生物工藝學第三章工業(yè)培養(yǎng)基及其設計

1、第三章第三章 工業(yè)培養(yǎng)基及其設計工業(yè)培養(yǎng)基及其設計發(fā)酵工程的流程發(fā)酵工程的流程空氣空氣空氣凈化處理空氣凈化處理保藏菌種保藏菌種斜面活化斜面活化擴大培養(yǎng)擴大培養(yǎng)種子罐種子罐發(fā)酵罐發(fā)酵罐培養(yǎng)基制備滅菌培養(yǎng)基制備滅菌滅菌滅菌產(chǎn)物分離純化產(chǎn)物分離純化成品成品原料預處理原料預處理3.1 工業(yè)培養(yǎng)基的基本要求工業(yè)培養(yǎng)基的基本要求3.2 工業(yè)培養(yǎng)基的成分及來源工業(yè)培養(yǎng)基的成分及來源3.3 培養(yǎng)基類型培養(yǎng)基類型3.4 培養(yǎng)基設計原理與優(yōu)化方法培養(yǎng)基設計原理與優(yōu)化方法3.1 工業(yè)培養(yǎng)基的基本要求工業(yè)培養(yǎng)基的基本要求必須提供合成必須提供合成微生物微生物( (動物、植物動物、植物) )細胞細胞和發(fā)酵和發(fā)酵產(chǎn)物的基本

2、成分。產(chǎn)物的基本成分。有利于減少培養(yǎng)基原料的單耗，即提高單位營有利于減少培養(yǎng)基原料的單耗，即提高單位營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率。養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率。有利于提高產(chǎn)物的濃度，以提高單位容積發(fā)酵有利于提高產(chǎn)物的濃度，以提高單位容積發(fā)酵罐的生產(chǎn)能力。罐的生產(chǎn)能力。有利于提高產(chǎn)物的合成速度，縮短發(fā)酵周期。有利于提高產(chǎn)物的合成速度，縮短發(fā)酵周期。3.1 工業(yè)培養(yǎng)基的基本要求工業(yè)培養(yǎng)基的基本要求盡量減少副產(chǎn)物的形成，便于產(chǎn)物的分離純化。盡量減少副產(chǎn)物的形成，便于產(chǎn)物的分離純化。原料價格低廉，質(zhì)量穩(wěn)定，取材容易。原料價格低廉，質(zhì)量穩(wěn)定，取材容易。所用原料盡可能減少對發(fā)酵過程中通氣攪拌的影所用原料盡可能減少對發(fā)酵過程中通氣攪

3、拌的影響，利于提高氧的利用率，降低能耗。響，利于提高氧的利用率，降低能耗。有利于產(chǎn)品的分離純化，并盡可能減少有利于產(chǎn)品的分離純化，并盡可能減少 “ “三廢三廢”物質(zhì)的產(chǎn)生。物質(zhì)的產(chǎn)生。培養(yǎng)基的作用培養(yǎng)基的作用 滿足菌體的生長滿足菌體的生長 促進產(chǎn)物的形成促進產(chǎn)物的形成3.2 工業(yè)培養(yǎng)基的成分及來源工業(yè)培養(yǎng)基的成分及來源一、碳源一、碳源二、氮源二、氮源三、無機鹽及微量元素三、無機鹽及微量元素四、前體物質(zhì)、促進劑和抑制劑四、前體物質(zhì)、促進劑和抑制劑3.2 工業(yè)培養(yǎng)基的成分及來源工業(yè)培養(yǎng)基的成分及來源 工業(yè)微生物絕大部分都是利用有機碳工業(yè)微生物絕大部分都是利用有機碳異養(yǎng)型微生物，它需要碳水化合物、蛋

4、白異養(yǎng)型微生物，它需要碳水化合物、蛋白質(zhì)和前體等物質(zhì)提供能量和構(gòu)成特定產(chǎn)物質(zhì)和前體等物質(zhì)提供能量和構(gòu)成特定產(chǎn)物的需要。的需要。(動物細胞、植物細胞動物細胞、植物細胞) 一、碳一、碳 源源 常用碳源：常用碳源：糖類、油脂、有機酸和低碳醇。糖類、油脂、有機酸和低碳醇。各種菌種對不同碳源的利用速率和效率不一各種菌種對不同碳源的利用速率和效率不一樣。樣。碳源：碳源：碳素是菌體成分的主要元素，是碳素是菌體成分的主要元素，是細胞貯藏物質(zhì)和各種代謝物的骨架，還細胞貯藏物質(zhì)和各種代謝物的骨架，還是能量的主要來源。是能量的主要來源。(ATP化學能化學能)有機碳主要來源：有機碳主要來源： 一是農(nóng)副產(chǎn)品中如甘一是農(nóng)

5、副產(chǎn)品中如甘薯、麩皮、玉米、米糠等淀粉質(zhì)原料；薯、麩皮、玉米、米糠等淀粉質(zhì)原料； 二是野生的如土茯苓、橡子、石蒜等淀粉二是野生的如土茯苓、橡子、石蒜等淀粉質(zhì)資源。質(zhì)資源。 此外，目前研究以石油產(chǎn)品中此外，目前研究以石油產(chǎn)品中12-16碳的成分等作碳源。如以某些嗜石油菌生碳的成分等作碳源。如以某些嗜石油菌生產(chǎn)蛋白酶、脂酶均已獲得成功產(chǎn)蛋白酶、脂酶均已獲得成功。工業(yè)上常用的糖類及來源工業(yè)上常用的糖類及來源糖類糖類來來 源源葡萄糖葡萄糖乳乳 糖糖淀淀 粉粉蔗蔗 糖糖純葡萄糖、水解淀粉純葡萄糖、水解淀粉純?nèi)樘?、乳清粉純?nèi)樘?、乳清粉大麥、花生粉、燕麥粉、黑麥粉等大麥、花生粉、燕麥粉、黑麥粉等甜菜糖蜜、?/p>

6、蔗糖蜜、粗紅糖、精甜菜糖蜜、甘蔗糖蜜、粗紅糖、精白糖等白糖等 1. 葡萄糖：葡萄糖： 最易利用，是加速生長的有效的糖。最易利用，是加速生長的有效的糖。 但過多會過分加速菌體呼吸，以致溶解氧不但過多會過分加速菌體呼吸，以致溶解氧不能滿足需要，使一些中間代謝物積累能滿足需要，使一些中間代謝物積累（如丙酮酸、（如丙酮酸、乳酸、乙酸等）乳酸、乙酸等） ，pH下降，影響某些酶的活性從下降，影響某些酶的活性從而影響微生物生長和產(chǎn)物合成。而影響微生物生長和產(chǎn)物合成。葡萄糖效應葡萄糖效應 一、碳源一、碳源w 工業(yè)上常用淀粉水解糖，但是糖液必須達到一工業(yè)上常用淀粉水解糖，但是糖液必須達到一定的質(zhì)量指標定的質(zhì)量指

7、標。不同的制糖工藝生產(chǎn)的糖液質(zhì)量差別很大不同的制糖工藝生產(chǎn)的糖液質(zhì)量差別很大一、碳源一、碳源2. 糖蜜：糖蜜：w 又稱又稱糖漿糖漿，俗稱，俗稱糖稀糖稀w 生物發(fā)酵工業(yè)所用的糖蜜，主要是指制糖工業(yè)生物發(fā)酵工業(yè)所用的糖蜜，主要是指制糖工業(yè)上的廢糖蜜，它是上的廢糖蜜，它是甘蔗糖廠甘蔗糖廠或或甜菜糖廠甜菜糖廠的一種的一種副產(chǎn)品。副產(chǎn)品。w 含豐富的糖、氮、含豐富的糖、氮、無機鹽、維生素等。主要含無機鹽、維生素等。主要含蔗糖蔗糖，總糖可達，總糖可達50一一75%。w 甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜的甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜的成分有所不同（成分有所不同（P101P101）不同加工方法對甘蔗糖蜜的影響不同加工方法對甘蔗糖蜜的

