发酵工程第三章发酵工业原料及其处理
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空气 空气净化处理
保藏菌种 斜面活化 扩大培养
原料预处理 培养基制备灭菌
种子罐 发酵罐
灭菌
产物分离纯化
成品
发酵工程流程
发酵培养基是啥……？
第三章 发酵工业原料及其处理
生物药物分析教研室 徐茂磊
本章内容
第一节 发酵工业原料的种类和成分 第二节 淀粉水解糖的制备 第三节 发酵培养基灭菌
学习目的和要求
胆碱/（mg/kg）
2750
2440
5 629
3560
1250 -
精氨酸/% 胱氨酸/%
3.2
3.3
0.6
1.0
5 0.4
4.9
0.5
3.3
.
3 0.5
0.8
0.1
1.4
甘氨酸/%
2.4
2.4
7 1.1
3.5
0.9
-
异亮氨酸/%
1.1
0.9
. 0.3
wenku.baidu.com2.0
0.2
1.6
亮氨酸/%
2.5
1.5
3 0.9
3
13
31
2
14
3
灰分/%
5.7
6.5
5 8.8
18.1
16
10
发干 核物 黄酵/素%/（工mg业/kg常） 用93的.206 蛋白94.04质原料主12要55.07有3 黄豆9130..饼61 粉92、.164花生9- 5 饼
粉硫胺、素/（棉mg子/kg饼） 粉2、.4 玉米14浆.3 、蛋白5.胨0.8、8 酵母1.1膏、2鱼2 粉等- 。
一、发酵培养基成分
发酵培养基
提供微生物生长繁殖和生物合成各种代谢产物所需要 的、按一定比例配置的多种营养物质的混合物。
发酵培养基即要有利于微生物的生长繁殖，防 止菌体过早衰老，又要有利于产物的合成。
成分：碳源、氮源、无机盐、生长因子、水等 （前体、产物促进剂和抑制剂）
发酵培养基的要求
培养基能够满足产物最经济的合成
五、发酵生产的前体物质和促进剂、抑制剂
1. 前体
加入到发酵培养基中，能在生物合成过程中直接 被微生物合成到产物分子中去，而其自身的结构并 没有多大变化，却能提高产物产量的小分子物质。 例：青霉素发酵添加玉米浆产量提高
1. 磷酸盐
功能： 磷是细胞膜和某些蛋白质、核酸的组成成分 磷具有活化糖类分子的作用 磷是能量载体ATP的组成成分 磷酸盐在培养基中还具有缓冲作用
微生物对磷的需要量一般为0.005～0.01mol/L 常用K3PO4、Na2HPO4 、NaH2PO4
2. 硫酸镁（硫元素、镁元素）
Mg2+是许多重要酶（如己糖磷酸化酶、异柠 檬酸脱氢酶、羧化酶等）的激活剂。
无泛 尼酸 克机/酸（/m（氮gm/kg源g/k）g包） 括12氨41.5 水，4- 4尿素，硝59酸7834盐..66 。
9 31.4
23.2 297 -
各吡 生哆 物种素醇//（原（mmg料g//kkgg应）） 注--意进行-- 选择，对0.发109.8酵.84 影响1- 4.较7 大--。
-
4. 微量元素
微生物生长所需浓度在10-8-10-6 mol/L范围内 需量微少，但又不可缺少 一般作为碳、氮源的农副产物天然原料中， 本身含有，不必另加 某些金属离子，特别是汞离子和铜离子，具 有明显的毒性
使用注意
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
(NH4)2SO4 → 2NH3 + 2H2SO4 NaNO3 + 8 [H] → NH3 + 2H2O + NaOH
成分
黄豆饼 粉
棉籽饼粉
花
生 饼
玉米浆
粉
鱼粉
酵 米糠 母
膏
蛋白质/%
51.0
41
4 24
72
13
50
碳水化合物/%
-
28
5 5.8
5.0
45
-
脂肪/%
1
1.5
21
1.5
13
0
纤维/%
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。
5. 生长因子（growth factor）
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。 例：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 。 玉米浆、麸皮水解液、糖蜜等
--经
济
发酵后所形成的副产物少
--纯度高
培养基的原料资源丰富，价格低廉，能保证生
产上的供应
--成本低，可靠性高
有利于产品的分离纯化，并尽可能减少“三废”
物质
--易控制，好
处理
二、工业上常用作碳源的原料
