微生物發(fā)酵制藥技術(shù)基礎(chǔ)-培養(yǎng)基的選擇

項目一培養(yǎng)基的選擇單元二微生物發(fā)酵制藥技術(shù)基礎(chǔ)任務(wù)二培養(yǎng)基的類型和用途（一）按來源合成培養(yǎng)基:原料化學(xué)成分明確、穩(wěn)定實驗室范圍作為有關(guān)營養(yǎng)、代謝、分類鑒定、生物測定及選育菌種、遺傳分析定量研究工作天然培養(yǎng)基:采用天然原料（動植物組織或微生物的浸出液、水解液等物質(zhì)）原料來源豐富(大多為農(nóng)副產(chǎn)品)、營養(yǎng)豐富，價格低廉、適于工業(yè)化生產(chǎn)；組分復(fù)雜，不易重復(fù)，不加控制會影響生產(chǎn)穩(wěn)定性。半合成培養(yǎng)基：天然成分+純化學(xué)試劑M培養(yǎng)基(1L)：Na2HPO46g，KH2PO43g，NaCl0.5g，NH4Cl1g，MgSO4.7H2O0.5g，CaCl20.011g，葡萄糖2-10,pH7.0YPS培養(yǎng)基：酪蛋白胨10g，酵母提取物5g,NaCl10g，PH7.2培養(yǎng)大腸桿菌常用兩種培養(yǎng)基（二）按狀態(tài)1、固體培養(yǎng)基適合于菌種和孢子培養(yǎng)和保存，也廣泛應(yīng)用于有子實體的真菌類。常用麩皮、大米、小米、谷殼和瓊脂等，有的還另加其他營養(yǎng)成分。（二）按狀態(tài)2、半固體培養(yǎng)基即在配好的液體培養(yǎng)基中加入少量瓊脂，一般用量為0.5-0.8%，培養(yǎng)基即呈半固體狀態(tài)。主要用于：鑒定菌種，觀察細菌運動特征及噬菌體的效價滴定等。（二）按狀態(tài)3、液體培養(yǎng)基80-90%是水，內(nèi)含可溶或不溶營養(yǎng)成分，是發(fā)酵工業(yè)大規(guī)模使用的培養(yǎng)基，有利于氧和物質(zhì)傳遞。供菌種繁殖孢子用。要求：能使菌體迅速生長，產(chǎn)生較多優(yōu)質(zhì)的孢子，不易引起菌種發(fā)生變異?；九渲埔螅籂I養(yǎng)不要太豐富(特別是有機氮源)，否則不易產(chǎn)孢子。所用無機鹽的濃度要適量，不然也會影響孢子產(chǎn)量和顏色。注意培養(yǎng)基的pH和濕度。

1.孢子培養(yǎng)基（三）按用途常用的孢子培養(yǎng)基有：麩皮培養(yǎng)基、小米培養(yǎng)基、大米培養(yǎng)基、玉米碎屑培養(yǎng)基和用葡萄糠、蛋白陳、牛肉膏、食鹽等配制成的瓊脂斜面培養(yǎng)基。大米和小米常用作霉菌孢子培養(yǎng)基，因為它們含氮少，硫松、表面積大，所以是較好孢子培養(yǎng)基。2.種子培養(yǎng)基目的：擴大培養(yǎng)增加細胞數(shù)量；培養(yǎng)高活力細胞；加速細胞分裂或菌絲生長。特點必須有較完全和豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，特別需要充足的氮源和生長因子；各種營養(yǎng)物質(zhì)的濃度不必太高；供孢子發(fā)芽生長用的種子培養(yǎng)基，可添加一些易被吸收利用的碳源和氮源；成分還應(yīng)考慮與發(fā)酵培養(yǎng)基的主要成分相近。3.發(fā)酵培養(yǎng)基目的：供菌種生長、繁殖和合成產(chǎn)物用。除菌體生長所必需的元素和化合物外，還要有產(chǎn)物合成所需的特定元素、前體和促進劑等。提供合成微生物細胞和發(fā)酵產(chǎn)物的基本成分利于減少培養(yǎng)基原料的單耗利于提高培養(yǎng)基和產(chǎn)物的濃度以提高生產(chǎn)能力利于提高產(chǎn)物合成的速度，縮短發(fā)酵周期減少副產(chǎn)物的形成便于分離純化原料低廉，質(zhì)量穩(wěn)定，取材容易原料減少對通氣攪拌的影響，提高氧利用率，降能耗利于產(chǎn)品分離純化，減少產(chǎn)生三廢物質(zhì)發(fā)酵培養(yǎng)基選擇提供必要的營養(yǎng)成分配制合適的濃度主成分和其他成分的配比避免產(chǎn)生微生物不能利用的物質(zhì)或形成沉淀注意代謝調(diào)節(jié)物的影響控制合適的pH添加有關(guān)前體物質(zhì)和誘導(dǎo)物：一些酶的發(fā)酵生產(chǎn)需加入誘導(dǎo)物才能合成。阻遏物或抑制劑的影響金屬離子的影響：檬酸發(fā)酵中鐵、錳和鋅離子都能明顯影響產(chǎn)量；鈷離子對葡萄糖異構(gòu)酶的發(fā)酵是必需的，發(fā)酵培養(yǎng)基設(shè)計和注意事項pH的控制方法①可以在微生物培養(yǎng)過程中加入酸或堿或流加某些營養(yǎng)物質(zhì)調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的pH,配制培養(yǎng)基時考慮所用營養(yǎng)物質(zhì)的組成成分。②注意有些營養(yǎng)物質(zhì)被利用后培養(yǎng)基的pH變化情況。③在培養(yǎng)基中添加具有一定緩沖能力的物質(zhì)作為營養(yǎng)物。如以磷酸鹽作為磷的成分；避免使用容易產(chǎn)生生理酸性或堿性物質(zhì)使培養(yǎng)基pH波動太大的物質(zhì)。（四）根據(jù)主要成分或使用目的分基礎(chǔ)培養(yǎng)基：含有一般微生物生長繁殖所需的基本營養(yǎng)物質(zhì)的培養(yǎng)基增殖培養(yǎng)基：適合某種微生物生長而不適合其他微生物生長，從而達到從自然界分離這種微生物的目的。鑒別培養(yǎng)基：根據(jù)微生物能否利用培養(yǎng)基中某種營養(yǎng)成分，借助指示劑的顯色反應(yīng)，以鑒別不同種類的微生物。如：伊紅美藍培養(yǎng)基鑒別大腸桿菌選擇培養(yǎng)基：在培養(yǎng)基中加入某種化學(xué)物質(zhì)，以抑制不需要菌的生長，而促進某種需要菌的生長。項目一培養(yǎng)基的選擇單元二微生物發(fā)酵制藥技術(shù)基礎(chǔ)任務(wù)三培養(yǎng)基的選擇方法根據(jù)微生物的特點選擇培養(yǎng)基液體和固體培養(yǎng)基的選擇根據(jù)生產(chǎn)實踐和科學(xué)試驗的不同要求選擇從經(jīng)濟效益方面考慮選擇生產(chǎn)原料

