第三章_培養(yǎng)基設計-3

1、v大綱要求：大綱要求：v掌握培養(yǎng)基的主要營養(yǎng)成分及其作用。掌握培養(yǎng)基的主要營養(yǎng)成分及其作用。v了解培養(yǎng)基的主要類型及其特征。了解培養(yǎng)基的主要類型及其特征。v掌握培養(yǎng)基配方設計的一般思路。掌握培養(yǎng)基配方設計的一般思路。 第三章第三章 工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基設計工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基設計能力培養(yǎng) 能正確選擇工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基的材料；能正確選擇工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基的材料；v能配制適合不同發(fā)酵階段需要的培養(yǎng)基。能配制適合不同發(fā)酵階段需要的培養(yǎng)基。 第三章第三章 工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基第一節(jié)第一節(jié) 培養(yǎng)基的要求及成分來源培養(yǎng)基的要求及成分來源第二節(jié)第二節(jié) 培養(yǎng)基類型培養(yǎng)基類型第三節(jié)第三節(jié) 培養(yǎng)基的設計原理和優(yōu)化方法培養(yǎng)基的

2、設計原理和優(yōu)化方法* 培養(yǎng)基培養(yǎng)基：廣義上講培養(yǎng)基是指一切廣義上講培養(yǎng)基是指一切可供微生物細胞生長可供微生物細胞生長 繁殖所需的一組營繁殖所需的一組營養(yǎng)物質(zhì)和原料。養(yǎng)物質(zhì)和原料。 同時培養(yǎng)基也為微生物培養(yǎng)提供除營同時培養(yǎng)基也為微生物培養(yǎng)提供除營養(yǎng)外的其它所必須的條件。養(yǎng)外的其它所必須的條件。 發(fā)酵培養(yǎng)基的作用：發(fā)酵培養(yǎng)基的作用： 滿足菌體的生長滿足菌體的生長 促進產(chǎn)物的形成促進產(chǎn)物的形成 第一節(jié)第一節(jié) 培養(yǎng)基的要求及成分來源培養(yǎng)基的要求及成分來源一、一、設計工業(yè)發(fā)酵的培養(yǎng)基應遵循原則設計工業(yè)發(fā)酵的培養(yǎng)基應遵循原則* * * * 1、必須提供合成微生物細胞和發(fā)酵產(chǎn)物的基、必須提供合成微生物細胞和

3、發(fā)酵產(chǎn)物的基本成分；本成分；2、有利于減少培養(yǎng)基原料的單耗，即提高單、有利于減少培養(yǎng)基原料的單耗，即提高單位營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)換率。位營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)換率。3、有利于提高產(chǎn)物的濃度，以提高單位容積、有利于提高產(chǎn)物的濃度，以提高單位容積發(fā)酵罐的生產(chǎn)能力。發(fā)酵罐的生產(chǎn)能力。4、有利于提高產(chǎn)物的合成速度，縮短發(fā)酵周、有利于提高產(chǎn)物的合成速度，縮短發(fā)酵周期。期。5、盡量減少副產(chǎn)物的形成，便于產(chǎn)物分離純化。、盡量減少副產(chǎn)物的形成，便于產(chǎn)物分離純化。6、原料價格低廉，質(zhì)量穩(wěn)定，取材容易。、原料價格低廉，質(zhì)量穩(wěn)定，取材容易。7、所用的原料盡可能減少對發(fā)酵過程中的通氣攪、所用的原料盡可能減少對發(fā)酵過程中的通氣攪拌的影響

4、，利于提高氧的利用率。降低能耗。拌的影響，利于提高氧的利用率。降低能耗。8、有利于產(chǎn)品的分離純化，并盡可能減少、有利于產(chǎn)品的分離純化，并盡可能減少“三廢三廢”物質(zhì)。物質(zhì)。二、二、培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分1、碳源碳源 構(gòu)成菌體細胞和代謝產(chǎn)物的構(gòu)成菌體細胞和代謝產(chǎn)物的主要元主要元素素，提供生物生命活動中所需，提供生物生命活動中所需能源能源的原的原料。料。 糖類、油脂、有機酸、低碳醇和碳氫糖類、油脂、有機酸、低碳醇和碳氫化合物?；衔?。v速效碳速效碳(葡萄糖葡萄糖)：迅速利用的碳源，有利于菌體的生長。但對許迅速利用的碳源，有利于菌體的生長。但對許多產(chǎn)物合成有阻遏作用。多產(chǎn)物合成有阻遏作用。v

5、緩效碳（糊精）：緩效碳（糊精）：多數(shù)有利于產(chǎn)物的形成。多數(shù)有利于產(chǎn)物的形成。* * * * 邊糖化邊發(fā)酵工藝原理及應用。邊糖化邊發(fā)酵工藝原理及應用。工業(yè)上常用的糖類工業(yè)上常用的糖類 葡萄糖葡萄糖 所有的微生物都能利用葡萄糖所有的微生物都能利用葡萄糖 但是過量使用往往會引起但是過量使用往往會引起 “ 葡葡萄糖效應萄糖效應”q 葡萄糖過多，會引起葡萄糖效應過多，會引起葡萄糖效應* 即會過分地加速菌體的呼吸，使培養(yǎng)基中的溶即會過分地加速菌體的呼吸，使培養(yǎng)基中的溶解氧供不應求，使一些中間代謝產(chǎn)物（如丙酮解氧供不應求，使一些中間代謝產(chǎn)物（如丙酮酸、乳酸、乙酸等）不能完全氧化而積累在菌酸、乳酸、乙酸等）不

