第三章+微生物發(fā)酵培養(yǎng)基

1、第三章第三章 微生物發(fā)酵培養(yǎng)基微生物發(fā)酵培養(yǎng)基 u培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分u培養(yǎng)基的分類培養(yǎng)基的分類u發(fā)酵培養(yǎng)基的選擇發(fā)酵培養(yǎng)基的選擇u培養(yǎng)基成分的營養(yǎng)與作用培養(yǎng)基成分的營養(yǎng)與作用u培養(yǎng)基確定方培養(yǎng)基確定方法法l 微生物的營養(yǎng)活動，是依靠向外界分泌大量的微生物的營養(yǎng)活動，是依靠向外界分泌大量的酶將周圍環(huán)境中大分子的蛋白質、糖類、脂肪酶將周圍環(huán)境中大分子的蛋白質、糖類、脂肪等營養(yǎng)物質分解成小分子化合物，再借助細胞膜等營養(yǎng)物質分解成小分子化合物，再借助細胞膜的滲透作用，吸收這些小分子營養(yǎng)來實現(xiàn)的。的滲透作用，吸收這些小分子營養(yǎng)來實現(xiàn)的。l 所有發(fā)酵培養(yǎng)基都必須提供微生物生長繁殖和產(chǎn)所有發(fā)酵

2、培養(yǎng)基都必須提供微生物生長繁殖和產(chǎn)物合成所需的能源，包括碳源、氮源、無機元素、物合成所需的能源，包括碳源、氮源、無機元素、生長因子及水、氧氣等。對于大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)，生長因子及水、氧氣等。對于大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)，除考慮上述微生物的需要外，還必須重視培養(yǎng)基除考慮上述微生物的需要外，還必須重視培養(yǎng)基原料的價格和來源。原料的價格和來源。 l 自養(yǎng)菌：光；氫，硫胺；亞硝酸鹽，亞鐵鹽。自養(yǎng)菌：光；氫，硫胺；亞硝酸鹽，亞鐵鹽。l 異養(yǎng)菌：碳水化合物等有機物，石油天然氣和異養(yǎng)菌：碳水化合物等有機物，石油天然氣和 石油化工產(chǎn)品，如醋酸石油化工產(chǎn)品，如醋酸。（1）能源）能源l 碳酸氣；碳酸氣；l 淀粉水解糖，糖蜜、亞

3、硫酸鹽紙漿廢液等淀粉水解糖，糖蜜、亞硫酸鹽紙漿廢液等l 石油、正構石蠟，天然氣石油、正構石蠟，天然氣l 醋酸、甲醇、乙醇等石油化工產(chǎn)品醋酸、甲醇、乙醇等石油化工產(chǎn)品（2）碳源：）碳源：l 豆餅或蠶蛹水解液，味精廢液，玉米漿，酒糟豆餅或蠶蛹水解液，味精廢液，玉米漿，酒糟水等有機氮水等有機氮l 尿素，硫酸銨，氨水，硝酸鹽等無機氮尿素，硫酸銨，氨水，硝酸鹽等無機氮l 氣態(tài)氮氣態(tài)氮（3 3）氮源）氮源(4)(4)無機鹽無機鹽l 磷酸鹽，鉀鹽，鎂鹽，鈣鹽等其他礦鹽磷酸鹽，鉀鹽，鎂鹽，鈣鹽等其他礦鹽l 鐵、錳、鈷等微量元素鐵、錳、鈷等微量元素l 其他其他（5 5）特殊生長因子）特殊生長因子 硫胺素、生物素

4、、對氨基苯甲酸、肌醇等硫胺素、生物素、對氨基苯甲酸、肌醇等l 篩選菌種篩選菌種l 保藏菌種保藏菌種l 檢驗雜菌檢驗雜菌l 培養(yǎng)種子培養(yǎng)種子l 發(fā)酵發(fā)酵生產(chǎn)生產(chǎn)（1 1）按培養(yǎng)基組成物質的化學成分）按培養(yǎng)基組成物質的化學成分 合成培養(yǎng)基、半合成培養(yǎng)基、天然培養(yǎng)基。合成培養(yǎng)基、半合成培養(yǎng)基、天然培養(yǎng)基。（2 2）按物理性質）按物理性質 固體培養(yǎng)基，液體培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基，液體培養(yǎng)基（3 3）按用途）按用途 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（1 1）天然培養(yǎng)基）天然培養(yǎng)基 采用化學成分還不清楚或化學成分還不恒采用化學成分還不清楚或化學成分還不恒定的各種植物和

5、動物組織或微生物的浸出物、定的各種植物和動物組織或微生物的浸出物、水解液等物質水解液等物質( (例如牛肉膏、酵母膏、麥芽汁、例如牛肉膏、酵母膏、麥芽汁、蛋白胨等蛋白胨等) )制成的。制成的。 適合于各類異養(yǎng)微生物生長，而一般自養(yǎng)適合于各類異養(yǎng)微生物生長，而一般自養(yǎng)微生物都不能生長。微生物都不能生長。 用化學成分和數(shù)量完全了解的物質配制而成用化學成分和數(shù)量完全了解的物質配制而成的。成分精確，重復性強，可以減少不能控制的的。成分精確，重復性強，可以減少不能控制的因素因素 適用于在實驗室范圍作有關營養(yǎng)、代謝、分適用于在實驗室范圍作有關營養(yǎng)、代謝、分類鑒定、生物測定及選育菌種、遺傳分析等定量類鑒定、生

