第五章微生物的生長和環(huán)境條件

1、 微生物培養(yǎng)的目的各有不同，有些是以大量增殖微生物菌體為目標（如單細胞蛋白或胞內(nèi)產(chǎn)物），有些則是希望在微生物生長的同時，實現(xiàn)目標代謝產(chǎn)物的大量積累。由于培養(yǎng)目標的不同，在培養(yǎng)方法上也就存在許多差別。微生物的培養(yǎng)方法微生物的培養(yǎng)方法 從歷史發(fā)展的角度來看，微生物培養(yǎng)技術(shù)的發(fā)展主從歷史發(fā)展的角度來看，微生物培養(yǎng)技術(shù)的發(fā)展主要有以下特點：要有以下特點： 從少量培養(yǎng)發(fā)展到大規(guī)模培養(yǎng)；從少量培養(yǎng)發(fā)展到大規(guī)模培養(yǎng)； 從淺盤培養(yǎng)發(fā)展到厚層固體或深層（液體）培養(yǎng)；從淺盤培養(yǎng)發(fā)展到厚層固體或深層（液體）培養(yǎng)； 從以固體培養(yǎng)為主發(fā)展到以液體培養(yǎng)為主；從以固體培養(yǎng)為主發(fā)展到以液體培養(yǎng)為主； 從靜止式液體培養(yǎng)發(fā)展到通

2、氣攪拌式液體培養(yǎng)；從靜止式液體培養(yǎng)發(fā)展到通氣攪拌式液體培養(yǎng)； 從分批培養(yǎng)發(fā)展到連續(xù)培養(yǎng)以至多級連續(xù)培養(yǎng)；從分批培養(yǎng)發(fā)展到連續(xù)培養(yǎng)以至多級連續(xù)培養(yǎng)； 從游離的微生物細胞培養(yǎng)發(fā)展到利用固定化細胞從游離的微生物細胞培養(yǎng)發(fā)展到利用固定化細胞培養(yǎng)；培養(yǎng)； 從單一微生物培養(yǎng)發(fā)展到混合微生物培養(yǎng)；從單一微生物培養(yǎng)發(fā)展到混合微生物培養(yǎng)； 從利用野生菌種發(fā)展到利用變異菌株以及從利用野生菌種發(fā)展到利用變異菌株以及“工程工程菌菌”。一、投料方式一、投料方式1、分批培養(yǎng)、分批培養(yǎng)2、連續(xù)培養(yǎng)、連續(xù)培養(yǎng)3、補料分批培養(yǎng)、補料分批培養(yǎng)二、培養(yǎng)狀態(tài)二、培養(yǎng)狀態(tài)1、固體培養(yǎng)、固體培養(yǎng)2、液體培養(yǎng)、液體培養(yǎng)三、氧氣三、氧氣1、

3、厭氧、厭氧2、好氧、好氧四、菌種的數(shù)量四、菌種的數(shù)量1、純種培養(yǎng)、純種培養(yǎng)2、混菌培養(yǎng)、混菌培養(yǎng)根據(jù)微生物種類、培養(yǎng)目的和要求、規(guī)模和資金投根據(jù)微生物種類、培養(yǎng)目的和要求、規(guī)模和資金投入的不同可以有不同形式的培養(yǎng)裝置。入的不同可以有不同形式的培養(yǎng)裝置。一、投料方式一、投料方式 1、分批培養(yǎng)、分批培養(yǎng) 細菌、酵母、霉菌的生長曲線細菌、酵母、霉菌的生長曲線 一次性投料，一次性收獲一次性投料，一次性收獲延滯期延滯期 少量細菌接種到新鮮培養(yǎng)基后，一般不立即進少量細菌接種到新鮮培養(yǎng)基后，一般不立即進行繁殖，生長速度近于零。因此在開始一段時間行繁殖，生長速度近于零。因此在開始一段時間，細菌數(shù)幾乎保持不變，

