生物工藝學(xué)第三章工業(yè)培養(yǎng)基及其設(shè)計

第三章工業(yè)培養(yǎng)基及其設(shè)計發(fā)酵工程的流程空氣空氣凈化處理保藏菌種斜面活化擴(kuò)大培養(yǎng)種子罐發(fā)酵罐培養(yǎng)基制備滅菌滅菌產(chǎn)物分離純化成品原料預(yù)處理本章主要內(nèi)容3.1工業(yè)培養(yǎng)基的基本要求3.2工業(yè)培養(yǎng)基的成分及來源3.3培養(yǎng)基類型3.4培養(yǎng)基設(shè)計原理與優(yōu)化方法3.1工業(yè)培養(yǎng)基的基本要求①必須提供合成微生物(動物、植物)細(xì)胞和發(fā)酵產(chǎn)物的基本成分。②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)化率。③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。④有利于提高產(chǎn)物的合成速度，縮短發(fā)酵周期。3.1工業(yè)培養(yǎng)基的基本要求⑤盡量減少副產(chǎn)物的形成，便于產(chǎn)物的分離純化。⑥原料價格低廉，質(zhì)量穩(wěn)定，取材容易。⑦所用原料盡可能減少對發(fā)酵過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“三廢”物質(zhì)的產(chǎn)生。培養(yǎng)基的作用

滿足菌體的生長促進(jìn)產(chǎn)物的形成3.2工業(yè)培養(yǎng)基的成分及來源一、碳源二、氮源三、無機(jī)鹽及微量元素四、前體物質(zhì)、促進(jìn)劑和抑制劑3.2工業(yè)培養(yǎng)基的成分及來源

工業(yè)微生物絕大部分都是利用有機(jī)碳異養(yǎng)型微生物，它需要碳水化合物、蛋白質(zhì)和前體等物質(zhì)提供能量和構(gòu)成特定產(chǎn)物的需要。(動物細(xì)胞、植物細(xì)胞)

一、碳源

常用碳源：糖類、油脂、有機(jī)酸和低碳醇。各種菌種對不同碳源的利用速率和效率不一樣。碳源：碳素是菌體成分的主要元素，是細(xì)胞貯藏物質(zhì)和各種代謝物的骨架，還是能量的主要來源。(ATP化學(xué)能)有機(jī)碳主要來源：

一是農(nóng)副產(chǎn)品中如甘薯、麩皮、玉米、米糠等淀粉質(zhì)原料；二是野生的如土茯苓、橡子、石蒜等淀粉質(zhì)資源。此外，目前研究以石油產(chǎn)品中12-16碳的成分等作碳源。如以某些嗜石油菌生產(chǎn)蛋白酶、脂酶均已獲得成功。工業(yè)上常用的糖類及來源糖類來源葡萄糖乳糖淀粉蔗糖純葡萄糖、水解淀粉純?nèi)樘恰⑷榍宸鄞篼?、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

1.葡萄糖：

最易利用，是加速生長的有效的糖。但過多會過分加速菌體呼吸，以致溶解氧不能滿足需要，使一些中間代謝物積累（如丙酮酸、乳酸、乙酸等），pH下降，影響某些酶的活性從而影響微生物生長和產(chǎn)物合成。葡萄糖效應(yīng)

一、碳源工業(yè)上常用淀粉水解糖，但是糖液必須達(dá)到一定的質(zhì)量指標(biāo)。不同的制糖工藝生產(chǎn)的糖液質(zhì)量差別很大一、碳源2.糖蜜：又稱糖漿，俗稱糖稀生物發(fā)酵工業(yè)所用的糖蜜，主要是指制糖工業(yè)上的廢糖蜜，它是甘蔗糖廠或甜菜糖廠的一種副產(chǎn)品。含豐富的糖、氮、無機(jī)鹽、維生素等。主要含蔗糖，總糖可達(dá)50一75%。甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜的成分有所不同（P101）不同加工方法對甘蔗糖蜜的影響一、碳源2.糖蜜：甘蔗糖蜜是以甘蔗為原料，經(jīng)過壓榨，其蔗汁在經(jīng)過澄清、凈化、過濾處理后，蒸發(fā)濃縮、結(jié)晶及助晶、離心分離出來的褐色濃稠的液體，其中含有較大量的蔗糖和轉(zhuǎn)化糖。糖蜜常用在酵母和丙酮/丁醇的生產(chǎn)中，抗生素等微生物工業(yè)也常用它作碳源。酒精生產(chǎn)中若用糖蜜代甘薯粉，可省去蒸煮、制曲、糖化等過程，簡化了工藝。

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，但是許多都會對發(fā)酵產(chǎn)生不利的影響，需要進(jìn)行預(yù)處理。例：谷氨酸發(fā)酵有害物質(zhì)：膠體成分（起泡、結(jié)晶）、鈣鹽（結(jié)晶）生物素（發(fā)酵控制）預(yù)處理：澄清→脫鈣→脫除生物素例：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）預(yù)處理：→黃血鹽3.淀粉、糊精：

淀粉在發(fā)酵工業(yè)中被普通使用，它可克服葡萄糖代謝過快的弊病，同時淀粉來源豐富，價格也比較低廉。常用：玉米淀粉，小麥淀粉和甘薯淀粉等。有些微生物可直接利用玉米粉、土豆粉作碳源。纖維素和含淀粉較多的野生植物也是今后開發(fā)碳源的廣闊天地。如土茯苓、橡子、石蒜等。一、碳源淀粉、糊精使用條件：微生物必須能分泌水解淀粉、糊精的酶類缺點：難利用、發(fā)酵液比較稠、一般>2.0%時加入一定的α-淀粉酶成分比較復(fù)雜，有直鏈淀粉和支鏈淀粉等等。優(yōu)點：來源廣泛、價格低、難利用，可以解除葡萄糖效應(yīng)。4.油和脂肪：脂肪作碳源時需供給比糖代謝更多的氧，否則，大量脂肪酸和代謝中的有機(jī)酸積累，pH下降，影響酶作用。常用的油：豆油、菜油、葵花子油、豬油、魚油、棉子油等。一、碳源5.有機(jī)酸：

乳酸、檸檬酸、乙酸等有機(jī)酸或它們的鹽也能作碳源。有機(jī)酸的利用常會使pH上升，尤其是有機(jī)酸鹽氧化時，常伴隨著堿性物質(zhì)的產(chǎn)生。不同碳源在氧化時，對pH的影響各不相同。一、碳源6.正烷烴：

