第三章 發(fā)酵培養(yǎng)基

1、發(fā)酵培養(yǎng)基的要求發(fā)酵培養(yǎng)基的要求 培養(yǎng)基能夠滿(mǎn)足產(chǎn)物最經(jīng)濟(jì)的合成。培養(yǎng)基能夠滿(mǎn)足產(chǎn)物最經(jīng)濟(jì)的合成。 發(fā)酵后所形成的副產(chǎn)物盡可能的少。發(fā)酵后所形成的副產(chǎn)物盡可能的少。 培養(yǎng)基的原料應(yīng)因地制宜，價(jià)格低廉；且性能穩(wěn)定，資源培養(yǎng)基的原料應(yīng)因地制宜，價(jià)格低廉；且性能穩(wěn)定，資源 豐富，便于采購(gòu)運(yùn)輸，適合大規(guī)模儲(chǔ)藏，能保證生產(chǎn)上的豐富，便于采購(gòu)運(yùn)輸，適合大規(guī)模儲(chǔ)藏，能保證生產(chǎn)上的 供應(yīng)。供應(yīng)。 所選用的培養(yǎng)基應(yīng)能滿(mǎn)足總體工藝的要求，如不應(yīng)該影響所選用的培養(yǎng)基應(yīng)能滿(mǎn)足總體工藝的要求，如不應(yīng)該影響 通氣、提取、純化及廢物處理等。通氣、提取、純化及廢物處理等。二、 培養(yǎng)基的類(lèi)型及功能1、按純度、按純度 合成培養(yǎng)基

2、合成培養(yǎng)基 : 原料其化學(xué)成分明確、穩(wěn)定原料其化學(xué)成分明確、穩(wěn)定 重復(fù)性強(qiáng)重復(fù)性強(qiáng) 天然培養(yǎng)基天然培養(yǎng)基: 采用天然原料采用天然原料 適合于各類(lèi)微生物的生長(zhǎng)，而一般自養(yǎng)生物不能生長(zhǎng)適合于各類(lèi)微生物的生長(zhǎng)，而一般自養(yǎng)生物不能生長(zhǎng)半合成養(yǎng)基半合成養(yǎng)基: 既含有天然原料，又含有化學(xué)藥品既含有天然原料，又含有化學(xué)藥品 應(yīng)用范圍廣泛應(yīng)用范圍廣泛2、按物理狀態(tài)、按物理狀態(tài)固體培養(yǎng)基、半固體培養(yǎng)基、液體培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基、半固體培養(yǎng)基、液體培養(yǎng)基3、按用途（從發(fā)酵生產(chǎn)應(yīng)用考慮）、按用途（從發(fā)酵生產(chǎn)應(yīng)用考慮） 培養(yǎng)基按其用途可分為培養(yǎng)基按其用途可分為孢子（斜面）孢子（斜面）培養(yǎng)基、培養(yǎng)基、種子種子培養(yǎng)基培養(yǎng)基和

3、和發(fā)酵發(fā)酵培養(yǎng)基三種培養(yǎng)基三種 孢子孢子培養(yǎng)基是供制備孢子用的培養(yǎng)基；營(yíng)養(yǎng)不宜豐富培養(yǎng)基是供制備孢子用的培養(yǎng)基；營(yíng)養(yǎng)不宜豐富種子種子培養(yǎng)基是滿(mǎn)足菌種生長(zhǎng)的培養(yǎng)基；營(yíng)養(yǎng)豐富，濃度不高；培養(yǎng)基是滿(mǎn)足菌種生長(zhǎng)的培養(yǎng)基；營(yíng)養(yǎng)豐富，濃度不高；與發(fā)酵培養(yǎng)基成分接近與發(fā)酵培養(yǎng)基成分接近發(fā)酵發(fā)酵培養(yǎng)基是滿(mǎn)足大生產(chǎn)中大量菌體生長(zhǎng)和繁殖以及代謝產(chǎn)培養(yǎng)基是滿(mǎn)足大生產(chǎn)中大量菌體生長(zhǎng)和繁殖以及代謝產(chǎn)物積累的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)。物積累的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)。第二節(jié) 發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來(lái)源 一、碳源一、碳源1、作用、作用提供微生物菌種的生長(zhǎng)繁殖所需的能源和合成菌體所必需提供微生物菌種的生長(zhǎng)繁殖所需的能源和合成菌體所必需的碳成分的碳成分 提供合成

4、目的產(chǎn)物所必須的碳成分提供合成目的產(chǎn)物所必須的碳成分2、來(lái)源、來(lái)源糖類(lèi)、油脂、有機(jī)酸、烴和醇類(lèi)糖類(lèi)、油脂、有機(jī)酸、烴和醇類(lèi)3、工業(yè)上常用的糖類(lèi)、工業(yè)上常用的糖類(lèi) 葡萄糖葡萄糖 所有的微生物都能利用葡萄糖所有的微生物都能利用葡萄糖 但是會(huì)引起葡萄糖效應(yīng)但是會(huì)引起葡萄糖效應(yīng)q 工業(yè)上常用淀粉水解糖工業(yè)上常用淀粉水解糖，但是糖液必須達(dá)到一定的質(zhì)，但是糖液必須達(dá)到一定的質(zhì)量指標(biāo)量指標(biāo)不同的制糖工藝生產(chǎn)的糖液質(zhì)量差別很大不同的制糖工藝生產(chǎn)的糖液質(zhì)量差別很大 糖蜜糖蜜糖蜜是制糖生產(chǎn)時(shí)的結(jié)晶母液，它是制糖工業(yè)的副產(chǎn)物糖蜜是制糖生產(chǎn)時(shí)的結(jié)晶母液，它是制糖工業(yè)的副產(chǎn)物。 糖蜜主要含有蔗糖，總糖可達(dá)糖蜜主要含有蔗