作用： 发酵培养基含量远远大于种子培养基
提供微生物合成细胞结构所需碳素，更重要的是 提供目的产物中的碳及合成产物的能源。
Mg2+能提高一些氨基糖苷类抗生素产生菌对 自身所产的抗生素的耐受能力，如卡那霉素、 链霉素、新生霉素等产生菌。
硫存在于细胞的蛋白质中，是含硫氨基酸的 组成成分。
硫构成一些酶的活性基
3. 钾盐
钾不参与细胞结构物质的组成，是许多酶的激活 剂 菌体生长所需钾量约为0.1 g/L KH2PO4、 K2HPO4
4.5
0.4
5.5
赖氨酸/%
3.4
2.2
4 0.1
6.8
0.6
6.2
甲硫氨酸/%
2.9
1.6
8 0.2
6.8
0.5
6.5
四、发酵培养基中的无机盐和生长因子
无机盐
主要功能：构成菌体成分，作为酶的组成部 分或维持酶的活性，调节渗透压、pH、氧化 还原电位等。
大量元素（P、S、K、Mg、Ca） 微量元素（Cu、Zn、Mn、Mo、Co）
掌握：发酵培养基的成分及优化方法；
淀粉水解糖的制备工艺
熟悉：熟悉发酵培养基灭菌原理及方法 了解：了解发酵培养基灭菌工艺
第一节 发酵工业原料的种类和成分
一、发酵培养基成分 二、工业上常用作碳源的原料 三、工业上常用作氮源的原料 四、发酵培养基中的无机盐和生长因子 五、发酵生产的前体物质和促进剂、抑制剂等
来源：
糖类（淀粉，淀粉水解糖，糖蜜）、油脂、有机 酸、正烷烃
淀粉质原料
微生物能否直 接利用淀粉作
原料？
含淀粉较高，来源广泛，价格便宜，淀粉质 原料及水解液是发酵工业常用的碳源。
主要有工业淀粉、谷类、薯类等。
工业淀粉包括玉米淀粉、小麦淀粉、甘薯淀 粉等，谷类包括大米、高粱、大麦和小麦， 薯类则包括甘薯、马铃薯和木薯等。
三、工业上常用作氮源的原料
构成菌体构成菌体细胞物质（氨基酸、蛋白质、 核酸等）和含氮产物的氮素来源。
氮源物质在发酵培养基基中的含量因发酵目的产 物不同而不同。
分为无机氮源（速效氮源）与有机氮源
无机氮源被菌体作为氮源利用后，在培养液中留下酸 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，如硫酸铵；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。
保藏菌种 斜面活化 扩大培养
原料预处理 培养基制备灭菌
种子罐 发酵罐
灭菌
产物分离纯化
成品
发酵工程流程
发酵培养基是啥……？
第三章 发酵工业原料及其处理
生物药物分析教研室 徐茂磊
本章内容
第一节 发酵工业原料的种类和成分 第二节 淀粉水解糖的制备 第三节 发酵培养基灭菌
学习目的和要求
胆碱/（mg/kg）
2750
2440
5 629
3560
1250 -
精氨酸/% 胱氨酸/%
3.2
3.3
0.6
1.0
5 0.4
4.9
0.5
3.3
.
3 0.5
0.8
0.1
1.4
甘氨酸/%
2.4
2.4
7 1.1
3.5
0.9
-
异亮氨酸/%
1.1
0.9
. 0.3
wenku.baidu.com2.0
0.2
1.6
亮氨酸/%
2.5
1.5
3 0.9
3
13
31
2
14
3
灰分/%
5.7
6.5
5 8.8
18.1
16
10
发干 核物 黄酵/素%/（工mg业/kg常） 用93的.206 蛋白94.04质原料主12要55.07有3 黄豆9130..饼61 粉92、.164花生9- 5 饼
粉硫胺、素/（棉mg子/kg饼） 粉2、.4 玉米14浆.3 、蛋白5.胨0.8、8 酵母1.1膏、2鱼2 粉等- 。
一、发酵培养基成分
发酵培养基
提供微生物生长繁殖和生物合成各种代谢产物所需要 的、按一定比例配置的多种营养物质的混合物。
发酵培养基即要有利于微生物的生长繁殖，防 止菌体过早衰老，又要有利于产物的合成。
成分：碳源、氮源、无机盐、生长因子、水等 （前体、产物促进剂和抑制剂）
发酵培养基的要求
培养基能够满足产物最经济的合成
五、发酵生产的前体物质和促进剂、抑制剂
1. 前体
加入到发酵培养基中，能在生物合成过程中直接 被微生物合成到产物分子中去，而其自身的结构并 没有多大变化，却能提高产物产量的小分子物质。 例：青霉素发酵添加玉米浆产量提高
1. 磷酸盐
功能： 磷是细胞膜和某些蛋白质、核酸的组成成分 磷具有活化糖类分子的作用 磷是能量载体ATP的组成成分 磷酸盐在培养基中还具有缓冲作用
微生物对磷的需要量一般为0.005～0.01mol/L 常用K3PO4、Na2HPO4 、NaH2PO4
