第三章 发酵培养基
发酵学 第3章 培养基
3.粘度适中,具有适当的渗透压
4. 主产物合成达到最高速率,发酵后所形成的副产物尽可 能的少。
5.生产过程中既不影响通气与搅拌的效果,又不影响或少 影响产物的分离精制和废物处理。
6.大规模生产时要考虑材料的成本。
第二节
培养基的成分
碳源 氮源 无机离子 生长因子 前体 促进剂和抑制剂
水分
一、碳源
凡是用于构成微生物细胞和代谢产物中碳素的营养物 质均称为碳源。它既是构成菌体细胞和代谢产物的主要元 素,又是提供微生物生命活动中所需能源的原料。
维生素B12 钴化物
青霉素V 苯氧乙酸
链霉素 金霉素色氨酸 Nhomakorabea吲哚、氨茴酸
2-羟基-4-甲基硫代丁 酸 D-苏氨酸
肌醇、精氨酸等 蛋氨酸 氯化物等 异亮氨酸
红霉素
丙酸、丙醇等
苏氨酸
高丝氨酸
灰黄霉素 氯化物
六、产物促进剂
所谓产物促进剂是指那些非细胞生长所必须的营养物, 又非前体,但加入后却能提高产量的添加剂。
一些维生素生长因子及其生理功能
维生素 生理功能 维生素B1(硫胺素) 脱羧酶辅酶,与酮基转移有关 维生素B2(核黄素) 构成黄素单核苷酸和黄素腺嘌呤二核苷酸, 作为电子传递链中的递H体 维生素B3(泛酸) 维生素B5(烟酸) 辅酶A(CoA)的前体物质之一,递酰基体, 是细胞内多种酶的辅酶 又称尼克酸,是辅酶I,辅酶II的前体,参与 细胞内很多氧化还原反应
促进剂提高产量的机制:
有些促进剂本身是酶的诱导物; 有些促进剂是表面活性剂,可改善细胞的透性,改善 细胞与氧的接触从而促进酶的分泌与生产, 也有人认为表面活性剂对酶的表面失活有保护作用; 有些促进剂的作用是沉淀或螯合有害的重金属离子。
生产工艺第三章 培养基制备 第二节培养基的类型及选择
第二节 培养基的类型及选择
项目 产地 及加工方法
表3-5 甘蔗糖蜜的成分
比重
蔗糖 (%)
转化糖 (%)
全糖 (%)
灰分 (%)
蛋白质 (%)
广东(亚硫酸法) 广东(碳酸法) 四川(碳酸法)
0. 49 1.40
33.00 27.00 35.80
18.08 20.00 19.00
51.98 47.00 54.80
第二节 培养基的类型及选择
(2) 种子培养基 种子培养基是供孢子发芽、生长 和大量繁殖菌丝体,并使菌体长得粗壮,成为活力强的 “种子”。所以种培养基的营养成分要求比较丰富和完全, 氮源和维生素的含量也要高些,但总浓度以略稀薄为好, 这样可达到较高的溶解氧,供大量菌体生长繁殖。种子培 养基的成分要考虑在微生物代谢过程中能维持稳定的pH, 其组成还要根据不同菌种的生理特征而定。一般种子培养 基都用营养丰富而完全的天然有机氮源,因为有些氨基酸 能刺激孢子发芽。但无机氮源容易利用,有利于菌体迅速 生长,所以种子培养基中常包括有机及无机氮源。最后一 级种子培养基的成分最好能较接近发酵培养基,这样可使 种子进入发酵培养基后能迅速适应,快速生长。
在制备培养基时水质的影响也应注意,各地区的深井 水和自来水的质量有很大差别。其中微量元素的含量,对 成分简单的孢子培养基有较大的影响。在制酒或啤酒工业 中更要注意选择水源、控制水的硬度、含铁量、含氯量及 氨态、硝酸态和亚硝酸态氮的含量,一般常用电渗析或离 子交换树脂等进行水的纯化。
第二节 培养基的类型及选择
第二节 培养基的类型及选择
第三,要注意生理酸、碱性盐和pH的变化情况,以 及最适pH的控制范围等,综合考虑选用什么生理酸碱性 物质及用量,从而保证在整个发酵过程中pH都能维持在 最佳状态(有时也可考虑用中间补料来控制pH)
生产工艺第三章 培养基制备 第三节培养基的配制
第三节 培养基的配制
3.渗透压 配制培养基时,应注意营养物质要有合适的浓度。营 养物质的浓度太低,不仅不能满足微生物生长对营养物质 的需求,而且也不利于提高发酵产物的产量和提高设备的 利用率。但是,培养基中营养物质的浓度过高时,由于培 养基的渗透压太大,会抑制微生物的生长。此外培养基中 的各种离子的浓度比例也会影响到培养基的渗透压和微生 物的代谢活动,因此,培养基中各种离子的比例需求要平 衡。在发酵生产过程中,在不影响微生物的生理特性和代 谢转化率的情况下,通常趋向在较高浓度下进行发酵,以 提高产物产量,并尽可能选育高渗透压的生产菌珠。当然, 培养基浓度太大会使培养基黏度增加和溶氧量降低。
第三节 培养基的配制
1.根据微生物的培养需要 不同的微生物所需要的培养基成分是不同的,要确 定一个合适的培养基,就需要了解生产用菌种的来源、 生理生化特性和一般的营养要求,根据不同生产菌种的 培养条件、生物合成的代谢途径、代谢产物的化学性质 等确定培养基。
第三节 培养基的配制