6、物測定及選育菌種、遺傳分析等定量研究工作。研究工作。 但一般微生物在合成培養(yǎng)基上生長較慢，有但一般微生物在合成培養(yǎng)基上生長較慢，有些微生物營養(yǎng)要求復雜，在合成培養(yǎng)基上不能生些微生物營養(yǎng)要求復雜，在合成培養(yǎng)基上不能生長。長。 多數(shù)培養(yǎng)基配制是采用一部分天然有機物作多數(shù)培養(yǎng)基配制是采用一部分天然有機物作碳源、氮源和生長因子的來源，再適當加入一些碳源、氮源和生長因子的來源，再適當加入一些化學藥品以補充無機鹽成分，使其更能充分滿足化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。微生物對營養(yǎng)的需要。 大多數(shù)微生物都能在此培養(yǎng)基上生長繁殖。大多數(shù)微生物都能在此培養(yǎng)基上生長繁殖。因此，在微生物

7、工業(yè)生產(chǎn)上和試驗研究中被廣泛因此，在微生物工業(yè)生產(chǎn)上和試驗研究中被廣泛使用。使用。（4 4） 液體培養(yǎng)基：液體培養(yǎng)基：l 常用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)及生理代謝等基常用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)及生理代謝等基 本理論研究工作。本理論研究工作。l 發(fā)酵工業(yè)多用作培養(yǎng)種子和發(fā)酵的培養(yǎng)基。發(fā)酵工業(yè)多用作培養(yǎng)種子和發(fā)酵的培養(yǎng)基。l 根據(jù)微生物對氧的要求情況，分別作靜止根據(jù)微生物對氧的要求情況，分別作靜止 或通風攪拌培養(yǎng)。或通風攪拌培養(yǎng)。l 在菌種篩選工作和菌種培養(yǎng)工作中，也常在菌種篩選工作和菌種培養(yǎng)工作中，也常 用液體培養(yǎng)基進行搖瓶培養(yǎng)用液體培養(yǎng)基進行搖瓶培養(yǎng)l 微生物在液體培養(yǎng)基中生長的情況有時也微生物在液體培養(yǎng)

8、基中生長的情況有時也 可用作鑒定菌種的參考?？捎米麒b定菌種的參考。生理代謝生理代謝菌種篩選菌種篩選種子培養(yǎng)種子培養(yǎng)發(fā)酵培養(yǎng)發(fā)酵培養(yǎng)（5 5） 固體培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基是在液體培養(yǎng)基中加入凝固劑配成的，最常用是在液體培養(yǎng)基中加入凝固劑配成的，最常用的凝固劑是瓊脂?？煞譃椋盒泵嬖嚬?、平板等的凝固劑是瓊脂?？煞譃椋盒泵嬖嚬堋⑵桨宓茸饔茫鹤饔茫簂 固體培養(yǎng)基在菌種的分離、固體培養(yǎng)基在菌種的分離、保藏、菌落特征的觀察、活保藏、菌落特征的觀察、活菌計數(shù)和鑒定菌種方面是不菌計數(shù)和鑒定菌種方面是不可缺少的?？扇鄙俚摹 在制曲、酶制劑、檸檬酸等在制曲、酶制劑、檸檬酸等生產(chǎn)中，用來培養(yǎng)霉菌等的生產(chǎn)中，用來培養(yǎng)霉菌等

9、的固體種子和發(fā)酵培養(yǎng)基是由固體種子和發(fā)酵培養(yǎng)基是由麩皮等農(nóng)作物加無機元素等麩皮等農(nóng)作物加無機元素等制成的。制成的。（6 6）增殖培養(yǎng)基：）增殖培養(yǎng)基： 可以配制成適合某種微生物生長而不適合其可以配制成適合某種微生物生長而不適合其他微生物生長，從而達到從自然界分離這種微他微生物生長，從而達到從自然界分離這種微生物的目的。生物的目的。（7 7）鑒別培養(yǎng)基：）鑒別培養(yǎng)基： 是根據(jù)微生物能否利用培養(yǎng)基中某種營養(yǎng)成是根據(jù)微生物能否利用培養(yǎng)基中某種營養(yǎng)成分，借助指示劑的顯色反應，以鑒別不同種類分，借助指示劑的顯色反應，以鑒別不同種類的微生物。的微生物。（8 8）選擇培養(yǎng)基：）選擇培養(yǎng)基： 是在培養(yǎng)基內加入

10、某種化學物質以抑制不需是在培養(yǎng)基內加入某種化學物質以抑制不需要菌的生長，而促進某種需要菌的生長。要菌的生長，而促進某種需要菌的生長。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：分為：l斜面培養(yǎng)基斜面培養(yǎng)基l種子培養(yǎng)基種子培養(yǎng)基l發(fā)酵培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基l搖瓶培養(yǎng)基搖瓶培養(yǎng)基 作用：作用： 供微生物細胞生長繁殖用的，包括細菌，酵供微生物細胞生長繁殖用的，包括細菌，酵母等的斜面培養(yǎng)基以及霉菌、放線菌生孢子培養(yǎng)母等的斜面培養(yǎng)基以及霉菌、放線菌生孢子培養(yǎng)基或麩曲培養(yǎng)基等。這類培養(yǎng)基主要作用是供給基或麩曲培養(yǎng)基等。這類培養(yǎng)基主要作用是供給細胞生長繁殖所需的各類營養(yǎng)物