6、能完全氧化而積累在菌體內(nèi)或培養(yǎng)基中，導致體內(nèi)或培養(yǎng)基中，導致pH下降，影響某些酶下降，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。的活性，從而抑制微生物的生長和產(chǎn)物的合成。 糖蜜糖蜜 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%。一般糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜葡萄糖蜜一般糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜葡萄糖蜜。不同的制糖工藝生產(chǎn)的糖液質(zhì)量差別很大不同的制糖工藝生產(chǎn)的糖液質(zhì)量差別很大%100(%)(%)DE干物質(zhì)含量還原糖含量值%100(%)(%)DX干物質(zhì)含量葡萄糖含量值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

7、有較多的雜質(zhì)，其中有些是有用的，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，需要進行但是許多都會對發(fā)酵產(chǎn)生不利的影響，需要進行預處理。預處理。例：谷氨酸發(fā)酵例：谷氨酸發(fā)酵有害物質(zhì)：膠體成分（起泡、結(jié)晶）、鈣鹽有害物質(zhì)：膠體成分（起泡、結(jié)晶）、鈣鹽（結(jié)晶）生物素（發(fā)酵控制）（結(jié)晶）生物素（發(fā)酵控制）預處理：澄清預處理：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（導致異檸檬酸的生成）有害物質(zhì)：鐵離子含量高（導致異檸檬酸的生成）可用亞鐵氰化鉀，除鐵可用亞鐵氰化鉀，除鐵。 淀粉、糊精淀粉、糊精使用條件：微生物必須能分泌水解淀粉、

8、使用條件：微生物必須能分泌水解淀粉、 糊精的酶類。糊精的酶類。缺點：難利用、發(fā)酵液比較稠、一般缺點：難利用、發(fā)酵液比較稠、一般2.0%時加入一定的時加入一定的-淀粉酶成分比較淀粉酶成分比較復雜，有直鏈淀粉和支鏈淀粉等等。復雜，有直鏈淀粉和支鏈淀粉等等。優(yōu)點：來源廣泛、價格低優(yōu)點：來源廣泛、價格低 難利用，可以解除葡萄糖效應難利用，可以解除葡萄糖效應。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 細胞量細胞量 -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 、醇類

9、：醇類： 甘露醇、甘油、低濃度的乙醇。甘露醇、甘油、低濃度的乙醇。 、脂肪酸脂肪酸： 甲酸、乙酸、丙酸、丁酸。甲酸、乙酸、丙酸、丁酸。 油酸和亞油酸油酸和亞油酸 、正烷烴：正烷烴：14C至至18C的直鏈烷烴混合物。的直鏈烷烴混合物。 嗜堿芽胞桿菌(AC-2)中碳源對堿性纖維素酶分泌的影響結(jié)果：各種碳源相差不大結(jié)果：各種碳源相差不大推論：該菌種的堿性纖維素酶為組成型推論：該菌種的堿性纖維素酶為組成型蘇勤，林業(yè)化學與工業(yè)，2004二、氮源二、氮源 氮源主要用于構(gòu)成菌體細胞物質(zhì)（氨基酸，蛋氮源主要用于構(gòu)成菌體細胞物質(zhì)（氨基酸，蛋白質(zhì)、核酸等）和含氮代謝物。常用的氮源可分白質(zhì)、核酸等）和含氮代謝物。常

10、用的氮源可分為兩大類：有機氮源和無機氮源。為兩大類：有機氮源和無機氮源。 1、無機氮源、無機氮源種類：種類：氨鹽、硝酸鹽和氨水氨鹽、硝酸鹽和氨水尿素，硫酸銨（銨鹽）、尿素，硫酸銨（銨鹽）、氣態(tài)氮氣態(tài)氮特點：特點：微生物對它們的吸收快，所以也稱之謂微生物對它們的吸收快，所以也稱之謂迅速利迅速利用的氮源用的氮源。但無機氮源的迅速利用常會引起。但無機氮源的迅速利用常會引起pH的變的變化如：化如： (NH4)2SO4 2NH3 + 2H2SO4 NaNO3 + 4H2 NH3 + 2H2O + NaOH 生理酸性物質(zhì)生理酸性物質(zhì)，如硫酸胺，如硫酸胺生理堿性物質(zhì)生理堿性物質(zhì)，如硝酸鈉，如硝酸鈉* 正確使

11、用生理酸堿性物質(zhì)，對穩(wěn)定正確使用生理酸堿性物質(zhì)，對穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)酵過程的和調(diào)節(jié)發(fā)酵過程的pH有積極作用。有積極作用。 * 所以選擇合適的無機氮源有兩層意義：所以選擇合適的無機氮源有兩層意義： (1) 滿足菌體生長滿足菌體生長; (2) 穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)酵穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)酵過程中的過程中的pH。 在制液體曲時，用制液體曲時，用 NaNONaNO3 3 作氮源作氮源，菌絲體長得粗壯，培養(yǎng)時間短，且糖化菌絲體長得粗壯，培養(yǎng)時間短，且糖化能力較高。能力較高。 因為因為 NaNONaNO3 3 的代謝得到的的代謝得到的 NaOH NaOH 可可中和曲霉生長中釋放的酸，使中和曲霉生長中釋放的酸，使 pH pH 穩(wěn)定