2.营养成分比例恰当 微生物所需的营养物质之间应有适当的比例,培养基 中的碳氮的比例(C/N)在发酵工业中尤其重要。如培养 基中氮肥源过多,会引起微生物生长过于旺盛,而不利于 产物的积累;氮源不足,则微生物菌体生长过于缓慢。当 培养基中的碳源供应不足时,容易引起微生物菌体的衰老 和自溶。培养基的碳氮比不仅会影响微生物菌体的生长, 同时也会影响到发酵的代谢途径。不同的微生物菌种、不 同的发酵产物所要求的碳氮比是不同的。即使是同一微生 物在不同的培养阶段,对培养基的碳氮比的要求也是不一 样的。
第三节 培养基的配制
为了减少实验次数,可考虑用“正交试验设计”等数 学方法来确定培养基给分和浓度,它可以通过比较少的实 验次数而得到较满意的结果,另处,还可通过方差分析, 确定哪些因素影响较大,以引起人们的注意。
发酵工程培养基
糖蜜使用的注意点:
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。
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
但过多的初始葡萄糖会抑制微生物生长,引 起葡萄糖效应,这主要是葡萄糖的分解代谢 阻遏造成。
另外过多葡萄糖会过分加速菌体呼吸,以致 溶解氧不能满足需要,使一些中间代谢物积 累,pH下降,影响微生物生长和产物合成。
2.糖蜜 又称糖浆,俗称糖稀。
生物发酵工业所用的糖蜜,主要是指制糖工 业上的废糖蜜,它是甘蔗糖厂或甜菜糖厂的 一种副产品。
又如肠膜状明串珠菌的生长需要补充10种维 生素、19种氨基酸、3种嘌呤及嘧啶等。
2.前体
能直接结合到产物中,而自身结构没有多大 变化,但是产物产量却有较大提高。
青霉素:分子量356
苯乙酸:分子量136
如青霉素生产中,加入玉米浆,产量增加, 原因是玉米浆含有苯乙酸,被优先结合到青 霉素分子中去。
速效氮源。
无机氮源的迅速利用会引起pH的变化。 生理酸性物质:硫酸铵。 生理碱性物质: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。
氨水:
在发酵中除可以调节pH外,它也是一种容易 被利用的氮源,在许多抗生素的生产中得到 普遍使用。
氨水因碱性较强,因此使用时要防止局部过 碱,加强搅拌,并少量多次地加入。
铁:
发酵培养基及制备
同理,可以计算并确定B3、C3、D1分别为B、 C、D因素的优水平。四个因素的优水平组合 A2B3C3D1为本试验的最优水平组合,即酶法 液化生产山楂清汁的最优工艺条件为加水量 50mL/100g,加酶量7mL/100g,酶解 温度为50℃,酶解时间为1.5h。
• 根据生产实践和科学试验的不同要求选择 • 根据经济效益分析选择培养基
–价廉、来源Βιβλιοθήκη 富、运输方便、就地取材、无毒二、发酵培养基成分选择的原则
• 不同的微生物所需要的培养基成分是不同 的,要确定一个合适的培养基,就需要了 解生产根据不同生产菌种的培养条件、生 物合成的代谢途径、代谢产物的化学性质 等确定培养基。
3
2
1
3
2
1
3
18
3
3
2
1
42
不考察交互作用的试验结果分析
(1) 确定试验因素的优水平和最优水平组合
分析A因素各水平对试验指标的影响。由表3可以看出,A1 的影响反映在第1、2、3号试验中,A2的影响反映在第4、5、 6号试验中,A3的影响反映在第7、8、9号试验中。
A因素的1水平所对应的试验指标之和为
度。Rj越大,说明该因素对试验指
标判的断影因响素越的大主。次根顺据 序。Rj大1小. ,计可算以
Kjm,kjm
极差分析法-R法
Rj 因素主次
2. 判断 优水平
优组合
试验号
1 2 3 4 5 6 7 8 9
因素
液化率
A
B
C
D
%
1
1
1
1
0
1
2
2
第三章 发酵培养基
第三章发酵培养基培养基: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。
作用:促进产物的形成、满足菌体的生长发酵培养基的要求:①培养基能够满足产物最经济的合成;②发酵后所形成的副产物尽可能的少;③培养基的原料应因地制宜,价格低廉,且性能稳定,资源丰富,便于采购运输,适合大规模储藏,能保证生产上的供应;④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。
培养基的类型及功能一、按组成物质的纯度合成培养基: 所用的原料其化学成分明确、稳定◆适合于研究菌种基本代谢和过程的物质变化等科研工作;◆培养基营养单一,价格较高,不适合用于大规模工业生产。
天然培养基: 采用天然原料,其成分不那么“纯”◆发酵培养基普遍使用天然培养基;◆原料来源丰富(大多为农副产品)、价格低廉、适合于工业化生产;◆由于其成分复杂,不易重复,如果对原料质量等方面不加控制会影响生产稳定性。