4、甚至稍有減少。這段時，細菌數(shù)幾乎保持不變，甚至稍有減少。這段時間被稱為延遲期，又稱為遲緩期、調(diào)整期或滯留間被稱為延遲期，又稱為遲緩期、調(diào)整期或滯留適應(yīng)期。適應(yīng)期。（1 1）延滯期）延滯期出現(xiàn)原因出現(xiàn)原因（2）延滯延滯的特點的特點（3）影響）影響延滯延滯期限長短的因素期限長短的因素（4 4）縮短）縮短延滯延滯期的意義及方法期的意義及方法A A、微生物接種到一個新的環(huán)境，暫缺乏足夠、微生物接種到一個新的環(huán)境，暫缺乏足夠的能量和必需的生長因子；的能量和必需的生長因子；B B、“種子種子”老化（即處于非對數(shù)生長期）或老化（即處于非對數(shù)生長期）或未充分活化。未充分活化。C C、接種時造成的損傷、接種時造

5、成的損傷（1 1）延滯期）延滯期出現(xiàn)原因出現(xiàn)原因（2）延滯期延滯期的特點的特點 特點：特點： 1）生長速率常數(shù)為零；）生長速率常數(shù)為零； 2）細胞形態(tài)變大或增長，許多桿菌可長成絲狀。）細胞形態(tài)變大或增長，許多桿菌可長成絲狀。.細菌細菌數(shù)量不增加或增加很少，代謝活躍；數(shù)量不增加或增加很少，代謝活躍； 3）細胞內(nèi)）細胞內(nèi)RNA，尤其是，尤其是rRNA的含量很高，細胞的嗜的含量很高，細胞的嗜堿性強；堿性強； 4）合成代謝十分活躍，核糖體、酶類和）合成代謝十分活躍，核糖體、酶類和ATP的合成加的合成加速，易產(chǎn)生各種誘導(dǎo)酶速，易產(chǎn)生各種誘導(dǎo)酶 5）對外界不良條件如）對外界不良條件如NaCl溶液、溫度和抗

6、生素等理、溶液、溫度和抗生素等理、理化因素反應(yīng)敏感。理化因素反應(yīng)敏感。 （3）影響延滯期時間長短的因素B、接種齡:以對數(shù)期接種齡的種子接種，延滯期短以對數(shù)期接種齡的種子接種，延滯期短C、接種量:發(fā)酵工業(yè)上通常采用種子：發(fā)酵發(fā)酵工業(yè)上通常采用種子：發(fā)酵培養(yǎng)基培養(yǎng)基=1：10D、培養(yǎng)基成分:一般要求發(fā)酵培養(yǎng)基的成分一般要求發(fā)酵培養(yǎng)基的成分或種子培養(yǎng)基的成分盡量接近，且應(yīng)適當豐富些?；蚍N子培養(yǎng)基的成分盡量接近，且應(yīng)適當豐富些。A、菌種特性（4 4）縮短延滯期的意義及方法）縮短延滯期的意義及方法（1）意義：）意義： 可以縮短生產(chǎn)周期，提高設(shè)備利用率（2 2）縮短延滯期的方法）縮短延滯期的方法A、通過遺

7、傳學(xué)方法改變種的遺傳特性使遲緩期 縮短B、接種對數(shù)生長期的菌種，采用最適菌齡C、盡量使接種前后所使用的培養(yǎng)基組成不要相 差太大D、加大接種量指數(shù)期指數(shù)期 對數(shù)期又稱指數(shù)期。這一階段突出特點是細菌數(shù)以幾何級數(shù)增加，代時穩(wěn)定，細菌數(shù)目的增加與原生質(zhì)總量的增加，與菌液混濁度的增加均呈正相關(guān)性。特點特點 1）生長速率常數(shù)）生長速率常數(shù)R最大代時最短，生長最大代時最短，生長速度最快；速度最快； 2）細胞穩(wěn)定（平衡）生長：細胞內(nèi)各種）細胞穩(wěn)定（平衡）生長：細胞內(nèi)各種物質(zhì)按比例生長，菌體成分均勻；物質(zhì)按比例生長，菌體成分均勻； 3）酶系活躍，代謝旺盛）酶系活躍，代謝旺盛 。穩(wěn)定期穩(wěn)定期（1 1）出現(xiàn)原因）出

