生化工藝課件

培養(yǎng)基製備

培養(yǎng)基製備第一節(jié)

工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基

第二節(jié)培養(yǎng)基的類型及選擇

第三節(jié)培養(yǎng)基配製

第四節(jié)澱粉水解糖的製備

第五節(jié)生化發(fā)酵原料

第一節(jié)工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基

一、工業(yè)常用的碳源碳源是組成培養(yǎng)基的主要成分之一。常用的碳源有糖類、油脂、有機(jī)酸和低碳醇。在特殊情況下，蛋白質(zhì)水解產(chǎn)物或氨基酸等也可被某些菌種作為碳源使用,由於菌種所含的酶系統(tǒng)不完全一樣，各自菌種對(duì)不同碳源的利用速率和效率也不一樣，如表3-1列出了某些細(xì)菌在不同碳源上生物是的得率，從表中可見(jiàn)同樣消耗1克基質(zhì)，不同碳源得到的菌體相差很多。第一節(jié)工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基表3-1細(xì)胞在不同碳源中的細(xì)胞得率碳基團(tuán)細(xì)胞得率（g細(xì)胞/g基質(zhì)）葡萄糖（糖蜜）甲烷正烷烴甲醇乙醇醋酸鹽順丁烯二酸鹽0．

510．

621．

030．

400．

680．

340．36第一節(jié)工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基葡萄糖是碳源中最易利用的糖，幾乎所有的微生物都能利用葡萄糖，所以葡萄糖常作為培養(yǎng)基的一種主要成分，並且作為加速微生物生長(zhǎng)的一種有效的糖。但是過(guò)多的葡萄糖會(huì)過(guò)份加速菌體的呼吸，以致培養(yǎng)基中的溶解氧不能滿足需要，使一些中音代謝物不能完全氧化而積累在菌體或培養(yǎng)基中，如丙酮酸、乳酸、乙酸等導(dǎo)致pH下降，影響某些酶的活性，從而抑制微生物的生長(zhǎng)和產(chǎn)物的合成。第一節(jié)工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基糖蜜是制糖時(shí)的結(jié)晶母液，它是蔗糖廠的副產(chǎn)物。糖蜜含有較豐富的糖、氮素化合物和無(wú)機(jī)鹽維生素等，它是微生物工業(yè)的價(jià)廉物美的原料。這種糖蜜主要含有蔗糖，總糖可達(dá)50～75%，一般糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜，二者在糖的含量和無(wú)機(jī)鹽的含量都有所不同，使用時(shí)應(yīng)注意。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。在酒精生產(chǎn)中若用糖蜜代甘薯粉，則可省去蒸煮、制曲、糖化等過(guò)程，簡(jiǎn)化了酒精的生產(chǎn)工藝。第一節(jié)工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基澱粉、糊精等多糖也是常用的碳源，它們一般都要經(jīng)菌體產(chǎn)生的胞外酶水解成單糖後再被吸收利用。澱粉在發(fā)酵工業(yè)中被普遍使用，因?yàn)樗每煽朔咸烟谴x過(guò)快的弊病，同時(shí)澱粉來(lái)源豐富，價(jià)格也比較低廉。常用的澱粉為玉米澱粉，小麥澱粉和甘薯澱粉等。對(duì)有些微生物還可直接利用玉米粉、甘薯粉、土豆粉作碳源。麥芽被廣泛使用在啤酒工業(yè)中。纖維素和一些野生的含澱粉較多的植物也是今後開(kāi)發(fā)碳源的廣闊天地。它們的成分見(jiàn)表3-2。第一節(jié)工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基表3-2一些野生植物的化學(xué)成分種類水分（%）粗蛋白（%）粗脂肪（%）澱粉（%）灰分（%）橡子鮮蕨根菊芋金毛狗脊石蒜13～225682．711．8/4～7．53．32．51．534．41．5～50．

30．

1//50～602012．542～47．5401．3～32．71．50．840．75第一節(jié)工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基油和脂肪也能被許多微生物用作碳源和能源。這些微生物都具有比較活躍的脂肪酶。在脂肪酶的作用下，油或脂肪被水解成甘油和脂肪酸，在溶解氧的參與下，進(jìn)一步氧化成CO2和水，並釋放出大量的能量。因此，當(dāng)微生物利用脂肪作碳源時(shí)，要供給比糖代謝更多的氧，不然大量脂肪酸和代謝中的有機(jī)酸積累，會(huì)引起培養(yǎng)液pH下降，並影響微生物酶系統(tǒng)的作用。常用的油有豆油、菜油、葵花籽油、豬油、魚(yú)油、棉子油等。第一節(jié)工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基一些微生物對(duì)許多有機(jī)酸（如乳酸、檸檬酸、乙酸等）有很強(qiáng)的氧化能力。因此有機(jī)酸或它們的鹽也能作為微生物的碳源。有機(jī)酸的利用常會(huì)使pH上升，尤其是有機(jī)酸鹽氧化時(shí)常伴隨著鹼性物質(zhì)的產(chǎn)生，使pH進(jìn)一步上升。不同的碳源在其分氧化時(shí)，對(duì)pH的影響各不相同。因此不同的碳源和濃度不公對(duì)微生物碳代謝有影響，而且對(duì)整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中pH的調(diào)節(jié)和控制也均有影響。第一節(jié)工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基

二、工業(yè)常用的氮源氮源主要用於構(gòu)成菌體細(xì)胞物質(zhì)（氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸等）和含氮代謝物。常用的氮源可分為兩大類：有機(jī)氮源和無(wú)機(jī)氮源。1.有機(jī)氮源

常用的有機(jī)氮源有花生餅粉、黃豆餅粉、棉子餅粉、玉米漿、玉米蛋白粉、蛋白腖、酵母粉、魚(yú)粉、蠶蛹粉、尿素、廢菌絲體和酒槽等。它們?cè)谖⑸锓置诘牡鞍酌缸饔孟?，水解成氨基酸，被菌體吸收後再進(jìn)一步分解代謝。第一節(jié)工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基有機(jī)氮源除含有豐富的蛋白質(zhì)，多肽和游離氨基酸外，往往還含有少量的糖類、脂肪、無(wú)機(jī)鹽、維生素及某些生長(zhǎng)因數(shù)，因而微生物在含有機(jī)氮源的培養(yǎng)基中常表現(xiàn)出生長(zhǎng)旺盛、菌絲濃度增長(zhǎng)迅速的特點(diǎn)，這可能是微生物在有機(jī)氮源培養(yǎng)基中，直接利用氨基酸和其他有機(jī)氮化合物中的各種不同結(jié)構(gòu)的碳架，來(lái)合成生命所需要的蛋白質(zhì)和其他細(xì)胞物質(zhì)，而無(wú)需從糖代謝的分解產(chǎn)物來(lái)合成種種所需的物質(zhì)。有些微生物對(duì)氨基酸有特殊的需要。第一節(jié)工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基有機(jī)氮源除了作為菌體生長(zhǎng)繁殖的營(yíng)養(yǎng)外，有的還是產(chǎn)物的前體。例如纈氨酸、半膠氨酸和α-氮基已二酸是合成青黴素和頭孢菌素的主要前體，甘氨酸可作為L(zhǎng)-絲氨酸的前體等。2.無(wú)機(jī)氮源常用的無(wú)機(jī)氮源有銨鹽、硝酸鹽和氨水等。微生物對(duì)它們的吸收利用一般比有機(jī)氮源快，所以也稱之為迅速利用的氮源。但無(wú)機(jī)氮源的迅速利用常會(huì)引起pH的變化如：(NH4)2SO4→2NH3+H2SO4NaNO3+4H2→NH3+2H2O+NaOH第一節(jié)工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基反應(yīng)中所產(chǎn)生的NH3被菌體作為氮源利用後，培養(yǎng)液中就留下了酸性或鹼性物質(zhì)，這種經(jīng)微生物生理作用（代謝）後能形成酸性物質(zhì)的無(wú)機(jī)氮源叫生理酸性物質(zhì)。若菌體代謝後能產(chǎn)生鹼性物質(zhì)的則此種無(wú)機(jī)氮源稱為生理鹼性物質(zhì)，如硝酸鈉；正確使用生理酸鹼性物質(zhì)，對(duì)穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)酵過(guò)程的pH有積極作用。例如在制液體曲時(shí)，用NaNO3的代謝而得到的NaOH可中和生長(zhǎng)所釋放出的酸，使pH穩(wěn)定在工藝要求的範(fàn)圍內(nèi)，又如在另一株黑麯黴發(fā)酵過(guò)程中用(NH4)2SO4作氮源培養(yǎng)液中留下的SO42-使pH下降，而這對(duì)提高糖化型澱粉酶的活力有利。且較低的pH還能抑制雜菌的生長(zhǎng)，防止污染。第一節(jié)工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基氨水在發(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)中得到普遍的使用，以鏈黴素為例，從其生物合成的代謝途徑中可知：合成1mol的鏈黴需要消耗7mol的NH3。紅黴素生產(chǎn)中也有用通氨的，它可以提高紅黴素的產(chǎn)率和有效組分的比例。氨水因鹼性較強(qiáng)，因此使用時(shí)要防止局部過(guò)堿，加強(qiáng)攪拌，並少量多次的加入。另外在氨水中還含有多種嗜鹼性微生物，因此在使用前應(yīng)用堿石棉等過(guò)濾介質(zhì)進(jìn)行除菌過(guò)濾。這樣可防止因通氨而引起的污染。第一節(jié)工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基

三、無(wú)機(jī)鹽及微量元素微生物在生長(zhǎng)素和生產(chǎn)過(guò)程中，需要某些無(wú)機(jī)鹽和微量元素如磷、鎂、硫、鉀、鈉、鐵、氯、錳、鋅、鈷等，以作為其生理活性物質(zhì)的組成或生理活性作用的調(diào)節(jié)物。這些物質(zhì)一般在低濃度進(jìn)對(duì)微生物生長(zhǎng)和產(chǎn)物合成有促進(jìn)作用，在高濃度時(shí)常表現(xiàn)出明顯的抑制作用。而各種不同微生物及同種微生物在不同的生長(zhǎng)階段對(duì)這些物質(zhì)的最適濃度要求均不相同，因此，在生產(chǎn)中要通過(guò)試驗(yàn)預(yù)先瞭解菌種對(duì)無(wú)機(jī)鹽和微量元素的最適需求量，以穩(wěn)定或提高產(chǎn)量。第一節(jié)工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基在培養(yǎng)基中，鎂、磷、鉀、硫、鈣和氯等常以鹽的形式（如硫酸鎂、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、碳酸鈣、氯化鉀等）加入，而鈷、銅、鐵、錳、鋅、鉬等缺少了對(duì)微生物生長(zhǎng)固然不利，但因其需要量很少，除了合成培養(yǎng)基外，一般在複合培養(yǎng)基中不再另外單獨(dú)加入。因?yàn)檠}合培養(yǎng)基中的許多動(dòng)、植物原料如花生餅粉、黃豆餅粉、蛋白腖等都含有微量元素。但有些發(fā)酵工業(yè)中也有單獨(dú)加入微量元素的，例如生產(chǎn)維生素B12，儘管用的也是天然複合材料，但因鈷是維生素B12的組成成分，因此其需要量是隨產(chǎn)物量的增加而增加，所以在培養(yǎng)基中就需要加入氯化鈷以補(bǔ)充鈷。第一節(jié)工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基磷是核酸和蛋白質(zhì)的必要成分，也是重要的能量傳遞者--三磷酸腺苷的成分；在代謝途徑的調(diào)節(jié)方面，磷起著很重要的作用，磷有利於糖代謝的進(jìn)行，因此它能促進(jìn)微生物的生長(zhǎng)，但磷若過(guò)量時(shí)，許多產(chǎn)物的合成常受到抑制，例如在谷氨酸的合成中，磷濃度過(guò)高就會(huì)抑制6-磷酸葡萄糖脫氫酶的活性，使菌體生長(zhǎng)旺盛，而谷氨酸的產(chǎn)量卻很低，代謝向纈氨酸方向轉(zhuǎn)化。還有許多產(chǎn)品如鏈黴素、土黴素、新生黴素、檸檬酸（表面培養(yǎng)）等都受到磷濃度的影響。第一節(jié)工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基

