《培养基的制备》PPT课件.ppt

第三章第三章 培养基的制备培养基的制备主要内容n n第一节、培养基的类型及功能n n第二节、工业发酵培养基n n第三节、淀粉水解糖的制备n n第四节、其他原料一、培养基的类型和用途一、培养基的类型和用途一、培养基的类型和用途一、培养基的类型和用途二、培养基的选择二、培养基的选择二、培养基的选择二、培养基的选择三、培养基的配制原则三、培养基的配制原则三、培养基的配制原则三、培养基的配制原则四、培养基成分配比的选择四、培养基成分配比的选择四、培养基成分配比的选择四、培养基成分配比的选择n n培养基：是提供微生物生长繁殖和生物合成各种代谢产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物所需要的、按一定比例配制的多种营养物质的混合物。的混合物。n n发酵培养基的作用：满足菌体的生长满足菌体的生长 促进产物的形成促进产物的形成第一节 培养基的类型及功能培养基种类繁多，根据其成分、物理状态和用培养基种类繁多，根据其成分、物理状态和用途可将培养分成多种类型。途可将培养分成多种类型。按按成成分分不不同同划划分分天然培养基天然培养基合成培养基合成培养基含用化学成分还不清楚或化学成含用化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物分不恒定的天然有机物牛肉膏蛋白胨培养基、麦芽汁培牛肉膏蛋白胨培养基、麦芽汁培养基养基化学成分完全了解的物质配制而化学成分完全了解的物质配制而成的培养基成的培养基高氏高氏1 1号培养基、查氏培养基号培养基、查氏培养基一、培养基类型和用途半合成培养基半合成培养基既含有同天然成分化学成分又含既含有同天然成分化学成分又含有纯化学成分有纯化学成分按按物物理理状状态态不不同同划划分分固体培养基固体培养基液体培养基液体培养基在液体培养基中加入一定量凝固在液体培养基中加入一定量凝固剂，使其成为固体状态，琼脂含剂，使其成为固体状态，琼脂含量一般为量一般为1.5%-2.0%1.5%-2.0%琼脂含量一般为琼脂含量一般为0.2%-0.7%不加任何不加任何凝固剂凝固剂半固体培养基半固体培养基固体培养基常用来进行微生物的分固体培养基常用来进行微生物的分离、鉴定、活菌计数及菌种保藏离、鉴定、活菌计数及菌种保藏 观察微生物的运动特征、分类鉴观察微生物的运动特征、分类鉴定及噬菌体效价滴定定及噬菌体效价滴定 大规模工业生产及在实验室进行大规模工业生产及在实验室进行微生物的基础理论和应用方面的微生物的基础理论和应用方面的研究研究 按按使使用用目目的的不不同同划划分分基础培养基基础培养基鉴别培养基鉴别培养基含有一般微生物生长繁殖所含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基需的基本营养物质的培养基用来将某种或某类微生物从混杂的用来将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来的培养基微生物群体中分离出来的培养基用于鉴别不同类型微生物的培养基用于鉴别不同类型微生物的培养基选择培养基选择培养基在基础培养基中加入某些特殊营养在基础培养基中加入某些特殊营养物质制成的一类营养丰富的培养基物质制成的一类营养丰富的培养基微生物产生某种代谢产物，与培养微生物产生某种代谢产物，与培养基中的特殊化学物质发生特定的化基中的特殊化学物质发生特定的化学反应，产生明显的特征变化学反应，产生明显的特征变化牛肉膏蛋白胨培养基是最常牛肉膏蛋白胨培养基是最常用的基础培养基用的基础培养基加富培养基加富培养基特殊营养物质包括血液、血清、酵特殊营养物质包括血液、血清、酵母浸膏、动植物组织液等母浸膏、动植物组织液等在培养基中加入相应的特殊营养物质在培养基中加入相应的特殊营养物质或化学物质，抑制不需要的微生物的或化学物质，抑制不需要的微生物的生长，有利于所需微生物的生长生长，有利于所需微生物的生长按按用用途途不不同同划划分分孢子培养基孢子培养基发酵培养基发酵培养基是供制备孢子用的培养基是供制备孢子用的培养基 种子培养基种子培养基满足菌种生长的培养基满足菌种生长的培养基 满足大生产中大量菌体生长和繁殖以满足大生产中大量菌体生长和繁殖以及代谢产物积累的营养基质及代谢产物积累的营养基质 斜面培养基斜面培养基n n作用：这是供微生物细胞生长繁殖用的，包括细菌，酵母等的斜面培养基以及霉菌、放线菌生孢子培养基或麸曲培养基等。