5、糖，總糖可達(dá)50%75%。一般糖蜜分。一般糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜。不用加工方法對(duì)甘蔗糖蜜的影響不用加工方法對(duì)甘蔗糖蜜的影響糖蜜使用的注意點(diǎn)：糖蜜使用的注意點(diǎn)：除糖份外，含有較多的雜質(zhì)，其中有些是有用的，但是許除糖份外，含有較多的雜質(zhì)，其中有些是有用的，但是許多都會(huì)對(duì)發(fā)酵產(chǎn)生不利的影響，需要進(jìn)行預(yù)處理。多都會(huì)對(duì)發(fā)酵產(chǎn)生不利的影響，需要進(jìn)行預(yù)處理。例：谷氨酸發(fā)酵例：谷氨酸發(fā)酵有害物資：膠體成分（起泡、結(jié)晶）、鈣鹽（結(jié)晶）有害物資：膠體成分（起泡、結(jié)晶）、鈣鹽（結(jié)晶） 生物素（發(fā)酵控制）生物素（發(fā)酵控制）預(yù)處理：澄清預(yù)處理：澄清脫鈣脫鈣脫除生物素脫除生物素例：檸檬酸發(fā)酵例：檸檬酸

6、發(fā)酵有害物質(zhì)：鐵離子含量高（導(dǎo)致異檸檬酸的生成）有害物質(zhì)：鐵離子含量高（導(dǎo)致異檸檬酸的生成）預(yù)處理：預(yù)處理：黃血鹽黃血鹽 淀粉、糊精淀粉、糊精使用條件：微生物必須能分泌水解淀粉、糊精的酶類(lèi)使用條件：微生物必須能分泌水解淀粉、糊精的酶類(lèi)缺點(diǎn)：難利用、缺點(diǎn)：難利用、 發(fā)酵液比較稠、一般發(fā)酵液比較稠、一般2.0%時(shí)加入一定的時(shí)加入一定的-淀粉酶淀粉酶 成分比較復(fù)雜，有直鏈淀粉和支鏈淀粉等等。成分比較復(fù)雜，有直鏈淀粉和支鏈淀粉等等。優(yōu)點(diǎn)：來(lái)源廣泛、價(jià)格低優(yōu)點(diǎn)：來(lái)源廣泛、價(jià)格低 難利用，可以解除葡萄糖效應(yīng)難利用，可以解除葡萄糖效應(yīng)例：地衣芽孢桿菌生產(chǎn)例：地衣芽孢桿菌生產(chǎn)-淀粉酶淀粉酶碳源對(duì)生長(zhǎng)和產(chǎn)酶的影

7、響碳源對(duì)生長(zhǎng)和產(chǎn)酶的影響碳源碳源 細(xì)胞量細(xì)胞量 -淀粉酶淀粉酶葡萄糖葡萄糖 4.2 0 蔗糖蔗糖 4.02 0糊精糊精 3.06 38.2淀粉淀粉 3.09 40.2該淀粉酶是誘導(dǎo)酶。該淀粉酶是誘導(dǎo)酶。4.油和脂肪油和脂肪微生物需具有脂肪酶。微生物需具有脂肪酶。分解脂肪的需氧量大。分解脂肪的需氧量大。低濃度的高級(jí)脂肪酸可刺激細(xì)菌生長(zhǎng)，但濃度較高低濃度的高級(jí)脂肪酸可刺激細(xì)菌生長(zhǎng)，但濃度較高時(shí)往往有毒害作用。時(shí)往往有毒害作用。常用：常用：豆油、花生油、菜籽油、棉籽油等豆油、花生油、菜籽油、棉籽油等5.有機(jī)酸有機(jī)酸如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸等低級(jí)脂肪酸；如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸等低級(jí)脂肪酸；乳酸、檸檬

8、酸、反丁烯二酸、琥珀酸、蘋(píng)果酸、乳酸、檸檬酸、反丁烯二酸、琥珀酸、蘋(píng)果酸、-酮酸、酮酸、酒石酸等。酒石酸等。注意發(fā)酵液酸堿度變化。注意發(fā)酵液酸堿度變化。6.烴和醇類(lèi)烴和醇類(lèi)正烷烴已用于有機(jī)酸、氨基酸、維生素、抗生素和正烷烴已用于有機(jī)酸、氨基酸、維生素、抗生素和酶制劑的工業(yè)發(fā)酵中。酶制劑的工業(yè)發(fā)酵中。醇類(lèi)中甘露醇、醇類(lèi)中甘露醇、甘油甘油、低濃度的乙醇都可作為碳源。、低濃度的乙醇都可作為碳源。二、氮源二、氮源主要用于構(gòu)成菌體細(xì)胞物質(zhì)（氨基酸，蛋白質(zhì)、核酸等）主要用于構(gòu)成菌體細(xì)胞物質(zhì)（氨基酸，蛋白質(zhì)、核酸等）和含氮代謝物。和含氮代謝物。常用的氮源可分為兩大類(lèi)：有機(jī)氮源和無(wú)機(jī)氮源。常用的氮源可分為兩大