8、現(xiàn)原因A A、營養(yǎng)的消耗、營養(yǎng)的消耗C C、引起、引起pHpH值值EHEH值的改變值的改變D D、有害代謝產(chǎn)物積累、有害代謝產(chǎn)物積累B B、營養(yǎng)物的比例失調(diào)、營養(yǎng)物的比例失調(diào)（2）特點：）特點：1）生長常數(shù)為零，新生）生長常數(shù)為零，新生=死亡，達到動態(tài)死亡，達到動態(tài)平衡；平衡；2）活菌數(shù)的總量達到最大值；）活菌數(shù)的總量達到最大值；3）胞內(nèi)的儲藏物開始形成（如肝糖粒、脂）胞內(nèi)的儲藏物開始形成（如肝糖粒、脂肪粒等）；肪粒等）；4）某些芽孢菌的芽孢開始形成；）某些芽孢菌的芽孢開始形成；5）某些細菌過量積累次級代謝產(chǎn)物，如抗）某些細菌過量積累次級代謝產(chǎn)物，如抗生素、維生素等。生素、維生素等。衰亡期衰亡

9、期特點：特點：1）細菌代謝活性降低；）細菌代謝活性降低；2）細菌衰老并出現(xiàn)自溶；）細菌衰老并出現(xiàn)自溶；3）產(chǎn)生或釋放出一些產(chǎn)物；如氨基酸、轉(zhuǎn)化酶、外肽酶）產(chǎn)生或釋放出一些產(chǎn)物；如氨基酸、轉(zhuǎn)化酶、外肽酶或抗生素等。或抗生素等。4）菌體細胞呈現(xiàn)多種形態(tài)，有時產(chǎn)生畸形，細胞大小懸）菌體細胞呈現(xiàn)多種形態(tài)，有時產(chǎn)生畸形，細胞大小懸殊；有些革蘭氏染色反應(yīng)陽性菌此時會變成陰性反應(yīng)殊；有些革蘭氏染色反應(yīng)陽性菌此時會變成陰性反應(yīng)2、連續(xù)培養(yǎng)、連續(xù)培養(yǎng)是在微生物的整個培養(yǎng)期間，通過一定的是在微生物的整個培養(yǎng)期間，通過一定的方式使微生物能以恒定的比生長速率生方式使微生物能以恒定的比生長速率生長并能持續(xù)下去的一種培養(yǎng)

10、方法。長并能持續(xù)下去的一種培養(yǎng)方法?；驹瓌t：在微生物培養(yǎng)過程中不斷的補基本原則：在微生物培養(yǎng)過程中不斷的補充營養(yǎng)物質(zhì)和以同樣的速率移出培養(yǎng)物。充營養(yǎng)物質(zhì)和以同樣的速率移出培養(yǎng)物。連續(xù)發(fā)酵的優(yōu)點：連續(xù)發(fā)酵的優(yōu)點：1、高效、高效2、產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定、產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定3、節(jié)約了大量動力、人力、水和蒸汽，且使水、節(jié)約了大量動力、人力、水和蒸汽，且使水、氣、電的負荷均衡合理。氣、電的負荷均衡合理。缺點：缺點：1、菌種易退化、菌種易退化2、易污染雜菌、易污染雜菌3、營養(yǎng)物的利用率一般低于單批增大。、營養(yǎng)物的利用率一般低于單批增大。恒化器：恒化器：與恒濁器相反，是與恒濁器相反，是一種設(shè)法使培養(yǎng)液流速保一種設(shè)法

11、使培養(yǎng)液流速保持不變，并使微生物始終持不變，并使微生物始終在低于其最高生長速率條在低于其最高生長速率條件下進行生長繁殖的一種件下進行生長繁殖的一種連續(xù)培養(yǎng)裝置。連續(xù)培養(yǎng)裝置。恒濁器：恒濁器：根據(jù)培養(yǎng)器內(nèi)微生根據(jù)培養(yǎng)器內(nèi)微生物的生長密度，并借光電物的生長密度，并借光電控制系統(tǒng)來控制培養(yǎng)液流控制系統(tǒng)來控制培養(yǎng)液流速，以取得菌體密度高，速，以取得菌體密度高，生長速度恒定的微生物細生長速度恒定的微生物細胞的連續(xù)培養(yǎng)器。胞的連續(xù)培養(yǎng)器。恒濁器與恒化器的比較裝置裝置控制對象控制對象培養(yǎng)基培養(yǎng)基 培養(yǎng)基培養(yǎng)基流速流速生長生長速率速率產(chǎn)物產(chǎn)物應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍恒濁器恒濁器 菌體密度菌體密度（內(nèi)控制）（內(nèi)控制）無

