第4章 培養(yǎng)基

1、第四章第四章 發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基及原料處理及原料處理第一節(jié)第一節(jié) 發(fā)酵培養(yǎng)基的組成及其來源發(fā)酵培養(yǎng)基的組成及其來源第二節(jié)第二節(jié) 發(fā)酵生產(chǎn)中培養(yǎng)基的類型發(fā)酵生產(chǎn)中培養(yǎng)基的類型第三節(jié)第三節(jié) 培養(yǎng)基設計和優(yōu)化培養(yǎng)基設計和優(yōu)化第四節(jié)第四節(jié) 工業(yè)發(fā)酵中營養(yǎng)基質(zhì)的配制方法工業(yè)發(fā)酵中營養(yǎng)基質(zhì)的配制方法（p104-127p104-127）本章要點：本章要點：v熟悉發(fā)酵培養(yǎng)基類型、特點及其組成。v了解發(fā)酵工業(yè)對培養(yǎng)基的要求。v掌握發(fā)酵培養(yǎng)基設計的基本程序和原則，以及培養(yǎng)基優(yōu)化的方法。v掌握淀粉質(zhì)原料制糖工藝及其培養(yǎng)基的配制方法。幾個問題幾個問題v1、微生物生長代謝所需要的營養(yǎng)物質(zhì)、微生物生長代謝所需要

2、的營養(yǎng)物質(zhì)v2、培養(yǎng)基的類型、發(fā)酵培養(yǎng)基的類型、培養(yǎng)基的類型、發(fā)酵培養(yǎng)基的類型v3、發(fā)酵培養(yǎng)基的設計、發(fā)酵培養(yǎng)基的設計v4、發(fā)酵培養(yǎng)基的優(yōu)化、發(fā)酵培養(yǎng)基的優(yōu)化v5、發(fā)酵培養(yǎng)基的配制、發(fā)酵培養(yǎng)基的配制第一節(jié)第一節(jié) 發(fā)酵培養(yǎng)基的組成及其來源發(fā)酵培養(yǎng)基的組成及其來源v一、培養(yǎng)基一、培養(yǎng)基v是提供微生物生長繁殖和生物合成各種代謝產(chǎn)物所需要的，是提供微生物生長繁殖和生物合成各種代謝產(chǎn)物所需要的，按一定比例配制的多種營養(yǎng)物質(zhì)的混合物。按一定比例配制的多種營養(yǎng)物質(zhì)的混合物。v二、各類培養(yǎng)基的共同點二、各類培養(yǎng)基的共同點 能源、碳源、氮源、無機元素、生長因子、水、氧氣等。能源、碳源、氮源、無機元素、生長因子、

3、水、氧氣等。v發(fā)酵培養(yǎng)基還含有一些發(fā)酵培養(yǎng)基還含有一些前體、產(chǎn)物促進劑和抑制劑前體、產(chǎn)物促進劑和抑制劑等。等。三、培養(yǎng)基的組成及來源三、培養(yǎng)基的組成及來源發(fā)酵培養(yǎng)基的組成：發(fā)酵培養(yǎng)基的組成：碳源碳源氮源氮源無機鹽和微量元素無機鹽和微量元素水分水分促進劑（如聚乙烯醇改善通氣性）促進劑（如聚乙烯醇改善通氣性）抑制劑抑制劑前體（如青霉素苯乙胺）前體（如青霉素苯乙胺）碳源：碳源：v定義：定義：v是指作為微生物細胞結(jié)構(gòu)或代謝產(chǎn)物中碳架是指作為微生物細胞結(jié)構(gòu)或代謝產(chǎn)物中碳架來源的物質(zhì)。來源的物質(zhì)。v來源：來源：v無機物無機物v有機物（主要的）有機物（主要的）氮源：氮源：v作用：作用：v氮元素是微生物細胞蛋

4、白和核酸的主要成分，氮元素是微生物細胞蛋白和核酸的主要成分，對微生物的生長發(fā)育有著特別重要的作用。對微生物的生長發(fā)育有著特別重要的作用。v來源：來源：v無機氮：速效氮無機氮：速效氮v有機氮有機氮v氣態(tài)氮氣態(tài)氮v生理酸性物質(zhì)：生理酸性物質(zhì)：v經(jīng)微生物代謝后形成酸性物質(zhì)的無機氮源稱為生理經(jīng)微生物代謝后形成酸性物質(zhì)的無機氮源稱為生理酸性物質(zhì)。酸性物質(zhì)。v如硫酸銨v生理堿性物質(zhì)：生理堿性物質(zhì)：v經(jīng)微生物代謝后形成堿性物質(zhì)的無機氮源稱為生理經(jīng)微生物代謝后形成堿性物質(zhì)的無機氮源稱為生理堿性物質(zhì)。堿性物質(zhì)。v如硝酸鈉v作用：作用：v在發(fā)酵過程中可以引起在發(fā)酵過程中可以引起pH值的變化，可以對微生物值的變化，

5、可以對微生物的培養(yǎng)基進行的培養(yǎng)基進行酸堿性調(diào)節(jié)酸堿性調(diào)節(jié)。無機鹽和微量元素：無機鹽和微量元素：v是指除碳、氮元素外其他各種重要元素及其供體。是指除碳、氮元素外其他各種重要元素及其供體。v作用：作用：v構(gòu)成菌體成分。構(gòu)成菌體成分。v酶的組成或激活劑、抑制劑。酶的組成或激活劑、抑制劑。v調(diào)節(jié)滲透壓、菌體內(nèi)部調(diào)節(jié)滲透壓、菌體內(nèi)部pH值、氧化還原電位。值、氧化還原電位。v特點：特點：v無機鹽尤其是微量元素在低濃度時對微生物的生長、無機鹽尤其是微量元素在低濃度時對微生物的生長、產(chǎn)物合成一般有促進作用；高濃度時抑制作用，甚產(chǎn)物合成一般有促進作用；高濃度時抑制作用，甚至是毒性作用。至是毒性作用。磷元素磷元素