己用于有機(jī)酸、氨基酸、維生素、抗生素和酶制劑的發(fā)酵。7.甲醇、乙醇：已作為生產(chǎn)SCP的碳源。近年來國外用乙醇代糧發(fā)酵的工藝發(fā)展也十分迅速，菌體得率比葡萄糖等還高。(抗菌素除外)一、碳源例：地衣芽孢桿菌生產(chǎn)α-淀粉酶碳源對生長和產(chǎn)酶的影響碳源細(xì)胞量α-淀粉酶葡萄糖4.20蔗糖4.020糊精3.0638.2淀粉3.0940.2李江華，無錫輕工大學(xué)學(xué)報，2004(半纖維素酶)(1.5g麩皮)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：各種碳源相差不大推論：該菌種的堿性纖維素酶為組成型蘇勤，林業(yè)化學(xué)與工業(yè)，2004二、氮源有機(jī)氮源無機(jī)氮源

有機(jī)氮源和無機(jī)氮源應(yīng)當(dāng)混合使用早期：容易利用易同化的氮源—無機(jī)氮源中期：菌體的代謝酶系已形成、則利用蛋白質(zhì)（1）有機(jī)態(tài)氮：是利用農(nóng)產(chǎn)品的籽實榨油后的副產(chǎn)品，如豆餅、花生餅、菜籽餅等，以及蛋白胨、酵母膏、牛肉膏等。

（2）無機(jī)態(tài)氮：如（NH4）SO4、NH4Cl、NH4NO3和（NH4）3PO4等。功能：構(gòu)成菌體成分；作為酶的組成分或維持酶的活性；調(diào)節(jié)滲透壓、pH值、氧化還原電位等。速效氮遲效氮

常用：花生餅粉、黃豆餅粉、棉子餅粉、玉米漿、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、魚粉、蠶蛹粉、尿素、廢菌絲體和酒糟等。它們在微生物分泌的蛋白酶作用下，水解成氨基酸，被吸收后再進(jìn)一步分解代謝。1.有機(jī)氮源1.有機(jī)氮源成分復(fù)雜：除提供氮源外，有些有機(jī)氮源還提供大量的無機(jī)鹽及生長因子。

例玉米漿：可溶性蛋白、生長因子（生物素）、苯乙酸較多的乳酸硫、磷、微量元素等磷酸肌醇(1)玉米漿：

易被利用的氮源，對促進(jìn)紅霉素、鏈霉素、青霉素和土霉素的生產(chǎn)有作用。是玉米淀粉的副產(chǎn)物，固形物含量50%左右，還含有較多的有機(jī)酸，如乳酸，pH在4左右。玉米來源不同，加工條件不同，玉米漿的成分常有較大波動，在使用時應(yīng)注意適當(dāng)調(diào)配。1.有機(jī)氮源(2)尿素：

常用有機(jī)氮源，但它成分單一，不具有上述有機(jī)氮源的特點。在青霉素、谷氨酸等生產(chǎn)中也常被采用。尤其是在谷氨酸生產(chǎn)中，尿素可提高谷氨酸的生產(chǎn)。有機(jī)氮源有的還是產(chǎn)物的前體。1.有機(jī)氮源有機(jī)氮源成分復(fù)雜，可以從多個方面對發(fā)酵過程進(jìn)行影響；而另一方面有機(jī)氮源的來源具有不穩(wěn)定性，所以在有機(jī)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。（菌絲體生長、促進(jìn)產(chǎn)物合成）氮源使用的一些相關(guān)問題有機(jī)氮源和無機(jī)氮源應(yīng)當(dāng)混合使用

有些產(chǎn)物會受氮源的誘導(dǎo)和阻遏例：蛋白酶的生產(chǎn)有機(jī)氮源選取時也要考慮微生物的同化能力開發(fā)效果好、有針對性的有機(jī)氮源仍然是令人感興趣的課題

常用的有：銨鹽、硝酸鹽和氨水等。也稱為速效氮源。無機(jī)氮源的迅速利用會引起pH的變化。生理酸性物質(zhì)：硫酸銨。生理堿性物質(zhì)：如硝酸鈉。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pH有積極作用。2.無機(jī)氮源

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)氮可以直接用于合成細(xì)胞物質(zhì)；而硝態(tài)氮需還原成氨后才能被利用。

(NH4)2SO4→2NH3+2H2SO4

NaNO3+4H2→NH3+2H2O+NaOH

氨水：在發(fā)酵中除可以調(diào)節(jié)pH外，它也是一種容易被利用的氮源，在許多抗生素的生產(chǎn)中得到普遍使用。氨水因堿性較強(qiáng)，因此使用時要防止局部過堿，加強(qiáng)攪拌，并少量多次地加入。另外在氨水中還含有多種嗜堿性微生物，因此在使用前應(yīng)用石棉等過濾介質(zhì)進(jìn)行除菌過濾。2.無機(jī)氮源所以選擇合適的無機(jī)氮源有兩層意義：

滿足菌體生長穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)酵過程中的pH毛霉產(chǎn)蛋白酶的研究陳濤，中國釀造，2004初始pH的影響:pH偏酸比較好，中性蛋白酶影響大無機(jī)氮源的影響：硫酸銨>硝酸銨>硝酸鈉>尿素三、無機(jī)鹽及微量元素作為生物活性物質(zhì)的組成或生理活性作用的調(diào)節(jié)物。低濃度時對生長和產(chǎn)物合成有促進(jìn)作用，高濃度時常表現(xiàn)出明顯的抑制作用。不同微生物及不同的生長階段對這些物質(zhì)的最適濃度要求均不相同。三、無機(jī)鹽及微量元素鎂、磷、鉀、硫、鈣和氯等常以鹽的形式加入例如：硫酸鎂、磷酸二氫鉀、磷酸二鉀、碳酸鈣、氯化鉀等。三、無機(jī)鹽及微量元素

鈷、銅、鐵、錳、鋅、銅等微量元素，除了合成培養(yǎng)基外，一般不再另外單獨加入。

但有些發(fā)酵上業(yè)中也有單獨加入微量元素：例如：生產(chǎn)維生素B12，因鈷是組成成分，因此需要加入氯化鈷。三、無機(jī)鹽及微量元素1.磷：

