培养基的制备.

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1、培养基的制备 第二章 培养基的制备 培养基的制备 一、培养基： 是指供产生菌生长、繁殖、代谢和合成产 品所需的，按一定比例配制的多种营养物质的 混合物。 培养基的必备条件？ 第一节 基本概念 培养基的制备 1. 营养比较丰富，浓度要恰当：太营养 菌体生长过盛，否则生长太差. 2. 原料彼此不能产生化学反应：如柠檬 酸，CaCO3 。 返回 二、配制工业发酵培养基的一般要求 培养基的制备 3. 原料成本低，蛋白胨可用玉米浆 ，大豆粉代替。 4. 不影响通气搅拌的效果，如蛋白 质的含量高，泡沫多，通气差。 二、配制工业发酵培养基的一般要求 培养基的制备 第二节 培养基的制备过程 一、培养基成分 （

2、一）碳源 功能： 为微生物菌种的生长繁殖提供能源和 合成菌体细胞成分所必需的碳成分 为合成目的产物提供所需的碳成分 培养基的制备 1、糖类：单、双、多糖。 葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖、糊精、淀粉等糖类物质，是细 菌、放线菌、霉菌、酵母利用的碳源。其中，葡萄糖是碳源中最 容易利用的单糖，几乎所有微生物都能利用葡萄糖。（葡糖效应 和中期溶氧不足） 其他糖类：蔗糖、麦芽糖、乳糖等双糖也是常用的碳源。多糖 如淀粉和纤维素。淀粉还可以克服葡萄糖代谢过快的弊病，并且 价格低廉，来源丰富。蔗糖、麦芽糖、乳糖等双糖常用于抗生素 、氨基酸、酶类的发酵。 2、脂类：一般在糖类缺乏时，菌利用脂类。如植物油，动物油等

3、 脂类，具备较活跃的脂肪酶的微生物可利用脂类为碳源，但是耗 氧量会增加，因此要提供更多的氧。常用脂类有：豆油、菜油、 葵花籽油、棉籽油、玉米油、猪油等 培养基的制备 3、有机酸，醇：柠檬酸，甲醇。 碳氢化合物：石油产品，如谷氨酸生产菌 ，用正十六烷作碳源，当发酵到100小时加适 量青霉素，谷氨酸产量达84 g/L。 碳源可分为速效碳和缓效碳，要配合使用 。 培养基的制备 （二）氮源 功能：氮源物质构成菌体细胞 结构物质（氨基酸、蛋白质、核酸 ）；为微生物提供能源；合成含氮 的代谢产物。 常用的氮源分为两类：无机氮源 和有机氮源。 鱼粉 酒糟 培养基的制备 1. 无机氮源 l主要包括氨水、铵盐、

4、硝酸盐、亚硝酸盐等。 其被利用速度及吸收速度均快于有机氮源，也 被称为速效氮源。一般情况下作为辅佐氮源。 l生理酸性氮源和生理碱性氮源常被用来做发酵 过程中培养基pH调节的一种有效手段。 培养基的制备 2. 有机氮源 l主要成分复杂的工农业下脚料，包括豆粉、玉米粉、 豆饼、鱼粉、蚕蛹粉、酿酒工业的酒糟等。含有机氮 源的培养集中，菌体生长速度快，菌丝较多。 l玉米浆：一般含10%左右的乳酸，pH值在4左右，一 般用于抗生素发酵。 l尿素（脲） ：抗生素和氨基酸发酵，尤其是谷氨酸的 生产。能分泌脲酶的微生物才能利用。氮含量高达 50%，但是营养成分单一。 l蛋白胨（动物组织和植物水解制备）：实验室

5、用有机 氮源 培养基的制备 （三）生长因子 功能：生长因子为微生物必不可少的物质，一般为小分子有机物， 需求量很小。 l包括：维生素、碱基等。维生素中需求量最大的为B族维生素，多 为生化代谢中的辅酶。 l一般不需要单独添加。天然原料（玉米浆、糖蜜、豆饼水）及实 验室培养基（酵母膏）等都已经含有。 l应用实例：生物素合成生物质膜的重要辅酶，不足会造成细 胞膜不完整，细胞内容物的渗漏。添加亚适量（5mg/L），可即使 菌体生长少受抑制也可以使过多的谷氨酸因外泄而源源不断地合 成。 培养基的制备 （四）无机盐及微量元素 功能：构成菌体的成分；酶的组成部分或其激活剂、抑制剂；调节 渗透压、菌体内部pH