據(jù)文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)，許多次級(jí)代謝過(guò)程對(duì)磷酸鹽濃度的承受限度比生長(zhǎng)繁殖過(guò)程低，所以必須嚴(yán)格控制。但有一些產(chǎn)物要求磷酸鹽濃度的高些。如黑麯黴NRRL330菌種生產(chǎn)α-澱粉酶，若加入0.2%磷酸二氫鉀則活力可比低磷酸鹽提高3倍。還有報(bào)導(dǎo)用地衣芽孢桿菌生產(chǎn)α-澱粉酶時(shí)，添加超過(guò)菌體生長(zhǎng)所需要的磷酸鹽濃度，則能顯著增加α-澱粉酶的產(chǎn)量。鈣培養(yǎng)基中鈣鹽過(guò)多時(shí)，會(huì)形成磷酸鈣沉澱，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(shí)，可將二者分別消毒或逐步補(bǔ)加。第一節(jié)工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基鎂除了組成某些細(xì)胞的葉綠素的成分外，並不參與任何細(xì)胞物質(zhì)的組成。但它處?kù)峨x子狀態(tài)時(shí)，則是許多重要酶（如已糖磷酸化酶，檸檬酸脫氫酶，羧化酶等）的啟動(dòng)劑，鎂離子不但影響基質(zhì)的氧化，還影響蛋白質(zhì)的合成。鎂離子對(duì)一些氨基糖苷類抗生素的產(chǎn)生菌有提高菌體對(duì)自身所產(chǎn)的抗生素的耐受能力的作用，如卡那黴素、鏈黴素、新生黴素等產(chǎn)生菌。鎂常以硫酸鎂的形式加入培養(yǎng)基中，便在鹼性溶液中會(huì)生成氫氧化鎂沉澱，因此配料時(shí)要注意。第一節(jié)工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基硫存在於細(xì)胞的蛋白質(zhì)中，是含硫氨基酸的組成成分和某些輔酶的活性基，如輔酶A，硫鋅酸和穀胱甘肽等。在某些產(chǎn)物（如青黴素、頭孢黴素等）分子中硫是其組成部分。所以在這些產(chǎn)物的生產(chǎn)培養(yǎng)基中，需要加入如硫酸鈉或硫代硫酸鈉等含硫化合物作硫源。鐵它是細(xì)胞色素、細(xì)胞色素氧化酶和過(guò)氧化氫酶的成分，因此鐵是菌體有氧氧化必不可少的元素。工業(yè)生產(chǎn)上一般用鐵制發(fā)酵罐，這種發(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)到30μg/mL另外一些天然培養(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。第一節(jié)工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基而有些產(chǎn)品對(duì)鐵很敏感，如青黴素要求最適鐵含量在20μg/mL以下。又如在檸檬酸生產(chǎn)中，鐵離子的存在會(huì)啟動(dòng)順烏頭酸酶的活力，使檸檬酸進(jìn)一下代謝為異檸檬酸，這樣不但降低了產(chǎn)率，而且還給提取工段帶來(lái)麻煩，據(jù)報(bào)導(dǎo)在無(wú)鐵培養(yǎng)基中產(chǎn)酸率可比含鐵培養(yǎng)基提高近3倍。生產(chǎn)啤酒時(shí)，糖化用水若鐵離子濃度高，就會(huì)降低酵母的發(fā)酵活力，引起啤酒的冷混濁，影響啤酒品質(zhì)。一般釀造用水鐵離子含量應(yīng)在0.2～0.5mg/L以下。因此上述產(chǎn)品應(yīng)使用不銹鋼發(fā)酵罐。新發(fā)酵罐往往會(huì)造成培養(yǎng)基鐵離子濃度過(guò)高，所以要加以處理。處理方法採(cǎi)用在罐內(nèi)壁塗生漆或耐熱環(huán)氧樹(shù)脂等作保護(hù)劑防止鐵離子脫落。第一節(jié)工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基氯氯離子在一般微生物中不具有營(yíng)養(yǎng)作用，膽對(duì)一些嗜鹽菌來(lái)講是需要的。在一些產(chǎn)生含氯代謝物（如金黴素和灰黃黴素等）的發(fā)酵中，除了從其他天然原料和水中帶入的氯離子外，還需加入約0.1%氯化鉀以補(bǔ)充氯離子。啤酒在糖化時(shí)，氯離子含量在20～60mg/L範(fàn)圍內(nèi)，則能賦予啤酒口味柔和，並對(duì)酵和酵母的活性有一定的促進(jìn)作用。但氯離子含量過(guò)高會(huì)引起酵母早衰，使啤酒帶有鹹味。第一節(jié)工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基鈉、鉀、鈣鈉、鉀、鈣等離子雖不參與細(xì)胞的組成，但仍是微生物發(fā)酵培養(yǎng)基的必要成分。鈉離子與維持細(xì)胞滲透壓有關(guān)，故在培養(yǎng)基中常加入少量鈉鹽，只用量不能過(guò)高。否則會(huì)影響微生物的生長(zhǎng)。鉀離子也與細(xì)胞滲透壓和透性有關(guān)，並且還是許多酶的啟動(dòng)劑，它能促進(jìn)糖代謝。在谷氨酸發(fā)酵中，菌體生長(zhǎng)時(shí)需要鉀離子約0.01%，生產(chǎn)谷氨酸時(shí)需要量約為0.02%～0.1%(以K2SO4計(jì))。鈣離子能控制細(xì)胞透性，它不能逆轉(zhuǎn)高濃度無(wú)機(jī)磷對(duì)某些產(chǎn)品如鏈黴素等的抑制作用。第一節(jié)工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基常用的碳酸鈣本身不溶於水，幾乎是中性，但它能與代謝過(guò)程中的pH有一定的調(diào)節(jié)作用。在配製培養(yǎng)基時(shí)要注意，先要將配好的培養(yǎng)基用堿調(diào)到到PH近中性，才能將CaCO3加入培養(yǎng)基中,這樣可以防止CaCO3在酸性培養(yǎng)基中被分解,而失去其在發(fā)酵過(guò)程中的緩衝能力,所採(cǎi)用的要CaCO3要對(duì)其中CaO等雜質(zhì)含量作嚴(yán)格控制.鋅、鈷、錳、銅鋅、鈷、錳、銅等微量元素大部分作為酶的輔基和啟動(dòng)劑，一般來(lái)講只有在合成培養(yǎng)基中才需加入這些元素。第一節(jié)工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基四、前體物質(zhì)和促進(jìn)劑發(fā)酵培養(yǎng)基中某些成分的加入有助於調(diào)節(jié)產(chǎn)物的形成，而並不促進(jìn)微生物的生長(zhǎng)，這些添加的物質(zhì)包括前體、抑制劑和促進(jìn)劑（包括誘導(dǎo)劑、生長(zhǎng)因數(shù)等）。1．前體物質(zhì)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(guò)程中結(jié)合到產(chǎn)物分子中去，而其自身的結(jié)構(gòu)並沒(méi)有多大的變化，但是產(chǎn)物的產(chǎn)量卻因加入前體面有較大的提高。前體最早是從青黴素的生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)的。第一節(jié)工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基在青黴素生產(chǎn)中，人們發(fā)現(xiàn)加入玉米漿後青黴素單位可從20μg/mL增加到100μg/mL，進(jìn)一步研究後發(fā)現(xiàn)單位增長(zhǎng)的主要原因是玉米漿中含有苯乙胺，它被優(yōu)先結(jié)合到青黴素分子中去，從而提高了青黴素G的產(chǎn)量，大大提高了芐青黴素在培養(yǎng)液中所占的比例。一些重要的前體例子見(jiàn)表3-3。有些物質(zhì)，例如苯乙酸，丙酸等濃度過(guò)高時(shí)對(duì)菌體會(huì)產(chǎn)生毒性。此外菌體還具有將前體氧化分解的能力，因此在生產(chǎn)中為了減少毒性和提高前體的利用率，常採(cǎi)用少量多次地加入前體。總的加入量可按每一個(gè)產(chǎn)物分子中，進(jìn)入幾個(gè)前體分子，按等摩爾計(jì)算前體的加入量，在總加入量還應(yīng)考慮菌體氧化分解的那一部分前體。第一節(jié)工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基例計(jì)算紅黴素發(fā)酵單位為4000μg/mL時(shí)，需要加入多少丙酸前體。解紅黴素的大環(huán)內(nèi)脂有21個(gè)碳，由7個(gè)3碳化合物組成，所以紅黴素與丙酸的的摩爾比為1：7（紅黴素分子量為733，丙酸分子量為74），4000μg/mL紅黴素，相當(dāng)於每長(zhǎng)升培養(yǎng)液中有4g紅黴素，所以7*74/733=x/4加入丙酸量x=7*74*4/733=2.83g/L=0.28%考慮到菌體對(duì)丙酸的氧化率約為50%，所以生產(chǎn)上約加入0.6%的丙酸。分4-5次加入培養(yǎng)液中。第一節(jié)工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基表3-3發(fā)酵產(chǎn)品中常用的前體產(chǎn)品前體產(chǎn)品前體青黴素G青黴素V金黴素

鏈黴素紅黴素苯乙酸及有關(guān)衍生物苯氧乙酸氯化物

肌醇、精氨酸丙酸、丙醇、丙酸鹽維生素B12胡蘿蔔素L-異亮氨酸

L-色氨酸L-絲氨酸鈷化物β-紫羅蘭酮α-氨基丁酸D-蘇氨酸鄰氨基苯甲酸甘氨酸第一節(jié)工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基在發(fā)酵過(guò)程中加入抑制劑會(huì)抑制某些代謝途徑的進(jìn)行，同時(shí)會(huì)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質(zhì)積累起來(lái)。最早的例子是用微生物發(fā)酵生產(chǎn)甘油。在生產(chǎn)甘油的發(fā)酵液中加入亞硫酸氫鈉，它與代謝過(guò)程中產(chǎn)生的乙醛生成加成物。反應(yīng)式如下：CH3CHO+NaHSO3→CH3CH(OH)OSO3Na第一節(jié)工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基這樣使乙醇代謝途徑中的乙醛不能成為NADH2（還原型輔酶Ⅰ）的受氫體，而使NADH2在細(xì)胞中積累，從而啟動(dòng)α-磷酸甘油脫氫酶的活性，使磷酸二羥基丙酮取代乙醛作NADH2的受氫體而還原為α-磷酸甘油，其水解後即形成甘油。除亞硫酸氫鈉外，亞硫酸鈉也是乙醇代謝的抑制劑。它們都是能促進(jìn)甘油的生物合成。在四環(huán)素的生產(chǎn)中，加入溴化劑（NaBr）能抑制金黴素形成的代謝途徑，促進(jìn)四環(huán)素的生成。第一節(jié)工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基

2．發(fā)酵過(guò)程中的促進(jìn)劑和抑制劑促進(jìn)劑指那些既不是營(yíng)養(yǎng)物理又不是前體，但卻能提高產(chǎn)量的添加劑。例如加巴比妥鹽能使利福黴素毒素單位增加，並能使鏈黴菌素推遲自溶，延長(zhǎng)分泌期；加酵母甘露聚糖可誘導(dǎo)α-甘露糖甘酶的產(chǎn)生，促使甘露糖鏈黴素轉(zhuǎn)化為鏈黴素；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，加聚乙烯槨衍生物可防止菌絲結(jié)球，提高糖化酶的產(chǎn)量等。近年來(lái)在培養(yǎng)基中加入表面活性劑的報(bào)導(dǎo)也較多，尤其是在底物和產(chǎn)物均為不溶或微溶於水的發(fā)酵中，表面活性劑有增加滲透性，促使固體物分散從而強(qiáng)化傳質(zhì)和傳氧的作用。第二節(jié)培養(yǎng)基的類型及選擇