6、v作用：作用：v細胞膜的組成、可以活化糖類分子、是核苷酸之間細胞膜的組成、可以活化糖類分子、是核苷酸之間的橋梁、是的橋梁、是ATP的組成部分。的組成部分。v種類：種類：v磷酸鉀、磷酸氫二鈉等。磷酸鉀、磷酸氫二鈉等。v對次級代謝的調(diào)節(jié)：對次級代謝的調(diào)節(jié)：v磷酸鹽調(diào)節(jié)現(xiàn)象（高濃度磷酸鹽抑制次級代謝的現(xiàn)磷酸鹽調(diào)節(jié)現(xiàn)象（高濃度磷酸鹽抑制次級代謝的現(xiàn)象）。象）。硫元素硫元素v種類：種類：v硫酸鎂、硫酸鈉等。硫酸鎂、硫酸鈉等。v作用：作用：v用于某些產(chǎn)物中含硫的特殊的發(fā)酵生產(chǎn)中。用于某些產(chǎn)物中含硫的特殊的發(fā)酵生產(chǎn)中。如青霉素、頭孢霉素等發(fā)酵中，需要額外添加硫酸鈉等硫源。鈣、鎂、鉀、鈉、鐵v鈣：鈣：v作用：

7、是很多酶的輔助因子或激活劑、滲透壓調(diào)節(jié)劑。作用：是很多酶的輔助因子或激活劑、滲透壓調(diào)節(jié)劑。v種類：氯化鈣，盡量不與磷酸鹽同時添加。種類：氯化鈣，盡量不與磷酸鹽同時添加。v鎂：鎂：v作用：輔酶、激活劑。作用：輔酶、激活劑。v種類：硫酸鎂。種類：硫酸鎂。v鉀：鉀：v作用：是很多酶的輔助因子。作用：是很多酶的輔助因子。v種類：磷酸氫二鉀、磷酸二氫鉀。種類：磷酸氫二鉀、磷酸二氫鉀。v鈉：鈉：調(diào)節(jié)細胞的滲透壓。調(diào)節(jié)細胞的滲透壓。v鐵：鐵：是細胞色素的組成成分。是細胞色素的組成成分。前體：v是指一些添加到培養(yǎng)基中的物質(zhì)，它們并不是指一些添加到培養(yǎng)基中的物質(zhì)，它們并不促進微生物的生長，但能直接通過微生物的促

8、進微生物的生長，但能直接通過微生物的生物合成過程生物合成過程結(jié)合到結(jié)合到產(chǎn)物分子上去，自身結(jié)產(chǎn)物分子上去，自身結(jié)構(gòu)基本不變，而產(chǎn)物產(chǎn)量卻因此有較大提高構(gòu)基本不變，而產(chǎn)物產(chǎn)量卻因此有較大提高的一類化合物。（的一類化合物。（p111p111）v前體的來源：前體的來源：v微生物細胞本身的代謝產(chǎn)物。微生物細胞本身的代謝產(chǎn)物。v外源人為添加。外源人為添加。v前體的應用：前體的應用：v氨基酸、核苷酸、抗生素等發(fā)酵。氨基酸、核苷酸、抗生素等發(fā)酵。v如青霉素發(fā)酵中添加的玉米漿（主要含有苯乙酸）就是最早應用的前體。v注意事項：注意事項：v添加的前體要適量。添加的前體要適量。產(chǎn)物促進劑產(chǎn)物促進劑（p112）v定義

9、：定義：v指在發(fā)酵過程中添加的，既不是營養(yǎng)物質(zhì)又指在發(fā)酵過程中添加的，既不是營養(yǎng)物質(zhì)又不是前體物質(zhì)，但卻能夠使提高產(chǎn)量的物質(zhì)。不是前體物質(zhì)，但卻能夠使提高產(chǎn)量的物質(zhì)。v產(chǎn)物促進劑的增產(chǎn)機制有多種。產(chǎn)物促進劑的增產(chǎn)機制有多種。如添加甘露如添加甘露聚糖可以促進聚糖可以促進- -甘露糖苷酶的分泌，從而提甘露糖苷酶的分泌，從而提高其產(chǎn)量。高其產(chǎn)量。產(chǎn)物抑制劑：產(chǎn)物抑制劑：v定義定義:v主要指對生產(chǎn)菌代謝途徑有某種調(diào)節(jié)能力的主要指對生產(chǎn)菌代謝途徑有某種調(diào)節(jié)能力的物質(zhì)。物質(zhì)。v這些物質(zhì)使微生物代謝途徑中原有的路徑發(fā)這些物質(zhì)使微生物代謝途徑中原有的路徑發(fā)生改變抑制了一些酶，抑制了一些雜菌的生生改變抑制了一些

10、酶，抑制了一些雜菌的生長（如添加的抗生素）。長（如添加的抗生素）。第二節(jié)第二節(jié) 發(fā)酵生產(chǎn)中培養(yǎng)基的類型發(fā)酵生產(chǎn)中培養(yǎng)基的類型v按原料的純度進行分類（按原料的純度進行分類（p113p113）v按培養(yǎng)基的物理狀態(tài)分類（按培養(yǎng)基的物理狀態(tài)分類（p113p113）v按發(fā)酵工業(yè)中的作用分類按發(fā)酵工業(yè)中的作用分類一、根據(jù)培養(yǎng)基的用途分類一、根據(jù)培養(yǎng)基的用途分類v（一）選擇培養(yǎng)基（一）選擇培養(yǎng)基v選擇培養(yǎng)基：選擇培養(yǎng)基：v根據(jù)某一類或某種微生物的特殊營養(yǎng)要求而根據(jù)某一類或某種微生物的特殊營養(yǎng)要求而設計的培養(yǎng)基，用于提高所需微生物的分離設計的培養(yǎng)基，用于提高所需微生物的分離效率。效率。選擇性培養(yǎng)基設計的兩種主