8、影響一、碳源一、碳源2. 糖蜜：糖蜜：w 甘蔗糖蜜是以甘蔗為原料，經(jīng)過壓榨，其蔗汁甘蔗糖蜜是以甘蔗為原料，經(jīng)過壓榨，其蔗汁在經(jīng)過澄清、凈化、過濾處理后，蒸發(fā)濃縮、在經(jīng)過澄清、凈化、過濾處理后，蒸發(fā)濃縮、結(jié)晶及助晶、離心分離出來的褐色濃稠的液體，結(jié)晶及助晶、離心分離出來的褐色濃稠的液體，其中含有較大量的蔗糖和轉(zhuǎn)化糖。其中含有較大量的蔗糖和轉(zhuǎn)化糖。w 糖蜜常用在酵母和丙酮糖蜜常用在酵母和丙酮/丁醇的生產(chǎn)中，抗生丁醇的生產(chǎn)中，抗生素等微生物工業(yè)也常用它作碳源。素等微生物工業(yè)也常用它作碳源。w 酒精生產(chǎn)中若用糖蜜代甘薯粉，可省去蒸煮、酒精生產(chǎn)中若用糖蜜代甘薯粉，可省去蒸煮、制曲、糖化等過程，簡化了工藝

9、。制曲、糖化等過程，簡化了工藝。 糖蜜使用的注意點糖蜜使用的注意點 除糖份外，含有較多的雜質(zhì)，其中有些是有用的，但是除糖份外，含有較多的雜質(zhì)，其中有些是有用的，但是許多都會對發(fā)酵產(chǎn)生不利的影響，需要進行預處理。許多都會對發(fā)酵產(chǎn)生不利的影響，需要進行預處理。例：谷氨酸發(fā)酵例：谷氨酸發(fā)酵有害物質(zhì)：有害物質(zhì)：膠體成分（起泡、結(jié)晶）、鈣鹽（結(jié)晶）膠體成分（起泡、結(jié)晶）、鈣鹽（結(jié)晶） 生物素（發(fā)酵控制）生物素（發(fā)酵控制）預處理：澄清預處理：澄清脫鈣脫鈣脫除生物素脫除生物素例：檸檬酸發(fā)酵例：檸檬酸發(fā)酵有害物質(zhì)：有害物質(zhì)：鐵離子含量高（導致異檸檬酸的生成）鐵離子含量高（導致異檸檬酸的生成）預處理：預處理：黃

10、血鹽黃血鹽3. 淀粉、糊精：淀粉、糊精： 淀粉在發(fā)酵工業(yè)中被普通使用，它可克服葡萄糖代謝淀粉在發(fā)酵工業(yè)中被普通使用，它可克服葡萄糖代謝過快的弊病，同時淀粉來源豐富，價格也比較低廉。過快的弊病，同時淀粉來源豐富，價格也比較低廉。 常用：常用：玉米淀粉，小麥淀粉和甘薯淀粉等。玉米淀粉，小麥淀粉和甘薯淀粉等。 有些微生物可直接利用玉米粉、土豆粉作碳源。有些微生物可直接利用玉米粉、土豆粉作碳源。 纖維素和含淀粉較多的野生植物也是今后開發(fā)碳源的纖維素和含淀粉較多的野生植物也是今后開發(fā)碳源的廣闊天地。廣闊天地。如土茯苓、橡子、石蒜等如土茯苓、橡子、石蒜等。一、碳源一、碳源淀粉、糊精淀粉、糊精使用條件：使用

11、條件：微生物必須能分泌水解淀粉、糊精的酶類微生物必須能分泌水解淀粉、糊精的酶類缺點：缺點：難利用、發(fā)酵液比較稠、一般難利用、發(fā)酵液比較稠、一般2.0%時加入時加入一定的一定的-淀粉酶成分比較復雜，有直鏈淀粉和支鏈淀粉酶成分比較復雜，有直鏈淀粉和支鏈淀粉等等。淀粉等等。優(yōu)點：優(yōu)點：來源廣泛、價格低、難利用，可以解除葡萄糖來源廣泛、價格低、難利用，可以解除葡萄糖效應。效應。4. 油和脂肪：油和脂肪：u脂肪作碳源時需供給比糖代謝更多的氧，否則，脂肪作碳源時需供給比糖代謝更多的氧，否則，大量脂肪酸和代謝中的有機酸積累，大量脂肪酸和代謝中的有機酸積累，pH下降，影下降，影響酶作用。響酶作用。u常用的油：

12、常用的油：豆油、菜油、葵花子油、豬油、魚豆油、菜油、葵花子油、豬油、魚油、棉子油等。油、棉子油等。一、碳源一、碳源5.有機酸：有機酸：p 乳酸、檸檬酸、乙酸等有機酸或它們的鹽也能乳酸、檸檬酸、乙酸等有機酸或它們的鹽也能作碳源。作碳源。p 有機酸的利用常會使有機酸的利用常會使pH上升，尤其是有機酸上升，尤其是有機酸鹽氧化時，常伴隨著堿性物質(zhì)的產(chǎn)生。鹽氧化時，常伴隨著堿性物質(zhì)的產(chǎn)生。p 不同碳源在氧化時，對不同碳源在氧化時，對pH的影響各不相同。的影響各不相同。一、碳源一、碳源6. 正烷烴：正烷烴： 己用于有機酸、氨基酸、維生素、抗生素和己用于有機酸、氨基酸、維生素、抗生素和酶制劑的發(fā)酵。酶制劑的

13、發(fā)酵。7. 甲醇、乙醇：甲醇、乙醇： 已作為生產(chǎn)已作為生產(chǎn)SCP的碳源。的碳源。 近年來國外用乙醇代糧發(fā)酵的工藝發(fā)展也十近年來國外用乙醇代糧發(fā)酵的工藝發(fā)展也十分迅速，菌體得率比葡萄糖等還高。分迅速，菌體得率比葡萄糖等還高。(抗菌素除外抗菌素除外)一、碳源一、碳源例：地衣芽孢桿菌生產(chǎn)例：地衣芽孢桿菌生產(chǎn)-淀粉酶淀粉酶碳源對生長和產(chǎn)酶的影響碳源對生長和產(chǎn)酶的影響碳源碳源 細胞量細胞量 -淀粉酶淀粉酶葡萄糖葡萄糖 4.2 0 蔗糖蔗糖 4.02 0糊精糊精 3.06 38.2淀粉淀粉 3.09 40.2李江華，無錫輕工大學學報，李江華，無錫輕工大學學報，2004( (半纖維素酶半纖維素酶) )(1.

14、5g(1.5g麩皮麩皮) )嗜堿芽胞桿菌嗜堿芽胞桿菌(AC-2)中碳源對堿性纖中碳源對堿性纖維素酶分泌的影響維素酶分泌的影響結(jié)果：各種碳源相差不大推論：該菌種的堿性纖維素酶為組成型蘇勤，林業(yè)化學與工業(yè)，蘇勤，林業(yè)化學與工業(yè)，2004二、二、 氮源氮源w 有機氮源有機氮源w 無機氮源無機氮源q 有機氮源和無機氮源應當混合使用有機氮源和無機氮源應當混合使用早期：早期：容易利用易同化的氮源容易利用易同化的氮源無機氮源無機氮源中期：中期：菌體的代謝酶系已形成、則利用蛋白質(zhì)菌體的代謝酶系已形成、則利用蛋白質(zhì) （1）有機態(tài)氮：）有機態(tài)氮：是利用農(nóng)產(chǎn)品的籽實榨油后的是利用農(nóng)產(chǎn)品的籽實榨油后的副產(chǎn)品，如豆餅、

