演示文稿-培养基及其制备技术.

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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
例:铁离子 青霉素发酵中,铁离子的浓度要小于20μ g/ml 发酵罐必须进行表面处理
B、使用时注意盐的形式(pH的变化) 例:黑曲酶NRRL-330,生产α-淀粉酶,pH对酶活的影响
不加 加 K2HPO4 加 KH2PO4
NaNO3 + 4H2 → NH3 + 2H2O + NaOH
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。
2、半固体培养基(semi-solid medium) 液体培养基中加入少量的凝固剂而使之呈半固体状态
的一类培养基。(0.2~0.7%琼脂)。常用于观察细菌运动 特征,噬菌体效价鉴定以及厌氧菌培养等。 3、液体培养基(liquid medium)
不含任何凝固剂,其组分均匀,呈液体状态,用途广 泛。常用于微生物生理代谢的各种研究,也是大规模工业 发酵生产上普遍采用的培养基。
4、产物抑制剂 在发酵过程中加入抑制剂会抑制某些代谢途径的进行,同
时刺激另一代谢途径活跃,以致可以改变微生物的代谢途 径,从而获得人们所需的某种产物或使正常代谢的某一代 谢中间物积累起来。
2ATP 葡萄糖
2ATP
亚硫酸氢钠
2ADP
2ADP
3-磷酸甘油醛
1,6-二磷酸果糖
NAD+
丙酮酸 NADH+H+
什么叫 做流加?
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
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。
富含B类维生素,也含有有机氮 化合物和碳水化合物
2、合成培养基(synthetic medium)
定义:采用已知化学成分的纯试剂所配成的培养基,也称 组合培养基(chemically defined medium)。
特点:这类培养基成分明确,重复性强。 用途:适用于做分类鉴定,生物测定、选种育种等方面的
pH
酶活
4.25
120分钟
5.45
30分钟
4.62
75分钟
四、生长因子、前体和产物促进剂、抑制剂
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 。
子情境:培养基及其制备技术
微生物细胞的化学组成及胞外代谢产物
微生物营养物质的确定主要依据微生物细胞及其代谢 产物的化学组成。
一、微生物细胞的化学组成
细胞化学成分
水(70%-90%) 干物质 有机物(蛋白质、多糖、脂、核酸——占干重96%
维生素、有机酸及它们的降解物) 无机物(盐)
细胞含水量=(湿重-干重)/湿重×100%
对于常规发酵,可靠、持久,能提供大量成分一致清洁的 水。
第三节 培养基类型
一、根据物理状态划分 1、固体培养基(solid medium)
天然固体基质制成的固体培养基,如马铃薯块、麸皮 培养基;二是在液体培养基中添加凝固剂而制成的固体培 养基。三是在营养基质上覆盖滤膜制成的滤膜培养基。
用于微生物分离、鉴定、计数、测定、保藏等,生产 上固体种子培养,某些产品的发酵培养基。
动的进行。如生物素、硫胺素、肌醇等,但需要量是极少 的。 水:营养物质必须溶解于水中,才能透过细胞膜被微生物 利用。 诱导剂、前体和促进剂:胞外酶合成需要诱导物、有些需 要促进剂,抗生素需要前体。
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
工业发酵培养基
碳源:供给菌体生命活动所需的能量和构成菌体细胞以及 代谢产物的基础。
氮源:主要构成菌体细胞物质和代谢产物,即蛋白质、氨 基酸等之类的含氮代谢物。功能:构成菌体成分;作为酶 的组成分或维持酶的活性;调节渗透压、pH值、氧化还原 电位等。
无机盐:铅、镁、硫、磷、钾、钠、氯、锌、钴、锰。 特殊生长因子:其功能是构成辅酶的组成分,促进生命活
伊红-美兰培养基(EMB)
2、选择培养基(selective medium)
根据某类微生物的特殊营养要求或对某种物理化学因 子的抗性而设计出来的一类培养基。即根据被分离微生物 的特性,采用“投其所好、取其所抗”的原则设计的培养 基。
② 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 α -淀粉酶成分比较复杂,有直链淀粉和支链淀粉等等。 优点:来源广泛、价格低
难利用,可以解除葡萄糖效应 葡萄糖或某些容易利用的碳源,其分解代谢产物阻遏某 些诱导酶体系编码的基因转录的现象。
二、按培养基营养物质的来源划分
1、天然培养基(complex medium) 定义:指利用动植物、微生物或其它天然来源的难以确切
知道其化学成分的原料所配成的培养基。 特点:培养基化学成分复杂,营养丰富,原料来源充足,
价格低廉。 用途:适宜于实验室和大生产之用。 举例:培养酵母和霉菌的麦芽汁培养基属于此类。
二、微生物胞外代谢产物
1、代谢副产物 伴随正常代谢作用所产生的一些小分子化合物,包括气体
(CO2、H2、CH4)和乙醇、丙酮、丁醇、丙酸、乳酸等低分 子质量的醇类、酮类和脂肪酸类。 2、中间代谢产物 在代谢途径中产生的一些小分子物质,如氨基酸、核苷酸、 有机酸和单糖的衍生物,主要用于合成蛋白质,核酸、类 脂和多糖等细胞物质。一般不分泌到微生物细胞外,只有 在微生物细胞生物合成受阻或外源碳源浓度较高的情况下, 才会大量积累和分泌于细胞外。