11、質。細胞生長繁殖所需的各類營養(yǎng)物質。特點：特點：l 富含有機氮源，少含或不含糖分。有機氮有利富含有機氮源，少含或不含糖分。有機氮有利于菌體的生長繁殖，能獲得更多的細胞。于菌體的生長繁殖，能獲得更多的細胞。l 對于放線菌或霉菌的產(chǎn)孢子培養(yǎng)基，則氮源和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，否則容易長菌絲而較少形碳源均不宜太豐富，否則容易長菌絲而較少形成孢子。成孢子。l 斜面培養(yǎng)基中宜加少量無機鹽類，供給必要的斜面培養(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。生長因子和微量元素。 培養(yǎng)種子的目的：培養(yǎng)種子的目的：n 擴大培養(yǎng)，增加細胞數(shù)量；擴大培養(yǎng)，增加細胞數(shù)量；n 同

12、時也必須培養(yǎng)出強壯、健康、活性高的細同時也必須培養(yǎng)出強壯、健康、活性高的細 胞。為了使細胞迅速進行分裂或菌絲快速生長。胞。為了使細胞迅速進行分裂或菌絲快速生長。l 必須有較完全和豐富的營養(yǎng)物質，特別需要充必須有較完全和豐富的營養(yǎng)物質，特別需要充足的氮源和生長因子。足的氮源和生長因子。l 種子培養(yǎng)基中各種營養(yǎng)物質的濃度不必太高。種子培養(yǎng)基中各種營養(yǎng)物質的濃度不必太高。供孢子發(fā)芽生長用的種子培養(yǎng)基，可添加一些供孢子發(fā)芽生長用的種子培養(yǎng)基，可添加一些易被吸收利用的碳源和氮源。易被吸收利用的碳源和氮源。l 種子培養(yǎng)基成分還應考慮與發(fā)酵培養(yǎng)基的主要種子培養(yǎng)基成分還應考慮與發(fā)酵培養(yǎng)基的主要成分相近。成分相

13、近。種子培養(yǎng)基特點：種子培養(yǎng)基特點： 發(fā)酵培養(yǎng)基是發(fā)酵生產(chǎn)中最主要的培養(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，它不僅耗用大量的原材料，而且也是決定發(fā)酵生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。產(chǎn)成功與否的重要因素。 發(fā)酵培養(yǎng)基的選擇考慮的因素：發(fā)酵培養(yǎng)基的選擇考慮的因素：（1）根據(jù)產(chǎn)物合成的特點來設計培養(yǎng)基：）根據(jù)產(chǎn)物合成的特點來設計培養(yǎng)基： 對菌體生長與產(chǎn)物相偶聯(lián)的發(fā)酵類型，充分對菌體生長與產(chǎn)物相偶聯(lián)的發(fā)酵類型，充分滿足細胞生長繁殖的培養(yǎng)基就能獲得最大的產(chǎn)物。滿足細胞生長繁殖的培養(yǎng)基就能獲得最大的產(chǎn)物。 對于生產(chǎn)氨基酸等含氮的化合物時，它的發(fā)對于生產(chǎn)氨基酸等含氮的

14、化合物時，它的發(fā)酵培養(yǎng)基除供給充足的碳源物質外，還應該添加酵培養(yǎng)基除供給充足的碳源物質外，還應該添加足夠的銨鹽或尿素等氮素化合物。足夠的銨鹽或尿素等氮素化合物。（2 2）發(fā)酵培養(yǎng)基的各種營養(yǎng)物質的濃度應盡可）發(fā)酵培養(yǎng)基的各種營養(yǎng)物質的濃度應盡可 能高些，這樣在同等或相近的轉化率條件能高些，這樣在同等或相近的轉化率條件 下有利于提高單位容積發(fā)酵罐的利用率，下有利于提高單位容積發(fā)酵罐的利用率， 增加經(jīng)濟效益。增加經(jīng)濟效益。（3 3）發(fā)酵培養(yǎng)基需耗用大量原料，因此，原料）發(fā)酵培養(yǎng)基需耗用大量原料，因此，原料 來源、原材料的質量以及價格等必須予以來源、原材料的質量以及價格等必須予以 重視。重視。(1)

15、(1)必須提供合成微生物細胞和發(fā)酵產(chǎn)物的基本成分。必須提供合成微生物細胞和發(fā)酵產(chǎn)物的基本成分。(2)(2)有利于減少培養(yǎng)基原料的單耗，即提高單位營養(yǎng)有利于減少培養(yǎng)基原料的單耗，即提高單位營養(yǎng) 物質所合成產(chǎn)物數(shù)量或最大產(chǎn)率。物質所合成產(chǎn)物數(shù)量或最大產(chǎn)率。(3)(3)有利于提高培養(yǎng)基和產(chǎn)物的濃度，以提高單位容有利于提高培養(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。積發(fā)酵罐的生產(chǎn)能力。(4)(4)有利于提高產(chǎn)物的合成速度，縮短發(fā)酵周期有利于提高產(chǎn)物的合成速度，縮短發(fā)酵周期。(5)(5)盡量減少副產(chǎn)物的形成，便于產(chǎn)物的分離純化。盡量減少副產(chǎn)物的形成，便于產(chǎn)物的分離純化。(6)(6)原料價格低廉

16、，質量穩(wěn)定，取材容易。原料價格低廉，質量穩(wěn)定，取材容易。(7)(7)所用原料盡可能減少對發(fā)酵過程中通氣攪拌的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。影響，利于提高氧的利用率，降低能耗。(8)(8)有利于產(chǎn)品的分離純化，并盡可能減少產(chǎn)生有利于產(chǎn)品的分離純化，并盡可能減少產(chǎn)生“三廢三廢”的物質。的物質。1 1、提供必要的營養(yǎng)成分：培養(yǎng)基成分必須滿足、提供必要的營養(yǎng)成分：培養(yǎng)基成分必須滿足細胞生長，代謝活動和合成產(chǎn)物所需的基本要細胞生長，代謝活動和合成產(chǎn)物所需的基本要求。求。2 2、配制合適的濃度：可以從發(fā)酵動力學有關生、配制合適的濃度：可以從發(fā)酵動力學有關生長