9、類(lèi)：有機(jī)氮源和無(wú)機(jī)氮源。 1、無(wú)機(jī)氮源、無(wú)機(jī)氮源種類(lèi)種類(lèi)：銨鹽、硝酸鹽和氨水：銨鹽、硝酸鹽和氨水特點(diǎn)特點(diǎn)：微生物對(duì)它們的吸收快，所以也稱(chēng)為快速利用的：微生物對(duì)它們的吸收快，所以也稱(chēng)為快速利用的氮源。但無(wú)機(jī)氮源的迅速利用常會(huì)引起氮源。但無(wú)機(jī)氮源的迅速利用常會(huì)引起pH的變化如：的變化如： (NH4)2SO4 2NH3 + 2H2SO4 NaNO3 + 4H2 NH3 + 2H2O + NaOH 無(wú)機(jī)氮源被菌體作為氮源利用后，培養(yǎng)液中就留下了酸無(wú)機(jī)氮源被菌體作為氮源利用后，培養(yǎng)液中就留下了酸性或堿性物質(zhì)，這種經(jīng)微生物生理作用（代謝）后能形成酸性或堿性物質(zhì)，這種經(jīng)微生物生理作用（代謝）后能形成酸性物質(zhì)

10、的無(wú)機(jī)氮源叫性物質(zhì)的無(wú)機(jī)氮源叫生理酸性物質(zhì)生理酸性物質(zhì)，如硫酸銨，若菌體代謝，如硫酸銨，若菌體代謝后能產(chǎn)生堿性物質(zhì)的則此種無(wú)機(jī)氮源稱(chēng)為后能產(chǎn)生堿性物質(zhì)的則此種無(wú)機(jī)氮源稱(chēng)為生理堿性物質(zhì)生理堿性物質(zhì)，如，如硝酸鈉。正確使用生理酸堿性物質(zhì)，對(duì)穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)酵過(guò)程硝酸鈉。正確使用生理酸堿性物質(zhì)，對(duì)穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)酵過(guò)程的的pH有積極作用。有積極作用。 所以選擇合適的無(wú)機(jī)氮源有兩層意義：所以選擇合適的無(wú)機(jī)氮源有兩層意義： q 滿(mǎn)足菌體生長(zhǎng)滿(mǎn)足菌體生長(zhǎng)q 穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)酵過(guò)程中的穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)酵過(guò)程中的pH在黑曲霉發(fā)酵過(guò)程中用硫酸銨作氮源，培養(yǎng)液中留下的在黑曲霉發(fā)酵過(guò)程中用硫酸銨作氮源，培養(yǎng)液中留下的SO42-使使

11、pH下降，而這對(duì)提高糖化型淀粉酶的活力有利，且下降，而這對(duì)提高糖化型淀粉酶的活力有利，且較低的較低的pH還能抑制雜菌的生長(zhǎng)，防止污染。還能抑制雜菌的生長(zhǎng)，防止污染。氨水在發(fā)酵中除可以調(diào)節(jié)氨水在發(fā)酵中除可以調(diào)節(jié)pH外，它也是一種容易被利用外，它也是一種容易被利用的氮源，在許多抗生素的生產(chǎn)中得到普遍使用。的氮源，在許多抗生素的生產(chǎn)中得到普遍使用。在制液體曲時(shí)，用在制液體曲時(shí)，用NaNO3作氮源，菌絲長(zhǎng)得粗壯，培養(yǎng)時(shí)間作氮源，菌絲長(zhǎng)得粗壯，培養(yǎng)時(shí)間短，且糖化力較高。這是因?yàn)槎?，且糖化力較高。這是因?yàn)镹aNO3的代謝而得到的的代謝而得到的NaOH可中和曲霉生長(zhǎng)中所釋放出的酸，使可中和曲霉生長(zhǎng)中所釋放出

12、的酸，使pH穩(wěn)定在工藝要求的穩(wěn)定在工藝要求的范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。2、有機(jī)氮源、有機(jī)氮源工業(yè)上常用的有機(jī)氮源都是一些廉價(jià)的原料工業(yè)上常用的有機(jī)氮源都是一些廉價(jià)的原料來(lái)源來(lái)源：尿素，動(dòng)、植物粉類(lèi)，玉米漿等：尿素，動(dòng)、植物粉類(lèi)，玉米漿等 動(dòng)、植物粉類(lèi)：動(dòng)、植物粉類(lèi)：花生餅花生餅 粉、黃豆餅粉、棉子餅粉、玉米蛋白粉、黃豆餅粉、棉子餅粉、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、魚(yú)粉、蠶蛹粉、廢菌絲體和酒糟粉、蛋白胨、酵母粉、魚(yú)粉、蠶蛹粉、廢菌絲體和酒糟。尿素：尿素：很常用的氮源，但其加熱滅菌時(shí)不穩(wěn)定，在工業(yè)很常用的氮源，但其加熱滅菌時(shí)不穩(wěn)定，在工業(yè)上使用受到一定的限制。上使用受到一定的限制。成分復(fù)雜成分復(fù)雜：除提供氮源