6、以及氧化还原电位等等。 l大量元素（0.11mM），包括P、S、K、Mg 、Ca、Na、Fe， 常常以盐的形式加入培养基。如：磷酸盐，钾盐，镁盐，钙盐等 。 l微量元素（0.01 1mM），包括Cu、Zn、Mn、Mo和Co等，Co 是发酵微生物 B12 的激活剂。 lK,Na,Ca等离子虽然不是细胞的组成成分，但是与维持细胞的一定 渗透压和细胞透性相关，并且是许多酶的激活剂。 培养基的制备 （五）前体 在产物的生物合成过程中，被菌体直接用 于产物合成而自身结构无显著改变的物质称前 体。 最早是从青霉素的生产中被发现的。 加入玉米浆后，青霉素单位可从20U/ml增 加到100U/ml； 玉米浆中

7、含有苯乙胺，它能被优先合成到 青霉素分子中，从而提高青霉素G的产量。 培养基的制备 发酵过程中所用的一些前体物质 产物前体产物前体 青霉素G 青霉素V 金霉素 灰黄霉素 红霉素 苯乙酸及其衍生物 苯氧乙酸 氯化物 氯化物 正丙醇 核黄素 类胡萝卜素 L-异亮氨酸 L-色氨酸 L丝氨酸 丙酸盐 紫罗酮 氨基丁酸 邻氨基苯甲酸 甘氨酸 培养基的制备 （六）促进剂和抑制剂 1、促进剂：并不是前体或营养物质，但却能提高产量的 物质。 作用方式： 或影响微生物正常代谢；或促进中间产物的累积；或提 高次级代谢产物量。 如：巴比妥盐能增加生产菌菌丝的抗自溶能力，达到推迟菌体自溶 目的，增加链霉素和利福霉素等

8、抗生素的累积。 l如：谷氨酸棒状杆菌生产赖氨酸的时候，加入红霉素可以提高产量 25%以上，加入表面活性剂可以增加产量30%以上。 l促进剂能促进产量增加的原因： l主要是改进了细胞的渗透性，增强了氧的传递速度，改善了菌体对 氧的有效利用。 培养基的制备 2、抑制剂：一些对生产菌代谢途径有某种调节 能力的物质。 抑制某些代谢途径的进行，同时刺激另 一个代谢途径 ，之一改变代谢途径，如：酵母厌氧发酵中加入亚硫 酸盐或碱类，可以促 进酒精发酵转入甘油发酵。 淘汰杂菌的抑制剂，如：真菌发酵中加入抗生素； 带抗生素抗性的工程菌发酵中加入该抗生素， 淘汰非 重组细胞或突变细胞。 培养基的制备 （七）水份

9、（1） 水是良好的溶剂，菌体所需要的营养物质都是溶解 于水中被吸收的。 （2） 渗透、分泌、排泄等作用都是以水为媒介的（运输 ）； （3） 水直接参与代谢作用中的许多反应。所以，水在生 物化学反应中占有极为重要的地位。 （4） 水的比热高，能有效地吸收代谢过程中所放出的热 ，使细胞内温度不致骤然上升。 （5） 水是热的良导体，有利于放热，可调节细胞的温度 。 培养基的制备 （八）消泡（沫）剂 消沫剂：工业发酵中常用一些消沫剂消除发酵 中产生的泡沫。有植物油脂和一些高分子化合 物。 有机消泡剂 有机硅消泡剂 聚醚型消泡剂 培养基的制备 二、培养基类型 （一）按组成分 合成培养基：用于研究、育种

10、天然培养基：用于工业生产 半合成培养基：牛肉膏蛋白胨培养基 （二）按状态分 固体 液体 半固体 培养基的制备 （三）按用途分 l1、孢子培养基 l2、种子培养机 l3、发酵培养基 培养基的制备 l孢子培养基：供菌种繁殖孢子，常采用固体培 养基，目的是在使发酵菌种不发生变异的前体 下尽可能多的产生孢子。 基本要求：营养不要太丰富（特别是有 机氮源）。无机盐浓度要适当。 生产上常用的有：麸皮培养基、小米培养 基、大米培养基、玉米培养基等。 培养基的制备 l种子培养基：供孢子发芽生长出大量的菌丝体 。 要求： 丰富的营养物质，特别需要充足的氮源和 生长因子； 碳源和氮源应易于利用，磷酸盐、维生素 含