11、要方法選擇性培養(yǎng)基設計的兩種主要方法:v一是根據(jù)某些微生物對碳源、氮源的一是根據(jù)某些微生物對碳源、氮源的需求需求而設計。而設計。v以纖維素為唯一碳源的培養(yǎng)基可用于分離纖維素分以纖維素為唯一碳源的培養(yǎng)基可用于分離纖維素分解菌；解菌；v用石蠟油來富集分解石油的微生物；用石蠟油來富集分解石油的微生物；v用較濃的糖液來富集酵母菌等。用較濃的糖液來富集酵母菌等。v如分離固氮微生物的無氮培養(yǎng)基、加入濾紙條或纖如分離固氮微生物的無氮培養(yǎng)基、加入濾紙條或纖維素粉為碳源分離纖維分解菌的培養(yǎng)基。維素粉為碳源分離纖維分解菌的培養(yǎng)基。v二是根據(jù)某些微生物的二是根據(jù)某些微生物的物理和化學抗性物理和化學抗性設計的。設計的

12、。v在培養(yǎng)基中加入某種化合物，可有效地分離出對這在培養(yǎng)基中加入某種化合物，可有效地分離出對這種化合物有抗性的微生物。種化合物有抗性的微生物。v如分離放線菌時，在培養(yǎng)基中加入數(shù)滴10%的苯酚，可以抑制霉菌和細菌的生長；v在分離酵母菌和霉菌的培養(yǎng)基中，添加青霉素、四環(huán)素和鏈霉素等抗生素可以抑制細菌和放線菌的生長；v結(jié)晶紫可以抑制革蘭氏陽性菌，培養(yǎng)基中加入結(jié)晶紫后，能選擇性地培養(yǎng)革蘭氏陰性菌；v 7.5%NaCl可以抑制大多數(shù)細菌，但不抑制葡萄球菌，從而選擇培養(yǎng)葡萄球菌。v德巴利酵母屬德巴利酵母屬(Debaryomyces)中的許多種和醬油中的許多種和醬油中酵母能耐高濃度中酵母能耐高濃度(18-20

13、%)的食鹽，而其它酵母只的食鹽，而其它酵母只能耐受能耐受3-11%濃度的食鹽，所以，在培養(yǎng)基中加入濃度的食鹽，所以，在培養(yǎng)基中加入15-20% 濃度的食鹽，即構(gòu)成濃度的食鹽，即構(gòu)成耐食鹽酵母耐食鹽酵母的選擇培的選擇培養(yǎng)基。養(yǎng)基。v馬丁氏培養(yǎng)基就是專門用于分離土壤中真菌的選擇馬丁氏培養(yǎng)基就是專門用于分離土壤中真菌的選擇性培養(yǎng)基。其配方是：葡萄糖性培養(yǎng)基。其配方是：葡萄糖1%，蛋白胨，蛋白胨0.5%，KH2PO4 0.1%，MgSO47H2O 0.05%,瓊脂瓊脂2%，孟，孟加拉紅加拉紅(或稱虎紅或稱虎紅)1/3萬，鏈霉素萬，鏈霉素30mg/ml，金霉素，金霉素2mg/ml。此處的孟加拉紅、鏈霉素

14、和金霉素等的。此處的孟加拉紅、鏈霉素和金霉素等的作用是作用是抑制細菌生長抑制細菌生長，從而富集土壤中的真菌。，從而富集土壤中的真菌。v（二）鑒別培養(yǎng)基（二）鑒別培養(yǎng)基v鑒別培養(yǎng)基：鑒別培養(yǎng)基：根據(jù)微生物的代謝特點，在培養(yǎng)基中根據(jù)微生物的代謝特點，在培養(yǎng)基中加入加入某種與待測菌的某種無色的代謝產(chǎn)物發(fā)生顯色某種與待測菌的某種無色的代謝產(chǎn)物發(fā)生顯色反應的反應的指示劑指示劑，通過顯色反應可以肉眼分辨出待測，通過顯色反應可以肉眼分辨出待測菌。菌。v例如檢查乳制品和飲用水中是否有腸道細菌污染所用的伊紅-美藍培養(yǎng)基。當大腸桿菌等腸道細菌生長時，發(fā)酵培養(yǎng)基中的乳糖，使加入的伊紅-美藍變色，在菌落上沉積為紫黑色

15、，并呈現(xiàn)金屬光澤。二、根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求和作用分類二、根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求和作用分類（p114p114）: :v孢子培養(yǎng)基（斜面培養(yǎng)基）孢子培養(yǎng)基（斜面培養(yǎng)基）v種子培養(yǎng)基種子培養(yǎng)基v發(fā)酵培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基（一）孢子培養(yǎng)基（一）孢子培養(yǎng)基v孢子培養(yǎng)基（斜面培養(yǎng)基）孢子培養(yǎng)基（斜面培養(yǎng)基）: :是供菌種繁殖孢是供菌種繁殖孢子的一種常用固體培養(yǎng)基子的一種常用固體培養(yǎng)基 。v目的：目的：生產(chǎn)孢子。生產(chǎn)孢子。v要求：要求：營養(yǎng)不要太豐富。營養(yǎng)不要太豐富。v種類：種類：大米、小米。大米、小米。v形式：形式：曲盤。曲盤。（二）種子培養(yǎng)基（二）種子培養(yǎng)基 種子培養(yǎng)基：種子培養(yǎng)基：是供孢子發(fā)芽生長出大量菌絲體，或

