第四章 发酵工业培养基及原料处理
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例：地衣芽孢杆菌生产α-淀粉酶
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 α-淀粉酶 0 0 38.2 40.2
三、氮源
功能：氮源物质构成菌体细胞结构物质（氨基酸、蛋 白质、核酸）；为微生物提供能源；合成含氮的代谢 产物。 常用的氮源分为两类：无机氮源和有机氮源。
第一节 发酵营养基质的组成
培养基定义： 是指利用人工方法配制的供微生物、植物和动物 细胞生长繁殖或积累代谢产物的各种营养物质的 混合物。 除了包含微生物生长繁殖所必须的碳源、氮 用途： 源、能源、无机盐、生长因子和水等营养成 主要用于微生物等的分离、培养、鉴定以及 分，有的还含有某些前体、产物促进剂和抑 菌种保藏等方面。
红霉素--- ---丙酸、丙醇、丙酸盐、乙酸盐
……
16
七、促进剂和抑制剂
1、促进剂：并不是前体或营养物质，但却能提高产量的物质 。 作用方式： 或影响微生物正常代谢；或促进中间产物的累 积；或提高次级代谢产物量。
1. 无机氮源
• 主要包括氨水、铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐等。其被利 用速度及吸收速度均快于有机氮源，也被称为速效氮 源。一般情况下作为辅佐氮源。 • 生理酸性氮源和生理碱性氮源常被用来做发酵过程中 培养基pH调节的一种有效手段。
2. 有机氮源
污水污泥
• 主要成分复杂的工农业下脚料，包括豆粉 、玉米粉、豆饼、鱼粉、蚕蛹粉、酿酒工 业的酒糟等。
New Biofuel technology using sunlight and micro-organisms could change the industry
二、碳源
功能：碳源物质是组成培养基的主要成分 之一，因为碳源物质在微生物细胞中的含 量很高。占细胞干物质50%。 碳源物质为细胞提供能量 、组成菌体细胞
第四章 发酵工业培养基 及原料处理
黄小龙
农学院生物技术系
• 发酵工业培养基是工业发酵微生物生长
和分泌发酵产物的营养基质。
• 发酵工业培养基的设计、原料处理和配 制是发酵工程的重要操作单元之一。
本章主要内容
• 第一节 发酵营养基质的组成
• 第二节 工业发酵中营养基质的种类
• 第三节 培养基的设计和优化 • 第四节 原料的选择及工业发酵中 重要营养基质的配制方法
功能：生长因子为微生物必不可少的物质，一般为小分子 有机物，需求量很小。 • 包括：维生素、碱基等。维生素中需求量最大的为B族维 生素，多为生化代谢中的辅酶。
• 一般不需要单独添加。天然原料（玉米浆、糖蜜、豆饼水 ）及实验室培养基（酵母膏）等都已经含有。
• 应用实例：
• 生物素——合成生物质膜的重要辅酶，不足会造成细胞膜 不完整，细胞内容物的渗漏。添加亚适量（5mg/L），可 即使菌体生长少受抑制也可以使过多的谷氨酸因外泄而源 源不断地合成。
• 玉米浆：一般含10%左右的乳酸，pH值在 4左右，一般用于抗生素发酵。
• 尿素（脲） ：抗生素和氨基酸发酵，尤其 是谷氨酸的生产。能分泌脲酶的微生物才 能利用。氮含量高达50%，但是营养成分 单一。 • 蛋白胨（动物组织和植物水解制备）：实 验室用有机氮源。
鱼粉
酒糟
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四、无机盐及微量元素
功能：构成菌体的成分；酶的组成部分或其激活 剂、抑制剂；调节渗透压、菌体内部pH以及氧化 还原电位等等。 • 大量元素（0.1～1mM），包括P、S、K、Mg 、 Ca、Na、Fe，常常以盐的形式加入培养基。如： 磷酸盐，钾盐，镁盐，钙盐等。 • 微量元素（0.01 ～ 1mM），包括Cu、Zn、Mn、 Mo和Co等，Co是发酵微生物 B12 的激活剂。
糖 蜜
成分的碳架、构成代谢产物。
常用的碳源物质:
糖类、脂类、有机酸、低碳醇。
淀 粉
⃰葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖、糊精、淀粉等糖类
物质，是细菌、放线菌、霉菌、酵母利用的碳源。其中， 葡萄糖是碳源中最容易利用的单糖，几乎所有微生物都能 利用葡萄糖。
⃰其他糖类：蔗糖、麦芽糖、乳糖等双糖也是常用的碳源。
常用于抗生素、氨基酸、酶类的发酵。
六、前体物质
• 前体物质指添加到培养基中的物质，并不促进微 生物生长，而是直接经微生物的生物合成过程结 合到产物分子上去，其自身结构基本不变，而产 物产量却因此提高。
– 可看作是一种底物。 – 过量则对菌体有毒！方式：流加。
例子：最早在青霉素发酵中发现前体物质。发现添加玉米 浆可提高青霉素G的含量，深入研究发现玉米浆含有苯乙 酸，苯乙酸是青霉素G的侧链，即苯乙酸是青霉素G发酵的 前体物质。 不同青霉素的侧链不同： 青霉素V--- ---苯氧乙酸 链霉素--- ---肌醇、甲硫氨酸、精氨酸
制剂等。
工业发酵培养基 ??