2. 硫酸镁（硫元素、镁元素）
Mg2+是许多重要酶（如己糖磷酸化酶、异柠 檬酸脱氢酶、羧化酶等）的激活剂。
无泛 尼酸 克机/酸（/m（氮gm/kg源g/k）g包） 括12氨41.5 水，4- 4尿素，硝59酸7834盐..66 。
9 31.4
23.2 297 -
各吡 生哆 物种素醇//（原（mmg料g//kkgg应）） 注--意进行-- 选择，对0.发109.8酵.84 影响1- 4.较7 大--。
-
4. 微量元素
微生物生长所需浓度在10-8-10-6 mol/L范围内 需量微少，但又不可缺少 一般作为碳、氮源的农副产物天然原料中， 本身含有，不必另加 某些金属离子，特别是汞离子和铜离子，具 有明显的毒性
使用注意
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
(NH4)2SO4 → 2NH3 + 2H2SO4 NaNO3 + 8 [H] → NH3 + 2H2O + NaOH
成分
黄豆饼 粉
棉籽饼粉
花
生 饼
玉米浆
粉
鱼粉
酵 米糠 母
膏
蛋白质/%
51.0
41
4 24
72
13
50
碳水化合物/%
-
28
5 5.8
5.0
45
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脂肪/%
1
1.5
21
1.5
13
0
纤维/%
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。
5. 生长因子（growth factor）
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。 例：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 。 玉米浆、麸皮水解液、糖蜜等
--经
济
发酵后所形成的副产物少
--纯度高
培养基的原料资源丰富，价格低廉，能保证生
产上的供应
--成本低，可靠性高
有利于产品的分离纯化，并尽可能减少“三废”
物质
--易控制，好
处理
二、工业上常用作碳源的原料
作用： 发酵培养基含量远远大于种子培养基
提供微生物合成细胞结构所需碳素，更重要的是 提供目的产物中的碳及合成产物的能源。
Mg2+能提高一些氨基糖苷类抗生素产生菌对 自身所产的抗生素的耐受能力，如卡那霉素、 链霉素、新生霉素等产生菌。
硫存在于细胞的蛋白质中，是含硫氨基酸的 组成成分。
硫构成一些酶的活性基
3. 钾盐
钾不参与细胞结构物质的组成，是许多酶的激活 剂 菌体生长所需钾量约为0.1 g/L KH2PO4、 K2HPO4
4.5
0.4
5.5
赖氨酸/%
3.4
2.2
4 0.1
6.8
0.6
6.2
甲硫氨酸/%
2.9
1.6
8 0.2
6.8
0.5
6.5
四、发酵培养基中的无机盐和生长因子
无机盐
主要功能：构成菌体成分，作为酶的组成部 分或维持酶的活性，调节渗透压、pH、氧化 还原电位等。
大量元素（P、S、K、Mg、Ca） 微量元素（Cu、Zn、Mn、Mo、Co）
掌握：发酵培养基的成分及优化方法；
淀粉水解糖的制备工艺
熟悉：熟悉发酵培养基灭菌原理及方法 了解：了解发酵培养基灭菌工艺
第一节 发酵工业原料的种类和成分
一、发酵培养基成分 二、工业上常用作碳源的原料 三、工业上常用作氮源的原料 四、发酵培养基中的无机盐和生长因子 五、发酵生产的前体物质和促进剂、抑制剂等
来源：
糖类（淀粉，淀粉水解糖，糖蜜）、油脂、有机 酸、正烷烃
淀粉质原料
微生物能否直 接利用淀粉作
原料？
含淀粉较高，来源广泛，价格便宜，淀粉质 原料及水解液是发酵工业常用的碳源。
主要有工业淀粉、谷类、薯类等。
工业淀粉包括玉米淀粉、小麦淀粉、甘薯淀 粉等，谷类包括大米、高粱、大麦和小麦， 薯类则包括甘薯、马铃薯和木薯等。
三、工业上常用作氮源的原料
构成菌体构成菌体细胞物质（氨基酸、蛋白质、 核酸等）和含氮产物的氮素来源。
氮源物质在发酵培养基基中的含量因发酵目的产 物不同而不同。
分为无机氮源（速效氮源）与有机氮源
无机氮源被菌体作为氮源利用后，在培养液中留下酸 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，如硫酸铵；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。