12、穩(wěn)定在工藝要求的范圍之內(nèi)。在工藝要求的范圍之內(nèi)。舉例：舉例：以鏈霉素為例，以鏈霉素為例，合成合成 1 mol 1 mol 鏈霉素需要消耗鏈霉素需要消耗 7 mol 7 mol 的的 NHNH3 3 。生產(chǎn)中采用流加氨水。生產(chǎn)中采用流加氨水。* * * * 使用氨水時要注意：使用氨水時要注意： (1) (1) 要少量多次流加，加強攪拌，防止局部過要少量多次流加，加強攪拌，防止局部過堿。堿。（2 2）使用前用石棉等介質(zhì)過濾，除去多種嗜堿）使用前用石棉等介質(zhì)過濾，除去多種嗜堿性微生物，防止染菌。性微生物，防止染菌。氨水氨水毛霉產(chǎn)蛋白酶的研究毛霉產(chǎn)蛋白酶的研究陳濤，中國釀造，2004初始pH的影響:p

13、H偏酸比較好，中性蛋白酶影響大無機氮源的影響：硫酸銨硝酸銨硝酸鈉尿素2、有機氮源、有機氮源來源：來源：花生餅粉、黃豆餅粉、棉子餅花生餅粉、黃豆餅粉、棉子餅粉、玉米漿、玉米蛋白粉、蛋白胨、粉、玉米漿、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、魚粉、蠶蛹粉、廢菌絲體和酵母粉、魚粉、蠶蛹粉、廢菌絲體和酒糟酒糟。成分復雜成分復雜：除提供氮源外，有些有機：除提供氮源外，有些有機氮源還提供大量的無機鹽及生長因子。氮源還提供大量的無機鹽及生長因子。 *玉米漿玉米漿是玉米淀粉生產(chǎn)中的副產(chǎn)是玉米淀粉生產(chǎn)中的副產(chǎn)物，其中固體物含量在物，其中固體物含量在50?？扇苄钥扇苄缘鞍?、生長因子（生物素）、苯乙酸蛋白、生長因子（生物素）、

14、苯乙酸還含有有機酸、還原糖、磷、微量元還含有有機酸、還原糖、磷、微量元素、生長素。素、生長素。 成分成分(%) 液體液體 固體固體干物干物 46.8049.60 90.3791.74 灰分灰分 8.0410.43 12.9813.74總氮總氮 3.333.67 7.368.33總糖總糖(以葡萄糖計以葡萄糖計) 0.744.39 5.715.88乳糖乳糖 11.6019.30 15.0617.72酸度酸度(ml 0.1mol/L NaOH/10g) 108144 169.0198.0揮發(fā)酸揮發(fā)酸(ml 0.1mol/L NaOH/10g) 0.11.1 0.501.35鐵鐵 0.0090.027

15、 磷磷 1.51.9 2.62.8鈣鈣 0.020.07 鉀鉀 2.02.5 鋅鋅 0.0050.012 SO2 微量微量0.02 沉淀固體沉淀固體 38.452.9 PH 4.04.7 3.03.6使用什么樣的玉米漿才能使發(fā)酵的進使用什么樣的玉米漿才能使發(fā)酵的進程更優(yōu)化、發(fā)酵結(jié)果更穩(wěn)定？程更優(yōu)化、發(fā)酵結(jié)果更穩(wěn)定？* v因為液體玉米漿不均一、穩(wěn)定性差、極容易因為液體玉米漿不均一、穩(wěn)定性差、極容易沉淀，夏天更易染菌變質(zhì)而導致其有效成分沉淀，夏天更易染菌變質(zhì)而導致其有效成分的喪失或不足，從而影響發(fā)酵的穩(wěn)定性。所的喪失或不足，從而影響發(fā)酵的穩(wěn)定性。所以，現(xiàn)今微生物技術(shù)領先的大型發(fā)酵企業(yè)以，現(xiàn)今微生物

16、技術(shù)領先的大型發(fā)酵企業(yè)（尤其是某些技術(shù)先進的抗菌素和酶制劑廠（尤其是某些技術(shù)先進的抗菌素和酶制劑廠家）都紛紛改用玉米漿的最新?lián)Q代產(chǎn)品家）都紛紛改用玉米漿的最新?lián)Q代產(chǎn)品“高氮高氮”型玉米漿干粉型玉米漿干粉，因其有著極大的優(yōu)點，因其有著極大的優(yōu)點，且蛋白質(zhì)含量可高達且蛋白質(zhì)含量可高達50%.氮源使用時要注意的問題氮源使用時要注意的問題q1. 有機氮源和無機氮源應當混合使用有機氮源和無機氮源應當混合使用*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、則利用蛋白質(zhì)。中期：菌體的代謝酶系已形成、則利用蛋白質(zhì)。 實驗室中常用：實驗室中常用： 玉米漿、蛋

