發(fā)酵工程ppt韋革宏楊祥第章節(jié)

1、第一節(jié)發(fā)酵營養(yǎng)基質(zhì)的組成,一、碳源營養(yǎng),微生物從總體上說幾乎可以分解利用地球上的一切有機物，但其碳源譜個體差異較大?？偟膩碚f，發(fā)酵上常用的碳源集中在糖類、脂類和烴類三種，糖類最常用。,一、碳源營養(yǎng),葡萄糖 優(yōu)勢：廣譜碳源，幾乎所有的微生物都能利用 劣勢：初糖效應(yīng)、影響DO，且其代謝對很多發(fā)酵產(chǎn)物有干擾 解決方法：流加或連續(xù)發(fā)酵 其他糖類 果糖雙糖多糖有機酸、醇、酯、烴 常用價格便宜的，如淀粉，但需預(yù)處理,一、碳源營養(yǎng),糖蜜 糖蜜(molasses)是制糖工業(yè)的下腳料。將提純的甘蔗汁或甜菜汁熬成帶有結(jié)晶的糖膏，用離心機分出結(jié)晶糖，重復(fù)多次，至不能結(jié)晶，此母液即糖蜜。 典型糖蜜的成分和性狀，見下頁

2、表4-3.,表4-3 典型糖蜜的成分和性狀,一、碳源營養(yǎng),由于我國制糖工業(yè)在南方和北方所用原料不同，所以糖蜜也主要有甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜兩種。 糖蜜的品質(zhì)因不同產(chǎn)地、不同產(chǎn)區(qū)土質(zhì)、不同氣候、不同原料品種、不同收獲季節(jié)、不同制糖方法與工藝條件而有很大差異。 糖蜜主要應(yīng)用在氨基酸、抗生素、酒精等發(fā)酵工業(yè)上。,一、碳源營養(yǎng),脂類 含義：主要指各種長鏈脂肪酸 常用物質(zhì)：各種動物油和植物油，如各種菜油、豆油、棉子油、葵花子油、豬油、魚油等 常用菌種：如解脂假絲酵母等 使用注意事項：乳化問題、供氧問題,一、碳源營養(yǎng),烴類 常用物質(zhì)：常以石油各個組分為原料 常用菌種：即“石油微生物”，如熱帶假絲酵母、解脂假絲

3、酵母、嗜油畢赤氏酵母、脫蠟球擬酵母以及某些假單胞菌等 發(fā)酵行業(yè)：石油脫蠟、SCP生產(chǎn),二、氮源營養(yǎng),凡是能被用來構(gòu)成菌體物質(zhì)中或代謝產(chǎn)物中氮素來源的營養(yǎng)物質(zhì)稱為氮源。微生物整體利用的氮源范圍則稱氮源譜。 象碳源譜一樣，微生物的氮源譜也比較廣大，但個體間差異較碳源譜小，NCHO型最易利用。 除極少數(shù)具有固氮能力的微生物以外，微生物的氮源都來自自然界中的無機氮或有機氮物質(zhì)，因此我們可以將氮源分為無機氮源和有機氮源兩種。,二、氮源營養(yǎng),無機氮源 常用物質(zhì)：氨水、銨鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽等 特點：利用速度快，很多是速效氮源 某些利用后會改變培養(yǎng)基pH值，稱這些氮 源為生理酸、堿性物質(zhì) 氨水簡介 缺點：有

4、些微生物不能利用,二、氮源營養(yǎng),有機氮源 常用物質(zhì)：主要是各種成分復(fù)雜的工農(nóng)業(yè)下腳料，如各種豆粉、玉米粉、棉子餅粉、花生餅粉、各種蛋白粉、魚粉、蠶蛹粉、某些發(fā)酵的廢菌絲體粉、釀酒工業(yè)的酒糟以及實驗室常用的牛肉膏、蛋白胨等等 特點：營養(yǎng)豐富，常為遲效氮源,二、氮源營養(yǎng),有機氮源 玉米漿 概念：玉米漿是以玉米制淀粉或制糖中的玉米浸泡水制得的。目前主要應(yīng)用于抗生素工業(yè)。 玉米漿由于浸泡使得營養(yǎng)十分豐富 使用注意：酸性(pH值約為4)，質(zhì)量波動,二、氮源營養(yǎng),尿素 亦稱脲，CO(NH2)2，相當(dāng)于碳酸的二酰氨，外觀為白色晶體或粉末，是動物蛋白質(zhì)代謝后的產(chǎn)物。 應(yīng)用范圍：廣泛，尤其在抗生素和氨基酸發(fā)酵中

