種子擴(kuò)大培養(yǎng)

1、第1頁，共43頁。第2頁，共43頁。第3頁，共43頁。第4頁，共43頁。第5頁，共43頁。第6頁，共43頁。實(shí)驗(yàn)室階段實(shí)驗(yàn)室階段培養(yǎng)物選擇的原則培養(yǎng)物選擇的原則目的：種子擴(kuò)培到一定的量和質(zhì)，根據(jù)菌種的特點(diǎn)最終的培養(yǎng)物可分為兩類： 對于不產(chǎn)孢子和芽胞的微生物對于不產(chǎn)孢子和芽胞的微生物 獲得一定數(shù)量和質(zhì)量的菌體對于產(chǎn)孢子的微生物對于產(chǎn)孢子的微生物 獲得一定數(shù)量和質(zhì)量的孢子，獲得一定數(shù)量和質(zhì)量的菌絲體第7頁，共43頁。第8頁，共43頁。第9頁，共43頁。生產(chǎn)車間階段生產(chǎn)車間階段培養(yǎng)物的選擇原則：培養(yǎng)物的選擇原則：在生產(chǎn)車間階段，最終一般都是獲得一定數(shù)量的菌絲體。 縮短發(fā)酵時(shí)間有利于獲得好的發(fā)酵結(jié)果菌

2、絲體比孢子要有利：菌絲體比孢子要有利：第10頁，共43頁。第11頁，共43頁。第12頁，共43頁。第13頁，共43頁。第14頁，共43頁。第15頁，共43頁。青霉素生產(chǎn)的種子制備青霉素生產(chǎn)的種子制備制備過程制備過程安培管安培管 斜面孢子斜面孢子 大米孢子大米孢子 一級(jí)種子一級(jí)種子 二級(jí)種子二級(jí)種子 發(fā)酵發(fā)酵第16頁，共43頁。斜面孢子斜面孢子培養(yǎng)基：甘油、培養(yǎng)基：甘油、 葡萄糖、葡萄糖、 蛋白胨等蛋白胨等培養(yǎng)基特點(diǎn)培養(yǎng)基特點(diǎn)：有利于長孢子，用量少而精細(xì)有利于長孢子，用量少而精細(xì)培養(yǎng)條件：培養(yǎng)條件：25、7天天, 注意濕度注意濕度50%左右左右第17頁，共43頁。大米孢子大米孢子培養(yǎng)基：大米及氮

3、源（玉米漿）培養(yǎng)基：大米及氮源（玉米漿）培養(yǎng)基的特點(diǎn)培養(yǎng)基的特點(diǎn)：成本低、米粒之間結(jié)構(gòu)疏松提高比表面積和氧成本低、米粒之間結(jié)構(gòu)疏松提高比表面積和氧的傳質(zhì)，營養(yǎng)適當(dāng)（要求大米的白點(diǎn)?。┯欣膫髻|(zhì)，營養(yǎng)適當(dāng)（要求大米的白點(diǎn)小）有利于孢子的生長。于孢子的生長。培養(yǎng)條件：培養(yǎng)條件：25、7天，控制濕度天，控制濕度大米孢子的要求大米孢子的要求：1粒米含粒米含1.4*106個(gè)孢子個(gè)孢子第18頁，共43頁。一級(jí)種子一級(jí)種子培養(yǎng)基：（葡萄糖、乳糖、蔗糖）、玉米漿培養(yǎng)基：（葡萄糖、乳糖、蔗糖）、玉米漿目的目的：長菌體長菌體培養(yǎng)條件：培養(yǎng)條件：27，40小時(shí)小時(shí)接種量：接種量：200億孢子億孢子/噸噸二級(jí)種子二級(jí)

4、種子培養(yǎng)基：同上培養(yǎng)基：同上培養(yǎng)條件：培養(yǎng)條件：27、10-14小時(shí)小時(shí)接種量：接種量：10%第19頁，共43頁。種子的質(zhì)量要求種子的質(zhì)量要求菌絲長稠呈絲狀、菌絲團(tuán)很少，有中小空孢，處于期青霉素發(fā)酵菌絲體的生長共分為6個(gè)期，1-4為年青期，4-6期合成青霉素的能力最強(qiáng)第20頁，共43頁。第21頁，共43頁。微生物生長分為：遲滯期、對數(shù)生長期、穩(wěn)定期和死亡期在遲滯期，菌體沒有分裂只有生長，因?yàn)楫?dāng)菌種接種入一個(gè)新的環(huán)境，細(xì)胞內(nèi)的核酸、酶等稀釋，這時(shí)細(xì)胞不能分裂。第22頁，共43頁。隨著細(xì)胞生長，培養(yǎng)液中的營養(yǎng)物減少，廢物積累，導(dǎo)致細(xì)胞生長速率下降，進(jìn)入減速期和穩(wěn)定期。最后當(dāng)細(xì)胞死亡速率大于生成速率