16、是供孢子發(fā)芽生長出大量菌絲體，或不產(chǎn)孢子的不產(chǎn)孢子的微生物菌體生長的培養(yǎng)基。微生物菌體生長的培養(yǎng)基。v目的：目的：使有限數(shù)數(shù)量的斜面菌種在種子罐中生長繁使有限數(shù)數(shù)量的斜面菌種在種子罐中生長繁殖到一定數(shù)量，殖到一定數(shù)量，為下一步發(fā)酵提供數(shù)量較多，強壯為下一步發(fā)酵提供數(shù)量較多，強壯而整齊的種子細胞。而整齊的種子細胞。以縮短菌體在發(fā)酵罐中生長繁以縮短菌體在發(fā)酵罐中生長繁殖的時間，提高發(fā)酵設備的利用率。殖的時間，提高發(fā)酵設備的利用率。v要求：要求：氮源、維生素豐富，原料要精。其培養(yǎng)基的氮源、維生素豐富，原料要精。其培養(yǎng)基的配比盡可能接近發(fā)酵培養(yǎng)基。配比盡可能接近發(fā)酵培養(yǎng)基。v形式：形式：可采用液體培養(yǎng)

17、基，或固體淺盤或三角瓶等可采用液體培養(yǎng)基，或固體淺盤或三角瓶等逐級擴大均可以。逐級擴大均可以。（三）發(fā)酵培養(yǎng)基（三）發(fā)酵培養(yǎng)基 定義：定義：是是供菌體生長繁殖和合成發(fā)酵產(chǎn)物為最大目供菌體生長繁殖和合成發(fā)酵產(chǎn)物為最大目的的培養(yǎng)基。的的培養(yǎng)基。 要求：要求：一般的發(fā)酵產(chǎn)物以碳為主要元素，所以，發(fā)一般的發(fā)酵產(chǎn)物以碳為主要元素，所以，發(fā)酵培養(yǎng)基中的酵培養(yǎng)基中的碳源碳源含量往往高于種子培養(yǎng)基。若產(chǎn)含量往往高于種子培養(yǎng)基。若產(chǎn)物的含氮量高，應增加物的含氮量高，應增加氮源氮源。 在大規(guī)模生產(chǎn)時，原料應該價廉易得，還應有利于在大規(guī)模生產(chǎn)時，原料應該價廉易得，還應有利于下游的分離提取工作。在生產(chǎn)中要通過試驗獲得

18、。下游的分離提取工作。在生產(chǎn)中要通過試驗獲得。 形式：形式：固體培養(yǎng)基和液體培養(yǎng)基。固體培養(yǎng)基和液體培養(yǎng)基。第三節(jié)第三節(jié) 培養(yǎng)基設計和優(yōu)化培養(yǎng)基設計和優(yōu)化（p175-180）v一般培養(yǎng)基的選擇一般培養(yǎng)基的選擇首先首先是培養(yǎng)基是培養(yǎng)基基本成分基本成分的的確定，確定，其次其次是決定各成分之間如何是決定各成分之間如何最佳的復最佳的復配。配。v應該指出的是選擇培養(yǎng)基的成分，設計培養(yǎng)基配方雖然有一些理論依據(jù)，但最終的確定是通過實驗的方法獲得的。一、發(fā)酵培養(yǎng)基的設計原理一、發(fā)酵培養(yǎng)基的設計原理v考慮的因素：v1、某菌種對培養(yǎng)基的基本要求。、某菌種對培養(yǎng)基的基本要求。v2、滿足微生物生長以及產(chǎn)物合成的需要。

19、、滿足微生物生長以及產(chǎn)物合成的需要。v菌體的同化能力。v培養(yǎng)基對菌體代謝的阻遏與誘導的影響。v碳氮比對菌體代謝調(diào)節(jié)的重要性。vpH對不同菌體代謝的影響。1.營養(yǎng)基質(zhì)的種類營養(yǎng)基質(zhì)的種類營養(yǎng)物質(zhì)應滿足微營養(yǎng)物質(zhì)應滿足微生物的需要生物的需要 不同營養(yǎng)類型的微生物對營養(yǎng)的需求差異很大。不同營養(yǎng)類型的微生物對營養(yǎng)的需求差異很大。所以，應根據(jù)所培養(yǎng)菌種對各營養(yǎng)要素的不同要所以，應根據(jù)所培養(yǎng)菌種對各營養(yǎng)要素的不同要求進行配制。求進行配制。如自養(yǎng)微生物的培養(yǎng)基成分是無機如自養(yǎng)微生物的培養(yǎng)基成分是無機的，而異養(yǎng)型微生物的培養(yǎng)基成分必須含有機物。的，而異養(yǎng)型微生物的培養(yǎng)基成分必須含有機物。 針對四大類微生物，一