15、花生餅、菜籽餅等，以及蛋白副產(chǎn)品，如豆餅、花生餅、菜籽餅等，以及蛋白胨、酵母膏、牛肉膏等。胨、酵母膏、牛肉膏等。 （2）無機態(tài)氮：）無機態(tài)氮：如（如（NH4）SO4、NH4Cl、NH4NO3和（和（NH4）3PO4等。等。功能：構(gòu)成菌體成分；作為酶的功能：構(gòu)成菌體成分；作為酶的組成分或維持酶的活性；調(diào)節(jié)滲組成分或維持酶的活性；調(diào)節(jié)滲透壓、透壓、pH值、氧化還原電位等。值、氧化還原電位等。速效氮速效氮遲效氮遲效氮 常用：常用：花生餅粉、黃豆餅粉、棉子餅粉、玉米花生餅粉、黃豆餅粉、棉子餅粉、玉米漿、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、魚粉、蠶蛹粉、漿、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、魚粉、蠶蛹粉、尿素、廢菌絲

16、體和酒糟等。尿素、廢菌絲體和酒糟等。 它們在微生物分泌的蛋白酶作用下，水解成氨它們在微生物分泌的蛋白酶作用下，水解成氨基酸，被吸收后再進一步分解代謝?；?，被吸收后再進一步分解代謝。1. 有機氮源有機氮源1. 有機氮源有機氮源成分復雜：成分復雜：除提供氮源外，有些有機氮源還提供大除提供氮源外，有些有機氮源還提供大量的無機鹽及生長因子。量的無機鹽及生長因子。 例玉米漿：例玉米漿：可溶性蛋白、生長因子（生物素）、可溶性蛋白、生長因子（生物素）、 苯乙酸苯乙酸 較多的乳酸較多的乳酸 硫、磷、微量元素等硫、磷、微量元素等 磷酸肌醇磷酸肌醇(1)玉米漿：玉米漿： 易被利用的氮源易被利用的氮源，對促進紅霉

17、素、鏈霉素、，對促進紅霉素、鏈霉素、青霉素和土霉素的生產(chǎn)有作用。青霉素和土霉素的生產(chǎn)有作用。 是玉米淀粉的副產(chǎn)物，固形物含量是玉米淀粉的副產(chǎn)物，固形物含量50%左右，左右，還含有較多的有機酸，如乳酸，還含有較多的有機酸，如乳酸，pH在在4左右。左右。 玉米來源不同，加工條件不同，玉米漿的成分玉米來源不同，加工條件不同，玉米漿的成分常有較大波動，在使用時應注意適當調(diào)配。常有較大波動，在使用時應注意適當調(diào)配。1.有機氮源有機氮源(2)尿素：尿素： 常用有機氮源，但它成分單一，不具有上述有常用有機氮源，但它成分單一，不具有上述有機氮源的特點。機氮源的特點。 在青霉素、谷氨酸等生產(chǎn)中也常被采用。尤其在

18、青霉素、谷氨酸等生產(chǎn)中也常被采用。尤其是在谷氨酸生產(chǎn)中，尿素可提高谷氨酸的生產(chǎn)。是在谷氨酸生產(chǎn)中，尿素可提高谷氨酸的生產(chǎn)。 有機氮源有的還是產(chǎn)物的前體。有機氮源有的還是產(chǎn)物的前體。1. 有機氮源有機氮源 有機氮源成分復雜，可以從多個方面有機氮源成分復雜，可以從多個方面對發(fā)酵過程進行影響；而另一方面有機氮對發(fā)酵過程進行影響；而另一方面有機氮源的來源具有不穩(wěn)定性，所以在有機氮源源的來源具有不穩(wěn)定性，所以在有機氮源選取時和使用過程中，必須考慮原料的波選取時和使用過程中，必須考慮原料的波動對發(fā)酵的影響。動對發(fā)酵的影響。（菌絲體生長、促進產(chǎn)（菌絲體生長、促進產(chǎn)物合成）物合成）氮源使用的一些相關(guān)問題氮源使

19、用的一些相關(guān)問題q 有機氮源和無機氮源應當混合使用有機氮源和無機氮源應當混合使用q 有些產(chǎn)物會受氮源的誘導和阻遏有些產(chǎn)物會受氮源的誘導和阻遏例：蛋白酶的生產(chǎn)例：蛋白酶的生產(chǎn)q 有機氮源選取時也要考慮微生物的同化能力有機氮源選取時也要考慮微生物的同化能力q 開發(fā)效果好、有針對性的有機氮源仍然是令開發(fā)效果好、有針對性的有機氮源仍然是令人感興趣的課題人感興趣的課題n 常用的有：常用的有：銨鹽、硝酸鹽和氨水等。也稱為銨鹽、硝酸鹽和氨水等。也稱為速效氮源。速效氮源。n 無機氮源的迅速利用會引起無機氮源的迅速利用會引起pH的變化。生理的變化。生理酸性物質(zhì)：硫酸銨。生理堿性物質(zhì)：如硝酸鈉。酸性物質(zhì)：硫酸銨。

20、生理堿性物質(zhì)：如硝酸鈉。n 正確使用生理酸堿性物質(zhì)，對穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)正確使用生理酸堿性物質(zhì)，對穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)酵過程的酵過程的pH有積極作用。有積極作用。2. 無機氮源無機氮源 由于細胞內(nèi)的含氮物質(zhì)都以由于細胞內(nèi)的含氮物質(zhì)都以氨基或亞氨基氨基或亞氨基的的形式存在，故形式存在，故銨態(tài)氮銨態(tài)氮可以直接用于合成細胞物質(zhì)；可以直接用于合成細胞物質(zhì)；而而硝態(tài)氮硝態(tài)氮需還原成氨后才能被利用。需還原成氨后才能被利用。 (NH4)2SO4 2NH3 + 2H2SO4 NaNO3 + 4H2 NH3 + 2H2O + NaOH 氨水：氨水：p在發(fā)酵中除可以調(diào)節(jié)在發(fā)酵中除可以調(diào)節(jié)pH外，它也是一種容易被外，它也是一種容

21、易被利用的氮源，在許多抗生素的生產(chǎn)中得到普遍使用。利用的氮源，在許多抗生素的生產(chǎn)中得到普遍使用。p氨水因堿性較強，因此使用時要防止局部過堿，氨水因堿性較強，因此使用時要防止局部過堿，加強攪拌，并少量多次地加入。加強攪拌，并少量多次地加入。p另外在氨水中還含有多種嗜堿性微生物，因此在另外在氨水中還含有多種嗜堿性微生物，因此在使用前應用石棉等過濾介質(zhì)進行除菌過濾。使用前應用石棉等過濾介質(zhì)進行除菌過濾。2.無機氮源無機氮源所以選擇合適的無機氮源有兩層意義：所以選擇合適的無機氮源有兩層意義： q 滿足菌體生長滿足菌體生長q 穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)酵過程中的穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)酵過程中的pH毛霉產(chǎn)蛋白酶的研究毛霉產(chǎn)蛋白酶

22、的研究陳濤，中國釀造，2004初始初始pHpH的影響的影響: : pH偏酸比較好，中性蛋白酶影響大無機氮源的影響： 硫酸銨硝酸銨硝酸鈉尿素三、三、 無機鹽及微量元素無機鹽及微量元素w 作為生物活性物質(zhì)的組成或生理活性作用作為生物活性物質(zhì)的組成或生理活性作用的調(diào)節(jié)物。的調(diào)節(jié)物。w 低濃度低濃度時對生長和產(chǎn)物合成有促進作用，時對生長和產(chǎn)物合成有促進作用，高濃度高濃度時常表現(xiàn)出明顯的抑制作用。時常表現(xiàn)出明顯的抑制作用。w 不同微生物及不同的生長階段對這些物質(zhì)不同微生物及不同的生長階段對這些物質(zhì)的最適濃度要求均不相同。的最適濃度要求均不相同。三、三、 無機鹽及微量元素無機鹽及微量元素鎂、磷、鉀、硫、鈣