17、白胨、牛肉膏、酵母膏等。玉米漿、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等。 工業(yè)生產(chǎn)上常用：工業(yè)生產(chǎn)上常用： 硫酸銨、尿素、氨水、豆餅粉、花生餅硫酸銨、尿素、氨水、豆餅粉、花生餅粉、麩皮等。粉、麩皮等。 2 2、合適的、合適的C C、N N比比C C：N N f ( f ( 菌種、發(fā)酵階段、碳菌種、發(fā)酵階段、碳源種類、氮源種類、通氣強度源種類、氮源種類、通氣強度 、攪拌強度等等、攪拌強度等等) )，無完全統(tǒng)一的，無完全統(tǒng)一的 標準。標準。* * * * * * * * 一般來說，細菌和酵母細胞的碳氮比一般來說，細菌和酵母細胞的碳氮比為為 5:1 5:1，霉菌細胞的碳氮比為，霉菌細胞的碳氮比為10:110:1，

18、所以霉菌，所以霉菌 培養(yǎng)基的碳氮比大而細菌的碳氮比小。培養(yǎng)基的碳氮比大而細菌的碳氮比小。 考慮產(chǎn)物，以谷氨酸為例，一般工業(yè)的考慮產(chǎn)物，以谷氨酸為例，一般工業(yè)的發(fā)酵培養(yǎng)基碳氮比是發(fā)酵培養(yǎng)基碳氮比是100100：0.20.22.02.0，而谷，而谷氨酸發(fā)酵培養(yǎng)基的碳氮比是氨酸發(fā)酵培養(yǎng)基的碳氮比是100100：15152121，當當 C:NC:N100:0.5 100:0.5 時只合成菌體，不產(chǎn)谷時只合成菌體，不產(chǎn)谷氨酸，當氨酸，當 C:NC:N100:11 100:11 以上才開始合成谷以上才開始合成谷氨酸。氨酸。 對于生產(chǎn)氨基酸等含氮的化合物時，對于生產(chǎn)氨基酸等含氮的化合物時，它的發(fā)酵培養(yǎng)基除供

19、給充足的碳源物質(zhì)它的發(fā)酵培養(yǎng)基除供給充足的碳源物質(zhì)外，還應該添加足夠的銨鹽或尿素等氮外，還應該添加足夠的銨鹽或尿素等氮素化合物。素化合物?？焖倮煤途徛玫奶?、快速利用和緩慢利用的碳、氮源的結(jié)合。氮源的結(jié)合。氮源：過多氮源：過多生長過于旺盛、生長過于旺盛、pHpH偏高、偏高、 代謝產(chǎn)物積累不利。代謝產(chǎn)物積累不利。 過少過少菌體量少，影響產(chǎn)量。菌體量少，影響產(chǎn)量。碳源：過多碳源：過多pHpH容易下降。容易下降。 過少過少容易引起菌體衰老和自溶。容易引起菌體衰老和自溶。 工業(yè)工業(yè)C:N C:N 的范圍：的范圍： 100 100 ：0.20.22.0 2.0 吉林坨牌吉林坨牌 玉米粉玉米粉: :尿

20、素尿素100100：0.050.050.080.08。 尿素含氮尿素含氮 46 46 。 玉米中含蛋白質(zhì)約為玉米中含蛋白質(zhì)約為 8.5 8.5 。 * * * * 培養(yǎng)基的碳氮比不僅會影響微生物培養(yǎng)基的碳氮比不僅會影響微生物菌體的生長，同時也會影響到發(fā)酵的代菌體的生長，同時也會影響到發(fā)酵的代謝途徑。不同的微生物菌種、不同的發(fā)謝途徑。不同的微生物菌種、不同的發(fā)酵產(chǎn)物所要求的碳氮比是不同的，即使酵產(chǎn)物所要求的碳氮比是不同的，即使是同一微生物在不同的培養(yǎng)階段，對培是同一微生物在不同的培養(yǎng)階段，對培養(yǎng)基的碳氮比的要求也是不一樣的。養(yǎng)基的碳氮比的要求也是不一樣的。3 . 有些產(chǎn)物會受氮源的阻遏有些產(chǎn)物會

21、受氮源的阻遏 避免使用阻遏性氮源。避免使用阻遏性氮源。 例如蛋白酶合成會受到例如蛋白酶合成會受到銨鹽銨鹽、磷酸、磷酸鹽類所阻遏鹽類所阻遏 如構(gòu)巢曲霉的蛋白酶的合成可為如構(gòu)巢曲霉的蛋白酶的合成可為銨銨鹽鹽所阻遏所阻遏 。三、無機鹽的微量元素作用三、無機鹽的微量元素作用 * * * *構(gòu)成菌體成分；構(gòu)成菌體成分；作為酶活性基的組成部分或維持酶作為酶活性基的組成部分或維持酶的活性；的活性；調(diào)節(jié)滲透壓、調(diào)節(jié)滲透壓、pH值、氧化還值、氧化還原電原電位等；位等；作為自養(yǎng)菌的能源。作為自養(yǎng)菌的能源。 主要元素有主要元素有P、S、Mg、K、Ca等；等； 微量元素有微量元素有Fe、Cu、Mn、Zn、Mo、Co、