一、培養(yǎng)基的類型培養(yǎng)基按基組成物質(zhì)的純度、狀態(tài)、用途可分為三大類型：

1．按純度按培養(yǎng)基組成物質(zhì)的純度可分為合成培養(yǎng)基和天然培養(yǎng)基（複合培養(yǎng)基）。前者所用的原料其化學(xué)成分明確、穩(wěn)定。例如藥用葡萄糖、（NH4）2SO4、KH2PO4等，這種培養(yǎng)基適合於研究菌種基本代謝和過(guò)程的物質(zhì)變化等科研工作，在生產(chǎn)某些疫苗的過(guò)程中，為了防止異性蛋白等雜質(zhì)混入，也常用合成培養(yǎng)基。但這種培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)單一，價(jià)格較高。不適合用天大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。第二節(jié)培養(yǎng)基的類型及選擇發(fā)酵工業(yè)普遍使用天然培養(yǎng)基。它的原料是一些天然動(dòng)植物產(chǎn)品，相對(duì)於合成培養(yǎng)基來(lái)講，其成分不是那麼“純”。例如花生餅粉、蛋白腖等。這些物質(zhì)的特點(diǎn)是營(yíng)養(yǎng)豐富，適合於微生物的生長(zhǎng)。一般天然培養(yǎng)基中不需要另加微量元素、維生素等物質(zhì)，而培養(yǎng)基組成的原料來(lái)源豐富（大多為農(nóng)副產(chǎn)品）、價(jià)格低廉，適用於工業(yè)生產(chǎn)。但由於組分複雜，不易重複，如對(duì)原料品質(zhì)等方面不加控制會(huì)影響生產(chǎn)的穩(wěn)定性。第二節(jié)培養(yǎng)基的類型及選擇

2．按培養(yǎng)基物理物理性狀分類按培養(yǎng)基的狀態(tài)，可分為固體培養(yǎng)基、半固體培養(yǎng)基和液體培養(yǎng)基。固體培養(yǎng)基比較適合於菌種和孢子的培養(yǎng)和保存，也廣泛應(yīng)用於有子實(shí)體的真菌類。如香茹、白木耳等的生產(chǎn)。近年來(lái)由於機(jī)械化程度的提高，在發(fā)酵工業(yè)上又開(kāi)始應(yīng)用固體培養(yǎng)基進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)。其組分常用麩皮、大米、小米、木屑、禾殼和瓊脂等，有的還另加一些其他營(yíng)養(yǎng)成分。半固體培養(yǎng)基即在配好的液體培養(yǎng)基中加入少量的瓊脂，一般用量為0.5%～0.8%，培養(yǎng)基即呈半固體狀態(tài)，主要用於鑒定菌種，觀察細(xì)菌運(yùn)動(dòng)牲及噬菌體的效價(jià)滴定等。液體培養(yǎng)基80%～90%是水，其中配有可溶性的或不溶性的營(yíng)養(yǎng)成分，是發(fā)酵工業(yè)大規(guī)模使用的培養(yǎng)基，它有利於氧和物質(zhì)的傳遞。第二節(jié)培養(yǎng)基的類型及選擇

3．按培養(yǎng)基的用途分類培養(yǎng)基按其用途可分為孢子培養(yǎng)基、種子培養(yǎng)基和發(fā)酵培養(yǎng)基三種。（1）孢子培養(yǎng)基孢子培養(yǎng)基是供菌種繁殖孢子的一種常用固體培養(yǎng)基，對(duì)這種培養(yǎng)基的要求是通使菌體迅速生長(zhǎng)，產(chǎn)生較多優(yōu)質(zhì)的孢子，並要求這種培養(yǎng)基不是易引起菌種發(fā)生變異。所以對(duì)孢子培養(yǎng)基的基本配製要求是：第一，營(yíng)養(yǎng)不要太豐富（特別是有機(jī)氮源），否則不易產(chǎn)孢子。如灰色鏈黴菌在葡萄糖-硝酸鹽-其他鹽類的培養(yǎng)基上都能很好地生長(zhǎng)和產(chǎn)孢子，但若加入0.5%酵母膏或酪蛋白後，就只長(zhǎng)菌絲而不長(zhǎng)孢子。第二，所用無(wú)機(jī)鹽的濃度在適量，不然也會(huì)影響孢子量和孢子顏色。第三，要注意孢子培養(yǎng)基的pH和濕度。第二節(jié)培養(yǎng)基的類型及選擇生產(chǎn)上常用的孢子培養(yǎng)基有：麩皮培養(yǎng)基、大米培養(yǎng)基、玉米碎屑培養(yǎng)基和用葡萄糖、蛋白腖、牛肉膏和食鹽等配製成的瓊脂斜面培養(yǎng)基。大米和小米常用作黴菌孢子培養(yǎng)基，因?yàn)樗鼈兒可?，疏鬆、表面積大，所以是較好孢子培養(yǎng)基。大米培養(yǎng)基的水分需控制在21%～25%較為適宜。在酒精生產(chǎn)中，當(dāng)制曲（固體培養(yǎng)）時(shí)，曲料水分含量需控制在48%～50%，而曲房空氣濕度需控制在90%～100%。第二節(jié)培養(yǎng)基的類型及選擇（2）種子培養(yǎng)基種子培養(yǎng)基是供孢子發(fā)芽、生長(zhǎng)和大量繁殖菌絲體，並使菌體長(zhǎng)得粗壯，成為活力強(qiáng)的“種子”。所以種培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)成分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)到較高的溶解氧，供大量菌體生長(zhǎng)繁殖。種子培養(yǎng)基的成分要考慮在微生物代謝過(guò)程中能維持穩(wěn)定的pH，其組成還要根據(jù)不同菌種的生理特徵而定。一般種子培養(yǎng)基都用營(yíng)養(yǎng)豐富而完全的天然有機(jī)氮源，因?yàn)橛行┌被崮艽碳ゆ咦影l(fā)芽。但無(wú)機(jī)氮源容易利用，有利於菌體迅速生長(zhǎng)，所以種子培養(yǎng)基中常包括有機(jī)及無(wú)機(jī)氮源。最後一級(jí)種子培養(yǎng)基的成分最好能較接近發(fā)酵培養(yǎng)基，這樣可使種子進(jìn)入發(fā)酵培養(yǎng)基後能迅速適應(yīng)，快速生長(zhǎng)。第二節(jié)培養(yǎng)基的類型及選擇（3）發(fā)酵培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基是供菌種生長(zhǎng)、繁殖和合成產(chǎn)物之用。它既要使種子接種後能迅速生長(zhǎng)，達(dá)到一定的菌絲濃度，又要使長(zhǎng)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(zhǎng)所必需的元素和化合物外，還要有產(chǎn)物所需的特定元素、前體和促進(jìn)劑等。但若因生長(zhǎng)和生物合成產(chǎn)物需要的總的碳源、氮源、磷源等的濃度太高，或生長(zhǎng)和合成兩階段各需的最佳條件要求不同時(shí)，則可考慮培養(yǎng)基用分批補(bǔ)料來(lái)加以滿足。第二節(jié)培養(yǎng)基的類型及選擇

二、培養(yǎng)基成分和配比的選擇培養(yǎng)基的組分（包括這些組分的來(lái)源和加工方法）、配比、緩衝能力，粘度，消毒是否易徹底，消毒後營(yíng)養(yǎng)破壞程度，及原料中雜質(zhì)的含量都對(duì)菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物形成有影響。但目前還不能完全從生化反應(yīng)的基本原理來(lái)推斷和計(jì)算出適合某一菌種的培養(yǎng)基配方。目前還只能在生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)等的基本理論指導(dǎo)下，參照前人所使用的較適合於某一類菌種的經(jīng)驗(yàn)配方，再結(jié)合所用菌種和產(chǎn)品的特性，採(cǎi)用搖瓶、玻璃罐等小型發(fā)酵設(shè)備，對(duì)碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽和前體等進(jìn)行逐個(gè)單因數(shù)試驗(yàn)，觀察這些因數(shù)對(duì)菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物合成量的影響。第二節(jié)培養(yǎng)基的類型及選擇

最後再綜合考慮各因素的影響，得到一個(gè)比較適合本菌種的生產(chǎn)配方，以求得到高產(chǎn)。為了加快試驗(yàn)時(shí)間，可考慮用“正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)”等數(shù)學(xué)方法來(lái)確定培養(yǎng)基組分和濃度，它可以通過(guò)比較少的實(shí)驗(yàn)次數(shù)而得到比較滿意的結(jié)果。另外還可通過(guò)方差分析，瞭解那個(gè)因素影響較大，以引起人們的注意。在考慮培養(yǎng)基總體要求時(shí)，要注意一些問(wèn)題。第一，考慮碳源、氮源時(shí)，要注意快速利用的碳（氮）源和慢速利用的碳（氮）源的相互配合，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，避其所短。第二節(jié)培養(yǎng)基的類型及選擇第二，選用適當(dāng)?shù)奶嫉?。培養(yǎng)基中碳氮比的影響極為明顯。氮源過(guò)多，會(huì)使菌體生長(zhǎng)過(guò)於旺盛，pH偏高，不利於代謝產(chǎn)物的積極，氮源不足，則菌體繁殖量少，從而影響產(chǎn)量，碳源過(guò)多，則容易形成較低的pH，若碳源不足，易引起菌體衰老自溶。另外碳氮比不當(dāng)還會(huì)影響菌體按比例地吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，直接影響菌體的生長(zhǎng)和產(chǎn)物的形成。菌體在不同的生長(zhǎng)階段，其對(duì)碳氮比的最適要求也不一樣。一般碳源因?yàn)榧茸魈技苡肿髂茉?，因此用量要比氮多。從元素分析?lái)看，酵母菌細(xì)胞中碳氮比約為100：20；黴菌約為100：10；一般工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基的碳氮比就要相對(duì)高一些。例如谷氨酸生產(chǎn)中取碳氮比100：15～21，若碳氮比為100：0.5～2.0，則會(huì)出現(xiàn)只長(zhǎng)菌體，而幾乎不合成谷氨酸的現(xiàn)象。碳氮比隨碳水化合物及氮源的種類以及通氣攪拌等條件而異，很難確定一個(gè)統(tǒng)一的比值。第二節(jié)培養(yǎng)基的類型及選擇第三，要注意生理酸、鹼性鹽和pH的變化情況，以及最適pH的控制範(fàn)圍等，綜合考慮選用什麼生理酸鹼性物質(zhì)及用量，從而保證在整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中pH都能維持在最佳狀態(tài)（有時(shí)也可考慮用中間補(bǔ)料來(lái)控制pH）培養(yǎng)基成分的用量的多少，大部分是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)而來(lái)。但有些主要代謝的產(chǎn)物因?yàn)樗鼈兊拇x途徑比較清楚，所以可以根據(jù)物料平衡計(jì)算來(lái)加以確定，例如在酒精生產(chǎn)中可根據(jù)澱粉的用量計(jì)算酒精的理論產(chǎn)率。第二節(jié)培養(yǎng)基的類型及選擇

酒精的轉(zhuǎn)化式：

所以100kg澱粉理論上可以產(chǎn)酒精為：162：2*46=100：x酒精x=2*46*100/162=56.78kg對(duì)次級(jí)代謝產(chǎn)物來(lái)講，因?yàn)閷?duì)生物合成途徑的瞭解有限，因此要用化學(xué)計(jì)量關(guān)係來(lái)計(jì)算培養(yǎng)基楊分的得率是比較困難的。但也有人根據(jù)物料及能量平衡計(jì)算了碳源轉(zhuǎn)化為青黴素的得率。第二節(jié)培養(yǎng)基的類型及選擇