具有重要代謝調(diào)節(jié)作用，有利于糖代謝，能促進(jìn)微生物的生長，但磷若過多時，許多產(chǎn)物的合成受抑制。

例1:在谷氨酸的合成中，磷濃度過高就會抑制6-磷酸葡萄糖脫氫酶的活性，使菌體生長旺盛，而谷氨酸的產(chǎn)量卻很低，代謝向纈氨酸方向轉(zhuǎn)化。三、無機(jī)鹽及微量元素1.磷：具有重要代謝調(diào)節(jié)作用，有利于糖代謝，能促進(jìn)微生物的生長，但磷若過多時，許多產(chǎn)物的合成受抑制。例2:鏈霉素、土霉素、新生霉素、檸檬酸等都受到磷濃度的影響。許多次級代謝產(chǎn)生過程對磷酸鹽的承受限度比生長繁殖過程低，必須嚴(yán)格控制。(生產(chǎn)培養(yǎng)基低P！)三、無機(jī)鹽及微量元素1.磷：但也有一些產(chǎn)物要求磷酸鹽濃度高些。例如：淀粉酶，添加超過菌體生長所需要的磷酸鹽濃度，則能顯著增加產(chǎn)量。三、無機(jī)鹽及微量元素2.鈣：能控制細(xì)胞透性和滲透壓。常用碳酸鈣，能與代謝產(chǎn)生的酸起反應(yīng)，對pH有一定的調(diào)節(jié)作用。配制培養(yǎng)基時，要先將培養(yǎng)基用堿調(diào)到中性，才能將碳酸鈣加入。三、無機(jī)鹽及微量元素三、無機(jī)鹽及微量元素

2.鈣：

培養(yǎng)基中鈣鹽過多時，會形成磷酸鈣沉淀，降低了培養(yǎng)基中可溶性磷的含量。因此，當(dāng)培養(yǎng)基中磷和鈣均要求較高濃度時，可將二者分別消毒或逐漸補(bǔ)加。3.鎂：

除葉綠素，不參與細(xì)胞的組成。酶激活劑，影響基質(zhì)氧化與蛋白質(zhì)合成。常以硫酸鎂加入，堿性溶液中會生成氫氧化鎂沉淀，配料時要注意。三、無機(jī)鹽及微量元素4.硫:硫是含硫氨基酸的成分和某些輔酶的活性基，如輔酶A、硫辛酸和谷胱甘肽等。在某些產(chǎn)物中硫是組成元素。在其生產(chǎn)培養(yǎng)基中，需要加入硫酸鈉或硫代硫酸鈉等含硫化合物作硫源。三、無機(jī)鹽及微量元素5.鐵：

是細(xì)胞色素、細(xì)胞色素氧化酶和過氧化氫酶的成分，是菌體有氧氧化必不可少的元素。

鐵制發(fā)酵罐內(nèi)的溶液即使不加任何含鐵化合物，其鐵離子濃度已達(dá)30ug/ml。一些天然培養(yǎng)基的原料中也含有鐵，所以在一般發(fā)酵培養(yǎng)基中不再加入含鐵化合物。三、無機(jī)鹽及微量元素

5.鐵：

有些產(chǎn)品對鐵很敏感：例1：青霉素要求最適鐵含量在20ug/ml以下。

例2：檸檬酸生產(chǎn)中，鐵離子會激活順烏頭酸酶，使檸檬酸進(jìn)一步代謝為異檸檬酸，據(jù)報道在無鐵培養(yǎng)基中產(chǎn)酸率可比含鐵培養(yǎng)基提高近3倍。例3：生產(chǎn)啤酒時，糖化用水若鐵離子濃度高，就會降低酵母發(fā)酵活力。三、無機(jī)鹽及微量元素5.鐵：

新發(fā)酵罐往往會造成培養(yǎng)基鐵離子濃度過高，所以要加以處理。處理方法：罐內(nèi)壁涂生漆或耐熱環(huán)氧樹脂，以防止鐵離子脫落。三、無機(jī)鹽及微量元素6.氯：一般不具營養(yǎng)作用，但嗜鹽菌除外。在含氯產(chǎn)物發(fā)酵中，除從原料和水中帶入的氯外，還需加入約0.1%氯化鉀以補(bǔ)充氯離子。啤酒糖化時，氯離子在20-60mg/l內(nèi)，能賦于啤酒口味柔和，并對酶和酵母的活性有促進(jìn)作用。但氯含量過高會引起酵母早衰，使啤酒帶有咸味。三、無機(jī)鹽及微量元素7.鈉：

與維持細(xì)胞滲透壓有關(guān)，故在培養(yǎng)基中常加入少量鈉鹽，但用量不能過；否則會影響生長。三、無機(jī)鹽及微量元素8.鉀：

與細(xì)胞滲透壓和透性有關(guān)，是許多酶的激活劑，能促進(jìn)糖代謝。在谷氨酸發(fā)酵中，菌體生長時需要鉀離子約0.01%，生產(chǎn)谷氨酸時需要約為0.02-0.1%(以硫酸鉀計)。三、無機(jī)鹽及微量元素使用注意點對于其它渠道有可能帶入的過多的某種無機(jī)離子和微量元素在發(fā)酵過程中必須加以考慮使用時注意鹽的形式（pH的變化）pH酶活不加4.25120分鐘加K2HPO45.4530分鐘加KH2PO44.6275分鐘例：黑曲霉NRRL-330,生產(chǎn)α-淀粉酶，pH對酶活的影響四、前體、促進(jìn)劑和抑制劑1.前體:

能直接結(jié)合到產(chǎn)物中，而自身結(jié)構(gòu)沒有多大變化，但是產(chǎn)物產(chǎn)量卻有較大提高。青霉素：分子量356苯乙酸:分子量136四、前體、促進(jìn)劑和抑制劑1.前體:青霉素生產(chǎn)中，加入玉米漿，產(chǎn)量增加，原因是玉米漿含有苯乙胺，被優(yōu)先結(jié)合到青霉素分子中去。有些前體濃度過高時對菌體有毒性。此外，菌體還能分解前體，且前體相對價格較高，添加過多，容易引起揮發(fā)和氧化，因此常采用少量多次地加入。四、前體、促進(jìn)劑和抑制劑1.前體:

P107作用：前體有助于提高產(chǎn)量和組份用量：前體的用量可以按分子量衡算，具體使用有個轉(zhuǎn)化率的問題例：6000單位/ml的青霉素G,需要多少苯乙酸青霉素＝6000*0.6（微克）＝36mg/ml

苯乙酸＝（36*136）/356=13.8mg/ml=1.38%實際使用時的轉(zhuǎn)化率在46-90%之間例某廠單耗為：0.337（kg/10億青霉素）轉(zhuǎn)化率為：0.6/(0.337*36/13.8)=68%1.前體:

用法：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。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)和氧化流加也有利于提高前提的轉(zhuǎn)化率2.抑制劑:

會抑制某些代謝途徑的進(jìn)行，同時會使另一代謝途徑活躍，從而獲得人們所需的某種產(chǎn)物，或使正常代謝的某一代謝中間物積累起來。四、前體、促進(jìn)劑和抑制劑舉例：微生物發(fā)酵生產(chǎn)甘油。在發(fā)酵液中加入亞硫酸氫鈉，它與代謝中產(chǎn)生的乙醛生成加成物，使乙醇的產(chǎn)生受阻CH3CHO+NaHSO3→CH3CHOH-OSO3Na乙醛不能成受氫體，而使NADH在細(xì)胞中積累四、前體、促進(jìn)劑和抑制劑2.抑制劑:

G

ATPADP6-P-G

6-P-F

1，6-二磷酸-果糖

2*3-磷酸-甘油醛2*NAD+2*乙醇（CH3CH2OH）

2*NADH+H+

2*1，3-二磷酸-甘油酸

2*ADP

2*乙醛（氫受體）

（CH3CHO）

2*ATP2*3-P-甘油酸2*丙酮酸

2*ATP2*2-P-甘油酸2*磷酸烯醇式丙酮酸2*ADP

EMP途徑

乙醇發(fā)酵PiATPADPCO2乙醇脫氫酶

NADH在細(xì)胞中積累，激活３

-磷酸甘油脫氫酶的活性，使磷酸二羥基丙酮作為NADH的受氫體，而還原為３

-磷酸甘油酸，再由甘油激酶催化形成甘油。四、前體、促進(jìn)劑和抑制劑亞硫酸氫納是乙醇代謝的抑制劑，促使甘油形成。亞硫酸鈉也是乙醇代謝的抑制劑溴化劑能抑制金霉素形成的代謝途徑，促使四環(huán)素的生成。2.抑制劑:3.促進(jìn)劑:

指那些既不是營養(yǎng)物又不是前體，但卻能提高產(chǎn)量的添加劑。四、前體、促進(jìn)劑和抑制劑加巴比妥鹽能使利福霉素單位增加，并能使鏈霉菌推遲自溶，延長分泌期。加酵母甘露聚糖可誘導(dǎo)甘露糖苷酶的產(chǎn)生，促使甘露糖鏈霉素轉(zhuǎn)化為鏈霉素。控制生物素的加入量，可以促進(jìn)谷氨酸從細(xì)胞內(nèi)分泌到細(xì)胞外。加聚乙烯醇衍生物可防止菌絲結(jié)球，提高糖化酶的產(chǎn)量。舉例：四、前體、促進(jìn)劑和抑制劑3.促進(jìn)劑:

五、生長因子

微生物還需一些微量的象維生素一類的物質(zhì)，才能正常生長發(fā)育，這類物質(zhì)統(tǒng)稱生長因子（或生長素）。其中包括某些氨基酸、維生素、嘌呤或嘧啶類等。酶制劑生產(chǎn)中的生長因素大都由天然原料（麥芽汁、豆芽汁、酵母膏等）中提供，如玉米漿中含有生長素32-128mg/mL。目前廣泛應(yīng)用玉米漿。營養(yǎng)物質(zhì)是微生物新陳代謝和一切生命活動的物質(zhì)基礎(chǔ)，失去這個基礎(chǔ)，生命也就停止細(xì)菌：牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基（或簡稱普通肉湯培養(yǎng)基）；放線菌：高氏1號合成培養(yǎng)基培養(yǎng)；酵母菌：麥芽汁培養(yǎng)基；霉菌：查氏合成培養(yǎng)基；例如枯草芽孢桿菌：一般培養(yǎng)：肉湯培養(yǎng)基或LB培養(yǎng)基；自然轉(zhuǎn)化：基礎(chǔ)培養(yǎng)基；觀察芽孢：生孢子培養(yǎng)基；產(chǎn)蛋白酶：以玉米粉、黃豆餅粉為主的產(chǎn)酶培養(yǎng)基實驗室的常用培養(yǎng)基不同的培養(yǎng)目的微生物細(xì)胞中幾種主要元素的含量（干重的百分?jǐn)?shù)）

元素細(xì)菌酵母菌霉菌

碳5049.847.9

氮1512.45.2

氫86.76.7

氧2031.140.2

磷3——

硫1——微生物細(xì)胞物質(zhì)中灰分元素含量的百分比灰分元素固氮菌酵母菌霉菌P2O5SO3K2ONa2OMgOCaOFe2O3SiO2CuO4.950.292.410.070.820.890.08----3.540.0392.34--0.4280.3830.0350.093--4.850.112.811.120.380.190.160.04--微生物細(xì)胞的化學(xué)組成

主要成分細(xì)菌酵母菌霉菌水分75~8570~8085~90（占細(xì)胞鮮重的%）蛋白質(zhì)50~8032~7514~15

占細(xì)碳水化合物12~2827~637~40

胞干脂肪5~202~154~40

重的核酸10~206~81%

無機(jī)鹽2~303.8~76~123.3培養(yǎng)基類型

培養(yǎng)基(medium):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繁殖或積累代謝產(chǎn)物用的營養(yǎng)基質(zhì)（混合養(yǎng)料）。它是進(jìn)行科學(xué)研究，發(fā)酵生產(chǎn)微生物制品等的基礎(chǔ)。特點：任何培養(yǎng)基都應(yīng)具備微生物所需要的六大營養(yǎng)要素，且應(yīng)比例適當(dāng)。所以一旦配成必須立即滅菌。用途：促使微生物生長；積累代謝產(chǎn)物；分離微生物菌種；鑒定微生物種類；微生物細(xì)胞計數(shù)；菌種保藏；制備微生物制品3.3培養(yǎng)基類型

目標(biāo)明確:培養(yǎng)基組分應(yīng)適合微生物的營養(yǎng)特點營養(yǎng)協(xié)調(diào)條件適宜經(jīng)濟(jì)合理3.3.1制備培養(yǎng)基的基本原則即根據(jù)不同微生物的營養(yǎng)需要配制不同的培養(yǎng)基。工業(yè)培養(yǎng)基的C/N=100:(0.2~2.0)谷氨酸發(fā)酵的C/N=100:(15~21)按微生物的主要類群來說，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:高氏一號培養(yǎng)基

真菌:查氏合成培養(yǎng)基PDA(Potato-Dextrose-Agar)

酵母菌:麥芽汁、豆芽汁當(dāng)對試驗菌營養(yǎng)需求特點不清楚的時候，可以采用‘生長譜’法進(jìn)行測定。根據(jù)培養(yǎng)基的應(yīng)用目的選擇原料及其來源