这类培养基主要作用是供给细胞生长繁殖所需的各类营养物质。n n特点：特点：n n1.1.富富含含有有机机氮氮源源，少少含含或或不不含含糖糖分分。有有机机氮氮有有利于菌体的生长繁殖，能获得更多的细胞。利于菌体的生长繁殖，能获得更多的细胞。n n2.2.对对于于放放线线菌菌或或霉霉菌菌的的产产孢孢子子培培养养基基，则则氮氮源源和和碳碳源源均均不不宜宜太太丰丰富富，否否则则容容易易长长菌菌丝丝而而较较少少形成孢子。形成孢子。n n3.3.斜斜面面培培养养基基中中宜宜加加少少量量无无机机盐盐类类，供供给给必必要要的生长因子和微量元素。的生长因子和微量元素。种子培养基种子培养基(包括摇瓶种子和小罐种子包括摇瓶种子和小罐种子培养基培养基)：n n培养种子的目的：培养种子的目的：n n1.1.扩大培养，增加细胞数量；扩大培养，增加细胞数量；n n同同时时也也必必须须培培养养出出强强壮壮、健健康康、活活性性高高的的细细胞胞。为了使细胞迅速进行分裂或菌丝快速生长。为了使细胞迅速进行分裂或菌丝快速生长。n n种子培养基特点：种子培养基特点：n n1.1.必必须须有有较较完完全全和和丰丰富富的的营营养养物物质质，特特别别需需要充足的氮源和生长因子。要充足的氮源和生长因子。n n2.2.种种子子培培养养基基中中各各种种营营养养物物质质的的浓浓度度不不必必太太高高。供供孢孢子子发发芽芽生生长长用用的的种种子子培培养养基基，可可添添加加一些易被吸收利用的一些易被吸收利用的碳源和氮源碳源和氮源碳源和氮源碳源和氮源。n n3.3.种种子子培培养养基基成成分分还还应应考考虑虑与与发发酵酵培培养养基基的的主要成分相近主要成分相近。n n（1 1）根据产物合成的特点来设计培养。）根据产物合成的特点来设计培养。n n（）（）发酵培养基的各种营养物质的浓度应尽可能发酵培养基的各种营养物质的浓度应尽可能高些，这样在同等或相近的转化率条件下有利于提高些，这样在同等或相近的转化率条件下有利于提高单位容积发酵罐的利用率，增加经济效益。高单位容积发酵罐的利用率，增加经济效益。n n（3 3）发酵培养基需耗用大量原料，因此，原料来源、）发酵培养基需耗用大量原料，因此，原料来源、原材料的质量以及价格等必须予以重视。原材料的质量以及价格等必须予以重视。发酵培养基是满足大生产中大量菌体生长发酵培养基是满足大生产中大量菌体生长发酵培养基是满足大生产中大量菌体生长发酵培养基是满足大生产中大量菌体生长和繁殖以及代谢产物积累的培养基。和繁殖以及代谢产物积累的培养基。和繁殖以及代谢产物积累的培养基。和繁殖以及代谢产物积累的培养基。它不仅耗它不仅耗用大量的原材料，而且也是决定发酵生产成功用大量的原材料，而且也是决定发酵生产成功与否的重要因素。与否的重要因素。发酵培养基发酵培养基二、发酵培养基选择的依据 n n根据微生物的特点选择培养基根据微生物的特点选择培养基 细菌、酵母菌、霉菌、放线菌四类细菌、酵母菌、霉菌、放线菌四类n n根据发酵方式选择培养基根据发酵方式选择培养基n n从生产实践和科学试验的不同要求选择从生产实践和科学试验的不同要求选择n n从经济效益方面考虑选择培养基从经济效益方面考虑选择培养基n n(1)(1)必须提供合成微生物细胞和发酵产物的必须提供合成微生物细胞和发酵产物的基本成分基本成分基本成分基本成分。n n(2)(2)有有利利于于减减少少培培养养基基原原料料的的单单耗耗，即即提提高高单单位位营营养养物物质质所所合合成产物数量或最大产率。成产物数量或最大产率。n n(3)(3)有有利利于于提提高高培培养养基基和和产产物物的的浓浓度度，以以提提高高单单位位容容积积发发酵酵罐罐的生产能力。