12、限制無限制生長因生長因子子不恒定不恒定 最高最高速率速率大量菌體大量菌體或與菌體或與菌體相平行的相平行的代謝產(chǎn)物代謝產(chǎn)物生產(chǎn)為主生產(chǎn)為主恒化器恒化器 培養(yǎng)基流培養(yǎng)基流速（外控速（外控制）制）有限制有限制生長因生長因子子恒定恒定低于低于最高最高速率速率不同生長不同生長速率的菌速率的菌體體實驗室為實驗室為主主固定化細胞連續(xù)培養(yǎng) 細胞固定化就是通過包埋法、微膠囊化、吸附法等手段，將微生物細胞限制在載體的內(nèi)部或表面。 固定化細胞培養(yǎng)與游離細胞培養(yǎng)相比，有以下一些優(yōu)勢：固定化可提供較高的細胞密度；固定化減少了細胞的流失，使細胞可以反復(fù)利用；固定化可以提供對細胞有利的微環(huán)境；可以保護某些細胞免受剪切損傷；

13、 簡化了下游的細胞分離步驟。固定化載體常常易碎，且固定的細胞容易脫落等原因的存在，固定化細胞培養(yǎng)器中的剪切力也不宜過高，一般采用填充柱、流動床或氣升式反應(yīng)器。機械攪拌式反應(yīng)器只適用于載體牢固、不易脫落的固定化細胞。通常是將固定化細胞裝在反應(yīng)器內(nèi)，一端流入培養(yǎng)基，另一端放出發(fā)酵液，而固定化微生物細胞始終停留在反應(yīng)器內(nèi)。3、補料分批發(fā)酵、補料分批發(fā)酵在生產(chǎn)實踐中完全封閉式的分批培養(yǎng)或純粹在生產(chǎn)實踐中完全封閉式的分批培養(yǎng)或純粹的連續(xù)培養(yǎng)較為少見，更多見的是兩者的折中的連續(xù)培養(yǎng)較為少見，更多見的是兩者的折中形式形式補料分批或流加發(fā)酵。補料分批或流加發(fā)酵。 補料發(fā)酵補料發(fā)酵是根據(jù)菌株生長和初始培養(yǎng)基的特

14、是根據(jù)菌株生長和初始培養(yǎng)基的特點，在分批培養(yǎng)的某些階段點，在分批培養(yǎng)的某些階段適當補加部分配料適當補加部分配料成分或碳源成分或碳源，以提高菌體或代謝產(chǎn)物的產(chǎn)率。，以提高菌體或代謝產(chǎn)物的產(chǎn)率。流加營養(yǎng)：水解糖（葡萄糖）、氨水流加營養(yǎng)：水解糖（葡萄糖）、氨水補料分批發(fā)酵的特點有：補料分批發(fā)酵的特點有： 1）可以減弱底物和代謝產(chǎn)物的抑制。）可以減弱底物和代謝產(chǎn)物的抑制。微生物的生長會受到微生物的生長會受到高濃度底物和逐步過量產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物的抑制，若將初始底高濃度底物和逐步過量產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物的抑制，若將初始底物濃度降低，就會限制菌體密度和產(chǎn)物濃度的提高。但采用物濃度降低，就會限制菌體密度和產(chǎn)物濃度的提

15、高。但采用間歇補料通過不斷的流加限制性底物就可克服該缺點?？砷g歇補料通過不斷的流加限制性底物就可克服該缺點?？梢砸员苊馄咸烟切?yīng)避免葡萄糖效應(yīng)對微生物生長和產(chǎn)物積累的影響。流加補對微生物生長和產(chǎn)物積累的影響。流加補料還可料還可稀釋降低代謝產(chǎn)物的濃度稀釋降低代謝產(chǎn)物的濃度，減輕其抑制生長作用。，減輕其抑制生長作用。 2）增加次級代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量。）增加次級代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量。次級代謝產(chǎn)物的合成常常在次級代謝產(chǎn)物的合成常常在生長平衡期才開始合成，與生長平衡期才開始合成，與穩(wěn)定期的細胞密度穩(wěn)定期的細胞密度和和延續(xù)時間延續(xù)時間密密切相關(guān)。但間歇發(fā)酵的平衡期比較短，因營養(yǎng)物質(zhì)已大量消切相關(guān)。但間歇發(fā)酵的平衡期

