第三章 發(fā)酵培養(yǎng)基

1、第三章第三章 發(fā)酵培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基2012/3/41發(fā)酵培養(yǎng)基2012/3/4培養(yǎng)基培養(yǎng)基：廣義上講培養(yǎng)基是指一切可供微生物細(xì)胞生長繁殖廣義上講培養(yǎng)基是指一切可供微生物細(xì)胞生長繁殖 所需的一組營養(yǎng)物質(zhì)和原料，同時(shí)培養(yǎng)基也為微生所需的一組營養(yǎng)物質(zhì)和原料，同時(shí)培養(yǎng)基也為微生 物培養(yǎng)提供除營養(yǎng)外的其它所必須的條件。物培養(yǎng)提供除營養(yǎng)外的其它所必須的條件。 發(fā)酵培養(yǎng)基：發(fā)酵培養(yǎng)基：工業(yè)生產(chǎn)上使用的培養(yǎng)基，其作用：工業(yè)生產(chǎn)上使用的培養(yǎng)基，其作用： 滿足菌體的生長滿足菌體的生長 促進(jìn)產(chǎn)物的形成促進(jìn)產(chǎn)物的形成2發(fā)酵培養(yǎng)基的要求：發(fā)酵培養(yǎng)基的要求： 培養(yǎng)基能夠滿足產(chǎn)物最經(jīng)濟(jì)的合成。培養(yǎng)基能夠滿足產(chǎn)物最經(jīng)濟(jì)的合成

2、。 發(fā)酵后所形成的副產(chǎn)物盡可能的少。發(fā)酵后所形成的副產(chǎn)物盡可能的少。 培養(yǎng)基的原料應(yīng)因地制宜，價(jià)格低廉，性能穩(wěn)定，資培養(yǎng)基的原料應(yīng)因地制宜，價(jià)格低廉，性能穩(wěn)定，資源豐富，便于采購運(yùn)輸，適合大規(guī)模儲(chǔ)藏，能保證生產(chǎn)源豐富，便于采購運(yùn)輸，適合大規(guī)模儲(chǔ)藏，能保證生產(chǎn)上的供應(yīng)。上的供應(yīng)。 所選用的培養(yǎng)基應(yīng)能滿足總體工藝的要求，如不影響所選用的培養(yǎng)基應(yīng)能滿足總體工藝的要求，如不影響通氣、提取、純化及廢物處理等。通氣、提取、純化及廢物處理等。2012/3/43第一節(jié) 培養(yǎng)基的類型及功能培養(yǎng)基按其組成物質(zhì)的純度、狀態(tài)、用途可分為三大類型培養(yǎng)基按其組成物質(zhì)的純度、狀態(tài)、用途可分為三大類型 一、按純度一、按純度

3、合成培養(yǎng)基合成培養(yǎng)基 : 原料的化學(xué)成分明確、穩(wěn)定原料的化學(xué)成分明確、穩(wěn)定 q 適合于研究菌種基本代謝過程的物質(zhì)變化規(guī)律適合于研究菌種基本代謝過程的物質(zhì)變化規(guī)律 q 營養(yǎng)單一，價(jià)格較高，不適合用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)營養(yǎng)單一，價(jià)格較高，不適合用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)天然培養(yǎng)基天然培養(yǎng)基: 采用天然原料，營養(yǎng)豐富，不需添加微量元素，如花采用天然原料，營養(yǎng)豐富，不需添加微量元素，如花 生餅粉、蛋白胨等生餅粉、蛋白胨等q 原料來源豐富原料來源豐富(大多為農(nóng)副產(chǎn)品大多為農(nóng)副產(chǎn)品)、價(jià)格低廉、適于工業(yè)化生產(chǎn)、價(jià)格低廉、適于工業(yè)化生產(chǎn) q 原料成分復(fù)雜，質(zhì)量若不加控制會(huì)影響生產(chǎn)穩(wěn)定性原料成分復(fù)雜，質(zhì)量若不加控制會(huì)影響

4、生產(chǎn)穩(wěn)定性 v培養(yǎng)基的類型及功能培養(yǎng)基的類型及功能發(fā)酵培養(yǎng)基普遍使用天然培養(yǎng)基，但生產(chǎn)疫苗等會(huì)采用合成培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基普遍使用天然培養(yǎng)基，但生產(chǎn)疫苗等會(huì)采用合成培養(yǎng)基 2012/3/442012/3/4M培養(yǎng)基培養(yǎng)基(1L)： Na2HPO4 6g，KH2PO4 3g， NaCl 0.5g， NH4Cl 1g，MgSO4.7H2O 0.5g， CaCl2 0.011g，葡萄糖，葡萄糖 2-10, pH7.0 YPS培養(yǎng)基培養(yǎng)基(1L)：酪蛋白胨：酪蛋白胨 10g，酵母提取物，酵母提取物 5g, NaCl 10g，PH7.2 培養(yǎng)大腸桿菌常用兩種培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌常用兩種培養(yǎng)基v培養(yǎng)基的類型及功