二、按状态固体培养基:适合于菌种和孢子的培养和保存,也广泛应用于有子实体的真菌类,如香菇、白木耳等的生产。
半固体培养基:琼脂用量为0.5%~0.8% ,主要用于微生物的鉴定。
液体培养基:发酵工业大规模使用的培养基。
三、按用途(从发酵生产应用考虑)孢子(斜面)培养基:菌体迅速生长,产较多优质孢子,不易引起菌种变异。
要求:营养不太丰富、无机盐浓度适量、合适pH和湿度。
常用:麸皮培养基、小米、大米、玉米碎屑、琼脂斜面培养基。
种子培养基:孢子发芽、生长和大量繁殖菌丝体。
要求:营养丰富完全、最后一级接近发酵培养基。
发酵培养基:供菌体生长、繁殖和合成产物。
发酵培养基的成分及来源碳源1、作用提供微生物菌种的生长繁殖所需的能源和合成菌体所必需的碳成分;提供合成目的产物所必须的碳成分。
2、来源糖类、油脂、有机酸、正烷烃分解代谢物阻遏指细胞内同时有两种分解底物存在时,利用快的那种底物会阻遏利用慢的底物的有关酶合成的现象。
发酵工业培养基PPT课件
1、孢子培养基(也称为斜面培养基)
用途:供微生物生长繁殖孢子或保藏菌种之用,
提供细胞生长繁殖所需的各类营养物质。
措施:①培养基营养不能太丰富,碳、氮源不宜
过多,否则易长菌丝而少产孢子。
②无机盐浓度应适量,否则影响孢子的颜
色和数量。
③ 注意培养基的pH和湿度,并供给必要 的生长因子和微量元素。
生产上常用的有:麸皮培养基、大米培养基等
.
17
2、种子培养基
用途:供孢子发芽、生长和繁殖大量菌丝体,
并使菌丝长得粗壮,成为活力强的种子。
措施:①有较完全和丰富的营养物质,特别是
充足的氮源和生长因子。
②碳源和氮源应提供一些易于利用的成
分。
③各种营养物浓度不必太高,有利于溶
氧,且最后一级种子培养基的成分应 较
接近发酵培养基,以便种子进入发酵
常用的油脂类有:豆油、菜籽油、棉 籽油、鱼油、猪油等。
.
6
(3)有机酸
有机酸的利用常会引起发酵体系pH上升, 尤其是有机酸盐氧化时,常伴随有碱性物质 的产生,使pH进一步上升。
常用的有机酸有:乳酸、醋酸、柠檬酸 等。
(4)烃和低碳醇类
正烷烃以用于有机酸、氨基酸、抗生素、
维生素和酶制剂发酵中,甘油也常用作抗生
微生物细胞的含水量约占细胞鲜重的 70~90%。
.
11
水对微生物的生理作用:
①起到溶剂与运输介质的作用,营养物质的吸 收与代谢产物的分泌以水为介质才能完成
②参与细胞内一系列生化反应
③维持蛋白质等生物大分子稳定的天然构象
④水的比热高,热的传导性好,能有效地吸收 代谢过程中放出的热,并将吸收的热散发出 去,避免导致细胞内温度陡然升高;
第三章 发酵培养基
米糠
13 45 13 14 16 91 2.64 22 23.2 297 1250 0.5 0.1 0.9 0.2 0.4 0.6 0.5 0.4
酵母 膏
50 0 3 10 95 3.3 1.4 1.6 5.5 6.2 6.5 2.1
无机氮源和尿素、玉米浆等可被迅速利用,为速效氮;
蛋白质氮则需先水解成肽和氨基酸后才能被吸收利用, 属迟效氮
二、氮源
有机氮源 豆饼(粕)粉、花生饼粉、鱼粉、蚕蛹粉、酵母粉、玉米 浆、尿素等
无机氮源 铵盐、硝酸盐等 (由于细胞内的含氮物质都以氨基或亚氨基的形式存在,故
铵态氮可以直接用于合成细胞物质;而硝态氮需还原成氨后 才能被利用)
成分
蛋白质/% 碳水化合物/% 脂肪/% 纤维/% 灰分/% 干物/% 核黄素/(mg/kg) 硫胺素/(mg/kg) 泛酸/(mg/kg) 尼克酸/(mg/kg) 吡哆 醇/(mg/kg) 生物素/(mg/kg) 胆碱/(mg/kg) 精氨酸/% 胱氨酸/% 甘氨酸/% 异亮氨酸/% 亮氨酸/% 赖氨酸/% 甲硫氨酸/% 苯丙氨酸/%
糖蜜主要含有蔗糖,总糖可达50%-75%。
糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜,二者在糖的含量和无机盐 的含量上有所不同,即使同一种糖蜜由于加工方法不同其成 分也存在差异,因此使用时要注意。
淀粉糊精 多糖,也是常用的碳源; 需经胞外酶水解成单糖后再被吸收利用; 使用淀粉可克服葡萄糖代谢过快的弊病,价格也比较低廉, 在发酵工业中被普遍使用。 常用的淀粉为玉米、甘薯、马铃薯、木薯淀粉。
5)其他 牛肉膏、蛋白胨、动物心、肝等组织浸液等都含 有丰富的生长因子
五、水
生理功能:
1)是微生物机体的重要组成部分 2)进行代谢反应的介质 3)营养物、代谢物、氧气等必须溶解于水后才能通过细胞表 面进行正常的活动;
第三章第四节发酵培养基灭菌
一、灭菌的原理和方法
消毒与灭菌的区别?
