǎng)基。 1 1）孢子培養(yǎng)基）孢子培養(yǎng)基 孢子培養(yǎng)基基本要求：孢子培養(yǎng)基基本要求： 配制時需注意：配制時需注意： A A）營養(yǎng)不要太豐富（特別是有機氮源），否則不）營養(yǎng)不要太豐富（特別是有機氮源），否則不 易產(chǎn)孢子。易產(chǎn)孢子。 如灰色鏈霉菌在葡萄糖如灰色鏈霉菌在葡萄糖-硝酸鹽硝酸鹽-其他鹽的培養(yǎng)基上其他鹽的培養(yǎng)基上 都能很好地生長和產(chǎn)生孢子，但若加入都能很好地

38、生長和產(chǎn)生孢子，但若加入0.5%酵母膏酵母膏 或酪蛋白后，就只長菌體而不產(chǎn)孢子或酪蛋白后，就只長菌體而不產(chǎn)孢子 B B）所用無機鹽的濃度要適量，否則會影響孢子量）所用無機鹽的濃度要適量，否則會影響孢子量 和孢子顏色。和孢子顏色。 C C）注意）注意pHpH和培養(yǎng)基的濕度。和培養(yǎng)基的濕度。 基本要求是能使菌體迅速生長，產(chǎn)生較多基本要求是能使菌體迅速生長，產(chǎn)生較多 優(yōu)質(zhì)孢子，且不易引起菌種發(fā)生變異。優(yōu)質(zhì)孢子，且不易引起菌種發(fā)生變異。 常用孢子培養(yǎng)基：常用孢子培養(yǎng)基： 麩皮培養(yǎng)基麩皮培養(yǎng)基 小米培養(yǎng)基小米培養(yǎng)基 大米培養(yǎng)基大米培養(yǎng)基 玉米碎屑培養(yǎng)基玉米碎屑培養(yǎng)基 用葡萄糖、蛋白胨、牛肉膏和食鹽等配制

39、用葡萄糖、蛋白胨、牛肉膏和食鹽等配制 的瓊脂斜面培養(yǎng)基的瓊脂斜面培養(yǎng)基 大米和小米常用作霉菌孢子培養(yǎng)基，因為 它們含氮量少、疏松、表面積大，是良好 的孢子培養(yǎng)基。 2 2）種子培養(yǎng)）種子培養(yǎng) 基基 供孢子發(fā)芽、生長和菌體繁殖的培供孢子發(fā)芽、生長和菌體繁殖的培 養(yǎng)基。養(yǎng)基。 營養(yǎng)要求比較豐富和完全，氮源和維生素的含量營養(yǎng)要求比較豐富和完全，氮源和維生素的含量 也要高些，但總濃度以略稀薄為好，這樣可達較高也要高些，但總濃度以略稀薄為好，這樣可達較高 的溶解氧，供大量菌體生長和繁殖。的溶解氧，供大量菌體生長和繁殖。 種子培養(yǎng)基的成分要考慮在代謝過程中能維持穩(wěn)種子培養(yǎng)基的成分要考慮在代謝過程中能維持穩(wěn)

40、 定的定的pHpH，其成分還要根據(jù)不同菌種的主要特征而定。，其成分還要根據(jù)不同菌種的主要特征而定。 一般種子培養(yǎng)基都用營養(yǎng)豐富而完全的天然有機一般種子培養(yǎng)基都用營養(yǎng)豐富而完全的天然有機 氮源，因為有些氨基酸能刺激孢子發(fā)芽。但無機氮源氮源，因為有些氨基酸能刺激孢子發(fā)芽。但無機氮源 容易利用，有利菌體的迅速生長，所以在種子培養(yǎng)基容易利用，有利菌體的迅速生長，所以在種子培養(yǎng)基 中常包括有機氮源和無機氮源。中常包括有機氮源和無機氮源。 最后一級的種子培養(yǎng)基的成分最好能較接近于發(fā)最后一級的種子培養(yǎng)基的成分最好能較接近于發(fā) 酵培養(yǎng)基，這樣可使種子進入發(fā)酵培養(yǎng)基后能迅速適酵培養(yǎng)基，這樣可使種子進入發(fā)酵培養(yǎng)基

41、后能迅速適 應(yīng)，快速生長。應(yīng)，快速生長。 3 3）發(fā)酵培養(yǎng)基）發(fā)酵培養(yǎng)基 既要使種子接入后能迅速生長，達到一定的菌體既要使種子接入后能迅速生長，達到一定的菌體 濃度，又要使長好的菌體能迅速合成所需產(chǎn)物。因濃度，又要使長好的菌體能迅速合成所需產(chǎn)物。因 此，發(fā)酵培養(yǎng)基的組成除有菌體生長所必需的元素此，發(fā)酵培養(yǎng)基的組成除有菌體生長所必需的元素 和化合物外，還要有合成產(chǎn)物所需的特定元素、前和化合物外，還要有合成產(chǎn)物所需的特定元素、前 體和促進劑等。體和促進劑等。 供菌體生長、繁殖和合成大量代謝產(chǎn)物供菌體生長、繁殖和合成大量代謝產(chǎn)物 用的培養(yǎng)基。用的培養(yǎng)基。 但若因生長和合成產(chǎn)物所需的總的碳源、氮源和但