17、、產(chǎn)物合成和基質利用物料平衡的關系中大長、產(chǎn)物合成和基質利用物料平衡的關系中大致推算所需原料或大致計算出所需主要原料的致推算所需原料或大致計算出所需主要原料的需要量。需要量。3 3、主成分與其他成分的配比。、主成分與其他成分的配比。4 4、控制合適的、控制合適的pHpH：微生物的生長繁殖或產(chǎn)物的：微生物的生長繁殖或產(chǎn)物的合成往往需要合成往往需要定的定的pHpH環(huán)境，在最適環(huán)境，在最適pHpH值下有值下有利于加快各種酶的反應。因此在整個發(fā)酵過程利于加快各種酶的反應。因此在整個發(fā)酵過程中應使培養(yǎng)基的中應使培養(yǎng)基的pHpH適合于微生物生長或產(chǎn)物合適合于微生物生長或產(chǎn)物合成所需。成所需。 pHpH的具

18、體控制方法的具體控制方法l 可以在微生物培養(yǎng)過程中加入酸或堿或流加某可以在微生物培養(yǎng)過程中加入酸或堿或流加某些營養(yǎng)物質調節(jié)培養(yǎng)基的些營養(yǎng)物質調節(jié)培養(yǎng)基的pHpH，但更應在配制培，但更應在配制培養(yǎng)基時考慮所用營養(yǎng)物質的組成成分，使其養(yǎng)基時考慮所用營養(yǎng)物質的組成成分，使其pHpH值適合該微生物生長或合成代謝產(chǎn)物的需要。值適合該微生物生長或合成代謝產(chǎn)物的需要。l 還要注意有些營養(yǎng)物質被利用后培養(yǎng)基的還要注意有些營養(yǎng)物質被利用后培養(yǎng)基的pHpH變變化情況化情況. .l 控制控制pHpH最常用的方法是在培養(yǎng)基中添加具有一最常用的方法是在培養(yǎng)基中添加具有一定緩沖能力的物質作為營養(yǎng)物，如以磷酸鹽作定緩沖能力

19、的物質作為營養(yǎng)物，如以磷酸鹽作為磷的成分；或者避免使用容易產(chǎn)生生理酸性為磷的成分；或者避免使用容易產(chǎn)生生理酸性或堿性使培養(yǎng)基或堿性使培養(yǎng)基pHpH波動太大的物質。波動太大的物質。5 5、避免產(chǎn)生微生物不能利用的物質或形成沉淀、避免產(chǎn)生微生物不能利用的物質或形成沉淀l 葡萄糖與銨鹽或氨基酸的氨基在滅菌高溫下作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。這種物質不被微生物利用。用形成深褐色物質。這種物質不被微生物利用。因此這兩類營養(yǎng)物不宜直接配在一起進行滅菌，因此這兩類營養(yǎng)物不宜直接配在一起進行滅菌，而應采用分開滅菌后再加入發(fā)酵罐內。而應采用分開滅菌后再加入發(fā)酵罐內。l 硫酸銨中的硫

20、酸銨中的SOSO4 42-2-與鈣鹽易形成難溶的硫酸鈣，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。因此二者也不宜直接配成培養(yǎng)基。6 6、注意代謝調節(jié)物的影響：、注意代謝調節(jié)物的影響： 有些物質存在于培養(yǎng)基中往往能明顯地促進、有些物質存在于培養(yǎng)基中往往能明顯地促進、或抑制發(fā)酵產(chǎn)物的形成?；蛞种瓢l(fā)酵產(chǎn)物的形成。l前體物質前體物質l誘導劑誘導劑l阻遏物阻遏物l抑制劑抑制劑l金屬離子金屬離子l 前作物質：是指當添加到發(fā)酵培養(yǎng)基中的某些前作物質：是指當添加到發(fā)酵培養(yǎng)基中的某些化學物質基本上不改變其分子結構而直接進入化學物質基本上不改變其分子結構而直接進入產(chǎn)物中的小分子物質，從而在一定條件下

21、控制產(chǎn)物中的小分子物質，從而在一定條件下控制產(chǎn)物的合成方向和提高產(chǎn)量。產(chǎn)物的合成方向和提高產(chǎn)量。l 在發(fā)酵中添加前體物質將有利于產(chǎn)物的合成和在發(fā)酵中添加前體物質將有利于產(chǎn)物的合成和顯著提高產(chǎn)量，如苯乙酸及其衍生物被認為是顯著提高產(chǎn)量，如苯乙酸及其衍生物被認為是青霉素的前體物質青霉素的前體物質。l 目前工業(yè)用微生物酶多數(shù)為誘導酶，如蛋白酶、目前工業(yè)用微生物酶多數(shù)為誘導酶，如蛋白酶、 淀粉酶、纖維素酶等。淀粉酶、纖維素酶等。l 誘導物的存在能大大強化誘導酶的生物合成。誘導物的存在能大大強化誘導酶的生物合成。l 酶的正常底物或底物的類似物都可作為誘導物。酶的正常底物或底物的類似物都可作為誘導物。l

