培養(yǎng)基和培養(yǎng)工藝

1、關(guān)于培養(yǎng)基與培養(yǎng)工藝第1頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四第一節(jié) 發(fā)酵生產(chǎn)用原料及培養(yǎng)基 微生物發(fā)酵的本質(zhì)，可以理解為物質(zhì)形式的轉(zhuǎn)化過(guò)程，就是利用微生物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物轉(zhuǎn)化成特定的產(chǎn)物在這個(gè)過(guò)程中，有兩個(gè)問(wèn)題是工業(yè)化需要解決的：（1）產(chǎn)物的社會(huì)效益，（2）物質(zhì)轉(zhuǎn)變過(guò)程中產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，即：低價(jià)值的原材料、低能耗等 第2頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四 傳統(tǒng)：凡是含有可發(fā)酵性糖或可轉(zhuǎn)化為發(fā)酵性糖的物料。 現(xiàn)在：用來(lái)轉(zhuǎn)化人們所需產(chǎn)物的主要物料。一、原料的定義第3頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四二、選擇原料的依據(jù)1. 滿(mǎn)足生

2、產(chǎn)工藝的要求 工藝條件的核心：微生物 不同 微生物 可利用的原料不同。對(duì)微生物的生長(zhǎng)繁殖和代謝無(wú)抑制作用的物質(zhì)微生物的代謝產(chǎn)物無(wú)有害物質(zhì) 第4頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四2. 滿(mǎn)足生產(chǎn)管理和經(jīng)濟(jì)上的要求原料資源要豐富，因地制宜，就地取材，原料內(nèi)碳水化合物含量較多，蛋白質(zhì)含量要適當(dāng)，適合微生物的需要和吸收利用。便于收集、運(yùn)輸、貯藏考慮產(chǎn)品成本，原料價(jià)格，加工過(guò)程經(jīng)常性消耗等，并盡可能采用非糧食原料。產(chǎn)品的用途不同，選擇的原料就不同3. 環(huán)境保護(hù)的要求第5頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四三、原料的種類(lèi)常用的或具有潛在能力的原料（不包括特殊產(chǎn)品

3、的前體）：1. 淀粉質(zhì)原料（糧食原料）（1）薯類(lèi)：甘薯、馬鈴薯、木薯、山藥等。（2）谷類(lèi)： 高粱、玉米、大米、谷子、大麥、小麥、燕麥、黍和稷等。第6頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四2. 糖質(zhì)原料：葡萄糖，麥芽糖等廢糖蜜：甜菜、甘蔗淀粉水解糖3. 纖維質(zhì)原料：世界上含量最大的一類(lèi)資源。包括：森林，木材工業(yè)下腳料，農(nóng)作物秸桿，城市纖維垃圾，工業(yè)下腳料等。第7頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四4. 石油化工產(chǎn)品 乙酸，甲醇，乙醇等5. 其他亞硫酸紙漿廢液，野生植物 橡子仁、葛根、土茯苓、蕨根、石蒜、金剛頭、香符子等。乳清第8頁(yè)，共180頁(yè)，2022年

4、，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四發(fā)酵原料的預(yù)處理原料不同處理方法也有所差異。1. 淀粉利用前需變成糊精或葡萄糖 方法：酸水解（高壓、耐酸）、酶水解法2. 糖蜜加熱殺菌和用水沖稀，也可加酸處理后再補(bǔ)充無(wú)機(jī)鹽3. 碳?xì)浠衔铮菏兔撓炓欢s分的石油經(jīng)冷卻脫蠟而獲得的凝固點(diǎn)在-10的油，加入適量無(wú)機(jī)鹽進(jìn)行接種發(fā)酵第9頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四發(fā)酵工業(yè)節(jié)約糧食的途徑1. 抓發(fā)酵的穩(wěn)定性和高產(chǎn)量，控制染菌，提高發(fā)酵單位和提取效率，使單耗降低。2. 利用代用品，如廢糖蜜，葡萄糖廢母液，工業(yè)用葡萄糖等。3. 轉(zhuǎn)換， 開(kāi)拓新資源和微生物資源。4. 廢物利用與污染的治理相結(jié)合。第

5、10頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四四、培養(yǎng)基(medium)定義：應(yīng)科研或生產(chǎn)的需要，由人工配制的、適合于不同微生物生長(zhǎng)繁殖或積累代謝產(chǎn)物的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)（混合養(yǎng)料）。特點(diǎn)：任何培養(yǎng)基都應(yīng)具備微生物所需要的五大營(yíng)養(yǎng)要素，且應(yīng)比例適當(dāng)。一旦配成必須立即滅菌。用途：促使微生物生長(zhǎng)；積累代謝產(chǎn)物；分離微生物菌種；鑒定微生物種類(lèi)；微生物細(xì)胞計(jì)數(shù)；菌種保藏；制備微生物制品第11頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四（一）培養(yǎng)基的配制原則培養(yǎng)基組分應(yīng)適合微生物的營(yíng)養(yǎng)特點(diǎn)（目的明確）營(yíng)養(yǎng)物的濃度與比例應(yīng)恰當(dāng)（營(yíng)養(yǎng)協(xié)調(diào)）物理化學(xué)條件適宜（條件適宜）根據(jù)培養(yǎng)目的選擇原料

6、及其來(lái)源（經(jīng)濟(jì)節(jié)約）第12頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四（二）培養(yǎng)基組分應(yīng)適合微生物的營(yíng)養(yǎng)特點(diǎn) 根據(jù)不同微生物的營(yíng)養(yǎng)需要配制不同的培養(yǎng)基。不同營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型的微生物，其對(duì)營(yíng)養(yǎng)物的需求差異很大。如自養(yǎng)型微生物的培養(yǎng)基完全可以（或應(yīng)該）由簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物質(zhì)組成。異養(yǎng)微生物的培養(yǎng)基至少需要含有一種有機(jī)物質(zhì)，但有機(jī)物的種類(lèi)需適應(yīng)所培養(yǎng)菌的特點(diǎn)。第13頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四按微生物的主要類(lèi)群來(lái)說(shuō)，它們所需要的培養(yǎng)基成分也不同： 細(xì)菌： 牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、 LB (Luria-Bertani) 放線菌： 高氏一號(hào)培養(yǎng)基 真菌： 查氏合成培養(yǎng)基、PDA

7、 (Potato-Dextrose-Agar) 酵母菌； 麥芽汁第14頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四（三）營(yíng)養(yǎng)物的濃度與比例應(yīng)恰當(dāng)濃度過(guò)高微生物的生長(zhǎng)起抑制作用， 濃度過(guò)小不能滿(mǎn)足微生物生長(zhǎng)的需要。碳氮比（C/N）直接影響微生物生長(zhǎng)與繁殖及代謝物的形成與積累，故常作為考察培養(yǎng)基組成時(shí)的一個(gè)重要指標(biāo)；例：谷氨酸生產(chǎn)中? C/N 4/1時(shí)，菌體大量繁殖，谷氨酸積累少； C/N3/1 時(shí)，菌體生長(zhǎng)受抑制，而谷氨酸大量增加。速效性氮（或碳）源與遲效性氮（或碳）源的比例各種金屬離子間的比例 碳源中的碳原子的mol數(shù)氮源中所含的氮原子的mol數(shù)C/N比值=用于大量生產(chǎn)代謝產(chǎn)物的

