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1、,6. 培养基,为微生物生长、繁殖、代谢和产物合成提供营养,为微生物生长提供必要的生长环境条件,作 用,培养基：广义上讲培养基是指一切可供微生物细胞生长繁殖所需的一组营养物质和原料。同时培养基也为微生物培养提供除营养外的其它所必须的条件。,6.1 培养基的类型,1、按培养基成分,1）合成培养基, 所用原料的化学成分明确、稳定 如葡萄糖、硫酸铵 营养单一、价格较高，不适于大规模生产,2）天然培养基, 原料是一些天然动、植物产品 如花生饼粉、蛋白胨等 来源广泛（大多为农副产品）、营养丰富、价格低廉、适于工业化生产,2、按物理状态分,1）固体, 适于菌种和孢子的培养与保存，也广泛应用于有子实体的真菌
2、类，如香菇、白木耳等的生产；,2）半固体, 琼脂0.5%-0.8% 主用于鉴定细菌、观察细菌运动特征及噬菌体的效价测定等,3）液体,发酵工业大规模使用的培养基,3、按用途分,供菌种繁殖孢子的培养基，常用固体培养基。,1）孢子培养基,孢子培养基基本要求：,基本要求是能使菌体迅速生长，产生较多优质孢子，且不易引起菌种发生变异。,常用孢子培养基：, 麸皮培养基 小米培养基 大米培养基 玉米碎屑培养基 用葡萄糖、蛋白胨、牛肉膏和食盐等配制的琼脂斜面培养基,大米和小米常用作霉菌孢子培养基。,2）种子培养基,供孢子发芽、生长和菌体繁殖的培养基。,速效碳源，易于利用的氮源，磷酸盐浓度也要适当高一些。,3）发
3、酵培养基,供菌体生长、繁殖和合成大量代谢产物用的培养基。,发酵培养基的要求 培养基能够满足产物最经济的合成。 发酵后所形成的副产物尽可能的少。 培养基的原料应因地制宜，价格低廉，易得到（价格低，但不一定易得到，例如：地瓜干） 且性能稳定，资源丰富，便于采购运输，适合大规模储藏，能保证生产上供应。 所选用的培养基应能满足总体工艺的要求，如不应该影响通气、提取、纯化及废物处理等。,6.2 培养基的成分及来源,一、能源物质,光能自养微生物：光能 如：螺旋藻生产单细胞蛋白 化能自养微生物：氢、硫、氨、亚硝酸 盐、亚铁盐等无机物 如：细菌炼铜 异养微生物：碳水化合物、石油、天然 气及石化产品,二、碳源：
4、 1、重要性： 碳源物质在微生物的细胞中含量相当高，通常可占细胞干物质的50%左右。 碳源物质为细胞提供能源，组成菌体细胞成分的碳架，构成代谢产物。,2、来源： starch 及其水解糖液 含有starch 及其水解产物的废弃物：味精废水、糖蜜等 化工石油产品：醋酸、甲醇、乙醇、甲烷等,3、工业上常用的糖类 葡萄糖 所有的微生物都能利用葡萄糖，但是会引起葡萄糖效应, 糖蜜 糖蜜是制糖生产时的结晶母液，它是制糖工业的副产物，主要含有蔗糖，总糖可达50%75%。一般糖蜜分甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜及葡萄糖蜜。,除糖份外，含有较多的杂质，其中有些是有用的，但是许多都会对发酵产生不利的影响，需要进行预处理。,
5、例：谷氨酸发酵 有害物资：胶体成分（起泡、结晶）、钙盐（结晶）生物素（发酵控制） 预处理：澄清脱钙脱除生物素 例：柠檬酸发酵 有害物质：铁离子含量高（导致异柠檬酸的生成） 预处理：黄血盐, 淀粉、糊精 使用条件：微生物必须有能分泌水解淀粉、糊精的酶类,例：地衣芽孢杆菌生产-淀粉酶,碳源对生长和产酶的影响,碳源 细胞量 -淀粉酶 葡萄糖 4.2 0 蔗糖 4.02 0 糊精 3.06 38.2 淀粉 3.09 40.2,三、氮源 氮源主要用于构成菌体细胞物质（氨基酸，蛋白质、核酸等）和含氮代谢物。 常用的氮源可分为两大类：有机氮源和无机氮源。 1、无机氮源快速利用 种类：氨盐、硝酸盐和氨水 特点
6、：微生物对它们的吸收快，所以也称为迅速利用的氮源。,无机氮源被菌体作为氮源利用后，培养液中就留下了酸性或碱性物质，这种经微生物生理作用（代谢）后能形成酸性物质的无机氮源叫生理酸性物质，如硫酸铵； 若菌体代谢后能产生碱性物质的则此种无机氮源称为生理碱性物质，如硝酸钠。 正确使用生理酸碱性物质，对稳定和调节发酵过程的pH有积极作用。,2、有机氮源缓慢利用 来源：工业上常用的都是一些廉价的原料，花生饼粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、玉米浆、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和酒糟。 成分复杂：除提供氮源外，有些有机氮源还提供少量的无机盐及生长因子。,例 玉米浆是一种用亚硫酸浸泡玉米而得