22、B等。等。 鋅、鈷、錳、銅等微量元素鋅、鈷、錳、銅等微量元素 大部份作大部份作為酶的輔基和激活劑，一般來講，只在合為酶的輔基和激活劑，一般來講，只在合成培養(yǎng)基中才加入這些元素。成培養(yǎng)基中才加入這些元素。 一般在復合培養(yǎng)基中由于加入許多動植物一般在復合培養(yǎng)基中由于加入許多動植物原料等都含有微量元素原料等都含有微量元素。4、無機鹽的微量元素無機鹽的微量元素使用注意點使用注意點* 有的來源可能帶有過多的某種無機離有的來源可能帶有過多的某種無機離子和微量元素在發(fā)酵過程中必須加以子和微量元素在發(fā)酵過程中必須加以考慮?？紤]。B. 要避免鈣鹽過多時，以免形成磷酸鈣要避免鈣鹽過多時，以免形成磷酸鈣沉淀。因此，

23、當培養(yǎng)基中的磷和鈣的沉淀。因此，當培養(yǎng)基中的磷和鈣的濃度都很高時，可將兩者分別滅菌或濃度都很高時，可將兩者分別滅菌或逐步加；逐步加；C.先要將配好的培養(yǎng)基用堿調(diào)到先要將配好的培養(yǎng)基用堿調(diào)到pH近中近中性，再將碳酸鈣加入培養(yǎng)基中，保留性，再將碳酸鈣加入培養(yǎng)基中，保留其緩沖力其緩沖力。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，淀粉酶，pH對酶對酶活的影響活的影響. pH 酶活酶活不加不

24、加 4.25 120分鐘分鐘加加 K2HPO4 5.45 30分鐘分鐘加加 KH2PO4 4.62 75分鐘分鐘四、生長因子、前體和產(chǎn)物促進劑四、生長因子、前體和產(chǎn)物促進劑 從廣義上講，凡是微生物生長不可缺少從廣義上講，凡是微生物生長不可缺少的微量的有機物質(zhì)，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、的微量的有機物質(zhì)，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、維生素等均稱生長因子。維生素等均稱生長因子。 1、生長因子、生長因子 如以糖質(zhì)原料為碳源的谷氨酸生產(chǎn)菌均如以糖質(zhì)原料為碳源的谷氨酸生產(chǎn)菌均為生物素缺陷型，以生物素為生長因子為生物素缺陷型，以生物素為生長因子, ,生生長因子對發(fā)酵的調(diào)控起到重要的作用長因子對發(fā)酵的調(diào)控起到重要的作

25、用 。 以谷氨酸為例生物素是生物素是B B族維生素，影響細胞膜的透性族維生素，影響細胞膜的透性* * * *生產(chǎn)上常用的生產(chǎn)上常用的生物素生物素來源的原料及其生物素含來源的原料及其生物素含量（量（ug/kgug/kg）玉米漿玉米漿 180 180 干酵母干酵母 60060018001800豆餅水解液豆餅水解液 120 120 甘蔗糖蜜甘蔗糖蜜 12001200麩皮麩皮 200 200 米糠米糠 270270甜菜糖蜜甜菜糖蜜 5353 有機氮源是這些生長因子的重要來有機氮源是這些生長因子的重要來源，多數(shù)有機氮源含有較多的源，多數(shù)有機氮源含有較多的B族維生族維生素和微量元素及一些微生物生長不可缺素

26、和微量元素及一些微生物生長不可缺少的生長因子少的生長因子 。 * * * * 前體指某些化合物加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中，前體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合成到能直接被微生物在生物合成過程中合成到產(chǎn)物產(chǎn)物物分子中去，而其自身的結(jié)構(gòu)并沒有多大變化，物分子中去，而其自身的結(jié)構(gòu)并沒有多大變化，但是產(chǎn)物的產(chǎn)量卻因加入前體而有較大的提高但是產(chǎn)物的產(chǎn)量卻因加入前體而有較大的提高。2、前體、前體青霉素：分子量青霉素：分子量356苯乙酸苯乙酸:分子量分子量136 苯乙酸苯乙酸及其衍生物是青霉素青霉素的前體物質(zhì)。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

27、一般都有毒性，濃度過大對菌體的生長不前體一般都有毒性，濃度過大對菌體的生長不利利 . 苯乙酸，一般基礎料中僅僅添加苯乙酸，一般基礎料中僅僅添加0.07%. 前體相對價格較高，添加過多，容易引起揮發(fā)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)化率和氧化，流加也有利于提高前提的轉(zhuǎn)化率.3、產(chǎn)物促進劑、產(chǎn)物促進劑 促進劑提高產(chǎn)量的機制還不完全清楚，其原因促進劑提高產(chǎn)量的機制還不完全清楚，其原因是多方面的。是多方面的。 有些促進劑本身是酶的誘導物；有些促進劑本身是酶的誘導物；有些促進劑是表面活性劑，可改善細胞的透性，有些促進劑是表面活性劑，可改善細胞的透性，改善細胞與氧的接

