發(fā)酵工程2-微生物的營養(yǎng)課件

第三節(jié)、微生物的營養(yǎng)第一部分、微生物的營養(yǎng)要求

一、微生物細胞的化學組成（一）化學元素(chemicalelement):大量元素(macroelement):碳、氫、氧、氮、

磷、硫、鉀、鎂、鈣、鐵（其中前六種占細菌細胞干重的97%）。微量元素(traceelement):

鋅、錳、鈉、氯、鉬、硒、鈷、銅、鎢、鎳、硼。元素細菌酵母菌霉菌碳5049.847.9氮1512.45.2氫86.76.7氧2031.140.2磷3——

硫1——

（二）微生物細胞的化學成分及分析微生物細胞化學組成的影響因素：微生物種類、菌齡、培養(yǎng)條件;微生物細胞中各種元素的存在形式：主要以

水、有機物、無機物的形式存在于細胞中。

二、營養(yǎng)物質及其生理功能碳源

（carbonsource）氮源（nitrogensource）無機鹽（mineralsalts）生長因子（growthfactor）水（一）、碳源（Carbonsource）**◆定義：凡可被用來構成細胞物質或代謝產物中碳素來源的營養(yǎng)物質?！艄δ埽禾峁┖铣杉毎镔|及代謝物的原料;并為整個生理活動提供所需要能源（異養(yǎng)微生物）。

◆種類:無機含碳化合物：如CO2和碳酸鹽等。有機含碳化合物：糖與糖的衍生物（多糖：如淀粉、麩皮、米糠等；飴糖；單糖）,脂類、醇類、有機酸、烴類、芳香族化合物以及各種含氮的化合物。表微生物的碳源譜類型元素水平化合物水平培養(yǎng)基原料水平有機碳C·H·O·N·X復雜蛋白質、核酸等牛肉膏、蛋白胨、花生餅粉等C·H·O·N多數(shù)氨基酸、簡單蛋白質等一般氨基酸、明膠等C·H·O糖、有機酸、醇、脂類等葡萄糖、蔗糖、各種淀粉、糖蜜等C·H烴類天然氣、石油及其不同餾份、石蠟油等無機碳C(?)—

—

C·OCO2CO2C·O·XNaHCO3NaHCO3、CaCO3、等（二）氮源（Nitrogensource）**：凡用來構成菌體物質或代謝產物中氮素來源的營養(yǎng)源。種類：無機氮：銨鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽、尿素、氨、N2等；有機氮：蛋白質及其降解產物（如胨、肽、氨基酸等）、牛肉膏、魚粉、花生餅粉、黃豆餅粉、玉米漿等

表微生物的氮源譜

類型元素水平化合物水平培養(yǎng)基原料水平有機氮N·C·H·O·X復雜蛋白質、核酸等牛肉膏、酵母膏、餅粕粉、蠶蛹粉等N·C·H·O尿素、一般氨基酸、簡單蛋白質等尿素、蛋白胨、明膠等無機氮N·HNH3、銨鹽等(NH4)2SO4等N·O硝酸鹽等KNO3等NN2空氣速效氮源，通常有利于機體的生長;遲效氮源有利于代謝產物的形成。實際上將兩者按一定比例制成混合N源，以控制菌體生長時期與代謝產物形成時期的協(xié)調，達到提高產量的目的。**

實驗室常用的氮源有：碳酸銨、硝酸鹽、硫酸銨、尿素、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等。生產上常用的氮源有硝酸鹽、銨鹽、尿素、氨以及蛋白含量較高的魚粉、蠶蛹粉、黃豆餅粉、花生餅份、玉米漿等。無機鹽生理功能**構成微生物細胞的組成成分;調解微生物細胞的滲透壓，

pH值和氧化還原電位;有些無機鹽如S、Fe還可做為自養(yǎng)微生物的能源

;構成酶活性基的組成成分，維持E活性。Mg、Ca、K是多種E的激活劑。無機元素的來源和功能元素 人為提供形式 生理功能P KH2PO4、K2HPO4 核酸、磷酸和輔酶的成分