消毒 杀死物体表面及内部一部分对人体有害的 病原菌的营养体,而对被消毒的物体基本 无害的措施,如对皮肤、水果、饮用水的 消毒,啤酒、牛奶、果汁等消毒。 灭菌 杀死任何物体内外的一切微生物的方法, 灭菌后的物体不再有可存活的微生物。
1、化学试剂灭菌法
化学试剂:甲醛、乙醇或新洁尔灭、高锰酸钾等 适用范围:环境空气、皮肤及器械的表面消毒 2、射线灭菌法
在实际生产中,也可能遇到所供蒸汽不足、温度不够高 的情况,这时可以适当延长灭菌时间。 生产上甚至有用100℃蒸煮而达到彻底灭菌的实例。
如要做固体曲而没有高温蒸汽时,可将原料用100蒸汽蒸
30min, 杀死其中的营养细胞, 但孢子与细菌的芽孢没 有被杀死。 将蒸过的原料置于室温下过夜, 未被杀死的
当培养基成分从T1上升到T2时,微生物的死亡速率与培养基的分解有如下 关系:
K2 ) K 1 E K `2 ln ( ) E ` K `1 ln (
通过实验测定可知: K2 ( ) 灭菌时杀死微生物的活化能大于培养基成分的破坏活化能值, ln K 1 E 因此: K2 K `2 K `2 E ` ln ( ) ln ( ) ln ( ) K1 K `1 K `1
电磁波、紫外线或放射性物质 适用范围:无菌室、接种箱
3、干热灭菌法
常用烘箱,灭菌条件为在160℃下保温1h 适用范围:金属或玻璃器皿
4、湿热灭菌法
利用饱和蒸汽进行灭菌、条件为:121℃,30’ 适用范围:广泛应用于生产设备及培养基的灭菌 例:高压灭菌锅
5、过滤除菌法
利用过滤方法阻留微生物 适用范围:制备无菌空气
由此可见,若要减少营养成分的破坏,可升 高温度灭菌。 结论2:在灭菌时选择较高的温度、较短的时 间,这样便既可达到需要的灭菌程度, 同时 又可减少营养物质的损失。
【发酵工程】第三章 发酵培养基3
灭菌
在大规模发酵中应该尽可能的采取连续灭菌的操作, 而且保证灭菌条件的稳定是保证发酵稳定的前提 有时避免营养物质在加热的条件下,相互作用, 可以将营养物质分开消毒。 Na2HPO4+CaCO3→CaHPO4+Na2CO3 有些物质由于挥发和对热非常敏感,就不能采用湿 热的灭菌方法
第四节、重组产品培养基的介绍
13.在实验中我们所用到的淀粉水解培养基是一种( ) 培养基 A 基础培养基 B加富培养基 C选择培养基 D鉴别培养基
15.要从多种细菌中分离某种细菌,培养基要用( )
A.加入青霉素的培养基 B.加入高浓度食盐的培
养基 C.固体培养基
D.液体培养基
C
16.根据培养基的物理状态,划分的发酵种类
是
(
)
第一节第一节发酵培养基的要求和种类发酵培养基的要求和种类第二节第二节发酵培养基的成分及来源发酵培养基的成分及来源第三节第三节发酵培养基的设计原理与优化发酵培养基的设计原理与优化第二节发酵培养基的成分及来源一碳源1作用2来源有机氮源和无机氮源二氮源1作用2来源三无机盐及微量元素糖类油脂有机酸烃和醇类四生长因子前体和产物促进剂从广义上讲凡是微生物生长不可缺少的微量的有机物质如氨基酸嘌呤嘧啶维生素等均称生长因子
pH控制摇床:反应器水平上的摇瓶研究
五、培养基设计时注意的一些相关问题
原料及设备的预处理 原材料的质量
发酵特性的影响
在抗生素发酵生产中往往喜欢所谓的“稀配方”,因 为它既降低成本、灭菌容易、且使氧传递容易而有利 于目的产物的生物合成。如果营养成分缺乏,则可通 过中间补料方法予以弥补。
单因子实验
多因子实验:均匀设计、
正交实验设计、 响应面分析等。
第三章 发酵培养基
第二节 发酵培养基的成分及来源
一、碳源 1、作用 提供微生物菌种的生长繁殖所需的能源和合成
菌体所必需的碳成分;
提供合成目的产物所必须的碳成分。 2、来源 糖类、油脂、有机酸、正烷烃
3、工业上常用的糖类
① 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
工业上常用淀粉水解糖,但是糖液必须达到一定的
必须进行表面处理 例:黑曲霉NRRL-330,生产α-淀粉酶,P对酶活的影响
pH
不加 加 K2HPO4 加 KH2PO4 4.25 5.45 4.62
酶活
120分钟 30分钟 75分钟
四、生长因子、前体和产物促进剂 1、生长因子
从广义上讲,凡是微生物生长不可缺少的微量的有机物
质,如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称生长因子。
一、培养基成分选择的原则
菌种的同化能力 代谢的阻遏和诱导: 100∶0.2~2.0
合适的C、N比 pH的要求
二、成分含量的确定 (一) 理论转化率与实际转化率 理论转化率是指理想状态下根据微生物的代