28、觸從而促進酶的分泌與生產(chǎn)，改善細胞與氧的接觸從而促進酶的分泌與生產(chǎn)， 也有人認為表面活性劑對酶的表面失活有保護也有人認為表面活性劑對酶的表面失活有保護作用；作用； 有些促進劑的作用是沉淀或螯合有害的重金屬有些促進劑的作用是沉淀或螯合有害的重金屬離子。離子。五、水五、水 水源質(zhì)量的主要考慮參數(shù)包括水源質(zhì)量的主要考慮參數(shù)包括pH值、值、溶解氧、可溶性固體、污染程度以及礦溶解氧、可溶性固體、污染程度以及礦物質(zhì)組成和含量。物質(zhì)組成和含量。 對于常規(guī)發(fā)酵，可靠、持久，能提對于常規(guī)發(fā)酵，可靠、持久，能提供大量成分一致清潔的水。供大量成分一致清潔的水。 種子培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基一般采用深種子培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基一般

29、采用深井水或自來水。井水或自來水。第二節(jié) 培養(yǎng)基的類型培養(yǎng)基按其組成物質(zhì)的純度、狀態(tài)、用途進行分類。培養(yǎng)基按其組成物質(zhì)的純度、狀態(tài)、用途進行分類。一、按純度一、按純度 合成培養(yǎng)基合成培養(yǎng)基( synthetic medium ) : 原料其化學成原料其化學成分明確、穩(wěn)定分明確、穩(wěn)定 。 適合于研究菌種基本代謝和過程的物質(zhì)變化規(guī)律。適合于研究菌種基本代謝和過程的物質(zhì)變化規(guī)律。 q 培養(yǎng)基營養(yǎng)單一，價格較高，不適合用于大規(guī)培養(yǎng)基營養(yǎng)單一，價格較高，不適合用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)模工業(yè)生產(chǎn)。天然培養(yǎng)基天然培養(yǎng)基( complex medium ) : 采用天然原料采用天然原料v原料來源豐富原料來源豐富(大

30、多為農(nóng)副產(chǎn)品大多為農(nóng)副產(chǎn)品)、價格低、價格低廉、適于工業(yè)化生產(chǎn)。廉、適于工業(yè)化生產(chǎn)。v原料質(zhì)量等方面不加控制會影響生產(chǎn)穩(wěn)定原料質(zhì)量等方面不加控制會影響生產(chǎn)穩(wěn)定性。性。半合成培養(yǎng)基半合成培養(yǎng)基 ( semi synthetic medium ) 采用一部分天然有機物作碳源、氮源采用一部分天然有機物作碳源、氮源和生長因子的來源，再適當加入一些化和生長因子的來源，再適當加入一些化學藥品以補充無機鹽成分，使其更能充學藥品以補充無機鹽成分，使其更能充分滿足微生物對營養(yǎng)的需要。分滿足微生物對營養(yǎng)的需要。M培養(yǎng)基培養(yǎng)基(1L)： Na2HPO4 6g，KH2PO4 3g， NaCl 0.5g， NH4Cl

31、1g， MgSO4.7H2O 0.5g， CaCl2 0.011g，葡萄糖，葡萄糖 2-10, pH 7.0 。 YPS培養(yǎng)基：酪蛋白胨（日本大五營養(yǎng)）培養(yǎng)基：酪蛋白胨（日本大五營養(yǎng)）10g，酵，酵母提取物（英國母提取物（英國Oxoid）5g, NaCl 10g，PH 7.2 培養(yǎng)大腸桿菌常用兩種培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌常用兩種培養(yǎng)基二、按狀態(tài)固體培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基 : 半固體培養(yǎng)基半固體培養(yǎng)基: :即在配好的液體培養(yǎng)基中加即在配好的液體培養(yǎng)基中加入少量的瓊脂，一般用量為入少量的瓊脂，一般用量為0.5%0.8% ,主要用于微生物的鑒定。主要用于微生物的鑒定。 液體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基:三、按用途（從發(fā)酵生

32、產(chǎn)應用考慮）三、按用途（從發(fā)酵生產(chǎn)應用考慮） 培養(yǎng)基按其用途可分為培養(yǎng)基按其用途可分為孢子（斜面）孢子（斜面）培養(yǎng)基、培養(yǎng)基、種子種子培養(yǎng)基和培養(yǎng)基和發(fā)酵發(fā)酵培養(yǎng)基三種培養(yǎng)基三種 。v選擇性培養(yǎng)基、鑒別培養(yǎng)基、富集培養(yǎng)基等選擇性培養(yǎng)基、鑒別培養(yǎng)基、富集培養(yǎng)基等生理代謝菌種篩選種子培養(yǎng)發(fā)酵培養(yǎng)發(fā)酵生產(chǎn)中的培養(yǎng)基類型 工業(yè)發(fā)酵中培養(yǎng)基往往是依據(jù)生產(chǎn)流工業(yè)發(fā)酵中培養(yǎng)基往往是依據(jù)生產(chǎn)流程和作用分為：程和作用分為： 斜面培養(yǎng)基斜面培養(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1斜面培養(yǎng)基 作用：作用： 供給細胞生長繁殖或保藏菌種用的。供給細胞生長繁殖或保藏菌種用的。斜面培養(yǎng)基特點：斜面培養(yǎng)基特點：*