8、培養(yǎng)基其氮源一般應(yīng)比種子培養(yǎng)基稍低，（但若發(fā)酵產(chǎn)物是含氮化合物時(shí)，有時(shí)還應(yīng)提高培養(yǎng)基的氮源含量）第15頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四（四）物理化學(xué)條件適宜pH: 各類(lèi)微生物的最適生長(zhǎng)pH值各不相同： 細(xì) 菌：7.08.0 放線菌：7.58.5 酵母菌：3.86.0 霉 菌：4.05.8 微生物生長(zhǎng)和代謝過(guò)程中，由于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用和代謝產(chǎn)物的形成與積累，培養(yǎng)基的pH值會(huì)發(fā)生改變，為維持pH值的相對(duì)恒定，通常采用下列兩種方式：內(nèi)源調(diào)節(jié)：在培養(yǎng)基里加緩沖劑或不溶性的碳酸鹽；調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的碳氮比。外源調(diào)節(jié)：按實(shí)際需要不斷向發(fā)酵液流加酸或堿液。第16頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，

9、5月20日，5點(diǎn)49分，星期四磷酸緩沖液：pH值從6.07.6之間加入CaCO3：培養(yǎng)基中所含氨基酸、肽、蛋白質(zhì)等物質(zhì)也可起到緩沖作用。K2HPO4+HCl KH2PO4+KClKH2PO4+KOH K2HPO4+H2OCO32 HCO3 H2CO3 CO2+H2O+H+H+H+H第17頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四2 滲透壓和aw滲透壓 等滲溶液適宜微生物生長(zhǎng) 高滲溶液細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離 低滲溶液細(xì)胞吸水膨脹，直至破裂 大多數(shù)微生物適合在等滲的環(huán)境下生長(zhǎng)。 而有的菌如金黃色葡萄球菌則能在3mol/L NaCl的高滲溶液中生長(zhǎng)。 能在高鹽環(huán)境（2.86.2mol/L

10、NaCl）生長(zhǎng)的微生物常被稱(chēng)為嗜鹽微生物（Halophiles）。第18頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四第19頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四3 氧化還原電勢(shì)(redox potential)各種微生物對(duì)培養(yǎng)基的氧化還原電勢(shì)的要求：好氧微生物：+0.3+0.4V,(在0.1V以上的環(huán)境中均能生長(zhǎng)).厭氧微生物：只能在 +0.1V以下生長(zhǎng)兼性厭氧微生物：+0.1V以上呼吸、+0.1V以下發(fā)酵培養(yǎng)基是多對(duì)氧化還原偶的復(fù)雜電化學(xué)系統(tǒng)，測(cè)出的Eh值僅代表其綜合結(jié)果。對(duì)微生物影響最大的是：分子氧和分子氫的濃度常用還原劑：巰基乙酸、抗壞血酸、硫化氫、半胱

11、氨酸、谷胱甘肽、二硫蘇糖醇等能降低Eh值。氧化還原電位：又稱(chēng)氧化還原電勢(shì)（redox potential），是度量某氧化還原系統(tǒng)中 的還原劑釋放電子或氧化劑接受電子趨勢(shì)的一種指標(biāo)，其單位是V（伏）或mV（毫伏）。 第20頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四（五）根據(jù)應(yīng)用目的選擇原料及其來(lái)源該培養(yǎng)基的應(yīng)用目的，即：是培養(yǎng)菌體還是積累代謝產(chǎn)物？是實(shí)驗(yàn)室種子培養(yǎng)還是大規(guī)模發(fā)酵？代謝產(chǎn)物是初級(jí)代謝產(chǎn)物還是次級(jí)代謝產(chǎn)物？第21頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四用于培養(yǎng)種子的培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)應(yīng)豐富，氮源含量宜高（碳氮比低）；用于生產(chǎn)代謝產(chǎn)物的培養(yǎng)基其氮源一般應(yīng)比種子

12、培養(yǎng)基稍低，（但若發(fā)酵產(chǎn)物是含氮化合物時(shí)，有時(shí)應(yīng)提高培養(yǎng)基的氮源含量）；若代謝產(chǎn)物是次級(jí)代謝產(chǎn)物時(shí)要考慮是否加入特殊元素或特定代謝產(chǎn)物的前體物；大規(guī)模發(fā)酵時(shí)，應(yīng)重視培養(yǎng)基中各成份的來(lái)源和價(jià)格，應(yīng)選擇來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉 的原料，提倡以粗代精，以廢代好。第22頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四培養(yǎng)基的制備第23頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四附：培養(yǎng)基的滅菌滅菌的原因：在發(fā)酵過(guò)程中如混入其他微生物，將與菌種形成競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，對(duì)發(fā)酵過(guò)程造成不良影響 。舉例：谷氨酸發(fā)酵過(guò)程中混入放線菌，則放線菌分泌的抗生素會(huì)使大量的谷氨酸棒狀桿菌死亡。青霉素生產(chǎn)過(guò)程中污染

13、了雜菌，這些雜菌則會(huì)分泌青霉素酶，將合成的青霉素分解。第24頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四工業(yè)上具體措施包括： 1）使用的培養(yǎng)基和設(shè)備須經(jīng)滅菌； 2）好氧培養(yǎng)中使用的空氣應(yīng)經(jīng)除菌處理； 3）設(shè)備應(yīng)嚴(yán)密，發(fā)酵罐維持正壓環(huán)境； 4）培養(yǎng)過(guò)程中加入的物料應(yīng)經(jīng)過(guò)滅菌； 5）使用無(wú)污染的純粹種子。第25頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四培養(yǎng)基與設(shè)備，管道的滅菌條件殺菌鍋內(nèi)滅菌種子罐，發(fā)酵罐，計(jì)量罐，補(bǔ)料罐等的空罐滅菌(127133 , 30 min)及管道和空氣過(guò)濾器滅菌(138143 , 4060 min)發(fā)酵罐，種子罐實(shí)罐滅菌發(fā)酵培養(yǎng)基連續(xù)滅菌消泡

14、劑滅菌其他物料滅菌 以上均為單獨(dú)滅菌，有些 結(jié)合原料處理，如蒸煮等也可達(dá)到滅菌的目的。第26頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四高壓蒸氣滅菌 一般培養(yǎng)基: 1.05 Kg/cm2, 121.3, 15-30 min 含糖培養(yǎng)基: 0.56 Kg/cm2, 112.6 , 15-30 min 40%尿素: 0.2 Kg/cm2, 105 , 5 min 消泡劑: 1.049 Kg/cm2, 120, 15min間歇滅菌，121，2030分鐘 連續(xù)滅菌，137，1530s，在維持罐中保溫820分鐘。第27頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四含葡萄糖培養(yǎng)基

15、滅菌含葡萄糖的培養(yǎng)基經(jīng)高溫滅菌，易產(chǎn)生有害色素，俗稱(chēng)焦糖色，主要是還原糖與氨類(lèi)物質(zhì)高溫時(shí)的美拉德反應(yīng)所致。微生物的含糖培養(yǎng)基滅菌時(shí)，最好將培養(yǎng)基中葡萄糖在pH5.5時(shí)單獨(dú)滅菌（ 115，15min ）或與非氨類(lèi)的無(wú)機(jī)鹽共同滅菌，以減少色素的產(chǎn)生。例第28頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四三級(jí)氨水除菌過(guò)濾器 高溫高壓條件下合成的氨，本身不被雜菌污染。氨水是氨經(jīng)過(guò)配制而產(chǎn)生的一種氨和水的混合物，一般1820%。氨水的配制、貯存、運(yùn)輸過(guò)程的所有環(huán)節(jié)都不是無(wú)菌操作，易遭受雜菌的侵入。氨水不經(jīng)無(wú)菌處理就補(bǔ)入發(fā)酵液時(shí)，氨水的濃度被大大稀釋?zhuān)渲袝簳r(shí)被抑制的芽孢就會(huì)迅速?gòu)?fù)蘇繁殖，導(dǎo)致

