發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基設(shè)計(jì).ppt

1、三 發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基設(shè)計(jì),一 概述,發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基,工業(yè)培養(yǎng)基定義： 人工配制的提供微生物或動(dòng)植物細(xì)胞生長、繁殖、代謝和生物合成各種代謝產(chǎn)物所需的按一定比例配制的多種營養(yǎng)物質(zhì)的混合物和原料。,一 概述,發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基,工業(yè)培養(yǎng)基的一般要求： a.培養(yǎng)基的原料來源豐富、價(jià)格低廉、性能穩(wěn)定。適合大規(guī)模貯藏，保證供應(yīng)。 b.營養(yǎng)物質(zhì)組成比較豐富，濃度恰當(dāng)，滿足微生物生長繁殖需要，更重要是顯示出產(chǎn)物合成的潛力。滿足產(chǎn)物的最經(jīng)濟(jì)的合成。 c. 發(fā)酵形成的副產(chǎn)物盡可能的少； d.應(yīng)滿足總體工藝要求，如不影響生產(chǎn)過程的通風(fēng)、攪拌、產(chǎn)物的分離提取和廢物處理等。,一 概述,發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基,具體某種微生物或產(chǎn)品的培

2、養(yǎng)基，需經(jīng)過試驗(yàn)確定。培養(yǎng)基的配方隨菌種、工藝控制條件、發(fā)酵設(shè)備而變化。,二 培養(yǎng)基成分,發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基,培養(yǎng)基的成分及來源,一.碳源 二.氮源 三.無機(jī)元素 四.生長因子 五.前體 六.促進(jìn)劑和誘導(dǎo)劑 七.消泡劑 八.酸、堿,二 培養(yǎng)基成分,發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基,碳源：,凡是用于構(gòu)成微生物細(xì)胞和代謝產(chǎn)物中碳元素的營養(yǎng)物質(zhì)均稱為碳源。 1.功能 為細(xì)胞生長和產(chǎn)物合成提供碳元素 為細(xì)胞生長、繁殖和維系生命提供能量ATP 2.種類: 糖類、醇類、有機(jī)酸及鹽類、油脂類、烴類。,二 培養(yǎng)基成分,發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基,細(xì)菌在不同碳源的細(xì)胞得率： 碳基質(zhì) 細(xì)胞得率( g細(xì)胞/g基質(zhì)) 葡萄糖、糖蜜 0.51 甲烷 0

3、.62 正烷烴 1.03 甲醇 0.40 乙醇 0.68 醋酸鹽 0.34 順丁稀二鹽酸 0.36,二 培養(yǎng)基成分,發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基,二 培養(yǎng)基成分,發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基,醇類 性質(zhì) 甲醇、乙醇 有機(jī)酸及其鹽類,對(duì)微生物的生長有抑制作用，也需控制培養(yǎng)基中的濃度,有機(jī)酸鹽使pH，需不斷的加以中和并控制在培養(yǎng)基中的濃度。,二 培養(yǎng)基成分,發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基,油脂類、烴類 性質(zhì) 玉米油 豆油 橄欖油 棉籽油 石油裂解物 14-18C正烷烴,油和烴不溶于水，需 強(qiáng)攪拌。 油脂即可作碳源又可 做消沫劑。,二 培養(yǎng)基成分,發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基,氮源 1.功能：為細(xì)胞生長和產(chǎn)物合成提供氮 元素。 2.種類： 有機(jī)氮源 無機(jī)氮

4、源,二 培養(yǎng)基成分,發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基,有機(jī)氮源： a.植物餅粉類: 花生餅粉、黃豆餅粉、玉米漿 b.尿素 c.動(dòng)物肉骨粉 d.酵母膏 e.蛋白胨 尿素及有機(jī)氮：一般無毒，但尿素使PH，滅菌后不穩(wěn)定造成尿素減少。另有機(jī)氮源同時(shí)含有 C、N，故兼有C、N的作用。,二 培養(yǎng)基成分,發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基,無機(jī)氮源迅速利用的氮源 銨鹽、硝酸鹽、氨水 銨鹽pH、硝酸鹽pH 。 (NH4)2SO42NH3+H2SO4 NaNO3+4H2 NH3+2H2O+NaOH 生理酸性物質(zhì)：經(jīng)微生物生理作用（代謝）后能形成酸性物質(zhì)的無機(jī)氮源。 生理堿性物質(zhì)：經(jīng)微生物生理作用后能形成堿性物質(zhì)的無機(jī)氮源。例如：液體曲 正確使用生理