42、若因生長和合成產(chǎn)物所需的總的碳源、氮源和 其他營養(yǎng)物質(zhì)總的濃度太高，或生長和合成產(chǎn)物兩個其他營養(yǎng)物質(zhì)總的濃度太高，或生長和合成產(chǎn)物兩個 階段各需的最佳條件有求不同時，則可考慮培養(yǎng)基用階段各需的最佳條件有求不同時，則可考慮培養(yǎng)基用 分批補料工藝來加以滿足。分批補料工藝來加以滿足。 三三 培養(yǎng)基的設(shè)計培養(yǎng)基的設(shè)計 目前還不能完全從生化反應(yīng)的基本原理來推斷和計算目前還不能完全從生化反應(yīng)的基本原理來推斷和計算 出適合某一菌種的培養(yǎng)基配方，只能用生物化學(xué)、細(xì)胞生出適合某一菌種的培養(yǎng)基配方，只能用生物化學(xué)、細(xì)胞生 物學(xué)、微生物學(xué)等的基本理論，參照前人所使用的較適合物學(xué)、微生物學(xué)等的基本理論，參照前人所使用

43、的較適合 某一類菌種的經(jīng)驗配方，再結(jié)合所用菌種和產(chǎn)品的特性，某一類菌種的經(jīng)驗配方，再結(jié)合所用菌種和產(chǎn)品的特性， 采用搖瓶、玻璃罐等小型發(fā)酵設(shè)備，按照一定的實驗設(shè)計采用搖瓶、玻璃罐等小型發(fā)酵設(shè)備，按照一定的實驗設(shè)計 和實驗方法選擇出較為適合的培養(yǎng)基。和實驗方法選擇出較為適合的培養(yǎng)基。 一、培養(yǎng)基成分選擇的原則一、培養(yǎng)基成分選擇的原則 一般只有小分子能夠通過細(xì)胞膜進入細(xì)胞內(nèi)進行代一般只有小分子能夠通過細(xì)胞膜進入細(xì)胞內(nèi)進行代 謝；謝； 微生物能夠利用復(fù)雜的大分子是由于分泌各種水解微生物能夠利用復(fù)雜的大分子是由于分泌各種水解 酶，在體外將大分子水解為微生物能直接利用的小分酶，在體外將大分子水解為微生物

44、能直接利用的小分 子子; ; 微生物來源和種類不同，所分泌的水解酶系不同；微生物來源和種類不同，所分泌的水解酶系不同； 有的微生物由于水解酶系的缺乏，只能利用簡單物有的微生物由于水解酶系的缺乏，只能利用簡單物 質(zhì)；質(zhì)； 在考慮某一菌種對培養(yǎng)基的總體要求時，在成分選在考慮某一菌種對培養(yǎng)基的總體要求時，在成分選 擇時應(yīng)注意以下幾方面的問題：擇時應(yīng)注意以下幾方面的問題： 1 1、菌體的同化能力、菌體的同化能力 在碳源和氮源的選取時特別要注意，許多碳源和氮在碳源和氮源的選取時特別要注意，許多碳源和氮 源都是復(fù)雜的有機大分子，如淀粉、黃豆餅粉等；用源都是復(fù)雜的有機大分子，如淀粉、黃豆餅粉等；用 這類原料

45、，微生物須具備分泌胞外淀粉酶和蛋白酶。這類原料，微生物須具備分泌胞外淀粉酶和蛋白酶。 培養(yǎng)培養(yǎng)不能分泌淀粉酶的菌株，可先將淀粉糖化不能分泌淀粉酶的菌株，可先將淀粉糖化 有些微生物，如大多數(shù)氨基酸產(chǎn)生菌，缺乏蛋白有些微生物，如大多數(shù)氨基酸產(chǎn)生菌，缺乏蛋白 水解酶，可先將有機氮源水解水解酶，可先將有機氮源水解 豆餅水解液制備方法 ： 豆餅粉（豆餅粉（100kg100kg） + + 水水 (133kg) + (133kg) + 鹽酸，調(diào)鹽酸，調(diào)pH1.0pH1.0以下，以下， 100C100C，常壓水解，常壓水解16h16h，或，或0.25-0.3MPa0.25-0.3MPa壓力水解壓力水解6h6h

