第三章 工业培养基

3.发酵培养基 目的：提供菌体生长繁殖，产物合成的营养 成分：完整，但不是很丰富
例子：
谷氨酸发酵生产
种子培养基
斜面培养基
种子培养基
谷氨酸发酵生产流程图
发酵培养基
（1）斜面培养基成分为：葡萄糖0.1%，蛋白胨 1%，牛肉膏0.5%，食盐5%，琼脂2%，ph7.0 （2）一级种子培养基成分为：葡萄糖2.5%，尿素 0.5%，玉米浆 3%，硫酸镁0.04%，磷酸氢二钾 0.1%，硫酸铁2%，硫酸锰2%，pH6.8-7.0。 （3）二级种子培养基成分为：水解糖2.5%，尿 素0.4，玉米浆3%，磷酸氢二钾0.15%；硫酸镁 0.05%，硫酸锰2%， pH6.8-7.0。 （4）发酵培养基成分为：水解糖2.5%；尿素 0.6%，玉米浆0.6%，磷酸二氢钾0.17%，氯化钾 0.03%，硫酸镁0.06%，硫酸锰2%，pH6.7-7.0。
2.培养基的配制
改变培养基pH 改变培养基黏度
3.灭菌
蒸汽压力越大或灭菌时间越长，营养成分破坏越多
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
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
1、无机氮源 种类：氨盐、硝酸盐和氨水
特点： 吸收快 引起pH的变化 如： (NH4)2SO4 → 2NH3 + 2H2SO4 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、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G：分子量356
苯乙酸:分子量136
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%
三、按用途（从发酵生产应用考虑） 培养基按其用途可分为三种 斜面培养基 种子培养基 发酵培养基
1.斜面培养基
目的：使菌种迅速生长
成分：因菌种不同而异
例子： 链霉素产生菌灰色链霉菌的培养往往以 能产生大量孢子的培养基为易。 一般在葡萄糖-硝酸盐的培养基较好。
2.种子培养基
目的：为获得一定质、量的菌种提供营养 成分：营养丰富，与发酵培养基接近
第二节 工业培养基的成分及来源
一、碳源 1、作用 a.提供微生物菌种的生长繁殖所需 的碳成分
b.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 其他碳氢化合物
3、工业上常用的糖类
a. 葡萄糖 b. 糊精、淀粉及其水解物 c.糖蜜(蔗糖、乳糖、麦芽糖)
3、工业上常用的糖类 a. 葡萄糖 所有的微生物都能利用葡萄糖 工业上常用的葡萄糖由淀粉水解制备
半合成培养基
蛋白胨 牛肉膏 花生油 NaCl 水 pH 10g 5g 10g 10g 1000mL 7.2
二、按状态
1.固体培养基 2.半固体培养基 3.液体培养基
固体培养基:主要适合于菌种和孢子的培养 和保存
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% 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、无机盐及微量元素
1、作用：各种不一样 Na+维持细胞渗透压的功能 K+影响细胞膜的透性 Ca2+调节细胞透性，发酵液中磷酸盐含量 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
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
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： 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，少量糖类、 脂肪。 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
例：地衣牙孢杆菌生产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 细胞浓度（OD值） 4.2 4.02 3.06 3.09 α-淀粉酶 0 0 38.2 40.2
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
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。
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， 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。
第一节 培养基的类型及功能 第二节 工业培养基的成分及来源 第三节 影响工业培养基质量的因素
第一节 培养基的类型及功能 培养基按其组成物质的成分了解状 况、状态、用途可分为三大类型
一、成分了解程度分
1.天然培养基: 采用天然原料 2.合成培养基 : 原料其化学成分明确、稳定 3.半合成培养基 : 部分原料其化学成分明确
第三章：工业培养基
回顾：
六大营养要素：
碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐 和水
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。
工业培养基的作用：
1）满足菌体的生长 2）促进产物的形成
工业培养基的要求： ① 满足产物最经济的合成。 ② 副产物尽可能的少 ③ 原料应因地制宜，价格低廉；且性能稳定， 资源丰富
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
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 pH 4.25 5.45 4.62 酶活 120分钟 30分钟 75分钟
不加 加 K2HPO4 加 KH2PO4
四、生长因子、前体和产物促进剂
b.糊精、淀粉及其水解物 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、成分比较复 杂，有直链淀粉和支链淀粉等等。 优点：来源广泛、价格底 难利用，可以解除葡萄糖效应
c.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。
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
如： 螺旋霉素发酵中，培养基中加L-色氨酸，其产量提高， 但是加入L-赖氨酸，螺旋霉素的生物合成就被抑制。
有机氮源选取时也要考虑微生物的同化能力
牛肉膏蛋白胨液体培养基 天然培养基:
优点：来源丰富(大多为农副产品)、价格低廉 缺点：原料质量稳定性差
查氏培养基
NaNO3 K2HPO4 KCl MgSO4 FeSO4 蔗糖 琼脂 水 pH 2g 1g 0.5g 0.5g 0.01g 30g 15-20g 1000ml 自然
合成培养基 :
优点：培养基营养成分明确 缺点：价格较高 应用：适合于研究
重点
1、微生物生长的六大营养要素。 2、生理酸性物质、碱性物质能区分。 3、什么是前体和产物促进剂。 4、无机盐离子的功能要了解。 5、碳源中哪些是单糖要了解。
五、水
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。
第三节 影响工业培养基质量的因素
1.原料质量来自百度文库 2.培养基的配制工艺 3.灭菌 4.其他
原料质量 原材料、水往往受地域，气候的不同而有所 变化