培養(yǎng)基的制備(資料)

1、工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基的設計*編號： *標題：工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基的設計英文標題：簡介： *中文關鍵詞：工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基的設計*難度：中等 *正文：一般來講培養(yǎng)基的選擇首先是培養(yǎng)基成分的確定，然后再決定各成分之間如何最佳的復配。由于培養(yǎng)基的組分(包括這些組分的來源和加工方法)、配比、緩沖能力、黏度、消毒是否徹底、消毒后營養(yǎng)破壞的程度以及原料中雜質的含量都對菌體生長和產物形成有影響，但目前還不能完全從生化反應的基本原理來推斷和計算出適合某一菌種的培養(yǎng)基配方，只能用生物化學、細胞生物學、微生物學等的基本理論，參照前人所使用的較適合某一類菌種的經驗配方，再結合所用菌種和產品的特性，采用搖瓶、玻璃罐等小型發(fā)酵設備，按

2、照一定的實驗設計和實驗方法選擇出較為適合的培養(yǎng)基。盡管用于發(fā)酵工業(yè)的培養(yǎng)基配制缺乏一定的理論性，但近百年來發(fā)酵工業(yè)的不斷發(fā)展和有關學科的發(fā)展，為我們提供了相當豐富的經驗和理論依據(jù)。1.培養(yǎng)基成分選擇的原則 在考慮某一菌種對培養(yǎng)基的總體要求時，在成分選擇時應注意以下幾個方面的問題。 (1)菌體的同化能力 一般只有小分子能夠通過細胞膜進入細胞體內進行代謝。微生物能夠利用復雜的大分子是由于微生物能夠分泌各種各樣的水解酶類，在體外將大分子水解為微生物能夠直接利用的小分子物質。由于微生物來源和種類的不同，所能分泌的水解酶系是不一樣的。因此有些微生物由于水解酶系的缺乏只能夠利用簡單的物質，而有些微生物則可

3、以利用較為復雜的物質。因而在考慮培養(yǎng)基成分選擇的時候，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。這一點在碳源和氮源的選取時特別要注意。許多碳源和氮源都是復雜的有機物大分子，如淀粉、黃豆餅粉等，用這類原料作為培養(yǎng)基，微生物必須要具備分泌胞外淀粉酶和蛋白酶的能力，但不是所有的微生物都具備這種能力的。對于酵母，一般僅能利用23糖，最多為4糖，因此釀造行業(yè)用糧食原料制酒時，對于原材料必須經過一系列的處理，最終獲得酵母能夠利用的碳源。如以中國為代表的制曲(大曲中含有豐富的淀粉酶和糖化酶，可以將淀粉轉化為糖)釀酒工藝，國外以麥芽(麥芽中含有豐富的淀粉水解酶類，可以將淀粉轉化

4、為麥芽糖)制酒為代表的釀酒工藝，這些都是千百年來廣大勞動人民實踐的結果。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)先加以考慮。但工業(yè)上由于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)生產上將淀粉水解為葡萄糖的過程成為淀粉的“糖化”，所得的糖液稱為淀粉水解糖。淀粉水解糖液中主要的糖類是葡萄糖。因水解條件的不同，糖液中尚有少量的麥芽糖及其他一些二糖、低聚糖等復合糖類，這些低聚糖的存在不僅降低了原料的利用率，而且會影響糖液的質量，降低糖液可發(fā)酵的營養(yǎng)成分。除此以外原料中帶來的雜質如蛋白質、脂肪等以及其分解產物也混于糖液中。因此為了保證發(fā)酵正常生產，水解糖液

5、必須達到一定的質量指標(下表)。影響淀粉水解糖的質量因素除原料外很大程度和制備方法密切有關，目前淀粉水解糖的制備方法分酸法、酸酶法和雙酶法，其中以雙酶法制得的糖液質量最好。相關素材：KC00901116TP01谷氨酸生產中糖液的質量指標相關素材：KC00901116TP02 不同糖化工藝所得糖液質量的比較對于氮源一樣，許多有機氮源都是復雜的大分子蛋白質。有些微生物，如大多數(shù)氨基酸產生菌，缺乏蛋白質分解酶，不能直接分解蛋白質必須將有機氮源水解后才能被利用。常用的有大豆餅、花生餅粉和毛發(fā)的水解液。各種蛋白質水解液的氨基酸含量見表34。豆餅水解液制備方法如下：豆餅粉(100 kg)+水(133 kg