的生产能力。n n(4)(4)有利于提高产物的合成速度，缩短发酵周期。有利于提高产物的合成速度，缩短发酵周期。n n(5)(5)尽量减少副产物的形成，便于产物的分离纯化。尽量减少副产物的形成，便于产物的分离纯化。n n(6)(6)原料价格低廉，质量稳定，取材容易。原料价格低廉，质量稳定，取材容易。n n7)7)所所用用原原料料尽尽可可能能减减少少对对发发酵酵过过程程中中通通气气搅搅拌拌的的影影响响，利利于于提提高氧的利用率，降低能耗。高氧的利用率，降低能耗。n n(8)(8)有有利利于于产产品品的的分分离离纯纯化化，并并尽尽可可能能减减少少产产生生“三三废废”的的物物质。质。三、发酵培养基的配制原则 n n根据不同微生物的营养需要n n营养成分的恰当比例n n渗透压n npH值n n氧化还原电位注注意意的的几几个个问问题题。培养基中的碳氮的比例（C/N）在发酵工业中尤为重要。如果培养基中氮源过多，会引起微生物生长过于旺盛，如果培养基中氮源过多，会引起微生物生长过于旺盛，而不利于产物的积累；当培养基中的碳源含量不足时，容易而不利于产物的积累；当培养基中的碳源含量不足时，容易引起微生物菌体的衰老和自溶。引起微生物菌体的衰老和自溶。氮源不足，则微生物菌体生长过于缓慢。培养基中的氮源不足，则微生物菌体生长过于缓慢。培养基中的碳氮比不仅会影响微生物菌体的生长，同时也会影响到发酵碳氮比不仅会影响微生物菌体的生长，同时也会影响到发酵的代谢途径。的代谢途径。不同微生物菌种、不同发酵产物所要求的碳氮比是不不同微生物菌种、不同发酵产物所要求的碳氮比是不同的。即使是同一微生物在不同的发酵阶段，对培养基的碳同的。即使是同一微生物在不同的发酵阶段，对培养基的碳氮比的要求也是不一样的。氮比的要求也是不一样的。四、培养基成分配比的选择n n培养基的组分、配比、缓冲能力、黏度、消毒是否彻底、消毒后营养破坏的程度及原料中杂质的含量都对菌体生长和产物形成有影响。n n理论+经验n n数学分析方法正交实验设计，方差分析正交实验设计，方差分析因素水平玉米粉（）A豆饼粉（）B蛋白胨（）CPHD10.540.55.021.050.65.531.560.76.0正交表因素水平n n第一节、培养基的类型及功能n n第二节、工业发酵培养基n n第三节、淀粉水解糖的制备n n第四节、其他原料一、培养基的类型和用途一、培养基的类型和用途一、培养基的类型和用途一、培养基的类型和用途二、培养基的选择二、培养基的选择二、培养基的选择二、培养基的选择三、培养基的配制原则三、培养基的配制原则三、培养基的配制原则三、培养基的配制原则四、培养基成分配比的选择四、培养基成分配比的选择四、培养基成分配比的选择四、培养基成分配比的选择一、工业上常用的碳源一、工业上常用的碳源一、工业上常用的碳源一、工业上常用的碳源二、工业上常用的氮源二、工业上常用的氮源二、工业上常用的氮源二、工业上常用的氮源三、无机盐三、无机盐三、无机盐三、无机盐四、生长因子四、生长因子四、生长因子四、生长因子五、前体物质和促进剂五、前体物质和促进剂五、前体物质和促进剂五、前体物质和促进剂n n白酒白酒(chinese spiritchinese spiritchinese spiritchinese spirit)发酵：固体发酵培养基；发酵：固体发酵培养基；n n果酒果酒(fruit spiritfruit spiritfruit spiritfruit spirit)发酵：发酵：fruit juice or fruit saucefruit juice or fruit saucefruit juice or fruit saucefruit juice or fruit sauce n n啤酒啤酒(beerbeerbeerbeer)发酵：麦芽汁发酵：麦芽汁(wortwortwortwort)液体培养基；液体培养基；n n酒精酒精(alcohol(alcohol(alcohol(alcohol)发酵：淀粉糖化醪发酵：淀粉糖化醪(starch