20、般可以采用現(xiàn)成配方的針對四大類微生物，一般可以采用現(xiàn)成配方的培養(yǎng)基（實驗室階段）。培養(yǎng)基（實驗室階段）。如細菌采用肉湯蛋白胨如細菌采用肉湯蛋白胨培養(yǎng)基、放線菌采用高氏培養(yǎng)基、放線菌采用高氏1 1號合成培養(yǎng)基、酵母采號合成培養(yǎng)基、酵母采用麥芽汁培養(yǎng)基及霉菌采用查氏合成培養(yǎng)基等。用麥芽汁培養(yǎng)基及霉菌采用查氏合成培養(yǎng)基等。2.營養(yǎng)物的濃度及配比應恰當營養(yǎng)物的濃度及配比應恰當 營養(yǎng)物的濃度太低，則不能滿足微生營養(yǎng)物的濃度太低，則不能滿足微生物生長的需要，濃度太高，又會抑制微生物生長的需要，濃度太高，又會抑制微生物的生長。物的生長。 如糖和鹽都是良好的營養(yǎng)物質(zhì)，但是，濃度升高，則有抑菌作用。v碳氮比碳氮

21、比(C/N)一般指培養(yǎng)基中元素一般指培養(yǎng)基中元素C與與N的比值。的比值。v為方便測定和計算，人們常以培養(yǎng)基中為方便測定和計算，人們常以培養(yǎng)基中還原糖含量還原糖含量與與粗蛋白含量粗蛋白含量的比值來表示。的比值來表示。v在考察培養(yǎng)基組成時，人們常以碳氮比作為一個重在考察培養(yǎng)基組成時，人們常以碳氮比作為一個重要的指標。要的指標。一般培養(yǎng)基的一般培養(yǎng)基的C/N比為比為100：0.5-2。v如在谷氨酸生產(chǎn)菌發(fā)酵中，如在谷氨酸生產(chǎn)菌發(fā)酵中，C/NC/N比為比為4/14/1時，菌體大時，菌體大量繁殖，谷氨酸積累量較少；當量繁殖，谷氨酸積累量較少；當C/NC/N為為3/13/1時，菌體時，菌體繁殖受到抑制，谷

22、氨酸大量積累。繁殖受到抑制，谷氨酸大量積累。3.理化條件適宜理化條件適宜v（1） pHpH值要適宜：值要適宜：各大類微生物一般都有其生長各大類微生物一般都有其生長繁殖的最適繁殖的最適pHpH。v細菌的最適細菌的最適pHpH一般在一般在7.0-8.07.0-8.0，放線菌在，放線菌在pH7.5-8.5pH7.5-8.5間，酵母菌在間，酵母菌在pH3.8-6.0pH3.8-6.0間，霉菌在間，霉菌在pH4.0-5.8pH4.0-5.8之間。之間。對于具體的微生物菌種來說，它們都有各自特定的對于具體的微生物菌種來說，它們都有各自特定的最適最適pHpH范圍，但有時會大大突破上述界限。范圍，但有時會大大

23、突破上述界限。v要考慮到培養(yǎng)基的要考慮到培養(yǎng)基的pHpH調(diào)節(jié)能力：調(diào)節(jié)能力：在微生物生長繁殖在微生物生長繁殖過程中會產(chǎn)生引起培養(yǎng)基過程中會產(chǎn)生引起培養(yǎng)基pHpH改變的代謝產(chǎn)物，尤其改變的代謝產(chǎn)物，尤其是不少微生物有很強的產(chǎn)酸能力，如不適當?shù)丶右允遣簧傥⑸镉泻軓姷漠a(chǎn)酸能力，如不適當?shù)丶右哉{(diào)節(jié)，就會抑制甚至殺死其自身。調(diào)節(jié)，就會抑制甚至殺死其自身。v在設計它們的培養(yǎng)基時，就要考慮到在設計它們的培養(yǎng)基時，就要考慮到培養(yǎng)基培養(yǎng)基的的pHpH調(diào)調(diào)節(jié)能力節(jié)能力。一般應該加入磷酸緩沖液或一般應該加入磷酸緩沖液或CaCOCaCO3 3，使培養(yǎng)，使培養(yǎng)液的液的pH pH 穩(wěn)定。穩(wěn)定。v（2）水分活度）水分活度

24、v（3）滲透壓）滲透壓v（4）氧化還原電位）氧化還原電位4.根據(jù)培養(yǎng)的目的根據(jù)培養(yǎng)的目的 培養(yǎng)基的成分直接影響著培養(yǎng)的目標。在設培養(yǎng)基的成分直接影響著培養(yǎng)的目標。在設計培養(yǎng)基時必須考慮是要計培養(yǎng)基時必須考慮是要培養(yǎng)菌體培養(yǎng)菌體，還是要，還是要積累積累產(chǎn)物產(chǎn)物，是實驗室培養(yǎng)還是大規(guī)模發(fā)酵等問題。，是實驗室培養(yǎng)還是大規(guī)模發(fā)酵等問題。 用于培養(yǎng)用于培養(yǎng)菌體的種子培養(yǎng)基菌體的種子培養(yǎng)基營養(yǎng)成分應豐富，營養(yǎng)成分應豐富，尤其是氮源含量宜高。即碳氮比值低。尤其是氮源含量宜高。即碳氮比值低。 相反，用于相反，用于積累大量生產(chǎn)代謝產(chǎn)物積累大量生產(chǎn)代謝產(chǎn)物的發(fā)酵培的發(fā)酵培養(yǎng)基，它的氮源一般應比種子培養(yǎng)基稍低。養(yǎng)基

25、，它的氮源一般應比種子培養(yǎng)基稍低。 若發(fā)酵產(chǎn)物是含氮化合物時，有時還應該提若發(fā)酵產(chǎn)物是含氮化合物時，有時還應該提高培養(yǎng)基的氮源含量。高培養(yǎng)基的氮源含量。 在設計培養(yǎng)基時，還應特別考慮到代謝產(chǎn)在設計培養(yǎng)基時，還應特別考慮到代謝產(chǎn)物是物是初級代謝產(chǎn)物初級代謝產(chǎn)物，還是，還是次級代謝產(chǎn)物次級代謝產(chǎn)物。若是若是次級代謝產(chǎn)物還要考慮是否加入特殊元素次級代謝產(chǎn)物還要考慮是否加入特殊元素( (如如維生素維生素B B1212中的中的Co)Co)或特定的前體物質(zhì)或特定的前體物質(zhì)( (如生產(chǎn)卞如生產(chǎn)卞青霉素時，應加入苯乙酸青霉素時，應加入苯乙酸) )。 在設計培養(yǎng)基尤其是大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)用的在設計培養(yǎng)基尤其是大規(guī)模