22、在各種微生物酶的發(fā)酵培養(yǎng)基中必須加入誘在各種微生物酶的發(fā)酵培養(yǎng)基中必須加入誘 導物，例如淀粉、糊精或麥芽糖是淀粉酶或導物，例如淀粉、糊精或麥芽糖是淀粉酶或 糖化酶的誘導物。只有添加這些物質的培養(yǎng)基，糖化酶的誘導物。只有添加這些物質的培養(yǎng)基， 才能獲得高產(chǎn)。才能獲得高產(chǎn)。 l 培養(yǎng)基中存在反饋阻遏物或分解阻遏物均能影培養(yǎng)基中存在反饋阻遏物或分解阻遏物均能影響酶的合成，降低發(fā)酵產(chǎn)量。響酶的合成，降低發(fā)酵產(chǎn)量。l 有些酶的抑制劑卻能提高某些代謝產(chǎn)物的產(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。

23、甘油發(fā)酵中加入亞硫酸鈉。l 在培養(yǎng)基配制時必須注意加入有益的抑制劑，在培養(yǎng)基配制時必須注意加入有益的抑制劑，而避免混入有害的抑制物。而避免混入有害的抑制物。7 7、金屬離子的影響：、金屬離子的影響：l有些種類的發(fā)酵生產(chǎn)對金屬離子相當敏感，因有些種類的發(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劑或激活為有些金屬離子是中間代謝酶的抑制劑或激活 劑。劑。l因此對于有重大影響的金屬離子必須嚴格控制。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、錳和鋅離子都能明顯影響如檸檬酸發(fā)酵中鐵、錳和鋅離子都能明顯影響 產(chǎn)量；鈣離子對細菌淀粉酶的生產(chǎn)有促進作產(chǎn)量；鈣離子對細菌淀

24、粉酶的生產(chǎn)有促進作 用；鈷離子對葡萄糖異構酶的發(fā)酵是必需的。用；鈷離子對葡萄糖異構酶的發(fā)酵是必需的。 這些在培養(yǎng)基配制時都必須予以注意。這些在培養(yǎng)基配制時都必須予以注意。l 碳素化合物碳素化合物l 氮素化合物氮素化合物 l 水水 l 微量元素微量元素( (無機鹽類無機鹽類) ) l 生長因子生長因子 (a)(a)碳素化合物的作用碳素化合物的作用: :l 構成菌體成分的重要元素，構成菌體成分的重要元素，l 產(chǎn)生各種代謝產(chǎn)物和細胞內貯藏物質的主要原料，產(chǎn)生各種代謝產(chǎn)物和細胞內貯藏物質的主要原料，l 同時又是化能異養(yǎng)型微生物的能量來源。同時又是化能異養(yǎng)型微生物的能量來源。 l 糖：單糖中的己糖，寡糖

25、中的蔗糖、麥芽糖、糖：單糖中的己糖，寡糖中的蔗糖、麥芽糖、棉子糖，多糖中的淀粉、纖維素、半纖維素、棉子糖，多糖中的淀粉、纖維素、半纖維素、甲殼質和果膠質等，其中淀粉是大多數(shù)微生物甲殼質和果膠質等，其中淀粉是大多數(shù)微生物都能利用的碳源。都能利用的碳源。l 有機酸：如糖酸、檸檬酸、反丁烯二酸、琥珀有機酸：如糖酸、檸檬酸、反丁烯二酸、琥珀酸、蘋果酸、丙酮酸、酒石酸等。酸、蘋果酸、丙酮酸、酒石酸等。 注意引起注意引起pHpH變化變化（b b）碳源種類）碳源種類葡萄糖：葡萄糖：l 是最易利用的糖，并且作為加速微生物生長的一是最易利用的糖，并且作為加速微生物生長的一種有效的糖。種有效的糖。l 葡萄糖效應：

26、葡萄糖效應： 培養(yǎng)基中含有過多的葡萄糖會抑制微生物的生長培養(yǎng)基中含有過多的葡萄糖會抑制微生物的生長原因：原因： 1、過多的葡萄糖會過分加速菌體的呼吸，以致、過多的葡萄糖會過分加速菌體的呼吸，以致培培 養(yǎng)基中的溶解氧不能滿足需要。養(yǎng)基中的溶解氧不能滿足需要。 2、葡萄糖代謝產(chǎn)物會產(chǎn)生反饋抑制、葡萄糖代謝產(chǎn)物會產(chǎn)生反饋抑制l 糖蜜：是制糖廠生產(chǎn)糖時的結晶母液，是蔗糖糖蜜：是制糖廠生產(chǎn)糖時的結晶母液，是蔗糖廠的副產(chǎn)物。含有較豐富的糖、氨素化合物和廠的副產(chǎn)物。含有較豐富的糖、氨素化合物和無機維生素等，是微生物工業(yè)的價廉物美的原無機維生素等，是微生物工業(yè)的價廉物美的原料。料。 注意：注意： 不同產(chǎn)地、氣

27、候、收獲季節(jié)、制糖工藝不同，不同產(chǎn)地、氣候、收獲季節(jié)、制糖工藝不同，糖蜜的組分也不同糖蜜的組分也不同l 糖蜜的性質糖蜜的性質 一般為黃褐色或黑褐色，一般為黃褐色或黑褐色，pH5-7.5，略帶甜味，略帶甜味，有硫磺火焦糖味，粘稠狀有硫磺火焦糖味，粘稠狀l 澄清處理：澄清處理： 除灰分（影響純度）和蛋白（容易產(chǎn)生泡沫）除灰分（影響純度）和蛋白（容易產(chǎn)生泡沫） 硫酸和石灰處理法：硫酸和石灰處理法： 稀釋（稀釋（1：1） 調調pH （酸或中性）（酸或中性） 加熱加熱 中和中和 沉淀過濾沉淀過濾 澄清液澄清液l 脫鈣：脫鈣： Na2CO4 沉淀過濾沉淀過濾l 除生物素除生物素 影響營養(yǎng)缺陷型菌株的生長影