16、染菌，嚴(yán)重影響發(fā)酵單位及發(fā)酵液濾速，對(duì)提取收率和產(chǎn)品質(zhì)量危害較大。 例第29頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四說(shuō)明:一級(jí)過(guò)濾：1#、2#均為砂芯濾器，主要是除去氨水中的顆粒性物質(zhì) 。二級(jí)過(guò)濾： 3#為1微米的膜過(guò)濾器三級(jí)過(guò)濾：4#為0.45微米的膜過(guò)濾器。使用前用蒸汽進(jìn)行消毒滅菌處理。第30頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四實(shí)消分批滅菌實(shí)消是將配制好的培養(yǎng)基用泵打入發(fā)酵罐，通入飽和蒸汽加熱，達(dá)到滅菌溫度(121)后，保溫滅菌約0.5h，滅菌完畢通入無(wú)菌空氣維持罐壓，然后冷卻到發(fā)酵所需溫度，保壓待種。第31頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5

17、點(diǎn)49分，星期四分為三個(gè)階段：升溫(培養(yǎng)基從室溫升至滅菌溫度)保溫滅菌冷卻(從滅菌溫度冷卻至發(fā)酵溫度)培養(yǎng)基經(jīng)滅菌后應(yīng)盡快冷卻至接種溫度，時(shí)間越長(zhǎng)，培養(yǎng)基破壞程度越高。實(shí)消過(guò)程第32頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四工藝操作要點(diǎn)：定期檢查冷卻管道，夾套有無(wú)滲漏。滅菌前，用蒸汽把發(fā)酵罐的分空氣過(guò)濾器滅菌，并且用空氣吹干。開(kāi)始滅菌，放出夾套和蛇管中的冷水，開(kāi)啟排氣管閥，通過(guò)空氣管向罐內(nèi)的培養(yǎng)基通入蒸汽進(jìn)行加熱，同時(shí)，也可在夾套內(nèi)通蒸汽進(jìn)行間接加熱。升溫時(shí)，打開(kāi)所有排氣閥門(mén)，排掉空氣？培養(yǎng)基溫度升到70左右，從取樣管和放料管向罐內(nèi)通入蒸汽，培養(yǎng)基溫度達(dá)120，罐壓達(dá)1105P

18、a(表壓)時(shí)，發(fā)酵罐封頭上的接種、補(bǔ)料、消沫劑、酸、堿管道應(yīng)排汽，并調(diào)節(jié)好各進(jìn)汽和排汽閥門(mén)，使罐壓和溫度保持在這一水平進(jìn)行保溫3045min。三路進(jìn)汽第33頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四培養(yǎng)基升溫時(shí)開(kāi)動(dòng)攪拌系統(tǒng)，以使培養(yǎng)基內(nèi)部傳熱均勻；為保護(hù)軸承，溫度升到100時(shí)，沸騰的培養(yǎng)基可以起到攪拌作用，此時(shí)停止攪拌。注意輔助設(shè)備的滅菌：空氣過(guò)濾器、計(jì)量罐、流加管道與流加液貯罐，空氣流量計(jì)等。在保溫階段，凡進(jìn)口在培養(yǎng)基液面下的各管道以及沖視鏡管都應(yīng)通入蒸汽，在液面上的其余各管道則應(yīng)排放蒸汽，目的是對(duì)管道進(jìn)行滅菌。這樣才能保證滅菌徹底，不留死角。非進(jìn)即出第34頁(yè)，共180頁(yè)，2

19、022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四保溫結(jié)束后，依次關(guān)閉各排氣、進(jìn)汽閥門(mén)，待罐內(nèi)壓力略高于大氣壓力時(shí)，向罐內(nèi)通入無(wú)菌空氣（在引入無(wú)菌空氣前，罐內(nèi)壓力必須低于過(guò)濾器壓力；否則，培養(yǎng)基將倒流入過(guò)濾器內(nèi)）。在夾套和蛇管中通入冷卻水，使培養(yǎng)基溫度降到所需溫度。 引入無(wú)菌空氣?，保證罐內(nèi)壓力后方可冷卻，目的是防止培養(yǎng)基的冷卻使罐內(nèi)形成負(fù)壓，易染菌，甚至設(shè)備損壞。滅菌時(shí)，總蒸汽壓力要求不低于35個(gè)大氣壓，使用壓力不低于2個(gè)大氣壓。另外，還要避免死角。配制培養(yǎng)基時(shí)，充分考慮培養(yǎng)基滅菌時(shí)的稀釋?zhuān)w積的增加），通常體積可增加20%左右，滅菌時(shí)間越長(zhǎng)，體積增加越多。第35頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日

20、，5點(diǎn)49分，星期四事故2002年9月5日衡陽(yáng)市某啤酒廠釀造車(chē)間一臺(tái)容積100m3的不銹鋼發(fā)酵糖在清洗過(guò)程中發(fā)生收縮變形而吸癟，造成直接經(jīng)濟(jì)損失22萬(wàn)元的重大設(shè)備事故。第36頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四50m3發(fā)酵罐失穩(wěn)事故分析1.事故情況1998年安陽(yáng)市某化工廠車(chē)間一臺(tái)50m3發(fā)酵罐在空消后水冷卻過(guò)程中突然失穩(wěn)。無(wú)傷亡事故，直接經(jīng)濟(jì)損失20余萬(wàn)元。2.事故原因分析勘察發(fā)現(xiàn)，進(jìn)汽口和出汽閥門(mén)關(guān)閉；冷卻水閥門(mén)敞開(kāi)。這說(shuō)明，失穩(wěn)是在冷卻過(guò)程中發(fā)生的。許用壓力計(jì)算 100以下罐體就會(huì)承受外壓。外壓值等于大氣壓與水的飽和蒸汽壓之差。70以下水的飽和蒸汽壓與罐內(nèi)負(fù)壓值見(jiàn)附表

21、。 實(shí)測(cè)筒體許用外壓力0.0832MPa。 由表看出，罐內(nèi)溫度降到60 以下，罐體失穩(wěn)隨時(shí)都可能發(fā)生。第37頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四附：器皿的滅菌及無(wú)菌室的消毒器皿的滅菌： 干熱空氣： 160， 2 小時(shí)無(wú)菌室的消毒： 紫外光 化學(xué)藥物熏蒸（苯酚；高錳酸鉀+甲醛）第38頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四第二節(jié) 培養(yǎng)基的選擇和確定一、培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)成分二、培養(yǎng)基的用途三、發(fā)酵培養(yǎng)基的選擇四、培養(yǎng)基成分的營(yíng)養(yǎng)與作用五、培養(yǎng)基確定方法第39頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四一、培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)成分微生物的營(yíng)養(yǎng)活動(dòng)，是依靠向外

22、界分泌大量的酶，將周?chē)h(huán)境中大分子的蛋白質(zhì)、糖類(lèi)、脂肪等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分解成小分子化合物，再借助細(xì)胞膜的滲透作用，吸收小分子營(yíng)養(yǎng)物來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 所有發(fā)酵培養(yǎng)基都必須提供微生物生長(zhǎng)繁殖和產(chǎn)物合成所需的能源，包括碳源、氮源、無(wú)機(jī)元素、生長(zhǎng)因子及水、氧氣等。第40頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四微生物的營(yíng)養(yǎng)來(lái)源 1 能源自養(yǎng)菌：光；氫，硫胺；亞硝酸鹽，亞鐵鹽。異養(yǎng)菌：碳水化合物等有機(jī)物、石油天然氣和石油化工產(chǎn)品，如醋酸。第41頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四2 碳源（最主要的組成） 常用的碳源有糖類(lèi)，油脂，有機(jī)酸，低碳醇1）在特殊條件下，蛋白質(zhì)水解產(chǎn)物氨基

