系統(tǒng)有機化學生化工藝培養(yǎng)基制備課件

1、第三章培養(yǎng)基制備第三章培養(yǎng)基制備 2系統(tǒng)有機化學生化工藝培養(yǎng)基制備知識目標1.掌握培養(yǎng)基的常見原材料；2.掌握淀粉水解糖的制備方法；3.掌握培養(yǎng)基的滅菌方法。能力目標1.能夠根據生產要求選擇合適培養(yǎng)基；2.在生產中，能根據企業(yè)現狀選擇合適的培養(yǎng)基滅菌方法。3系統(tǒng)有機化學生化工藝培養(yǎng)基制備第一節(jié)工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基第一節(jié)工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基 一、培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分及用途 光 光能自養(yǎng) 自養(yǎng)菌 氫、硫、氨 化能自養(yǎng) 1.能源 亞硝酸鹽、亞鐵鹽 碳水化合物等有機物 石油天然氣和石油化工產品（如醋酸）異養(yǎng)菌 功能：生長、繁殖需要4系統(tǒng)有機化學生化工藝培養(yǎng)基制備 碳酸鹽 2.碳源 淀粉水解糖、糖蜜、亞硫酸鹽紙漿廢液等

2、 石油、正構石蠟、天然氣 醋酸、甲醇、乙醇等石油化工產品 功能：提供能量、構成菌體、代謝產物的物質基礎5系統(tǒng)有機化學生化工藝培養(yǎng)基制備 有機氮：黃豆餅粉、花生餅粉、玉米漿、蛋白胨、 3.氮源 酵母粉、魚粉、發(fā)酵菌絲體、酒糟水等 無機氮： 尿素、硫酸銨、氨水、硝酸鹽 功能：構成菌體、含氮代謝物；6系統(tǒng)有機化學生化工藝培養(yǎng)基制備 磷酸鹽、鉀鹽、鈣鹽等礦物鹽4.無機鹽 鐵、錳、鈷等微量元素 功能：構成菌體，參與酶的組成，維持酶活性，調節(jié)滲透 壓，調節(jié)pH值，維持氧化還原電位；5.生長因子 硫胺素、生物素、對氨基苯甲酸、肌醇等 功能：酶的輔助部分7系統(tǒng)有機化學生化工藝培養(yǎng)基制備6前體、促進劑與抑制劑

3、發(fā)酵培養(yǎng)基中某些成分的加入有利于調節(jié)產物的形成，而并不促進微生物的生長，這些物質包括前體、促進劑和抑制劑。8系統(tǒng)有機化學生化工藝培養(yǎng)基制備（1）前體 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程中結合到產物分子中去，而其自身的結構沒有多大的變化，但產物的產量卻因加入前體而有較大的提高。 如：在青霉素生產中加入玉米漿，青霉素產量可從20u/mL增加到100u/mL，研究發(fā)現玉米漿中的苯乙胺被有限結合到青霉素分子中，從而提高了青霉素G的產量。9系統(tǒng)有機化學生化工藝培養(yǎng)基制備10系統(tǒng)有機化學生化工藝培養(yǎng)基制備（2）促進劑 指那些既不是營養(yǎng)物又不是前體，但卻能提高產量的添加劑。 比如在

4、酶制劑發(fā)酵過程中，加入誘導物、表面活性劑及其它一些產酶促進劑（比如吐溫80、植酸、洗衣粉等）11系統(tǒng)有機化學生化工藝培養(yǎng)基制備（3）抑制劑 在發(fā)酵過程中加入抑制劑會抑制某些代謝途徑的進行，同時會使另外一些代謝途徑活躍，從而獲得人們所需要的某種產物。 例如：微生物發(fā)酵生產甘油中，例如亞硫酸氫鈉，它與代謝過程中的乙醛生成加成物。12系統(tǒng)有機化學生化工藝培養(yǎng)基制備-磷酸磷酸甘油的合成甘油的合成糖原糖原1-P-1-P-葡萄糖葡萄糖6-P6-P葡萄糖葡萄糖EMPEMP途徑途徑6-P-6-P-果糖果糖 磷酸酶磷酸酶 -磷酸甘油脫氫酶磷酸甘油脫氫酶 甘油甘油 -磷酸甘油磷酸甘油磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮 NA

