培养基及其制备.ppt

对于大规模发酵生产，除考虑上述细胞的需要外，还必 须重视培养基原料的价格和来源。
Q：能作为发酵培养基碳源、氮源的物质有哪些？
2019年8月29
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培养基成分配比的选择
培养基： 组分（包括这些组分的来源和加工方法） 配比 缓冲能力 粘度 消毒后营养破坏的程度 原料的杂质含量
对菌体生长和产物形成有影响。
诱导剂、前体和促进剂：胞外酶合成需要诱导物、有些需要促
进剂20，19年抗8月2生9 素需要前体。
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不同的发酵产物，不同的菌种所选择的发酵培养基是不同的。
白酒 (chinese spirit)发酵：固体发酵培养基；
果酒(fruit spirit)发酵：fruit juice or fruit sauce ；
甲烷(methane)发酵：复杂的有机废物发酵；
抗生素(antibiotic)发酵：淀粉糖化醪(starch mash) +豆饼粉+
麸皮粉； 2019年8月29
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一、工业常用的碳源
葡萄糖：纯葡萄糖、淀粉水解液 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 蔗糖：甜菜糖蜜、甘蔗糖蜜、粗红糖、
等之类的含氮代谢物。可分为有机氮源和无机氮源。功能：构成菌 体成分；作为酶的组成分或维持酶的活性；调节渗透压、PH值、氧 化还原电位等。
无机盐：铅、镁、硫、磷、钾、钠、氯、锌、钴、锰。
特殊生长因子：其功能是构成辅酶的组成分，促进生命活动的 进行。如生物素、硫胺素、肌醇等，但需要量是极少的。
水：体内各种生化作用必须在水溶液中进行。营养物质必须溶 解于水中，才能透过细胞膜被微生物利用。
根据使用目的可分为: （生物）鉴别培养基(differential medium) 选择培养基(selected medium)：
根据形状可分为: 固体培养基（solid medium）： 半固体培养基（semi-solid medium）： 液体培养基（ liquid medium）：
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二、工业常用的氮源
工业生产中常用有机氮源豆饼粉(soybean cake powder)、花生 饼粉(peanut powder)、麸皮或麸皮水解液(bran hydrolysis liquid)、 玉米浆(corn steep liquor)等。
根据：现有的工艺条件
啤酒(beer) 发酵：麦芽汁(wort)液体培养基；
酒精(alcohol)发酵：淀粉糖化醪(starch mash) ；
氨基酸(amino acid)发酵：水解糖液加其他营养成分；
柠檬酸(citric acid)发酵：淀粉液化醪(starch dextrinizate mash)；
乳酸(lactic acid)发酵：淀粉糖化醪(starch mash) ；
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四、配制培养基应注意的问题
１．考虑碳源、氮源时，要注意快速利用碳／氮源和 慢速利用碳／氮源的相互配合，发挥各自优势，避其所 短。
２．选用适当的碳氮比。
C源 做为C架又做能源，碳源较氮源多。
过多，容易形成较低pH。
不足，菌体衰老和自溶。
N源 作营养和氨基的来源
过多，菌体生长过于旺盛，pH偏高，不利
菌种生长和合成产物时pH的变化
最适pH的控制范围
综合考虑选用生理酸／碱性物质及用量，从而保证在整个发酵 过程中pH都能维持在最佳状态。
培养基成分用量的多少大部分根据经验而来。但对于主产物代 谢途径清楚的物质如酒精和谷氨酸，可通过物料平衡计算加以确定。
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e．g． Alcoholic fermentation
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发酵培养基（fermentation medium）：
供菌体生长和合成大量代谢产物用的培养基。
要求此种培养基的组成丰富完整，营养成分浓度和粘度适中， 即利于菌体生长，又利于合成大量的代谢产物。
发酵培养基的组成要考虑菌体在发酵过程中的各种生化代谢的 协调，在产物合成期，使发酵液pH值不出现大的波动。