研究。 举例:培养放线菌的高氏一号培养基,培养真菌的查氏培
养基。
3、半合成培养基(semi-synthetic medium)
定义:主要以化学试剂配制,同时还加有某种或某些天然 成分的培养基,也称半组合培养基。即在合成培养基中加 入某种天然成分而制成的培养基。
特点:培养基中部分成分清楚,部分成分不清楚。 用途:适合于大多数微生物的培养。大多数培养基都属此
苯乙酸:分子量136
作用:前体有助于提高产量和组分
用量:前体的用量可以按分子量衡算,具体使用有个转化 率的问题
例:6000单位/ml的青霉素G,需要多少苯乙酸 青霉素=6000*0.6(微克)=36mg/ml 苯乙酸=(36*136)/356=13.8mg/ml=1.38%
实际使用时的转化率在46-90%之间
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
2、前体
前体指某些化合物加入到发酵培养基中,能直接被微生 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
培养基是提供微生物生长繁殖和生物合成各种代谢产物所 需要的、按一定比例配制的的多种营养物质的混合物。
培养基是人工配制的供微生物生长、繁殖、代谢,产生人 们所需产物的营养物质和原料。同时,培养基还应提供微 生物生长所必需的环境条件,如一定的pH。培养基的组成 和配比是否恰当对微生物的生长、产物的形成、提取工艺 的选择、产品的质量和产量都有很大的影响。
二、微生物胞外代谢产物
次级代谢产物由微生物细胞合成,既不参与细胞的 组成,又不是酶的活性基团,也不是细胞的贮存物质。 次级代谢产物种类很多,通常有抗生素、激素、毒素、 色素等。分泌于微生物细胞外。
4、胞外水解酶类 淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、果胶酶、纤维素酶、葡萄糖糖 化酶、葡萄糖异构酶等。
第二节 培养基组成
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质
量指标
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。
所以选择合适的无机氮源有两层意义:
满足菌体生长
稳定和调节发酵过程中的pH
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。
实验室常用的天然营养物质
营养物质 牛肉浸膏 蛋白胨
酵母浸膏
来源 瘦牛肉组织浸出汁浓缩而 成的膏状物质 将肉、酪素或明胶用酸或 蛋白酶水解后干燥而成的 粉末状物质 酵母细胞的水溶性提取物 浓缩而成的膏状物质
主要成份 富含水溶性碳水化合物、有机 氮化合物、维生素、盐等 富含有机氮化合物、也含有一 些维生素和碳水化合物
CO2 乙醛
Pi
乙醛亚硫 酸氢钠加 成物
磷酸二羟丙酮
α -磷酸甘油
甘油
NADH+H+ NAD+
H2O
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
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
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。
三、无机盐的微量元素
1、作用:各种不一样 2、来源: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 4、使用注意点
一、微生物细胞的化学组成
细胞化学元素
主要元素:碳、氢、氧、氮、磷、硫(占细胞干重
97%)、钾、
镁、钙、铁;
微量元素:锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、 镍、硼等
细胞的化学成分的作用为:遗传连续性、通透性和生 化活性。
注:微生物细胞的化学组成不是绝对不变的,往往与 菌龄、培养条件、环境及生理特性相关。
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,所以也称之为迅速利 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
二、微生物胞外代谢产物
3、次级代谢产物
初级代谢:是指微生物从外界吸收各种营养物质,通过 分解代谢和合成代谢,生成维持生命活动所需要的物质 和能量的过程。这一过程的产物,如糖、氨基酸、脂肪 酸、核苷酸以及由这些化合物聚合而成的高分子化合物, 如多糖、蛋白质、脂类和核酸等。
次级代谢:次级代谢是指微生物生长到一定时期,以初 级代谢产物为前体物质,合成一些对微生物的生命活动 无明显功能的物质的过程,这一过程的产物即次级代谢 产物。次级代谢产物大多是一类分子结构比价复杂的含 有苯环的化合物,如抗生素、激素、毒素、色素等。
类。
举例:营养琼脂(NA)中除含有天然的牛肉膏和蛋白胨外, 还有成分明确的氯化钠。
三、按培养基的用途划分
1、鉴别培养基(differential medium) 一类含有某种代谢产物指示剂的培养基。微生物
在这类培养基上生长后,分泌的代谢产物与指示剂起反 应产生某种明显的特征性变化,根据这种变化将该种微 生物与其它微生物区分开来。 伊红-美兰培养基(EMB):可用于鉴别大肠杆菌、沙门 氏菌、志贺氏菌等肠道微生物。大肠杆菌能强烈分解乳 糖而产生大量的混合酸,使菌体表面带H+,染上酸性染下呈绿色金属光泽。
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