S MgSO4

含硫氨基酸含硫維生素成分K KH2PO4、K2HPO4 酶的輔因子、維持電位差和滲透壓

Na NaCl 維持滲透壓、某些細菌和藍細菌需要Ca Ca(NO3)2、CaCl2 胞外酶穩(wěn)定劑、蛋白酶輔因子、細菌芽孢和

真菌孢子形成Mg MgSO4 固氮酶輔因子、葉綠素成分Fe FeSO4 合成葉綠素、白喉毒素和氯高鐵血紅素所需Mn MnSO4 超氧化物歧化酶、氨肽酶、L-阿拉伯糖異構酶等的輔因子Cu CuSO4 氧化酶、酪氨酸酶的輔因子Zn ZnSO4 堿性磷酸酶、脫氫酶、肽酶、脫羧酶輔因子Mo (NH4)6Mo7O24

固氮酶和同化型及異化型硝酸鹽還原酶的成分（四）生長因子（growthfactor）定義:是一類對微生物正常生活不可缺少而需要量又不大，但微生物自身不能用簡單的碳源或氮源合成，或合成量不足以滿足機體生長需要的有機營養(yǎng)物質。不同微生物需求的生長因子的種類和數(shù)量不同。主要包括：維生素

氨基酸

堿基維生素有的微生物自己不能合成維生素，需要外加，主要是B族維生素、硫胺素、葉酸、泛酸、核黃素等，如生產味精需加生物素（VH）。氨基酸有些微生物自己不能合成某種氨基酸，必須給予補充，如賴AA發(fā)酵所用的黃色短桿菌為高絲氨酸缺陷型菌株，在培養(yǎng)基中必須添加含高絲氨酸的氮源，如豆餅水解液或毛發(fā)水解液等。各種菌合成氨基酸的能力有很大差別，一般G－菌強于G＋，大腸桿菌自己能合成全部aa，沙門氏菌能合成大部分aa，有的菌合成aa能力極弱，如腸膜明串珠菌（leuconostocmesenteroides）需從外界補充19種aa。另外有些微生物生長還需要其它特殊的成分，例如某些乳酸桿菌生長需要核苷；某些酵母菌和真菌生長需要肌醇；某些肺炎球菌生長需要膽堿等。（五）水（water）

微生物細胞含水約占細胞鮮重的70－90％，水作用是多方面的。水的功能?◆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）中的水活度值（wateractivity,w）表示。所謂w就是水的有效濃度。即游離水的含量◆定義：水活度為在一定的溫度條件下，溶液的蒸汽壓與純水的蒸汽壓之比，即：w=/o

表示溶液的蒸汽壓

o表示純水的蒸汽壓◆在w為0.60~0.99的環(huán)境條件均有微生物生長，但對某種微生物而言，它對w的要求是一定的，微生物對水的需求有相當?shù)淖兓潭?。即微生物不同，其生長的最適w亦不同。培養(yǎng)基一、選用和設計培養(yǎng)的原則和方法定義：應科研或生產的需要，由人工配制的、適合于不同微生物生長繁殖或積累代謝產物用的營養(yǎng)基質（混合養(yǎng)料）。特點：任何培養(yǎng)基都應具備微生物所需要的營養(yǎng)要素，且應比例適當。且一旦配成必須立即滅菌。用途：促使微生物生長；積累代謝產物；分離微生物菌種；鑒定微生物種類；菌種保藏；制備微生物制品。（一）培養(yǎng)基組分應適合微生物的營養(yǎng)特點

（目的明確）

（二）營養(yǎng)物的濃度與比例應恰當

（營養(yǎng)協(xié)調）

（三）物理化學條件適宜

（條件適宜）

（四）根據(jù)培養(yǎng)目的選擇原料及其來源

（經(jīng)濟節(jié)約）

在微生物學研究和生長實踐中，配置合適的培養(yǎng)基是一項最基本的要求。***按微生物的主要類群來說，它們所需要的培養(yǎng)基成分也不同：

細菌：牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基LB(Luria-Bertani)