26、發(fā)酵生產(chǎn)用的培養(yǎng)基時，還應重視培養(yǎng)基中各種成分的培養(yǎng)基時，還應重視培養(yǎng)基中各種成分的來源來源和價格和價格，應該優(yōu)先選擇來源廣泛、價格低廉的，應該優(yōu)先選擇來源廣泛、價格低廉的培養(yǎng)基，提倡培養(yǎng)基，提倡“以粗代精以粗代精”，“以廢代好以廢代好”。二、選擇和配制發(fā)酵培養(yǎng)基的二、選擇和配制發(fā)酵培養(yǎng)基的基本原則基本原則v 提供基本成分和合適的比例；提供基本成分和合適的比例；v 有利于減少原料單耗；有利于減少原料單耗；v 有利于提高產(chǎn)物濃度；有利于提高產(chǎn)物濃度；v 有利于提高產(chǎn)物的合成速度；有利于提高產(chǎn)物的合成速度；v 減少副產(chǎn)物生成；減少副產(chǎn)物生成；v 方便產(chǎn)物的分離和純化；方便產(chǎn)物的分離和純化；v 原料

27、價格低廉、質(zhì)量穩(wěn)定、取材容易；原料價格低廉、質(zhì)量穩(wěn)定、取材容易；v 有利于提高氧的利用率，降低能耗；有利于提高氧的利用率，降低能耗；v 有利于減少有利于減少“三廢物質(zhì)三廢物質(zhì)”。三、發(fā)酵培養(yǎng)基的優(yōu)化三、發(fā)酵培養(yǎng)基的優(yōu)化（p175-180）v1 1、初步確定可能的培養(yǎng)基成分、初步確定可能的培養(yǎng)基成分v首先首先要做好調(diào)查研究工作，了解菌種的來源、生要做好調(diào)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營養(yǎng)要求?；盍晳T、生理生化特性和一般的營養(yǎng)要求。即要即要參照微生物細胞內(nèi)元素的比例確定培養(yǎng)基的成分參照微生物細胞內(nèi)元素的比例確定培養(yǎng)基的成分和比例。和比例。v其次其次，對生產(chǎn)菌種的培養(yǎng)條件

28、，生物合成的代謝，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(zhì)、分子結(jié)構(gòu)、一般提途徑，代謝產(chǎn)物的化學性質(zhì)、分子結(jié)構(gòu)、一般提煉方法和產(chǎn)品性質(zhì)要求等也要有所了解，以便在煉方法和產(chǎn)品性質(zhì)要求等也要有所了解，以便在選擇培養(yǎng)基時心中有數(shù)。選擇培養(yǎng)基時心中有數(shù)。根據(jù)前人根據(jù)前人的經(jīng)驗和培養(yǎng)的經(jīng)驗和培養(yǎng)基成分確定時一些必須考慮的因素，初步確定可基成分確定時一些必須考慮的因素，初步確定可能的培養(yǎng)基成分。能的培養(yǎng)基成分。 v2 2、通過單因子試驗確定出較適宜的培養(yǎng)基、通過單因子試驗確定出較適宜的培養(yǎng)基組成和濃度組成和濃度v最好先選擇一種較好的最好先選擇一種較好的化學合成培養(yǎng)基化學合成培養(yǎng)基做基礎

29、，做基礎，開始時先做一些開始時先做一些搖瓶試驗搖瓶試驗，然后進一步做小型發(fā)，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)生代謝產(chǎn)物的能力。的利用情況和產(chǎn)生代謝產(chǎn)物的能力。v注意培養(yǎng)過程中注意培養(yǎng)過程中pHpH的變化，觀察適于菌種生長繁的變化，觀察適于菌種生長繁殖和適于代謝產(chǎn)物形成的兩種不同殖和適于代謝產(chǎn)物形成的兩種不同pHpH，不斷調(diào)整，不斷調(diào)整配比來適應上述各種情況和要求，配比來適應上述各種情況和要求，注意每次只限注意每次只限一個變動條件。一個變動條件。v3 3、金屬及非金屬離子的確定、金屬及非金屬離子的確定v有了初步結(jié)

30、果后即培養(yǎng)基成分確定后，先確定有了初步結(jié)果后即培養(yǎng)基成分確定后，先確定一個培養(yǎng)基配比。然后再確定各個重要的金屬一個培養(yǎng)基配比。然后再確定各個重要的金屬及非金屬離子對發(fā)酵的影響，即對及非金屬離子對發(fā)酵的影響，即對各種無機元各種無機元素素的營養(yǎng)要求，試驗其最高、最低和最適用量。的營養(yǎng)要求，試驗其最高、最低和最適用量。v也是通過單因子試驗。也是通過單因子試驗。v4 4、各成分最適濃度的確定、各成分最適濃度的確定v在合成培養(yǎng)基上得出一定結(jié)論后，再做復合培養(yǎng)在合成培養(yǎng)基上得出一定結(jié)論后，再做復合培養(yǎng)基試驗?；囼?。最后試驗最后試驗發(fā)酵條件發(fā)酵條件和和培養(yǎng)基培養(yǎng)基的關系。的關系。v培養(yǎng)基內(nèi)培養(yǎng)基內(nèi)pHpH