23、酸也可作為碳源。2）菌種不同對(duì)不同碳源的利用速度和效率也不同。3）葡萄糖是碳源中最易利用的糖，可作為加速微生物生長(zhǎng)的一種有效的糖.第42頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四4） 糖蜜可省去蒸煮，糖化5） 淀粉質(zhì)原料也是常用的碳源，一般要經(jīng)過(guò)菌體產(chǎn)生的胞外酶水解成單糖后再被吸收利用，可以克服葡萄糖代謝過(guò)快帶來(lái)的弊病。6） 油和脂肪，作為能源和碳源，利用脂肪時(shí)要供給比糖代謝更多的氧，還會(huì)使pH下降。7） 有機(jī)酸，利用后，會(huì)使pH上升。8）正烷烴也用于發(fā)酵工業(yè)。第43頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四3 氮源主要用于構(gòu)成菌體的細(xì)胞物質(zhì)（氨基酸，蛋白質(zhì)，核

24、酸等）和含氮代謝物。分為：有機(jī)氮 無(wú)機(jī)氮第44頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四（1）有機(jī)氮源植物來(lái)源：玉米槳、豆餅粉、大豆、花生餅粉、棉子餅粉、Pharmamedia和Proflo(均為棉子餅粉制品)動(dòng)物來(lái)源：蛋白胨，水解干酪素、屠宰場(chǎng)廢棄物，魚(yú)粉和酵母膏等 其他：尿素，酒糟，廢菌體第45頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四1）在分泌的蛋白酶作用下，分解為氨基酸而被吸收利用。2）原料含豐富的蛋白質(zhì)、多肽和游離氨基酸，還有少量的糖、脂肪、無(wú)機(jī)鹽、維生素及生長(zhǎng)因子，因此微生物利用后生長(zhǎng)旺盛。3）有些微生物對(duì)氨基酸有特殊需求，可用有機(jī)氮來(lái)代替。4） 氮

25、源的來(lái)源對(duì)發(fā)酵影響很大，經(jīng)常需要搖瓶小試。第46頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四尿素：常用的有機(jī)氮 流加時(shí)溫度不宜過(guò)高，否則游離氨過(guò)多，使pH升高，一般在培養(yǎng)基冷卻后加入。有些有機(jī)氮還可作為產(chǎn)物的前體。第47頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四（2）無(wú)機(jī)氮源無(wú)機(jī)氮常用氨氣（氨水）、銨鹽如硫酸銨或硝酸鹽。與有機(jī)氮相比，無(wú)機(jī)氮更容易吸收利用無(wú)機(jī)氮的利用會(huì)引起pH的變化。 在銨離子被利用后，游離出酸，而使培養(yǎng)液呈酸性； 硝酸鹽在被代謝后，則呈現(xiàn)堿性。 硝酸銨首先由于銨被利用而呈現(xiàn)出酸性，硝酸鹽的同化作用被抑制，待銨耗盡后，才開(kāi)始利用硝酸根作氮源，培養(yǎng)基

26、呈現(xiàn)堿性。第48頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四正確使用生理酸堿性物質(zhì)，對(duì)穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)酵過(guò)程的pH有積極作用。生理酸性物質(zhì)經(jīng)微生物代謝后形成酸性物質(zhì)的無(wú)機(jī)氮源，如硫酸銨。生理堿性物質(zhì)經(jīng)微生物代謝后形成堿性物質(zhì)的無(wú)機(jī)氮源，如硝酸鈉。如：制備液體曲，選用NaNO3 曲霉生產(chǎn)糖化型淀粉酶，選用(NH4)2SO4第49頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四第50頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四4 碳氮比（C/N)碳元素總量與氮元素總量之比。C/N影響菌體的生長(zhǎng)和產(chǎn)物的代謝，還能調(diào)節(jié)pH。 例如：黃源膠（Xanthan Gum）發(fā)酵

27、：前期，較低的C/N，目的是強(qiáng)化菌體的生長(zhǎng)和增殖；黃源膠的生物合成期，則需要較高的C/N。此時(shí)，培養(yǎng)基中氮源仍然很高，結(jié)果會(huì)導(dǎo)致，底物消耗了但產(chǎn)物的產(chǎn)率卻很低。 不同菌種，不同時(shí)期，不同培養(yǎng)方式，對(duì)C/N的要求不同。最適C/N還與最適pH有關(guān)。第51頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四5 無(wú)機(jī)鹽無(wú)機(jī)鹽提供多種金屬元素和非金屬元素。P, Mg, S, K, Na, Fe, Cl, Mn, Zn, Co等作為生理活性物質(zhì)的組成或生理活性作用的調(diào)節(jié)物，低濃度時(shí)對(duì)微生物生長(zhǎng)和產(chǎn)物合成有促進(jìn)作用，高濃度時(shí)常表現(xiàn)出明顯的抑制作用。第52頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49

28、分，星期四第53頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四磷（P）培養(yǎng)基中特別重要的元素，是構(gòu)成核酸，磷脂的成分，并參與ATP，GTP的能量轉(zhuǎn)移反應(yīng)。一般需添加磷酸鹽，如KH2PO4 ，K2HPO4 ，NaH2PO4， (NH4)2HPO4第54頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四硫： 含硫氨基酸（胱氨酸，半胱氨酸，蛋氨酸）等的組成部分，輔酶的活性基。一般添加Na2SO4， MgSO4 第55頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四K、 Na、 Ca雖不參與細(xì)胞的組成，卻是培養(yǎng)基中的重要成分。Na 與維持細(xì)胞的滲透壓有關(guān)，促使某些酶的產(chǎn)量

29、。K 與滲透壓有關(guān)，并且是許多酶的激活劑，還可促進(jìn)糖代謝。Ca2+ 以離子狀態(tài)控制細(xì)胞透性和調(diào)節(jié)酸度。CaCO3的作用： Ca2+ 對(duì)淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等多種酶活性起到十分重要的穩(wěn)定和活化作用。常用CaCO3， CaCl2提供鈣，一般不與K2HPO4一起使用。CaCO3需單獨(dú)滅菌，在培養(yǎng)基調(diào)到中性后加入。第56頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四Mg某些細(xì)胞的葉綠素成分，是許多重要酶的激活劑，常用MgSO4，注意在堿性溶液中會(huì)生成沉淀。Fe細(xì)胞色素、細(xì)胞色素氧化酶、過(guò)氧化氫酶的成分，對(duì)代謝產(chǎn)物的合成有較大影響。第57頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，

30、星期四Cl氯離子不具營(yíng)養(yǎng)作用，對(duì)一些含氯代謝物的發(fā)酵，還需加入0.1%KCl補(bǔ)充。其他一些微量元素Mn、 Zn、 Co等，一般不需再加入。第58頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四第59頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四6 生長(zhǎng)因子凡是微生物生長(zhǎng)不可缺少的微量有機(jī)物質(zhì)都稱(chēng)為生長(zhǎng)因子。包括：維生素，生物素，嘌呤堿，嘧啶堿，氨基酸等。維生素，主要是B族維生素的硫胺素，核黃素，泛酸，吡哆素，煙酰胺，葉酸，環(huán)己六醇，生物素，多為輔基，輔酶。發(fā)酵工業(yè)廣泛使用的天然原料，如玉米漿，麥芽汁，豆芽汁，酵母膏等，既是N源，又可提供生長(zhǎng)因子。第60頁(yè)，共180頁(yè)，20