5、DNAD+ + NADHH NADHH+ + 3- 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 丙酮酸羧化支路丙酮酸羧化支路 丙酮酸丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 丙氨酸丙氨酸13系統(tǒng)有機化學生化工藝培養(yǎng)基制備7.水分功能：生化反應均在水溶液中進行14系統(tǒng)有機化學生化工藝培養(yǎng)基制備第二節(jié) 培養(yǎng)基的類型及選擇 1.依營養(yǎng)物質的來源分類 天然培養(yǎng)基； 合成培養(yǎng)基：也稱組合培養(yǎng)基（多用于定量研究）； 半合成培養(yǎng)基：（用的最多，在部分天然有機碳源、氮源、生長因子的基礎上，適當加入一些化學藥品）；15系統(tǒng)有機化學生化工藝培養(yǎng)基制備2.依培養(yǎng)基的物理狀態(tài)來分：（1）固體培養(yǎng)基 A、凝固培養(yǎng)基 ：即遇熱可融化，冷卻后

6、則凝固的固體培養(yǎng)基。 B、天然固體培養(yǎng)基：由天然固體狀基質直接制成的培養(yǎng)基，如麩皮，米糠，木屑等。（2）半固體培養(yǎng)基 加入0.5%左右的瓊脂作為凝固劑，形成的培養(yǎng)基稱之半固體培養(yǎng)基。 主要用于菌種鑒定，觀察細菌運動特征及噬菌體的效價測定等。（3）液體培養(yǎng)基； 培養(yǎng)基中8090%是水。16系統(tǒng)有機化學生化工藝培養(yǎng)基制備3.依培養(yǎng)基的用途來分 （1）孢子培養(yǎng)基 （2）種子培養(yǎng)基 （3) 發(fā)酵培養(yǎng)基 （4）補料培養(yǎng)基 （5）加富培養(yǎng)基 （6）選擇培養(yǎng)基 （7）鑒別培養(yǎng)基 （8）增殖和保存培養(yǎng)基 （9）富集培養(yǎng)基 （10）測定培養(yǎng)基17系統(tǒng)有機化學生化工藝培養(yǎng)基制備三、發(fā)酵培養(yǎng)基的選擇（一）、配制培養(yǎng)

7、基的原則1.根據不同微生物的營養(yǎng)需要配制不同的培養(yǎng)基2.注意各營養(yǎng)物質的濃度和配比3.調節(jié)適宜的物理化學條件4.根據培養(yǎng)微生物的目的配制5.盡量使用廉價易得的原料18系統(tǒng)有機化學生化工藝培養(yǎng)基制備1.查閱文獻2.借助優(yōu)選法或正交試驗法精心設計培養(yǎng)基配方3.實驗比較 實驗的規(guī)模一般由定性到定量，由小到大。 發(fā)酵培養(yǎng)基的用途與要求、成分、配比經實驗確定，配制時兼顧原料來源、成本及工藝管理；（二）、選擇培養(yǎng)基的方法19系統(tǒng)有機化學生化工藝培養(yǎng)基制備第三節(jié) 培養(yǎng)基的配制一、培養(yǎng)基的配制原則 培養(yǎng)基的必須提供合成微生物細胞和發(fā)酵產物的基本成分； 有利于減少培養(yǎng)基原料的單耗，單位營養(yǎng)物質所合成產物數量大或

8、產率大； 有利于提高培養(yǎng)基產物的濃度，以提高單位窖發(fā)酵罐的生產能力； 有利于提高產物的合成速度，縮短發(fā)酵周期； 盡量減少副產物的形成； 減少對發(fā)酵過程中通氣攪拌的影響，有利于提高氧的利用率、降低能耗； 有利于產品的分離和純化；并盡可能減少產生“三廢”的物質。20系統(tǒng)有機化學生化工藝培養(yǎng)基制備1根據微生物的培養(yǎng)需要。2營養(yǎng)成分比例恰當3滲透壓4pH值5氧化還原電位 在配制培養(yǎng)基時，還要考慮到營養(yǎng)成分的加入順序，為了避免生成沉淀而造成營養(yǎng)成分的損失，加入順序一般為先加入緩沖化合物，溶解后加入主要物質，然后加入維生素，氨基酸等生長素類物質。21系統(tǒng)有機化學生化工藝培養(yǎng)基制備二、培養(yǎng)基成分配比的選擇

9、培養(yǎng)基的組分（包括這些組分的來源和加入方法）、配比、緩沖能力、黏度、消毒是否徹底、消毒后營養(yǎng)破壞的程度及原料中雜質的含量都對菌體生長和產物形成有影響。22系統(tǒng)有機化學生化工藝培養(yǎng)基制備三、配置培養(yǎng)基的基本過程 配置培養(yǎng)基的基本流程如下： 原料稱量溶解調節(jié)pH值過濾澄清分裝塞棉塞和包扎滅菌 23系統(tǒng)有機化學生化工藝培養(yǎng)基制備1.原料稱量、溶解 根據培養(yǎng)基配方，準確稱取各種原料成分，在容器（常采用鋁鍋或不銹鋼鍋）中先加所需水量的一半，然后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胨、牛肉膏等可事先在小容器中加水少許并加熱溶解后再沖入容器中，有些原料需用量很小，不易稱量，