Cooney(1979)根據(jù)化學(xué)反應(yīng)計(jì)量關(guān)係和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出下式：

從上式可計(jì)算出青黴素G的理論得率為每克葡萄糖得1.1克青黴素G。在確定培養(yǎng)基中碳源數(shù)量時(shí)，還要考慮用於菌體生長(zhǎng)和維持所需消耗。在選擇培養(yǎng)基所用的有機(jī)氮源時(shí)，特別要注意原料的來(lái)源、加工方法和有效成分的含量。有機(jī)氮源大部分為農(nóng)副產(chǎn)品，其中所含的成分受產(chǎn)地、加工、貯藏等的影響較大，常會(huì)引起產(chǎn)量的波支。例如黃豆餅粉、花生餅粉、棉子餅粉等，它們的產(chǎn)地不同有機(jī)氮的成分和含量也不同，東北大豆含胱氨酸和蛋氨酸的量比華北、江南產(chǎn)的黃豆含量高，有利於鏈黴素的生產(chǎn)。第二節(jié)培養(yǎng)基的類型及選擇又如豆餅粉加工有熱榨和冷榨兩種，它們對(duì)發(fā)酵產(chǎn)品的產(chǎn)量影響就各不相同。在醬油生產(chǎn)中採(cǎi)用熱榨豆餅較好，因?yàn)闊嵴ザ癸炛兴趾可?，蛋白質(zhì)含量高，易破碎且使用方便。而鏈黴素生產(chǎn)卻以冷榨豆餅為宜。兩種處理方法的豆餅其所含的成分見(jiàn)表3-4。低溫貯藏可延長(zhǎng)貯存期，若於室溫存放，尤其是夏天，豆餅中的油脂等易氧化變質(zhì)，影響微生物的生物合成。發(fā)黴變質(zhì)的餅粉對(duì)產(chǎn)量也有明顯影響。國(guó)外為了穩(wěn)定生產(chǎn)，把棉籽餅粉加工製成得成分穩(wěn)定的商品藥用培養(yǎng)基，已用於青黴素等發(fā)酵生產(chǎn)。第二節(jié)培養(yǎng)基的類型及選擇表3-4熱榨豆餅和冷榨豆餅的主要成分含量成分加工方法水分（%）粗蛋白（%）粗脂肪（%）碳水化合物（%）灰分（%）冷榨熱榨12．123．3846．4547．946．123．7426．6422．845．446．31第二節(jié)培養(yǎng)基的類型及選擇

糖蜜是制糖工業(yè)的副產(chǎn)物，其工藝有碳酸法和亞硫酸法，這兩種工藝所得糖蜜的成分有所沒(méi)同，見(jiàn)表3-5。即使同種工藝不同產(chǎn)地的甘蔗（土質(zhì)、氣候）和存放期不同都影響糖蜜的品質(zhì)，所以它的有效成分波動(dòng)甚大。用甜菜製作的糖蜜，轉(zhuǎn)化糖含量低，pH呈鹼性。甘蔗糖蜜轉(zhuǎn)化糖含量高，pH呈酸性。還有些發(fā)酵廠用葡萄糖結(jié)晶後得的母液作碳源。在製備培養(yǎng)基時(shí)水質(zhì)的影響也應(yīng)注意，各地區(qū)的深井水和自來(lái)水的品質(zhì)有很大差別。其中微量元素的含量，對(duì)成分簡(jiǎn)單的孢子培養(yǎng)基有較大的影響。在制酒或啤酒工業(yè)中更要注意選擇水源、控制水的硬度、含鐵量、含氯量及氨態(tài)、硝酸態(tài)和亞硝酸態(tài)氮的含量，一般常用電滲析或離子交換樹(shù)脂等進(jìn)行水的純化。第二節(jié)培養(yǎng)基的類型及選擇

培養(yǎng)基的原料在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中用量很大。在選用時(shí)，應(yīng)儘量選用豐富的廉價(jià)原料，設(shè)法降低成本。例如原來(lái)生產(chǎn)賴氨酸用山芋澱粉，後來(lái)改用山芋粉為碳源，這樣不僅價(jià)廉，而且山芋粉中還含有生物素、鎂鹽等，當(dāng)培養(yǎng)基改用山芋粉後，就將可省去原來(lái)要加的玉米漿，硫酸鎂，並使整個(gè)成本降低15%。有些原料在使用前要進(jìn)行預(yù)處理。如一些穀物或山芋幹等農(nóng)產(chǎn)品，使用前要去除雜草、泥塊、石頭、小鐵釘?shù)入s物以免損壞粉碎機(jī)。又如在酒精、丙酮、丁醇等的生產(chǎn)中，澱粉原料使用量大，需要預(yù)先進(jìn)行蒸煮、糊化，使酵母能有效的將其糖化。糊化過(guò)程度與溫度、時(shí)間有關(guān)，蒸煮溫度過(guò)低使糊化不充分，影響糖化率；反之，則會(huì)發(fā)生焦化等情況，影響營(yíng)養(yǎng)成分，甚至產(chǎn)生黑色素等有害物質(zhì)。第二節(jié)培養(yǎng)基的類型及選擇

為了避免長(zhǎng)時(shí)間的蒸煮，可將大塊幹薯加以粉碎過(guò)篩。國(guó)外生產(chǎn)抗生素用培養(yǎng)基均通過(guò)200目篩子。有些穀物如大麥、高梁、橡子等原料最好先去皮殼，這樣一方面可防止皮殼中有害物和單寧等有帶入發(fā)酵醪（液），影響微生物生長(zhǎng)和產(chǎn)物形成；另一方面大量皮殼占去一定體積，降低了設(shè)備的利用率，且易堵塞管道，增加流動(dòng)阻力。在使用糖蜜時(shí)，在必要時(shí)，也要進(jìn)行預(yù)處理。例如在檸檬酸生產(chǎn)時(shí)，為了去除糖蜜中鐵離子，防止異檸檬酸的產(chǎn)生，要預(yù)先加入黃血鹽去除鐵離子。在酒精生產(chǎn)或酵母生產(chǎn)中若使用糖蜜，則需要預(yù)先進(jìn)行稀釋、酸化、滅菌、澄清和添加營(yíng)養(yǎng)鹽等處理。因?yàn)樘敲壑袔治镔|(zhì)濃度很大，糖份高、產(chǎn)酸細(xì)菌多，灰份和膠體物質(zhì)也很多，酵母無(wú)法生長(zhǎng)。第二節(jié)培養(yǎng)基的類型及選擇

表3-5甘蔗糖蜜的成分專案產(chǎn)地及加工方法比重蔗糖（%）轉(zhuǎn)化糖（%）全糖（%）灰分（%）蛋白質(zhì)（%）廣東（亞硫酸法）廣東（碳酸法）四川（碳酸法）

0．

491．4033．0027．0035．8018．0820．0019．0051．9847．0054．8013．2012．0011．10/0．

900．54第三節(jié)培養(yǎng)基的配製

一、培養(yǎng)基的配製原則培養(yǎng)基的必須提供合成微生物細(xì)胞和發(fā)酵產(chǎn)物的基本成分；有利於減少培養(yǎng)基原料的單耗，單位營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)所合成產(chǎn)物數(shù)量大或產(chǎn)率大；有利於提高培養(yǎng)基產(chǎn)物的濃度，以提高單位窖發(fā)酵罐的生產(chǎn)能力；有利於提高產(chǎn)物的合成速度，縮短發(fā)酵週期；儘量減少副產(chǎn)物的形成；減少對(duì)發(fā)酵過(guò)程中通氣攪拌的影響，有利於提高氧的利用率、降低能耗；有利於產(chǎn)品的分離和純化；並盡可能減少產(chǎn)生“三廢”的物質(zhì)。第三節(jié)培養(yǎng)基的配製當(dāng)然設(shè)計(jì)任何一種培養(yǎng)基者不可能面面俱到地滿足上述各項(xiàng)要求，需根據(jù)具體情況，抓主要環(huán)節(jié)。使其即滿足微生物的營(yíng)養(yǎng)要求，又能獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的產(chǎn)品，同時(shí)也符合增產(chǎn)節(jié)約，因地制宜的原則，發(fā)酵培養(yǎng)基的主要作用是為了獲得預(yù)期的產(chǎn)物，因此根據(jù)產(chǎn)物特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)培養(yǎng)基。因此要求營(yíng)養(yǎng)要適當(dāng)豐富和完備，菌體迅速生長(zhǎng)和健壯，整個(gè)代謝過(guò)程pH值適當(dāng)且穩(wěn)定；糖、氮代謝能完全符合高單位罐、批的要求、能充分發(fā)揮生產(chǎn)菌種合成代謝產(chǎn)物的能力。第三節(jié)培養(yǎng)基的配製

1．根據(jù)微生物的培養(yǎng)需要不同的微生物所需要的培養(yǎng)基成分是不同的，要確定一個(gè)合適的培養(yǎng)基，就需要瞭解生產(chǎn)用菌種的來(lái)源、生理生化特性和一般的營(yíng)養(yǎng)要求，根據(jù)不同生產(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)等確定培養(yǎng)基。

第三節(jié)培養(yǎng)基的配製2．營(yíng)養(yǎng)成分比例恰當(dāng)微生物所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之間應(yīng)有適當(dāng)?shù)谋壤囵B(yǎng)基中的碳氮的比例（C/N）在發(fā)酵工業(yè)中尤其重要。如培養(yǎng)基中氮肥源過(guò)多，會(huì)引起微生物生長(zhǎng)過(guò)於旺盛，而不利於產(chǎn)物的積累；氮源不足，則微生物菌體生長(zhǎng)過(guò)於緩慢。當(dāng)培養(yǎng)基中的碳源供應(yīng)不足時(shí)，容易引起微生物菌體的衰老和自溶。培養(yǎng)基的碳氮比不僅會(huì)影響微生物菌體的生長(zhǎng)，同時(shí)也會(huì)影響到發(fā)酵的代謝途徑。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。即使是同一微生物在不同的培養(yǎng)階段，對(duì)培養(yǎng)基的碳氮比的要求也是不一樣的。第三節(jié)培養(yǎng)基的配製

3．滲透壓配製培養(yǎng)基時(shí)，應(yīng)注意營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)要有合適的濃度。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度太低，不僅不能滿足微生物生長(zhǎng)對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的需求，而且也不利於提高發(fā)酵產(chǎn)物的產(chǎn)量和提高設(shè)備的利用率。但是，培養(yǎng)基中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度過(guò)高時(shí)，由於培養(yǎng)基的滲透壓太大，會(huì)抑制微生物的生長(zhǎng)。此外培養(yǎng)基中的各種離子的濃度比例也會(huì)影響到培養(yǎng)基的滲透壓和微生物的代謝活動(dòng)，因此，培養(yǎng)基中各種離子的比例需求要平衡。在發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程中，在不影響微生物的生理特性和代謝轉(zhuǎn)化率的情況下，通常趨向在較高濃度下進(jìn)行發(fā)酵，以提高產(chǎn)物產(chǎn)量，並盡可能選育高滲透壓的生產(chǎn)菌珠。當(dāng)然，培養(yǎng)基濃度太大會(huì)使培養(yǎng)基黏度增加和溶氧量降低。第三節(jié)培養(yǎng)基的配製4．pH值各種微生物的正常生長(zhǎng)需要有合適的pH值，一般黴菌和酵母菌比較適於微酸性環(huán)境，放線菌和細(xì)菌適於各種中性或鹼性環(huán)境。為此，當(dāng)培養(yǎng)基配製好後，若pH值不合適，必須加以調(diào)節(jié)。當(dāng)微生物在培養(yǎng)過(guò)程中改變培養(yǎng)基的pH值而不利於本身的生長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)以微生物菌體對(duì)各種營(yíng)養(yǎng)成分的利用速度來(lái)考慮培養(yǎng)基的組成，同時(shí)加入緩衝劑，以調(diào)節(jié)培養(yǎng)液的pH值。第三節(jié)培養(yǎng)基的配製