23、和氯等常以鹽的形式加入鎂、磷、鉀、硫、鈣和氯等常以鹽的形式加入例如：例如： 硫酸鎂、磷酸二氫鉀、磷酸二硫酸鎂、磷酸二氫鉀、磷酸二鉀、碳酸鈣、氯化鉀等。鉀、碳酸鈣、氯化鉀等。三、三、 無機鹽及微量元素無機鹽及微量元素 鈷、銅、鐵、錳、鋅、銅等微量元素，除了合鈷、銅、鐵、錳、鋅、銅等微量元素，除了合成培養(yǎng)基外，一般不再另外單獨加入。成培養(yǎng)基外，一般不再另外單獨加入。 但有些發(fā)酵上業(yè)中也有單獨加入微量元素：但有些發(fā)酵上業(yè)中也有單獨加入微量元素： 例如：生產(chǎn)維生素例如：生產(chǎn)維生素B12，因鈷是組成成分，因鈷是組成成分，因此需要加入氯化鈷。因此需要加入氯化鈷。 三、三、 無機鹽及微量元素無機鹽及微量元素

24、1.磷磷：p 具有重要代謝調(diào)節(jié)作用，有利于糖代謝，能促具有重要代謝調(diào)節(jié)作用，有利于糖代謝，能促進微生物的生長，但磷若過多時，許多產(chǎn)物的合進微生物的生長，但磷若過多時，許多產(chǎn)物的合成受抑制。成受抑制。 例例1:在谷氨酸的合成中在谷氨酸的合成中，磷濃度過高就會抑，磷濃度過高就會抑制制6-磷酸葡萄糖脫氫酶的活性，使菌體生長旺磷酸葡萄糖脫氫酶的活性，使菌體生長旺盛，而谷氨酸的產(chǎn)量卻很低，代謝向纈氨酸方盛，而谷氨酸的產(chǎn)量卻很低，代謝向纈氨酸方向轉(zhuǎn)化。向轉(zhuǎn)化。三、三、 無機鹽及微量元素無機鹽及微量元素1.磷磷：p 具有重要代謝調(diào)節(jié)作用，有利于糖代謝，能促具有重要代謝調(diào)節(jié)作用，有利于糖代謝，能促進微生物的生

25、長，但磷若過多時，許多產(chǎn)物的合進微生物的生長，但磷若過多時，許多產(chǎn)物的合成受抑制。成受抑制。 例例2:鏈霉素、土霉素、新生霉素、檸檬酸等鏈霉素、土霉素、新生霉素、檸檬酸等都受到磷濃度的影響。許多次級代謝產(chǎn)生過程都受到磷濃度的影響。許多次級代謝產(chǎn)生過程對磷酸鹽的承受限度比生長繁殖過程低，必須對磷酸鹽的承受限度比生長繁殖過程低，必須嚴格控制。嚴格控制。(生產(chǎn)培養(yǎng)基低生產(chǎn)培養(yǎng)基低P！)三、三、 無機鹽及微量元素無機鹽及微量元素1.磷磷： 但也有一些產(chǎn)物要求磷酸鹽濃度高些。但也有一些產(chǎn)物要求磷酸鹽濃度高些。 例如：淀粉酶，添加超過菌體生長所需要例如：淀粉酶，添加超過菌體生長所需要的磷酸鹽濃度，則能顯著

26、增加產(chǎn)量。的磷酸鹽濃度，則能顯著增加產(chǎn)量。三、三、 無機鹽及微量元素無機鹽及微量元素2.鈣：鈣：u能控制細胞透性和滲透壓。能控制細胞透性和滲透壓。u常用碳酸鈣，能與代謝產(chǎn)生的酸起反應，對常用碳酸鈣，能與代謝產(chǎn)生的酸起反應，對pH有一定的調(diào)節(jié)作用。有一定的調(diào)節(jié)作用。u配制培養(yǎng)基時，要先將培養(yǎng)基用堿調(diào)到中性，配制培養(yǎng)基時，要先將培養(yǎng)基用堿調(diào)到中性，才能將碳酸鈣加入。才能將碳酸鈣加入。三、三、 無機鹽及微量元素無機鹽及微量元素三、三、 無機鹽及微量元素無機鹽及微量元素 2.鈣：鈣： 培養(yǎng)基中鈣鹽過多時，會形成磷酸鈣沉淀，培養(yǎng)基中鈣鹽過多時，會形成磷酸鈣沉淀，降低了培養(yǎng)基中可溶性磷的含量。因此，當培降

27、低了培養(yǎng)基中可溶性磷的含量。因此，當培養(yǎng)基中磷和鈣均要求較高濃度時，可將二者分養(yǎng)基中磷和鈣均要求較高濃度時，可將二者分別消毒或逐漸補加。別消毒或逐漸補加。3.鎂：鎂： u 除葉綠素，不參與細胞的組成。除葉綠素，不參與細胞的組成。u 酶激活劑，影響基質(zhì)氧化與蛋白質(zhì)合成。酶激活劑，影響基質(zhì)氧化與蛋白質(zhì)合成。u 常以硫酸鎂加入，堿性溶液中會生成氫氧化鎂常以硫酸鎂加入，堿性溶液中會生成氫氧化鎂沉淀，配料時要注意。沉淀，配料時要注意。三、三、 無機鹽及微量元素無機鹽及微量元素4.硫硫:u硫是含硫氨基酸的成分和某些輔酶的活性基，硫是含硫氨基酸的成分和某些輔酶的活性基，如輔酶如輔酶 A、硫辛酸和谷胱甘肽等。

28、、硫辛酸和谷胱甘肽等。u在某些產(chǎn)物中硫是組成元素。在其生產(chǎn)培養(yǎng)基在某些產(chǎn)物中硫是組成元素。在其生產(chǎn)培養(yǎng)基中，需要加入硫酸鈉或硫代硫酸鈉等含硫化合物中，需要加入硫酸鈉或硫代硫酸鈉等含硫化合物作硫源。作硫源。三、三、 無機鹽及微量元素無機鹽及微量元素5.鐵：鐵： u 是細胞色素、細胞色素氧化酶和過氧化氫酶的是細胞色素、細胞色素氧化酶和過氧化氫酶的成分，是菌體有氧氧化必不可少的元素。成分，是菌體有氧氧化必不可少的元素。u 鐵制發(fā)酵罐內(nèi)的溶液即使不加任何含鐵化合物，鐵制發(fā)酵罐內(nèi)的溶液即使不加任何含鐵化合物，其鐵離子濃度已達其鐵離子濃度已達30 ug/ml。u一些天然培養(yǎng)基的原料中也含有鐵，所以在一一些

29、天然培養(yǎng)基的原料中也含有鐵，所以在一般發(fā)酵培養(yǎng)基中不再加入含鐵化合物。般發(fā)酵培養(yǎng)基中不再加入含鐵化合物。三、三、 無機鹽及微量元素無機鹽及微量元素 5.鐵：鐵： 有些產(chǎn)品對鐵很敏感：有些產(chǎn)品對鐵很敏感： 例例1：青霉素要求最適鐵含量在青霉素要求最適鐵含量在20 ug/ml以下。以下。 例例2：檸檬酸生產(chǎn)中，鐵離子會激活順烏頭酸酶，使檸檸檬酸生產(chǎn)中，鐵離子會激活順烏頭酸酶，使檸檬酸進一步代謝為異檸檬酸，據(jù)報道在無鐵培養(yǎng)基中產(chǎn)檬酸進一步代謝為異檸檬酸，據(jù)報道在無鐵培養(yǎng)基中產(chǎn)酸率可比含鐵培養(yǎng)基提高近酸率可比含鐵培養(yǎng)基提高近3倍。倍。 例例3：生產(chǎn)啤酒時，糖化用水若鐵離子濃度高，就會降生產(chǎn)啤酒時，糖化