10、可先配成高濃度的溶液，在按比例換算后取一定體積的溶液加入容器中。 2.酸堿度（pH值）的調整 常用鹽酸及氫氧化鈉溶液進行調節(jié)。3.培養(yǎng)基的過濾和澄清 培養(yǎng)基過濾和澄清的方法，有以下幾種： 紗布過濾；棉花過濾；保溫過濾24系統(tǒng)有機化學生化工藝培養(yǎng)基制備4.培養(yǎng)基的分裝 培養(yǎng)基中如有某些不溶于水的原料（如碳酸鈣），應在分裝前不斷攪拌，使成懸浮狀態(tài)，才能均勻的分裝到各容器內。 培養(yǎng)基的分裝量，必須依照使用目的及試驗的具體情況決定。5.塞棉塞和包扎 加棉塞的作用主要在于阻止外界微生物進入培養(yǎng)基內，防止由此可能導致的污染，同時還可保證良好的通氣性能，使微生物能不斷的花獲得無菌空氣。 25系統(tǒng)有機化學生化

11、工藝培養(yǎng)基制備6.培養(yǎng)基滅菌 一般情況下，經分裝、塞棉塞、包扎后，應立即進行滅菌 滅菌后，需做斜面的試管，應趁熱及時擺成斜面，斜面也可在特制的斜面架上擺放，斜面的斜度要適當，使斜面的長度約為管長的1/3。 7.培養(yǎng)基的貯存 對含有染料或其它對光敏感物質的培養(yǎng)基，要特別注意避光保存，特別是要避免陽光的長時間直接照射。 26系統(tǒng)有機化學生化工藝培養(yǎng)基制備四、固體曲料的配制 直接用固體原料加水拌成的固體培養(yǎng)基叫做曲料。1.曲料的組成原料2.曲料的加水量 一般情況下，可掌握加水量在1:11:1.5倍于原料重量。檢驗標志是：加水后用手攥起來，稍用力擠握，指縫間有水珠溢出而不滴下為度。3.曲料酸堿度的調整

12、27系統(tǒng)有機化學生化工藝培養(yǎng)基制備第四節(jié)第四節(jié) 淀粉水解糖的制備淀粉水解糖的制備淀粉水解糖的制備方法1.酸解法：定義：以酸（無機酸或有機酸）為催化劑，在高溫高壓下將淀粉水解為葡萄糖的方法。優(yōu)點：設備要求簡單，水解時間短（20min），設備生產能力大。缺點：高溫高壓下進行，設備要求耐腐蝕、耐高溫、耐高壓，副反應多，對原料要求嚴格，淀粉顆粒不宜過大，淀粉乳濃度不能過高。28系統(tǒng)有機化學生化工藝培養(yǎng)基制備29系統(tǒng)有機化學生化工藝培養(yǎng)基制備2.酶解法：（雙酶水解法） 定義：用淀粉酶將淀粉水解為葡萄糖的過程。一般分為兩步：第一步是利用淀粉酶將淀粉液化轉為糊精及低聚糖，使淀粉的可溶性增加，這個過程稱為液化

13、。第二步是利用糖化酶將糊精或低聚糖進一步水解，轉變?yōu)槠咸烟堑倪^程，稱為糖化。也稱雙酶法。30系統(tǒng)有機化學生化工藝培養(yǎng)基制備-淀粉酶（液化）葡萄糖淀粉酶（糖化）優(yōu)點：（1）反應條件溫和。 （2）酶的專一性強，副反應少。 （3）可在較高的淀粉乳濃度下水解。 （4）糖液的營養(yǎng)物質豐富。 （5）糖液色澤淺，無苦味，有利于糖液的精制。缺點：時間長（23）天，要求的設備多，糖液過濾困難。31系統(tǒng)有機化學生化工藝培養(yǎng)基制備1調漿配料槽；調漿配料槽； 2，8過濾器；過濾器；3，9，14，17泵；泵；4，10噴射加噴射加熱器；熱器；5緩沖器；緩沖器；6液化層流罐；液化層流罐；7液化液貯槽；液化液貯槽；11滅菌罐