5．氧化還原電位對(duì)大多數(shù)微生物來(lái)說(shuō)，培養(yǎng)基的氧化還還原電位一般對(duì)其生長(zhǎng)的影響不大，即適合它們生長(zhǎng)的氧化還原電位範(fàn)圍較廣。但對(duì)於厭氧菌，由於氧的存在對(duì)其有毒害作用，因而往往在培養(yǎng)基中加入還原劑以降低氧化還原電位。在配製培養(yǎng)基時(shí)，除應(yīng)注意以上幾條原則外，還要考慮到營(yíng)養(yǎng)成分的加入順序，為了避免生成沉澱而造成營(yíng)養(yǎng)成分的損失，加入順序一般為先加入緩衝化合物，溶解後加入主要物質(zhì)，然後加入維生素，氨基酸等生長(zhǎng)素類物質(zhì)。第三節(jié)培養(yǎng)基的配製

二、培養(yǎng)基成分配比的選擇培養(yǎng)基的組分（包括這些組分的來(lái)源和加入方法）、配比、緩衝能力、黏度、消毒是否徹底、消毒後營(yíng)養(yǎng)破壞的程度及原料中雜質(zhì)的含量都對(duì)菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物形成有影響。目前還只能在生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)等的基本理論指導(dǎo)下，參照前人所使用的較適合於某一類菌種培養(yǎng)基的經(jīng)驗(yàn)配方，再結(jié)合所用菌種的產(chǎn)品的特性，採(cǎi)用搖瓶、玻璃瓶等小型發(fā)酵設(shè)備，對(duì)碳、氮無(wú)機(jī)鹽和前體等進(jìn)行逐個(gè)單因數(shù)試驗(yàn)，觀察這些因數(shù)對(duì)菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物合成量的影響，最後再綜合考慮各因素的影響，得到一個(gè)適合該菌種的培養(yǎng)基的配方，以得到高產(chǎn)。第三節(jié)培養(yǎng)基的配製為了減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)，可考慮用“正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)”等數(shù)學(xué)方法來(lái)確定培養(yǎng)基給分和濃度，它可以通過(guò)比較少的實(shí)驗(yàn)次數(shù)而得到較滿意的結(jié)果，另處，還可通過(guò)方差分析，確定哪些因素影響較大，以引起人們的注意。需要注意的是考慮碳源、氮源時(shí)，要注意快速利用的碳（氮）源和慢速利用的碳（氮）源的相互配合，發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，避其所短，選用適當(dāng)?shù)奶嫉取５催^(guò)多，則菌體繁殖旺盛，pH值偏高，不利於代謝產(chǎn)物的積累；氮源不足，則菌體繁殖量少，從而影響產(chǎn)量。碳源過(guò)多，則容易形成較低的pH值；碳源不足，菌體衰老和自溶。第三節(jié)培養(yǎng)基的配製另外碳氮比不當(dāng)還會(huì)影響菌體按比例地吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，直接影響菌體和產(chǎn)物的形成。菌體在不同生長(zhǎng)階段，對(duì)其碳氮比的最適要求也不一樣。由於碳既能做碳架又作能源，所以用量要比氮多。從元素分析來(lái)看，酵母細(xì)胞中碳氮比約為100：20，黴菌約為100：10。一般發(fā)酵工業(yè)中碳氮比約為100：（0.2～2.0）。但在氨基酸發(fā)酵中，因?yàn)楫a(chǎn)物中含有氮，所以碳氮比就相對(duì)高一些。如谷氨酸發(fā)酵的C：N=100：（15～21），若碳氮比為100：（0.2～2.0），則會(huì)出現(xiàn)只長(zhǎng)菌體，幾乎不產(chǎn)谷氨酸的現(xiàn)象。

第三節(jié)培養(yǎng)基的配製

C/N隨碳水化合物及氮源的種類以及通氣攪拌等條件而異，很難確定統(tǒng)一的比值。另外還要注意生理酸、鹼性鹽和PH緩衝劑的加入和搭配，根據(jù)該菌種在現(xiàn)有工藝設(shè)備的條件下，其生長(zhǎng)和合成產(chǎn)物時(shí)pH值的變化情況，以及最適pH值所控制範(fàn)圍內(nèi)，綜合考慮選用什麼生理酸、鹼性物質(zhì)及用量，從而保證整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中pH值都能維持在最佳狀態(tài)。有時(shí)考慮用中間補(bǔ)料來(lái)控制pH值。培養(yǎng)基各成分用量的多少，大部分是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)面來(lái)。但有些主要代謝產(chǎn)物因?yàn)樗鼈兊拇x途徑較清楚，所以根據(jù)平衡計(jì)算來(lái)加以確定。第三節(jié)培養(yǎng)基的配製在確定培養(yǎng)基中碳源數(shù)量時(shí)，要考慮用菌體生長(zhǎng)和維持所需的消耗。在考慮培養(yǎng)基所用的有機(jī)氮源時(shí)，特別注意原料的來(lái)源、加入方法和有效成分的含量。製備培養(yǎng)基時(shí)，也應(yīng)該考慮水分。培養(yǎng)基在大規(guī)模生產(chǎn)中用量很大，在選用時(shí)應(yīng)儘量地利用較豐富的廉價(jià)原料，設(shè)法降低成本。例如，賴氨酸（Lys）生產(chǎn)中用山芋澱粉，後改為用山芋粉為碳源，這樣不僅價(jià)廉而且山芋粉中還含有生物素、鎂鹽等，省去了原來(lái)所加的玉米漿、硫酸鎂，並使整個(gè)成本降低15%。第三節(jié)培養(yǎng)基的配製

三、配置培養(yǎng)基的基本過(guò)程配置培養(yǎng)基的基本流程如下：

原料稱量--溶解--調(diào)節(jié)pH值--過(guò)濾澄清--分裝--塞棉塞和包紮--滅菌

1.原料稱量、溶解根據(jù)培養(yǎng)基配方，準(zhǔn)確稱取各種原料成分，在容器（常採(cǎi)用鋁鍋或不銹鋼鍋）中先加所需水量的一半，然後依次將各種原料加入水中，用玻璃棒攪拌使之融化，某些不易溶解的原料如蛋白腖、牛肉膏等可事先在小容器中加水少許並加熱溶解後再?zèng)_入容器中，有些原料需用量很小，不易稱量，可先配成高濃度的溶液，在按比例換算後取一定體積的溶液加入容器中。待原料全部放入容器後，加熱使其充分溶解，最後補(bǔ)足需要的全部水量，即成液體培養(yǎng)基。然後調(diào)節(jié)至所需的pH值。第三節(jié)培養(yǎng)基的配製配置固體培養(yǎng)基時(shí)，預(yù)先將瓊脂稱好洗淨(jìng)（粉狀瓊脂除外，條狀瓊脂用剪刀剪成小段，以便融化），然後將液體培養(yǎng)基煮沸，再將瓊脂放入，繼續(xù)加熱至瓊脂完全融化。在加熱過(guò)程中應(yīng)注意不斷攪拌，以防瓊脂沉澱糊底燒焦，並應(yīng)控制火力，以免培養(yǎng)基因暴沸而溢出容器。待瓊脂完全融化後，再用熱水補(bǔ)足因蒸發(fā)而損失的水分。

2.酸鹼度（pH值）的調(diào)整液體培養(yǎng)基配好後，一般要調(diào)節(jié)至所需的pH值，常用鹽酸及氫氧化鈉溶液進(jìn)行調(diào)節(jié)。第三節(jié)培養(yǎng)基的配製調(diào)節(jié)培養(yǎng)基酸度的最簡(jiǎn)單方法是用精密pH試紙進(jìn)行測(cè)定，用玻璃占一滴培養(yǎng)基，點(diǎn)在試紙上進(jìn)行比色後，如pH值偏酸，則加1%氫氧化鈉溶液，偏堿則加1%鹽酸溶液，經(jīng)反復(fù)幾次調(diào)節(jié)後，即可基本調(diào)至所需pH值，此法簡(jiǎn)便易行，但畢竟較為粗放，難於精確。較為準(zhǔn)確調(diào)節(jié)培養(yǎng)基pH值，可用pH計(jì)測(cè)定。配置大量培養(yǎng)基時(shí)，可根據(jù)具體情況，如使用1%NaOH溶液（或1%HCI溶液）對(duì)試樣調(diào)整後，再改用10%NaOH溶液（或10%HCI）對(duì)大量培養(yǎng)基進(jìn)行調(diào)整，則較簡(jiǎn)便。第三節(jié)培養(yǎng)基的配製例如：配置某液體培養(yǎng)基5000ml，經(jīng)測(cè)定pH值為6.4，而要求PH值為7.2，在調(diào)整時(shí)，可先取5ml培養(yǎng)基於試管中，用1%NaOH溶液調(diào)整，記錄堿液用量，再取5ml培養(yǎng)基於另一試管中，再調(diào)一次，記錄堿液用量。設(shè)經(jīng)二次調(diào)整得知在5ml培養(yǎng)基中需加入1%NaOH溶液0.1ml（兩次平均值）即可調(diào)整pH值為7.2，則可按下式進(jìn)行換算，得出10%NaOH溶液調(diào)整剩餘大量培養(yǎng)基時(shí)所需的總量。使用高濃度的堿液或酸液進(jìn)行培養(yǎng)基PH值調(diào)整，可避免由於使用低濃度溶液調(diào)整時(shí)因使用量過(guò)多而影響培養(yǎng)基的總體積和濃度，並可節(jié)約工作時(shí)間。第三節(jié)培養(yǎng)基的配製

固體培養(yǎng)基酸鹼度的調(diào)整，與液體培養(yǎng)基通，一般在加入瓊脂前進(jìn)行，加入瓊脂後如需在進(jìn)行調(diào)整時(shí)，應(yīng)注意將培養(yǎng)基溫度保持在60攝氏度以上，以防因瓊脂凝固影響工作進(jìn)行。3.培養(yǎng)基的過(guò)濾和澄清培養(yǎng)基配成後，往往因其中含有某些未溶解的物質(zhì)而混濁或不透明，應(yīng)在分裝前過(guò)濾，除去沉渣、顆粒，使之澄清透明，特別是用於觀察微生物的培養(yǎng)特徵及生長(zhǎng)情況、生理生化特性以及用於平板計(jì)數(shù)的固體培養(yǎng)基，都要求使用透明度高的培養(yǎng)基。第三節(jié)培養(yǎng)基的配製

培養(yǎng)基過(guò)濾和澄清的方法，有以下幾種：(1)紗布過(guò)濾：用3～4層紗布（醫(yī)用敷料紗布）或1～2層粗平紋白布兜起來(lái)，直接傾倒過(guò)濾，或把布鋪在漏斗上傾倒過(guò)濾，這種方法只濾去較粗渣滓，不能使培養(yǎng)基透明。(2)棉花過(guò)濾：用一小塊脫脂棉塞在漏斗管的上口，使不致浮起也不要塞得過(guò)緊，先用少量清水浸濕後，再傾倒培養(yǎng)基過(guò)濾。開(kāi)始時(shí)，棉花空隙大，過(guò)濾速度快但透明度差，待濾渣逐漸填充棉花空隙後，即形成棕濾層，此時(shí)濾速漸慢但透明度越來(lái)越好，如不換棉花，而把培養(yǎng)基重複過(guò)濾一次，可得到較透明的培養(yǎng)基。第三節(jié)培養(yǎng)基的配製