mashstarch mashstarch mashstarch mash)；n n氨基酸氨基酸(amino acidamino acidamino acidamino acid)发酵：水解糖液加其他营养成分；发酵：水解糖液加其他营养成分；n n 柠檬酸柠檬酸(citric acidcitric acidcitric acidcitric acid)发酵：淀粉液化醪发酵：淀粉液化醪n n乳酸乳酸(lactic acidlactic acidlactic acidlactic acid)发酵：淀粉糖化醪；发酵：淀粉糖化醪；n n甲烷甲烷(methanemethanemethanemethane)发酵：复杂的有机废物发酵；发酵：复杂的有机废物发酵；n n 抗生素抗生素(antibioticantibioticantibioticantibiotic)发酵：淀粉糖化醪发酵：淀粉糖化醪+豆饼粉豆饼粉+麸皮粉；麸皮粉；第二节、工业发酵培养基第二节、工业发酵培养基n n碳源碳源碳源碳源：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。谢产物的基础。有糖类、脂肪、某些有机酸等等。n n氮源：氮源：氮源：氮源：主要构成菌体细胞物质和代谢产物，即蛋白质、氨基主要构成菌体细胞物质和代谢产物，即蛋白质、氨基酸等之类的含氮代谢物。可分为有机氮源和无机氮源。功能：酸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、压、PHPH值、氧化还原电位等。值、氧化还原电位等。n n无机盐：无机盐：无机盐：无机盐：铅、镁、硫、磷、钾、钠、氯、锌、钴、锰。铅、镁、硫、磷、钾、钠、氯、锌、钴、锰。n n特殊生长因子：特殊生长因子：特殊生长因子：特殊生长因子：其功能是构成辅酶的组成分，促进生命活动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。的进行。如生物素、硫胺素、肌醇等，但需要量是极少的。n n水水水水：体内各种生化作用必须在水溶液中进行。营养物质必须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。溶解于水中，才能透过细胞膜被微生物利用。n n诱导剂、前体和促进剂诱导剂、前体和促进剂诱导剂、前体和促进剂诱导剂、前体和促进剂：胞外酶合成需要诱导物。胞外酶合成需要诱导物。一、工业上常用的碳源一、工业上常用的碳源1、作用、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的碳成分 提供合成目的产物所必须的碳成分提供合成目的产物所必须的碳成分2、来源、来源糖类、油脂、有机酸、正烷烃糖类、油脂、有机酸、正烷烃3、工业上常用的糖类、工业上常用的糖类 葡萄糖葡萄糖所有的微生物都能利用葡萄糖所有的微生物都能利用葡萄糖q 工业上常用淀粉水解糖工业上常用淀粉水解糖,但是糖液必须达到一定的质但是糖液必须达到一定的质 量指标量指标 糖蜜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，总糖可达糖蜜主要含有蔗糖，总糖可达50%75%。一般糖蜜分。一般糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜葡萄糖蜜甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜葡萄糖蜜。淀粉、糊精淀粉、糊精使用条件：微生物必须能分泌水解淀粉、糊精的酶类使用条件：微生物必须能分泌水解淀粉、糊精的酶类缺点：难利用、缺点：难利用、发酵液比较稠、一般发酵液比较稠、一般2.0%时加入一定的时加入一定的-淀粉酶淀粉酶 成分比较复杂，有直链淀粉和支链淀粉等等。成分比较复杂，有直链淀粉和支链淀粉等等。