30、用水若鐵離子濃度高，就會降低酵母發(fā)酵活力。低酵母發(fā)酵活力。三、三、 無機鹽及微量元素無機鹽及微量元素5.鐵：鐵： 新發(fā)酵罐往往會造成培養(yǎng)基鐵離子濃度過高，新發(fā)酵罐往往會造成培養(yǎng)基鐵離子濃度過高，所以要加以處理。所以要加以處理。 處理方法：處理方法：罐內(nèi)壁涂生漆或耐熱環(huán)氧樹脂，罐內(nèi)壁涂生漆或耐熱環(huán)氧樹脂，以防止鐵離子脫落。以防止鐵離子脫落。三、三、 無機鹽及微量元素無機鹽及微量元素6.氯：氯：u一般不具營養(yǎng)作用，但嗜鹽菌除外。一般不具營養(yǎng)作用，但嗜鹽菌除外。u在含氯產(chǎn)物發(fā)酵中，除從原料和水中帶入的氯外，在含氯產(chǎn)物發(fā)酵中，除從原料和水中帶入的氯外，還需加入約還需加入約0.1%氯化鉀以補充氯離子。氯

31、化鉀以補充氯離子。u啤酒糖化時，氯離子在啤酒糖化時，氯離子在20-60 mg/l內(nèi)，能賦于啤酒內(nèi)，能賦于啤酒口味柔和，并對酶和酵母的活性有促進作用。但氯口味柔和，并對酶和酵母的活性有促進作用。但氯含量過高會引起酵母早衰，使啤酒帶有咸味。含量過高會引起酵母早衰，使啤酒帶有咸味。三、三、 無機鹽及微量元素無機鹽及微量元素7.鈉：鈉： 與維持細胞滲透壓有關(guān)，故在培養(yǎng)基中常加與維持細胞滲透壓有關(guān)，故在培養(yǎng)基中常加入少量鈉鹽，但用量不能過；否則會影響生長。入少量鈉鹽，但用量不能過；否則會影響生長。三、三、 無機鹽及微量元素無機鹽及微量元素8.鉀：鉀： 與細胞滲透壓和透性有關(guān)，是許多酶的激活與細胞滲透壓和

32、透性有關(guān)，是許多酶的激活劑，能促進糖代謝。劑，能促進糖代謝。 在谷氨酸發(fā)酵中，菌體生長時需要鉀離子約在谷氨酸發(fā)酵中，菌體生長時需要鉀離子約0.01%，生產(chǎn)谷氨酸時需要約為，生產(chǎn)谷氨酸時需要約為0.02-0.1%(以硫酸以硫酸鉀計鉀計)。三、三、 無機鹽及微量元素無機鹽及微量元素使用注意點使用注意點w 對于其它渠道有可能帶入的過多的某種無機對于其它渠道有可能帶入的過多的某種無機離子和微量元素在發(fā)酵過程中必須加以考慮離子和微量元素在發(fā)酵過程中必須加以考慮w 使用時注意鹽的形式使用時注意鹽的形式（pH的變化）的變化） pH 酶活酶活不加不加 4.25 120分鐘分鐘加加 K2HPO4 5.45 30

33、分鐘分鐘加加 KH2PO4 4.62 75分鐘分鐘例：黑曲霉例：黑曲霉NRRL-330,生產(chǎn)生產(chǎn)-淀粉酶，淀粉酶，pH對酶活的影響對酶活的影響四、前體、促進劑和抑制劑四、前體、促進劑和抑制劑1.前體前體: u 能直接結(jié)合到產(chǎn)物中，而自身結(jié)構(gòu)沒有多大變能直接結(jié)合到產(chǎn)物中，而自身結(jié)構(gòu)沒有多大變化，但是產(chǎn)物產(chǎn)量卻有較大提高?；钱a(chǎn)物產(chǎn)量卻有較大提高。青霉素：分子量青霉素：分子量356356苯乙酸苯乙酸: :分子量分子量136136四、前體、促進劑和抑制劑四、前體、促進劑和抑制劑1.前體前體: w 青霉素生產(chǎn)中，加入玉米漿，產(chǎn)量增加，原因是玉青霉素生產(chǎn)中，加入玉米漿，產(chǎn)量增加，原因是玉米漿含有苯乙

34、胺，被優(yōu)先結(jié)合到青霉素分子中去。米漿含有苯乙胺，被優(yōu)先結(jié)合到青霉素分子中去。w 有些前體濃度過高時對菌體有毒性。此外，菌體還有些前體濃度過高時對菌體有毒性。此外，菌體還能分解前體，且前體相對價格較高，添加過多，容能分解前體，且前體相對價格較高，添加過多，容易引起揮發(fā)和氧化，因此常采用少量多次地加入。易引起揮發(fā)和氧化，因此常采用少量多次地加入。四、前體、促進劑和抑制劑四、前體、促進劑和抑制劑1.前體前體: P107作用：作用：前體有助于提高產(chǎn)量和組份前體有助于提高產(chǎn)量和組份用量：用量：前體的用量可以按分子量衡算，具體使用前體的用量可以按分子量衡算，具體使用有個轉(zhuǎn)化率的問題有個轉(zhuǎn)化率的問題例：例：

35、6000單位單位/ml的青霉素的青霉素G,需要多少苯乙酸需要多少苯乙酸 青霉素青霉素6000*0.6（微克）（微克）36mg/ml 苯乙酸（苯乙酸（36*136）/356=13.8mg/ml=1.38%實際使用時的轉(zhuǎn)化率在實際使用時的轉(zhuǎn)化率在46-90%之間之間 例某廠單耗為：例某廠單耗為：0.337（kg/10億青霉素）億青霉素） 轉(zhuǎn)化率為：轉(zhuǎn)化率為：0.6/(0.337*36/13.8)=68%1.前體前體: 用法：用法：前體使用時普遍采用流加的方法前體使用時普遍采用流加的方法 前體一般都有毒性，濃度過大對菌體的生長前體一般都有毒性，濃度過大對菌體的生長不利。苯乙酸，一般基礎料中僅僅添加不

36、利。苯乙酸，一般基礎料中僅僅添加0.07% 前體相對價格較高，添加過多，容易引起前體相對價格較高，添加過多，容易引起揮發(fā)和氧化揮發(fā)和氧化 流加也有利于提高前提的轉(zhuǎn)化率流加也有利于提高前提的轉(zhuǎn)化率2.抑制劑抑制劑:u 會抑制某些代謝途徑的進行，同時會使另一代會抑制某些代謝途徑的進行，同時會使另一代謝途徑活躍，從而獲得人們所需的某種產(chǎn)物，或謝途徑活躍，從而獲得人們所需的某種產(chǎn)物，或使正常代謝的某一代謝中間物積累起來。使正常代謝的某一代謝中間物積累起來。四、前體、促進劑和抑制劑四、前體、促進劑和抑制劑u舉例：舉例： 微生物發(fā)酵生產(chǎn)甘油。微生物發(fā)酵生產(chǎn)甘油。在發(fā)酵液中加入亞在發(fā)酵液中加入亞硫酸氫鈉，它

37、與代謝中產(chǎn)生的乙醛生成加成物，硫酸氫鈉，它與代謝中產(chǎn)生的乙醛生成加成物，使乙醇的產(chǎn)生受阻使乙醇的產(chǎn)生受阻CH3CHO+NaHSO3 CH3CHOH - OSO3Na 乙醛不能成受氫體，而使乙醛不能成受氫體，而使NADH在細胞中積累在細胞中積累四、前體、促進劑和抑制劑四、前體、促進劑和抑制劑2.抑制劑抑制劑: G ATP ADP6-P-G 6-P-F 1，6-二磷酸二磷酸-果糖果糖 2*3-磷酸磷酸-甘油醛甘油醛 2*NAD+ 2*乙醇乙醇（CH3CH2OH） 2*NADH+H+ 2*1，3-二磷酸二磷酸-甘油酸甘油酸 2*ADP （CH3CHO） 2*ATP2*3-P-甘油酸甘油酸 2*丙酮酸

38、丙酮酸 2*ATP 2*2-P-甘油酸甘油酸 2*磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 2*ADP EMP途徑途徑 乙醇發(fā)酵乙醇發(fā)酵PiATP ADPCO2乙醇脫氫酶乙醇脫氫酶NADH在細胞中積累，激活在細胞中積累，激活 -磷酸甘油脫氫磷酸甘油脫氫酶的活性，使磷酸二羥基丙酮作為酶的活性，使磷酸二羥基丙酮作為NADH 的的受氫體，而還原為受氫體，而還原為 - 磷酸甘油酸，再由甘磷酸甘油酸，再由甘油激酶催化形成甘油。油激酶催化形成甘油。四、前體、促進劑和抑制劑四、前體、促進劑和抑制劑u亞硫酸氫納是乙醇代謝的抑制劑，促使甘油形亞硫酸氫納是乙醇代謝的抑制劑，促使甘油形成。成。u亞硫酸鈉也是乙醇代謝的抑制劑