5、 使用注意 中性氮源 含氮量高（46%） 微生物必須能分泌脲酶 營養(yǎng)簡單,二、氮源營養(yǎng),蛋白胨 概念：外觀呈淡黃色的粉劑，是具有某種類似肉香的特殊氣味，平均分子量在2000左右的氮素混合物。 使用注意 營養(yǎng)成分的波動 一般僅用于實驗室 防止吸潮,三、無機鹽及微量元素,概念：指除碳、氮元素外其他各種重要元素及其供體。 劃分：大量元素(10-310-4mol/L) 主要是P、S、K、Mg、Ca、Na和Fe等 微量元素(10-610-8mol/L) 主要是Cu、Zn、Mn、Mo和Co等 使用：大量元素：鹽；微量元素：有機碳(氮)源、高倍貯液,三、無機鹽及微量元素,磷元素 細胞內(nèi)存在：磷酸基團，以酯鍵

6、與各種細胞組分相連接 作用： 細胞膜組分 活化糖類分子 共價修飾 橋接核苷酸 組成ATP,三、無機鹽及微量元素,常用供體：K3PO43H2O、K3PO4、Na2HPO412H2O、NaH2PO42H2O等 注意事項： “磷酸鹽調(diào)節(jié)”現(xiàn)象 有機碳(氮)源的使用,三、無機鹽及微量元素,硫元素 細胞內(nèi)存在：多以巰基或雜環(huán)硫形式存在 作用： 蛋白質(zhì)構(gòu)象形成必需 構(gòu)成含硫維生素 供體：硫酸鹽 注意事項： 有機碳(氮)源的使用 產(chǎn)物含硫的發(fā)酵,三、無機鹽及微量元素,鈣元素 細胞內(nèi)存在：二價離子(Ca2+)形式 作用： 很多酶的輔因子或激活劑 滲透壓調(diào)節(jié)劑 供體：CaCl2 注意事項： 不要與磷酸鹽同時添加

7、 可以用CaCO3作為備用堿,三、無機鹽及微量元素,鎂元素 細胞內(nèi)存在：二價離子(Mg2+)形式 作用： 很多酶的輔因子或激活劑 葉綠素組分 供體：MgSO4 注意事項： 注意發(fā)酵培養(yǎng)基的pH值,三、無機鹽及微量元素,鉀元素 細胞內(nèi)存在：一價離子(K+)形式 作用： 很多酶的輔因子或激活劑 供體：KH2PO4和K2HPO4,三、無機鹽及微量元素,鈉元素 細胞內(nèi)存在：一價離子(Na+)形式 作用： 調(diào)節(jié)滲透壓 某些特殊微生物所需 供體：NaH2PO4，Na2SO4，NaCl 注意事項： 培養(yǎng)原生質(zhì)體時注意鹽濃度,三、無機鹽及微量元素,鐵元素 細胞內(nèi)存在：二價離子(Fe2+)形式存在，常與蛋白質(zhì)結(jié)

8、合 作用： 呼吸鏈重要組分 供體：FeSO47H2O 注意事項： 注意不要過量添加,三、無機鹽及微量元素,微量元素 細胞內(nèi)存在：多以蛋白結(jié)合離子方式存在 作用： 多為某酶的核心組分 供體：在機碳(氮)源中含有，或使用高倍貯液 注意事項： 絕對不可過量，在一些特殊發(fā)酵中要嚴(yán)格控制,表4-7 主要無機元素的來源和功能(引自周德慶等,1993),四、水,作用： 起到溶劑與運輸介質(zhì)的作用 參與細胞內(nèi)一系列化學(xué)反應(yīng) 維持蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子穩(wěn)定的天然構(gòu)象 高比熱、高汽化熱、高沸點、固態(tài)低密度 供體：去離子水、蒸餾水、雙蒸水或自來水 注意： 自來水中的氯 特殊發(fā)酵行業(yè)的要求,五、生長因子,概念：生長因