31、22年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四7 前體、促進(jìn)劑和抑制劑發(fā)酵培養(yǎng)基中某些成分的加入不促進(jìn)微生物的生長(zhǎng)，只是有助于調(diào)節(jié)產(chǎn)物的形成，這些添加的物質(zhì)包括前體、抑制劑和促進(jìn)劑。第61頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四前體物質(zhì)指某些化合物加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中，能被微生物在生物合成過(guò)程中結(jié)合到產(chǎn)物分子中去，其自身結(jié)構(gòu)并無(wú)多大變化，但產(chǎn)量卻因前體的加入有較大提高。前體加入量可以通過(guò)計(jì)算確定。發(fā)酵中添加前體物質(zhì)將有利于產(chǎn)物的合成和顯著提高產(chǎn)量，如苯乙酸及其衍生物被認(rèn)為是青霉素的前體物質(zhì)。第62頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四第63頁(yè)，共180頁(yè)，2022年

32、，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四抑制劑加入后會(huì)抑制某些代謝途徑的進(jìn)行，使另一途徑活躍，從而獲得人們所需要的某種代謝產(chǎn)物，或使正常代謝的某一代謝中間物積累。第64頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四阻遏物或抑制劑的影響培養(yǎng)基中存在反饋?zhàn)瓒粑锘蚍纸庾瓒粑锞苡绊懨傅暮铣?，降低發(fā)酵產(chǎn)量。有些酶的抑制劑卻能提高某些代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量，最早利用抑制劑提高中間代謝物產(chǎn)量的例子是甘油發(fā)酵中加入亞硫酸鈉?？股毓I(yè)應(yīng)用最多。在培養(yǎng)基配制時(shí)必須注意加入有益的抑制劑，而避免混入有害的抑制物。第65頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四第66頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20

33、日，5點(diǎn)49分，星期四促進(jìn)劑指那些既不是營(yíng)養(yǎng)物，又不是前體，但能提高產(chǎn)量的添加劑，如酶生產(chǎn)中的誘導(dǎo)物或表面活性劑等。發(fā)酵過(guò)程中促進(jìn)劑的用量極微，而且專(zhuān)一性較強(qiáng)，往往不可相互套用。第67頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四誘導(dǎo)物：工業(yè)用微生物酶多數(shù)為誘導(dǎo)酶，如蛋白酶、淀粉酶、纖維素酶等。誘導(dǎo)物的存在能大大強(qiáng)化誘導(dǎo)酶的生物合成。但不能從根本上改變細(xì)胞原有的蛋白質(zhì)模板，誘導(dǎo)物包括酶的底物，底物類(lèi)似物，及被轉(zhuǎn)化為誘導(dǎo)物的前體物質(zhì)。淀粉、糊精或麥芽糖是淀粉酶或糖化酶的誘導(dǎo)物。第68頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四表面活性劑(洗滌劑，吐溫等)可以增加酶的產(chǎn)量

34、，一般認(rèn)為是因?yàn)椋?、改變了細(xì)胞膜的通透性2、增強(qiáng)了氧的傳遞速度，改善了菌體對(duì)氧的有效利用。第69頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四促進(jìn)劑的作用（舉例）1、可能起生長(zhǎng)因素的作用，如某些植物刺激劑可促進(jìn)某些放線菌的生長(zhǎng)。2、鏈霉素發(fā)酵時(shí)，加入巴比妥藥物，可提高菌絲抗自溶能力，推遲菌體自溶。3、抑制某些合成其他產(chǎn)物的途徑，如四環(huán)素發(fā)酵中加入NaBr抑制金霉素的生成。第70頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四4、有的降低了產(chǎn)生菌的呼吸，使之有利于抗生素的合成。如四環(huán)素發(fā)酵中加入硫氰化芐。5、有的可改變發(fā)酵液的物理性質(zhì)，改善通氣效果。6、有的與抗生素形成復(fù)

35、鹽，從而降低發(fā)酵液中抗生素的濃度，促進(jìn)抗生素的合成。第71頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四第72頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四二、培養(yǎng)基的用途 （一）、培養(yǎng)基的分類(lèi)（二）、發(fā)酵生產(chǎn)中的培養(yǎng)基類(lèi)型第73頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四（一）、培養(yǎng)基的分類(lèi)按培養(yǎng)基組成物質(zhì)的化學(xué)成分 合成培養(yǎng)基、天然培養(yǎng)基。按物理性質(zhì) 固體，液體按用途 選擇性培養(yǎng)基、鑒別培養(yǎng)基、富集培養(yǎng)基等第74頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四（1）天然培養(yǎng)基用化學(xué)成分還不清楚或化學(xué)成分還不恒定的各種植物和動(dòng)物組織或微生物的浸

36、出物、水解液等物質(zhì)(例如牛肉膏、酵母膏、麥芽汁、蛋白胨等)制成。適合于各類(lèi)異養(yǎng)微生物生長(zhǎng)，而一般自養(yǎng)微生物都不能生長(zhǎng)。第75頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四（2）合成培養(yǎng)基用化學(xué)成分和數(shù)量完全了解的物質(zhì)配制而成的。成分精確，重復(fù)性強(qiáng)，可以減少不能控制的因素。適用于在實(shí)驗(yàn)室范圍作有關(guān)營(yíng)養(yǎng)、代謝、分類(lèi)鑒定、生物測(cè)定及選育菌種、遺傳分析等定量研究工作。但一般微生物在合成培養(yǎng)基上生長(zhǎng)較慢，有些微生物營(yíng)養(yǎng)要求復(fù)雜，在合成培養(yǎng)基上不能生長(zhǎng)。第76頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四（3）半合成培養(yǎng)基多數(shù)培養(yǎng)基配制是采用一部分天然有機(jī)物作碳源、氮源和生長(zhǎng)因子的

37、來(lái)源，再適當(dāng)加入一些化學(xué)藥品以補(bǔ)充無(wú)機(jī)鹽成分，使其更能充分滿(mǎn)足微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)的需要。大多數(shù)微生物都能在此培養(yǎng)基上生長(zhǎng)繁殖。因此，在微生物工業(yè)生產(chǎn)上和試驗(yàn)研究中被廣泛使用。第77頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四 液體培養(yǎng)基：常用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)及生理代謝等基本理論研究工作。用作培養(yǎng)種子和發(fā)酵的培養(yǎng)基；根據(jù)對(duì)氧的要求，分別作靜止或通風(fēng)攪拌培養(yǎng)；菌種篩選和培養(yǎng)中，用液體培養(yǎng)基進(jìn)行搖瓶培養(yǎng)；有時(shí)也用作鑒定菌種的參考。第78頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四 固體培養(yǎng)基分類(lèi)：斜面試管、平板等是在液體培養(yǎng)基中加入凝固劑配成的，最常用的凝固劑是瓊脂。第79頁(yè)

38、，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四作用：固體培養(yǎng)基在菌種的分離、保藏、菌落特征的觀察、活菌計(jì)數(shù)和鑒定菌種方面是不可缺少的。在制曲、酶制劑、檸檬酸等生產(chǎn)中，用來(lái)培養(yǎng)霉菌等的固體種子和發(fā)酵培養(yǎng)基是由麩皮等農(nóng)作物加無(wú)機(jī)元素等制成的。第80頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四增殖培養(yǎng)基：配制成適合某種微生物生長(zhǎng)而不適合其他微生物生長(zhǎng)，從而達(dá)到從自然界分離這種微生物的目的。鑒別培養(yǎng)基：是根據(jù)微生物能否利用培養(yǎng)基中某種營(yíng)養(yǎng)成分，借助指示劑的顯色反應(yīng)，以鑒別不同種類(lèi)的微生物。選擇培養(yǎng)基：是在培養(yǎng)基內(nèi)加入某種化學(xué)物質(zhì)以抑制不需要菌的生長(zhǎng)，而促進(jìn)某種需要菌的生長(zhǎng)。加富