5、，進(jìn)入死亡期當(dāng)細(xì)胞內(nèi)的與細(xì)胞分裂相關(guān)的物質(zhì)濃度達(dá)到一定程度，細(xì)胞開始分裂，這時(shí)細(xì)胞生長很快，比生長速率幾近常數(shù)。這個(gè)時(shí)期稱為對數(shù)生長期第23頁，共43頁。第24頁，共43頁。按產(chǎn)物的生成與微生物生長關(guān)系的動(dòng)力學(xué)模式分為三種類型按產(chǎn)物的生成與微生物生長關(guān)系的動(dòng)力學(xué)模式分為三種類型(a)：相關(guān)聯(lián)型，產(chǎn)物的形成速度與細(xì)胞的比生長速度成正比，因此要提高：相關(guān)聯(lián)型，產(chǎn)物的形成速度與細(xì)胞的比生長速度成正比，因此要提高產(chǎn)物的形成速度就應(yīng)當(dāng)努力獲得高的細(xì)胞的比生長速度產(chǎn)物的形成速度就應(yīng)當(dāng)努力獲得高的細(xì)胞的比生長速度(b)：部分關(guān)聯(lián)模式：取決于有關(guān)聯(lián)和無關(guān)聯(lián)的兩種形式。：部分關(guān)聯(lián)模式：取決于有關(guān)聯(lián)和無關(guān)聯(lián)的兩種

6、形式。(c) ：無關(guān)聯(lián)模式：產(chǎn)物的形成速度與生長速度無關(guān)聯(lián)，而只與細(xì)胞的濃度有關(guān)。：無關(guān)聯(lián)模式：產(chǎn)物的形成速度與生長速度無關(guān)聯(lián)，而只與細(xì)胞的濃度有關(guān)。第25頁，共43頁。第26頁，共43頁。第27頁，共43頁。第28頁，共43頁。分批培養(yǎng)的優(yōu)缺點(diǎn)分批培養(yǎng)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 操作簡單，周期短，染菌機(jī)會(huì)少，生產(chǎn)過程和產(chǎn)品質(zhì)量容易掌握缺點(diǎn) 存在底物抑制或限制問題，對于底物類型及初始濃度敏感的次級(jí)代謝物就不適用，設(shè)備利用效率較低，產(chǎn)率不高。第29頁，共43頁。補(bǔ)料分批培養(yǎng)補(bǔ)料分批培養(yǎng) 在分批培養(yǎng)過程中補(bǔ)入新鮮的料液，以克服營養(yǎng)不足而導(dǎo)致的發(fā)酵過早結(jié)束的缺點(diǎn)。在此過程中只有料液的加入沒有料液的取出，所以發(fā)酵結(jié)

7、束時(shí)發(fā)酵液體積比發(fā)酵開始時(shí)有所增加。在工廠的實(shí)際生產(chǎn)中采用這種方法很多。第30頁，共43頁。補(bǔ)料分批培養(yǎng)的優(yōu)缺點(diǎn)補(bǔ)料分批培養(yǎng)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 在這樣一種系統(tǒng)中可以維持低的基質(zhì)濃度，避免快速利用碳源的阻遏效應(yīng)；可以通過補(bǔ)料控制達(dá)到最佳的生長和產(chǎn)物合成條件；還可以利用計(jì)算機(jī)控制合理的補(bǔ)料速率，穩(wěn)定最佳生產(chǎn)工藝。缺點(diǎn)缺點(diǎn) 由于沒有物料取出，產(chǎn)物的積累最終導(dǎo)致比生產(chǎn)速率的下降。由于有物料的加入增加了染菌機(jī)會(huì)第31頁，共43頁。半連續(xù)培養(yǎng)半連續(xù)培養(yǎng)在補(bǔ)料分批培養(yǎng)的基礎(chǔ)上間歇放掉部分發(fā)酵液（帶放）稱為半連續(xù)培養(yǎng)。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 放掉部分發(fā)酵液，再補(bǔ)入部分料液，使代謝有害物得以稀釋有利于產(chǎn)物合成，提高了總產(chǎn)量。缺

8、點(diǎn)缺點(diǎn) 代謝產(chǎn)生的前體物被稀釋，提取的總體積增大第32頁，共43頁。連續(xù)培養(yǎng)連續(xù)培養(yǎng)發(fā)酵過程中一邊補(bǔ)入新鮮料液一邊放出等量的發(fā)酵液，使發(fā)酵罐內(nèi)的體積維持恒定。達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，整個(gè)過程中菌的濃度，產(chǎn)物濃度，限制性基質(zhì)濃度都是恒定的。第33頁，共43頁。第34頁，共43頁。第35頁，共43頁。第36頁，共43頁。第37頁，共43頁。第38頁，共43頁。第39頁，共43頁。發(fā)酵過程工藝控制的目的發(fā)酵過程工藝控制的目的有一個(gè)好的菌種以后要有一個(gè)配合菌種生長的最佳條件，使菌種的潛能發(fā)揮出來目標(biāo)是得到最大的比生產(chǎn)速率和最大的生產(chǎn)率第40頁，共43頁。發(fā)揮菌種的最大生產(chǎn)潛力要考慮菌種本身的代謝特點(diǎn)菌種本身的代謝特點(diǎn)：生長速率、呼吸強(qiáng)度、營養(yǎng)要求（酶系統(tǒng)）、代謝速率菌代謝與環(huán)境的相關(guān)性菌代謝與環(huán)境的相關(guān)性：溫度、pH、滲透壓、離子強(qiáng)度、溶氧濃度、剪切力等第41頁，共43頁。微生物代謝是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，它的代謝呈網(wǎng)絡(luò)形式，比如糖代謝產(chǎn)生的中間物可能用作合成菌體的前體，可能用作合成產(chǎn)物的前體，也可能合成副產(chǎn)物，而這些前體有可能流向不同的反應(yīng)方向，環(huán)境條件的差異會(huì)引發(fā)代謝朝不同的方向進(jìn)行。第42頁，共43頁。微生物的生長與