5、酸性、生理堿性物質(zhì)，對(duì)穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)酵過程的pH有積極作用 氨水 ：堿性強(qiáng)、易揮發(fā)、不能加熱滅菌，不能加到基礎(chǔ)培養(yǎng)基中，只用于流加,且要攪拌。,二 培養(yǎng)基成分,發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基,無機(jī)元素 1.功能： 為細(xì)胞生長和產(chǎn)物合成提供無機(jī)元素 維持培養(yǎng)基與細(xì)胞的滲透壓平衡 緩沖培養(yǎng)基的pH如：磷酸二氫鉀 2.種類： 常量元素：P、 Ca、 Mg、e、Cl、n、K、Na等 微量元素：Mn、Cr、Cu等,二 培養(yǎng)基成分,發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基,3.特點(diǎn) 這些物質(zhì)一般在低濃度對(duì)微生物生長和產(chǎn)物合成有促進(jìn)作用，但高濃度常表現(xiàn)明顯抑制作用 許多微量元素不必加 Mg、P、K、S、Ca、Cl 鹽形式加入 Mg可組成某些細(xì)胞葉綠素

6、的成分， Mg2+是許多重要酶的激活劑（羧化酶、己糖磷酸化酶） S：含硫氨基酸和輔酶的活性基 輔酶A 磷酸鹽：主要促進(jìn)基礎(chǔ)代謝，但量高時(shí)許多產(chǎn)物的合成受到抑制。 K與細(xì)胞滲透壓和滲透性 酶激活劑 Ca控制細(xì)胞滲透性 鋅、鈷、錳、銅：為酶輔基和激活劑 合成培養(yǎng)基加入,二 培養(yǎng)基成分,發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基,水,水是培養(yǎng)基的主要成分，是營養(yǎng)物質(zhì)、代謝產(chǎn)物、氧的載體，同時(shí)也是熱的良導(dǎo)體，利于散熱，調(diào)節(jié)溫度，為微生物生長繁殖代謝提供必須的生理環(huán)境。 水中的礦物質(zhì)含量對(duì)釀造工業(yè)和淀粉糖化影響很大，水源作為選擇廠址的依據(jù)。 參數(shù)：pH、溶氧、可溶性固體、污染程度、礦物質(zhì)組成。,二 培養(yǎng)基成分,發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基,生長

7、因子、前體、產(chǎn)物促進(jìn)劑和抑制劑,生物素 用量：亞適量 5g/L 谷氨酸產(chǎn)生菌為生物素缺陷型 油酸缺陷型。 來源：米糠、酵母、豆餅水解液、糖蜜。,1.生長因子：凡是微生物生長不可缺少的微量有機(jī)物，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、維生素等均稱為生長因子。 功能：構(gòu)成細(xì)胞組分，促進(jìn)生命活動(dòng)進(jìn)行。,二 培養(yǎng)基成分,發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基,維生素B1（硫胺素）對(duì)某些谷氨酸菌株有促進(jìn)作用。 溶解度：100g/100mL pH5.5 120穩(wěn)定，pH 5.5以上破壞 氧化、還原劑存在失活。,提供生長因子的農(nóng)副產(chǎn)品 玉米漿：玉米淀粉的副產(chǎn)品 亞硫酸浸泡玉米的浸泡液的濃縮物。,二 培養(yǎng)基成分,發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基,玉米漿成分： 總固形

8、物中 乳酸 15% 還原糖5.6% 水解后的 自由還原糖6.8% 總氮4% 其中氨基氮66.5%,維生素：微克/克 硫胺素 41-49 生物素 0.34-0.38 葉酸 0.26-0.6 煙酰胺 30-40 核黃素 3.9-4.7,灰份： K 20% P 1-5% Na 0.3-1% Mg 0.003-0.3% Zn、0.8% Pb、Si、Cl 0.003 -0.1% Fe、Cu、Ca、0.001-0.3%,原料變動(dòng)需做小試用量 0.4-0.8%,二 培養(yǎng)基成分,發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基,麩皮水解液：代替玉米漿 用量：干麩皮的1% 麩皮：水=1：20 HCl pH 1 0.25MPa 加熱水解20min