33、 * * *1.富含有機氮源，少含或不含糖分。有機富含有機氮源，少含或不含糖分。有機氮有利于菌體的生長繁殖，能獲得更多氮有利于菌體的生長繁殖，能獲得更多的細胞。的細胞。2.但對于放線菌或霉菌的產(chǎn)孢子培養(yǎng)基，但對于放線菌或霉菌的產(chǎn)孢子培養(yǎng)基，則氮源和碳源均不宜太豐富，否則容易則氮源和碳源均不宜太豐富，否則容易長菌絲而較少形成孢子。長菌絲而較少形成孢子。3.斜面培養(yǎng)基中宜加少量無機鹽類，供給斜面培養(yǎng)基中宜加少量無機鹽類，供給必要的生長因子和微量元素。必要的生長因子和微量元素。 2種子培養(yǎng)基種子培養(yǎng)：短時間內(nèi)獲得數(shù)量多、質(zhì)量高的大種子培養(yǎng)：短時間內(nèi)獲得數(shù)量多、質(zhì)量高的大量菌種；使細胞迅速進行分裂或菌

34、絲快速生量菌種；使細胞迅速進行分裂或菌絲快速生長。長。 包括：搖瓶種子培養(yǎng)基包括：搖瓶種子培養(yǎng)基 小罐種子培養(yǎng)基小罐種子培養(yǎng)基 種子培養(yǎng)基特點：種子培養(yǎng)基特點：*1.1.用于孢子發(fā)芽生長，營養(yǎng)要求豐富、完全，用于孢子發(fā)芽生長，營養(yǎng)要求豐富、完全，氮源和生長因子含量較高。氮源和生長因子含量較高。2.2.各種營養(yǎng)物質(zhì)的濃度不必太高。各種營養(yǎng)物質(zhì)的濃度不必太高。3.3.最后一級的種子培養(yǎng)基成份要接近于發(fā)酵最后一級的種子培養(yǎng)基成份要接近于發(fā)酵培養(yǎng)基，以縮短停滯期。培養(yǎng)基，以縮短停滯期。3發(fā)酵培養(yǎng)基*作用：最大限度地獲得目的產(chǎn)物。作用：最大限度地獲得目的產(chǎn)物。 。 要滿足菌體生長、繁殖的需要。要滿足菌體

35、生長、繁殖的需要。 但比種子培但比種子培養(yǎng)基稍不豐富。養(yǎng)基稍不豐富。 要有合成產(chǎn)物所需的特定元素、前體和促進要有合成產(chǎn)物所需的特定元素、前體和促進劑等。劑等。 如果生長和合成產(chǎn)物的最佳條件不同時，可如果生長和合成產(chǎn)物的最佳條件不同時，可考慮分批補料。考慮分批補料。 赤霉素種子培養(yǎng)基和發(fā)酵培養(yǎng)基的配比比較赤霉素種子培養(yǎng)基和發(fā)酵培養(yǎng)基的配比比較 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 花生粉花生粉 1.65 % 0.16 % 葡萄糖葡萄糖 1.50 % 0.70 % MgSO4 0.10 % 0.05 % KH2PO4 0.10 % 0.18 % 消沫油消沫油 0.40 % 0.08 % 糊糊

36、 精精 1.0 % 黃豆餅粉黃豆餅粉 0.2 % 玉米淀粉玉米淀粉 6.0 % -淀粉酶淀粉酶 0.03% 對于抗生素發(fā)酵的種子培養(yǎng)，快速利用對于抗生素發(fā)酵的種子培養(yǎng)，快速利用碳（氮）源比例要相對高一些（有利于碳（氮）源比例要相對高一些（有利于大量快速生長）。大量快速生長）。* * * *在產(chǎn)物合成階段快速利用碳（氮）源比在產(chǎn)物合成階段快速利用碳（氮）源比例要相對低一些（有利于次級代謝產(chǎn)物例要相對低一些（有利于次級代謝產(chǎn)物抗生素的大量合成）?；虿捎昧骷涌股氐拇罅亢铣桑；虿捎昧骷拥霓k法。的辦法。* * * *第三節(jié)第三節(jié) 培養(yǎng)基的設計原理和優(yōu)化方法培養(yǎng)基的設計原理和優(yōu)化方法 *一、培養(yǎng)基設計

37、與優(yōu)化過程一般的思路。一、培養(yǎng)基設計與優(yōu)化過程一般的思路。 1、根據(jù)前人經(jīng)驗、菌種特性、發(fā)酵工藝的要求，提、根據(jù)前人經(jīng)驗、菌種特性、發(fā)酵工藝的要求，提取工藝要求及經(jīng)濟可行的培養(yǎng)基成分來源，初步確定取工藝要求及經(jīng)濟可行的培養(yǎng)基成分來源，初步確定可能的培養(yǎng)基組分；可能的培養(yǎng)基組分； 2、通過單因子實驗搖瓶確定最為適合的的各個培養(yǎng)、通過單因子實驗搖瓶確定最為適合的的各個培養(yǎng)基組分及其最適濃度；基組分及其最適濃度； 3、最后通過多因子實驗，進一步優(yōu)化培養(yǎng)、最后通過多因子實驗，進一步優(yōu)化培養(yǎng)基的各種成分及其最適濃度?；母鞣N成分及其最適濃度。 以合成培養(yǎng)基為基礎，摸索實驗條件。以合成培養(yǎng)基為基礎，摸索實