28、響營養(yǎng)缺陷型菌株的生長l淀粉：一般要經(jīng)菌體產(chǎn)生的胞外酶水解成單糖淀粉：一般要經(jīng)菌體產(chǎn)生的胞外酶水解成單糖后再被吸收利用?？煽朔咸汛x過快的弊病。后再被吸收利用?？煽朔咸汛x過快的弊病。來源豐富，價格比較低廉。常用的為玉米淀粉、來源豐富，價格比較低廉。常用的為玉米淀粉、小麥淀粉和甘薯淀。小麥淀粉和甘薯淀。l 醇類中甘露醇、甘油、低濃度的乙醇。醇類中甘露醇、甘油、低濃度的乙醇。l 脂肪酸如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸等低級脂肪脂肪酸如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸等低級脂肪酸都可用作碳源。油酸和亞油酸等高級脂肪酸酸都可用作碳源。油酸和亞油酸等高級脂肪酸可被不少放線菌和真菌作為碳源和能源利用，可被不少放線菌和

29、真菌作為碳源和能源利用，低濃度的高級脂肪酸可刺激細菌生長，但濃度低濃度的高級脂肪酸可刺激細菌生長，但濃度較高時往往有毒害作用。較高時往往有毒害作用。 l 正烷烴：一般是指從石油裂得到的正烷烴：一般是指從石油裂得到的14C14C至至18C18C的的直鏈烷烴混合物。直鏈烷烴混合物。l 糖蜜：是制糖廠生產(chǎn)糖時的結晶母液，是蔗糖糖蜜：是制糖廠生產(chǎn)糖時的結晶母液，是蔗糖廠的副產(chǎn)物。含有較豐富的糖、氨素化合物和廠的副產(chǎn)物。含有較豐富的糖、氨素化合物和無機維生素等，是微生物工業(yè)的價廉物美的原無機維生素等，是微生物工業(yè)的價廉物美的原料。料。l 淀粉：一般要經(jīng)菌體產(chǎn)生的胞外酶水解成單糖淀粉：一般要經(jīng)菌體產(chǎn)生的胞

30、外酶水解成單糖后再被吸收利用。可克服葡萄代謝過快的弊病。后再被吸收利用?？煽朔咸汛x過快的弊病。來源豐富，價格比較低廉。常用的為玉米淀粉、來源豐富，價格比較低廉。常用的為玉米淀粉、小麥淀粉和甘薯淀。小麥淀粉和甘薯淀。l 油和脂肪：在微生物分泌的脂肪酶作用下水解油和脂肪：在微生物分泌的脂肪酶作用下水解為甘油和脂肪酸，在溶解氧的參與下，氧化成為甘油和脂肪酸，在溶解氧的參與下，氧化成水和水和COCO2 2。因此用脂肪作碳源時需比糖代謝供。因此用脂肪作碳源時需比糖代謝供給更多的氧。給更多的氧。l 氮是構成微生物細胞蛋白質和核酸的主要元素，氮是構成微生物細胞蛋白質和核酸的主要元素，而蛋白質和核酸是微生

31、物原生質的主要組成部而蛋白質和核酸是微生物原生質的主要組成部分。氮素一般不提供能量，但硝化細菌卻能利分。氮素一般不提供能量，但硝化細菌卻能利用氨作為氮源和能源。用氨作為氮源和能源。l 就某一類微生物而言，由于其合成能力的差異，就某一類微生物而言，由于其合成能力的差異，對氮營養(yǎng)的需要也有很大區(qū)別。對氮營養(yǎng)的需要也有很大區(qū)別。氮的來源可分為無機氮和有機氮：氮的來源可分為無機氮和有機氮：u有機氮源：有機氮源： 花生餅粉、黃豆餅粉、棉子餅粉、玉米漿、玉花生餅粉、黃豆餅粉、棉子餅粉、玉米漿、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母膏、魚粉、蠶蛹粉、米蛋白粉、蛋白胨、酵母膏、魚粉、蠶蛹粉、尿素、廢菌絲體和酒糟等。尿素、廢

32、菌絲體和酒糟等。 它們在微生物分泌的蛋白酶作用下，水解它們在微生物分泌的蛋白酶作用下，水解成氨基酸，被菌體進一步分解代謝。成氨基酸，被菌體進一步分解代謝。含有豐富的蛋白質、多肽和游離的氨基酸含有豐富的蛋白質、多肽和游離的氨基酸還含有少量的糖類、脂肪、無機鹽、維生素及生還含有少量的糖類、脂肪、無機鹽、維生素及生長因子。長因子。有機氮源特點：有機氮源特點： 銨鹽、硝酸鹽、氨水等。銨鹽、硝酸鹽、氨水等。u無機氮源：無機氮源：無機氮的特點：無機氮的特點：微生物對其吸收利用比有機物快，所以也稱微生物對其吸收利用比有機物快，所以也稱 速速 效氮。效氮。利用無機氮時應注意引起的利用無機氮時應注意引起的pH變