14、；滅菌罐；12板式換熱器；板式換熱器；13糖化罐；糖化罐；15壓濾機；壓濾機；16糖化暫貯槽；糖化暫貯槽；18貯貯糖槽糖槽雙酶法制糖工藝流程圖雙酶法制糖工藝流程圖32系統(tǒng)有機化學生化工藝培養(yǎng)基制備3.酸酶結合法 酸酶法 酶酸法33系統(tǒng)有機化學生化工藝培養(yǎng)基制備淀粉制糖過程考察指標 DE值：糖化液中還原糖含量值：糖化液中還原糖含量(以葡萄糖以葡萄糖計計)占干物質的百分率為占干物質的百分率為DE值值 %100%）干物質含量（）還原糖含量（值DE34系統(tǒng)有機化學生化工藝培養(yǎng)基制備 第五節(jié) 培養(yǎng)基的滅菌一、消毒與滅菌在發(fā)酵工業(yè)中的應用 消毒：消毒：指用物理和化學方法殺死物料、容器、器具內外的病源微生物

15、。一般只能殺死營養(yǎng)細胞而不能殺死細菌芽孢。 滅菌：滅菌：用物理或化學方法殺死或除去環(huán)境中所有微生物，包括營養(yǎng)細胞、細菌芽孢。消滅雜菌和防止雜菌污染。35系統(tǒng)有機化學生化工藝培養(yǎng)基制備二、滅菌方法： 干熱滅菌、濕熱滅菌、物理滅菌（射線、微波等）、化學滅菌（各種化學藥品）；1.干熱滅菌法 灼燒滅菌、在電熱或紅外線在設備內加熱 主要用于保持干燥的物料、器具等36系統(tǒng)有機化學生化工藝培養(yǎng)基制備 2.濕熱滅菌法 借助蒸汽釋放的熱使微生物細胞中的蛋白質、酶和核酸分子內部的化學鍵，特別是氫鍵受到破壞，引起不可逆的變性，使微生物死亡。優(yōu)點優(yōu)點：1）蒸汽來源容易，操作費用低廉，本身無毒 2)蒸汽具有很強的穿透力

16、，滅菌易于徹 3）蒸汽均有很大的潛熱，冷凝后的水分有利于濕熱滅菌 4）蒸汽輸送可借助本身的壓強，調節(jié)方便，技術管理容易缺點缺點：1)設備費用高 2）不能用于怕受潮的物料滅菌37系統(tǒng)有機化學生化工藝培養(yǎng)基制備3.射線滅菌 紫外線4.化學藥品滅菌法表面消毒劑 高錳酸鉀溶液：0.10.25%、漂白粉 、75的酒精、新潔爾滅和杜滅芬、甲醛 37、戊二醛、過氧乙酸、焦碳酸二乙酯、酚類38系統(tǒng)有機化學生化工藝培養(yǎng)基制備三、培養(yǎng)基的滅菌方法（一）分批滅菌 將配制好的培養(yǎng)基輸入發(fā)酵罐內，直接用蒸汽加熱，達到滅菌要求的溫度和壓力后維持一定的時間，再冷卻至發(fā)酵要求的溫度，稱為分批發(fā)酵或實罐滅菌。39系統(tǒng)有機化學生

17、化工藝培養(yǎng)基制備1.分批滅菌的操作過程（實罐滅菌）（1）培養(yǎng)基的預熱培養(yǎng)基的預熱 培養(yǎng)基先加熱到8090，然后再導入蒸汽升溫到120180。 目的：目的： 1）防止直接導入蒸汽時由于培養(yǎng)基與蒸汽的溫度過大而產生大量的冷凝水使培養(yǎng)基稀釋 。 2）防止直接導入蒸汽所造成的泡沫急劇上升而引起的物料外溢。40系統(tǒng)有機化學生化工藝培養(yǎng)基制備（2）培養(yǎng)基滅菌）培養(yǎng)基滅菌 從各路通入蒸汽（進氣口、排料口、取樣口），溫度升到120130，保溫30min41系統(tǒng)有機化學生化工藝培養(yǎng)基制備2.分批滅菌的注意事項（1）各路蒸汽進口要暢通，防止短路逆流；罐內液體翻動要劇烈，以使罐內物料達到均一的滅菌溫度。（2）排氣量不宜過大，以節(jié)約蒸汽。（3）滅菌將要結束時，應立即引入無菌空氣以保持罐壓，然后開夾套或蛇管冷卻，以避免罐壓迅速下降產生負壓而吸入外界空氣，或引起發(fā)酵罐破壞。（4）在引入無菌空氣前，罐內壓力必須低于過濾器壓力，否則培養(yǎng)基將倒流入過濾器。42系統(tǒng)有機化學生化工藝培養(yǎng)基制備（二）連續(xù)滅菌（二）連續(xù)滅菌（連消） 培養(yǎng)基經過