該培養(yǎng)基的應(yīng)用目的：是培養(yǎng)菌體還是積累代謝產(chǎn)物？是實驗室種子培養(yǎng)還是大規(guī)模發(fā)酵？代謝產(chǎn)物是初級代謝產(chǎn)物還是次級代謝產(chǎn)物？

1.用于培養(yǎng)菌體種子的培養(yǎng)基營養(yǎng)應(yīng)豐富，氮源含量宜高（碳氮比低）；2.用于大量生產(chǎn)代謝產(chǎn)物的培養(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，有時還應(yīng)提高培養(yǎng)基的氮源含量）；若代謝產(chǎn)物是次級代謝產(chǎn)物時要考慮是否加入特殊元素或特定的代謝產(chǎn)物；3.當(dāng)所設(shè)計的是大規(guī)模發(fā)酵用的培養(yǎng)基時，應(yīng)重視培養(yǎng)基中各成份的來源和價格，應(yīng)選擇來源廣泛、價格低廉的原料，提倡以粗代精，以廢代好。3.3培養(yǎng)基類型

目標(biāo)明確:培養(yǎng)基組分應(yīng)適合微生物的營養(yǎng)特點營養(yǎng)協(xié)調(diào):營養(yǎng)物的濃度與比例應(yīng)恰當(dāng)條件適宜經(jīng)濟(jì)合理3.3.1制備培養(yǎng)基的基本原則●濃度過高--微生物的生長起抑制作用濃度過小--不能滿足微生物生長的需要●碳氮比（C/N）直接影響微生物生長與繁殖及代謝物的形成與積累，故常作為考察培養(yǎng)基組成時的一個重要指標(biāo)；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=例：谷氨酸生產(chǎn)中

C/N＝4/1時，菌體大量繁殖，谷氨酸積累少；C/N＝3/1時，菌體生長受抑制，而谷氨酸大量增加?！袼傩缘ɑ蛱迹┰磁c遲效性氮（或碳）源的比例●各種無機(jī)鹽間/生長因子間的比例

速效氮源，通常是有利于機(jī)體的生長，遲效氮源有利于代謝產(chǎn)物的形成。但有些微生物沒有將無機(jī)氮合成有機(jī)氮的能力，它們不能把尿素、銨鹽等這些無機(jī)氮源自行合成他們生長所需的氨基酸，而需要從外界吸收現(xiàn)成的氨基酸作為氮源才能生長，這類微生物叫做氨基酸異養(yǎng)型微生物，也叫營養(yǎng)缺陷型。3.3培養(yǎng)基類型

目標(biāo)明確:培養(yǎng)基組分應(yīng)適合微生物的營養(yǎng)特點營養(yǎng)協(xié)調(diào):營養(yǎng)物的濃度與比例應(yīng)恰當(dāng)條件適宜:物理化學(xué)條件適宜經(jīng)濟(jì)合理:3.3.1制備培養(yǎng)基的基本原則1.

pH的影響

種子培養(yǎng)基和發(fā)酵培養(yǎng)基的pH直接影響微生物發(fā)酵的產(chǎn)量和質(zhì)量。在發(fā)酵過程中，微生物不斷分解和同化營養(yǎng)物質(zhì)，同時排出代謝物質(zhì)。這些都直接影響pH。pH的變化情況常作為生產(chǎn)控制的根據(jù)。一般來說，當(dāng)培養(yǎng)基C/N比高，發(fā)酵液傾向于酸性，pH低；C/N比低，發(fā)酵液傾向于中性、堿性，pH上升。如果通氣足，糖脂完全氧化、產(chǎn)物為二氧化碳+H2O;通氣不足,糖、脂氧化不完全，產(chǎn)生中間產(chǎn)物有機(jī)酸，發(fā)酵液pH都會下降。培養(yǎng)基中無N利用，則利用(NH4)2SO4后，pH下降。當(dāng)生理堿性鹽（NaNO3）被利用，pH上升。碳源嚴(yán)重不足，被迫利用氨基酸的碳架，留下NH3，pH上升。碳源過量，氮源不足，微生物產(chǎn)酸，pH下降。微生物種類生長最適pH（范圍）細(xì)菌和放線菌pH6.5～8.0，中性或堿性霉菌和酵母pH4～6，偏酸在微生物的生長和代謝過程中，由于營養(yǎng)物質(zhì)的利用和代謝產(chǎn)物的形成與積累，培養(yǎng)基的初始pH值會發(fā)生改變，為了維持培養(yǎng)基pH值的相對恒定，通常采用下列兩種方式：內(nèi)源調(diào)節(jié)：在培養(yǎng)基里加一些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)：按實際需要不斷向發(fā)酵液流加酸或堿液磷酸緩沖液：pH值從6.0~7.6之間K2HPO4+HClKH2PO4+KClKH2PO4+KOHK2HPO4+H2O

CO32–HCO3–H2CO3CO2+H2O+H+–H–+H+–H–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。加入CaCO3：調(diào)節(jié)pH的方法（1）調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的原始pH，保持一定的C/N比；（2）添加緩沖液，保持pH一定范圍；（3）調(diào)節(jié)通風(fēng)量，使氧化還原電位保持一定的值；（4）發(fā)酵液pH高用糖或淀粉調(diào)節(jié)，過低通過氮調(diào)節(jié)。2.滲透壓和aw

滲透壓

等滲溶液 適宜微生物生長高滲溶液 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，而有的菌如Staphylococcusaureus則能在3mol/LNaCl的高滲溶液中生長。能在高鹽環(huán)境（2.8~6.2/LNaCl）生長的微生物常被稱為嗜鹽微生物（Halophiles）?！粑⑸飳λ男枰潭龋ㄋ畬ξ⑸锷L的影響）常用環(huán)境（或基質(zhì)）中的水活度值（wateractivity,w）表示。所謂w就是水的有效濃度。◆定義：水活度為在一定的溫度條件下，溶液的蒸汽壓（材料上部蒸氣相中水濃度）與純水的蒸汽壓（即純水上部蒸氣相中水濃度）之比，即：w=/o表示溶液的蒸汽壓o表示純水的蒸汽壓◆在w為0.60~0.99的環(huán)境條件均有微生物生長，但對某種微生物而言，它對w的要求是一定的，微生物對水的需求有相當(dāng)?shù)淖兓潭取＜次⑸锊煌?，其生長的最適w亦不同。幾類微生物生長最適w微生物w一般細(xì)菌0.91酵母菌0.88霉菌0.80噬鹽細(xì)菌0.70噬鹽真菌0.65嗜高滲酵母0.60◆為了表示微生物生長與水的關(guān)系，有時也常用相對濕度（RH)