46、，也，也 可用硫酸水解，用氨中和?？捎昧蛩崴?，用氨中和。 培養(yǎng)基成分選擇的原則培養(yǎng)基成分選擇的原則(continued) 酶制劑的生產(chǎn)，也應(yīng)考慮碳源的分解代謝阻遏的影響，對于酶制劑的生產(chǎn)，也應(yīng)考慮碳源的分解代謝阻遏的影響，對于 許多誘導(dǎo)酶來說，易被利用的碳源（如葡萄糖或果糖）不利許多誘導(dǎo)酶來說，易被利用的碳源（如葡萄糖或果糖）不利 于產(chǎn)酶。于產(chǎn)酶。 培養(yǎng)基成分選擇的原則培養(yǎng)基成分選擇的原則(continued) 2 2、代謝的阻遏和誘導(dǎo)、代謝的阻遏和誘導(dǎo) 根據(jù)微生物的特性和培養(yǎng)目的，注意快速利用的碳根據(jù)微生物的特性和培養(yǎng)目的，注意快速利用的碳 （氮）源和慢速利用的碳（氮）源的配合，發(fā)揮各自（

47、氮）源和慢速利用的碳（氮）源的配合，發(fā)揮各自 優(yōu)勢，避其所短。優(yōu)勢，避其所短。 菌體利用葡萄糖時產(chǎn)生的分解代謝物可能阻遏或抑菌體利用葡萄糖時產(chǎn)生的分解代謝物可能阻遏或抑 制某些產(chǎn)物合成所需的酶系的形成或酶的活性（葡制某些產(chǎn)物合成所需的酶系的形成或酶的活性（葡 萄糖效應(yīng)）；在抗生素發(fā)酵時，種子培養(yǎng)基所含的萄糖效應(yīng)）；在抗生素發(fā)酵時，種子培養(yǎng)基所含的 快速利用碳源和氮源往往比發(fā)酵培養(yǎng)基多；有時需快速利用碳源和氮源往往比發(fā)酵培養(yǎng)基多；有時需 考慮分批補料或連續(xù)補料?？紤]分批補料或連續(xù)補料。 有些產(chǎn)物會受氮源的誘導(dǎo)與阻遏，如通常蛋白酶的生有些產(chǎn)物會受氮源的誘導(dǎo)與阻遏，如通常蛋白酶的生 產(chǎn)受培養(yǎng)基中蛋白

48、質(zhì)或多肽的誘導(dǎo)，而受銨鹽、硝酸產(chǎn)受培養(yǎng)基中蛋白質(zhì)或多肽的誘導(dǎo)，而受銨鹽、硝酸 鹽、氨基酸的阻遏，應(yīng)考慮氮源以有機氮源（如蛋白鹽、氨基酸的阻遏，應(yīng)考慮氮源以有機氮源（如蛋白 質(zhì)）為主。質(zhì)）為主。 不同生長階段，對碳氮比的最適要求可能不同。一般來講，不同生長階段，對碳氮比的最適要求可能不同。一般來講， 因為碳源既作為碳架參與菌體和產(chǎn)物的合成，又作為生命過因為碳源既作為碳架參與菌體和產(chǎn)物的合成，又作為生命過 程中的能源，故比例要求比氮源高。程中的能源，故比例要求比氮源高。 一般工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基的碳氮比為一般工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基的碳氮比為100:100:(0.2-2.0(0.2-2.0）; ;但在谷氨酸發(fā)但在

49、谷氨酸發(fā) 酵中因產(chǎn)物含氮量較高，所以氮源比例相對高些，一般取酵中因產(chǎn)物含氮量較高，所以氮源比例相對高些，一般取 100:100:(15-20(15-20）。如碳氮比為）。如碳氮比為100:100:(0.5-2.0(0.5-2.0），則只長菌體而不合），則只長菌體而不合 成谷氨酸。成谷氨酸。 培養(yǎng)基成分選擇的原則培養(yǎng)基成分選擇的原則(continued) 3 3、合適的碳氮比、合適的碳氮比 碳氮比對生長繁殖以及產(chǎn)物合成的影響極其顯碳氮比對生長繁殖以及產(chǎn)物合成的影響極其顯 著著 氮源過多，會使菌體生長過旺，氮源過多，會使菌體生長過旺，pHpH偏高，不利偏高，不利 代謝產(chǎn)物的積累；氮源不足，則菌體繁