优点：来源广泛、价格底优点：来源广泛、价格底 难利用，可以解除葡萄糖效应难利用，可以解除葡萄糖效应李江华，无锡轻工大学学报，2004(半纤维素酶)麸皮)二、氮源二、氮源 氮源主要用于构成菌体细胞物质（氨基酸，蛋白质、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。氮源和无机氮源。1、无机氮源、无机氮源种类种类：氨盐、硝酸盐和氨水：氨盐、硝酸盐和氨水特点特点：微生物对它们的吸收快，所以也称之谓迅速利：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用的氮源。但无机氮源的迅速利用常会引起pH的变的变化如：化如：(NH4)2SO42NH3+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性物质的无机氮源叫生理酸性物质生理酸性物质，如硫酸胺，若菌体代谢，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后能产生碱性物质的则此种无机氮源称为生理碱性物质生理碱性物质，如，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的pH有积极作用。有积极作用。所以选择合适的无机氮源有两层意义：所以选择合适的无机氮源有两层意义：q 满足菌体生长满足菌体生长q 稳定和调节发酵过程中的稳定和调节发酵过程中的pH2、有机氮源、有机氮源来源来源：工业上常用的有机氮源都是一些廉价的原料，：工业上常用的有机氮源都是一些廉价的原料，花生饼花生饼 粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、玉米浆、玉米蛋白粉、蛋粉、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、废菌丝体和酒白胨、酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和酒 糟糟。成分复杂成分复杂：除提供氮源外，有些有机氮源还提供大量的无机：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。盐及生长因子。例例 玉米浆：玉米浆：可溶性蛋白、生长因子（生物素）、苯乙酸可溶性蛋白、生长因子（生物素）、苯乙酸 较多的乳酸较多的乳酸 硫、磷、微量元素等硫、磷、微量元素等三、无机盐三、无机盐1、作用：各种不一样、作用：各种不一样2、来源：来源：C、N源，以盐的形式补充源，以盐的形式补充3、用量：根据具体的产品，以实验决定用量：根据具体的产品，以实验决定4、使用注意点使用注意点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微量元素在发酵过程中必须加以考虑.B、使用时注意盐的形式（、使用时注意盐的形式（pH的变化）的变化）例例：黑曲酶黑曲酶NRRL-330,生产生产-淀粉酶，淀粉酶，P对酶活的影响对酶活的影响 pH 酶活酶活不加不加 4.25 120分钟分钟加加 K2HPO4 5.45 30分钟分钟加加 KH2PO4 4.62 75分钟分钟、磷酸盐、磷酸盐n n磷是某些蛋白质和核酸的组成成分。工业上常用工业上常用K K3 3POPO4 4.3H.3H2 20 0、K K3 3POPO4 4和和NaNa2 2HPOHPO4 4.12H.12H2 2OO、NaH NaH2 2POPO4 4.2H.2H2 2OO等磷酸盐，等磷酸盐，也可用磷酸（使用时应先用也可用磷酸（使用时应先用NaOHNaOH或或KOHKOH中和后中和后加入）。加入）。玉米浆、糖蜜、淀粉水解糖等原料中还有少量的玉米浆、糖蜜、淀粉水解糖等原料中还有少量的磷。磷。、硫酸镁、硫酸镁n n镁是某些细菌的叶绿素的组成成分。虽不参加任何细胞结构物质的组成，但它的离子状态是许多重要的酶的激活剂。n n硫，含硫蛋白质的组分；酶的活性基。硫酸镁硫酸镁、钾盐、钾盐n n钾不参加细胞结构物质的组成，但它是许多酶的激活剂。