9、子是一類對微生物必不可少的小分子有機物質(zhì)。 范圍： 廣義：維生素、堿基、卟啉及其衍生物以及某些氨基酸等 狹義：僅指維生素 主要維生素：各種B族維生素 常見維生素生理功能參見表4-9.,表4-9 常見維生素生理功能,五、生長因子,使用：一般也不需單獨添加，常在有機碳(氮)源中含有。 常用供體： 酵母膏 高倍維生素貯液 生物素簡介 生物素（biotin）是含硫原子的一元環(huán)狀弱酸，是一種重要的生長因子。,五、生長因子,生物素簡介 作用：是細胞內(nèi)許多需ATP的羧化反應(yīng)中羧基的載體，羧基暫時與生物素雙環(huán)系統(tǒng)上的一個氮原子結(jié)合，如在丙酮酸羧化酶催化丙酮酸羧化成草酰乙酸的反應(yīng)中。 使用：谷氨酸發(fā)酵中一般都使

10、用生物素缺陷型的菌株，發(fā)酵時控制生物素“亞適量”，一般為5 g/L左右。 常用供體：純品或由玉米漿或豆餅水解液提供。,六、前體物質(zhì),概念： 前體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生物合成過程結(jié)合到產(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。 主要應(yīng)用： 氨基酸發(fā)酵和抗生素發(fā)酵 使用注意： 過量有毒，應(yīng)先估算，再由實驗確定用量,七、產(chǎn)物促進劑和抑制劑,產(chǎn)物促進劑指在發(fā)酵過程中添加的，既不是營養(yǎng)物又不是前體物質(zhì)，但是卻能提高產(chǎn)量的物質(zhì)；而產(chǎn)物抑制劑主要是一些對生產(chǎn)菌代謝途徑有某種調(diào)節(jié)能力的物質(zhì)。這兩者都是對發(fā)酵過程有某種調(diào)節(jié)作用，使發(fā)酵過程

11、按照預(yù)定的路線進行或更有效率。 例如-甘露糖苷酶發(fā)酵中加入甘露聚糖，四環(huán)素發(fā)酵中加入2-巰基苯駢噻唑，甘油發(fā)酵加入亞硫酸氫鈉等。,本節(jié)結(jié)束,微生物碳源譜,微生物整體可以利用的碳源總范圍稱碳源譜(Spectrum of Carbon Sources)，例如： 糖類：葡萄糖，果糖，麥芽糖，蔗糖，淀粉，半乳糖，乳糖，甘露糖，纖維二糖，纖維素，半纖維素，甲殼素，木質(zhì)素等。 脂類：各種植物油、動物油，磷脂等。 有機酸類：乳酸，檸檬酸，延胡索酸，低級脂肪酸，高級脂肪酸，氨基酸等。 其他：如乙醇、石蠟、碳酸鹽等,表4-1 微生物的碳源譜,表4-2 谷氨酸發(fā)酵水解糖液質(zhì)量要求,表4-5 甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜的含糖區(qū)別,表4-4 不用加工方法對糖蜜質(zhì)量的影響,表4-5 微生物的氮源譜,生理酸性物質(zhì)和生理堿性物質(zhì),(NH4)2SO42NH3+H2SO4 NaNO3+8HNH3+2H2O+NaOH,例如硫酸銨和碳酸鈉：,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)；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)。,圖片來自阿里巴巴網(wǎng),氨水簡介,概念：氨水是氨溶于水得到的水溶液，為無色透明的液體，含氮1216，易揮發(fā)，具有特殊的強烈刺激性臭味。氨水是一種弱堿(pH值10左右)。 應(yīng)用：廣泛，尤其是在氨基酸、抗生素等發(fā)酵工業(yè)中 功