5、能培養(yǎng)基的類型及功能52012/3/4二、按狀態(tài)固體培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基 :適合于適合于菌種和孢子的培養(yǎng)和保存菌種和孢子的培養(yǎng)和保存，也廣泛應(yīng)，也廣泛應(yīng)用于有子實(shí)體的真菌如香菇、白木耳等的生產(chǎn)。隨著機(jī)械用于有子實(shí)體的真菌如香菇、白木耳等的生產(chǎn)。隨著機(jī)械化程度的提高，有些發(fā)酵工業(yè)也應(yīng)用固體培養(yǎng)基進(jìn)行生產(chǎn)。化程度的提高，有些發(fā)酵工業(yè)也應(yīng)用固體培養(yǎng)基進(jìn)行生產(chǎn)。 半固體培養(yǎng)基半固體培養(yǎng)基: :在配好的液體培養(yǎng)基中加入少量的瓊脂在配好的液體培養(yǎng)基中加入少量的瓊脂即得到半固體培養(yǎng)基，一般瓊脂用量為即得到半固體培養(yǎng)基，一般瓊脂用量為0.5%0.8% ,主要用于微生物的鑒定。主要用于微生物的鑒定。液體培養(yǎng)基液體培

6、養(yǎng)基:80%90%是水，其中配有可溶性或不溶性的是水，其中配有可溶性或不溶性的營養(yǎng)成分，營養(yǎng)成分，是發(fā)酵工業(yè)大規(guī)模使用的培養(yǎng)基。是發(fā)酵工業(yè)大規(guī)模使用的培養(yǎng)基。 v培養(yǎng)基的類型及功能培養(yǎng)基的類型及功能62012/3/4v 孢子培養(yǎng)基孢子培養(yǎng)基：供孢子繁殖供孢子繁殖 營養(yǎng)不能太豐富，否則不宜產(chǎn)孢子；營養(yǎng)不能太豐富，否則不宜產(chǎn)孢子； 注意無機(jī)鹽濃度、注意無機(jī)鹽濃度、pHpH、濕度、濕度v 種子培養(yǎng)基種子培養(yǎng)基：供菌絲生長供菌絲生長 要求營養(yǎng)比較豐富、全面；要求營養(yǎng)比較豐富、全面； 最后一級(jí)種子培養(yǎng)基的成分最好能較接近于發(fā)酵培養(yǎng)基最后一級(jí)種子培養(yǎng)基的成分最好能較接近于發(fā)酵培養(yǎng)基v 發(fā)酵培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基

7、：供菌絲生長、合成產(chǎn)物供菌絲生長、合成產(chǎn)物 v培養(yǎng)基的類型及功能培養(yǎng)基的類型及功能三、按用途72012/3/4第二節(jié)第二節(jié) 發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源 一、碳源一、碳源1、作用、作用提供微生物生長繁殖所需的能源和合成菌體所必提供微生物生長繁殖所需的能源和合成菌體所必需的碳成分；需的碳成分； 提供合成目的產(chǎn)物所必須的碳成分。提供合成目的產(chǎn)物所必須的碳成分。2、來源、來源糖類、油脂、有機(jī)酸、低碳醇、正烷烴糖類、油脂、有機(jī)酸、低碳醇、正烷烴v發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源82012/3/43、工業(yè)上常用的糖類、工業(yè)上常用的糖類 葡萄糖葡萄糖 所有的微生物都能利用葡萄糖

8、所有的微生物都能利用葡萄糖 但是會(huì)引起葡萄糖效應(yīng)（分解代謝物阻遏作用但是會(huì)引起葡萄糖效應(yīng)（分解代謝物阻遏作用 ）q 工業(yè)上常用工業(yè)上常用淀粉水解糖淀粉水解糖,但是糖液必須達(dá)到一定的質(zhì)但是糖液必須達(dá)到一定的質(zhì) 量指標(biāo)量指標(biāo)v發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源92012/3/4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v發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源102012/3/4 糖蜜糖蜜糖蜜是制糖生產(chǎn)時(shí)的結(jié)晶母液，它是制糖工業(yè)的副產(chǎn)物糖蜜是制糖生產(chǎn)時(shí)的結(jié)晶母液，它是制糖工業(yè)的副產(chǎn)物。 糖蜜主要含有蔗糖，總糖可達(dá)糖蜜主要含有蔗糖，總糖可達(dá)50%75%。一