13、外，有些有機(jī)氮源還提供大量的無(wú)機(jī)：除提供氮源外，有些有機(jī)氮源還提供大量的無(wú)機(jī) 鹽及生長(zhǎng)因子。鹽及生長(zhǎng)因子。例例 玉米漿：玉米漿： 可溶性蛋白、生長(zhǎng)因子（生物素）、苯乙酸可溶性蛋白、生長(zhǎng)因子（生物素）、苯乙酸 較多的乳酸較多的乳酸 硫、磷、微量元素等硫、磷、微量元素等玉米漿玉米漿 是玉米淀粉生產(chǎn)中的副產(chǎn)物，含有各種必須的氨基是玉米淀粉生產(chǎn)中的副產(chǎn)物，含有各種必須的氨基酸、維生素和無(wú)機(jī)鹽以及還原糖、磷、微量元素和生長(zhǎng)素，酸、維生素和無(wú)機(jī)鹽以及還原糖、磷、微量元素和生長(zhǎng)素，是一種很容易被微生物利用的良好氮源，被廣泛用于發(fā)酵工是一種很容易被微生物利用的良好氮源，被廣泛用于發(fā)酵工業(yè)制備培養(yǎng)基。業(yè)制備培養(yǎng)

14、基。 有機(jī)氮源成分復(fù)雜可以從多個(gè)方面對(duì)發(fā)酵過(guò)程進(jìn)行影響，而另一方面有機(jī)氮源的來(lái)源具有不穩(wěn)定性。所以在有機(jī)氮源選取時(shí)和使用過(guò)程中，必須考慮原料的波動(dòng)對(duì)發(fā)酵的影響。 有機(jī)氮源除提供氮源外，一般還提供前體、生長(zhǎng)因子、無(wú)機(jī)鹽及微量元素等。氮源使用的一些相關(guān)問(wèn)題：氮源使用的一些相關(guān)問(wèn)題：q 有機(jī)氮源和無(wú)機(jī)氮源應(yīng)當(dāng)混合使用有機(jī)氮源和無(wú)機(jī)氮源應(yīng)當(dāng)混合使用早期：容易利用易同化的氮源早期：容易利用易同化的氮源無(wú)機(jī)氮源無(wú)機(jī)氮源中期：菌體的代謝酶系已形成，則利用蛋白質(zhì)中期：菌體的代謝酶系已形成，則利用蛋白質(zhì)q 有些產(chǎn)物會(huì)受氮源的誘導(dǎo)和阻遏有些產(chǎn)物會(huì)受氮源的誘導(dǎo)和阻遏例：例： 蛋白酶的生產(chǎn)蛋白酶的生產(chǎn)q 有機(jī)氮源選取

15、時(shí)也要考慮微生物的同化能力有機(jī)氮源選取時(shí)也要考慮微生物的同化能力q 開(kāi)發(fā)效果好、有針對(duì)性的有機(jī)氮源仍然是令人感興趣開(kāi)發(fā)效果好、有針對(duì)性的有機(jī)氮源仍然是令人感興趣 的課題的課題三、無(wú)機(jī)鹽及微量元素三、無(wú)機(jī)鹽及微量元素1、作用：各種不一樣、作用：各種不一樣2、來(lái)源：來(lái)源：C、N源，以鹽的形式補(bǔ)充源，以鹽的形式補(bǔ)充3、用量：根據(jù)具體的產(chǎn)品，以實(shí)驗(yàn)決定，用量：根據(jù)具體的產(chǎn)品，以實(shí)驗(yàn)決定，P454、使用注意點(diǎn)使用注意點(diǎn)對(duì)于其它渠道有可能帶入的過(guò)多的某種無(wú)機(jī)離子對(duì)于其它渠道有可能帶入的過(guò)多的某種無(wú)機(jī)離子和微量元素在發(fā)酵過(guò)程中必須加以考慮和微量元素在發(fā)酵過(guò)程中必須加以考慮例：鐵離子例：鐵離子 青霉素發(fā)酵中，

16、鐵離子的濃度要小于青霉素發(fā)酵中，鐵離子的濃度要小于20g/ml 發(fā)酵罐必須進(jìn)行表面處理發(fā)酵罐必須進(jìn)行表面處理B、使用時(shí)注意鹽的形式（、使用時(shí)注意鹽的形式（pH的變化）的變化）例：例：黑曲酶黑曲酶NRRL-330,生產(chǎn)生產(chǎn)-淀粉酶，淀粉酶，P對(duì)酶活的影響對(duì)酶活的影響 pH 酶活酶活不加不加 4.25 120分鐘分鐘加加 K2HPO4 5.45 30分鐘分鐘加加 KH2PO4 4.62 75分鐘分鐘四、生長(zhǎng)因子、前體和產(chǎn)物促進(jìn)劑四、生長(zhǎng)因子、前體和產(chǎn)物促進(jìn)劑 從廣義上講，凡是微生物生長(zhǎng)不可缺少的微量的有機(jī)從廣義上講，凡是微生物生長(zhǎng)不可缺少的微量的有機(jī)物質(zhì)，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、維生素等均稱(chēng)生長(zhǎng)因子