9、 過濾液 糖蜜：蔗糖糖蜜用量0.1%0.4% 酵母：膏、浸出液、粉。,二 培養(yǎng)基成分,發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基,2.前體 指某些化合物加入發(fā)酵培養(yǎng)基中，能直接被微生物合成過程中結(jié)合到產(chǎn)物分子中去，而其自身結(jié)構(gòu)并沒有多大變化，但是產(chǎn)物的產(chǎn)量卻因加入前體而有較大的提高。 功能：直接構(gòu)成代謝產(chǎn)物的一部分 特點(diǎn)：有些前體濃度過高對(duì)菌體產(chǎn)生毒性。菌體還具有將前體氧化分解的能力，故需工藝控制。,少量流加 多次加入 加入的時(shí)間,二 培養(yǎng)基成分,發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基,幾種產(chǎn)物的前體,二 培養(yǎng)基成分,發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基,3.促進(jìn)劑或誘導(dǎo)劑 對(duì)產(chǎn)物的合成有促進(jìn)或誘導(dǎo)產(chǎn)物的合成 功能 促進(jìn)生長和形態(tài)分化 激活代謝酶系 誘導(dǎo)產(chǎn)物的合成

10、特點(diǎn) 用量微，選擇好，效果顯著 專一性強(qiáng)，不能套用。,二 培養(yǎng)基成分,發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基,抑制劑 抑制某些代謝途徑進(jìn)行，同時(shí)促進(jìn)另一代謝途徑活躍。 最早微生物發(fā)酵甘油。,四環(huán)素發(fā)酵：溴化劑（NaBr） 抑制 金霉素 促進(jìn)四環(huán)素,二 培養(yǎng)基成分,發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基,消沫劑 1.功能：抑制或消除通氣或攪拌過程中產(chǎn)生的泡沫。 2.種類：合成消沫劑、動(dòng)植物油脂 3.特點(diǎn)： 合成消沫劑比動(dòng)植物油脂效果好。 過量的消沫劑可影響氧的溶解和下游產(chǎn)物的分離提取工序。,二 培養(yǎng)基成分,發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基,酸、堿 調(diào)節(jié)pH值 種類：NaOH、NH3.H2O、HCl、乙酸等。 注意：有腐蝕性、注意安全；一般不需滅菌；氨水還可作為

11、氮源用。 一般不主張用直接用酸堿來調(diào)節(jié)pH,發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基,根據(jù)來源 1.合成培養(yǎng)基：化學(xué)成分明確、穩(wěn)定; 一般用于實(shí)驗(yàn)、研究等。 2.天然培養(yǎng)基：一般用于生產(chǎn) 3.半合成培養(yǎng)基,培養(yǎng)基的類型和用途,三 培養(yǎng)基類型、質(zhì)量,培養(yǎng)基的種類和影響質(zhì)量因素,根據(jù)物理狀態(tài) 固態(tài)：瓊脂、米粒、米糠 半固態(tài)：菌種、觀察細(xì)菌運(yùn)動(dòng) 液態(tài)：工業(yè)大規(guī)模培養(yǎng)用,發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基,根據(jù)使用目的 1.基礎(chǔ)培養(yǎng)基 2.鑒別培養(yǎng)基：加入指示劑 3.增殖培養(yǎng)基： 4.選擇培養(yǎng)基：特殊營養(yǎng),三 培養(yǎng)基類型、質(zhì)量,根據(jù)工藝要求 1.孢子培養(yǎng)基：收獲孢子 2.種子培養(yǎng)基：繁殖微生物菌絲體或細(xì)胞 3.發(fā)酵培養(yǎng)基：大量菌體或代謝產(chǎn)物 4.