用于大規(guī)模培養(yǎng)的微生物主要有細菌、酵母菌、霉菌和放線菌等四大類。它們對營養(yǎng)物質(zhì)的要求不盡相同，要依據(jù)微生物的不同特性，來考慮培養(yǎng)基的組成。根據(jù)微生物的特點選擇培養(yǎng)基液體和固體培養(yǎng)基的選擇發(fā)酵工業(yè)中大多采用液體培養(yǎng)基培養(yǎng)種子和進行發(fā)酵，并根據(jù)微生物對氧的需求，分別作靜止或通風(fēng)培養(yǎng)。固體培養(yǎng)基則常用于微生物菌種的保藏、分離、菌落特征鑒定、活細胞數(shù)測定等方面。此外，工業(yè)上也常用一些固體原料，如小米、大米、麩皮、馬鈴薯等直接制作成斜面或茄子瓶來培養(yǎng)霉菌、放線菌。根據(jù)生產(chǎn)實踐和科學(xué)試驗的不同要求選擇種子培養(yǎng)基主要是供微生物菌體的生長和大量增殖。種子培養(yǎng)基要求營養(yǎng)豐富、完全，氮源、維生素的比例應(yīng)較高，所用的原料也應(yīng)是易于被微生物菌體吸收利用。發(fā)酵培養(yǎng)基除需要維持微生物菌體的正常生長外，主要是要求合成預(yù)定的發(fā)酵產(chǎn)物。所以，發(fā)酵培養(yǎng)基碳源物質(zhì)的含量往往要高于種子培養(yǎng)基。從經(jīng)濟效益方面考慮選擇生產(chǎn)原料對于生產(chǎn)過程來講，由于配制發(fā)酵培養(yǎng)基的原料大多是糧食、油脂、蛋白質(zhì)等，且工業(yè)發(fā)酵消耗原料量大。因此，在工業(yè)發(fā)酵中選擇培養(yǎng)基原料時，除了必須考慮容易被微生物利用并滿足生產(chǎn)工藝的要求外，還應(yīng)考慮到經(jīng)濟效益，必須以價廉、來源豐富、運輸方便、就地取材以及沒有毒性等為原則選擇原料。項目一培養(yǎng)基的選擇單元二微生物發(fā)酵制藥技術(shù)基礎(chǔ)任務(wù)四淀粉制備葡萄糖的生產(chǎn)技術(shù)在發(fā)酵生產(chǎn)之前，必須將淀粉水解為葡萄糖，才能供發(fā)酵使用。大多數(shù)微生物不能直接利用淀粉（所有的氨基酸生產(chǎn)菌不能直接利用）有些微生物能夠直接利用淀粉作原料，但必須在微生物產(chǎn)生淀粉酶后才能進行，過程緩慢，發(fā)酵周期延長。若直接利用淀粉作原料，滅菌過程的高溫會導(dǎo)致淀粉結(jié)塊，發(fā)酵液粘度劇增。淀粉水解制糖的意義在工業(yè)生產(chǎn)中，將淀粉水解為葡萄糖的過程稱淀粉的糖化，制得的溶液叫淀粉水解糖。淀粉水解糖的制備方法及原理酸解法酶解法酸酶結(jié)合法原料：薯類、玉米、小麥、大米等根據(jù)原料淀粉的性質(zhì)和水解使用的催化劑的不同水解過程：總反應(yīng)式：(C6H10O5)n+nH2OnC6H12O6過程：(C6H10O5)n(C6H10O5)xC12H22O11C6H12O6

淀粉糊精麥芽糖葡萄糖H+對作用點無選擇性，α-1,4-糖苷鍵和α-1,6-糖苷鍵均被切斷。（一）酸解法

定義：以酸為催化劑，在高溫高壓下使淀粉水解生成葡萄糖的方法。

淀粉

葡萄糖復(fù)合二糖5‘－羥甲基糠醛

復(fù)合低聚糖有機酸、有色物質(zhì)