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3．要注意生理酸性盐wk.baidu.com生理碱性盐和pH缓冲剂的加入和搭 配。
生理酸性盐：如(NH4)2SO4为氮源时，由于NH4+被吸收，而造 成培养基pＨ降低。
生理碱性盐：如以KNO3为氮源时，由于硝酸根被利用，会引 起培养基pＨ值的升高。
在生产中，采用NH4NO3作为氮源，但NH4 +和NO3- 并不是等速 被微生物吸收， NH4 +吸收较快， NO3- 随后才吸收。
微生物的营养活动，是依靠向外界分泌大量的酶，将周 围环境中大分子的蛋白质、糖类、脂肪等营养物质分解成小 分子化合物，再借助于细胞膜的渗透作用，吸收这些小分子 营养来实现的。
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第一节 培养基的选择与制备
一、培养基的类型和用途
根据来源可分为: 天然培养基(complex /undefined medium): 合成培养基(defined medium): 半合成培养基(semi-defined medium)：
培养基用量大，应就地就近选用廉价原料。
e．g． Lys 发酵培养基的碳源由山芋淀粉改为山芋粉，成
本201降9年8低月2915％。山芋粉中还有感生谢你物的观素看 、镁盐等。
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三. 生长因子（growth factor） 生物素（biotin） 维生素（vitamin） 甘油（glycerol） 氨基酸（amino acid） 油酸（oleic acid） 嘌呤（purine） 吡啶 (pyridine)
（C6H10O５）n 水解 n C6H12O6
C6H12O6
发酵 2 C2H5OH+2 CO2 + Q
所以 100Kg 淀粉理论上可以产酒精量
X= 2 46 100/162=56.79 Kg
e．g． Glutamate fermentation
（C6H10O5）n 水解 n C6H12O6
C6H12O6
精白糖 另外还有醋酸、乙醇、亚硫酸纸浆废液、食品工厂的下 脚料等等。
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糖蜜（molasses)是制糖厂生产糖时的结晶母液，是糖厂 的副产品，含有丰富的糖、氮素化合物和无机盐、维生素等， 它是微生物工业物美廉价的原料。在工业生产中，常将糖蜜进 行处理，用于生产过程。
糖蜜中主要含有蔗糖，总糖含量可达50%~70%。
10 C6H12O6 +12NH3+3O2+6H2SO4+6C8H8O12（苯乙酸） ６C１６H１８O４N4S+12CO2+54H2O
青霉素的理论得率为每克葡萄糖得1.1克青霉素G．
在确定培养基碳源数量时，还应考虑用于菌体生长所需的 消耗及碳源的来源、加工方法和有效成分的含量。
制备培养基，也应考虑水分。
发酵 C5H9O4N+ CO2 +H2O + Q
所以 100Kg 淀粉理论上可以产谷氨酸的量
Ｙ＝1 147 100/162=90.74 Kg
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次级代谢产物生物合成途径了解有限，化学计算比较困难, 但有人根据物料平衡计算了碳源转化为青霉素的得率.
Cooney(1979)根据化学反应计量关系和经验数据得出下式:
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三、发酵培养基选择的原则：
1．必须提供合成细胞和发酵产物的基本成分。 2．有利于提高培养基中产物的浓度，以提高单位容积发酵罐 的生产能力。 3．有利于提高产物的合成速度，缩短发酵周期。 4．尽量减少副产物的形成，便于产物的分离纯化． 5．有利于减少培养基原料的单耗。(合成单位数量的产物所消耗的营 养物质的量）,以提高转化率。 6．原料价格低廉，质量稳定，取材容易。 7．所用原料尽可能减少对发酵过程中通气搅拌的影响，利于 提高氧的利用率降低能耗，并尽可能减少产生“三废”的物质。
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根据生产工艺的要求可分为:
孢子培养基（ spore medium ）：
制备孢子用的培养基。要求菌种在这种培养基上能形成大量的 优质孢子，但不能引起菌种的变异。该培养基的基质浓度（有机氮） 要低些，否则影响孢子的的形成。无机盐要适量，否则影响孢子的 数量和质量。
常用的有麸皮、大（小）米，由葡萄糖、无机盐、蛋白胨等配 制的琼脂 斜面培养基。
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实际生产中需根据具体情况，抓主要环节。使其即满足 细胞的营养要求，又能获得优质高产的的产品，同时也符合 增产节约，因地制宜的原则。