31、可由添加的碳酸鈣來調(diào)節(jié)，其他如硝可由添加的碳酸鈣來調(diào)節(jié)，其他如硝酸鈉、硫酸銨也可調(diào)節(jié)。酸鈉、硫酸銨也可調(diào)節(jié)。v由于培養(yǎng)基成分很多，為減少試驗次數(shù)這些可通由于培養(yǎng)基成分很多，為減少試驗次數(shù)這些可通過一些過一些合理的試驗設計方法進行多因子試驗設計合理的試驗設計方法進行多因子試驗設計和試驗，進一步優(yōu)化培養(yǎng)基各成分及最適濃度。和試驗，進一步優(yōu)化培養(yǎng)基各成分及最適濃度。四、培養(yǎng)基優(yōu)化設計的方法生態(tài)模擬生態(tài)模擬參閱文獻參閱文獻組分更換組分更換1、正交試驗法：是安排多因子試驗常用的一種正交試驗法：是安排多因子試驗常用的一種方法，可以用少量的具有代表性的試驗代替全方法，可以用少量的具有代表性的試驗代替全面試驗

32、，較快地取得實驗結(jié)果。面試驗，較快地取得實驗結(jié)果。2、響應面分析法：是數(shù)學和統(tǒng)計學相結(jié)合的一種響應面分析法：是數(shù)學和統(tǒng)計學相結(jié)合的一種方法，綜合了實驗設計和數(shù)學建模，通過局部方法，綜合了實驗設計和數(shù)學建模，通過局部實驗回歸擬合因素與結(jié)果間的全局函數(shù)關系，實驗回歸擬合因素與結(jié)果間的全局函數(shù)關系，得到準確有效的實驗結(jié)論。得到準確有效的實驗結(jié)論。3、均勻設計、均勻設計是將數(shù)論與多元統(tǒng)計結(jié)合起來的一種試驗方法，是將數(shù)論與多元統(tǒng)計結(jié)合起來的一種試驗方法，它具有試驗次數(shù)少，代表性強等優(yōu)點。它具有試驗次數(shù)少，代表性強等優(yōu)點。五、培養(yǎng)基設計時應注意的一些相關問題五、培養(yǎng)基設計時應注意的一些相關問題v培養(yǎng)基設計

33、除要注意前面一些原則外，具體應用培養(yǎng)基設計除要注意前面一些原則外，具體應用時還要注意許多相關的問題，以確保培養(yǎng)基的設時還要注意許多相關的問題，以確保培養(yǎng)基的設計符合一個穩(wěn)定、大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)的需要。計符合一個穩(wěn)定、大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)的需要。v一般要注意以下問題：一般要注意以下問題：v1、原料的預處理、原料的預處理v2、設備的選擇及處理、設備的選擇及處理v3、原材料的質(zhì)量、原材料的質(zhì)量v4、發(fā)酵特性的影響、發(fā)酵特性的影響v5、培養(yǎng)基滅菌、培養(yǎng)基滅菌第四節(jié)第四節(jié) 工業(yè)發(fā)酵中營養(yǎng)基質(zhì)的工業(yè)發(fā)酵中營養(yǎng)基質(zhì)的 配制方法（配制方法（p117-125 ）v一、酒精發(fā)酵機制（酒精發(fā)酵機制（ p84 、295）v二、

34、淀粉質(zhì)原料酒精生產(chǎn)的工藝流程二、淀粉質(zhì)原料酒精生產(chǎn)的工藝流程（ p292-300）v三、淀粉水解的原理三、淀粉水解的原理v四、淀粉水解制糖工藝四、淀粉水解制糖工藝v五、糖蜜原料培養(yǎng)基的制備五、糖蜜原料培養(yǎng)基的制備一、一、 酒精發(fā)酵機制（酒精發(fā)酵機制（p84、295）v（一（一 ）酵母菌的酒精發(fā)酵）酵母菌的酒精發(fā)酵v機理：酵母菌把可發(fā)酵性糖，經(jīng)過細胞內(nèi)酒化酶的機理：酵母菌把可發(fā)酵性糖，經(jīng)過細胞內(nèi)酒化酶的作用，生成乙醇和作用，生成乙醇和CO，然后透過細胞膜將這些產(chǎn)，然后透過細胞膜將這些產(chǎn)物排出體外。物排出體外。v因為酒精酵母不含因為酒精酵母不含 -淀粉酶和淀粉酶和 -淀粉酶等淀粉酶，淀粉酶等淀粉酶

35、，所以它不能直接利用淀粉進行酒精發(fā)酵。因此在利所以它不能直接利用淀粉進行酒精發(fā)酵。因此在利用淀粉原料生產(chǎn)酒精時，用淀粉原料生產(chǎn)酒精時，必須把淀粉轉(zhuǎn)化成可發(fā)酵必須把淀粉轉(zhuǎn)化成可發(fā)酵性糖，才能被淀粉所利用性糖，才能被淀粉所利用。酵母菌通過酵母菌通過EMP途徑的酒精發(fā)酵途徑的酒精發(fā)酵：v酒精發(fā)酵是酵母菌的酒精發(fā)酵是酵母菌的型發(fā)酵：型發(fā)酵：v總反應式：總反應式：v理論轉(zhuǎn)化率：理論轉(zhuǎn)化率：51.11%( (二二) ) 細菌的酒精發(fā)酵細菌的酒精發(fā)酵v少數(shù)假單胞桿菌少數(shù)假單胞桿菌(Pseudomonas) 如，林氏假單胞菌如，林氏假單胞菌(Ps. lindneri) 嗜熱假單胞菌嗜熱假單胞菌(Ps. sac