在淀粉的酸水解過程中，三種反應(yīng)同時發(fā)生復(fù)合反應(yīng)分解反應(yīng)鹽酸副反應(yīng)酸解法復(fù)合反應(yīng)：在淀粉酸水解過程中，一部分生成的葡萄糖在酸和熱的催化作用下，能通過糖苷鍵聚合，失掉水分子，生成二糖、三糖和其它低聚糖等，這種反應(yīng)稱為復(fù)合反應(yīng)。生成的多數(shù)復(fù)合糖不能被微生物利用，使發(fā)酵結(jié)束時殘?zhí)歉摺Ｋ峤夥ǚ纸夥磻?yīng)：在淀粉的酸水解過程中，由于反應(yīng)溫度過高和時間過長，使部分葡萄糖脫水，發(fā)生分解反應(yīng)，生成5′-羥甲基糠醛。5′-羥甲基糠醛的性質(zhì)不穩(wěn)定，又可進一步分解成乙酰丙酸、蟻酸等物質(zhì)。這些物質(zhì)有的自身相互聚合，有的與淀粉中所含的有機物質(zhì)相結(jié)合，產(chǎn)生色素。生成的5‘－羥甲基糠醛是產(chǎn)生色素的根源，增加了糖化液精制脫色的困難。酸解法副反應(yīng)的影響降低了葡萄糖的收率。給產(chǎn)物的提取和糖化液的精制帶來困難。如何控制分解反應(yīng)和復(fù)合反應(yīng)的發(fā)生？淀粉乳濃度酸濃度不能過高溫度酸解法酸解法工藝流程

淀粉、水、鹽酸→調(diào)漿→進料→水解→冷卻、中和（Na2CO3)

→脫色（活性碳）→過濾→糖化液酸水解1.調(diào)漿：干淀粉用水調(diào)成10-11Bx的淀粉乳，加鹽酸0.5-0.8％至pH1.5。2.糖化：水解鍋預(yù)熱，打料后直接蒸汽加熱，加壓0.25-0.4MPa，糖化10-20min。3.冷卻：至80℃下中和。4.中和：燒堿中和，至pH4.0-5.05.脫色：活性炭脫色和脫色樹脂?；钚蕴坑昧繛?.6-0.8％，在70℃及酸性條件下攪拌后過濾。6.過濾除雜評價優(yōu)點：工藝簡單，水解時間短，生產(chǎn)效率高，設(shè)備周轉(zhuǎn)快。缺點：要求設(shè)備耐腐蝕、耐高溫和耐壓。副產(chǎn)物多，影響糖液純度，一般DE值只有90％左右。對淀粉原料要求嚴格，不能用粗淀粉，只能用純度較高的精制淀粉。酸解法DE值：dextroseequivalentvalue

（葡萄糖當(dāng)量值）表示淀粉糖的含糖量。還原糖含量（％）DE值＝

100％干物質(zhì)含量（％）DE值定義用專一性很強的淀粉酶及糖化酶將淀粉水解為葡萄糖的工藝。分兩步（1）液化：用α-淀粉酶將淀粉轉(zhuǎn)化為糊精和低聚糖（2）糖化：用糖化酶（又稱葡萄糖淀粉酶）將糊精和低聚糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖。淀粉的液化和糖化均在酶作用下進行，又稱雙酶法。

（二）酶解法淀粉水解的過程淀粉吸水膨脹糊化（無化學(xué)反應(yīng)）α-淀粉酶液化

糖化酶糖化酶

糊精

低聚糖麥芽糖

葡萄糖（由7-12個葡萄糖殘基組成）3-6個2個1

（二）酶解法1.液化淀粉在α-淀粉酶的作用下，分子內(nèi)部的α-1，4糖苷鍵發(fā)生斷裂。隨著酶解進行，淀粉的相對分子質(zhì)量變得越來越小，酶解液黏度不斷下降，流動性增強，最終生成了能溶于水的糊精和低聚糖，這個過程稱為液化。

（二）酶解法α-淀粉酶水解底物內(nèi)部的α-1、4糖苷鍵，不能水解α-1,6糖苷鍵，但能越過

-1．6-糖苷鍵繼續(xù)水解

-1、4-糖苷鍵，而將

-1.6糖苷鍵留在在水解產(chǎn)物中。直鏈淀粉葡萄糖、麥芽糖、麥芽三糖。支鏈淀粉以上+異麥芽糖及含有

-1、6-糖苷鍵的低聚糖（二）酶解法液化條件國內(nèi)目前較為普遍采用的是一次升溫液化法和連續(xù)進出料液化法一次升溫液化法過程如下：用純堿溶液將30％～35％淀粉乳（13～14°Bé）調(diào)整pH至6.2～6.4，然后加入Ca2+和α-淀粉酶，攪勻后泵入密閉的液化鍋內(nèi)，加熱到88～90℃，保溫15～20min。液化完畢，用碘液檢查，合格后，即升溫至100℃，加熱使酶失活。α-淀粉酶用量為8～10U/g淀粉。反應(yīng)液中Ca2+濃度為0.01mol/L。根據(jù)糖化酶對底物分子大小的要求，應(yīng)以液化液與碘液反應(yīng)顯棕色（要求液化產(chǎn)物為20～30個葡萄糖單位）為淀粉的液化終點。2.糖化由糖化酶將淀粉的液化產(chǎn)物糊精和低聚糖進一步水解成葡萄糖的過程，稱為糖化。（二）酶解法2.糖化糖化工藝具體如下：將30％淀粉乳的液化液泵入帶有攪拌器和保溫裝置的開口桶內(nèi)，加入糖化酶，用酶量按80-100U/g淀粉來計算，然后在一定pH和溫度下進行糖化，48h后，用無水酒精檢查糖化是否完全。糖化結(jié)束，升溫至80℃，維持20min，殺滅糖化酶。糖化時的溫度和pH取決于糖化酶的性質(zhì)。一般，糖化溫度為55～60℃，pH為4.4～4.6。（3）脫色與過濾通常采用粉末活性碳對糖化液進行脫色。

