第二章___培养基及其制备

矿质元素的生理功能
6、生长因子
通常指那些微生物生长所必需而且需要量很小， 但微生物自身不能合成或合成量不足以满足机体生 长需要的有机化合物。 狭义：维生素 广义：维生素、氨基酸、嘌呤及嘧啶
二、培养基的类型 1.依营养物质的来源分类
①天然培养基；（麦芽汁、玉米粉、麸皮、锯末等） ②合成培养基； （高氏培养基、察氏培养基等 ） ③半合成培养基； （牛肉膏蛋白胨、土豆葡萄糖
淀粉水解糖的制备方法
淀粉水解的方法
☆酸解法 ：无机酸，高温高压。副产物较多，转化率低。 ☆酶酸法 ：酸解为糊精或低聚糖，再酶解为葡萄糖。
☆酸酶法 ：α-淀粉酶液化，再用酸水解为葡萄糖。
☆双酶法
淀粉糖化方法比较
糖液质量
葡萄糖值（DE） 葡萄糖含量（%干基） 灰分（%） 蛋白（%） 颜色（透光率%） 淀粉对糖转化率（%） 工艺条件/耗能 副产物 生产周期 设备规模/防腐要求 原料适应情况 是否有利于发酵提取
可再生 生物质 CO零排放 不能作为食物 来源广泛
• 化石能源的不可再生性 • 温室气体 • 生物质资源的利用同时具有可再生和CO 零 排放的双重特征，完全符合可持续发展的 要求。纤维素是一种重要的生物质 • 资源，它不能作为人类食物，且来源极为 广泛，例如农作物的秸秆等。因而以纤维 素为原料制备能源化学品，是发展生物质 能源转化的首选方案。
凡提供微生物生长繁殖所需要氮元素 的营养源，称为氮源。
有机氮 氮源谱
蛋白质 核酸 氨基酸 尿素 NH3 NH4+ NO3-
无机氮 分子态氮
N2
●实验室配制微生物培养基常用氮源
蛋白胨、牛肉浸膏、酵母浸膏、尿 素、铵盐、硝酸盐。
●工业生产常用的氮源
尿素、玉米浆、鱼粉、蚕蛹、黄 豆饼、花生饼等。
3、氧
淀粉的深加工
第三节
糖蜜前处理
一、糖蜜的来源与特点
二、糖蜜前处理的方法
三、谷氨酸发酵糖蜜前处理
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。 糖蜜除含糖份外，还含有较多的杂质，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。
双酶法
98 99 0.1 0.1 98 99 温和/少 少 长 大/一般 各种淀粉原料 有利
酸酶法
95 93 0.4 0.08 90 95 加压温高/多 中 中 中/中 大米 中
酸解法
90 86 1.6 0.08 80 90 加压温高/多 多 短 小/较高 各种淀粉原 料 差
双酶水解法制葡萄糖的优点 ：
石油代粮发酵的原料：
• 各种石油馏分：正烷烃，轻油，灯油等 • 各种石化产品：甲醇，乙醇，醋酸（for 谷氨酸、赖氨酸），乙二醇，丙二醇等
• 石油酵母菌体：为维生素B2和酶的生产提 供C、N源（间接石油发酵）
几乎所有糖发酵产物都可通过石油馏分发酵 获得
能源危机 CO2温室 效应 首选 纤 维 素
支链淀粉结构
CH20H 0 0 0H CHFra Baidu bibliotek 0H 0 0 0H CH2 0H 0
0H
0H
0H
0H n
0H
0
CH2 0H 0 0H
0 0 0H
CH2 0H
0 0 0H
CH2 0H 0 0H 0H
支链淀粉(胶淀粉)其直链由葡萄糖分子以α-1,4-糖苷 键相连结,而支链与直链葡萄糖分子以α-1,6-糖苷键 相连结,分子呈树状,它是一种膨胀性的物质,置于水中 加热时成为胶粘的糊状物,而且只有在加热加压的条件 下,才能溶解于水,遇碘呈紫红色反应。
双酶法制糖流程
淀粉乳（34%~40%）→ 一次液化（先加入1/3α-淀粉
酶，总加量5~10U/g淀粉，Ca 2+0.01mol/L，在88~92℃， pH6.0~6.5 ， 保 持 20min 然 后 升 温 至 140℃,5min ， 降 温 至 85℃)→二次液化 ( 加入剩下的2/3 α-淀粉酶，85℃保持 1~2h) →糖化（糖化酶80~100U/g淀粉,60℃，pH3.5~5.0， 24h左右 ）→ 一次脱色→一次过滤→二次脱色→二次