50、殖量少，代謝產(chǎn)物的積累；氮源不足，則菌體繁殖量少， 從而影響產(chǎn)量；從而影響產(chǎn)量； 碳源過多則易形成較低的碳源過多則易形成較低的pHpH；碳源不足則容易；碳源不足則容易 引起菌體的衰老和自溶。引起菌體的衰老和自溶。 碳氮比也隨碳源及氮源的種類以及通氣攪拌等條件碳氮比也隨碳源及氮源的種類以及通氣攪拌等條件 而異。而異。 pH pH是微生物生長和代謝的極為重要的環(huán)境因子；是微生物生長和代謝的極為重要的環(huán)境因子； 微生物在利用營養(yǎng)物質(zhì)后，由于酸堿物質(zhì)的積累或微生物在利用營養(yǎng)物質(zhì)后，由于酸堿物質(zhì)的積累或 代謝酸堿物質(zhì)的形成，會造成培養(yǎng)體系中代謝酸堿物質(zhì)的形成，會造成培養(yǎng)體系中pHpH的波動；的波動； 發(fā)

51、酵過程中調(diào)節(jié)發(fā)酵過程中調(diào)節(jié)pHpH的方式一般不主張直接用酸堿來的方式一般不主張直接用酸堿來 調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)； 要保證發(fā)酵過程中要保證發(fā)酵過程中pHpH能滿足工藝的要求，合理配制能滿足工藝的要求，合理配制 培養(yǎng)基是決定因素，因而在配制培養(yǎng)基選取營養(yǎng)成分培養(yǎng)基是決定因素，因而在配制培養(yǎng)基選取營養(yǎng)成分 時，除了考慮營養(yǎng)需求外，也要考慮其代謝后對培養(yǎng)時，除了考慮營養(yǎng)需求外，也要考慮其代謝后對培養(yǎng) 體系體系pHpH緩沖能力的影響。緩沖能力的影響。 培養(yǎng)基成分選擇的原則培養(yǎng)基成分選擇的原則(continued) 4 4、pHpH的要求的要求 二、培養(yǎng)基的優(yōu)化二、培養(yǎng)基的優(yōu)化 選擇培養(yǎng)基成分，設(shè)計培養(yǎng)基配方，雖

52、然有一些理選擇培養(yǎng)基成分，設(shè)計培養(yǎng)基配方，雖然有一些理 論依據(jù)，但最終的確定是通過實驗的方法獲得的。論依據(jù)，但最終的確定是通過實驗的方法獲得的。 培養(yǎng)基設(shè)計與優(yōu)化的大致步驟：培養(yǎng)基設(shè)計與優(yōu)化的大致步驟： 1 1）根據(jù)前人的經(jīng)驗和培養(yǎng)基配制的基本理論，）根據(jù)前人的經(jīng)驗和培養(yǎng)基配制的基本理論， 初步確定可能的成分；初步確定可能的成分； 2 2）通過單因子實驗確定最為適宜的培養(yǎng)基成分；）通過單因子實驗確定最為適宜的培養(yǎng)基成分； 3 3）通過多因子實驗確定各成分的最適濃度）通過多因子實驗確定各成分的最適濃度 類胡蘿卜素高產(chǎn)菌類胡蘿卜素高產(chǎn)菌Y11Y11的培養(yǎng)基的優(yōu)化的培養(yǎng)基的優(yōu)化 郭秒郭秒, ,食品與

53、工業(yè)發(fā)酵，食品與工業(yè)發(fā)酵，20042004 類胡蘿卜素的作用：色素、營養(yǎng)保健類胡蘿卜素的作用：色素、營養(yǎng)保健 原培養(yǎng)基原培養(yǎng)基: : 初步確定可能的培養(yǎng)基成分(以碳源為例) 通過單因子實驗確定適宜的培養(yǎng)基成分通過單因子實驗確定適宜的培養(yǎng)基成分(以碳源為例以碳源為例) 考慮到成本：乙酸鈉是較為合適的碳源 進一步：乙酸鈉的濃度2%比較好 結(jié)果： 碳源：乙酸鈉 0. 2% 氮源：氯化銨 0.2% 酵母膏0.03% 無機鹽: 復(fù)合無機鹽0.05% 正交設(shè)計確定優(yōu)化的配方 改進后培養(yǎng)基的發(fā)酵結(jié)果改進后培養(yǎng)基的發(fā)酵結(jié)果 改進后培養(yǎng)基 原培養(yǎng)基 搖瓶水平到反應(yīng)器水平的優(yōu)化配方搖瓶水平到反應(yīng)器水平的優(yōu)化配方 搖瓶、反應(yīng)器培養(yǎng)基研究的兩個層次搖瓶、反應(yīng)器培養(yǎng)基研究的兩個層次 q 搖瓶搖瓶培養(yǎng)基設(shè)計的第一步培養(yǎng)基設(shè)計的第一步 q 反應(yīng)器反應(yīng)器最終的優(yōu)化的基礎(chǔ)配方最終的優(yōu)化的基礎(chǔ)配方 例：青霉素發(fā)酵青霉素發(fā)酵 發(fā)酵