一般控制脫色的溫度在60～65℃。3.評價優(yōu)點：（1）副反應(yīng)少，水解糖液純度高（DE值可達98%以上）。（2）反應(yīng)條件溫和，不需高溫、高壓設(shè)備。（3）對原料要求粗放，可用粗原料并在較高淀粉乳濃度下水解。（4）糖液顏色淺，質(zhì)量高。缺點：（1）生產(chǎn)周期長，一般需要48小時。（2）需要更多的設(shè)備，且操作嚴格。（二）酶解法

集酸解法和酶解法的優(yōu)點而采取的生產(chǎn)工藝。根據(jù)原料淀粉性質(zhì)分：

酸酶法酶酸法（三）酸酶結(jié)合法先將淀粉酸水解成糊精和低聚糖，再用糖化酶將其水解為葡萄糖。適用：淀粉顆粒堅硬（如玉米、小麥）的原料，若用

-淀粉酶液化，短時間液化，反應(yīng)往往不徹底。酸酶法先用-淀粉酶液化，再用酸水解。適用：顆粒大小不一（如碎米淀粉）的淀粉原料，若用酸法，則水解不均勻。酶酸法項目一培養(yǎng)基的選擇單元二微生物發(fā)酵制藥技術(shù)基礎(chǔ)任務(wù)一培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分六大營養(yǎng)物質(zhì)包括碳源、氮源、能源、無機鹽、生長因子和水。工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基除了含有這些外，有的還含有某些前體、產(chǎn)物促進劑和抑制劑等。1.能源功能：微生物生長、繁殖、合成、分解、運動、熱的產(chǎn)生等，即微生物的一切行為都需要消耗能源。一、培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分1.能源光能------光能自養(yǎng)菌的能源。如：小球藻、螺旋藻利用光能生產(chǎn)單細胞蛋白；嗜鹽藻利用光能生產(chǎn)甘油、β-胡羅卜素和單細胞蛋白等。氫、亞硝酸鹽、亞鐵鹽等還原態(tài)的無機物------化能自養(yǎng)微生物的能源。如：細菌煉銅所使用的氧化亞鐵硫桿菌，將亞鐵鹽作為能源。碳水化合物等有機物------異養(yǎng)微生物能源，同時也是碳源物質(zhì)。一、培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分1.能源2.碳源用于構(gòu)成微生物細胞和代謝產(chǎn)物中碳素的來源，并為微生物的生長繁殖和代謝活動提供能源。主要功能提供微生物生長繁殖所需的能源；提供微生物合成菌體的碳成分；提供合成目的產(chǎn)物的碳成分。工業(yè)生產(chǎn)常用的碳源：糖類、油脂、有機酸、低碳醇和碳氫化合物等。如碳源貧乏時，蛋白質(zhì)水解物或氨基酸等也被作為碳源使用。工業(yè)生產(chǎn)所用微生物絕大多數(shù)是異養(yǎng)菌，不像自養(yǎng)菌那樣能夠利用光、還原態(tài)無機物或碳酸鹽作為能源物質(zhì)，只能利用有機碳水化合物作為能源。對于異養(yǎng)微生物，碳源又兼做能源，稱為雙功能營養(yǎng)物。（1）糖類：發(fā)酵培養(yǎng)基中使用最廣泛的碳源。