6、)+鹽酸，調pHl0以下，100，常壓水解16h，或02503MPa壓力水解6h，也可用硫酸水解，用氨中和。相關素材：KC00901116TP03各種蛋白質水解液的氨基酸含量(2) 代謝的阻遏和誘導在配制培養(yǎng)基考慮碳源和氮源時。應根據(jù)微生物的特性和培養(yǎng)的目的，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，避其所短。對于快速利用的碳源葡萄糖來講，當菌體利用葡萄糖時產生的分解代謝產物會阻遏或抑制某些產物合成所需的酶系的形成或酶的活性，即發(fā)生葡萄糖效應。因此在抗生素發(fā)酵時，作為種子培養(yǎng)時的培養(yǎng)基所含的快速利用的碳源和氮源往往比作為合成目的產物發(fā)酵培養(yǎng)時的培養(yǎng)基所含的多。當

7、然也可考慮分批補料或連續(xù)補料的方式，以及在基礎培養(yǎng)基中添加諸如磷酸三鎂等稱為銨離子捕捉劑的化合物來控制微生物對底物的合適的利用速率，以解除所謂的“葡萄糖效應”來得到更多的目的產物。另外，對于孢子培養(yǎng)基的配制來說，營養(yǎng)不能太豐富(特別是有機氮源)，否則只長營養(yǎng)菌絲而不產孢子。這種培養(yǎng)基中所用無機鹽濃度要適量，不然也會影響孢子量和孢子顏色。如對于酶制劑生產，應考慮碳源的分解代謝阻遏的影響，對許多誘導酶來說易被利用的碳源(例如葡萄糖與果糖等)不利于產酶，而一些難被利用的碳源(如淀粉、糊精等)對產酶是有利的(表35)。因而淀粉糊精等多糖也是常用的碳源，特別是在酶制劑生產中幾乎都選用淀粉類原料作為碳源。

8、微生物利用氮源的能力因菌種、菌齡的不同而有差異。多數(shù)能分泌胞外蛋白酶的菌株，在有機氮源(蛋白質)上可以良好地生長。同一微生物處于生長不同階段時，對氮源的利用能力不同，在生長早期容易利用易同化的銨鹽和氨基氮，在生長中期則由于細胞的代謝酶系已經形成則利用蛋白質的能力增強。因此在培養(yǎng)基中有機和無機氮源應當混合使用。有些產物會受氮源的誘導與阻遏，這在蛋白酶的生產中表現(xiàn)尤為明顯，除個別外(例如黑曲霉生產酸性蛋白酶需高濃度的銨鹽)，通常蛋白酶的生產受培養(yǎng)基中蛋白質或多肽的誘導，而受銨鹽、硝酸鹽氨基酸的阻遏。這時在培養(yǎng)基氮源選取時應考慮以有機氮源(蛋白質類)為主。相關素材：KC00901116TP04碳源對

9、生產和產酶的影響(3)合適的C、N比 培養(yǎng)基中碳氮比對微生物生長繁殖和產物合成的影響極為顯著。氮源過多，會使菌體生長過于旺盛，pH偏高，不利于代謝產物的積累；氮源不足，則菌體繁殖量少，從而影響產量。碳源過多則容易形成較低的pH；若碳源不足則容易引起菌體的衰老和自溶。另外，碳氮比不當還會引起菌體按比例的吸收營養(yǎng)物質，從而直接影響菌體的生長和產物的合成。 微生物在不同的生長階段，其對碳氮比的最適要求也不一樣。一般來講，因為碳源既作為碳架參與菌體和產物的合成又作為生命過程中的能源，所以比例要求比氮源高。一般工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基的碳氮比為100：(0220)。但在谷氨酸發(fā)酵中因為產物含氮量較多，所以氮源比例就相對高些。如在谷氨酸生產中取的碳氮比為100：(1521)；若碳氮比例為100：(0520)，則出現(xiàn)只長菌體而幾乎不合成谷氨酸的現(xiàn)象。應該指出的是，碳氮比也隨碳源及氮源的種類以及通氣攪拌等條件而異，因此很難確定一個統(tǒng)一的比值。(4) pH的要求 微生物的生長和代謝除了需要適宜的營養(yǎng)環(huán)境外，其他環(huán)境因子也應處于適宜的狀態(tài)。其中pH是極為重要的一個環(huán)境因子。微生物在利用營養(yǎng)物質后，由于酸堿物質的積累或代謝酸堿物質的形成會造成培養(yǎng)體系pH的波動。發(fā)酵過程中調節(jié)pH的方式一般不主張直接用酸堿來調節(jié)，因為培養(yǎng)基pH的異常波動常常是由于某些營養(yǎng)成分的過多(或