谢途径进行物料衡算所得出的转化率的大小。
实际转化率是指实际发酵过程中转化率的大小 如何使实际转化率接近于理论转化是发酵控制的 一个目标
有些促进剂的作用是沉淀或螯合有害的重金属离子。
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 对于常规发酵,可靠、持久,能提供大量成分一 致清洁的水。
成分复杂:除提供氮源外,有些有机氮源还提供大量的无
发酵工业的培养基及原料处理 ppt课件
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淀粉的分解 淀粉是葡萄糖通过糖苷键连接而成的 多糖类,淀粉可分为直链淀粉和支链淀粉, 前者是通过α-1,4- 糖苷键连接而成,后者 是通过α-1,4- 糖苷键和α-1,6- 糖苷键连接 的。
ppt课件 23
α-淀粉酶: 又称液化酶,它对直链淀粉的作 用是将直链的淀粉分子α- 1,4键任 意地、不规则的分解为若干短链的糊 精,糊精继续分解,最后反应产物为 13 %的葡萄糖及 87 %麦芽糖,但是 糊精变为糖的速度是极缓慢的。 α-淀粉酶对支链淀粉的作用是将 支链淀粉α- 1,4键任意地、不规则 地并能越过α- 1,6键分解为若干短 链,但不能分解其中的α- 1,6键, 最后产物为麦芽糖及少量糊精和葡萄 糖。 淀粉受到α- 淀粉酶的作用后, 醪液粘度降低,而且迅速地生成较多 量的糊精,故称为糊精化作用,或液 化作用。
干热灭菌与湿热灭菌比较
湿热灭菌要比干热灭菌更有效,这一方 面是由于湿热易于传递热量,另一方面 是由于湿热更易破坏保持蛋白质稳定性 的氢键等结构,从而加速其变性。
ppt课件
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常压灭菌法
3.巴氏消毒法(pasteurization) 用于牛奶、啤酒、果酒和 酱油等不能进行高温灭菌的液体的一种消毒方法,其主要 目的是杀死其中无芽孢的病原菌(如牛奶中的结核杆菌或 沙门氏菌),而又不影响它们的风味。 巴氏消毒法是一种低温消毒法 低温维持法:在63℃下保持30分钟可进行牛奶消毒; 高温瞬时法:用于牛奶消毒时只要在72℃下保持15秒钟即 可。
ppt课件 6
2、孢子培养基: 供菌种繁殖孢子的一种固体培养基,要 求使菌体生长迅速,产生数量较多的优质孢 子,并且不引起菌种的变异,因此在配置上 要求: ①营养不能太丰富,否则不易产孢。 ②无机盐浓度要适当,不然会影响孢子 量和孢子的颜色(质量)。 ③注意pH和湿度。 ppt课件
《发酵培养基》课件
05
参考文献
参考文献
1 2 3
发酵培养基PPT课件概述
介绍发酵培养基PPT课件的基本概念、特点和作 用,以及其在发酵工程领域的应用价值和发展趋 势。
发酵培养基PPT课件内容
详细介绍发酵培养基PPT课件的内容,包括发酵 培养基的组成、制备方法、影响因素以及优化策 略等方面的知识。
发酵培养基PPT课件制作技巧
未来发酵培养基的研究重点与展望
未来发酵培养基的研究重点将主要集中在以下几个方面:提高发酵效率、产物产量和降低生产成本; 研发新型微生物资源;利用合成生物学技术构建高效、环保的新型发酵培养基;研究培养基的营养组 分和代谢调控机制等。
展望未来,随着生物技术的不断进步和环保意识的提高,发酵培养基的研究将更加注重绿色、高效、 可持续发展的理念。同时,随着大数据、人工智能等新技术的应用,发酵培养基的研究将更加精准和 智能化,为行业发展带来新的机遇和挑战。
01
02
03
根据用途
生产菌体培养基、产物合 成培养基、分离培养基等 。
根据物理状态
固体培养基、液体培养基 。
根据成分
天然培养基、合成培养基 。
02
发酵培养基的选择与优化
发酵培养基的选择原则
适宜性原则
选择的培养基应能满足微 生物生长和产物合成的需 要,同时要易于工业化操 作。
经济性原则
在满足适宜性的前提下, 应尽量降低培养基的成本 ,提高经济效益。
介绍如何制作高质量的发酵培养基PPT课件,包 括设计思路、排版技巧、图表制作等方面的技巧 。
感谢观看
THANKS
发酵培养基的配制与灭菌
配制
按照选定的配方,将各种原料准 确称量后混合均匀,制成所需的
发酵——发酵培养基
类胡萝卜素高产菌Y11的培养基的优化
郭秒,食品与工业发酵,2004
类胡萝卜素的作用:色素、营养保健
例: 如在酒精生产中葡萄糖转化为酒精的理论转化率计算如下∶
葡萄糖转化为酒精的代谢总反应衡算式为∶ C6H12O6 ─→ 2C2H5OH + 2CO2 葡萄糖转化为酒精的理论得率为∶ 2*46 Y = ─── = 0.57 162