的概念（w×100=RH）；通常也用測定蒸氣相中相對濕度的方法得知溶液或物質(zhì)的水活度。3.3培養(yǎng)基類型

目標(biāo)明確:培養(yǎng)基組分應(yīng)適合微生物的營養(yǎng)特點營養(yǎng)協(xié)調(diào):營養(yǎng)物的濃度與比例應(yīng)恰當(dāng)條件適宜:物理化學(xué)條件適宜經(jīng)濟(jì)合理:經(jīng)濟(jì)節(jié)約3.3.1制備培養(yǎng)基的基本原則

配制培養(yǎng)基時，應(yīng)盡量考慮利用價廉并且易于獲得的原料作為培養(yǎng)基的成分，特別是在工業(yè)發(fā)酵中，培養(yǎng)基用量很大，更應(yīng)該考慮到這一點，以便降低產(chǎn)品成本。1.以粗代精2.以野代家3.以廢代好4.以簡代繁5.以氮代朊6.以纖代糖7.以烴代糧8.以國代進(jìn)3.3培養(yǎng)基類型

3.3.1制備培養(yǎng)基的基本原則3.3.2培養(yǎng)基的種類及其應(yīng)用根據(jù)所培養(yǎng)微生物的類群與營養(yǎng)類型區(qū)分根據(jù)對培養(yǎng)基成分的了解程度區(qū)分根據(jù)制備后培養(yǎng)基的物理狀態(tài)區(qū)分4.根據(jù)培養(yǎng)基的功能區(qū)分細(xì)菌培養(yǎng)基放線菌培養(yǎng)基酵母菌培養(yǎng)基霉菌培養(yǎng)基自養(yǎng)微生物培養(yǎng)基異養(yǎng)微生物培養(yǎng)基1.按培養(yǎng)微生物與營養(yǎng)類型區(qū)分合成培養(yǎng)基--化學(xué)成分確定2.按對培養(yǎng)基成分的了解程度區(qū)分

半合成培養(yǎng)基--化學(xué)成分部分確定天然培養(yǎng)基--化學(xué)成分不確定用純化學(xué)試劑和天然物質(zhì)可配制成半合成培養(yǎng)基，如培養(yǎng)真菌用的馬鈴薯蔗糖培養(yǎng)基。

天然培養(yǎng)基采用動植物組織或微生物細(xì)胞或它們的提取物或粗消化產(chǎn)物配制而成的。（牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基）優(yōu)點：所用物質(zhì)取材方便，營養(yǎng)豐富，而且配制方便。缺點：所用物質(zhì)的成分不穩(wěn)定，因而營養(yǎng)成分難以控制，實驗結(jié)果的重復(fù)性差。合成培養(yǎng)基是通過順序加入準(zhǔn)確稱量的高純化學(xué)試劑與蒸餾水配制而成的，其所含成分(包括微量元素在內(nèi))以及它們的量都能確切地知道。（異養(yǎng)微生物培養(yǎng)基）優(yōu)點：化學(xué)成分確定并精確定量，實驗的可重復(fù)性高；缺點：配制較煩，成本較高。應(yīng)用：實驗室中進(jìn)行的營養(yǎng)、代謝、遺傳育種、鑒定和生物測定等定量要求較高的研究。

3.根據(jù)制備后培養(yǎng)基的物理狀態(tài)區(qū)分液體培養(yǎng)基(liquidmedium)：

液體培養(yǎng)基不含任何凝固劑，菌體與培養(yǎng)基充分接觸，操作方便，常用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)以及在實驗室進(jìn)行微生物生理代謝等基本理論的研究工作?？蓳?jù)培養(yǎng)后的濁度判斷微生物的生長程度。②固體培養(yǎng)基(solidmedium)：

天然固體營養(yǎng)基質(zhì)制成的培養(yǎng)基，或液體培養(yǎng)基中加入一定量凝固劑（瓊脂1.5～2％)而呈固體狀態(tài)的培養(yǎng)基。為微生物的生長提供營養(yǎng)表面。常用于微生物的分離、純化、計數(shù)等方面的研究?？梢朗褂媚康牟煌瞥尚泵妗⑵桨宓刃问?。A、固化培養(yǎng)基：1％－2％瓊脂或5％－10％明膠B、非可逆性固化培養(yǎng)基：血清培養(yǎng)基或無機(jī)硅膠培養(yǎng)基C、天然固態(tài)培養(yǎng)基D、濾膜：醋酸纖維薄膜③半固體培養(yǎng)基(semi-solidmedium)：

在液體培養(yǎng)基中加入0.2-0.7％的瓊脂構(gòu)成的培養(yǎng)基。常用來觀察細(xì)菌運動的特征，以進(jìn)行菌種鑒定和噬菌體效價滴定等方面的實驗工作。④

脫水培養(yǎng)基：脫水商品培養(yǎng)基或預(yù)制干燥培養(yǎng)基4.根據(jù)培養(yǎng)基的功能區(qū)分

①基礎(chǔ)培養(yǎng)基(minimummedium):

是含有一般微生物生長繁殖所需的基本營養(yǎng)物質(zhì)的培養(yǎng)基；另外基礎(chǔ)培養(yǎng)基也可作為一些特殊培養(yǎng)基的基礎(chǔ)成分（如制備糖發(fā)酵培養(yǎng)基時）。4.根據(jù)培養(yǎng)基的功能區(qū)分

②選擇性培養(yǎng)基(selectivemedium)是根據(jù)某種或某一類群微生物的特殊營養(yǎng)需要，或?qū)δ撤N化合物的敏感性不同而設(shè)計出來的一類培養(yǎng)基。利用這種培養(yǎng)基可用來將某種或某類微生物從混雜的微生物群體中分離出來。

現(xiàn)代基因克隆技術(shù)中，基因工程的載體上常帶有各種遺傳學(xué)標(biāo)記，當(dāng)這樣的載體攜帶目的基因轉(zhuǎn)入受體菌時，由于標(biāo)志基因所對應(yīng)的遺傳表型與受體菌是互補(bǔ)的，因此在培養(yǎng)基中施加合適的選擇壓力，將受體菌接入這種選擇壓力培養(yǎng)基，形成菌落的受體菌就是克隆子，即基因工程目的菌，而非克隆子則不生長。遺傳學(xué)標(biāo)記可以是氨芐青霉素抗性基因、四環(huán)素抗性基因、紅霉素抗性基因等，相應(yīng)的選擇壓力培養(yǎng)基中除了加入合適的營養(yǎng)成分外，再加入氨芐青霉素、四環(huán)素、紅霉素等。適用于發(fā)酵產(chǎn)品和環(huán)境樣品