39、亞硫酸鈉也是乙醇代謝的抑制劑u溴化劑能抑制金霉素形成的代謝途徑，促使四溴化劑能抑制金霉素形成的代謝途徑，促使四環(huán)素的生成。環(huán)素的生成。2.抑制劑抑制劑:3.促進劑促進劑: 指那些既不是營養(yǎng)物又不是前體，指那些既不是營養(yǎng)物又不是前體，但卻能提高產(chǎn)量的添加劑。但卻能提高產(chǎn)量的添加劑。四、前體、促進劑和抑制劑四、前體、促進劑和抑制劑u加巴比妥鹽能使利福霉素單位增加，并能使鏈霉菌推遲加巴比妥鹽能使利福霉素單位增加，并能使鏈霉菌推遲自溶，延長分泌期。自溶，延長分泌期。u加酵母甘露聚糖可誘導甘露糖苷酶的產(chǎn)生，促使甘露糖加酵母甘露聚糖可誘導甘露糖苷酶的產(chǎn)生，促使甘露糖鏈霉素轉(zhuǎn)化為鏈霉素。鏈霉素轉(zhuǎn)化為鏈霉素。

40、u控制生物素的加入量，可以促進谷氨酸從細胞內(nèi)分泌到控制生物素的加入量，可以促進谷氨酸從細胞內(nèi)分泌到細胞外。細胞外。u加聚乙烯醇衍生物可防止菌絲結(jié)球，提高糖化酶的產(chǎn)量。加聚乙烯醇衍生物可防止菌絲結(jié)球，提高糖化酶的產(chǎn)量。舉例：舉例：四、前體、促進劑和抑制劑四、前體、促進劑和抑制劑3.促進劑促進劑: 五、生長因子五、生長因子 微生物還需一些微量的象維生素一類的物質(zhì)，微生物還需一些微量的象維生素一類的物質(zhì)，才能正常生長發(fā)育，這類物質(zhì)統(tǒng)稱才能正常生長發(fā)育，這類物質(zhì)統(tǒng)稱生長因子（或生生長因子（或生長素）。長素）。 其中包括某些氨基酸、維生素、嘌呤或嘧啶類其中包括某些氨基酸、維生素、嘌呤或嘧啶類等。酶制劑生

41、產(chǎn)中的生長因素大都由天然原料（麥等。酶制劑生產(chǎn)中的生長因素大都由天然原料（麥芽汁、豆芽汁、酵母膏等）中提供，如玉米漿中含芽汁、豆芽汁、酵母膏等）中提供，如玉米漿中含有生長素有生長素32-128mg/mL32-128mg/mL。目前廣泛應用玉米漿。目前廣泛應用玉米漿。營養(yǎng)物質(zhì)是微生物新陳代謝和一切生命活動營養(yǎng)物質(zhì)是微生物新陳代謝和一切生命活動的物質(zhì)基礎，失去這個基礎，生命也就停止的物質(zhì)基礎，失去這個基礎，生命也就停止 細細 菌：牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基（或簡稱普通肉湯培養(yǎng)基）；菌：牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基（或簡稱普通肉湯培養(yǎng)基）；放線菌：高氏放線菌：高氏1 1號合成培養(yǎng)基培養(yǎng)；號合成培養(yǎng)基培養(yǎng)；酵母菌：麥芽

42、汁培養(yǎng)基；酵母菌：麥芽汁培養(yǎng)基；霉霉 菌：查氏合成培養(yǎng)基；菌：查氏合成培養(yǎng)基；例如例如枯草芽孢桿菌：枯草芽孢桿菌：一般培養(yǎng)：肉湯培養(yǎng)基或一般培養(yǎng)：肉湯培養(yǎng)基或LBLB培養(yǎng)基；培養(yǎng)基；自然轉(zhuǎn)化：基礎培養(yǎng)基；自然轉(zhuǎn)化：基礎培養(yǎng)基；觀察芽孢：生孢子培養(yǎng)基；觀察芽孢：生孢子培養(yǎng)基；產(chǎn)蛋白酶：以玉米粉、黃豆餅粉為主的產(chǎn)酶培養(yǎng)基產(chǎn)蛋白酶：以玉米粉、黃豆餅粉為主的產(chǎn)酶培養(yǎng)基實驗室的常用培養(yǎng)基實驗室的常用培養(yǎng)基不同的培養(yǎng)目的不同的培養(yǎng)目的微生物細胞中幾種主要元素的含量微生物細胞中幾種主要元素的含量（干重的百分數(shù)（干重的百分數(shù)） 元素元素 細菌細菌 酵母菌酵母菌 霉菌霉菌 碳碳 50 49.8 47.9 氮氮

43、15 12.4 5.2 氫氫 8 6.7 6.7 氧氧 20 31.1 40.2 磷磷 3 硫硫 1 微生物細胞物質(zhì)中灰分元素含量的百分比微生物細胞物質(zhì)中灰分元素含量的百分比灰分元素灰分元素固氮菌固氮菌酵母菌酵母菌霉菌霉菌P2O5SO3K2ONa2OMgOCaOFe2O3SiO2CuO4.950.292.410.070.820.890.08-3.540.0392.34-0.4280.3830.0350.093-4.850.112.811.120.380.190.160.04-微生物細胞的化學組成微生物細胞的化學組成 主要成分主要成分 細菌細菌 酵母菌酵母菌 霉菌霉菌 水分水分 7585 708

44、0 8590（占細胞鮮重的（占細胞鮮重的%） 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 5080 3275 1415 占占 細細 碳水化合物碳水化合物 1228 2763 740 胞胞 干干 脂肪脂肪 520 215 440 重重 的的 核酸核酸 1020 6 8 1 % 無機鹽無機鹽 230 3.87 6123.3 培養(yǎng)基類型培養(yǎng)基類型 培養(yǎng)基培養(yǎng)基(medium): 應科研或生產(chǎn)的需應科研或生產(chǎn)的需要，由人工配制的、適合于不同微生物要，由人工配制的、適合于不同微生物生長繁殖或積累代謝產(chǎn)物用的營養(yǎng)基質(zhì)生長繁殖或積累代謝產(chǎn)物用的營養(yǎng)基質(zhì)（混合養(yǎng)料）。它是進行科學研究，發(fā)（混合養(yǎng)料）。它是進行科學研究，發(fā)酵生產(chǎn)微生物制品等

45、的基礎酵生產(chǎn)微生物制品等的基礎 。w 特點：特點：任何培養(yǎng)基都應具備微生物所需要任何培養(yǎng)基都應具備微生物所需要的六大營養(yǎng)要素，且應比例適當。所以一的六大營養(yǎng)要素，且應比例適當。所以一旦配成必須立即滅菌。旦配成必須立即滅菌。w 用途：用途：促使微生物生長；積累代謝產(chǎn)物；促使微生物生長；積累代謝產(chǎn)物；分離微生物菌種；鑒定微生物種類；微生分離微生物菌種；鑒定微生物種類；微生物細胞計數(shù)；菌種保藏；制備微生物制品物細胞計數(shù)；菌種保藏；制備微生物制品3.3 培養(yǎng)基類型培養(yǎng)基類型w 目標明確目標明確:培養(yǎng)基組分應適合微生物的營養(yǎng)特點培養(yǎng)基組分應適合微生物的營養(yǎng)特點w 營養(yǎng)協(xié)調(diào)營養(yǎng)協(xié)調(diào)w 條件適宜條件適宜w