一、能源
功能：微生物生长、繁殖、合成、分 解、运动、热的产生等，即微生物的 一切行为都需要消耗能源。 • 光能------光能自养菌的能源。如：小 球藻、螺旋藻利用光能生产单细胞蛋 白；嗜盐藻利用光能生产甘油、β-胡 罗卜素和单细胞蛋白等。 • 氢、硫、氨、亚硝酸盐、亚铁盐-----化能自养微生物的能源。如：细菌炼 铜所使用的氧化亚铁硫杆菌，将亚铁 盐作为能源。 • 碳水化合物等有机物，石油天然气和 石油化工产品------异养微生物能源， 同时也是碳源物质。
例：铁离子
青霉素发酵中，铁离子的浓度要小于20μg/ml 发酵罐必须进行表面处理. 此外、使用时注意盐的形式（pH的变化）
Hale Waihona Puke Baidu
例：黑曲酶NRRL-330 生产α-淀粉酶，P对酶活的影响
pH 4.25 5.45 4.62 酶活 120U 30U 75U
不加 加 K2HPO4 加 KH2PO4
五、生长因子
⃰多糖 如淀粉和纤维素。淀粉还可以克服葡萄糖代谢过快
的弊病，并且价格低廉，来源丰富。
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⃰酯类：如植物油，动物油等脂类，具备较活跃的脂肪酶的
微生物可利用脂类为碳源。
⃰有机酸：有机酸或他们的盐类或醇类能做为碳源。pH会
有变化。
⃰烃类：碳酸气、石油、正构石蜡、天然气、甲醇、乙醇等
石油化工产品，也是许多微生物碳源。如：嗜甲烷棒状杆 菌利用甲醇为碳源产生单细胞蛋白；乳糖发酵短杆菌，以 乙醇为碳源生产谷氨酸。
例：地衣芽孢杆菌生产α-淀粉酶
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 α-淀粉酶 0 0 38.2 40.2
三、氮源
功能：氮源物质构成菌体细胞结构物质（氨基酸、蛋 白质、核酸）；为微生物提供能源；合成含氮的代谢 产物。 常用的氮源分为两类：无机氮源和有机氮源。
第一节 发酵营养基质的组成
培养基定义： 是指利用人工方法配制的供微生物、植物和动物 细胞生长繁殖或积累代谢产物的各种营养物质的 混合物。 除了包含微生物生长繁殖所必须的碳源、氮 用途： 源、能源、无机盐、生长因子和水等营养成 主要用于微生物等的分离、培养、鉴定以及 分，有的还含有某些前体、产物促进剂和抑 菌种保藏等方面。
红霉素--- ---丙酸、丙醇、丙酸盐、乙酸盐
……
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七、促进剂和抑制剂
1、促进剂：并不是前体或营养物质，但却能提高产量的物质 。 作用方式： 或影响微生物正常代谢；或促进中间产物的累 积；或提高次级代谢产物量。
1. 无机氮源
• 主要包括氨水、铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐等。其被利 用速度及吸收速度均快于有机氮源，也被称为速效氮 源。一般情况下作为辅佐氮源。 • 生理酸性氮源和生理碱性氮源常被用来做发酵过程中 培养基pH调节的一种有效手段。
2. 有机氮源
污水污泥
• 主要成分复杂的工农业下脚料，包括豆粉 、玉米粉、豆饼、鱼粉、蚕蛹粉、酿酒工 业的酒糟等。
New Biofuel technology using sunlight and micro-organisms could change the industry
二、碳源
功能：碳源物质是组成培养基的主要成分 之一，因为碳源物质在微生物细胞中的含 量很高。占细胞干物质50%。 碳源物质为细胞提供能量 、组成菌体细胞
第四章 发酵工业培养基 及原料处理
黄小龙
农学院生物技术系
• 发酵工业培养基是工业发酵微生物生长
和分泌发酵产物的营养基质。
• 发酵工业培养基的设计、原料处理和配 制是发酵工程的重要操作单元之一。
本章主要内容
• 第一节 发酵营养基质的组成
• 第二节 工业发酵中营养基质的种类