（3）保溫過(guò)濾：加有瓊脂的培養(yǎng)基，不論用紗布或棉花過(guò)濾，都應(yīng)在保持600C以上的情況下進(jìn)行，否則易造成瓊脂凝固而不能過(guò)濾。一般可用預(yù)先加溫的辦法，即將瓊脂培養(yǎng)基盛在鍋裏，並置火上保溫，乘熱過(guò)濾。但在天冷過(guò)濾時(shí)，有時(shí)稍有停頓，瓊脂就會(huì)凝固在漏斗裏的紗布或棉花上。為了保證瓊脂培養(yǎng)基過(guò)濾順利，最好使用保溫漏斗，它地用白鐵皮或銅板焊制而成的夾套，由上面的注入孔裝入熱水，用酒精燈在加熱筒的下麵加熱保溫。這種保溫過(guò)濾裝置特別適用於瓊脂培養(yǎng)基過(guò)濾後的分裝（如分裝試管制做的斜面），因?yàn)榉盅b拖延時(shí)間長(zhǎng)，如不保溫，最易凝固。第三節(jié)培養(yǎng)基的配製

4.培養(yǎng)基的分裝培養(yǎng)基配好後，要根據(jù)不同的使用目的，分裝到各種不同的容器中，用於不同於途的培養(yǎng)基，其分裝量應(yīng)視具體情況而定，要做到適量，實(shí)用。分裝量過(guò)多過(guò)少、使用容器不當(dāng)，都會(huì)影響以後的工作品質(zhì)。培養(yǎng)基都不得是各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的混合液，且大多具有黏性，再分裝過(guò)程中，應(yīng)注意勿使培養(yǎng)基沾汙管口和瓶口，以免弄濕或粘住棉塞造成污染。第三節(jié)培養(yǎng)基的配製

分裝培養(yǎng)基，通常使用一個(gè)大漏斗（小容量分裝）或底部有出口的鐵筒（大容量分裝），吊在漏斗架上或牆上，下口連接一段軟橡皮管，橡皮管下麵在連接一段末端開(kāi)口處略細(xì)的玻璃管，在橡皮管上夾一個(gè)手控彈簧夾，分裝時(shí)，將玻璃嘴插入試管內(nèi)，不要觸及管壁，捏開(kāi)彈簧夾，注入定量培養(yǎng)基後，先止住液體，再抽出玻璃管，仍不要觸及管壁或管口。如果大量成批定量分裝，可用定量送樣器，即將培養(yǎng)基盛入1000ml獲500ml定量送樣器中，調(diào)好所需體積，然後通過(guò)抽提、壓送，即可分裝到試管中，注意抽出試管時(shí)，勿使培養(yǎng)基沾汙管口。此外，也應(yīng)注意勿使漏斗下端及管口或瓶口。第三節(jié)培養(yǎng)基的配製

培養(yǎng)基中如有某些不溶於水的原料（如碳酸鈣），應(yīng)在分裝前不斷攪拌，使成懸浮狀態(tài)，才能均勻的分裝到各容器內(nèi)。培養(yǎng)基的分裝量，必須依照使用目的及試驗(yàn)的具體情況決定。

5.塞棉塞和包紮培養(yǎng)基分裝到各種規(guī)格的容器（如試管、三角瓶、克氏瓶等）後，應(yīng)按管口或瓶口的不同大小分別塞以大小適度、鬆緊適合的棉塞。加棉塞的作用主要在於阻止外界微生物進(jìn)入培養(yǎng)基內(nèi)，防止由此可能導(dǎo)致的污染，同時(shí)還可保證良好的通氣性能，使微生物能不斷的花獲得無(wú)菌空氣。第三節(jié)培養(yǎng)基的配製

塞棉塞後，管裝培養(yǎng)基可每七支紮成一捆，或排放在鐵絲筐內(nèi)，由於棉塞外面容易附著灰塵及雜菌，且滅菌時(shí)容易凝結(jié)水氣，因此在滅菌前和存放過(guò)程中，應(yīng)用牛皮紙或廢報(bào)紙將管口、瓶口或成捆成筐的培養(yǎng)基罩起來(lái)，再用橡皮圈或線繩紮緊。

6.培養(yǎng)基滅菌一般情況下，經(jīng)分裝、塞棉塞、包紮後，應(yīng)立即進(jìn)行滅菌（滅菌法見(jiàn)後）。如延誤時(shí)間，則因雜菌繁殖孽生，可能導(dǎo)致培養(yǎng)基變質(zhì)而不能使用，特別在夏季炎熱天氣，如不及時(shí)滅菌，數(shù)小時(shí)內(nèi)培養(yǎng)基就可能變質(zhì)。若確實(shí)不能立即滅菌，可將培養(yǎng)基暫放4攝氏度冰箱或冰櫃中，但時(shí)間不宜過(guò)久。第三節(jié)培養(yǎng)基的配製

滅菌後，需做斜面的試管，應(yīng)趁熱及時(shí)擺成斜面，斜面也可在特製的斜面架上擺放，斜面的斜度要適當(dāng)，使斜面的長(zhǎng)度約為管長(zhǎng)的1/3。擺放時(shí)注意不可使培養(yǎng)基沾汙棉塞，冷凝過(guò)程中勿在移動(dòng)試管，待斜面完全凝固後，在進(jìn)行收放。滅菌後的培養(yǎng)，應(yīng)保溫培養(yǎng)2～3天，檢查滅菌效果，然後使用，數(shù)量太大時(shí)，可抽樣檢查，如發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，應(yīng)再次滅菌，以保證使用前的培養(yǎng)基處?kù)督^對(duì)無(wú)菌狀態(tài)。第三節(jié)培養(yǎng)基的配製

7.培養(yǎng)基的貯存概言之，培養(yǎng)基不宜配製過(guò)多。最好是現(xiàn)配現(xiàn)用，因培養(yǎng)基較長(zhǎng)時(shí)間擱置不用或貯存不當(dāng)，則往往因污染、脫水或光照等因素而變質(zhì)。因工作需要或一時(shí)用不掉的培養(yǎng)基應(yīng)放在低溫、低濕、陰暗而潔淨(jìng)的地方保存。試管斜面培養(yǎng)基，因滅菌時(shí)棉塞受潮，容易引起污染。因此，新配製的瓊脂斜面最好置恒溫室數(shù)天待棉塞上的冷凝水蒸發(fā)後再貯存?zhèn)溆?。裝於三角瓶或其他容器的培養(yǎng)基，滅菌前最好用牛皮紙包紮瓶口，以防灰塵落於棉塞或瓶口而引起污染，貯放過(guò)程中，不要取下，以減少水分蒸發(fā)。對(duì)含有染料或其他對(duì)光敏感物質(zhì)的培養(yǎng)基，要特別注意避光保存，特別是要避免陽(yáng)光的長(zhǎng)時(shí)間直接照射。第三節(jié)培養(yǎng)基的配製

四、固體曲料的配製在微生物生產(chǎn)特別是微生物工業(yè)生產(chǎn)中，常採(cǎi)用一些來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉的固體曲料，如小米、大米、麩皮、豆餅、玉米粉、米糠等來(lái)培養(yǎng)黴菌。這些物質(zhì)中含在一定的碳源和氮源以及生長(zhǎng)素和微量元素，而且這類物質(zhì)具有質(zhì)地疏鬆透氣，表面積大，因此用來(lái)配製孢子培養(yǎng)基定較理想的，釀造及發(fā)酵工業(yè)上，常用此等原料培養(yǎng)種曲得到大量孢子後用來(lái)制曲，此種直接用固體原料加水拌成的固體培養(yǎng)基叫做曲料。第三節(jié)培養(yǎng)基的配製

1.曲料的組成原料配製曲料的原料應(yīng)視具體培養(yǎng)需要而定，但各種曲料基本上都可分為兩部分：一部分是供給營(yíng)養(yǎng)成分的物質(zhì)，如豆餅粉、麩皮等；另一部分是造成通氣條件的物質(zhì)，如穀糠、鋸末等。選用這些材料，可以因地制宜，就地取料，儘量利用農(nóng)副產(chǎn)品，各種代用品以節(jié)約糧食，降低成本。為擴(kuò)大微生物與營(yíng)養(yǎng)料的接觸面積，最大限度的發(fā)揮營(yíng)養(yǎng)的作用，曲料的原料應(yīng)經(jīng)過(guò)粉碎、過(guò)篩，達(dá)到一定的細(xì)度。第三節(jié)培養(yǎng)基的配製

通常有兩種單位來(lái)表示細(xì)度：一是以篩孔直徑（圓孔）或邊長(zhǎng)（方孔）的毫米數(shù)表示，如0.1mm篩、0.5mm篩、1mm篩等；另一種是以“目”來(lái)表示，即在25.4mm（1英寸）長(zhǎng)度內(nèi)排有若干篩孔數(shù)值數(shù)，如100目個(gè)篩孔的一邊總長(zhǎng)25.4mm（1英寸），50目即50個(gè)篩孔的一邊總長(zhǎng)為25.4mm（1英寸）等，其餘類推。用作固體曲料的原料，應(yīng)該選用優(yōu)質(zhì)而新鮮的，發(fā)黴變質(zhì)嚴(yán)重的原料，即是在滅菌後雜菌不在滋長(zhǎng)，但由於其中營(yíng)養(yǎng)價(jià)值已經(jīng)耗損殆盡，且因雜菌造成的黴變，往往產(chǎn)生制毒物質(zhì)，對(duì)培養(yǎng)菌有抑制作用，而不能選用。經(jīng)處理的原料，按比例稱好後，應(yīng)在潔淨(jìng)的拌料臺(tái)或潔淨(jìng)容器裏充分混合，使成均勻的混合物。第三節(jié)培養(yǎng)基的配製

2.曲料的加水量曲料的加水量的多少，應(yīng)該視原料的質(zhì)地、細(xì)度即其持水性而定，此外，也應(yīng)考慮培養(yǎng)菌的特性（需氧性或兼性需氧性等），培養(yǎng)條件（溫度、濕度）等方面因素。一般情況下，可掌握加水量在1：1～1：1.5倍於原料重量。檢驗(yàn)標(biāo)誌是：加水後用手攥起來(lái)，稍用力擠握，指縫間有水珠溢出而不滴下為度。第三節(jié)培養(yǎng)基的配製