純糖天然原料木糖單糖：葡萄糖、雙糖：蔗糖、麥芽糖、乳糖

多糖：淀粉、糊精及其水解液糖蜜類：甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜糖類：麥芽汁淀粉質(zhì)類：山芋粉、馬鈴薯粉、玉米粉、燕麥粉、木薯粉其它：纖維素水解液、乳清、碳源物質(zhì)的易利用順序：(單)葡萄糖→(雙)蔗糖、麥芽糖、乳糖→(多)糊精→淀粉速效碳源遲效碳源葡萄糖是工業(yè)發(fā)酵中最常用的單糖，它是由淀粉加工制備的，有固體粉狀和葡萄糖糖漿兩種產(chǎn)品形式。葡萄糖是碳源中最容易利用的單糖，所以常作為培養(yǎng)基的主要成分，并且也作為促進細胞快速生長的一種有效的糖類物質(zhì)。它被廣泛用于抗生素、氨基酸、有機酸、多糖、甾體轉(zhuǎn)化等發(fā)酵產(chǎn)品的生產(chǎn)中。但葡萄糖過多會加速菌體的呼吸，在通氣不足、溶解氧不能滿足需要的情況下，其代謝中間產(chǎn)物如丙酮酸、乳酸、乙酸等不完全氧化而積累在菌體或培養(yǎng)基中，會導(dǎo)致培養(yǎng)基的pH值下降，影響某些酶的活性，從而抑制微生物的生長和產(chǎn)物的合成。葡萄糖還會引起葡萄糖效應(yīng)，阻遏微生物利用其他的糖。由于葡萄糖等快速利用的糖對產(chǎn)物合成有調(diào)節(jié)作用，應(yīng)控制其濃度，一般是將其和緩慢利用的多糖組成混合碳源，即有利于菌體生長又有利于產(chǎn)物形成。工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)中用的雙糖主要有蔗糖、乳糖和麥芽糖。蔗糖、乳糖可以使用其純制產(chǎn)品，也可以使用含有此二糖的糖蜜和乳清，麥芽糖多用其糖漿。糖蜜是制糖生產(chǎn)時的結(jié)晶后母液，是制糖工業(yè)的副產(chǎn)物，主要含蔗糖(總糖含量可達50％～75％)、氮素、無機鹽和維生素等營養(yǎng)物質(zhì)，是微生物發(fā)酵培養(yǎng)基物美價廉的碳源。常用在酵母和丙酮、丁醇的生產(chǎn)中。糖蜜使用的注意點：除糖分外，含有較多的雜質(zhì)，其中有些是有用的，但是許多都會對發(fā)酵產(chǎn)生不利的影響，需要進行預(yù)處理。例：谷氨酸發(fā)酵有害物資：膠體成分（起泡、結(jié)晶）、鈣鹽（結(jié)晶）生物素（發(fā)酵控制）預(yù)處理：澄清→脫鈣→脫除生物素糊精、淀粉及其水解液等多糖是僅次于葡萄糖的常用碳源，尤其是淀粉可以克服葡萄糖代謝過快的弊病，價格也比較低廉。玉米淀粉及其水解液多用于抗生素、核苷酸、氨基酸、酶制劑等發(fā)酵；小麥淀粉、燕麥淀粉和甘薯淀粉等常在有機酸、醇等發(fā)酵中使用。另淀粉有直鏈淀粉和支鏈淀粉之分，在培養(yǎng)基中用量較大時，發(fā)酵液比較稠，一般>2.0%時要加入一定的α-淀粉酶先行水解。（2）油和脂肪在培養(yǎng)基中糖類物質(zhì)缺乏或微生物生長的某一階段，許多微生物可以利用脂類作為碳源和能源生長。許多霉菌和放線菌都具有比較活躍的脂肪酶，在脂肪酶的作用下，油或脂肪被水解為甘油和脂肪酸，在有氧時，進一步氧化成CO2和H2O，并釋放出大量的能量。當(dāng)微生物利用脂肪作為碳源時，所消耗的氧量增加，因此要供給比糖代謝更多的氧?？捎玫挠椭愑卸褂汀⒉擞?、葵花籽油、豬油、魚油、棉籽油、玉米油、亞麻子油、橄欖油等在發(fā)酵過程中加入的油脂還兼有消泡的作用。（3）有機酸及其鹽類一些微生物對乳酸、檸檬酸、乙酸、延胡索酸等及其鹽類有很強的氧化能力，因此這些有機酸和它們的鹽也能作為微生物的碳源。有機酸作為碳源，氧化產(chǎn)生的能量被菌體用于生長繁殖和代謝產(chǎn)物的合成。在利用有機酸時，發(fā)酵液的pH會隨著有機酸氧化而上升，尤其是有機酸鹽氧化時，常伴隨著堿性物質(zhì)的產(chǎn)生，使pH進一步上升。對整個發(fā)酵過程中pH的調(diào)節(jié)和控制增加困難。醋酸鹽做為碳源被氧化時，反應(yīng)如下：

CH3COONa+2O2

2CO2+H2O+NaOH（4）烴和醇類近年來隨著石油工業(yè)的發(fā)展，烷烴(一般是從石油裂解中得到的14～18碳的直鏈烷烴混合物，以及甲烷、乙烷、丁烷等)用于有機酸、氨基酸、維生素、抗生素和酶制劑的工業(yè)發(fā)酵中。甘油、甲醇、乙醇、山梨醇等也用于發(fā)酵碳源或生產(chǎn)某些單細胞蛋白。其他碳源物質(zhì)如石油、天然氣等石油化工產(chǎn)品，也是許多微生物的碳源。例如乳糖發(fā)酵短桿菌以乙醇為碳源生產(chǎn)谷氨酸，對乙醇的轉(zhuǎn)化率為31％，產(chǎn)率達78g／L。3.氮源氮源是指構(gòu)成微生物細胞物質(zhì)和代謝產(chǎn)物的氮素的來源。其主要功能是：構(gòu)成微生物細胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)，如氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸等；合成含氮代謝產(chǎn)物；作為酶的組成分或維持酶的活性；調(diào)節(jié)滲透壓、PH值、氧化還原電位等；當(dāng)培養(yǎng)基中碳源不足時，可作為補充碳源。氮源的種類無機氮源有機氮源氨基氮：

NH4OH(NH4)2SO4NH4NO3NH4Cl硝態(tài)氮：

NaNO3KNO3合成產(chǎn)物：尿素天然原料：植物蛋白：黃豆餅粉、花生餅粉、棉籽餅粉、菜籽餅粉、

麥麩、玉米漿、玉米麩質(zhì)粉動物蛋白：蛋白胨、魚粉、蠶蛹粉、牛肉膏微生物蛋白：酵母粉/浸膏、廢菌絲粉其它：酒糟等工業(yè)上常用的有機氮源都是一些廉價的原料或副產(chǎn)品。（1）無機氮源銨鹽((NH4)2SO4