16、比較短，因營養(yǎng)物質(zhì)已大量消耗可同化量很少很快就進入衰亡期。通過補料可延長平耗可同化量很少很快就進入衰亡期。通過補料可延長平衡期增加次級代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量。衡期增加次級代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量。3） 可以提高發(fā)酵的細胞密度。可以提高發(fā)酵的細胞密度。補料發(fā)酵時不補料發(fā)酵時不斷地向發(fā)酵罐補償限制性底物，微生物始終能斷地向發(fā)酵罐補償限制性底物，微生物始終能獲得充分的營養(yǎng)，菌體密度就可以增加，合理獲得充分的營養(yǎng)，菌體密度就可以增加，合理改進發(fā)酵工藝細胞密度可以達到改進發(fā)酵工藝細胞密度可以達到10以上干以上干細胞，大大提高產(chǎn)率。細胞，大大提高產(chǎn)率。 4）可以恒定培養(yǎng)條件。）可以恒定培養(yǎng)條件。發(fā)酵過程中的培養(yǎng)環(huán)發(fā)酵過程中

17、的培養(yǎng)環(huán)境會隨著代謝作用的進行而變化，如培養(yǎng)基的境會隨著代謝作用的進行而變化，如培養(yǎng)基的pH值，這時可流加氨水或通氨來恒定值，這時可流加氨水或通氨來恒定pH值值還補充氮源。還補充氮源。 二、培養(yǎng)狀態(tài)二、培養(yǎng)狀態(tài) 1、固體培養(yǎng)、固體培養(yǎng) 2、液體培養(yǎng)、液體培養(yǎng)1 1、固體培養(yǎng)、固體培養(yǎng) 固體培養(yǎng)就是利用固體培養(yǎng)基進行微生物的繁殖。固體培養(yǎng)在微生物鑒定、計數(shù)、純化和保藏等方面發(fā)揮著重要作用。一些絲狀真菌可以進行生產(chǎn)規(guī)模的固體發(fā)酵。實驗室常見的固體培養(yǎng)實驗室常見的固體培養(yǎng)試管斜面、培養(yǎng)皿平板、較大型的克氏扁瓶和茄子瓶斜面。用于菌種的分離、純化、保藏和生產(chǎn)種子的制備。（1）用接種環(huán)挑取原始培養(yǎng)物后，在

18、固體培養(yǎng)基）用接種環(huán)挑取原始培養(yǎng)物后，在固體培養(yǎng)基表面表面劃線接種劃線接種（2）用涂布棒將少量的液體培養(yǎng)物）用涂布棒將少量的液體培養(yǎng)物涂布涂布在整個固在整個固體培養(yǎng)基表面體培養(yǎng)基表面（3）將少量液體培養(yǎng)物與融化后降溫至）將少量液體培養(yǎng)物與融化后降溫至5060度度的固體培養(yǎng)基的固體培養(yǎng)基混勻混勻，倒入培養(yǎng)皿中，澆注成平板，倒入培養(yǎng)皿中，澆注成平板。接種后的培養(yǎng)物直接放入培養(yǎng)箱中恒溫培養(yǎng)。這些方法適用于好氧和兼性好氧微生物的培養(yǎng)。微好氧微生物采取穿刺培養(yǎng)微好氧微生物采取穿刺培養(yǎng)對厭氧菌培養(yǎng)必需創(chuàng)造更嚴格的無氧環(huán)境對厭氧菌培養(yǎng)必需創(chuàng)造更嚴格的無氧環(huán)境厭氧培養(yǎng)皿。厭氧罐，厭氧培養(yǎng)皿。厭氧罐，Hunga

19、te滾管技術(shù)滾管技術(shù)生產(chǎn)中常見的固體培養(yǎng) 在生產(chǎn)實踐中，好氧真菌的固體培養(yǎng)方法都是將接種后的固體基質(zhì)薄薄地攤鋪在容器的表面，可使菌體獲得充足的氧氣，又可以將生長過程中產(chǎn)生的熱量及時釋放。 固體培養(yǎng)使用的基本培養(yǎng)基原料是小麥麩皮等。滅菌后待冷卻到合適溫度便可接種。固體培養(yǎng)基中的含水量控制在4080之間（典型的液體培養(yǎng)基含水量在95以上），細菌和酵母菌將無法忍受如此低水含量的環(huán)境，所以，固體培養(yǎng)被細菌或酵母菌污染的可能性大大降低。麩曲、食用菌、醬豆、米酒米曲霉固體培養(yǎng)生產(chǎn)日本酒曲米曲霉固體培養(yǎng)生產(chǎn)日本酒曲2.液體培養(yǎng) 液體培養(yǎng)就是將微生物接種到液體培養(yǎng)基中進行培養(yǎng)。由于大多數(shù)發(fā)酵微生物是好氧性的，