17、。物質(zhì)，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、維生素等均稱(chēng)生長(zhǎng)因子。 1、生長(zhǎng)因子、生長(zhǎng)因子 如以糖質(zhì)原料為碳源的谷氨酸生產(chǎn)菌均為生物素缺陷如以糖質(zhì)原料為碳源的谷氨酸生產(chǎn)菌均為生物素缺陷型，以生物素為生長(zhǎng)因子型，以生物素為生長(zhǎng)因子, ,生長(zhǎng)因子對(duì)發(fā)酵的調(diào)控起到重生長(zhǎng)因子對(duì)發(fā)酵的調(diào)控起到重要的作用要的作用 。 有機(jī)氮源是這些生長(zhǎng)因子的重要來(lái)源，多數(shù)有機(jī)氮源有機(jī)氮源是這些生長(zhǎng)因子的重要來(lái)源，多數(shù)有機(jī)氮源含有較多的含有較多的B簇維生素和微量元素及一些微生物生長(zhǎng)不可簇維生素和微量元素及一些微生物生長(zhǎng)不可缺少的生長(zhǎng)因子缺少的生長(zhǎng)因子 ，如玉米漿。，如玉米漿。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前體指某

18、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(guò)程中合成到物合成過(guò)程中合成到產(chǎn)物產(chǎn)物物分子中去，而其自身的結(jié)構(gòu)并沒(méi)有物分子中去，而其自身的結(jié)構(gòu)并沒(méi)有多大變化，但是產(chǎn)物的產(chǎn)量卻因加入前體而有較大的提高。多大變化，但是產(chǎn)物的產(chǎn)量卻因加入前體而有較大的提高。2、前體、前體青霉素：分子量青霉素：分子量356苯乙酸苯乙酸:分子量分子量136CONSOHNCOOHCH3CH3CH2COOHCH2作用：作用：前體有助于提高產(chǎn)量和組份前體有助于提高產(chǎn)量和組份 用量：用量：前體的用量可以按分子量衡算，具體使用有個(gè)轉(zhuǎn)化前體的用量可以按分子量衡算，具體使用有個(gè)轉(zhuǎn)化 率的問(wèn)題率的問(wèn)題例：例：6000單位單位/m

19、l的青霉素的青霉素G-Na（MW356),需要多少苯乙需要多少苯乙酸酸(MW136) 1mg=1667u 青霉素青霉素60006000* *0.60.6（微克）（微克）36mg/ml36mg/ml 苯乙酸（苯乙酸（3636* *136136）/356=13.8mg/ml=1.38%/356=13.8mg/ml=1.38%實(shí)際使用時(shí)的轉(zhuǎn)化率在實(shí)際使用時(shí)的轉(zhuǎn)化率在46-90%之間之間 例某廠(chǎng)單耗為：例某廠(chǎng)單耗為：0.3370.337（kg/10kg/10億青霉素）億青霉素） 轉(zhuǎn)化率為：轉(zhuǎn)化率為：0.6/(0.3370.6/(0.337* *36/13.8)=68%36/13.8)=68% 前體一般

20、都有毒性，濃度過(guò)大對(duì)菌體的生長(zhǎng)不利前體一般都有毒性，濃度過(guò)大對(duì)菌體的生長(zhǎng)不利 用法：用法：前體使用時(shí)普遍采用流加的方法前體使用時(shí)普遍采用流加的方法前體相對(duì)價(jià)格較高，添加過(guò)多，容易引起揮發(fā)和氧化，前體相對(duì)價(jià)格較高，添加過(guò)多，容易引起揮發(fā)和氧化， 流加也有利于提高前體的轉(zhuǎn)化率。流加也有利于提高前體的轉(zhuǎn)化率。苯乙酸，一般基礎(chǔ)料中僅僅添加苯乙酸，一般基礎(chǔ)料中僅僅添加0.07%3、產(chǎn)物促進(jìn)劑、產(chǎn)物促進(jìn)劑指那些非細(xì)胞生長(zhǎng)所必須的營(yíng)養(yǎng)物，又非前體，但加入后指那些非細(xì)胞生長(zhǎng)所必須的營(yíng)養(yǎng)物，又非前體，但加入后卻能提高產(chǎn)量的添加劑。卻能提高產(chǎn)量的添加劑。 促進(jìn)劑提高產(chǎn)量的機(jī)制還不完全清楚，其原因是多方促進(jìn)劑提高產(chǎn)

21、量的機(jī)制還不完全清楚，其原因是多方面的。面的。 有些促進(jìn)劑本身是酶的誘導(dǎo)物；有些促進(jìn)劑本身是酶的誘導(dǎo)物； 有些促進(jìn)劑是表面活性劑，可改善細(xì)胞的透性，改善有些促進(jìn)劑是表面活性劑，可改善細(xì)胞的透性，改善 細(xì)胞與氧的接觸從而促進(jìn)酶的分泌與生產(chǎn)，細(xì)胞與氧的接觸從而促進(jìn)酶的分泌與生產(chǎn)， 也有人認(rèn)為表面活性劑對(duì)酶的表面失活有保護(hù)作用；也有人認(rèn)為表面活性劑對(duì)酶的表面失活有保護(hù)作用； 有些促進(jìn)劑的作用是沉淀或螯合有害的重金屬離子。有些促進(jìn)劑的作用是沉淀或螯合有害的重金屬離子。五、水五、水 對(duì)于發(fā)酵工廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，恒定的水源是至關(guān)重要的，因?yàn)樵趯?duì)于發(fā)酵工廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，恒定的水源是至關(guān)重要的，因?yàn)樵诓煌粗写嬖诘母鞣N因素對(duì)