9、般糖蜜分。一般糖蜜分甘蔗糖蜜甘蔗糖蜜和和甜菜糖蜜甜菜糖蜜。v發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源112012/3/4不同加工方法對(duì)甘蔗糖蜜的影響不同加工方法對(duì)甘蔗糖蜜的影響v發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源122012/3/4糖蜜使用的注意點(diǎn)：糖蜜使用的注意點(diǎn)：除糖分外，含有較多的雜質(zhì)，其中有些是有用的，但是除糖分外，含有較多的雜質(zhì)，其中有些是有用的，但是許多都會(huì)對(duì)發(fā)酵產(chǎn)生不利的影響，需要進(jìn)行預(yù)處理。許多都會(huì)對(duì)發(fā)酵產(chǎn)生不利的影響，需要進(jìn)行預(yù)處理。例：谷氨酸發(fā)酵例：谷氨酸發(fā)酵有害物質(zhì)：膠體成分（起泡、結(jié)晶）、鈣鹽（結(jié)晶）有害物質(zhì)：膠體成分（起泡、結(jié)晶）、鈣鹽（結(jié)晶） 生物素（

10、發(fā)酵控制）生物素（發(fā)酵控制）預(yù)處理：澄清預(yù)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)：鐵離子（含量高會(huì)導(dǎo)致生成異檸檬酸）有害物質(zhì)：鐵離子（含量高會(huì)導(dǎo)致生成異檸檬酸）預(yù)處理：發(fā)酵液中添加黃血鹽絡(luò)合預(yù)處理：發(fā)酵液中添加黃血鹽絡(luò)合Fe2+阻斷阻斷TCA環(huán)，環(huán)， 積累檸檬酸積累檸檬酸 v發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源生物素缺乏生物素缺乏:菌種菌種生長十分緩生長十分緩慢；生物素過量慢；生物素過量:轉(zhuǎn)為轉(zhuǎn)為乳酸乳酸發(fā)發(fā)酵酵。一般將生物素控制在亞適。一般將生物素控制在亞適量條件下，才能得到高產(chǎn)量的量條件下，才能得到高產(chǎn)量的谷氨酸谷氨酸。132012/3/4淀粉、

11、糊精淀粉、糊精使用條件：微生物必須能分泌水解淀粉、糊精的酶類使用條件：微生物必須能分泌水解淀粉、糊精的酶類缺點(diǎn)：成分復(fù)雜，包括直鏈淀粉和支鏈淀粉等缺點(diǎn)：成分復(fù)雜，包括直鏈淀粉和支鏈淀粉等 發(fā)酵液較粘稠；發(fā)酵液較粘稠； 難利用；難利用；優(yōu)點(diǎn)：來源廣泛、價(jià)格低；優(yōu)點(diǎn)：來源廣泛、價(jià)格低； 可以解除葡萄糖效應(yīng)可以解除葡萄糖效應(yīng)v發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源種類：玉米淀粉、小麥淀粉、甘薯淀粉種類：玉米淀粉、小麥淀粉、甘薯淀粉142012/3/4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(duì)生長和產(chǎn)酶的影響碳源對(duì)生長和產(chǎn)酶的影響碳源碳源 細(xì)胞量細(xì)胞量 -淀粉酶淀粉酶葡萄糖葡萄

12、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 40.2v發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源152012/3/4二、氮源二、氮源氮源主要用于構(gòu)成菌體細(xì)胞物質(zhì)（氨基酸，蛋白質(zhì)、核酸氮源主要用于構(gòu)成菌體細(xì)胞物質(zhì)（氨基酸，蛋白質(zhì)、核酸等）和含氮代謝物。常用的氮源可分為兩大類：等）和含氮代謝物。常用的氮源可分為兩大類：無機(jī)氮源無機(jī)氮源和和有機(jī)氮源有機(jī)氮源。 1.無機(jī)氮源無機(jī)氮源種類：種類：銨鹽、硝酸鹽和氨水銨鹽、硝酸鹽和氨水特點(diǎn)：特點(diǎn)：微生物對(duì)它們的吸收快，所以也稱之為迅速利微生物對(duì)它們的吸收快，所以也稱之為迅速利用的氮源。但無機(jī)氮源的迅速利用常會(huì)引起用