20、而且微生物只能利用溶解氧，所以，如何保證在培養(yǎng)液中有較高的溶解氧濃度至關(guān)重要。一般可通過增加液體與氧的接觸面積或提高氧分壓來提高溶氧速率。 實驗室常見的液體培養(yǎng)實驗室常見的液體培養(yǎng) 在實驗室進行好氧菌液體培養(yǎng)的方法主要有四種。 （ 1）試管液體培養(yǎng) 此法的通氣效果一般較差，僅適用于培養(yǎng)兼性好氧菌，以及進行微生物的各種生理生化試驗。 （2）淺層液體培養(yǎng) 在三角燒瓶中裝入淺層培養(yǎng)液，其通氣量與裝液量、棉塞通氣程度密切相關(guān)。通氣量對微生物的生長速度和生長量有很大關(guān)系，該方法一般也僅適于兼性好氧菌。 （3）搖瓶培養(yǎng)）搖瓶培養(yǎng) 蓋蓋812層紗布或用疏松的棉塞層紗布或用疏松的棉塞塞住以阻止塞住以阻止空氣中

21、雜菌或雜質(zhì)進入瓶內(nèi)，而空氣可以空氣中雜菌或雜質(zhì)進入瓶內(nèi)，而空氣可以透過紗布或棉塞供微生物呼吸之用。透過紗布或棉塞供微生物呼吸之用。 一般裝液量為三角瓶的一般裝液量為三角瓶的 10以下，如以下，如 250ml三角瓶裝三角瓶裝 1020ml培養(yǎng)液。培養(yǎng)液。 三角瓶內(nèi)三角瓶內(nèi)設(shè)置擋板或添加玻璃設(shè)置擋板或添加玻璃珠等。將搖珠等。將搖瓶放在搖床上以一定速度保溫振蕩培養(yǎng)，瓶放在搖床上以一定速度保溫振蕩培養(yǎng)，搖床有搖床有旋轉(zhuǎn)式旋轉(zhuǎn)式和和往復(fù)式往復(fù)式兩類。兩類。 搖瓶培養(yǎng)在實驗室里被廣泛用于微生搖瓶培養(yǎng)在實驗室里被廣泛用于微生物的生理生化試驗、發(fā)酵和菌種篩選等，物的生理生化試驗、發(fā)酵和菌種篩選等，也常在發(fā)酵工

22、業(yè)中用于種子培養(yǎng)。也常在發(fā)酵工業(yè)中用于種子培養(yǎng)。 （4）臺式發(fā)酵罐）臺式發(fā)酵罐 實驗室用的發(fā)酵罐體積一般實驗室用的發(fā)酵罐體積一般為幾升到幾十升。自動控制為幾升到幾十升。自動控制和記錄裝置如配置有和記錄裝置如配置有PH、溶解氧、溫度和泡沫檢測電溶解氧、溫度和泡沫檢測電極，有加熱或冷卻裝置，有極，有加熱或冷卻裝置，有補料、消泡和補料、消泡和PH調(diào)節(jié)用的調(diào)節(jié)用的酸或堿貯罐及其自動記錄裝酸或堿貯罐及其自動記錄裝置，大多由計算機控制。因置，大多由計算機控制。因為它的結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)用的大型為它的結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)用的大型發(fā)酵罐接近，所以，它是實發(fā)酵罐接近，所以，它是實驗室驗室模擬生產(chǎn)實踐模擬生產(chǎn)實踐的主要試的主要試驗

23、工具驗工具生產(chǎn)中常見的液體培養(yǎng) 液體培養(yǎng)生產(chǎn)效率高，適于機械化和自動化，所以它是當前微生物發(fā)酵工業(yè)的主要生產(chǎn)方式。液體培養(yǎng)有靜置培養(yǎng)和通氣培養(yǎng)兩種類型：靜置培養(yǎng)適于厭氧菌發(fā)酵，如酒精、丙酮一丁醇、乳酸等發(fā)酵；通氣發(fā)酵適于好氧菌發(fā)酵，如抗生素、氨基酸、核苷酸等發(fā)酵。 （1）淺盤培養(yǎng)：容器中盛裝淺層液體靜立培養(yǎng)，沒有通氣攪拌設(shè)備，全靠液體表面與空氣接觸進行氧氣交換，這是最為原始的液體培養(yǎng)形式，勞動強度大，生產(chǎn)效率低，易污染。早期的青霉素和檸檬酸發(fā)酵曾采用過淺盤培養(yǎng)。當時生產(chǎn)一千克青霉素就需要100萬個容積為一升的培養(yǎng)瓶。（2 2）發(fā)酵罐深層培養(yǎng)）發(fā)酵罐深層培養(yǎng) 液體深層培養(yǎng)的主體設(shè)備是發(fā)酵罐。 發(fā)