39、培養(yǎng)基：在普通培養(yǎng)基中加入某些特殊的營(yíng)養(yǎng)物（如血、血清，動(dòng)、植物組織液或其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（或生長(zhǎng)因子）的一類(lèi)營(yíng)養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基。用來(lái)培養(yǎng)營(yíng)養(yǎng)要求苛刻的微生物，或用以富集（數(shù)量上占優(yōu)勢(shì)）和分離其中微生物.第81頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四（二）、發(fā)酵生產(chǎn)中的培養(yǎng)基類(lèi)型 工業(yè)上依據(jù)生產(chǎn)流程和作用分為：斜面培養(yǎng)基種子培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基搖瓶培養(yǎng)基第82頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四1斜面培養(yǎng)基作用：供微生物細(xì)胞生長(zhǎng)繁殖，包括細(xì)菌，酵母等的斜面培養(yǎng)基霉菌、放線菌產(chǎn)孢子培養(yǎng)基或麩曲培養(yǎng)基等。這類(lèi)培養(yǎng)基主要作用是供給細(xì)胞生長(zhǎng)繁殖所需的各類(lèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。第83頁(yè)，

40、共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四特點(diǎn)：富含有機(jī)氮源，少含或不含糖分。有機(jī)氮有利于菌體的生長(zhǎng)繁殖，能獲得更多的細(xì)胞。對(duì)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，否則容易長(zhǎng)菌絲而較少形成孢子。斜面培養(yǎng)基中宜加少量無(wú)機(jī)鹽類(lèi)，供給必要的生長(zhǎng)因子和微量元素。第84頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四孢子培養(yǎng)基供制備孢子。要求此培養(yǎng)基能使孢子迅速發(fā)芽和生長(zhǎng)，能形成大量的孢子，但不引起菌種變異。一般孢子培養(yǎng)基中的基質(zhì)濃度(特別是有機(jī)氮)要低些，否則影響孢子的形成。無(wú)機(jī)鹽濃度適量，否則影響孢子的數(shù)量和質(zhì)量。第85頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，

41、5點(diǎn)49分，星期四2種子培養(yǎng)基(包括搖瓶種子和小罐種子培養(yǎng)基) 培養(yǎng)種子的目的：擴(kuò)大培養(yǎng)，增加細(xì)胞數(shù)量；同時(shí)也必須培養(yǎng)出強(qiáng)壯、健康、活性高的細(xì)胞，使細(xì)胞迅速進(jìn)行分裂或菌絲快速生長(zhǎng)。第86頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四種子培養(yǎng)基 供孢子發(fā)芽和菌體生長(zhǎng)繁殖。要求營(yíng)養(yǎng)成分易被菌體吸收利用，同時(shí)還要比較豐富和完整，其中氮源和維生素含量略高一些。在設(shè)計(jì)種子培養(yǎng)基時(shí)還要考慮與發(fā)酵培養(yǎng)基組成的關(guān)系，使種子進(jìn)入發(fā)酵罐后很快適應(yīng)發(fā)酵環(huán)境。第87頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四種子培養(yǎng)基特點(diǎn)：有較完全和豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，特別需要充足的氮源和生長(zhǎng)因子。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃

42、度不必太高。種子培養(yǎng)基，可添加一些易被吸收利用的碳源和氮源。種子培養(yǎng)基成分還應(yīng)考慮與發(fā)酵培養(yǎng)基的主要成分相近。第88頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四3發(fā)酵培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基是發(fā)酵生產(chǎn)中最主要的培養(yǎng)基，供菌體生長(zhǎng)繁殖和合成大量代謝產(chǎn)物。它不僅耗用大量的原材料，而且也是決定發(fā)酵生產(chǎn)成功與否的重要因素。要求此培養(yǎng)基的組成豐富完整，營(yíng)養(yǎng)成分濃度適中，利于菌體生長(zhǎng)及合成大量的代謝產(chǎn)物。發(fā)酵培養(yǎng)基應(yīng)考慮在發(fā)酵過(guò)程中的各種生化代謝的協(xié)調(diào)，使發(fā)酵液的pH等保持相對(duì)穩(wěn)定。第89頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四三、發(fā)酵培養(yǎng)基的選擇設(shè)計(jì)和注意事項(xiàng) 1. 必須提供合成

43、微生物細(xì)胞、代謝活動(dòng)和發(fā)酵產(chǎn)物的基本營(yíng)養(yǎng)成分。對(duì)菌體生長(zhǎng)與產(chǎn)物相偶聯(lián)的發(fā)酵類(lèi)型，充分滿(mǎn)足細(xì)胞生長(zhǎng)繁殖的培養(yǎng)基就能獲得最大的產(chǎn)物。生產(chǎn)氨基酸等含氮化合物時(shí)，除充足的碳源物質(zhì)外，還應(yīng)該添加足夠的銨鹽或尿素等氮素化合物。主成分與其他成分的配比。合適的pH：微生物的生長(zhǎng)繁殖或產(chǎn)物合成需要特定的pH環(huán)境。合適的濃度：從發(fā)酵動(dòng)力學(xué)有關(guān)生長(zhǎng)、產(chǎn)物合成和基質(zhì)利用物料平衡的關(guān)系中推算所需原料或主要原料的需要量。第90頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四注意代謝調(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(jìn)或抑制發(fā)酵產(chǎn)物的形成。前體物質(zhì)誘導(dǎo)劑阻遏物抑制劑第91頁(yè)，共180頁(yè)，2022年

44、，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四注意金屬離子的影響：有些發(fā)酵對(duì)金屬離子相當(dāng)敏感，因?yàn)橛行┙饘匐x子是中間代謝酶的抑制劑或激活劑。對(duì)有重大影響的金屬離子必須嚴(yán)格控制。檸檬酸發(fā)酵中鐵、錳和鋅離子都能明顯影響產(chǎn)量，鈣離子對(duì)細(xì)菌淀粉酶的生產(chǎn)有促進(jìn)作用，鈷離子對(duì)葡萄糖異構(gòu)酶的發(fā)酵是必需的。第92頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四2. 有利于減少培養(yǎng)基原料的單耗，即提高單位營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)所合成產(chǎn)物數(shù)量或最大產(chǎn)率。3. 有利于提高培養(yǎng)基和產(chǎn)物的濃度，以提高單位容積發(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)酵周期。第93頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四5

45、. 盡量減少副產(chǎn)物的形成，便于產(chǎn)物的分離純化。6. 原料價(jià)格低廉，質(zhì)量穩(wěn)定，取材容易。7. 所用原料盡可能減少對(duì)發(fā)酵過(guò)程中通氣攪拌的影響，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，并盡可能減少產(chǎn)生“三廢”的物質(zhì)。第94頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四例:基質(zhì)濃度變化及控制第95頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四（一）、碳源濃度變化及控制碳源是發(fā)酵過(guò)程中菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物合成的能量和碳素的來(lái)源。發(fā)酵前期，碳源主要用于生長(zhǎng)，消耗較快，發(fā)酵后期，碳源主要用于產(chǎn)物合成，消耗速度放緩。快速利用的碳源：對(duì)生長(zhǎng)有利，對(duì)次級(jí)代謝產(chǎn)物的形成有抑制作用

46、。緩慢利用的碳源：對(duì)延長(zhǎng)產(chǎn)物的合成是有利的，尤其是次級(jí)代謝產(chǎn)物。第96頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四第97頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四培養(yǎng)基濃度過(guò)高，影響通氣攪拌，過(guò)高的碳源濃度也抑制菌體的生長(zhǎng)。解決的方法是采取“中間補(bǔ)料” 補(bǔ)糖方法： 連續(xù)滴加補(bǔ)糖 小量多次間歇補(bǔ)糖 大量少次補(bǔ)糖“中間補(bǔ)料”可以延長(zhǎng)產(chǎn)物的產(chǎn)生時(shí)間，推遲菌體的自溶時(shí)間，增加了發(fā)酵液的體積，而使發(fā)酵單位大幅度上升。第98頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四（二）、氮源濃度變化及控制氮源物質(zhì)主要用于：菌體中蛋白質(zhì)、核酸等含氮物質(zhì)的合成，有些含氮的發(fā)酵產(chǎn)