36、charophila)等等 能利用葡萄糖經(jīng)能利用葡萄糖經(jīng)ED途徑途徑進行酒精發(fā)酵。進行酒精發(fā)酵。v總反應式：總反應式：二、淀粉質(zhì)原料酒精生產(chǎn)的工藝流程二、淀粉質(zhì)原料酒精生產(chǎn)的工藝流程（ p292-300）淀粉質(zhì)原料酒精生產(chǎn)的工藝流程：淀粉質(zhì)原料酒精生產(chǎn)的工藝流程：v1.原料粉碎原料粉碎v2.蒸煮糊化蒸煮糊化v3.糖化曲的制備糖化曲的制備v4.糖化：經(jīng)蒸煮糊化后的醪液，通過糖化：經(jīng)蒸煮糊化后的醪液，通過糖化曲糖化曲的淀粉酶的淀粉酶進行糖化作用生成可進行糖化作用生成可發(fā)酵性糖發(fā)酵性糖，供，供酵母菌利用。酵母菌利用。v4.酵母制備酵母制備v5.酒精發(fā)酵酒精發(fā)酵 v酒精發(fā)酵是屬于厭氣性發(fā)酵，在發(fā)酵過程

37、中進行無酒精發(fā)酵是屬于厭氣性發(fā)酵，在發(fā)酵過程中進行無氧呼吸，在此過程中，發(fā)生著復雜的生物化學變化，氧呼吸，在此過程中，發(fā)生著復雜的生物化學變化，既有糖化醪中淀粉和糊精繼續(xù)被淀粉酶水解生成糖，既有糖化醪中淀粉和糊精繼續(xù)被淀粉酶水解生成糖，也有蛋白質(zhì)在曲霉蛋白酶水解下生成肽和氨基酸。也有蛋白質(zhì)在曲霉蛋白酶水解下生成肽和氨基酸。v這些物質(zhì)一部分被酵母吸收合成菌體細胞，另一部這些物質(zhì)一部分被酵母吸收合成菌體細胞，另一部分則被發(fā)酵，生成酒精和分則被發(fā)酵，生成酒精和CO2。v6.乙醇蒸餾與精餾乙醇蒸餾與精餾 v經(jīng)酵母菌把糖轉(zhuǎn)變成酒精后，在成熟發(fā)酵醪經(jīng)酵母菌把糖轉(zhuǎn)變成酒精后，在成熟發(fā)酵醪內(nèi)，除含有酒精和大量

38、水分外，還含有固形內(nèi)，除含有酒精和大量水分外，還含有固形物和許多雜質(zhì)。物和許多雜質(zhì)。v蒸餾蒸餾：是把發(fā)酵醪液中含有的酒精提純出來，：是把發(fā)酵醪液中含有的酒精提純出來，通過粗餾和精餾，最后取得合乎規(guī)格的酒精，通過粗餾和精餾，最后取得合乎規(guī)格的酒精，同時得到副產(chǎn)物雜醇油，還有大量的酒糟同時得到副產(chǎn)物雜醇油，還有大量的酒糟（也稱廢醪）排除。（也稱廢醪）排除。三、淀粉水解的原理（三、淀粉水解的原理（p118）v淀粉糖化：淀粉糖化：工業(yè)生產(chǎn)中將淀粉通過一定的方法水解工業(yè)生產(chǎn)中將淀粉通過一定的方法水解為葡萄糖的過程稱為淀粉的糖化。所得的糖液稱為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。淀粉

39、水解糖液。v淀粉水解的過程：淀粉水解的過程：v1、淀粉的水解反應：葡萄糖、糊精、低聚糖、麥、淀粉的水解反應：葡萄糖、糊精、低聚糖、麥芽糖等。（主要反應）芽糖等。（主要反應）v2、葡萄糖的復合反應：反應生成的葡萄糖會生成、葡萄糖的復合反應：反應生成的葡萄糖會生成龍膽二糖、異麥芽糖、其他低聚糖。龍膽二糖、異麥芽糖、其他低聚糖。v3、葡萄糖的分解反應：反應生成的另一部分葡萄、葡萄糖的分解反應：反應生成的另一部分葡萄糖會發(fā)生分解反應，生成糖會發(fā)生分解反應，生成5-羥甲基糖醛（色素），羥甲基糖醛（色素），再進一步分解成有機酸、有色物質(zhì)。再進一步分解成有機酸、有色物質(zhì)。四、淀粉水解制糖工藝（四、淀粉水解制

40、糖工藝（p119-125）v淀粉水解糖的制備方法：酸水解、酶水解、酸酶結(jié)合淀粉水解糖的制備方法：酸水解、酶水解、酸酶結(jié)合v（一）酸水解法（一）酸水解法v1 1、調(diào)漿：、調(diào)漿：干淀粉用水調(diào)成干淀粉用水調(diào)成10-11Bx的淀粉乳，加鹽酸的淀粉乳，加鹽酸0.5-0.8至至pH1.5。v2 2、糖化：、糖化：蒸汽加熱，加壓糖化蒸汽加熱，加壓糖化25min。冷卻至。冷卻至80下中和。下中和。v3 3、中和：、中和：燒堿中和，至燒堿中和，至pH4.0-5.0。v4 4、脫色：、脫色：活性炭脫色和脫色樹脂?；钚蕴坑昧繛榛钚蕴棵撋兔撋珮渲；钚蕴坑昧繛?.6-0.8，在在70及酸性條件下攪拌后過濾。及酸性條件下攪拌后過濾。v優(yōu)點：優(yōu)點：工藝簡單、時間短、生產(chǎn)能力大。工藝簡單、時間短、生產(chǎn)能力大。