24、酵罐可以為微生物提供豐富而均勻的營養(yǎng)，良好的通氣攪拌，適宜的溫度和酸堿度，并能防止雜菌污染。為此，發(fā)酵罐通常配備有培養(yǎng)基配制系統(tǒng)、蒸汽滅菌系統(tǒng)、空氣壓縮過濾系統(tǒng)和補料系統(tǒng)。其生產(chǎn)效率較高，易于控制，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，因而在發(fā)酵工業(yè)中被廣泛應(yīng)用。但是，深層培養(yǎng)耗費的動力較大，設(shè)備較為復(fù)雜，需要較大的投資。 大型發(fā)酵罐的發(fā)酵一般需分幾級進行，使發(fā)酵的種子逐級擴大，以提高發(fā)酵罐的利用率并節(jié)約能源等。罐的級數(shù)一般是根據(jù)菌體繁殖速度以及發(fā)酵罐的容積而確定的：如谷氨酸發(fā)酵多采用二級培養(yǎng)；而生長較慢的青霉素和鏈霉素生產(chǎn)菌種一般需要三級培養(yǎng)。 大規(guī)模液體培養(yǎng)的厭氧菌：丙酮-丁醇發(fā)酵 丙酮-丁醇梭菌的生長可以分為兩

25、個階段： 前期較短，以產(chǎn)菌體為主，生長溫度以37為宜； 后期較長，以產(chǎn)丙酮一丁醇為主，溫度以33為宜。 這樣的生產(chǎn)流程可連續(xù)運轉(zhuǎn)一年以上，并達到比單級連續(xù)發(fā)酵高得多的生產(chǎn)效率。三、其他培養(yǎng)方法三、其他培養(yǎng)方法1、雙菌或者多菌培養(yǎng)、雙菌或者多菌培養(yǎng) 現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)以純種發(fā)酵為主，而傳統(tǒng)的固現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)以純種發(fā)酵為主，而傳統(tǒng)的固態(tài)白酒和醬油的發(fā)酵都是多菌培養(yǎng)發(fā)酵的結(jié)果態(tài)白酒和醬油的發(fā)酵都是多菌培養(yǎng)發(fā)酵的結(jié)果。在自然界微生物之間的共生與互生關(guān)系也是。在自然界微生物之間的共生與互生關(guān)系也是雙菌與多菌共同生存的常例，這種關(guān)系反映了雙菌與多菌共同生存的常例，這種關(guān)系反映了微生物存在著代謝微生物存在著代謝”接

26、力棒接力棒”的依賴狀態(tài)，能的依賴狀態(tài)，能相互改善生存條件。相互改善生存條件。 雙菌發(fā)酵：雙菌發(fā)酵：維生素維生素C的二步法的二步法采用采用歐文氏菌歐文氏菌和和棒狀桿菌棒狀桿菌進行串聯(lián)發(fā)酵，先將廠葡進行串聯(lián)發(fā)酵，先將廠葡萄糖轉(zhuǎn)化成萄糖轉(zhuǎn)化成2，5-二酮基葡萄糖酸再進一步轉(zhuǎn)化產(chǎn)牛二酮基葡萄糖酸再進一步轉(zhuǎn)化產(chǎn)牛2-酮某古龍酸。酮某古龍酸。以山梨醇作為發(fā)酵的主要原料，利用以山梨醇作為發(fā)酵的主要原料，利用生黑葡萄糖酸生黑葡萄糖酸桿菌桿菌或或弱氧醋酸桿菌弱氧醋酸桿菌先進行第先進行第 一步發(fā)酵，所生成的一步發(fā)酵，所生成的 山山梨糖梨糖80加熱幾分鐘后再加入滅菌的輔料（玉米漿，加熱幾分鐘后再加入滅菌的輔料（玉米