46、經(jīng)濟合理經(jīng)濟合理3.3.1 制備培養(yǎng)基的基本原則制備培養(yǎng)基的基本原則即根據(jù)不同微生物的營養(yǎng)即根據(jù)不同微生物的營養(yǎng)需要配制不同的培養(yǎng)基。需要配制不同的培養(yǎng)基。工業(yè)培養(yǎng)基的工業(yè)培養(yǎng)基的C/N=100: (0.22.0)谷氨酸發(fā)酵谷氨酸發(fā)酵的的C/N=100: (1521) 按微生物的主要按微生物的主要類群類群來說，它們所需要的來說，它們所需要的培養(yǎng)基成分也不同：培養(yǎng)基成分也不同： 細菌細菌: 牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基 LB (Luria-Bertani) 放線菌放線菌: 高氏一號培養(yǎng)基高氏一號培養(yǎng)基 真菌真菌: 查氏合成培養(yǎng)基查氏合成培養(yǎng)基 PDA (Potato-Dextrose-A

47、gar) 酵母菌酵母菌: 麥芽汁、豆芽汁麥芽汁、豆芽汁 當對試驗菌營養(yǎng)需求特點不清楚的時候，可以采用當對試驗菌營養(yǎng)需求特點不清楚的時候，可以采用生長譜生長譜法進行測定。法進行測定。根據(jù)培養(yǎng)基的應用目的選擇原料及其來源根據(jù)培養(yǎng)基的應用目的選擇原料及其來源 該培養(yǎng)基的應用目的：該培養(yǎng)基的應用目的：是培養(yǎng)菌體還是積累代謝產(chǎn)物？是培養(yǎng)菌體還是積累代謝產(chǎn)物？是實驗室種子培養(yǎng)還是大規(guī)模發(fā)酵？是實驗室種子培養(yǎng)還是大規(guī)模發(fā)酵？代謝產(chǎn)物是初級代謝產(chǎn)物還是次級代謝產(chǎn)物？代謝產(chǎn)物是初級代謝產(chǎn)物還是次級代謝產(chǎn)物？ 1.用于用于培養(yǎng)菌體種子培養(yǎng)菌體種子的培養(yǎng)基營養(yǎng)應豐富，氮源含的培養(yǎng)基營養(yǎng)應豐富，氮源含量宜高（碳氮比低

48、）；量宜高（碳氮比低）；2.用于大量生產(chǎn)用于大量生產(chǎn)代謝產(chǎn)物代謝產(chǎn)物的培養(yǎng)基其氮源一般應比的培養(yǎng)基其氮源一般應比種子培養(yǎng)基稍低，（但若發(fā)酵產(chǎn)物是含氮化合物時，種子培養(yǎng)基稍低，（但若發(fā)酵產(chǎn)物是含氮化合物時，有時還應提高培養(yǎng)基的氮源含量）；若代謝產(chǎn)物是有時還應提高培養(yǎng)基的氮源含量）；若代謝產(chǎn)物是次級代謝產(chǎn)物次級代謝產(chǎn)物時要考慮是否加入特殊元素或特定的時要考慮是否加入特殊元素或特定的代謝產(chǎn)物；代謝產(chǎn)物；3.當所設計的是當所設計的是大規(guī)模發(fā)酵大規(guī)模發(fā)酵用的培養(yǎng)基時，應重視用的培養(yǎng)基時，應重視培養(yǎng)基中各成份的來源和價格，應選擇來源廣泛、培養(yǎng)基中各成份的來源和價格，應選擇來源廣泛、價格低廉價格低廉 的原料

49、，提倡以粗代精，以廢代好。的原料，提倡以粗代精，以廢代好。3.3 培養(yǎng)基類型培養(yǎng)基類型w 目標明確目標明確:培養(yǎng)基組分應適合微生物的營養(yǎng)特點培養(yǎng)基組分應適合微生物的營養(yǎng)特點w 營養(yǎng)協(xié)調(diào)營養(yǎng)協(xié)調(diào):營養(yǎng)物的濃度與比例應恰當營養(yǎng)物的濃度與比例應恰當w 條件適宜條件適宜w 經(jīng)濟合理經(jīng)濟合理3.3.1 制備培養(yǎng)基的基本原則制備培養(yǎng)基的基本原則 濃度過高濃度過高-微生物的生長起抑制作用微生物的生長起抑制作用 濃度過小濃度過小-不能滿足微生物生長的需要不能滿足微生物生長的需要 碳氮比（碳氮比（C/N）直接影響微生物生長與繁殖）直接影響微生物生長與繁殖 及及代謝物的形成與積累，故常作為考察培養(yǎng)基組成時代謝物的

50、形成與積累，故常作為考察培養(yǎng)基組成時的一個重要指標；的一個重要指標； 碳源中的碳原子的碳源中的碳原子的mol數(shù)數(shù)氮源中所含的氮原子的氮源中所含的氮原子的mol數(shù)數(shù)C/N比值比值=例：谷氨酸生產(chǎn)中例：谷氨酸生產(chǎn)中 C/N 4/1時，菌體大量繁殖，谷氨酸積累少；時，菌體大量繁殖，谷氨酸積累少；C/N3/1 時，菌體生長受抑制，而谷氨酸大量增加。時，菌體生長受抑制，而谷氨酸大量增加。 速效性氮（或碳）源與遲效性氮（或速效性氮（或碳）源與遲效性氮（或碳）源的比例碳）源的比例 各種無機鹽間各種無機鹽間/ /生長因子間的比例生長因子間的比例 速效氮源速效氮源，通常是有利于機體的生長，遲效氮源，通常是有利于

51、機體的生長，遲效氮源有利于代謝產(chǎn)物的形成。有利于代謝產(chǎn)物的形成。 但有些微生物沒有將無機氮合成有機氮的能力，但有些微生物沒有將無機氮合成有機氮的能力，它們不能把尿素、銨鹽等這些無機氮源自行合成他們它們不能把尿素、銨鹽等這些無機氮源自行合成他們生長所需的氨基酸，而需要從外界吸收現(xiàn)成的氨基酸生長所需的氨基酸，而需要從外界吸收現(xiàn)成的氨基酸作為氮源才能生長，這類微生物叫做作為氮源才能生長，這類微生物叫做氨基酸異養(yǎng)型微氨基酸異養(yǎng)型微生物生物，也叫，也叫營養(yǎng)缺陷型營養(yǎng)缺陷型。3.3 培養(yǎng)基類型培養(yǎng)基類型w 目標明確目標明確:培養(yǎng)基組分應適合微生物的營養(yǎng)特點培養(yǎng)基組分應適合微生物的營養(yǎng)特點w 營養(yǎng)協(xié)調(diào)營養(yǎng)協(xié)

52、調(diào):營養(yǎng)物的濃度與比例應恰當營養(yǎng)物的濃度與比例應恰當w 條件適宜條件適宜:物理化學條件適宜物理化學條件適宜w 經(jīng)濟合理經(jīng)濟合理:3.3.1 制備培養(yǎng)基的基本原則制備培養(yǎng)基的基本原則1. pH的影響的影響 種子培養(yǎng)基和發(fā)酵培養(yǎng)基的種子培養(yǎng)基和發(fā)酵培養(yǎng)基的pH直接影直接影響微生物發(fā)酵的產(chǎn)量和質(zhì)量。在發(fā)酵過程響微生物發(fā)酵的產(chǎn)量和質(zhì)量。在發(fā)酵過程中，微生物不斷分解和同化營養(yǎng)物質(zhì)，同中，微生物不斷分解和同化營養(yǎng)物質(zhì)，同時排出代謝物質(zhì)。這些都直接影響時排出代謝物質(zhì)。這些都直接影響pH。pH的變化情況常作為生產(chǎn)控制的根據(jù)。的變化情況常作為生產(chǎn)控制的根據(jù)。 一般來說，當培養(yǎng)基一般來說，當培養(yǎng)基C/N比高，發(fā)酵