22、微生物發(fā)酵代謝影響甚大。不同水源中存在的各種因素對(duì)微生物發(fā)酵代謝影響甚大。 水源質(zhì)量的主要考慮參數(shù)包括水源質(zhì)量的主要考慮參數(shù)包括pH值、溶解氧、可溶值、溶解氧、可溶性固體、污染程度以及礦物質(zhì)組成和含量。性固體、污染程度以及礦物質(zhì)組成和含量。 對(duì)于釀造行業(yè)，水的重要性不言而喻對(duì)于釀造行業(yè)，水的重要性不言而喻對(duì)于常規(guī)發(fā)酵，可靠、持久，能提供大量成分一致清潔的對(duì)于常規(guī)發(fā)酵，可靠、持久，能提供大量成分一致清潔的水。水。第三節(jié) 發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化 目前還不能完全從生化反應(yīng)的基本原理來(lái)推斷和計(jì)目前還不能完全從生化反應(yīng)的基本原理來(lái)推斷和計(jì)算出適合某一菌種的培養(yǎng)基配方，只能用生物化學(xué)、細(xì)算出適合某一菌種的

23、培養(yǎng)基配方，只能用生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、微生物學(xué)等的基本理論，參照前人所使用的胞生物學(xué)、微生物學(xué)等的基本理論，參照前人所使用的較適合某一類(lèi)菌種的經(jīng)驗(yàn)配方，再結(jié)合所用菌種和產(chǎn)品較適合某一類(lèi)菌種的經(jīng)驗(yàn)配方，再結(jié)合所用菌種和產(chǎn)品的特性，采用搖瓶、玻璃罐等小型發(fā)酵設(shè)備，按照一定的特性，采用搖瓶、玻璃罐等小型發(fā)酵設(shè)備，按照一定的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)方法選擇出較為適合的培養(yǎng)基。的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)方法選擇出較為適合的培養(yǎng)基。 一、培養(yǎng)基成分選擇的原則一、培養(yǎng)基成分選擇的原則 q 菌種的同化能力菌種的同化能力q 代謝的阻遏和誘導(dǎo)代謝的阻遏和誘導(dǎo) q 合適的合適的C、N比比100 0.22.0q pH的要求的要求 （一

24、）、（一）、理論轉(zhuǎn)化率與實(shí)際轉(zhuǎn)化率理論轉(zhuǎn)化率與實(shí)際轉(zhuǎn)化率 理論轉(zhuǎn)化率是指理想狀態(tài)下根據(jù)微生物的代謝途理論轉(zhuǎn)化率是指理想狀態(tài)下根據(jù)微生物的代謝途徑進(jìn)行物料衡算，所得出的轉(zhuǎn)化率的大小。徑進(jìn)行物料衡算，所得出的轉(zhuǎn)化率的大小。 實(shí)際轉(zhuǎn)化率是指實(shí)際發(fā)酵過(guò)程中轉(zhuǎn)化率的大小實(shí)際轉(zhuǎn)化率是指實(shí)際發(fā)酵過(guò)程中轉(zhuǎn)化率的大小 如何使實(shí)際轉(zhuǎn)化率接近于理論轉(zhuǎn)化是發(fā)酵控制的一個(gè)如何使實(shí)際轉(zhuǎn)化率接近于理論轉(zhuǎn)化是發(fā)酵控制的一個(gè)目標(biāo)目標(biāo) 二、成分含量的確定二、成分含量的確定例例: 如在酒精生產(chǎn)中葡萄糖轉(zhuǎn)化為酒精的理論轉(zhuǎn)化率計(jì)算如下如在酒精生產(chǎn)中葡萄糖轉(zhuǎn)化為酒精的理論轉(zhuǎn)化率計(jì)算如下 葡萄糖轉(zhuǎn)化為酒精的代謝總反應(yīng)衡算式為葡萄糖轉(zhuǎn)化為酒

25、精的代謝總反應(yīng)衡算式為 C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 葡萄糖轉(zhuǎn)化為酒精的理論得率為葡萄糖轉(zhuǎn)化為酒精的理論得率為 2*46 Y = = 0.51 180（二）、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（二）、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)q 培養(yǎng)基成分的含量最終都是通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得的q 合理的實(shí)驗(yàn)方法多因子實(shí)驗(yàn)：均勻設(shè)計(jì)、多因子實(shí)驗(yàn)：均勻設(shè)計(jì)、 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、 響應(yīng)面分析等。響應(yīng)面分析等。單因子實(shí)驗(yàn)單因子實(shí)驗(yàn)當(dāng)培養(yǎng)基成分確定后，剩下的問(wèn)題就是各成分最適當(dāng)培養(yǎng)基成分確定后，剩下的問(wèn)題就是各成分最適的濃度，由于培養(yǎng)基成分很多，為減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)常采的濃度，由于培養(yǎng)基成分很多，為減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)常采用一些合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。用一些合理的