• 第三节 培养基的设计和优化 • 第四节 原料的选择及工业发酵中 重要营养基质的配制方法
功能：生长因子为微生物必不可少的物质，一般为小分子 有机物，需求量很小。 • 包括：维生素、碱基等。维生素中需求量最大的为B族维 生素，多为生化代谢中的辅酶。
• 一般不需要单独添加。天然原料（玉米浆、糖蜜、豆饼水 ）及实验室培养基（酵母膏）等都已经含有。
• 应用实例：
• 生物素——合成生物质膜的重要辅酶，不足会造成细胞膜 不完整，细胞内容物的渗漏。添加亚适量（5mg/L），可 即使菌体生长少受抑制也可以使过多的谷氨酸因外泄而源 源不断地合成。
• 玉米浆：一般含10%左右的乳酸，pH值在 4左右，一般用于抗生素发酵。
• 尿素（脲） ：抗生素和氨基酸发酵，尤其 是谷氨酸的生产。能分泌脲酶的微生物才 能利用。氮含量高达50%，但是营养成分 单一。 • 蛋白胨（动物组织和植物水解制备）：实 验室用有机氮源。
鱼粉
酒糟
11
四、无机盐及微量元素
功能：构成菌体的成分；酶的组成部分或其激活 剂、抑制剂；调节渗透压、菌体内部pH以及氧化 还原电位等等。 • 大量元素（0.1～1mM），包括P、S、K、Mg 、 Ca、Na、Fe，常常以盐的形式加入培养基。如： 磷酸盐，钾盐，镁盐，钙盐等。 • 微量元素（0.01 ～ 1mM），包括Cu、Zn、Mn、 Mo和Co等，Co是发酵微生物 B12 的激活剂。
糖 蜜
成分的碳架、构成代谢产物。
常用的碳源物质:
糖类、脂类、有机酸、低碳醇。
淀 粉
⃰葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖、糊精、淀粉等糖类
物质，是细菌、放线菌、霉菌、酵母利用的碳源。其中， 葡萄糖是碳源中最容易利用的单糖，几乎所有微生物都能 利用葡萄糖。
⃰其他糖类：蔗糖、麦芽糖、乳糖等双糖也是常用的碳源。
常用于抗生素、氨基酸、酶类的发酵。
六、前体物质
• 前体物质指添加到培养基中的物质，并不促进微 生物生长，而是直接经微生物的生物合成过程结 合到产物分子上去，其自身结构基本不变，而产 物产量却因此提高。
– 可看作是一种底物。 – 过量则对菌体有毒！方式：流加。
例子：最早在青霉素发酵中发现前体物质。发现添加玉米 浆可提高青霉素G的含量，深入研究发现玉米浆含有苯乙 酸，苯乙酸是青霉素G的侧链，即苯乙酸是青霉素G发酵的 前体物质。 不同青霉素的侧链不同： 青霉素V--- ---苯氧乙酸 链霉素--- ---肌醇、甲硫氨酸、精氨酸
制剂等。
工业发酵培养基 ??
一、能源
功能：微生物生长、繁殖、合成、分 解、运动、热的产生等，即微生物的 一切行为都需要消耗能源。 • 光能------光能自养菌的能源。如：小 球藻、螺旋藻利用光能生产单细胞蛋 白；嗜盐藻利用光能生产甘油、β-胡 罗卜素和单细胞蛋白等。 • 氢、硫、氨、亚硝酸盐、亚铁盐-----化能自养微生物的能源。如：细菌炼 铜所使用的氧化亚铁硫杆菌，将亚铁 盐作为能源。 • 碳水化合物等有机物，石油天然气和 石油化工产品------异养微生物能源， 同时也是碳源物质。
例：铁离子
青霉素发酵中，铁离子的浓度要小于20μg/ml 发酵罐必须进行表面处理. 此外、使用时注意盐的形式（pH的变化）
Hale Waihona Puke Baidu
例：黑曲酶NRRL-330 生产α-淀粉酶，P对酶活的影响
pH 4.25 5.45 4.62 酶活 120U 30U 75U
不加 加 K2HPO4 加 KH2PO4
五、生长因子
⃰多糖 如淀粉和纤维素。淀粉还可以克服葡萄糖代谢过快
的弊病，并且价格低廉，来源丰富。
7
⃰酯类：如植物油，动物油等脂类，具备较活跃的脂肪酶的
微生物可利用脂类为碳源。
⃰有机酸：有机酸或他们的盐类或醇类能做为碳源。pH会
有变化。
⃰烃类：碳酸气、石油、正构石蜡、天然气、甲醇、乙醇等
石油化工产品，也是许多微生物碳源。如：嗜甲烷棒状杆 菌利用甲醇为碳源产生单细胞蛋白；乳糖发酵短杆菌，以 乙醇为碳源生产谷氨酸。