放線菌：高氏一號培養(yǎng)基

真菌：查氏合成培養(yǎng)基PDA(Potato-Dextrose-Agar)

酵母菌：麥芽汁

（二）營養(yǎng)物的濃度與比例應恰當●濃度過高——微生物的生長起抑制作用，

濃度過小——不能滿足微生物生長的需要?！裉嫉龋–/N）直接影響微生物生長與繁殖及代謝物的形成與積累，故常作為考察培養(yǎng)基組成時的一個重要指標；C/N：100：0.5-2**碳源中碳原子的mol數(shù)氮源中所含的氮原子的mol數(shù)C/N比值=速效性氮（或碳）源與遲效性氮（或碳）源的比例

各種金屬離子間的比例（三）物理化學條件適宜（1）pH:

各類微生物的最適生長pH值各不相同：

細菌：7.0~8.0 放線菌：7.5~8.5

酵母菌：3.8~6.0 霉菌：4.0~5.8

在微生物的生長和代謝過程中，由于營養(yǎng)物質的利用和代謝產物的形成與積累，培養(yǎng)基的初始pH值會發(fā)生改變，為了維持培養(yǎng)基pH值的相對恒定，通常采用下列兩種方式：內源調節(jié)：在培養(yǎng)基里加一些緩沖劑或不溶性的碳酸鹽；調節(jié)培養(yǎng)基的碳氮比。外源調節(jié)：按實際需要不斷向發(fā)酵液流加酸或堿液（2）滲透壓和aw滲透壓 ：等滲溶液 適宜微生物生長高滲溶液 細胞發(fā)生質壁分離低滲溶液 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，而有的菌如Staphylococcusaureus則能在3mol/LNaCl的高滲溶液中生長。能在高鹽環(huán)境（2.8~6.2/LNaCl）生長的微生物常被稱為嗜鹽微生物（Halophiles）。（3）氧化還原電勢

各種微生物對培養(yǎng)基的氧化還原電勢的要求：好氧微生物：+0.3~+0.4V,(在>0.1V以上的環(huán)境中均能生長)。厭氧微生物：只能在+0.1V以下生長兼性厭氧微生物：+0.1V以上呼吸、+0.1V以下發(fā)酵

培養(yǎng)基是多氧化還原偶的復雜電化學系統(tǒng)，測出的Eh值僅代表其綜合結果。

對微生物影響最大的是：分子氧和分子氫的濃度

培養(yǎng)基中常用的還原劑：巰基乙酸、抗壞血酸、硫化氫、半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫蘇糖醇等。（四）根據(jù)培養(yǎng)基的應用目的選擇原料及其來源用于培養(yǎng)菌體種子的培養(yǎng)基營養(yǎng)應豐富，氮源含量宜高（碳氮比低）；用于大量生產代謝產物的培養(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）；若代謝產物是次級代謝產物時要考慮是否加入特殊元素或特定的代謝產物；當所設計的是大規(guī)模發(fā)酵用的培養(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、價格低廉的原料，提倡以粗代精，以廢代好。二、設計培養(yǎng)基的方法實驗比較：

不同培養(yǎng)基配方的選擇比較

單種成分來源和數(shù)量的比較

幾種成分濃度比例調配的比較

小型試驗放大到大型生產條件的比較

pH和溫度試驗培養(yǎng)基的滅菌高壓蒸氣滅菌：

一般培養(yǎng)基:

1.05Kg/cm2,121.3℃,15-30min

含糖培養(yǎng)基:

0.56Kg/cm2,112.6℃,15-30min

過濾滅菌,分別滅菌,間歇滅菌的應用

培養(yǎng)基的種類一、根據(jù)微生物的種類二、按培養(yǎng)基的成分三、按培養(yǎng)的用途

四、按培養(yǎng)基的物理狀態(tài)根據(jù)微生物的種類分類

細菌培養(yǎng)基

放線菌培養(yǎng)基

霉菌培養(yǎng)基

酵母培養(yǎng)基按培養(yǎng)基的成分

合成培養(yǎng)基(syntheticmediumordefinedmedium)

天然培養(yǎng)基(naturalmedium