47、物。發(fā)酵前期，氮源物質(zhì)隨菌體濃度的急劇增加而迅速減少，發(fā)酵中期，氮源（氨基氮）的下降速度比較緩慢，發(fā)酵后期，由于菌體自溶，氨基氮會(huì)回升。第99頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四發(fā)酵培養(yǎng)基中同時(shí)含快速利用的氮源和緩慢利用的氮源物質(zhì)?？焖倮玫牡矗喝绨彼@鹽促進(jìn)菌體生長(zhǎng)。緩慢利用的氮源：有利于延長(zhǎng)產(chǎn)物的合成期。氮源投料多，造成菌體生長(zhǎng)快，菌體衰老也快。同時(shí)，氮源物質(zhì)往往抑制次級(jí)產(chǎn)物的合成。解決方法：“中間補(bǔ)料”。第100頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四第101頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四四、培養(yǎng)基確定方法1. 首先

48、必須做好調(diào)查研究工作，了解菌種的來(lái)源、生活習(xí)慣、生理生化特性和一般的營(yíng)養(yǎng)要求。應(yīng)根據(jù)不同類(lèi)型微生物的生理特性考慮培養(yǎng)基的組成。第102頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四2. 對(duì)生產(chǎn)菌種的培養(yǎng)條件，生物合成的代謝途徑，代謝產(chǎn)物的化學(xué)性質(zhì)、分子結(jié)構(gòu)、一般提煉方法和產(chǎn)品質(zhì)量要求等有所了解，以便在選擇培養(yǎng)基時(shí)做到心中有數(shù)。第103頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四3. 先選擇化學(xué)合成培養(yǎng)基做基礎(chǔ)，摸索菌種對(duì)各種主要有機(jī)碳源和氮源的利用情況和產(chǎn)生代謝產(chǎn)物的能力。先做搖瓶試驗(yàn);再做小型發(fā)酵罐培養(yǎng)。試驗(yàn)時(shí)每次只限一個(gè)變動(dòng)條件，確定培養(yǎng)基配比。4. 再做復(fù)合培養(yǎng)

49、基試驗(yàn)，最后試驗(yàn)各種發(fā)酵條件和培養(yǎng)基的關(guān)系。正交試驗(yàn)第104頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四5. 通過(guò)中間補(bǔ)料法引導(dǎo)發(fā)酵走向合成產(chǎn)物的途徑。對(duì)碳及氮的代謝予以適當(dāng)?shù)目刂?，間歇添加各種養(yǎng)料和前體類(lèi)物質(zhì)。第105頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四第三節(jié) 培養(yǎng)工藝的確定方法 一、培養(yǎng)條件二、主要培養(yǎng)方法及特點(diǎn) 第106頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四一、培養(yǎng)條件溫度 pH值 氧種齡接種量第107頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四1溫度 通常在生物學(xué)范圍內(nèi)每升高10，生長(zhǎng)速度就加快一倍，溫度直接影響酶反

50、應(yīng)，對(duì)于微生物來(lái)說(shuō)，溫度直接影響其生長(zhǎng)和合成酶。 機(jī)體的重要組成如蛋白質(zhì)、核酸等都對(duì)溫度較敏感，隨著溫度的增高有可能遭受不可逆的破壞。微生物可生長(zhǎng)的溫度范圍較廣，總體說(shuō)在 -1095。第108頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四溫度 任何微生物的牛長(zhǎng)都需要有最適的生長(zhǎng)溫度，在此溫度范圍內(nèi)微生物生長(zhǎng)繁殖最快。如果所培養(yǎng)的微生物能承受稍高一些的溫度進(jìn)行生長(zhǎng)和繁殖，即可減少污染雜菌的機(jī)會(huì)和夏季培養(yǎng)所需降溫的輔助設(shè)備，因此培養(yǎng)耐高溫的菌種有一定的生產(chǎn)現(xiàn)實(shí)意義。第109頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四2pH值 培養(yǎng)基的pH值與微生物生命活動(dòng)有著密切關(guān)系，各

51、種微生物有其可以生長(zhǎng)的和最適生長(zhǎng)的pH范圍。微生物通過(guò)其活動(dòng)也能改變環(huán)境的pH值。pH值過(guò)高、過(guò)低都會(huì)影響微生物的生長(zhǎng)繁殖以及代謝產(chǎn)物的積累?？刂苝H值還可以防止雜菌的污染。高碳源培養(yǎng)基傾向于向酸性pH轉(zhuǎn)移，高氮源培養(yǎng)基傾向于向堿性pH轉(zhuǎn)移，這都跟碳氮比直接有關(guān)。第110頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四避免產(chǎn)生微生物不能利用的物質(zhì)或形成沉淀葡萄糖與銨鹽或氨基酸的氨基在滅菌高溫下作用形成深褐色物質(zhì)，該物質(zhì)不被微生物利用。因此這兩類(lèi)營(yíng)養(yǎng)物不宜直接配在一起進(jìn)行滅菌，而應(yīng)采用分開(kāi)滅菌后再加入發(fā)酵罐內(nèi)。硫酸銨中的SO42-與鈣鹽易形成難溶的硫酸鈣，因此二者也不宜直接配成培養(yǎng)基。

52、第111頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四3氧 依賴(lài)獲得能量的代謝的差異，微生物對(duì)氧的需要是不同。好氣性菌主要是有氧呼吸或氧化代謝，厭氣菌為厭氣發(fā)酵，兼性厭氣菌兩者兼而有之。不同微生物或同一微生物的不同生長(zhǎng)階段對(duì)通風(fēng)量的要求是不相同。第112頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四通風(fēng)和攪拌 通氣供給氧通氣量與菌種、培養(yǎng)基性質(zhì)、培養(yǎng)階段有關(guān)。通氣量的多少，按氧溶解的多少來(lái)決定。只有氧溶解的速度大于菌體的吸氧量時(shí)，菌體才能正常地生長(zhǎng)和代謝。隨著菌體繁殖，呼吸增強(qiáng)，必須按菌體的吸氧量加大通氣量，以增加溶解氧的量?！叭齻饕环础保骸叭齻鳌睘閯?dòng)量傳遞、熱量傳遞和

53、質(zhì)量傳遞（化工單元操作），“一反”為化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。第113頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四攪拌能使氧氣更好地與培養(yǎng)液混合，保證氧的最大限度溶解，有利于熱交換，使培養(yǎng)液的溫度一致，還有利于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝物的分散。擋板有助于攪拌，使其效果更好。全擋板條件第114頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四培養(yǎng)過(guò)程中的氧傳遞第115頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四培養(yǎng)罐深，攪拌轉(zhuǎn)速大，通氣管開(kāi)孔小且多，氣泡在培養(yǎng)液內(nèi)停留時(shí)間就長(zhǎng)；培養(yǎng)基的粘度越小，氧的溶解速度就越大。攪拌可以提高通氣效果，但是過(guò)度地劇烈攪拌會(huì)導(dǎo)致培養(yǎng)液大量涌泡，容易發(fā)