3.曲料酸鹼度的調(diào)整測(cè)定曲料酸鹼度，可用加水後擠出來(lái)的溶液測(cè)試，或者取一小塊加水後的曲料，放在pH值試紙上，有濕潤(rùn)部分的顏色判斷其pH值。如在加水拌料時(shí)，調(diào)整pH值，可將需用堿液容量算入加水量裏，一併加入；如在加水後，再進(jìn)行調(diào)整，就要注意在加入堿溶液後一定要攪拌均勻，以防調(diào)整時(shí)，局部誤作整體的誤差。第四節(jié)澱粉水解糖的製備澱粉是由葡萄糖組成的生物分子，大多數(shù)微生物都不能直接利用澱粉，如氨基酸的生產(chǎn)菌、酒精酵母等。因此，在氨基酸、抗生素、有機(jī)酸、有機(jī)溶劑等的生產(chǎn)中，都要求將澱粉進(jìn)行糖化，製成澱粉水解糖使用。不管是澱粉水解糖中的葡萄糖或是糖蜜中的蔗糖，它們都是菌體發(fā)酵最基本的碳源以及菌體生長(zhǎng)和繁殖的能量及碳素來(lái)源，也是組成產(chǎn)物分子培養(yǎng)結(jié)構(gòu)的碳架成分。在工業(yè)生產(chǎn)中，將澱粉水解為葡萄糖的過(guò)程稱為澱粉的糖化，制得的溶液叫澱粉水解糖。在澱粉水解糖液中，主要糖分是葡萄糖，另外，根據(jù)水解條件的不同，尚有數(shù)量不等的少量麥芽糖及其他一些二糖、低聚糖等複合糖類。第四節(jié)澱粉水解糖的製備能夠作為谷氨酸發(fā)酵工業(yè)原料的水解糖液，必須具備以下條件：①糖液中還原糖的含量要達(dá)到發(fā)酵用糖濃度的要求。②糖液潔淨(jìng)，是杏黃色或黃綠色，有一定的透光度。水解糖液的透光度在一定程度上反映了糖液品質(zhì)的高低。透光度低，常常是由於澱粉水解過(guò)程中發(fā)生的葡萄糖複合反應(yīng)程度高，產(chǎn)生的色素等雜質(zhì)多，或者由於糖液中的脫色條件控制不當(dāng)所致。③糖液中不含糊精。糊精並不能被谷氨酸利用，它的存在使發(fā)酵過(guò)程泡沫增多，易於逃料，發(fā)酵難以控制，也容易引起雜菌污染。第四節(jié)澱粉水解糖的製備④糖液不能變質(zhì)。這就要求水解糖液的放置時(shí)間不宜太長(zhǎng)，以免長(zhǎng)菌、發(fā)酵而降低糖液的營(yíng)養(yǎng)楊分或產(chǎn)生其他的抑制物，一般現(xiàn)做現(xiàn)用。目前，由澱粉經(jīng)水解製備葡萄糖（或葡萄糖液）除了應(yīng)用於氨基酸發(fā)酵外，制藥工業(yè)（如抗菌素類的發(fā)酵），在葡萄糖的生產(chǎn)中也普遍使用，而且也發(fā)展成為一門獨(dú)立的工業(yè)--葡萄糖工業(yè)。一、澱粉水解糖的製備方法可以用來(lái)製備澱粉水解糖的原料很多，主要有薯類、玉米、小麥、大米等含澱粉原料。根據(jù)原料澱粉的性質(zhì)及採(cǎi)用的水解催化劑的不同，水解澱粉為葡萄糖的方法有下列三種。第四節(jié)澱粉水解糖的製備

1．酸解法（acidhydrdlysismethod）酸解法又稱酸糖法。這是以酸（無(wú)機(jī)酸或有機(jī)酸）為催化劑，在高溫高壓下將澱粉水解轉(zhuǎn)化為葡萄糖的方法。用酸解法生產(chǎn)葡萄糖，具有生產(chǎn)方便、設(shè)備要求簡(jiǎn)單、水解時(shí)間短、設(shè)備生產(chǎn)能力大等優(yōu)點(diǎn)。但由於水解作用是在高溫、高壓及一定酸度條件下進(jìn)行的，因此，酸度法要求有耐腐蝕、耐高溫、耐高壓的設(shè)備。此外，澱粉在酸水解過(guò)程中所發(fā)生的化學(xué)變化是很複雜的，除了澱粉的水解反應(yīng)外，尚有副反應(yīng)的發(fā)生，這將造成葡萄糖的損失而使?jié)辗鄣霓D(zhuǎn)化率降低。酸水解法對(duì)澱粉原料要求較嚴(yán)格，澱粉顆粒不宜過(guò)大，大小要均勻。顆粒大，易造成水解不透徹；澱粉乳濃度也不宜過(guò)高，濃度高，澱粉轉(zhuǎn)化率低，這些是酸解法存在的待解決的問(wèn)題。第四節(jié)澱粉水解糖的製備

2．酶解法酶解法是用專一性很強(qiáng)的澱粉酶及糖化酶將澱粉水解為葡萄糖的工藝。利用α-澱粉酶將澱粉液化轉(zhuǎn)化為糊精及低聚糖，使?jié)辗鄣目扇苄栽黾?，這個(gè)過(guò)程稱為液化。利用糖化酶將糊精及低聚糖進(jìn)一步水解為葡萄糖，這個(gè)過(guò)程在生產(chǎn)中稱為糖化。澱粉的液化和糖化都是在酶的作用下進(jìn)行的，故酶解法又有雙酶（或多酶）水解法之稱，優(yōu)點(diǎn)如下。（1）採(cǎi)用本法製備葡萄糖，酶解反應(yīng)條件較溫和。因此，不需耐高溫、高壓、耐酸的設(shè)備，便於就地取材，容易運(yùn)作。第四節(jié)澱粉水解糖的製備

（2）微生物酶作用的專一性強(qiáng)，澱粉水解的副反應(yīng)少，因而水解糖液的純度高，澱粉轉(zhuǎn)化率（出糖率）高。（3）可在較高澱粉乳濃度下水解，而且可採(cǎi)用粗原料。（4）用酶法制得的糖液顏色淺，較純淨(jìng)，無(wú)異味，品質(zhì)高，有利於糖液的充分利用。但酶解反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)（48h），需要的設(shè)備較多，需要具有專門的培養(yǎng)酶的條件，而且酶本身是蛋白質(zhì)，易引起糖液過(guò)濾困難。但是，隨著酶製劑生產(chǎn)及應(yīng)用技術(shù)的提高，酶製劑的大量生產(chǎn)，酶法制糖逐漸取代酸法制糖已是澱粉水解制糖的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。第四節(jié)澱粉水解糖的製備

3．酸酶結(jié)合法酸酶結(jié)合法是集中酸法和酶解法制糖的優(yōu)點(diǎn)而採(cǎi)用的結(jié)合生產(chǎn)工藝。根據(jù)原料澱粉性質(zhì)可採(cǎi)用酸酶水解法或酶酸水解法。（1）酸酶法是先將澱粉酸解水解成糊精或低聚糖，然後再用糖化酶將其水解成葡萄糖的工藝。如玉米、小麥等穀類原料的澱粉，澱粉顆粒堅(jiān)硬，如果用α-澱粉酶液化，在短時(shí)間內(nèi)作用，液化反應(yīng)往往不徹底。工廠採(cǎi)用澱粉用酸水解到一定的程度（用液化DE表示，一般為10～15），再降溫中和後，用糖化酶進(jìn)行糖化，此法的優(yōu)點(diǎn)是酸液化速度快，糖化時(shí)間可採(cǎi)用較高的澱粉乳濃度，提高生產(chǎn)效率。酸用量少，產(chǎn)品顏色淺，糖液品質(zhì)高。DE值表示澱粉水解的程度，指的是葡萄糖（所測(cè)的還原糖都以葡萄糖計(jì)算）占幹物質(zhì)的百分比。第四節(jié)澱粉水解糖的製備

（2）酶酸法將澱粉乳先用α-澱粉酶液化到一定的程度，然後用酸水解成葡萄糖的工藝。有些澱粉原料，顆粒大小不一（如碎米澱粉），如果用酸法水解，則常使水解不均勻，出糖率低。生產(chǎn)中應(yīng)用酶酸法，可採(cǎi)用粗原料澱粉，澱粉濃度較酸法要高，生產(chǎn)易控制，時(shí)間短，而且酸水解時(shí)PH值可稍高些，以減輕澱粉水解副反應(yīng)的發(fā)生。總之，採(cǎi)用不同的水解制糖工藝。各有其優(yōu)點(diǎn)和存在的問(wèn)題，但從水解糖液的品質(zhì)和降低糖耗、提高原料利用率方面來(lái)考慮，酶解法最好，其次是酸酶法，酸法最差，從澱粉水解整個(gè)過(guò)程所需的時(shí)間來(lái)看，酸法最短，酶解法最長(zhǎng)。第四節(jié)澱粉水解糖的製備

澱粉水解的中間產(chǎn)物糊精，是若干分子大於低聚糖的碳水化合物的總稱，具有還原性、光性，能溶於水，不溶於酒精，因分子大小的不同，糊精遇碘可呈不同的顏色。隨著澱粉水解程度的增加，糖化液的還原性不斷增加，糖液的甜味越來(lái)越濃。這是由於生成的葡萄糖、麥芽糖及低聚糖等具有還原性基團(tuán)。當(dāng)葡萄糖值超過(guò)60時(shí)，由於葡萄糖的複合分解反應(yīng)產(chǎn)生其他有味物質(zhì)（如龍膽二糖有苦味）及色澤加深。第四節(jié)澱粉水解糖的製備

2.澱粉水解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參與澱粉水解反應(yīng)的物質(zhì)，除澱粉本身以外，還有水和無(wú)機(jī)催化劑，反應(yīng)進(jìn)行的速度理應(yīng)取決於這三種物質(zhì)。無(wú)機(jī)酸是催化劑，其氫離子對(duì)於反應(yīng)具有催化作用，但是在反應(yīng)過(guò)程中並不消耗，酸的濃度應(yīng)該不變化。水解實(shí)際上是澱粉分子與水分子之間的雙分子反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)行的速度取決於兩者的濃度。但在水解情況下，澱粉乳濃度一般較低，水的量較大，雖有一部分水參與反應(yīng)，但是水的量變化很少，不影響反應(yīng)速度，於是水解的速率只決定於澱粉的濃度，反應(yīng)則屬於單分子反映的一級(jí)化學(xué)反應(yīng)類型。第四節(jié)澱粉水解糖的製備

據(jù)研究，水解反應(yīng)速率常數(shù)k與下列幾個(gè)因素有關(guān)，並建立關(guān)係式如下。K=α﹒cN﹒δ﹒γ式中α--催化劑的活性常數(shù)，因不同種類的酸，其H+解離程度不同，由實(shí)驗(yàn)測(cè)定HCl的H+能夠100%解離。其α=1,H2SO4為0.5～0.52，H3PO4為0.3，CH3COOH為0.025，HBr為1.7，因此，鹽酸是一種良好的催化劑；cN--酸性物質(zhì)的摩爾濃度（當(dāng)量濃度）；δ--多糖的水解性常數(shù)，可以衡量各種多糖水解的難易程度，如棉花為1，則澱粉為400，稻草為20～25，半纖維素為10～4000，蔗糖為100000；第四節(jié)澱粉水解糖的製備

γ--溫度對(duì)水解速率影響的常數(shù)，即在水解過(guò)程中，溫度可以加速澱粉水解的完成，這個(gè)數(shù)值可以由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。有人曾以0.1%的HCl於不同溫度下水解澱粉，計(jì)算反應(yīng)速率常數(shù)k值，發(fā)現(xiàn)溫度升高10℃，反應(yīng)速度增加3倍。從上述情況可以看出，澱粉水解所用的催化劑的種類、濃度、反映溫度均對(duì)水解反應(yīng)速度有很大的影響，是水解中必須注意的主要因素。除以上因素外，澱粉水解時(shí)，葡萄糖的複合和分解反映也需加考慮。第四節(jié)澱粉水解糖的製備

3.葡萄糖的複合反應(yīng)在澱粉的酸水解過(guò)程中，水解生成的葡萄糖受到酸和熱的催化影響，能通過(guò)糖苷鍵相聚合，失掉水分，生成二糖、三糖和其他低聚糖，這種反應(yīng)稱為複合反應(yīng)。複合反應(yīng)是可逆的。兩個(gè)葡萄糖分子通過(guò)複合反應(yīng)相聚合，並不是經(jīng)過(guò)α-1，4鍵聚合成麥芽糖，而是經(jīng)過(guò)α-1，6鍵聚合成異麥芽糖和經(jīng)過(guò)β-1，6鍵聚合成龍膽二糖。對(duì)葡萄糖生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，複合反應(yīng)是有害的，它降低葡萄糖的收率，影響葡萄糖的結(jié)晶，1份複合糖（或非葡萄糖質(zhì)）能阻止2份葡萄糖結(jié)晶。而且水解液中多數(shù)複合糖不能被微生物利用。另外，複合糖的存在也將使谷氨酸發(fā)酵的殘?zhí)窃黾?，並抑制谷氨酸菌的生長(zhǎng)繁殖，使糖酸轉(zhuǎn)化率降低，增加谷氨酸的提取和精製的困難。第四節(jié)澱粉水解糖的製備