(二)、实验设计
培养基成分的含量最终都是通过实验获得的
合理的实验方法
二、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 种类:氨盐、硝酸盐和氨水 特点:微生物对它们的吸收快,所以也称之谓迅速利 用的氮源。但无机氮源的迅速利用常会引起pH的变 化如: (NH4)2SO4 → 2NH3 + 2H2SO4 NaNO3 + 4H2 → NH3 + 2H2O + NaOH
④ 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、纯化及废物处理等质的纯度、状态、用途可分为三大类型 一、按纯度
合成培养基 : 原料其化学成分明确、稳定
适合于研究菌种基本代谢和过程的物质变化规律 培养基营养单一,价格较高,不适合用于大规模工业
生产 天然培养基: 采用天然原料
原料来源丰富(大多为农副产品)、价格低廉、适于工业
化生产 原料质量等方面不加控制会影响生产稳定性
培养大肠杆菌常用两种培养基
M培养基(1L): Na2HPO4 6g,KH2PO4 3g, NaCl 0.5g, NH4Cl 1g, MgSO4.7H2O 0.5g, CaCl2 0.011g,葡萄糖 2-10, pH 7.0
发酵培养基及其制备
要求此种培养基的组成丰富完整,营养成分浓度和粘度适中, 即利于菌体生长,又利于合成大量的代谢产物。
发酵培养基的组成要考虑菌体在发酵过程中的各种生化代谢的 协调,在产物合成期,使发酵液pH值不出现大的波动。
不同的菌体,不同的产品,对培养基的要求是不同的。不同的 发酵产品,培养基的状态、粘度、各成分的含量也是不同的。但是, 基本的营养需求是一致。因此,应根据不同的情况选择发酵培养基。
根据使用目的可分为: (生物)鉴别培养基(differential medium) 选择培养基(selected medium):
根据形状可分为: 固体培养基(solid medium): 半固体培养基(semi-solid medium): 液体培养基( liquid medium):
根据生产工艺的要求可分为:
碳氮比不当,还会影响菌体按比例地吸收营养物质,直接影响 菌体生长和产物的形成,菌体在不同生长阶段,对其碳氮比的最适 要求是不一样的。
根据元素组成:酵母菌的碳氮比约为10020;霉菌的碳氮比约 为10010。
一般发酵工业的碳氮比约为100 0.2~2.0,但在氨基酸发酵中, 碳氮比就高。如谷氨酸发酵C:N=100:15~21,若碳氮比为 100:0.2~2.0,则会出现只长菌体,而不产谷氨酸的现象。
微生物的营养活动,是依靠向外界分泌大量的酶,将周 围环境中大分子的蛋白质、糖类、脂肪等营养物质分解成小 分子化合物,再借助于细胞膜的渗透作用,吸收这些小分子 营养来实现的。
第一节 培养基的选择与制备
一、培养基的类型和用途
根据来源可分为: 天然培养基(complex /undefined medium): 合成培养基(defined medium): 半合成培养基(semi-defined medium):
第三章+微生物发酵培养基
3、发酵培养基
发酵培养基是发酵生产中最主要的培养基, 它不仅耗用大量的原材料,而且也是决定发酵生 产成功与否的重要因素。 发酵培养基的选择考虑的因素:
(1)根据产物合成的特点来设计培养基: 对菌体生长与产物相偶联的发酵类型,充分 满足细胞生长繁殖的培养基就能获得最大的产物。 对于生产氨基酸等含氮的化合物时,它的发 酵培养基除供给充足的碳源物质外,还应该添加 足够的铵盐或尿素等氮素化合物。
(5) 尽量减少副产物的形成,便于产物的分离纯化。 (6)原料价格低廉,质量稳定,取材容易。
(7)所用原料尽可能减少对发酵过程中通气搅拌的 影响,利于提高氧的利用率,降低能耗。
(8) 有利于产品的分离纯化,并尽可能减设计和注意事项
1 、提供必要的营养成分:培养基成分必须满足 细胞生长,代谢活动和合成产物所需的基本要 求。 2 、配制合适的浓度:可以从发酵动力学有关生 长、产物合成和基质利用物料平衡的关系中大 致推算所需原料或大致计算出所需主要原料的 需要量。
特点:
富含有机氮源,少含或不含糖分。有机氮有利 于菌体的生长繁殖,能获得更多的细胞。 对于放线菌或霉菌的产孢子培养基,则氮源和 碳源均不宜太丰富,否则容易长菌丝而较少形 成孢子。 斜面培养基中宜加少量无机盐类,供给必要的 生长因子和微量元素。
2、种子培养基 (包括摇瓶种子和小罐种子培养基)
还要注意有些营养物质被利用后培养基的 pH 变 化情况.