33、化。變化。 實驗室中常用蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等作實驗室中常用蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等作為有機氮源；為有機氮源； 工業(yè)生產(chǎn)上常用硫酸銨、尿素、氨水、豆餅工業(yè)生產(chǎn)上常用硫酸銨、尿素、氨水、豆餅粉、花生餅粉、麩皮等原料作氮源。粉、花生餅粉、麩皮等原料作氮源。 l 水是良好的溶劑，菌體所需要的營養(yǎng)物質都是水是良好的溶劑，菌體所需要的營養(yǎng)物質都是溶解于水中被吸收的。溶解于水中被吸收的。l 滲透、分泌、排泄等作用都是以水為媒介的；滲透、分泌、排泄等作用都是以水為媒介的；l 水直接參與代謝作用中的許多反應。所以，水水直接參與代謝作用中的許多反應。所以，水在生物化學反應中占有極為重要的地位。在生物化學反應中

34、占有極為重要的地位。l 水的比熱高，能有效地吸收代謝過程中所放出水的比熱高，能有效地吸收代謝過程中所放出的熱，使細胞內溫度不致驟然上升。的熱，使細胞內溫度不致驟然上升。l 水是熱的良導體，有利于放熱，可調節(jié)細胞的水是熱的良導體，有利于放熱，可調節(jié)細胞的溫度。溫度。 無機鹽類是微生物生命活動所不可缺少的物質。無機鹽類是微生物生命活動所不可缺少的物質。主要功用是：主要功用是： 構成菌體成分；構成菌體成分； 作為酶活性基的組成部分或維持酶的活性；作為酶活性基的組成部分或維持酶的活性； 調節(jié)滲透壓、調節(jié)滲透壓、pHpH值、氧化還原電位等；值、氧化還原電位等； 作為自養(yǎng)菌的能源。作為自養(yǎng)菌的能源。 無機

35、元素包括主要元素無機元素包括主要元素( (又稱大量元素又稱大量元素) )和微和微量元素兩類，這是依據(jù)微生物對它們需要量的大量元素兩類，這是依據(jù)微生物對它們需要量的大小劃分的小劃分的。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、B等。等。當鹽濃度太高時，對微生物生長有抑制作用，當鹽濃度太高時，對微生物生長有抑制作用， 而在較低濃度時卻能刺激生長。而在較低濃度時卻能刺激生長。 一般在復合培養(yǎng)基中由于加入許多動植物原料一般在復合培養(yǎng)基中由于加入許多動植物原料 等都含有微量元素。等都含有微量元素。磷：磷：l 是核酸和蛋白質的必要成分，也是是

36、核酸和蛋白質的必要成分，也是ATPATP的成分。的成分。l 在代謝途徑調節(jié)方面，起著重要作用。促進微在代謝途徑調節(jié)方面，起著重要作用。促進微生物生長，但過量時，許多產(chǎn)物的合成受抑制。生物生長，但過量時，許多產(chǎn)物的合成受抑制。l 鈣：鈣： 培養(yǎng)基中鈣鹽過多時，會形成磷酸鈣沉淀?？膳囵B(yǎng)基中鈣鹽過多時，會形成磷酸鈣沉淀?？煞謩e消毒或逐步補加。分別消毒或逐步補加。l 鎂：鎂： 處于離子狀態(tài)時，是許多酶的輔酶的激活劑，處于離子狀態(tài)時，是許多酶的輔酶的激活劑，不但影響基質的氧化，也影響蛋白質的合成。不但影響基質的氧化，也影響蛋白質的合成。以硫酸鎂加入，但在堿性溶液中會形成沉淀。以硫酸鎂加入，但在堿性溶液中

37、會形成沉淀。元元 素素人為提供形式人為提供形式生生 理理 功功 能能大大 量量 元元 素素P PKHKH2 2POPO4 4 磷酸二氫鉀磷酸二氫鉀K K2 2HPOHPO4 4 磷酸氫二鉀磷酸氫二鉀核酸、磷酸和輔酶的成分核酸、磷酸和輔酶的成分S SMgSOMgSO4 4 硫酸銨硫酸銨含硫氨基酸（半胱氨酸、甲硫氨酸等）和含含硫氨基酸（半胱氨酸、甲硫氨酸等）和含硫維生素（生物素、硫胺素等）的成分硫維生素（生物素、硫胺素等）的成分K KKHKH2 2POPO4 4 磷酸二氫鉀磷酸二氫鉀K K2 2HPOHPO4 4 磷酸氫二鉀磷酸氫二鉀某些酶（果糖激酶、磷酸丙酮酸轉磷酸酶等）某些酶（果糖激酶、磷酸丙

38、酮酸轉磷酸酶等）的輔因子；維持電位差和滲透壓的輔因子；維持電位差和滲透壓NaNaNaClNaCl氯化鈉氯化鈉維持滲透壓；某些細菌和藍細菌所需維持滲透壓；某些細菌和藍細菌所需CaCaCa(NOCa(NO3 3) )2 2 硝酸鈣硝酸鈣CaClCaCl2 2 氯化鈣氯化鈣某些胞外酶的穩(wěn)定劑、蛋白酶等的輔因子；某些胞外酶的穩(wěn)定劑、蛋白酶等的輔因子；細菌形成芽孢和某些真菌形成孢子所需細菌形成芽孢和某些真菌形成孢子所需MgMgMgSOMgSO4 4 硫酸鎂硫酸鎂固氮酶等的輔因子；葉綠素等的成分固氮酶等的輔因子；葉綠素等的成分FeFeFeSOFeSO4 4 硫酸鐵硫酸鐵細胞色素的成分；合成葉綠素、白喉毒素