、(NH4)2Cl、NH4NO3)、硝酸鹽(NaNO3、KNO3)氨水等。特點有：①成分簡單，質(zhì)量穩(wěn)定；②易被菌體吸收利用；銨鹽中的NH4+與細胞中有機氮處于相同的氧化水平(細胞內(nèi)的含氮物質(zhì)也都以氨基或亞氨基的形式存在)，可被菌體直接吸收用于合成細胞物質(zhì)；因此NH3·H2O最容易利用，(NH4)2SO4次之。硝酸鹽中的硝態(tài)氮需還原成氨后才能被微生物吸收利用，因此銨鹽比硝酸鹽能更快被微生物利用。無機氮源被微生物利用后常會引起發(fā)酵液pH的變化銨態(tài)氮和硝基氮氮源同化結(jié)果：(NH4)2SO4→2NH3+H2SO4：NH3被菌體利用，留下H2SO4則使pH值下降；NaNO3+4H2→NH3+2H2O+NaOH：NH3被菌體利用，留下NaOH使pH值上升；經(jīng)過微生物代謝作用后能產(chǎn)生酸性物質(zhì)的營養(yǎng)成分稱為生理酸性物質(zhì)；生理酸性物質(zhì)使pH值下降；經(jīng)過微生物代謝作用后能產(chǎn)生堿性物質(zhì)的營養(yǎng)成分稱為生理堿性物質(zhì)；生理堿性物質(zhì)使pH值上升。正確使用生理酸性物質(zhì)和生理堿性物質(zhì)，對穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)酵過程的pH有積極作用。氨水是發(fā)酵工業(yè)常用的無機氮源，除了作為氮源之外，還可以調(diào)節(jié)pH，在許多微生物發(fā)酵生產(chǎn)中都有通氨工藝。例如在青霉素、鏈霉素、四環(huán)類抗生素的發(fā)酵生產(chǎn)中采用通氨工藝后，發(fā)酵單位均有不同程度的提高。在紅霉素的發(fā)酵生產(chǎn)中通氨工藝不僅可以提高紅霉素的產(chǎn)量，而且可以增加有效組分的比例。在采用通氨工藝時應(yīng)注意兩個問題：一是氨水堿性較強，因此在使用時要防止局部過堿，應(yīng)少量多次加入，并強強攪拌；二是氨水中含有多種嗜堿性微生物，因此在使用前要用石棉等過濾介質(zhì)進行過濾除菌，防止因通氨而引起的染菌。（2）有機氮源來源：工業(yè)上常用的有機氮源都是一些廉價的原料，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、尿素、廢菌絲體和酒糟。成分復(fù)雜：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。例如玉米漿：①可溶性蛋白、生長因子（生物素）、苯乙酸②較多的乳酸③硫、磷、微量元素等

有機氮源在微生物分泌的蛋白酶作用下，水解成氨基酸被菌體吸收利用，或進一步分解，最終用于合成菌體的細胞物質(zhì)和含氮的目的產(chǎn)物。其主要作用有：①除含有豐富的蛋白質(zhì)、多肽和游離氨基酸外，還含有糖類、脂肪、無機鹽、維生素及某些生長因子，因而微生物在含有機氮的培養(yǎng)基中表現(xiàn)出生長旺盛、菌絲濃度增加迅速的特點。在配制培養(yǎng)基時，應(yīng)該將其他物質(zhì)的含量充分考慮進去。②有機氮源還能提供次級代謝產(chǎn)物的氮素來源，影響微生物次級代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量和組分。更為重要的是還含有目的產(chǎn)物合成所需的誘導(dǎo)物、前體等物質(zhì)。玉米漿中含有的磷酸肌醇對紅霉素、鏈霉素、青霉素和土霉素等的生產(chǎn)有促進作用；因此，有機氮源是影響發(fā)酵水平的重要因素之一。③某些氨基酸不僅能作為氮源，而且是微生物藥物的前體物質(zhì)，因此在培養(yǎng)基中直接加入這些氨基酸可以提高代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量。在培養(yǎng)基中加入纈氨酸可以提高紅霉素的發(fā)酵單位，因為在此發(fā)酵過程中纈氨酸既是菌體的氮源，又是紅霉素生物合成的前體。色氨酸是合成硝吡咯菌素和麥角堿的前體。但是，由于氨基酸成本高，一般不直接使用，而是通過有機氮源的分解來獲得氨基酸。常用的有機氮源黃豆餅粉是發(fā)酵工業(yè)中最常用的有機氮源。但是，黃豆的產(chǎn)地和加工方法不同，營養(yǎng)物質(zhì)種類、水分和含油量也隨之不同，對菌體的生長和代謝有很大影響。根據(jù)油脂的含量：根據(jù)加工方法不同：全脂黃豆粉(油脂含量在18％以上)低脂黃豆粉(含油脂量9％以下)脫脂黃豆粉(含油脂量2％以下)。熱軋黃豆餅粉冷軋黃豆餅粉玉米漿是玉米淀粉生產(chǎn)中的副產(chǎn)品，為黃褐色的濃稠不透明的絮狀懸浮物，是一種很容易被微生物利用的氮源。玉米漿有玉米漿粉和液態(tài)玉米漿(干物質(zhì)含量住50％左右)兩種，它們除了含有豐富的氨基酸(丙氨酸、賴氨酸、谷氨酸、纈氨酸、苯丙氨酸)，還含有還原糖、有機酸、磷、微量元素和生長因子。由于玉米漿含有較多的有機酸(如乳酸、苯乙酸)，其pH偏低，一般在4.0左右。玉米的來源和加工條件不同，玉米漿的質(zhì)量常有較大的波動，對菌體生長和代謝有很大的影響。其中含有的磷酸肌醇對紅霉素、鏈霉素、土霉素等的生產(chǎn)有促進作用；苯乙酸和苯丙氨酸有青霉素前體的作用