4．葡萄糖的分解反應(yīng)葡萄糖受到熱的影響發(fā)生分解反應(yīng)，生成5-羥甲基糠醛的性質(zhì)不穩(wěn)定，可進(jìn)一步分解成乙醯丙酸、蟻酸和有色物質(zhì)等，這些分解物又能聚合成其他物質(zhì)，反應(yīng)是很複雜的。在澱粉酸糖化過(guò)程中，葡萄糖因分解反應(yīng)所損失的量並不多，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定約在1%以下，但所生成的5-羥甲基糠醛是產(chǎn)生色素的根源，有色物質(zhì)的存在，將增加糖化液精製困難。試驗(yàn)結(jié)果表明，5-羥甲基糠醛和有色物質(zhì)的生成規(guī)律是一致的。當(dāng)5-羥甲基糠醛含量高時(shí)，色素回深，色素的生成量隨葡萄糖濃度的增加而增加，隨反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而增加且與pH值有關(guān)系，pH=3時(shí)，色素物質(zhì)形成得最少。

第四節(jié)澱粉水解糖的製備

pH>3或pH<3，色素物質(zhì)形成都多。在上述反應(yīng)的同時(shí)，由於澱粉原料中尚含有少量的蛋白質(zhì)、脂肪等物質(zhì)，通過(guò)水解生成氨基酸、甘油和脂肪酸等非糖物質(zhì)，，氨基酸與葡萄糖化合生產(chǎn)氨基糖。。氨基糖會(huì)引起細(xì)菌細(xì)胞的收縮，對(duì)菌體發(fā)酵不利。澱粉經(jīng)水解反應(yīng)生成葡萄糖，同時(shí)在整個(gè)水解過(guò)程中，由於受到酸和熱的作用，一部分葡萄糖發(fā)生複合反應(yīng)和分解反應(yīng)。其中，澱粉的水解反應(yīng)是主要的，葡萄糖的複合和分解反應(yīng)是次要的。複合反應(yīng)和分解反應(yīng)的發(fā)生對(duì)葡萄糖的生長(zhǎng)是不利的。不僅影響葡萄糖的生產(chǎn)率，而且影響氨基酸發(fā)酵的產(chǎn)酸及工廠的生產(chǎn)成本。如何掌握澱粉糖化過(guò)程所發(fā)生的變化，合理控制水解條件，盡可能降低複合、分解反應(yīng)的發(fā)生，是糖化過(guò)程中需要加以解決的問(wèn)題。第四節(jié)澱粉水解糖的製備

三、澱粉酸水解工藝1．澱粉酸水解的工藝流程原料（澱粉、水、鹽酸）→調(diào)漿→糖化→冷卻→中和、脫色→過(guò)濾除雜→糖液2．澱粉酸水解條件的控制及對(duì)糖液品質(zhì)的影響澱粉的酸水解過(guò)程，必須先將原料調(diào)成粉漿，保持一定的濃度及PH值，然後將料液打入糖化鍋，在一定條件下進(jìn)行水解糖化。由於澱粉的濃度、酸的濃度及糖化時(shí)間對(duì)澱粉的水解反應(yīng)、葡萄糖的複合反應(yīng)、葡萄糖的分解反應(yīng)都有直接的影響。因此，在酸法糖化中，必須合理一加以調(diào)節(jié)控制。希望將澱粉水解完全轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟?，限制複合反應(yīng)和分解反應(yīng)的發(fā)生，使其達(dá)到最低程度。第四節(jié)澱粉水解糖的製備

（1）澱粉乳濃度的選擇澱粉水解時(shí)，澱粉乳的濃度越低，水解液的葡萄糖值越高，色澤越淡。因濃度低，有利於澱粉的水解反應(yīng)，而不利葡萄糖的複合反應(yīng)；澱粉乳的濃度高，則有利於複合、分解反應(yīng)的發(fā)生。隨著澱粉乳濃度的降低，糖液中葡萄糖值增加。當(dāng)澱粉乳濃度從19波美度降到18波美度時(shí)，水解糖液DE值變化幅度最大，約上升1。47%；若澱粉乳濃度繼續(xù)下降，糖液DE值雖然繼續(xù)上升，但上升的幅度不太顯著。相反，澱粉乳濃度越高，糖液的DE值越低。在工業(yè)生產(chǎn)中，各廠都根據(jù)澱粉質(zhì)原料的情況，制定自己的水解澱粉漿濃度範(fàn)圍。薯類澱粉較易水解，濃度可稍高一些；精製澱粉比粗澱粉的濃度可高些；在設(shè)備充分的條件下，水解濃度可低些。第四節(jié)澱粉水解糖的製備

（2）酸的種類和用量許多酸對(duì)澱粉的水解反應(yīng)均有催化作用，但工業(yè)上普遍使用的是催化效率較高的鹽酸、硫酸和草酸。酸在糖化過(guò)程中是一種催化劑，從理論上說(shuō)，糖化前後其量保持不變。但由於澱粉中有雜質(zhì)，如蛋白質(zhì)、脂肪、灰分等成分都能降低酸的有效濃度。蛋白質(zhì)分解成氨基酸，是兩性化合物，消耗一部分酸與之中和；灰分中的磷酸鹽也能與酸反應(yīng)，消耗一部分酸；糖化中蒸汽也能帶走一部分酸。因此，致使實(shí)際耗酸量大大超過(guò)理論量。一般用鹽酸量占幹澱粉的0.6%～0.7%，pH值調(diào)至1.5左右。第四節(jié)澱粉水解糖的製備

（3）糖化的壓力和時(shí)間澱粉水解是用蒸汽直接進(jìn)行加熱的。溫度與壓力為相同的指標(biāo)，溫度隨壓力升高而升高。因此，常以壓力為控制因素。壓力與水解反應(yīng)速率成正比，壓力升高，水解反應(yīng)速度加快。因此，在澱粉水解時(shí)，為要加快水解速度，提高設(shè)備的生產(chǎn)能力，可採(cǎi)用增大水解反應(yīng)壓力的方法。掌握糖化終點(diǎn)，控制糖化時(shí)間，是十分重要的。當(dāng)糖液的葡萄糖值達(dá)到最高點(diǎn)後既不再上升，相反的會(huì)隨著糖化時(shí)間的延長(zhǎng)而稍有下降。這時(shí)如果不及時(shí)放料，勢(shì)必事倍功半。第四節(jié)澱粉水解糖的製備

3．糖化設(shè)備結(jié)構(gòu)對(duì)糖液品質(zhì)的影響澱粉水解反應(yīng)都是在糖化鍋內(nèi)進(jìn)行的。糖化鍋的結(jié)構(gòu)對(duì)糖液品質(zhì)有影響。為了保證糖化均勻，使糖液達(dá)到最高葡萄糖純度後，能迅速?gòu)腻亙?nèi)放出，糖化鍋的容量一般不宜過(guò)大。容積過(guò)大，會(huì)延長(zhǎng)進(jìn)出料的時(shí)間，澱粉水解時(shí)間差別大，部分先水解葡萄糖將易發(fā)生複合、分解反應(yīng)；蒸汽量不足和不穩(wěn)定的情況下，常使水解時(shí)間加長(zhǎng)，帶來(lái)不良後果；鍋體太高，會(huì)造成鍋內(nèi)上下部的水解速率相差較大，放料時(shí)難保證下部的先出料；鍋體太矮，必須增大鍋體直徑而造成鍋內(nèi)死角區(qū)，使糖化不均勻而使局部澱粉結(jié)塊，影響糖化進(jìn)行。一般谷氨酸廠採(cǎi)用糖化鍋徑高比1：1.5左右。另外，糖化鍋的附屬管道應(yīng)保證進(jìn)出料迅速，物料受熱均勻，有利於升壓，有利於消滅死角，儘量縮短加料、放料、升溫、升壓等輔助時(shí)間。實(shí)踐證明，輔助時(shí)間縮短，糖液的葡萄糖值高，色素淺。第四節(jié)澱粉水解糖的製備

4．水解糖液中和脫色除雜在澱粉水解的糖液中，除了澱粉的水解產(chǎn)物葡萄糖、麥芽糖等單糖及低聚糖外，澱粉原料中還含有其他物質(zhì)（如蛋白質(zhì)、脂肪、纖維素、無(wú)機(jī)鹽等複合物），它們?cè)谒膺^(guò)程中也發(fā)生變化。如蛋白質(zhì)的水解產(chǎn)物--氨基酸能與葡萄糖反應(yīng)，使糖液色澤加深。蛋白質(zhì)及其他膠體物質(zhì)的存在將使谷氨酸發(fā)酵時(shí)泡沫增加。同時(shí)糖化是在較高酸度下進(jìn)行的，糖化液的pH值低，因此，必須加以中和、脫色、除雜，才能供發(fā)酵使用。第四節(jié)澱粉水解糖的製備

（1）中和從糖化鍋出來(lái)的糖化液溫度很高（140～150℃），需經(jīng)冷卻才能進(jìn)行了中和，中和是降低糖液的酸度，調(diào)節(jié)pH值使糖液中膠體物質(zhì)析出，便於過(guò)濾除去。生產(chǎn)中使用的中和劑有純鹼和燒鹼，純鹼（Na2CO3）溫和，糖液品質(zhì)好，但產(chǎn)生的泡沫多，生產(chǎn)中難以控制。使用燒鹼，就將燒鹼配成NaOH，濃度過(guò)高易造成局部過(guò)堿，葡萄糖焦化而產(chǎn)生焦糖，焦糖能抑制谷氨酸菌的生長(zhǎng)，增加色澤，難以精製。中和時(shí)應(yīng)將Na2CO3化成堿水緩慢進(jìn)行，否則由於局部鹼性過(guò)大，複合物和分解物易形成，造成糖的損失，增加提取的困難。要求邊中各邊測(cè)PH值，保持PH值在4.6～5.0之間。一般在中和操作中注意控制中和溫度為60～70℃。溫度高，脫色效果較差；溫度低將使糖黏度增大，難過(guò)濾。第四節(jié)澱粉水解糖的製備

（2）脫色、除雜水解糖液中存在雜質(zhì)，對(duì)菌體發(fā)酵不利，也影響產(chǎn)品的提煉，需進(jìn)行脫色除雜處理。其方法有活性炭吸附法、離子交換法、新型磺化煤脫色?；钚蕴急砻娣e大，有無(wú)數(shù)微小的孔隙，它可將雜質(zhì)、塵埃、色素吸附掉；同時(shí)，活性炭也有濾作用?；钚蕴嘉焦に嚭?jiǎn)單，脫色效果好，操作容易。一般活性炭用量相當(dāng)於澱粉量的0.6%～0.8%。脫色溫度一般為65℃。因溫度影響吸附，溫度高，吸附能力差，脫色較長(zhǎng)，雜質(zhì)除不乾淨(jìng)；反之，溫度過(guò)低，料液中雜質(zhì)發(fā)黏，不易吸附，過(guò)濾困難。脫色PH值為4.6～5.0，在酸性條件下，活性碳脫色能力強(qiáng)。脫色時(shí)加活性炭後，攪拌30分鐘，混勻使活性炭與雜質(zhì)充分接觸。活性炭用後可用水洗滌，可在下次摻入新炭繼續(xù)使用，降低成本。第四節(jié)澱粉水解糖的製備

離子交換樹(shù)脂，具有選擇性強(qiáng)，脫色效果較好，便於管道化、連續(xù)化及自動(dòng)化操作，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)。由於目前國(guó)產(chǎn)樹(shù)脂選擇性較差，脫色能力較低，而且價(jià)格高。新型磺化煤不同於一般的磺化煤，它具有粒度細(xì)（40～120目）、脫色力強(qiáng)的特點(diǎn)。這種磺化煤尚可直接用於澱粉糖化。在澱粉加酸糖化時(shí)，加入澱粉量1.8%的磺化煤粉一起糖化。當(dāng)糖