随着原料的转换，不仅要选育与原料转换 相适应的菌种，同时发酵的控制方法也不相同。
第二节 淀粉水解糖的制备
• 关于淀粉的那些事儿？
– 淀粉的存在形式、含量、化学结构 – 淀粉的分离方法
• 淀粉制糖的工艺技术概况
– 酸法、酸酶法、酶酸法、双酶法
• 典型制糖工艺中酶的问题
– 液化酶 – 糖化酶
• 工艺操作注意事项
（C6H10O5）n ---→（C6H10O5）n---→ C12H22O11---→C6H12O6 淀粉 各种糊精 麦芽糖 葡萄糖 （1）理论转化率：葡萄糖/淀粉=180/162=111% （2）葡萄糖纯度DE=还原糖/干物质(%)
葡萄糖聚合度与碘液的呈色表
葡萄糖聚合度 7~8 16 21 28 34 41 61 120 330 与碘液呈色 无色 淡红色 红色 红紫色 紫色 兰紫色 兰色 兰色 兰色 最高吸收波长（nm)
1、碳 源
一切能满足微生物生长繁殖所需 要C元素的营养物称为碳源。
碳源谱
｛
有机碳 无机碳
异养微生物
自养微生物
●实验室配制微生物培养基常用碳源
葡萄糖、蔗糖、可溶性淀粉
●工业生产常用的碳源
淀粉或其水解糖、糖蜜、纤维素、 麸皮、米糠等
对于为数众多的化能异养微生物来说， 碳源是兼有能源功能营养物。
2、氮 源
480 510 540 560 580 600 620 630
双酶法制糖工艺
淀粉双酶法制糖工艺主要包括:淀粉的液化和糖化两个步骤。
液化：利用液化酶即α-淀粉酶，使淀粉水解到糊精和低聚糖的 程度，粘度降低。
α-淀粉酶切开淀粉的α-1，4糖苷键，不能切开支 链淀粉的α-1，6糖苷键。
糖化：用糖化酶（葡萄糖淀粉酶）将液化产物进一步彻底水解 成葡萄糖的过程。
①添加青霉素法 ②添加表面活性剂 ③添加抗氧剂法
2.追加糖蜜法 原理：当谷氨酸酶系统成熟时过量生物素不影响发酵，可 在此时添加未处理的糖蜜进去继续正常生产。 3.采用营养缺陷变异株 原理：诱变生物素缺陷型菌株为油酸缺陷型等，是生物素 不再影响谷氨酸的积累
第四节 纤维素代粮发酵
石油代粮发酵原料
石油代粮发酵： 微生物利用石油化工产品，得到蛋白，氨基酸， 抗生素，酶，柠檬酸，维生素等产品。 石油代粮发酵的特点： 不耗粮食； 反应不需高温高压耐腐蚀的设备； 耗氧产热，因此要求菌种耐高温； 需保证产物安全无毒；
不同加工方法对甘蔗糖蜜的影响
糖蜜前处理的一般方法
1.加酸通风沉淀法（冷酸通风处理法） 通风，沉淀，提高N、O2含量 2.加热加酸沉淀法（热酸通风沉淀法） 效果比方法1好，但是费时费设备，不适于大规模生产 3.添加絮凝剂澄清处理法 澄清效果较好 目的：通过稀释，酸化，灭菌，澄清，使之更适于发酵
谷氨酸发酵的糖蜜前处理
待处理物质：胶体成分（起泡、结晶）、钙盐（结晶） 生物素（发酵控制） 处理目的：澄清→脱钙→脱除生物素
糖蜜预处理方法
①活性炭处理法 稀释，漂白粉，活性炭，过滤 ②树脂处理法 ③亚硝酸处理法 原理：破坏生物素
原理：吸附
还可以采用以下三种方法脱除生物素：
1.添加化学药剂处理法 原理：增加细胞膜对谷氨酸的渗透性
第二章
培养基及其制备
本章内容简介：
• 培养基及灭菌
• 淀粉水解糖的制备
• 糖蜜前处理
• 纤维素代粮发酵
第一节 培养基的原材料
微生物细胞的化学组成
一、水（water） 二、干物质（dry material）
元素 C H O N 微生物 细菌 酵母菌 霉菌 蛋白质 50~80 32~75 14~15 细菌 50 8 20 15 糖类 12~18 27~63 7~40 酵母菌 49.8 6.7 31.1 12.4 脂类 5~20 2~15 4~40 核酸 10~20 6~8 1 霉菌 47.9 6.7 40.2 5.2 灰分物质 2~30 3.8~7 6~12
一、微生物的营养物质
营养物质按照它们在机体中的生理作 用不同，可以将它们区分成六大类。 1、碳源(Source of carbon) 2、氮源(Source of Nitrogen) 3、氧气(Oxygen) 4、水 (Water) 5、无机盐(Inorganic salt) 6、生长因子(Growth factor)