13、的氮源。但無機(jī)氮源的迅速利用常會(huì)引起pH的變的變化如：化如： (NH4)2SO4 2NH3 + 2H2SO4 NaNO3 + 4H2 NH3 + 2H2O + NaOH v發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源162012/3/4無機(jī)氮源被菌體作為氮源利用后，培養(yǎng)液中就留下了酸性或無機(jī)氮源被菌體作為氮源利用后，培養(yǎng)液中就留下了酸性或堿性物質(zhì)。堿性物質(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)氮源叫經(jīng)微生物生理作用（代謝）后能形成酸性物質(zhì)的無機(jī)氮源叫生理酸性物質(zhì)生理酸性物質(zhì)，如，如硫酸銨硫酸銨。菌體代謝后能產(chǎn)生堿性物質(zhì)的無機(jī)氮源稱為菌體代謝后能產(chǎn)生堿性物質(zhì)的無機(jī)氮源稱為生理堿性物質(zhì)生

14、理堿性物質(zhì)，如如硝酸鈉硝酸鈉。正確使用生理酸堿性物質(zhì)，對(duì)穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)酵過程的正確使用生理酸堿性物質(zhì)，對(duì)穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)酵過程的pH有積有積極作用。極作用。 所以選擇合適的無機(jī)氮源有兩層意義：所以選擇合適的無機(jī)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pHv發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源172012/3/42.有機(jī)氮源有機(jī)氮源來源：來源：工業(yè)上常用的有機(jī)氮源都是一些廉價(jià)的原料，如工業(yè)上常用的有機(jī)氮源都是一些廉價(jià)的原料，如花生花生 餅粉、黃豆餅粉、棉子餅粉、玉米漿、玉米蛋白粉、餅粉、黃豆餅粉、棉子餅粉、玉米漿、玉米蛋白粉、 蛋白胨、酵母

15、粉、魚粉、蠶蛹粉、尿素、廢菌絲體和蛋白胨、酵母粉、魚粉、蠶蛹粉、尿素、廢菌絲體和 酒糟等酒糟等。成分復(fù)雜成分復(fù)雜：除提供氮源外，有些有機(jī)氮源還提供大量的無機(jī)：除提供氮源外，有些有機(jī)氮源還提供大量的無機(jī) 鹽及生長因子。鹽及生長因子。例例 玉米漿：可溶性蛋白、生長因子（生物素）、苯乙酸玉米漿：可溶性蛋白、生長因子（生物素）、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v發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源菌體生長狀況：菌體生長狀況：生長旺盛、菌絲濃度增長迅速生長旺盛、菌絲濃度增長迅速182012/3/4有機(jī)氮源成分復(fù)雜，可以從多個(gè)方面影響發(fā)酵過程。同有機(jī)氮源成分復(fù)雜，

16、可以從多個(gè)方面影響發(fā)酵過程。同時(shí)，有機(jī)氮源的來源具有不穩(wěn)定性，在有機(jī)氮源選取和時(shí)，有機(jī)氮源的來源具有不穩(wěn)定性，在有機(jī)氮源選取和使用過程中，必須考慮原料的波動(dòng)對(duì)發(fā)酵的影響。使用過程中，必須考慮原料的波動(dòng)對(duì)發(fā)酵的影響。v發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源192012/3/4氮源使用的一些相關(guān)問題：q 有機(jī)氮源和無機(jī)氮源應(yīng)當(dāng)混合使用有機(jī)氮源和無機(jī)氮源應(yīng)當(dāng)混合使用早期：容易利用易同化的氮源早期：容易利用易同化的氮源無機(jī)氮源無機(jī)氮源中期：菌體的代謝酶系已形成中期：菌體的代謝酶系已形成可以使用有機(jī)氮源可以使用有機(jī)氮源q 有些產(chǎn)物會(huì)受氮源的誘導(dǎo)和阻遏有些產(chǎn)物會(huì)受氮源的誘導(dǎo)和阻遏q 有機(jī)氮源選取時(shí)也

17、要考慮微生物的同化能力有機(jī)氮源選取時(shí)也要考慮微生物的同化能力q 開發(fā)效果好、有針對(duì)性的有機(jī)氮源仍然是令人感興趣開發(fā)效果好、有針對(duì)性的有機(jī)氮源仍然是令人感興趣 的課題的課題v發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源202012/3/4三、無機(jī)鹽及微量元素三、無機(jī)鹽及微量元素1、作用：各不一樣、作用：各不一樣2、來源：來源：C、N源，或以鹽的形式補(bǔ)充源，或以鹽的形式補(bǔ)充3、用量：根據(jù)具體的產(chǎn)品，以實(shí)驗(yàn)決定，用量：根據(jù)具體的產(chǎn)品，以實(shí)驗(yàn)決定，P1044、使用注意點(diǎn)使用注意點(diǎn)（1）對(duì)于其它渠道有可能帶入的過多的某種無機(jī)離）對(duì)于其它渠道有可能帶入的過多的某種無機(jī)離子和微量元素在發(fā)酵過程中必須加以考慮

