第四章 培养基

第四章培养基

第一节概述

一、培养基的定义

培养基是提供微生物生长繁殖和生物合成各种代谢产物所需要的、按一定比例配制的多种营养物质的混合物。

培养基的优劣影响

▪菌体繁殖

▪产物的合成

▪产品的分离精制

▪产品的产量和质量

分批发酵工艺：

▪菌种发芽生长

▪扩大菌体繁殖

▪发酵罐内的菌体生长

▪产物合成

二、培养基条件与微生物生理学和形态学的相关性

培养基条件：是指培养基组成、pH值、二价阳离子、阴离子聚合物、表面活性剂和固形物含量。

•碱性培养基中：产黄青霉菌的菌丝体短而粗，易成球状体。

培养基中加海藻酸或甲基纤维素能诱发产黄青霉菌和黑曲霉菌的菌丝体呈丝状体生长。

•二价阳离子促进菌丝体呈球状，用阴离子聚合物可以阻止二价阳离子的影响。

•锰能改变黑曲霉菌细胞壁的成份。

柠檬酸发酵中（黑曲霉菌）和衣康酸发酵中（土曲霉菌），菌丝体为球状体时的产酸最高，而产黄青霉菌发酵青霉素时，丝状体时的产量最高。

•生物素改变细胞膜的通透性，减少反馈抑制。（谷氨酸发酵）

•青霉素抑制G＋菌细胞壁形成，而改变细胞的通透性。

•表面活性剂改变细胞的通透性。（酶制剂发酵）

三、配制工业发酵培养基的一般要求

1.营养物质组成丰富、浓度适当。

2.在一定条件下，各种材料间不能产生生化反应，理化性质相对稳定。

3.粘度适中，具有适当的渗透压

4. 主产物合成达到最高速率，发酵后所形成的副产物尽可能的少。

5.生产过程中既不影响通气与搅拌的效果，又不影响或少影响产物的分离精制和废物处理。

6.大规模生产时要考虑材料的成本。

第二节培养基的成分

一、碳源

凡是用于构成微生物细胞和代谢产物中碳素的营养物质均称为碳源。它既是构成菌体细胞和代谢产物的主要元素，又是提供微生物生命活动中所需能源的原料。

工业常用的碳源

糖类

葡萄糖：葡萄糖、淀粉水解液

蔗糖：甜菜糖蜜、甘蔗糖蜜、粗红糖、精白糖、

乳糖：纯乳糖、乳清粉

淀粉：大麦、大米、燕麦粉、黑麦粉、玉米、野生植物、薯类等

还有脂肪、有机酸和醇、烃类化合物、食品工厂的下脚料等。

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。

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

淀粉

用于抗生素、氨基酸、核苷酸、有机酸、醇、酶制剂等发酵生产

优点：来源广泛、价格低，可解除葡萄糖效应。

缺点：难利用。微生物必须能分泌水解淀粉的酶类，发酵液比较稠、一般>2.0%时加入一定的α-淀粉酶

脂肪

霉菌和放线菌可以用脂肪作为碳源。

发酵过程中加油脂主要是用于消沫和补充碳源。

利用油脂作碳源需要大量的氧，供氧不充分易产生过量有机酸而降低pH值，且油脂贮藏过程易酸败。

有机酸、醇

•主要在单细胞蛋白、氨基酸、维生素和某些抗生素的发酵生产中作为碳源。

•甘油是最常用的补充碳源，常用于抗生素和甾体转化的发酵中，而山梨醇是生物Vc的重要中间体。

碳氢化合物（各种烃类）

多为各种石油产品，已在单细胞蛋白、氨基酸、核甘酸、有机酸、维生素、酶类、糖类、某些抗生素发酵中应用。最常用效果最好是正十六烷。

裂烃棒状菌RT的抗青霉素突变株用正十六烷生产谷氨酸，可达每升84g/L。

用正十六烷和正十四烷生产α-酮戊二酸、柠檬酸、VB12等。

常用的烃有甲烷、乙烷、丁烷、C12-C20等各种烷烃。

二、氮源

是指构成微生物细胞和代谢产物中的氮素的营养物质。其主要功能是构成微生物菌体的细胞物质（如氨基酸、蛋白质、核算等）和含氮的代谢产物。主要分为有机氮源和无机氮源。

1.有机氮源：

蛋白胨：多由动物组织或植物水解制备

黄豆饼粉：全脂、低脂、脱脂三类

棉籽饼粉：低温提取油脂、高温提取油脂，青霉素生产等

玉米浆：玉米淀粉生产的副产物，干玉米浆和液态玉米浆，含可溶性蛋白、生长因子（生物素），硫、磷、微量元素等

酵母粉：含蛋白质，氨基酸、维生素等，来自啤酒酵母和面包酵母

尿素：相对单一，流加时温度不宜过高，否则游离氨过多，使pH升高，一般在培养基冷却后加入。

含有丰富的蛋白质、肽类、游离的氨基酸

含有少量的糖类、脂肪、无机盐和生长因子等。

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。

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

有机氮源成分复杂可以从多个方面对发酵过程进行影响，而另一方面有机氮源的来源具有不稳定性。所以在有机氮源选取时和使用过程中，必须考虑原料的波动对发酵的影响，经常需要摇瓶小试。

2.无机氮源

铵盐、硫酸铵、硝酸盐和氨水：成分单一，质量较稳定

铵盐中的氮与细胞中的有机氮化合物中的氮处于相同的氧化水平，可被菌体直接吸收利用。硝酸盐中的氮原子必先还原成氨后，才能被菌体吸收利用。

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：（书本P69）

所以选择合适的无机氮源有两层意义：