微生物工程：第三部分 培养基制备、灭菌及其相关设备 (2)

不用加工方法对甘蔗糖蜜的影响
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 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
控制生物素添加量使菌种生产Glu 高浓度bio增强羧化酶活性，促进羧化反应利于菌体合成。
低浓度bio降低裂解酶活性，使菌体生长后关闭乙醛酸循 环，使底物流向Glu合成，低浓度bio使膜磷脂合成缺陷， 增加膜通透性，利于Glu胞外分泌，解除反馈调节，利于 Glu合成并大量积累。
综合策略：在菌体生长期保证生物素充足，在产
2、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。
酸期控制生物素亚适量
谷氨酸棒状杆菌生产α-酮戊二酸 1 筛选谷氨酸脱氢酶缺陷型的突变株 2 筛选α-酮戊二酸结构和顺乌头酸类似物的
抗性突变株 3 生物素调控
第三部分 培养基制备、灭菌及其相关设备
第六章 培养基成分及设计 第七章 培养基物料处理和制备 第八章 培养基及设备的灭菌
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。
第六章 培养基成分及设计
一 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
1、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
工业上常用的糖类
① 小分子糖
➢ 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
不同的制糖工艺生产的糖液质量差别很大
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。
反
酸脱氢酶活性微弱
馈 抑
•谷氨酸脱氢酶的活力很强
制
谷氨酸合成的代谢调控
Glu产生菌主要生理生化特性 需氧，生物素缺陷型bio-,有醛酸循环，羧化酶活性强 （bio作为辅酶），柠檬酸、异柠檬酸、谷氨酸脱氢酶活 性高，Glu合成中存在正常反馈阻遏和反馈抑制。菌体细 胞膜通透性差，不利于Glu胞外分泌。
3、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
二 发酵培养基的成分及来源
1、碳源 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 来源 糖类、油脂(藻类,酵母)、有机酸、正烷烃(石油烃降 解菌 )
注意事项
• 细菌,碳源浓度超过5%,脱水 • 酵母或霉菌,高达200g/L • 碳分解代谢物阻遏
2、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。 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：
细胞量 4.2 4.02 3.06 3.09
α-淀粉酶 0 0
38.2 40.2
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
④植物油和动物油
能利用脂类的微生物，具有比较活跃的脂肪酶 一般糖类物质缺乏才利用脂类物质 消耗的氧量增加
(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。
• 反馈调节
Glc
CO2 AC-coA
丙酮酸 羧化酶
CO2 草酰乙酸
合成酶 柠檬酸
反
顺乌头酸
馈
阻 遏
异柠檬酸
脱氢酶
α-酮戊二酸 谷氨酸 脱氢酶
Glu
•柠檬酸合成酶除受能荷调节外， 天门冬氨酸 还受谷氨酸的反馈阻遏和顺乌
（Asp） 头酸的反馈抑制
•谷氨酸对谷氨酸脱氢酶存在着 反馈抑制和反馈阻遏
•在谷氨酸产生菌中，α-酮戊二
⑤非粮食生物质的转化
农业：农作物废弃物
林业：木材废弃物，森林疏伐，灌木处理
组成：纤维素、半纤维素、木质素
生物质将为未来世界不断地提供可再生能源和材料。美国能源部 提出到2030年生物质要为美国提供5%的电力、20%的运输燃料 和25%的化学品，相当于当前石油消耗量的30%，每年需要用10 亿吨干生物质原料，是当前消耗量的5倍。要达到此目标，廉价 原料的持续供应是关键。农作物废弃物生物质可作为近期生产燃 料和化学品的纤维素原料。但是，必须要开发一个综合的原料供 应系统，以合理的价格提供原料。
发酵培养基的作用：
➢ 满足菌体的生长 ➢ 促进产物的形成
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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。
③ 淀粉、糊精及其水解液
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、价格底 难利用，可以解除葡萄糖效应
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