18、。子和微量元素在發(fā)酵過程中必須加以考慮。v發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源212012/3/4例：鐵離子例：鐵離子 青霉素發(fā)酵中，鐵離子的濃度要小于青霉素發(fā)酵中，鐵離子的濃度要小于20g/mL 發(fā)酵罐必須進(jìn)行表面處理發(fā)酵罐必須進(jìn)行表面處理（2）使用時(shí)注意鹽的形式（影響）使用時(shí)注意鹽的形式（影響pH值）值）v發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源 例：磷酸鹽例：磷酸鹽磷酸二氫鹽、磷酸氫二鹽磷酸二氫鹽、磷酸氫二鹽222012/3/4四、生長因子、前體和產(chǎn)物促進(jìn)劑四、生長因子、前體和產(chǎn)物促進(jìn)劑從廣義上講，凡是微生物生長不可缺少的微量有機(jī)物質(zhì)，從廣義上講，凡是微生物生長不可缺少的微量

19、有機(jī)物質(zhì)，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、維生素等均稱為如氨基酸、嘌呤、嘧啶、維生素等均稱為生長因子生長因子。 1.生長因子生長因子例如：例如：以糖質(zhì)原料為碳源的谷氨酸生產(chǎn)菌均為生物素缺陷以糖質(zhì)原料為碳源的谷氨酸生產(chǎn)菌均為生物素缺陷型，以生物素為生長因子型，以生物素為生長因子, ,生長因子對(duì)發(fā)酵的調(diào)控起到重生長因子對(duì)發(fā)酵的調(diào)控起到重要的作用要的作用。有機(jī)氮源是生長因子的重要來源有機(jī)氮源是生長因子的重要來源，多數(shù)有機(jī)氮源含有較多，多數(shù)有機(jī)氮源含有較多的的B族維生素和微量元素及一些微生物生長不可缺少的生族維生素和微量元素及一些微生物生長不可缺少的生長因子。長因子。最具代表的是玉米漿。最具代表的是玉米漿。 v

20、發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源232012/3/4前體指某些化合物加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中，能直接被微生物在前體指某些化合物加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中，能直接被微生物在生物合成過程中合成到生物合成過程中合成到產(chǎn)物產(chǎn)物分子中去，而其自身的結(jié)構(gòu)并沒分子中去，而其自身的結(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。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。2.前體前體青霉素：分子量青霉素：分子量356（虛線框?yàn)槠淝绑w：（虛線框?yàn)槠淝绑w：苯乙胺苯乙胺）v發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源242012/3/4作用作用：前體有助于提高產(chǎn)量和組分（：前體有助于提高產(chǎn)量和

21、組分（P107）v發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源用法用法：前體使用時(shí)普遍采用：前體使用時(shí)普遍采用流加流加的方法的方法前體一般都有毒性，濃度過大對(duì)菌體的生長不利，并且菌前體一般都有毒性，濃度過大對(duì)菌體的生長不利，并且菌體具有氧化分解前體的能力，采用流加工藝可以避免上述體具有氧化分解前體的能力，采用流加工藝可以避免上述問題，也有利于提高前體的轉(zhuǎn)化率。問題，也有利于提高前體的轉(zhuǎn)化率。252012/3/43.產(chǎn)物促進(jìn)劑產(chǎn)物促進(jìn)劑所謂所謂產(chǎn)物促進(jìn)劑產(chǎn)物促進(jìn)劑是指那些非細(xì)胞生長所必須的營養(yǎng)物，又是指那些非細(xì)胞生長所必須的營養(yǎng)物，又非前體，但加入后能提高產(chǎn)量的添加劑。非前體，但加入后能提高產(chǎn)量

22、的添加劑。 v發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源262012/3/4促進(jìn)劑提高產(chǎn)量的機(jī)制還不完全清楚，其原因是多方面的。促進(jìn)劑提高產(chǎn)量的機(jī)制還不完全清楚，其原因是多方面的。 有些促進(jìn)劑本身是有些促進(jìn)劑本身是酶的誘導(dǎo)物酶的誘導(dǎo)物； 有些促進(jìn)劑是有些促進(jìn)劑是表面活性劑表面活性劑，可改善細(xì)胞的透性，改善，可改善細(xì)胞的透性，改善 細(xì)胞與氧的接觸，從而促進(jìn)酶的分泌與生產(chǎn)；細(xì)胞與氧的接觸，從而促進(jìn)酶的分泌與生產(chǎn)； 也有人認(rèn)為表面活性劑對(duì)酶的表面失活有也有人認(rèn)為表面活性劑對(duì)酶的表面失活有保護(hù)作用保護(hù)作用； 有些促進(jìn)劑的作用是有些促進(jìn)劑的作用是沉淀或螯合有害的重金屬離子沉淀或螯合有害的重金屬離子。v