26、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。 三、培養(yǎng)基設(shè)計(jì)的步驟三、培養(yǎng)基設(shè)計(jì)的步驟 根據(jù)前人的經(jīng)驗(yàn)和培養(yǎng)基成分確定時(shí)一些必須根據(jù)前人的經(jīng)驗(yàn)和培養(yǎng)基成分確定時(shí)一些必須考慮的問(wèn)題，初步確定可能的培養(yǎng)基成分考慮的問(wèn)題，初步確定可能的培養(yǎng)基成分； 通過(guò)單因子實(shí)驗(yàn)最終確定出最為適宜的培養(yǎng)基成分通過(guò)單因子實(shí)驗(yàn)最終確定出最為適宜的培養(yǎng)基成分；類(lèi)胡蘿卜素高產(chǎn)菌Y11的鑒定及培養(yǎng)條件的優(yōu)化郭秒,食品與工業(yè)發(fā)酵，2004類(lèi)胡蘿卜素的作用：色素、營(yíng)養(yǎng)保健類(lèi)胡蘿卜素的作用：色素、營(yíng)養(yǎng)保健產(chǎn)生菌：類(lèi)球紅細(xì)菌產(chǎn)生菌：類(lèi)球紅細(xì)菌 原培養(yǎng)基: 初步確定可能的培養(yǎng)基成分(以碳源為例) 通過(guò)單因子實(shí)驗(yàn)確定適宜的培養(yǎng)基成分(以碳源為例)考慮到成本：乙酸鈉是

27、較為合適的碳源進(jìn)一步：乙酸鈉的濃度2%比較好 正交設(shè)計(jì)確定優(yōu)化的配方結(jié)果：碳源：乙酸鈉 0. 2%氮源：氯化銨 0.2% 酵母膏0.03%無(wú)機(jī)鹽: 復(fù)合無(wú)機(jī)鹽0.05%改進(jìn)后培養(yǎng)基原培養(yǎng)基第三章第三章 發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)改進(jìn)后培養(yǎng)基的發(fā)酵結(jié)果四、搖瓶水平到反應(yīng)器水平的優(yōu)化配方四、搖瓶水平到反應(yīng)器水平的優(yōu)化配方搖瓶、反應(yīng)器培養(yǎng)基研究的兩個(gè)層次q 搖瓶培養(yǎng)基設(shè)計(jì)的第一步q 反應(yīng)器最終的優(yōu)化的基礎(chǔ)配方例： 青霉素發(fā)酵發(fā)酵搖瓶：玉米漿4%，乳糖10%，(NH4)SO4 0.8% 輕質(zhì)碳酸鈣1%發(fā)酵罐:葡萄糖流加控制總量10-15%，玉米漿總量4-8% 補(bǔ)加硫酸、前體等搖瓶發(fā)酵培養(yǎng)

28、基和發(fā)酵罐培養(yǎng)基差別可能很大很大搖瓶?jī)?yōu)化配方：菌種篩選，反應(yīng)器研究的基礎(chǔ)發(fā)酵罐：反應(yīng)器水平, 可以得出最 終優(yōu)化的基 礎(chǔ)配方pH控制搖床：反應(yīng)器水平上的搖瓶研究五、培養(yǎng)基設(shè)計(jì)時(shí)注意的一些相關(guān)問(wèn)題五、培養(yǎng)基設(shè)計(jì)時(shí)注意的一些相關(guān)問(wèn)題 q 原料及設(shè)備的預(yù)處理原料及設(shè)備的預(yù)處理 q 原材料的質(zhì)量原材料的質(zhì)量 q 發(fā)酵特性的影響發(fā)酵特性的影響 在抗生素發(fā)酵生產(chǎn)中往往喜歡所謂的在抗生素發(fā)酵生產(chǎn)中往往喜歡所謂的“稀配方稀配方”，因，因?yàn)樗冉档统杀?、滅菌容易、且使氧傳遞容易而有利為它既降低成本、滅菌容易、且使氧傳遞容易而有利于目的產(chǎn)物的生物合成。如果營(yíng)養(yǎng)成分缺乏，則可通于目的產(chǎn)物的生物合成。如果營(yíng)養(yǎng)成分缺乏

29、，則可通過(guò)中間補(bǔ)料方法予以彌補(bǔ)。過(guò)中間補(bǔ)料方法予以彌補(bǔ)。 q 滅菌滅菌 在大規(guī)模發(fā)酵中應(yīng)該盡可能的采取連續(xù)滅菌的操作，在大規(guī)模發(fā)酵中應(yīng)該盡可能的采取連續(xù)滅菌的操作，而且保證滅菌條件的穩(wěn)定是保證發(fā)酵穩(wěn)定的前提而且保證滅菌條件的穩(wěn)定是保證發(fā)酵穩(wěn)定的前提 有時(shí)避免營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在加熱的條件下，相互作用，有時(shí)避免營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在加熱的條件下，相互作用，可以將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分開(kāi)消毒?？梢詫I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分開(kāi)消毒。 有些物質(zhì)由于揮發(fā)和對(duì)熱非常敏感，就不能采用濕有些物質(zhì)由于揮發(fā)和對(duì)熱非常敏感，就不能采用濕熱的滅菌方法熱的滅菌方法 Na2HPO4+CaCO3CaHPO4+Na2CO3第四節(jié)、重組產(chǎn)品培養(yǎng)基的介紹q 大腸桿菌高密度度培

30、養(yǎng)：碳源：葡萄糖、甘油氮源：胰蛋白胨、酵母粉無(wú)機(jī)鹽：磷、鎂等蛋白胨、酵母粉(OXOID)章越，生物工程學(xué)報(bào)，2004q 動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)基基礎(chǔ)培養(yǎng)基:F12、DMEM等血清(5-10%)：胎牛(FBS) 、小牛(CS) 、馬(HS)水：超純水其它：NaHCO3（CO2）、抗生素GONG,J. B. B. 2003本章小節(jié)：q 培養(yǎng)基菌體生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)以及其它必須的條件q 了解發(fā)酵培養(yǎng)基的組成，發(fā)酵培養(yǎng)基常用的原料以 及其中的基本概念q 發(fā)酵培養(yǎng)基的優(yōu)化與設(shè)計(jì)是發(fā)酵工程的基本問(wèn)題， 掌握發(fā)酵培養(yǎng)基優(yōu)化與設(shè)計(jì)的思路、了解其中的方法。BC3以下發(fā)酵產(chǎn)品中不屬于微生物代謝產(chǎn)物以下發(fā)酵產(chǎn)品中不屬于微生物代謝