发酵培养基的主要作用是为了获得预期的产物，应根据 产物特点来设计培养基。
发酵培养基必须提供微生物生长繁殖和产物合成所需的 碳源、氮源、无机元素、生长因子、水和氧气等。
种子培养基（ seed medium ）：
供孢子发芽和菌体生长用的培养基。营养成分应是易于被菌体
吸收利用，且完全丰富。其中N源和维生素的含量应高些，但总浓
度以略稀薄为宜，以便菌体生长繁殖。为使培养的种子能较快适应
发酵罐内的环境，在设计种子培养基时要考虑与发酵培养基组成的
内在联系。
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于代谢产物 的积累。
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不足，菌体繁感殖谢你量的观少看 ，从而影响产量。
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碳氮比不当，还会影响菌体按比例地吸收营养物质，直接影响 菌体生长和产物的形成，菌体在不同生长阶段，对其碳氮比的最适 要求是不一样的。
根据元素组成：酵母菌的碳氮比约为10020；霉菌的碳氮比约 为10010。
工业生产中常用无机氮源有氨水或尿素作为氮源。
尿素被菌体的脲酶分解产生氨，提供菌体的氮素营养。
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第二节 工业发酵培养基
碳源：供给菌体生命活动所需的能量和构成菌体细胞以及代谢 产物的基础。有糖类、脂肪、某些有机酸等等。
氮源：主要构成菌体细胞物质和代谢产物，即蛋白质、氨基酸
目前只能在生物化学、细胞生物学等基本理论指导下，参照前
人所使用的较合适于某一类细胞的经验配方，再结合所用菌种和产
品的特征，采用摇瓶、玻璃罐等小型发酵设备，对C、N、无机盐和
前体等进行逐个单因子试验，观察这些因子对菌体生长和产物合成
量的影响。最后再综合各因素的影响，采用正交试验或均匀设计得
到一20个19年适8月2合9 该菌种的生产配方，感谢以你的获观看得高产。
一般发酵工业的碳氮比约为100 0.2~2.0，但在氨基酸发酵中， 碳氮比就高。如谷氨酸发酵C:N=100:15~21，若碳氮比为 100:0.2~2.0，则会出现只长菌体，而不产谷氨酸的现象。
C/N随碳水化合物及氮源的种类以及通气搅拌等条件而异，很 难确定统一的比值。
Q：谷氨酸发酵的碳氮比为什么与其它发酵工业不同？
麸皮水解液(bran hydrolysis liquid) 其他农副产品 玉米浆(corn steep liquor)
糖蜜（ molasses ）
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四. 前体物质、促进剂、抑制剂 前体（precursor）：指某些化合物加入到培养基中，能直接被 微生物在生物合成过程中结合到产物中去，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。 e.g. 青霉素发酵中加玉米浆（corn steep liquor），发酵单位 （ fermentation titer unit）由20g/ml提高到100 g/ml 。 玉米浆中含有苯乙胺，它被优先结合到青霉素分子中去，从而 提高产量。
不同的菌体，不同的产品，对培养基的要求是不同的。不同的 发酵产品，培养基的状态、粘度、各成分的含量也是不同的。但是， 基本的营养需求是一致。因此，应根据不同的情况选择发酵培养基。
2019年8月29
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二、培养基选择的依据
1.根据不同菌种或细胞的特点 2.根据不同的用途 3.根据不同的目的 4.根据经济效益分析选择培养基
第三章 培养基及其制备
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、按一定比例配制的的多种营养物质的混合物。
培养基组成对菌体生长繁殖、产物的生物合成、产品的 分离精制、产品的质量和产量都有重要的影响。
研究微生物的营养，主要是了解微生物的营养特性和培 养条件，以便进一步控制和利用它们，更好地为工业生产服 务。
糖蜜分为甘蔗糖蜜(cane molasses)和甜菜糖蜜 (beet molasses) ，二者在糖的含量和无机盐的含量都有所不同，使 用时应注意。
糖蜜常用在酵母和丙酮丁醇的生产中，抗生素等微生物工 业也常用它作为碳源。
酒精工业中若用糖蜜代甘薯粉，则可省去蒸煮、制曲、糖 化等过程，简化了酒精生产工艺。