23、發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源272012/3/4五、水五、水對(duì)于發(fā)酵工廠來說，恒定的水源是至關(guān)重要的，因?yàn)樵诓煌瑢?duì)于發(fā)酵工廠來說，恒定的水源是至關(guān)重要的，因?yàn)樵诓煌粗写嬖诘母鞣N因素對(duì)微生物發(fā)酵代謝影響甚大。水源中存在的各種因素對(duì)微生物發(fā)酵代謝影響甚大。 水源質(zhì)量的主要考慮參數(shù)：水源質(zhì)量的主要考慮參數(shù)：pH值、溶解氧、可溶性固體、污值、溶解氧、可溶性固體、污染程度以及礦物質(zhì)組成和含量。染程度以及礦物質(zhì)組成和含量。 v發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源水是培養(yǎng)基的主要組分，也是微生物機(jī)體的重要組分。水是培養(yǎng)基的主要組分，也是微生物機(jī)體的重要組分。水的作用水的作用：為微

24、生物的生長、繁殖和產(chǎn)物合成提供必需的生：為微生物的生長、繁殖和產(chǎn)物合成提供必需的生理環(huán)境。理環(huán)境。282012/3/4第三節(jié) 發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化目前還不能完全從生化反應(yīng)的基本原理來推斷和計(jì)算出適目前還不能完全從生化反應(yīng)的基本原理來推斷和計(jì)算出適合某一菌種的培養(yǎng)基配方，只能用生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、合某一菌種的培養(yǎng)基配方，只能用生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、微生物學(xué)等的基本理論，參照前人所使用的較適合某一類微生物學(xué)等的基本理論，參照前人所使用的較適合某一類菌種的經(jīng)驗(yàn)配方，再結(jié)合所用菌種和產(chǎn)品的特性，采用搖菌種的經(jīng)驗(yàn)配方，再結(jié)合所用菌種和產(chǎn)品的特性，采用搖瓶、玻璃罐等小型發(fā)酵設(shè)備，瓶、玻璃罐等小型發(fā)酵設(shè)

25、備，按照一定的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)按照一定的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)方法選擇出較為適合的培養(yǎng)基方法選擇出較為適合的培養(yǎng)基。 v發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化292012/3/4一、培養(yǎng)基成分選擇的原則 l 菌種的同化能力菌種的同化能力l 代謝的阻遏和誘導(dǎo)代謝的阻遏和誘導(dǎo) l 合適的合適的C、N比比l pH的要求的要求 v發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化302012/3/4（一）（一）理論轉(zhuǎn)化率與實(shí)際轉(zhuǎn)化率理論轉(zhuǎn)化率與實(shí)際轉(zhuǎn)化率 理論轉(zhuǎn)化率理論轉(zhuǎn)化率是指理想狀態(tài)下根據(jù)微生物的代謝途徑進(jìn)是指理想狀態(tài)下根據(jù)微生物的代謝途徑進(jìn)行行物料衡算物料衡算，所得出的轉(zhuǎn)化率的大小。，所得出的轉(zhuǎn)化率的大小

26、。 實(shí)際轉(zhuǎn)化率實(shí)際轉(zhuǎn)化率是指發(fā)酵過程中轉(zhuǎn)化率的實(shí)際大小是指發(fā)酵過程中轉(zhuǎn)化率的實(shí)際大小 。如何使實(shí)際轉(zhuǎn)化率接近于理論轉(zhuǎn)化率是發(fā)酵控制的一如何使實(shí)際轉(zhuǎn)化率接近于理論轉(zhuǎn)化率是發(fā)酵控制的一個(gè)重要目標(biāo)。個(gè)重要目標(biāo)。二、成分含量的確定二、成分含量的確定v發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化312012/3/4例例: 在酒精生產(chǎn)中葡萄糖轉(zhuǎn)化為酒精的理論轉(zhuǎn)化率計(jì)算如下在酒精生產(chǎn)中葡萄糖轉(zhuǎn)化為酒精的理論轉(zhuǎn)化率計(jì)算如下 葡萄糖轉(zhuǎn)化為酒精的代謝總反應(yīng)衡算式為葡萄糖轉(zhuǎn)化為酒精的代謝總反應(yīng)衡算式為 （P111） C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 葡萄糖轉(zhuǎn)化為酒精的理論得率為葡萄糖轉(zhuǎn)化為酒精的理論得率