27、漿，尿素及無機鹽等），開始第二步的混合菌株發(fā)酵。當尿素及無機鹽等），開始第二步的混合菌株發(fā)酵。當作為伴生菌的芽孢桿菌開始形成芽孢時，產(chǎn)酸菌株開作為伴生菌的芽孢桿菌開始形成芽孢時，產(chǎn)酸菌株開始產(chǎn)酸。始產(chǎn)酸。 淀粉淀粉-酒精的雙菌發(fā)酵酒精的雙菌發(fā)酵用固定化的混合菌種將淀粉原料轉(zhuǎn)化成乙醇。用固定化的混合菌種將淀粉原料轉(zhuǎn)化成乙醇。用海藻酸鈉包埋黑曲霉和運動發(fā)酵單胞菌，形用海藻酸鈉包埋黑曲霉和運動發(fā)酵單胞菌，形成固定化細胞小球。黑曲霉好氧，故長在小球成固定化細胞小球。黑曲霉好氧，故長在小球表層，運動發(fā)酵單胞菌厭氧，生長在小球中間表層，運動發(fā)酵單胞菌厭氧，生長在小球中間。當?shù)矸垡毫鬟^固定化細胞反應(yīng)器時，表

28、層的。當?shù)矸垡毫鬟^固定化細胞反應(yīng)器時，表層的黑曲霉將淀粉分解成葡萄糖并進入小球內(nèi)層，黑曲霉將淀粉分解成葡萄糖并進入小球內(nèi)層，運動發(fā)酵單胞菌隨即將葡萄糖轉(zhuǎn)化成乙醇。運動發(fā)酵單胞菌隨即將葡萄糖轉(zhuǎn)化成乙醇。許多發(fā)酵是純菌株無法實現(xiàn)的只有混合菌許多發(fā)酵是純菌株無法實現(xiàn)的只有混合菌株才能完成所以采用混菌培養(yǎng)有可能獲得株才能完成所以采用混菌培養(yǎng)有可能獲得新型的或優(yōu)質(zhì)的發(fā)酵產(chǎn)品，有時比單菌培養(yǎng)新型的或優(yōu)質(zhì)的發(fā)酵產(chǎn)品，有時比單菌培養(yǎng)更快、更有效更簡便當然混菌培養(yǎng)的反更快、更有效更簡便當然混菌培養(yǎng)的反應(yīng)機制較復(fù)雜。應(yīng)機制較復(fù)雜。同步培養(yǎng)：同步培養(yǎng)：是一種培養(yǎng)方法，它能使群體中不同是一種培養(yǎng)方法，它能使群體中不同

29、步的細胞轉(zhuǎn)變成能同時進行生長或分裂的群體步的細胞轉(zhuǎn)變成能同時進行生長或分裂的群體細胞。細胞。同步生長：同步生長：以同步培養(yǎng)方法使群體細胞能處于同以同步培養(yǎng)方法使群體細胞能處于同一生長階段，產(chǎn)同時進行分裂的生長方式稱為一生長階段，產(chǎn)同時進行分裂的生長方式稱為同步生長。同步生長。同步細胞或同步培養(yǎng)物同步細胞或同步培養(yǎng)物：能過同步培養(yǎng)方法獲得：能過同步培養(yǎng)方法獲得的細胞稱的細胞稱。同步培養(yǎng)物常被用來研究在單個細胞上難以研究的生理與遺傳特性同步培養(yǎng)物常被用來研究在單個細胞上難以研究的生理與遺傳特性和作為工業(yè)發(fā)酵的種子，它一種理想的材料。和作為工業(yè)發(fā)酵的種子，它一種理想的材料。2 2、同步培養(yǎng)、同步培養(yǎng)機械篩選方法機械篩選方法（1）離心方法）離心方法（2）過濾分離法）過濾分離法（3）硝酸纖維素濾膜）硝酸纖維素濾膜法法環(huán)境條件控制技術(shù)環(huán)境條件控制技術(shù)（1）溫度：）溫度：通過適宜與不適宜溫度的交替處理之后，通過適宜與不適宜溫度的交替處理之后，通過培養(yǎng)可獲得同步細胞。通過培養(yǎng)可獲得同步細胞。（2）培養(yǎng)基成分控制：）培養(yǎng)基成分控制：將不同步的細菌在營養(yǎng)將不同步的細菌在營養(yǎng)不足的條件下培養(yǎng)一段時間，然后