③鑒別性培養(yǎng)基(differentialmedium)：

用于鑒別不同類型微生物的培養(yǎng)基，在普通培養(yǎng)基中加入能與某種代謝產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)的指示劑或化學(xué)藥品，從而產(chǎn)生某種明顯的特征性變化，以區(qū)別不同的微生物。例：伊紅美蘭乳糖培養(yǎng)基（EosinMethyleneBlue）4.根據(jù)培養(yǎng)基的功能區(qū)分

在飲用水、牛乳的細(xì)菌學(xué)檢查以及遺傳學(xué)研究上有著重要的用途伊紅美蘭乳糖培養(yǎng)基(EosinMethyleneblue)蛋白胨10g乳糖5gK2HPO42g伊紅Y0.4g美藍(lán)0.065g水1000mlpH=7.2G+菌受抑制G-菌能發(fā)酵乳糖產(chǎn)酸不發(fā)酵乳糖不產(chǎn)酸，菌落無色透明產(chǎn)酸力強(qiáng)，菌落呈紫綠色金屬光澤產(chǎn)酸力弱，菌落棕色EnterbacterKlebsiellaHafniaSarrdiaProteusSalmonellaShigellaE.coli試樣EMB在鑒別各種腸道桿菌中的作用沙門氏菌和志賀氏菌克雷白桿菌等EMB(EosinMethyleneBlue)Figure14.Left:Escherichiacolicells.Right:E.colicoloniesonEMBAgar.

糞便標(biāo)本在伊紅美藍(lán)培養(yǎng)基上的生長情況EMB在常規(guī)醫(yī)學(xué)檢驗中的使用膿汁標(biāo)本在普通培養(yǎng)基上的生長情況

新型鑒別培養(yǎng)基志賀毒素大腸桿菌（STEC）

：E.coliO111（日本），E.coliO104（德國），非O157（美國和澳洲）。自身限制性腹瀉發(fā)展到出血性腸炎，乃至出血性尿毒綜合癥（HUS）CHROMagarSTEC

鄭州博賽生物技術(shù)股份有限公司④加富培養(yǎng)基(enrichedmedium)：

在普通培養(yǎng)基中加入某些特殊的營養(yǎng)物，如血、血清、動、植物組織液或其他營養(yǎng)物質(zhì)（或生長因子）的一類營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基。用來培養(yǎng)營養(yǎng)要求苛刻的微生物，或用以富集（數(shù)量上占優(yōu)勢）和分離某中微生物。4.根據(jù)培養(yǎng)基的功能區(qū)分

孢子培養(yǎng)基種子培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基5.根據(jù)培養(yǎng)目的區(qū)分供菌種繁殖孢子的培養(yǎng)基，常用固體培養(yǎng)基。孢子培養(yǎng)基基本要求：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。①

孢子培養(yǎng)基配制時的注意事項A）營養(yǎng)不要太豐富（特別是有機(jī)氮源），否則不易產(chǎn)孢子。如灰色鏈霉菌在葡萄糖-硝酸鹽-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0.5%酵母膏或酪蛋白后，就只長菌體而不產(chǎn)孢子。B）所用無機(jī)鹽的濃度要適量，否則會影響孢子量和孢子顏色。C）注意pH和培養(yǎng)基的濕度。一般相對濕度40~45%時孢子數(shù)量最多，孢子顏色均勻，質(zhì)量較好。

如土霉素生產(chǎn)菌種龜裂霉菌的孢子，在北方干燥地區(qū)孢子斜面長的快，在含少量水分的試管斜面培養(yǎng)基中下部孢子長的好，而上部孢子稀少；氣溫高，濕度大的地區(qū)，斜面孢子長的慢，試管下部冷凝水多而不利于孢子形成。

常用孢子培養(yǎng)基◆麩皮培養(yǎng)基◆小米培養(yǎng)基◆大米培養(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

種子培養(yǎng)基供孢子發(fā)芽、生長和菌體繁殖的培養(yǎng)基。A、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(dá)較高的溶解氧，供大量菌體生長和繁殖。B、種子培養(yǎng)基的成分要考慮在代謝過程中能維持穩(wěn)定的pH，其成分還要根據(jù)不同菌種的主要特征而定。C、一般種子培養(yǎng)基都用營養(yǎng)豐富而完全的天然有機(jī)氮源，因為有些氨基酸能刺激孢子發(fā)芽。但無機(jī)氮源容易利用，有利菌體的迅速生長，所以在種子培養(yǎng)基中常包括有機(jī)氮源和無機(jī)氮源。D、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(jìn)入發(fā)酵培養(yǎng)基后能迅速適應(yīng)，快速生長。③

發(fā)酵培養(yǎng)基B、既要使種子接入后能迅速生長，達(dá)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、前體和促進(jìn)劑等。供菌體生長、繁殖和合成大量代謝產(chǎn)物用的培養(yǎng)基。A、但若因生長和合成產(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(bǔ)料工藝來加以滿足。如多粘菌素產(chǎn)生菌的三種培養(yǎng)基斜面培養(yǎng)基蛋白胨1％，牛肉膏0.3％，葡萄糖0.25％，氯化鈉2％，磷酸二氫鉀0.25％，瓊脂2％,pH7.0～7.2；種子擴(kuò)大培養(yǎng)基玉米淀粉1.5％，玉米漿1％，花生餅粉2％，磷酸二氫鉀0.03％，硫酸銨0.8％，硫酸鎂0.01％，氯化鈉0.2％，乙酸0.0008％，碳酸鈣0.5％，麥芽汁2.5％，豆油1滴/10mL，pH自然；發(fā)酵培養(yǎng)基玉米淀粉6.25%，玉米漿4.25%，硫酸銨2.25%，碳酸鈣1.3%，豆油1滴/mL，用自來水配制，pH自然。3.4培養(yǎng)基設(shè)計原理與優(yōu)化方法菌體的同化能力培養(yǎng)基對菌體代謝的阻遏與誘導(dǎo)影響碳氮比對菌體代謝調(diào)節(jié)的重要性pH值對不同菌體代謝的影響3.4.1培養(yǎng)基的設(shè)計原理有些微生物由于水解酶系的缺乏只能夠利用簡單的物質(zhì)，而有些微生物則可以利用較為復(fù)雜的物質(zhì)。因而在考慮培養(yǎng)成分選擇的時候，必須充分考慮菌種的同化能力，從而保證所選用的培養(yǎng)基成分是微生物能夠利用的。在選取用淀粉、黃豆餅粉這類原料作為培養(yǎng)基時，必須考慮微生物是否具備分泌胞外淀粉酶和蛋白酶的能力。