控制pH最常用的方法是在培养基中添加具有一 定缓冲能力的物质作为营养物,如以磷酸盐作 为磷的成分;或者避免使用容易产生生理酸性 或碱性使培养基pH波动太大的物质。
5、避免产生微生物不能利用的物质或形成沉淀 葡萄糖与铵盐或氨基酸的氨基在灭菌高温下作 用形成深褐色物质。这种物质不被微生物利用。 因此这两类营养物不宜直接配在一起进行灭菌, 而应采用分开灭菌后再加入发酵罐内。 硫酸铵中的SO42-与钙盐易形成难溶的硫酸钙, 因此二者也不宜直接配成培养基。
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发酵培养基的成分及来源
糖蜜使用的注意点: 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。 例:谷氨酸发酵 有害物质: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
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发酵培养基的成分及来源
2、前体
前体指某些化合物加入到发酵培养基中,能直接使微 生物在生物合成过程中合成到产物物分子中去,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。
青霉素:分子量356
苯乙酸:分子量136
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发酵培养基的成分及来源 2、来源:主要来自于C、N源,以盐的形式补充。
3、用量:根据具体的产品,以实验决定。 例:铁离子 青霉素发酵中,铁离子的浓度要小于20μg/ml 4、使用注意 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a-淀粉酶,pH对酶活的影响
发酵培养基的成分及来源
② 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。 糖蜜主要含有蔗糖,总糖可达50%~75%。一般糖蜜分 甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜葡萄糖蜜。
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发酵培养基的成分及来源
不用加工方法对甘蔗糖蜜的影响
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发酵培养基的成分及来源
③ 淀粉、糊精 使用条件:微生物必须能分泌水解淀粉、糊精的酶类 缺点:难利用 发酵液比较稠、一般>2.0%时加入一定的a-淀粉酶 成分比较复杂,有直链淀粉和支链淀粉等等。
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发酵培养基的成分及来源
例:地衣芽孢杆菌生产a-淀粉酶
用摇瓶、玻璃罐等小型发酵设备,按照一定的实验设计和
实验方法选择出较为适合的培养基。
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发酵培养基的设计和优化
工业发酵培养基的设计
1 为何要进行培养基的设计?
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发酵培养基的成分及来源
二、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
种类:氨盐、硝酸盐和氨水 特点:微生物对它们的吸收快,所以也称迅速利用氮
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发酵培养基的成分及来源
有机氮源成分复杂,可以从多个方面对发 酵过程进行影响,而另一方面有机氮源的来 源具有不稳定性。所以在有机氮源选取时和 使用过程中,必须考虑原料的波动对发酵的 影响。
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发酵培养基
第一节 培养基的类型及功能
培养基按其组成物质的纯度、状态、用途可分为三大类型
一、按纯度
合成培养基 : 原料其化学成分明确、稳定 适合于研究菌种基本代谢和过程的物质变化规律
培养基营养单一,价格较高,不适合用于大规模工业
满足菌体生长 稳定和调节发酵过程中的pH
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毛霉产蛋白酶的研究
初始pH的影响: pH偏酸比较好,中性蛋白酶影响大
无机氮源的影响: 硫酸铵>硝酸铵>硝酸钠>尿素
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发酵培养基的成分及来源
2、有机氮源 来源:工业上常用的有机氮源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大量的无机 盐及生长因子。 例 玉米浆: ①可溶性蛋白、生长因子(生物素)、苯乙酸 ②较多的乳酸 ③硫、磷、微量元素等
第三章 发酵培养基
发酵培养基
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。 发酵培养基的作用: 满足菌体的生长 促进产物的形成
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碳源对生长和产酶的影响
碳源 葡萄糖 蔗糖 糊精 淀粉 细胞量 4.2 4.02 3.06 3.09 a-淀粉酶 0 0 38.2 40.2
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发酵培养基的成分及来源
嗜碱芽胞杆菌(AC-2)中碳源对碱性纤维素酶分泌的影响
结果:各种碳源相差不大 推论:该菌种的碱性纤维素酶为组成型
发酵培养基的成分及来源
3、产物促进剂 所谓产物促进剂是指那些非细胞生长所必须的营养物,又 非前体,但加入后却能提高产量的添加剂。