39、和細胞色素的成分；合成葉綠素、白喉毒素和氧高鐵血紅素所需氧高鐵血紅素所需元元 素素人為提供形式人為提供形式生生 理理 功功 能能微微量量元元素素MnMnMnSOMnSO4 4 硫酸錳硫酸錳超氧化物歧化酶、氨肽酶和超氧化物歧化酶、氨肽酶和L-L-阿拉伯阿拉伯糖異構酶等的輔因子糖異構酶等的輔因子CuCuCuSOCuSO4 4 硫酸銅硫酸銅氧化酶、酪氨酸酶的輔因子氧化酶、酪氨酸酶的輔因子CoCoCoSOCoSO4 4 硫酸鈷硫酸鈷維生素維生素B12B12復合物的成分；肽酶的輔因復合物的成分；肽酶的輔因子子ZnZnZnSOZnSO4 4 硫酸鋅硫酸鋅堿性磷酸酶以及多種脫氫酶、肽酶和堿性磷酸酶以及多種脫

40、氫酶、肽酶和脫羧酶的輔因子脫羧酶的輔因子MoMo(NH(NH4 4) )6 6MoMo7 7O O24 24 鉬酸銨鉬酸銨固氮酶和同化型及異化型硝酸鹽還原固氮酶和同化型及異化型硝酸鹽還原酶的成分酶的成分l 廣義說，凡是微生物生長不可缺少的微量有機廣義說，凡是微生物生長不可缺少的微量有機物質都稱為生長因子物質都稱為生長因子( (又稱生長素又稱生長素) )，包括氨基，包括氨基酸、嘌呤、嘧啶、維生素等；狹義說，生長素酸、嘌呤、嘧啶、維生素等；狹義說，生長素僅指維生素。僅指維生素。l 與微生物有關的維生素主要是與微生物有關的維生素主要是B B族維生素，這族維生素，這些維生素是各種酶的活性基的組成部分，

41、沒有些維生素是各種酶的活性基的組成部分，沒有它們，酶就不能活動。它們，酶就不能活動。l 凡是缺少合成生長素類物質的微生物凡是缺少合成生長素類物質的微生物( (即缺少即缺少了合成生長素過程中的某種酶了合成生長素過程中的某種酶) )，統(tǒng)稱為，統(tǒng)稱為營養(yǎng)營養(yǎng)缺陷型。缺陷型。 （1 1）首先必須做好調查研究工作，了解菌種的）首先必須做好調查研究工作，了解菌種的 來源、生活習慣、生理生化特性和一般的來源、生活習慣、生理生化特性和一般的 營養(yǎng)要求。營養(yǎng)要求。 工業(yè)生產(chǎn)主要應用細菌、放線菌、酵母菌工業(yè)生產(chǎn)主要應用細菌、放線菌、酵母菌和霉菌四大類微生物。它們對營養(yǎng)的要求既有和霉菌四大類微生物。它們對營養(yǎng)的要求

42、既有共性，也有各自的特性，應根據(jù)不同類型微生共性，也有各自的特性，應根據(jù)不同類型微生物的生理特性考慮培養(yǎng)基的組成。物的生理特性考慮培養(yǎng)基的組成。（2 2）其次，對生產(chǎn)菌種的培養(yǎng)條件，生物合成）其次，對生產(chǎn)菌種的培養(yǎng)條件，生物合成 的代謝途徑，代謝產(chǎn)物的化學性質、分子結的代謝途徑，代謝產(chǎn)物的化學性質、分子結 構、一般提煉方法和產(chǎn)品質量要求等也需要構、一般提煉方法和產(chǎn)品質量要求等也需要 有所了解，以便在選擇培養(yǎng)基時做到心中有有所了解，以便在選擇培養(yǎng)基時做到心中有 數(shù)。數(shù)。（3 3）最好先選擇一種較好的化學合成培養(yǎng)基做）最好先選擇一種較好的化學合成培養(yǎng)基做 基礎，開始時先做一些搖瓶試驗基礎，開始時先

43、做一些搖瓶試驗; ; 然后進一步做小型發(fā)酵罐培養(yǎng)，摸索菌種然后進一步做小型發(fā)酵罐培養(yǎng)，摸索菌種對各種主要有機碳源和氮源的利用情況和產(chǎn)生對各種主要有機碳源和氮源的利用情況和產(chǎn)生代謝產(chǎn)物的能力。代謝產(chǎn)物的能力。 注意培養(yǎng)過程中的注意培養(yǎng)過程中的pHpH變化，觀察適合于菌變化，觀察適合于菌種生長繁殖和適合于代謝產(chǎn)物形成的兩種不同種生長繁殖和適合于代謝產(chǎn)物形成的兩種不同pHpH，不斷調整配比來適應上述各種情況。，不斷調整配比來適應上述各種情況。（4 4）注意每次只限一個變動條件。有了初步結果以）注意每次只限一個變動條件。有了初步結果以 后，先確定一個培養(yǎng)基配比。后，先確定一個培養(yǎng)基配比。 其次再確定各種重要的金屬和非金屬離子對其次再確定各種重要的金屬和非金屬離子對發(fā)酵的影響，即對各種無機元素的營養(yǎng)要求，試發(fā)酵的影響，即對各種無機元素的營養(yǎng)要求，試驗其最高、最低和最適用量。驗其最高、最低和最適用量。 在合成培養(yǎng)基上得出一定結果后，再做復合在合成培養(yǎng)基上得出一定結果后，再做復合培養(yǎng)基試驗。培養(yǎng)基試驗。 最后試驗各種發(fā)酵條件和培養(yǎng)基的關系。培最后試驗各種發(fā)酵條件和培養(yǎng)基的關系。培養(yǎng)基內養(yǎng)基內pHpH可由添加碳酸鈣來調節(jié)，其他如硝酸