7、的浸泡水浓缩物，含丰富的氨基酸、核酸、维生素、无机盐等，它的平均化学组成：,黄豆饼粉：水分11%，总氮11.2%，类脂物0.6%，总糖30%，灰分6.5% 麸皮水解液：可以代替玉米浆,但蛋白质、氮基酸等营养成分比玉米浆少 蛋白胨：可用各种动物组织和植物水解制备，再加上加工方法不同，质量不稳定，所含氨基酸的种类和含量差异较大。 酵母粉：主要由啤酒酵母和面包酵母制得，其质量和含量与酵母品种有关。 尿素：菌体必须含脲酶方可使用,四、无机盐及微量元素 1、作用：各种不一样 磷、硫、铁是细胞色素、细胞色素氧化酶、过氧化物酶等组成成分，是微生物有氧氧化必不可少的元素 镁、锌、钴、铜、锰等微量元素是某些酶的
8、辅酶或激活剂 2、来源：C、N源，以盐的形式补充 3、用量：这些物质在较低浓度时对细胞的生长和产物的合成有促进作用，而在高浓度时常表现出显著的抑制作用。 根据试验结果决定。,4、使用注意点,A. 对于其它渠道有可能带入的过多的某种无机离子和 微量元素在发酵过程中必须加以考虑,B、使用时注意盐的形式（pH的变化）,例：黑曲酶NRRL-330,生产-淀粉酶，P对酶活的影响 pH 酶活 不加 4.25 120分钟 加 K2HPO4 5.45 30分钟 加 KH2PO4 4.62 75分钟,例：铁离子 青霉素发酵中，铁离子的浓度要小于20g/ml 发酵罐必须进行表面处理,五、生长因子,1、生长因子,概
9、念： 微生物生长不可缺少的微量有机物质。,类别： 维生素、氨基酸、嘌呤嘧啶及其衍生物,不是所有微生物都必需的，只是对于某些自己不能合成这些成分的微生物才是必不可少的营养物质。, 如以糖质原料为碳源的谷氨酸生产菌均为生物素缺陷型，以生物素为生长因子。 又如目前所使用的赖氨酸产生菌几乎都是谷氨酸产生菌的各种突变株，均为生物素缺陷型，同时也是某些氨基酸如高丝氨酸的缺陷型，需要生物素和某些氨基酸作为生长因子。,提供生长因子的农副产品原料,玉米浆（ corn steep liquor, CSL）, 用亚硫酸浸泡玉米而得的浸泡液的浓缩液，也是玉米淀粉生产的副产品, 虽然主要用作氮源，但它含有丰富的氨基酸、
10、核酸、维生素、无机盐等，常用作为提供生长因子的物质。,某些化合物加入到发酵培养基中，能直接被微生物在生物合成过程中结合到产物分子中去，而其自身的结构并没有多大变化，但是产物的产量却因加入前体而有较大的提高。,六、前体,发现： 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。,青霉素：分子量356,苯乙酸:分子量136,七、产物促进剂和抑制剂 促进剂是指那些非细胞生长所必需的营养物，又非前体，但加入后却能提高产量的添加剂。, 促进剂不是前体或营养物 可影响正常代谢，或促进中
11、间代谢产物的积累，或提高次级代谢产物的产量,例如 巴比妥可增加链霉素产生菌的抗自溶能力，推迟自溶时间，增加链霉素积累。 谷氨酸棒杆菌生产赖氨酸时，加入红霉素可提高产量25%以上。,抑制剂 抑制某些代谢途径的进行，同时刺激另一代谢途径，以致可以改变微生物的代谢途径。,如酵母厌氧发酵中加入亚硫酸盐或碱类，可以使酒精发酵受到抑制，而转入甘油发酵,某些代谢产物的抑制剂,五、水,对于发酵工厂来说，恒定的水源是至关重要的，因为在不同水源中存在的各种因素对微生物发酵代谢影响甚大。,水源质量的主要考虑参数包括pH值、溶解氧、可溶性固体、污染程度以及矿物质组成和含量。,对于酿造行业，水的重要性不言而喻,6.4营
12、养物质的调节,调节目的：为了维持正常的渗透压，节约原材料，使菌体繁殖，产物大量积累。 不同碳源的利用速度 氮源利用及与碳源利用的关系 碳氮比例的调节 前体的控制 补料,一、不同碳源的利用速度,不同菌种能够利用的碳源往往是不同的，同一个菌种对不同碳源的利用速度也是不同的。 微生物快速利用的碳源称为速效碳源，反之为迟效碳源。,二、氮源利用及与碳源利用的关系,不同氮源的利用速度也是不同的，铵氮比硝基氮更容易利用。 氮源利用速度与碳源利用速度是很有关系的，糖的代谢速度不同，氨及铵盐的利用速度也随之改变。,三、碳氮比例的调节,碳氮比例直接影响微生物的生长和发酵产物的积累。,发酵培养基的碳氮比约为100：
13、0.22.0，但在氨基酸发酵中，因产物的含氮量高，所以碳氮比也要相对高一些。 例： 谷氨酸发酵 C:N为4：1时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累较少 C:N为3：1时，产生大量谷氨酸，菌体繁殖受到抑制,四、前体的控制,强前体：加入量少，作用显著。 弱前体：加入量大，作用小。 两种前体同时存在时，较强的前体排斥较弱的前体进入产物分子。 前体使用方式不同效果不同。 对菌体有毒性的前体少量加入。,不使菌体生长繁殖过快，仅仅维持呼吸,五、补料,* 重要功能 1）丰富培养基 2）控制pH和代谢方向 3）改善通气效果 4）补足发酵液的体积 *具体实施关键点： 控制补料的时间、速率和配比。 *控制状态：半饥饿状态。,本章知识小节,培养基的成分 不同碳源的利用速度 营养物质的调节方法 碳氮比例的调节 培养基的类型,