。蛋白胨是由動物組織或植物蛋白質(zhì)經(jīng)酶或酸水解而獲得的由胨、肽、氨基酸組成的水溶性混合物，經(jīng)真空干燥或噴霧干燥后制得的產(chǎn)品。原材料和加工工藝的不同，蛋白胨中營養(yǎng)成分的組成和含量差異較大。酵母粉一般是啤酒酵母或面包酵母的菌體粉碎物；酵母膏是以酵母為原料，經(jīng)酶解、脫色脫臭、分離和低溫濃縮(噴霧干燥)而制成的。酵母粉和酵母膏都含有蛋白質(zhì)、多肽、氨基酸、核甘酸、維生素和微量元素等營養(yǎng)成分。魚粉是一種優(yōu)質(zhì)的蛋白質(zhì)原料，約含60％左右的粗蛋白，還含有游離氨基酸、脂肪、氯化鈉和微量元素等成分。尿素因其成分單一，所以不具有其他有機氮源的特點。但在青霉素和谷氨酸等生產(chǎn)中仍常被采用。在谷氨酸生產(chǎn)中，尿素可以使a-酮戊二酸還原并氨基化，提高谷氨酸的產(chǎn)量。工業(yè)上常用的有機氮源及含氮量(質(zhì)量分數(shù)/%)氮源含氮量氮源含氮量大麥1.5～2.0花生粉8.0甜菜糖蜜1.5～2.0燕麥粉1.5～2.0甘蔗糖蜜1.5～2.0大豆粉8.0玉米漿4.5乳清粉4.5有機氮源都來自天然產(chǎn)物，受產(chǎn)地不同、加工方法不同，其質(zhì)量不穩(wěn)定，常引發(fā)發(fā)酵水平波動，因此，選擇有機氮源時，要注意品種、產(chǎn)地、加工方法、貯藏條件對發(fā)酵的影響，注意它們與菌體生長和代謝產(chǎn)物合成的相關(guān)性。根據(jù)被微生物利用速度的不同，氮源也分為速效氮源和遲效氮源。無機氮源或以蛋白質(zhì)降解產(chǎn)物形式存在的有機氮，如玉米漿，可以直接被菌體吸收利用，這些氮源被稱為速效氮源。黃豆餅粉和花生餅粉、酵母膏等，有機氮源中所含的氮存在于蛋白質(zhì)中，必須在微生物分泌的蛋白酶作用下，水解成氨基酸和多肽以后，才能被菌體直接利用，它們則被稱為遲效氮源。速效氮源通常有利于菌體的生長，遲效氮源一般有利于代謝產(chǎn)物的形成。因此，在抗生素發(fā)酵過程中，往往將速效氮源和遲效氮源、有機氮源和無機氮源按一定比例配成混合氮源，以控制菌體生長與目的代謝產(chǎn)物的形成，達到提高抗生素產(chǎn)量的目的。早期：加入易同化的氮源—無機氮源或速效氮源；中期：菌體的代謝酶系已形成，則可利用遲效氮源。主要功能是構(gòu)成菌體成分、作為酶的組成部分、酶的激活劑或抑制劑、調(diào)節(jié)培養(yǎng)基滲透壓、調(diào)節(jié)pH值等。一般微生物所需要的無機鹽為硫酸鹽、磷酸鹽、氯化物和含鉀、鈉、鎂、鐵的化合物。還需要一些微量元素，如銅、錳、鋅、鉬等。4.無機鹽（1）磷酸鹽組成細胞的礦質(zhì)元素中磷的含量最高磷是合成核酸、磷酸、一些重要的輔酶NAD、NADP、CoA等以及高能磷酸化合物（ADP、ATP）的重要原料。磷還有利于糖代謝的進行，因此對微生物的生長有明顯的促進作用。磷酸鹽還是磷酸緩沖液的組成成分，對環(huán)境中的pH起著重要的調(diào)節(jié)作用。配置培養(yǎng)基時，必須加入一定量的磷酸鹽.但是過量的磷常會抑制許多產(chǎn)物的合成。例如，谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)中，磷含量對谷氨酸發(fā)酵影響很大。磷濃度過高時，菌體生長旺盛，但是會抑制6-磷酸葡萄糖脫氫酶的活性，菌體轉(zhuǎn)向合成纈氨酸，谷氨酸產(chǎn)量降低；但磷含量過低，菌體生產(chǎn)不好。但也有一些產(chǎn)物的生產(chǎn)需要較高濃度的磷酸鹽。（2）硫酸鎂鎂

除葉綠素，不參與細胞的組成。酶激活劑，影響基質(zhì)氧化與蛋白質(zhì)合成。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。硫硫是含硫氨基酸的成分和某些輔酶的活性基，如輔酶A、硫辛酸和谷胱甘肽等。在某些產(chǎn)物中硫是組成元素。如青霉素分子含硫元素，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作硫源。（3）鐵是細胞色素、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。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30ug/ml。一些天然培養(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。