54、生逃液，增加雜菌污染的機(jī)會(huì)，液膜表層的酶容易氧化變性，微生物細(xì)胞也不宜劇烈攪拌。第116頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四種齡與接種量 種子培養(yǎng)期應(yīng)取菌種的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期為宜，菌種過(guò)嫩或過(guò)老，不但延長(zhǎng)發(fā)酵周期，而且會(huì)降低產(chǎn)量。第117頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四接種量的大小直接影響發(fā)酵周期。接種量和培養(yǎng)物的生長(zhǎng)過(guò)程的延緩期長(zhǎng)短呈反比。接種量過(guò)多也無(wú)必要。因培養(yǎng)種子費(fèi)時(shí)，而且過(guò)多地移入代謝廢物，反而會(huì)影響正常發(fā)酵。一般都將菌種擴(kuò)大培養(yǎng)，進(jìn)行兩級(jí)發(fā)酵或三級(jí)發(fā)酵。大量地接入培養(yǎng)成熟的菌種的優(yōu)點(diǎn)：1.可以縮短生長(zhǎng)過(guò)程的延緩期，因而縮短了發(fā)酵周期，提高設(shè)

55、備利用率；2. 節(jié)約發(fā)酵培養(yǎng)的動(dòng)力消耗；3. 并有利于減少染菌機(jī)會(huì)。第118頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四二、主要培養(yǎng)方法及特點(diǎn) 1種子擴(kuò)大培養(yǎng)階段(1)液體培養(yǎng)法：液體試管、三角瓶搖床振蕩或回旋式培養(yǎng)。搖瓶通氣量大小與搖瓶機(jī)型式、轉(zhuǎn)數(shù)、振程(或偏心距)、三角瓶容量、裝料量有關(guān)。(2)表面培養(yǎng)法：茄子瓶、克氏瓶或瓷盤(pán)培養(yǎng)。(3)固體培養(yǎng)法：三角瓶、蘑菇瓶、克氏瓶、培養(yǎng)皿等麩皮培養(yǎng)。第119頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四(1) 表面培養(yǎng)一種好氧靜置培養(yǎng)方法，分為液態(tài)和固態(tài)表面培養(yǎng)。表面積越大，越易促進(jìn)氧氣由氣液(氣固）界面向培養(yǎng)基內(nèi)傳遞。菌

56、的生長(zhǎng)速度與培養(yǎng)基深度有關(guān)，單位體積的表面積越大，生長(zhǎng)速度越快。供氧為發(fā)酵的限速因素，發(fā)酵周期長(zhǎng)，占地面積大。優(yōu)點(diǎn)：不需要攪拌和通氣，節(jié)省動(dòng)力。如醋酸、檸檬酸發(fā)酵和曲盤(pán)制曲。2大規(guī)模生產(chǎn)階段 第120頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四固體培養(yǎng)又分為淺盤(pán)固體培養(yǎng)和深層固體培養(yǎng)，統(tǒng)稱(chēng)曲法培養(yǎng)。它起源于我國(guó)釀造生產(chǎn)特有的傳統(tǒng)制曲技術(shù)。其最大特點(diǎn)是固體曲的酶活力高。 (2) 固體培養(yǎng)第121頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四固體培養(yǎng)優(yōu)點(diǎn)： 原料：以谷物和農(nóng)業(yè)廢物為主要原料，只需外加適量水分、無(wú)機(jī)鹽等。培養(yǎng)基組成簡(jiǎn)單。 防止污染：霉菌在水分較低的基質(zhì)表面能

57、增殖的特性，細(xì)菌生長(zhǎng)不好，因此不易引起細(xì)菌污染。 通氣：在曲房?jī)?nèi)使用循環(huán)的冷卻增濕的無(wú)菌空氣來(lái)控制溫濕度，且根據(jù)不同生理時(shí)期的需要，靈活調(diào)節(jié)。固體培養(yǎng)中，氧氣由基質(zhì)粒子間空隙的空氣直接供給微生物，比液體培養(yǎng)時(shí)用通氣攪拌供給氧氣節(jié)能。 第122頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四(3) 液體深層培養(yǎng) 液體深層培養(yǎng)：從罐底部通氣，進(jìn)入的空氣由攪拌槳葉分散成微小氣泡以促進(jìn)氧的溶解。（表面培養(yǎng)法：氣液界面靠自然擴(kuò)散使氧溶解。）特點(diǎn)：容易按照生產(chǎn)菌種對(duì)于代謝的營(yíng)養(yǎng)要求以及不同生理時(shí)期的通氣、攪拌、溫度、與培養(yǎng)基中氫離子濃度等條件，選擇最佳培養(yǎng)條件。第123頁(yè)，共180頁(yè)，2022年

58、，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四 深層培養(yǎng)基本操作的3個(gè)控制點(diǎn) 滅菌：要求純培養(yǎng)，因此在發(fā)酵開(kāi)始前必須對(duì)培養(yǎng)基進(jìn)行加熱滅菌。溫度控制：培養(yǎng)基滅菌后，冷卻至培養(yǎng)溫度進(jìn)行發(fā)酵；隨著微生物的增殖和發(fā)酵產(chǎn)生生物熱、攪拌產(chǎn)熱等，所以為維持溫度恒定，須在夾套等以冷卻水循環(huán)冷卻。通氣、攪拌：經(jīng)空氣過(guò)濾器除去雜菌，制成無(wú)菌空氣，由罐底部進(jìn)入發(fā)酵罐，再通過(guò)攪拌將空氣分散成微小氣泡。第124頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四幾種深層培養(yǎng)法 放大法兩步法控制培養(yǎng)法 分批發(fā)酵法(間歇發(fā)酵法)連續(xù)培養(yǎng)法補(bǔ)料分批培養(yǎng)法(流加法) 第125頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四

59、放大法： 將微生物在搖瓶基礎(chǔ)上逐級(jí)放大以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。在厭氣發(fā)酵時(shí)利用發(fā)酵時(shí)生成的二氧化碳引起的液體流動(dòng)和輔助攪拌，以提供傳熱與傳質(zhì)。在好氧培養(yǎng)中，以氧的供給為基準(zhǔn)進(jìn)行放大。從實(shí)驗(yàn)室規(guī)模到工廠生產(chǎn)要經(jīng)過(guò)35級(jí)放大步驟。第126頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四放大過(guò)程考慮的原則：a氧傳遞速度相等，b攪拌槳葉頂端速度，c單位液量所需的攪拌動(dòng)力，d混合時(shí)間相同，e雷諾準(zhǔn)數(shù)相同。第127頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四 兩步法酶制劑生產(chǎn)中，將菌體生長(zhǎng)條件(營(yíng)養(yǎng)期)與產(chǎn)酶條件(分泌期)區(qū)分開(kāi)來(lái)。菌種先在豐富的培養(yǎng)基上大量繁殖，然后收集菌體濃縮物，洗滌

60、后再轉(zhuǎn)入添加誘導(dǎo)物的產(chǎn)酶培養(yǎng)基，在此期間，菌體積累大量的酶，一般不再繁殖，營(yíng)養(yǎng)成分或誘導(dǎo)物得到充分利用。在氨基酸的兩步法液體深層培養(yǎng)中，菌種和培養(yǎng)基等均不相同。第一步屬有機(jī)酸發(fā)酵或氨基酸發(fā)酵。第二步，在微生物產(chǎn)生的某種酶作用下，把第一步的產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為所需的氨基酸，又稱(chēng)為酶轉(zhuǎn)化法。 第128頁(yè)，共180頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期四 控制培養(yǎng)法 了解發(fā)酵罐內(nèi)部的變化情況，掌握短暫時(shí)間內(nèi)狀態(tài)變量的變化，以及可能測(cè)定的環(huán)境因子對(duì)微生物代謝活動(dòng)的影響，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行控制培養(yǎng)，以達(dá)到產(chǎn)物生成的最優(yōu)培養(yǎng)條件。電子計(jì)算機(jī)控制發(fā)酵：用測(cè)定狀態(tài)變量的傳感器取得數(shù)據(jù)，經(jīng)電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行綜合分析，再將