1.菌體的同化能力葡萄糖是幾乎所有的微生物都能利用的碳源，因此在培養(yǎng)基選擇時一般被優(yōu)先考慮，但工業(yè)上如果直接選用葡萄糖作為碳源，成本相對較高，一般采用淀粉水解糖。在工業(yè)生產(chǎn)上，將淀粉水解為葡萄糖的過程稱為淀粉的糖化，所得的糖液稱為淀粉水解糖液。

1.菌體的同化能力糖化方法(1)酸法。系以無機(jī)酸作催化劑，使淀粉水解，先生成中間產(chǎn)物糊精、麥芽糖等類低聚糖——寡糖，最終生成葡萄糖等單糖。有批量作業(yè)的加壓罐法和連續(xù)作業(yè)的管道法。

(2)酶法。系采用淀粉酶進(jìn)行淀粉的水解。淀粉先經(jīng)液化酶液化生成糊精等中間產(chǎn)物，再經(jīng)糖化酶糖化生成麥芽糖以至葡萄糖。這樣，由于全用酶水解故稱全酶法。用液化酶和糖化酶，也稱雙酶法。(3)酸酶結(jié)合法。采用酸法液化，酶法糖化，互相結(jié)合的方法。

不同糖化工藝所得糖液質(zhì)量比較

項目酸法酸酶法雙酶法葡萄糖(DE值)/%919598葡萄糖含量/干重/%869397灰分/%1.60.40.1蛋白質(zhì)/%0.080.080.10色度/%0.300.0080.003羥甲基糠醛10.00.30.2葡萄糖收得率/%80～90比酸法高5%比酸法高10%谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)中水解糖液的質(zhì)量指標(biāo)

項目質(zhì)量要求色澤淺黃色、杏黃色，透明糊精反應(yīng)無還原糖含量18%左右葡萄糖值(DE值)90%以上透光率60%以上pH4.6～4.82.培養(yǎng)基對菌體代謝的阻遏與誘導(dǎo)的影響

碳源生物量/(g/L)α-淀粉酶活力/(U/mL)果膠酶活力/(U/mL)葡萄糖4.200.77果糖4.1800蔗糖4.0200.66糊精3.0638.20.52淀粉3.0940.21.92

葡萄糖效應(yīng)，亦“葡萄糖分解阻遏作用”，是指當(dāng)菌種利用葡萄糖時產(chǎn)生的分解代謝產(chǎn)物會阻遏或抑制某些產(chǎn)物合成所需的酶系的形成或酶的活性的作用。

碳源對地衣芽孢桿菌和黑曲霉生長和產(chǎn)酶的影響

乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)調(diào)控區(qū)CAP結(jié)合位點啟動序列操縱序列ZYAOPDNA基因結(jié)構(gòu)Z：β-半乳糖苷酶Y：透酶A：乙?；D(zhuǎn)移酶乳糖操縱子結(jié)構(gòu)示意圖細(xì)菌乳糖操縱子的作用機(jī)制(降解物阻遏)調(diào)節(jié)基因啟動子操縱基因lacZlacYlacACAPcAMPCAP-cAMP復(fù)合物mRNA當(dāng)葡萄糖作唯一碳源時，葡萄糖的降解物對腺苷酸環(huán)化酶有抑制作用，則cAMP的濃度降低，CAP-cAMP復(fù)合物減少，不能與啟動子結(jié)合，故轉(zhuǎn)錄不得進(jìn)行。+-半乳糖苷酶-半乳糖苷透過酶-半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶酶過去稱葡萄糖效應(yīng)酶合成誘導(dǎo)的現(xiàn)象—JacobandMonod的工作：已知分解利用乳糖的酶有：-半乳糖苷酶；-半乳糖苷透過酶；硫代半乳糖苷轉(zhuǎn)乙酰酶。實驗：1.大腸桿菌生長在葡萄糖培養(yǎng)基上時，細(xì)胞內(nèi)無上述三種酶合成；2.大腸桿菌生長在唯一碳源乳糖培養(yǎng)基上時，細(xì)胞內(nèi)有上述三種酶合成；當(dāng)換成葡萄糖培養(yǎng)基時，三種酶基本消失；3.表明菌體生物合成的經(jīng)濟(jì)原則：需要時才合成。

在對糖代謝過程中的某些酶的合成進(jìn)行研究時提出：誘導(dǎo)酶與組成酶某些代謝物可以誘導(dǎo)某些酶的合成，是通過促進(jìn)為該酶編碼的基因的表達(dá)而進(jìn)行的，這種現(xiàn)象叫做酶合成的誘導(dǎo)。能誘導(dǎo)酶合成的物質(zhì)叫誘導(dǎo)物。被誘導(dǎo)合成的酶叫誘導(dǎo)酶。誘導(dǎo)機(jī)制mRNA葡萄糖低cAMP濃度高葡萄糖高cAMP濃度低RNA-polOOOO高半乳糖時低半乳糖時

乳糖操縱子的調(diào)控模型cAMP-CAP酶合成阻遏的現(xiàn)象—JacobandMonod的工作：實驗：1.大腸桿菌生長在無機(jī)鹽和葡萄糖的培養(yǎng)基上時，檢測到細(xì)胞內(nèi)有色氨酸合成酶的存在；2.在上述培養(yǎng)基中加入色氨酸，檢測發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)色氨酸合成酶的活性降低，直至消失。3.表明色氨酸的存在阻止了色氨酸合成酶的合成，體現(xiàn)了菌生長的經(jīng)濟(jì)原則：不需要就不合成。某些代謝物可以阻止某些酶的合成，是通過阻止為該酶編碼的基因的表達(dá)而進(jìn)行的，這種現(xiàn)象叫做酶合成的阻遏。能阻遏酶合成的物質(zhì)叫輔阻遏物。被輔阻遏物作用而停止合成的酶叫阻遏酶。調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因mRNA酶蛋白阻遏蛋白不能與操縱基因結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因表達(dá)調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因輔阻遏物trp代謝產(chǎn)物與阻遏蛋白結(jié)合，使之構(gòu)象發(fā)生變化與操縱基因結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因不能表達(dá)色氨酸操縱子（反饋阻遏作用/產(chǎn)物阻遏作用）

----------阻遏物和操縱基因的調(diào)節(jié)3.碳氮比對菌體代謝調(diào)節(jié)的重要性

培養(yǎng)基中碳氮比對微生物生長繁殖和產(chǎn)物合成的影響極為顯著。微生物在不同的生長階段對碳氮比的最適要求也不一樣。4.pH值對不同菌體代謝的影響