鐵：有些產(chǎn)品對鐵很敏感：

例1：青霉素要求最適鐵含量在20ug/ml以下。

例2：檸檬酸生產(chǎn)中，無鐵培養(yǎng)基中產(chǎn)酸率可比含鐵培養(yǎng)基提高近3倍。

例3：生產(chǎn)啤酒時，糖化用水若鐵離子濃度高，就會降低酵母發(fā)酵活力。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。處理方法：罐內(nèi)壁涂生漆或耐熱環(huán)氧樹脂，以防止鐵離子脫落。（4）鈣能控制細胞透性。常用碳酸鈣，能與代謝產(chǎn)生的酸起反應(yīng)，對pH有一定的調(diào)節(jié)作用。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。當(dāng)培養(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。（5）鉀、鈉鉀、鈉離子雖然不是細胞的組成成分，但仍是微生物發(fā)酵所必須的成分。這些離子與維持細胞的滲透壓和細胞透性有關(guān)。（6）鎂、鋅、Cu、Mn、Co等微量元素是某些酶的輔酶或激活劑。

5.生長因子生長因子為微生物必不可少的物質(zhì)，一般為小分子有機物，需求量很小。包括：維生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶及其衍生物、卟啉及其衍生物、固醇、胺類以及脂肪酸等。能夠提供生長因子的天然物質(zhì)有酵母膏、蛋白胨、麥芽汁、玉米漿、動植物組織或細胞浸液及微生物生長環(huán)境的提取液。也可以在培養(yǎng)基中加入已知成分和含量的復(fù)合維生素液。主要功能是提供微生物重要化學(xué)物質(zhì)（蛋白質(zhì)、核酸和脂質(zhì)）、輔因子（輔酶和輔基）的組分和參與代謝。應(yīng)用實例：生物素——合成生物質(zhì)膜的重要輔酶，不足會造成細胞膜不完整，細胞內(nèi)容物的滲漏。添加亞適量（5mg/L），可即使菌體生長少受抑制也可以使過多的谷氨酸因外泄而源源不斷地合成。6.發(fā)酵培養(yǎng)基專用添加劑——

前體、誘導(dǎo)物、促進劑和抑制劑前體前體指某些化合物加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中，在生物合成過程中能直接被微生物結(jié)合到產(chǎn)物分子中去，而其自身的結(jié)構(gòu)并沒有多大變化，但產(chǎn)物的產(chǎn)量卻因加入前體而有較大的提高。在青霉素發(fā)酵時，人們發(fā)現(xiàn)添加玉米漿后，青霉素單位可從20μg/Lml增加到l00μg/ml。進一步研究表明，發(fā)酵單位增加的主要原因是玉米漿中含有苯乙酰胺，它能被優(yōu)先結(jié)合到青霉素分子中，從而提高了青霉素G的產(chǎn)量。青霉素苯乙酸前體必須通過產(chǎn)生菌的生物合成過程，才能摻入到產(chǎn)物的分子結(jié)構(gòu)中。在一定條件下，前體可以起到控制菌體代謝產(chǎn)物的合成方向和增加產(chǎn)量的作用。例如在青霉素發(fā)酵中加入苯乙酸或苯乙酰胺可以提高青霉素G的產(chǎn)量，而且使青霉素G的比例提高到99%，若不加入前體，青霉素G只占青霉素總量的20%-30%。根據(jù)前體的來源，可將前體分為外源性前體和內(nèi)源性前體。外源性前體是指產(chǎn)生菌不能合成或合成量極少，必須由外源添加到培養(yǎng)基中供給其合成代謝產(chǎn)物，如青霉素G的前體苯乙酸、青霉素V的前體苯氧乙酸。外源性前體是發(fā)酵培養(yǎng)基的組成成分之一。內(nèi)源性前體是指產(chǎn)生菌在細胞內(nèi)能自身合成的、用來合成代謝產(chǎn)物的物質(zhì)，如頭孢菌素C生物合成中的α-氨基己二酸、半胱氨酸和纈氨酸是內(nèi)源性前體。需要注意的是：有些外源性前體物質(zhì)，如苯乙酸、丙酸等濃度過高會對菌體產(chǎn)生毒性；此外，有些產(chǎn)生菌能氧化分解前體，因此在生產(chǎn)中為了減少毒性和提高前體的利用率，補加前體宜采用少量多次的間歇補加方式或連續(xù)流加的方式。抗生素前體物質(zhì)青霉素G苯乙酸或在發(fā)酵中能形成苯乙酸的物質(zhì)，如苯乙基酰胺等青霉素V苯氧乙酸放線菌素C3肌氨酸鏈霉素肌醇、精氨酸金霉素氯化物紅霉素丙酸、丙醇、丙酸鹽灰黃霉素氯化物抗生素發(fā)酵常用的前體物質(zhì)氨基酸發(fā)酵的前體物質(zhì)氨基酸前體物質(zhì)絲氨酸甘氨酸色氨酸氨茴酸色氨酸吲哚蛋氨酸2-羥基4-甲基硫代丁醇異亮氨酸α-氨基丁酸異亮氨酸D-蘇氨酸蘇氨酸高絲氨酸（2）誘導(dǎo)物誘導(dǎo)物一般是指一些特殊的小分子物質(zhì)，在微生物發(fā)酵過程中添加這些小分子物質(zhì)后，能夠誘導(dǎo)代謝產(chǎn)物的生物合成，從而顯著提高發(fā)酵產(chǎn)物的產(chǎn)量。根據(jù)誘導(dǎo)物的來源，可將誘導(dǎo)物分為內(nèi)源性誘導(dǎo)物和外源性誘導(dǎo)物。