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发酵培养基的成分及来源
促进剂提高产量的机制还不完全清楚,其原因是多方 面的。 有些促进剂本身是酶的诱导物; 有些促进剂是表面活性剂,可改善细胞的透性,改善 细胞与氧的接触从而促进酶的分泌与生产, 有些促进剂的作用是沉淀或螯合有害的重金属离子。
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发酵培养基的成分及来源
第二节 发酵培养基的成分及来源
一、碳源
1、作用 提供微生物菌种的生长繁殖所需的能源和合成菌体 所必需的碳成分。 2、来源 糖类、油脂、有机酸、正烷烃
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源。但无机氮源的迅速利用常会引起pH的变化如:
(NH4)2SO4 → 2NH3 + 2H2SO4 NaNO3 + 4H2 → NH3 + 2H2O + NaOH
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发酵培养基的成分及来源
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,如硫酸胺,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。 选择合适的无机氮源有两层意义:
发酵培养基的成分及来源
3、工业上常用的糖类 ① 葡萄糖 所有的微生物都能利用葡萄糖
工业上常用淀粉水解糖,但是糖液必须达到一定的
质量指标。
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发酵培养基的成分及来源
不同的制糖工艺生产的糖液质量差别很大
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发酵培养基的设计和优化
第三节 发酵培养基的设计和优化
目前还不能完全从生化反应的基本原理来推断和计算出
适合某一菌种的培养基配方,只能用生物化学、细胞生物
学、微生物学等的基本理论,参照前人所使用的较适合某 一类菌种的经验配方,再结合所用菌种和产品的特性,采
不加 加 K2HPO4 加 KH2PO4
pH 4.25 5.45 4.62
酶活 120分钟 30分钟 75分钟 /jpkc/fjgc
发酵培养基的成分及来源
四、生长因子、前体和产物促进剂 1、生长因子 从广义上讲,凡是微生物生长不可缺少的微量的有机 物质,如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称生长因子。 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,生长因子对发酵的调控起到重 要的作用 。 有机氮源是这些生长因子的重要来源,多数有机氮源 含有较多的B簇维生素和微量元素及一些微生物生长不可 缺少的生长因子
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发酵培养基的成分及来源
五、水
是培养基的主要组成成分,既是构成菌体细胞的主要成 分,又是一切营养物质的传递介质。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。 对于常规发酵,要求可靠、持久地提供大量成分一致清洁 的水。
发酵培养基的成分及来源
氮源使用的一些相关问题:
有机氮源和无机氮源应当混合使用
早期:容易利用易同化的氮源—无机氮源 中期:菌体的代谢酶系已形成、则利用蛋白质
有些产物会受氮源的诱导和阻遏
例: 蛋白酶的生产
有机氮源选取时也要考虑微生物的同化能力 开发效果好、有针对性的有机氮源仍然是令人感兴趣
生产 天然培养基: 采用天然原料 原料来源丰富(大多为农副产品)、价格低廉、适于工业 化生产 原料质量等方面不加控制会影响生产稳定性
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发酵培养基
二、按状态
固体培养基 : 适合于菌种和孢子的培养和保存,也广泛应 用于有子实体的真菌类,如香菇、白木耳等的生产 半固体培养基: 即在配好的液体培养基中加入少量的琼脂, 一般用量为0.5%~0.8% ,主要用于微生物的鉴定。 液体培养基: 80%~90%是水,其中配有可溶性的或不 溶性 的营养成分,是发酵工业大规模使用的培养基。 三、按用途(从发酵生产应用考虑) 培养基按其用途可分为孢子(斜面)培养基、种子培养基 和发酵培养基三种
发ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ培养基
发酵培养基的要求 ① 培养基能够满足产物最经济的合成。
② 发酵后所形成的副产物尽可能的少。
③ 培养基的原料应因地制宜,价格低廉;且性能稳定,资源 丰富,便于采购运输,适合大规模储藏,能保证生产上的 供应。 ④ 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。
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发酵培养基的成分及来源
用法:前体使用时普遍采用流加的方法 *前体一般都有毒性,浓度过大对菌体的生长不利 苯乙酸,一般基础料中仅仅添加0.07% *前体相对价格较高,添加过多,容易引起挥发和氧化,
流加也有利于提高前提的转化率
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的课题
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发酵培养基的成分及来源 三、无机盐和微量元素
磷,硫,铁,镁,钙,锌,钴,钾,钠,锰,氯等, 其中许多金属离子对微生物生理活性的作用与其浓度有 关,低浓度往往具有刺激作用,高浓度具有抑制作用。 1、作用