31、產(chǎn)物的是（的是（ ） A味精味精B啤酒啤酒C“人造肉人造肉”D人生長(zhǎng)激素人生長(zhǎng)激素5微生物代謝的調(diào)節(jié)屬于（微生物代謝的調(diào)節(jié)屬于（ ）A神經(jīng)調(diào)節(jié)神經(jīng)調(diào)節(jié)B.激素調(diào)節(jié)激素調(diào)節(jié) C酶的調(diào)節(jié)酶的調(diào)節(jié) D.基因調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)4關(guān)于單細(xì)胞蛋白敘述正確的是關(guān)于單細(xì)胞蛋白敘述正確的是 ( ）A是微生物細(xì)胞中提取的蛋白質(zhì)是微生物細(xì)胞中提取的蛋白質(zhì)B通過(guò)發(fā)酵生產(chǎn)的微生物菌體通過(guò)發(fā)酵生產(chǎn)的微生物菌體C是微生物細(xì)胞分泌的抗生素是微生物細(xì)胞分泌的抗生素D單細(xì)胞蛋白不能作為食品單細(xì)胞蛋白不能作為食品CB6用于谷氨酸發(fā)酵的培養(yǎng)基需添加的生長(zhǎng)因子是（用于谷氨酸發(fā)酵的培養(yǎng)基需添加的生長(zhǎng)因子是（ ）A氨基酸氨基酸 B堿基堿基 C核

32、苷酸核苷酸 D生物素生物素8不能作為異養(yǎng)微生物碳源的是（不能作為異養(yǎng)微生物碳源的是（ ） A牛肉膏牛肉膏B含碳有機(jī)物含碳有機(jī)物 C石油石油D含碳無(wú)機(jī)物含碳無(wú)機(jī)物7.不能以糖類(lèi)作為碳源的細(xì)菌是（不能以糖類(lèi)作為碳源的細(xì)菌是（ ）A假單胞菌假單胞菌B乳酸菌乳酸菌C甲基營(yíng)養(yǎng)菌甲基營(yíng)養(yǎng)菌D固氮菌固氮菌DCD11在賴(lài)氨酸發(fā)酵中，應(yīng)用的不能合成高絲氨酸脫氫在賴(lài)氨酸發(fā)酵中，應(yīng)用的不能合成高絲氨酸脫氫酶的黃色短桿菌是如何選育的（酶的黃色短桿菌是如何選育的（ ） A 自然界中菌種的篩選自然界中菌種的篩選 B 人工誘變?nèi)斯ふT變 C 基因工基因工程程 D 細(xì)胞工程細(xì)胞工程12. 在次級(jí)代謝物的發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程中，添加前在

33、次級(jí)代謝物的發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程中，添加前體一般是（體一般是（ ） 添加。添加。A 少量多次少量多次 B 多量少次多量少次 C 在細(xì)胞生長(zhǎng)期在細(xì)胞生長(zhǎng)期13在實(shí)驗(yàn)中我們所用到的淀粉水解培養(yǎng)基是一種（在實(shí)驗(yàn)中我們所用到的淀粉水解培養(yǎng)基是一種（ ）培養(yǎng)基培養(yǎng)基A基礎(chǔ)培養(yǎng)基基礎(chǔ)培養(yǎng)基B加富培養(yǎng)基加富培養(yǎng)基C選擇培養(yǎng)基選擇培養(yǎng)基D鑒別培養(yǎng)基鑒別培養(yǎng)基15.要從多種細(xì)菌中分離某種細(xì)菌，培養(yǎng)基要用要從多種細(xì)菌中分離某種細(xì)菌，培養(yǎng)基要用（ ）A.加入青霉素的培養(yǎng)基加入青霉素的培養(yǎng)基B加入高濃度食鹽的培加入高濃度食鹽的培養(yǎng)基養(yǎng)基 C固體培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基 D.液體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基16根據(jù)培養(yǎng)基的物理狀態(tài)，劃分的發(fā)酵種類(lèi)是根據(jù)培養(yǎng)基的物理狀態(tài)，劃分的發(fā)酵種類(lèi)是 ( )A抗生素發(fā)酵抗生素發(fā)酵 B、維生素發(fā)酵、維生素發(fā)酵 C、氨基酸發(fā)、氨基酸發(fā)酵酵 D、液體發(fā)酵、液體發(fā)酵工業(yè)發(fā)酵的發(fā)展經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段：工業(yè)發(fā)酵的發(fā)展經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段： 、 、 、 、 、和 。2.制備淀粉水解糖的方法有制備淀粉水解糖的方法有 、 、和和 。（天然發(fā)酵階段、純培養(yǎng)技術(shù)的建立、通（天然發(fā)酵階段、純培養(yǎng)技術(shù)的建立、通氣攪拌發(fā)酵技術(shù)的建立、代謝控制發(fā)酵技