27、為 2*46 Y = = 0.51 180v發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化322012/3/4v發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化332012/3/4（二）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)q 培養(yǎng)基成分的含量最終都是通過實(shí)驗(yàn)獲得的q 合理的實(shí)驗(yàn)方法多因子實(shí)驗(yàn)：均勻設(shè)計(jì)多因子實(shí)驗(yàn)：均勻設(shè)計(jì) 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 響應(yīng)面分析等響應(yīng)面分析等單因子實(shí)驗(yàn)單因子實(shí)驗(yàn)v發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化34P112-1142012/3/435大麥產(chǎn)量對(duì)于氮、磷肥的響應(yīng)面圖大麥產(chǎn)量對(duì)于氮、磷肥的響應(yīng)面圖2012/3/4 當(dāng)培養(yǎng)基成分確定后，剩下的問題就是確定各成分最適的濃度，由于培養(yǎng)基成分很多，

28、為減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)常采用一些合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，如正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、響應(yīng)面分析等。 三、培養(yǎng)基設(shè)計(jì)的步驟 根據(jù)前人的經(jīng)驗(yàn)和培養(yǎng)基成分必須考慮的一些問題，初步確定可能的培養(yǎng)基成分； 通過單因子實(shí)驗(yàn)最終確定出最為適宜的培養(yǎng)基成分；v發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化362012/3/4 正交設(shè)計(jì)確定優(yōu)化的配方（P112-114）v發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化372012/3/4v發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化38極差極差K值值趨勢分析趨勢分析2012/3/4四、搖瓶水平到反應(yīng)器水平的優(yōu)化四、搖瓶水平到反應(yīng)器水平的優(yōu)化培養(yǎng)基研究的兩個(gè)層次培養(yǎng)基研究的兩個(gè)層次q 搖搖

29、瓶瓶培養(yǎng)基設(shè)計(jì)的第一步培養(yǎng)基設(shè)計(jì)的第一步q 反應(yīng)器反應(yīng)器最終的優(yōu)化配方最終的優(yōu)化配方v發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化392012/3/4例：例： 青霉素發(fā)酵青霉素發(fā)酵發(fā)酵搖瓶：發(fā)酵搖瓶：玉米漿玉米漿4%，乳糖，乳糖10%，(NH4)SO4 0.8% 輕質(zhì)碳酸鈣輕質(zhì)碳酸鈣1%發(fā)酵罐發(fā)酵罐: : 葡萄糖流加控制總量葡萄糖流加控制總量10-15%10-15%，玉米漿總量，玉米漿總量4- 4- 8% 8%，補(bǔ)加硫酸及前體等，補(bǔ)加硫酸及前體等搖瓶發(fā)酵培養(yǎng)基和發(fā)酵罐的基礎(chǔ)培養(yǎng)基差別很大。搖瓶發(fā)酵培養(yǎng)基和發(fā)酵罐的基礎(chǔ)培養(yǎng)基差別很大。v發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化402012/3

30、/4搖瓶優(yōu)化配方：菌種篩選、反應(yīng)器培養(yǎng)基優(yōu)化的基礎(chǔ)搖瓶優(yōu)化配方：菌種篩選、反應(yīng)器培養(yǎng)基優(yōu)化的基礎(chǔ)v發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化412012/3/4pHpH控制搖床控制搖床v發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化422012/3/4發(fā)酵罐：通過反應(yīng)器水平的優(yōu)化發(fā)酵罐：通過反應(yīng)器水平的優(yōu)化,可以得出最終優(yōu)可以得出最終優(yōu) 化的培養(yǎng)基配方化的培養(yǎng)基配方v發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化43 pH控制搖床在1, 3-丙二醇發(fā)酵中的應(yīng)用v發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化2012/3/444實(shí)例實(shí)例1,3-1,3-丙二醇，現(xiàn)在主要用于生產(chǎn)新型熱塑性聚酯，即聚對(duì)丙

31、二醇，現(xiàn)在主要用于生產(chǎn)新型熱塑性聚酯，即聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯（苯二甲酸丙二醇酯（PTTPTT）。）。1,3-1,3-丙二醇是國內(nèi)外生產(chǎn)和技丙二醇是國內(nèi)外生產(chǎn)和技術(shù)開發(fā)的熱點(diǎn)產(chǎn)品，其下游產(chǎn)品術(shù)開發(fā)的熱點(diǎn)產(chǎn)品，其下游產(chǎn)品PTTPTT可以部分取代尼龍，競可以部分取代尼龍，競爭力強(qiáng)，有非常廣闊的市場前景。爭力強(qiáng)，有非常廣闊的市場前景。1,3-1,3-丙二醇（丙二醇（ 1,3-propanediol, 1,3-PD），可作為增），可作為增塑劑、洗滌劑、防腐劑和乳化劑等，用于食品、化妝品和制塑劑、洗滌劑、防腐劑和乳化劑等，用于食品、化妝品和制藥等工業(yè)。藥等工業(yè)。PTT的性能PTTPTTPETPET滌綸滌綸