配制培养基的一般原则 1. 选用合适的营养物质 2. 确定各营养物的适当配比 3. 基质环境的调节 4. 营养原料的经济性
四、原料转换及意义
发酵培养基中所用原材料，大部分属于粮食、 油脂、蛋白质和农用肥料，其中山芋粉、玉米粉、 淀粉、糊精、麦芽糖等都是可供人畜食用的粮食、 油料或以粮食为原料的产品；我国人口众多，发 酵产品品种和产量与日俱增，每年都消耗大量粮 食、油料和蛋白质原料。
淀粉生产举例
• 玉米淀粉
• 小麦淀粉
• 大米 • 薯类
– 蛋白质含量低、多酚类物质易褐变 – 发芽含毒素 – 贮存困难
直链淀粉结构
CH20H 0H
0 0
CH20H 0H
0 0 0H n
CH20H 0H
0 0H 0H
0H
0H
直链淀粉是由不分支的葡萄糖所构成,葡萄糖分子间以 α-1,4-糖苷键聚合而成,呈链状结构,聚合度约100～ 600之间,它的水悬浮液加热时,不产生糊精,而以胶体 状态溶解,遇碘反应是纯蓝色。
（1）淀粉水解是在酶的作用下进行的，酶解的反应条件 比较温和。
（2）微生物作用的专一性强，淀粉的水解副反应少，因 而水解糖液纯度高，淀粉的转化率高。
（3）可在较高淀粉乳浓度下水解。 （4）由于微生物酶制剂中菌体细胞的自溶，糖液的营养 物质较丰富，这就使发酵培养基的组成可加以简化。
（5）用酶法制得的糖液颜色浅、较纯净、无苦味、质量 高，有利于糖液的精制。
4、水
1、是微生物细胞的重要组成部分，占生活细胞总
重量的90%左右。 2、细胞内进行的生理生化反应都以水作为介质，水 还是某些代谢反应的直接参与者。 3、营养物质的吸收和代谢产物的分泌必须通过水作 为媒介来完成。 4、有效控制细胞内的温度变化。
5、矿质元素(无机盐)
凡生长所需浓度在10-3～10-4mo1/L范围内 的元素称为大量元素，包括P、S、K、Na、 Ca、Mg、Fe； 凡生长所需浓度需浓度为10-6～10-8mo1/L 范围内的元素，称为微量元素，包括Cu、Zn、 Mn、Mo、Co、B等10余种。
直链和支链淀粉结 构
淀粉的碘反应：淀粉-碘复合物
链长
45以上 40 36 31 12 9以下
螺旋数
8 7 6 5 2 1.5
呈色反应
蓝 蓝紫 紫 红 浅红 无色
（葡萄糖残基数）
糖化过程 淀粉吸水溶胀 糊化过程 糖化过程 工艺要点 糊化 液化(加酶) 糖化(加酶) 终点判定 过程控制
淀粉的特性 淀粉没有还原性，也没有甜味，不溶于冷水、酒精、醚等有机 溶剂中。淀粉在热水中能吸收水分而膨胀，最后淀粉粒破裂， 淀粉分子溶解于水中形成带有粘性的淀粉糊，这个过程称为糊 化。 糊化过程： 第一阶段:淀粉缓慢地可逆地吸收水分,淀粉颗粒已有些微膨胀。 第二阶段:当温度升到大约65 ℃时,淀粉颗粒经过不可逆地突然 很快地吸收大量水分后,膨胀粘度增加很大。 第三阶段:当温度继续升高,淀粉颗粒变成无形空囊,可溶性淀粉 浸出,成为半透明的均质胶体。
过滤→ 低糖 →阳离子交换柱→阴离子交换柱→三效 浓缩蒸发→高糖
双酶法制糖工艺
◆葡萄糖的理论收率
(C6H10O5)n+nH2O →nC6H12O6
162 18 180
理论收率是111.11%
◆葡萄糖的实际收率 实际收率 = 投入淀粉量(m) × 淀粉含量(ωc’) 糖液体积(V) × 糖液葡萄糖含量(ωc) ×100%
培养基）
2.依培养基制成的形式分：
①液体培养基； ②固体培养基；
3.依培养基主要成分和使用目的来分
①基础培养基 ②完全培养基 ③鉴别培养基 ④选择培养基
4.根据生产工艺来分
①孢子培养基 ②种子培养基 ③发酵培养基
附：培养基配方举例
三、发酵培养基的选择
发酵培养基的用途与要求、成分、配比经实 验确定，配制时兼顾原料来源、成本及工艺管理；
微生物细胞中的物质组成
有机物：蛋白质、糖、脂、核酸、维生素。
灰分 水——细胞干重的70%~90%。
水是微生物及一切生物细胞中含量最多的成分。 微生物细胞的含水量随种类和生长期而异。通常 情况下，细菌含水量为细胞鲜重的75%～85%， 酵母菌为70%～85%，丝状真菌为85%～90%， 细菌芽孢和霉菌孢子的含水量约为40%。