53、液傾向于酸性，比高，發(fā)酵液傾向于酸性，pH低；低；C/N比低，發(fā)酵液傾向于中性、堿性，比低，發(fā)酵液傾向于中性、堿性，pH上升。上升。如果通氣足，糖脂完全氧化、產(chǎn)物為二氧化碳如果通氣足，糖脂完全氧化、產(chǎn)物為二氧化碳+H2O;通通氣不足氣不足,糖、脂氧化不完全，產(chǎn)生中間產(chǎn)物有機酸，發(fā)酵糖、脂氧化不完全，產(chǎn)生中間產(chǎn)物有機酸，發(fā)酵液液pH都會下降。都會下降。培養(yǎng)基中無培養(yǎng)基中無N利用，則利用利用，則利用(NH4)2SO4后，后，pH下降。下降。當生理堿性鹽（當生理堿性鹽（NaNO3）被利用，被利用，pH上升。上升。碳源嚴重不足，被迫利用氨基酸的碳架，留下碳源嚴重不足，被迫利用氨基酸的碳架，留下NH3，

54、pH上升。上升。碳源過量，氮源不足，微生物產(chǎn)酸碳源過量，氮源不足，微生物產(chǎn)酸 ， pH下降。下降。微生物種類微生物種類生長最適生長最適pHpH（范圍）（范圍）細菌和放線菌細菌和放線菌pH6.58.0，中性或堿性，中性或堿性霉菌和酵母霉菌和酵母pH46，偏酸，偏酸 在微生物的生長和代謝過程中，由于營養(yǎng)在微生物的生長和代謝過程中，由于營養(yǎng)物質(zhì)的利用和代謝產(chǎn)物的形成與積累，培養(yǎng)基物質(zhì)的利用和代謝產(chǎn)物的形成與積累，培養(yǎng)基的初始的初始pHpH值會發(fā)生改變，為了維持培養(yǎng)基值會發(fā)生改變，為了維持培養(yǎng)基pHpH值值的相對恒定，通常采用下列兩種方式：的相對恒定，通常采用下列兩種方式：內(nèi)源調(diào)節(jié)：內(nèi)源調(diào)節(jié)：在培養(yǎng)基

55、里加一些緩沖劑或不溶性在培養(yǎng)基里加一些緩沖劑或不溶性的碳酸鹽；調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的碳氮比。的碳酸鹽；調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的碳氮比。外源調(diào)節(jié)：外源調(diào)節(jié)：按實際需要不斷向發(fā)酵液流加酸或按實際需要不斷向發(fā)酵液流加酸或堿液堿液磷酸緩沖液：磷酸緩沖液：pH值從值從6.07.6之間之間K2HPO4+HCl KH2PO4+KClKH2PO4+KOH K2HPO4+H2OCO32 HCO3 H2CO3 CO2+H2O+H+H+H+H培養(yǎng)基中所含氨基酸、肽、蛋白質(zhì)等物質(zhì)也可培養(yǎng)基中所含氨基酸、肽、蛋白質(zhì)等物質(zhì)也可起到緩沖作用起到緩沖作用。加入加入CaCO3：調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)pH的方法的方法（1）調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的原始）調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的原始pH，保

56、持一定的，保持一定的C/N比；比；（2）添加緩沖液，保持）添加緩沖液，保持pH一定范圍；一定范圍；（3）調(diào)節(jié)通風量，使氧化還原電位保持一定的值；）調(diào)節(jié)通風量，使氧化還原電位保持一定的值；（4）發(fā)酵液）發(fā)酵液pH高用糖或淀粉調(diào)節(jié)，過低通過氮調(diào)節(jié)。高用糖或淀粉調(diào)節(jié)，過低通過氮調(diào)節(jié)。2.滲透壓和滲透壓和aw 滲透壓滲透壓等滲溶液等滲溶液適宜微生物生長適宜微生物生長高滲溶液高滲溶液細胞發(fā)生質(zhì)壁分離細胞發(fā)生質(zhì)壁分離低滲溶液低滲溶液細胞吸水膨脹，直至破裂細胞吸水膨脹，直至破裂 大多數(shù)微生物適合在等滲的環(huán)境下生長，大多數(shù)微生物適合在等滲的環(huán)境下生長，而有的菌如而有的菌如Staphylococcus aure

57、us則能在則能在3mol/L NaCl的高滲溶液中生長。能在高鹽環(huán)的高滲溶液中生長。能在高鹽環(huán)境（境（2.86.2/L NaCl）生長的微生物常被稱為）生長的微生物常被稱為嗜鹽微生物（嗜鹽微生物（Halophiles）。）。 微生物對水的需要程度（水對微生物生長的影響）常用微生物對水的需要程度（水對微生物生長的影響）常用環(huán)境（或基質(zhì)）中的環(huán)境（或基質(zhì)）中的水活度值（水活度值（water activity, w）表示。表示。所謂所謂 w就是水的有效濃度。就是水的有效濃度。定義：定義：水活度為在一定的溫度條件下，溶液的蒸汽壓水活度為在一定的溫度條件下，溶液的蒸汽壓（材料上部蒸氣相中水濃度）與純水的

58、蒸汽壓（即純水上（材料上部蒸氣相中水濃度）與純水的蒸汽壓（即純水上部蒸氣相中水濃度）之比，部蒸氣相中水濃度）之比， 即：即： w= / o 表示溶液的蒸汽壓表示溶液的蒸汽壓 o表示純水的蒸汽壓表示純水的蒸汽壓在在 w為為0.600.99的環(huán)境條件均有微生物生長，但對某的環(huán)境條件均有微生物生長，但對某種微生物而言，它對種微生物而言，它對 w的要求是一定的，微生物對水的的要求是一定的，微生物對水的需求有相當?shù)淖兓潭取＜次⑸锊煌?，其需求有相當?shù)淖兓潭?。即微生物不同，其生長的最適生長的最適 w亦不同。亦不同。幾類微生物生長最適幾類微生物生長最適 w w 微生物微生物 w 一般細菌一般細菌 0.9

59、1 酵母菌酵母菌 0.88 霉菌霉菌 0.80 噬鹽細菌噬鹽細菌 0.70 噬鹽真菌噬鹽真菌 0.65嗜高滲酵母嗜高滲酵母 0.60 為了表示微生物生長與水的關(guān)系，有時也常用為了表示微生物生長與水的關(guān)系，有時也常用相對濕相對濕度（度（RH) 的概念（的概念（ w 100= RH ）；通常也用測定蒸）；通常也用測定蒸氣相中相對濕度的方法得知溶液或物質(zhì)的水活度。氣相中相對濕度的方法得知溶液或物質(zhì)的水活度。3.3 培養(yǎng)基類型培養(yǎng)基類型w 目標明確目標明確:培養(yǎng)基組分應適合微生物的營養(yǎng)特點培養(yǎng)基組分應適合微生物的營養(yǎng)特點w 營養(yǎng)協(xié)調(diào)營養(yǎng)協(xié)調(diào):營養(yǎng)物的濃度與比例應恰當營養(yǎng)物的濃度與比例應恰當w 條件適宜

60、條件適宜:物理化學條件適宜物理化學條件適宜w 經(jīng)濟合理經(jīng)濟合理:經(jīng)濟節(jié)約經(jīng)濟節(jié)約3.3.1 制備培養(yǎng)基的基本原則制備培養(yǎng)基的基本原則 配制培養(yǎng)基時，應盡量考慮利用價廉并且易于配制培養(yǎng)基時，應盡量考慮利用價廉并且易于獲得的原料作為培養(yǎng)基的成分，特別是在工業(yè)發(fā)酵獲得的原料作為培養(yǎng)基的成分，特別是在工業(yè)發(fā)酵中，培養(yǎng)基用量很大，更應該考慮到這一點，以便中，培養(yǎng)基用量很大，更應該考慮到這一點，以便降低產(chǎn)品成本。降低產(chǎn)品成本。1.以粗代精以粗代精 2.以野代家以野代家3.以廢代好以廢代好 4.以簡代繁以簡代繁5.以氮代朊以氮代朊 6.以纖代糖以纖代糖7.以烴代糧以烴代糧 8.以國代進以國代進3.3 培養(yǎng)基