32、NylonNylon尼龍、錦綸尼龍、錦綸 AcrylicAcrylic亞克力亞克力 Spandex (Lycra)Spandex (Lycra)萊卡、氨綸萊卡、氨綸 柔韌度柔韌度+- -+ + +NANA彈性彈性+ +- - -+豐滿度豐滿度+- -+ +NA磨損磨損+ + +- -抗污染力抗污染力+- -洗滌牢度洗滌牢度+- -日曬牢度日曬牢度+ + +- -+-抗靜電力抗靜電力+- -NA色彩密度色彩密度- -+ +-成本成本-+- -+ +-PTT是目前性能最好的纖維被譽(yù)為21世紀(jì)的大型纖維v發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化2012/3/445兩步發(fā)酵法生產(chǎn)兩步發(fā)酵法生產(chǎn)1,

33、 3-丙二醇丙二醇糖甘油1,3-丙二醇酵母酵母伯氏肺炎桿菌、丁酸梭菌等伯氏肺炎桿菌、丁酸梭菌等v發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化2012/3/446伯氏肺炎桿菌伯氏肺炎桿菌1,3-丙二醇的代謝丙二醇的代謝甘油三羥基丙醛1,3-丙二醇二羥丙酮丙酮酸乙酸 乙醇乳酸 丁醇丁酸 丁二醇2HH2OpH下降厭氧過程、pH下降2Hv發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化2012/3/447不同不同pHpH條件對(duì)甘油消耗的影響條件對(duì)甘油消耗的影響v發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化2012/3/448搖瓶培養(yǎng)基分批培養(yǎng)過程結(jié)果搖瓶培養(yǎng)基分批培養(yǎng)過程結(jié)果v發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化發(fā)酵培

34、養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化2012/3/449補(bǔ)料培養(yǎng)過程補(bǔ)料培養(yǎng)過程 濃度為濃度為3. 43%，對(duì)甘油轉(zhuǎn)化率為，對(duì)甘油轉(zhuǎn)化率為19% v發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化2012/3/450 1, 3-丙二醇的濃度5.37%，轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率為40% 進(jìn)一步優(yōu)化培養(yǎng)基后過程進(jìn)一步優(yōu)化培養(yǎng)基后過程v發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化2012/3/4512012/3/4五、培養(yǎng)基設(shè)計(jì)時(shí)注意的一些相關(guān)問題（五、培養(yǎng)基設(shè)計(jì)時(shí)注意的一些相關(guān)問題（P118） q 原料及設(shè)備的預(yù)處理原料及設(shè)備的預(yù)處理 q 原材料的質(zhì)量原材料的質(zhì)量 q 發(fā)酵特性的影響發(fā)酵特性的影響 在抗生素發(fā)酵生產(chǎn)中往往喜歡在抗生素

35、發(fā)酵生產(chǎn)中往往喜歡“稀配方稀配方”，因?yàn)?，因?yàn)樗冉档统杀尽⑷菀诇缇?，又有利于傳氧，從而它既降低成本、容易滅菌，又有利于傳氧，從而提高目的產(chǎn)物的生物合成效率。提高目的產(chǎn)物的生物合成效率。如果發(fā)酵過程中出現(xiàn)營養(yǎng)成分缺乏，可通過如果發(fā)酵過程中出現(xiàn)營養(yǎng)成分缺乏，可通過中間中間補(bǔ)料的方法補(bǔ)料的方法予以彌補(bǔ)。予以彌補(bǔ)。 v發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化522012/3/4q 滅菌滅菌目前多采用目前多采用濕熱蒸汽滅菌法濕熱蒸汽滅菌法，在大規(guī)模發(fā)酵中應(yīng)該盡可，在大規(guī)模發(fā)酵中應(yīng)該盡可能的采取能的采取連續(xù)滅菌連續(xù)滅菌的操作，而且要保證滅菌條件的穩(wěn)定，的操作，而且要保證滅菌條件的穩(wěn)定，這是保證發(fā)酵穩(wěn)定的前提。這是保證發(fā)酵穩(wěn)定的前提。 有時(shí)為了避免營養(yǎng)物質(zhì)在加熱的條件下相互作用，可以有時(shí)為了避免營養(yǎng)物質(zhì)在加熱的條件下相互作用，可以將營養(yǎng)物質(zhì)分開滅菌。將營養(yǎng)物質(zhì)分開滅菌。