12、補(bǔ)料培養(yǎng)基：補(bǔ)充營養(yǎng),發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基,孢子培養(yǎng)基： 是供菌種繁殖孢子的一種常用培養(yǎng)基 要求：產(chǎn)孢多；遺傳穩(wěn)定性好；耐保存。 種類：瓊脂斜面培養(yǎng)基 米粒培養(yǎng)基 麩皮培養(yǎng)基,三 培養(yǎng)基類型、質(zhì)量,發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基,種子培養(yǎng)基： 繁殖菌體，擴(kuò)大培養(yǎng) 做發(fā)酵種子 要求：營養(yǎng)豐富 濃度稀 營養(yǎng)接近發(fā)酵培養(yǎng)基 種類：搖瓶種子培養(yǎng)基 種子罐培養(yǎng)基,三 培養(yǎng)基類型、質(zhì)量,發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基,發(fā)酵培養(yǎng)基 繁殖能合成產(chǎn)物的菌體；合成代謝產(chǎn)物。 要求：用好C、N源，在發(fā)酵期基本耗盡。 各項(xiàng)成分要均衡的滿足菌體生長和產(chǎn)物合成。 盡量不用色素、不被微生物代謝的成分。 種類：固體發(fā)酵培養(yǎng)基 液體發(fā)酵培養(yǎng)基（深層）,三 培養(yǎng)基類

13、型、質(zhì)量,發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基,補(bǔ)料培養(yǎng)基 降低發(fā)酵液粘度和營養(yǎng)成分的濃度 延長微生物的產(chǎn)物合成時(shí)間 要求：便于流加 種類：補(bǔ)糖、補(bǔ)氮、補(bǔ)前體、綜合補(bǔ)料等。,三 培養(yǎng)基類型、質(zhì)量,發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基,1.培養(yǎng)基質(zhì)量的判斷標(biāo)準(zhǔn),三 培養(yǎng)基類型、質(zhì)量,影響培養(yǎng)基質(zhì)量的因素,有效成分的含量 色澤 pH值 有無雜菌,發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基,2.影響因素,三 培養(yǎng)基類型、質(zhì)量,原材料的質(zhì)量 純度、原材料的產(chǎn)地品種、加工方法、儲(chǔ)存條件、粉碎粒度等。,配制方法 培養(yǎng)基的配方中應(yīng)注明的事項(xiàng)： 計(jì)料體積與配料體積的關(guān)系 物料的規(guī)格 pH值及調(diào)整方法 對(duì)配制水的要求 投料的順序,四 培養(yǎng)基配方設(shè)計(jì),發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基,培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)、優(yōu)

14、化,對(duì)于某種具體微生物或產(chǎn)品的培養(yǎng)基，需經(jīng)過試驗(yàn)確定。培養(yǎng)基的配方隨菌種、工藝控制條件、發(fā)酵設(shè)備而變化；,培養(yǎng)基的選擇和配制原則 培養(yǎng)基的選擇： 微生物的特點(diǎn) 液體和固體培養(yǎng)基的選擇,四 培養(yǎng)基配方設(shè)計(jì),發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基,培養(yǎng)基的配制原則 1.根據(jù)不同微生物營養(yǎng)需要 2.營養(yǎng)成分配比恰當(dāng)： 菌體培養(yǎng)可根據(jù)細(xì)胞的成分 酵母 C：N 約100：20 霉菌 C：N 為100：10 同化能力：快速與慢速利用C N 源的合理配比 葡萄糖效應(yīng) 3.滲透壓：選擇合適濃度 4.pH 5.氧化還原電位,四 培養(yǎng)基配方設(shè)計(jì),發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基,培養(yǎng)基的優(yōu)化,培養(yǎng)基設(shè)計(jì)的過程： 根據(jù)前人的經(jīng)驗(yàn)和培養(yǎng)基成分，結(jié)合需要考慮的問題，初步確定可能的培養(yǎng)基成分； 通過單因子實(shí)驗(yàn)確定適宜的培養(yǎng)基成分 各組分最適的濃度確定；為減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)常采用合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。,四 培養(yǎng)基配方設(shè)計(jì),發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基,理論轉(zhuǎn)化率的計(jì)算 理論轉(zhuǎn)化率 理想狀態(tài)下，根據(jù)微生物的代謝途徑進(jìn)行物料恒算，得出的轉(zhuǎn)化率。 實(shí)際轉(zhuǎn)化率 實(shí)際發(fā)酵過程中轉(zhuǎn)化率的大小,四 培養(yǎng)基配方設(shè)計(jì),發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基,通過反應(yīng)方程式對(duì)物料進(jìn)行恒算,對(duì)于很多產(chǎn)品和反應(yīng)底物給出定量方程，目前相當(dāng)困難；