11、量稍高。 与发酵培养基的主要成分相近，使种子尽 快适应发酵培养基，缩短周期。 培养基的制备 l发酵培养基：供菌种生长繁殖和合成发酵产物的 培养基。 l要求： l 组成丰富，多迟效营养，少速效营养； l 适当的碳氮比、缓冲剂、前体、促进剂； l 便于发酵控制及产物提取纯化。 培养基的制备 孢子培养基（% ）： 淀粉 0.8 K 2HPO4 0.05 天冬氨酸 0.002 CaCO 3 0.1 麸皮 2 KNO 3 0.1 琼脂 1.8 MgSO 4 0.05 pH 7.5 NaCl 0.05 庆大霉素生产 培养基的制备 摇瓶培养基（% ）： 淀粉 5.5 （NH4）2SO4 0.05 葡萄糖 0

12、.5 CaCO3 0.5 黄豆粉 4 KN03 0.05 蛋白胨 0.3 油少量 庆大霉素生产 培养基的制备 发酵培养基（% ）： 淀粉 1.5 （NH4)2S04 0.05 蛋白胨 0.5 CaCO3 0.5 黄豆粉 3 KNO3 0.05 玉米粉 1 庆大霉素生产 培养基的制备 三、培养基的选择 （一）原则 1、根据微生物特点选择组成 2、根据培养基用途选择状态 3、根据培养目的选择成分配比 4、根据经济效益选择原料 培养基的制备 （二）大规模生产用培养基应符合的要求： P24 培养基的制备 四、工业发酵培养基的制备工艺及生 产操作过程 （一）培养基设计原则 1、营养物质满足微生物生长需要

13、。 2、营养物质浓度及配比适当。 3、PH、渗透压等理化条件适宜。 4、根据培养目的设计配制。 5、原料来源广泛、价格合理。提倡就地取材， 以粗代精，以废代好。 培养基的制备 二、液体培养及制备工艺 1、淀粉的组成和特性 （1）淀粉颗粒的外观 淀粉颗粒呈白色，不 溶于冷水和有机溶剂，其 内部呈复杂的结晶组织。 随原料品种和种类的不同 ，淀粉颗粒具有不同的形 状和大小。形状不规则， 大致上可分为圆形、椭圆 形和多角形。 偏光显微 镜下淀粉 颗粒的偏 光十字 (400倍) 显微镜 下淀粉 颗粒结 构 板栗淀粉粒 （一）淀粉质水解糖的制备方法 籼 米 淀 粉 粒 偏光显微 镜下淀粉 颗粒的偏 光十字

14、 (400倍) 显微镜 下淀粉 颗粒结 构 薏米淀粉粒 培养基的制备 （2）淀粉分子的组成 淀粉的本质是由葡萄糖脱水聚合而成的，可以表示为（C6H10O5） n。可分为直连淀粉和支链淀粉，直链淀粉通过-1，4键连接。支链淀粉 的直链部分通过-1，4键连接，分支点则有-1，6键连接。 支 链 淀 粉 淀粉分子颗 粒构成过程 ： 淀粉分子链针状晶体 淀粉颗粒 氢键聚集 培养基的制备 （3）淀粉的理化性质 淀粉一般呈白色粉末状，在热水中能溶胀。纯支链淀粉能溶于冷 水中，而直链淀粉不能，直链淀粉能溶于热水。 淀粉没有还原性，也没有甜味，不溶于冷水、也不溶于酒精、乙 醚等有机溶剂。 糊化：淀粉在热水中能

15、吸收水分而膨胀，最后淀粉颗粒破裂，淀 粉分子溶于水中形成一种均一的糊状胶体溶液，这就是糊化。 溶解或液化：淀粉糊化后，如果提高温度至 130，由于支链淀 粉的全部（几乎）溶解，网状结构彻底破坏，淀粉溶液的粘度迅 速下降，变为流动性较好的醪液，这种现象称为淀粉的溶解或液 化。 培养基的制备 2、淀粉水解的原理 （1）淀粉的水解反应 淀粉糖化中的主要反应，本 质是-1，4键和-1，6键被 打开，分子量逐渐减小，糖 苷键的断裂是随机的。反应 趋势是：淀粉糊精低聚 糖葡萄糖。 糊精：淀粉经酶法或化学方 法水解得到的降解产物，为 数个至数十个葡萄糖单位的 寡糖和聚糖的混合物。 麦芽糖 (maltose )：两个葡萄 糖分子以