38、驗條件。首先是其成份的確定，其次確定培養(yǎng)基配比，首先是其成份的確定，其次確定培養(yǎng)基配比，然后確定各種重要金屬和非金屬離子對發(fā)酵然后確定各種重要金屬和非金屬離子對發(fā)酵的影響，確定最適范圍和最佳用量。最后在的影響，確定最適范圍和最佳用量。最后在復合培養(yǎng)基上試驗。復合培養(yǎng)基上試驗。 4、中、小試發(fā)酵罐規(guī)模進一步優(yōu)化配方。、中、小試發(fā)酵罐規(guī)模進一步優(yōu)化配方。 5、在生產(chǎn)規(guī)模優(yōu)化培養(yǎng)基配方。、在生產(chǎn)規(guī)模優(yōu)化培養(yǎng)基配方。一、培養(yǎng)基設計時候要注意的一些問題一、培養(yǎng)基設計時候要注意的一些問題*1、滿足菌體的同化能力，營養(yǎng)組成豐富，濃、滿足菌體的同化能力，營養(yǎng)組成豐富，濃度恰當，滿足不同培養(yǎng)需求。度恰當，滿足不

39、同培養(yǎng)需求。 菌體的同化能力菌體的同化能力 保證所選用的營養(yǎng)成分保證所選用的營養(yǎng)成分是微生物能夠利用的。是微生物能夠利用的。 碳源、氮源碳源、氮源 例如：酵母菌，一般只能利用例如：酵母菌，一般只能利用2 23 3糖，最多糖，最多為為4 4糖。糖。 例如：例如： 大多數(shù)氨基酸產(chǎn)生菌，缺乏蛋白質(zhì)分解大多數(shù)氨基酸產(chǎn)生菌，缺乏蛋白質(zhì)分解酶，不能利用有機氮源（復雜的大分子酶，不能利用有機氮源（復雜的大分子蛋白質(zhì)）。蛋白質(zhì)）。 常用的有大豆餅粉、花生餅粉的水解液，常用的有大豆餅粉、花生餅粉的水解液，其制備方法是：豆餅粉（其制備方法是：豆餅粉（100kg100kg）水）水（133kg133kg）+ HCl

40、+ HCl 常壓水解常壓水解16 h 16 h 各種氨基酸各種氨基酸2、在一定的條件下，各原料之間彼此不、在一定的條件下，各原料之間彼此不 反應性質(zhì)相對穩(wěn)定。反應性質(zhì)相對穩(wěn)定。3、黏度適中，具有適當?shù)臐B透壓。、黏度適中，具有適當?shù)臐B透壓。4、注意與代謝產(chǎn)物合成過程中的調(diào)節(jié)關、注意與代謝產(chǎn)物合成過程中的調(diào)節(jié)關 系，有利于產(chǎn)物合成。系，有利于產(chǎn)物合成。 注意代謝調(diào)節(jié)物的影響注意代謝調(diào)節(jié)物的影響 * 有些物質(zhì)存在于培養(yǎng)基中往往能明顯地促進或有些物質(zhì)存在于培養(yǎng)基中往往能明顯地促進或抑制發(fā)酵產(chǎn)物的形成。抑制發(fā)酵產(chǎn)物的形成。 （1）前體物質(zhì)）前體物質(zhì) （2）誘導劑）誘導劑 （3）阻遏物及抑制劑）阻遏物及抑

41、制劑 （4）金屬離子）金屬離子 金屬離子的影響金屬離子的影響 * 有些種類的發(fā)酵生產(chǎn)對金屬離子相當敏有些種類的發(fā)酵生產(chǎn)對金屬離子相當敏感，因為有些金屬離子是中間代謝酶的抑制感，因為有些金屬離子是中間代謝酶的抑制劑或激活劑。（設備材質(zhì)，內(nèi)襯）劑或激活劑。（設備材質(zhì)，內(nèi)襯） 因此對于有重大影響的金屬離子必須嚴因此對于有重大影響的金屬離子必須嚴格控制。如檸檬酸發(fā)酵中鐵、錳和鋅離子都格控制。如檸檬酸發(fā)酵中鐵、錳和鋅離子都能明顯影響產(chǎn)量，能明顯影響產(chǎn)量， 鈣離子對細菌淀粉酶的生產(chǎn)有促進作用，鈣離子對細菌淀粉酶的生產(chǎn)有促進作用， 鈷離子對葡萄糖異構(gòu)酶的發(fā)酵是必需。鈷離子對葡萄糖異構(gòu)酶的發(fā)酵是必需。5、既不影響通氣與攪拌的效果，又不、既不影響通氣與攪拌的效果，又不 影響或稍微影響產(chǎn)物的分離精制和影響或稍微影響產(chǎn)物的分離精制和 廢物處理。廢物處理。6、盡可能因地制宜，質(zhì)優(yōu)價廉，成本、盡可能因地制宜，質(zhì)優(yōu)價廉，成本 低，來源豐富，質(zhì)量穩(wěn)定，并盡量低，來源豐