、微量元素、微量元素n n铜、锰、锌、钼、碘、溴等。n n避免有害离子加入到培养基中。四、生长因子四、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，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称生长因子生长因子。n n提供生长因子的农副产品原料：（1 1）玉米浆玉米浆玉米浆玉米浆：玉米浆是用亚硫酸浸泡玉米而得的浸泡液：玉米浆是用亚硫酸浸泡玉米而得的浸泡液的浓缩物，也是玉米淀粉生产的副产品。一般用量为的浓缩物，也是玉米淀粉生产的副产品。一般用量为0.8%0.8%。（2 2）麸皮水解液麸皮水解液麸皮水解液麸皮水解液：可以代替玉米浆，但蛋白质、氨基酸：可以代替玉米浆，但蛋白质、氨基酸等营养成分比玉米浆少。用量一般为等营养成分比玉米浆少。用量一般为1%1%（干麸皮计）（干麸皮计）左右。左右。（3 3）糖蜜糖蜜糖蜜糖蜜前体指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接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。五、前体物质和促进剂五、前体物质和促进剂青霉素：分子量青霉素：分子量356苯乙酸苯乙酸:分子量分子量136、前体、前体、前体、前体n n在抗生素发酵中大多数的前体物质对生产菌体有毒，故一次加入量不宜过大。苯乙酸，一般基础料中仅仅添加苯乙酸，一般基础料中仅仅添加0.07%0.07%。n n为避免前体物质浓度过大，一般采取间隙分批添加或连续滴加的方法加入。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。、产物促进剂、产物促进剂、产物促进剂、产物促进剂 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。在发酵过程中添加促进剂的用量极微，选在发酵过程中添加促进剂的用量极微，选择得好，效果较显著，但一般来说，促进剂的择得好，效果较显著，但一般来说，促进剂的专一性强，往往不能相互套用。专一性强，往往不能相互套用。能产生抑制作用的物质。能产生抑制作用的物质。能产生抑制作用的物质。能产生抑制作用的物质。3 3、抑制剂、抑制剂、抑制剂、抑制剂n n在发酵过程中加入某些抑制剂会抑制某些代谢途径的进行，在发酵过程中加入某些抑制剂会抑制某些代谢途径的进行，同时会使另一个代谢途径活跃，从而获得人们所需的某种产同时会使另一个代谢途径活跃，从而获得人们所需的某种产物或使正常代谢的某一中间物积累起来。抑制剂对代谢的抑物或使正常代谢的某一中间物积累起来。抑制剂对代谢的抑制作用是发生在代谢链分枝代谢途径上。制作用是发生在代谢链分枝代谢途径上。e.g.e.g.（1 1）四环素发酵过程中，添加）四环素发酵过程中，添加NaBr,NaBr,可以抑制金霉可以抑制金霉素的生物合成，从而提高四环素的产率。素的生物合成，从而提高四环素的产率。（2 2）头孢霉素）头孢霉素C C，添加，添加LMetLMet，可以抑制头孢霉素，可以抑制头孢霉素N N的生的生物合成，从而提高头孢霉素物合成，从而提高头孢霉素C C的产率。的产率。几个发酵培养基例子几个发酵培养基例子几个发酵培养基例子几个发酵培养基例子 代代谢谢产产物物培培养养基基衣康酸衣康酸甘蔗糖蜜，甘蔗糖蜜，150g/L150g/L；ZnSOZnSO4 4，1.0g/L1.0g/L；MgSOMgSO4 4，3.0g/L3.0g/L；CuSOCuSO4 4，0.01g/L0.01g/L赤霉素赤霉素葡萄糖，葡萄糖，20g/L20g/L；MgSOMgSO4 4，1.0g/L1.0g/L；NHNH4 4NONO3 3，1.0g/L1.0g/L；KHKH2 2POPO4 4，5.0g/L5.0g/L；FeSOFeSO4 47H7H2 2O O，0.01g/L0.01g/L；MnSOMnSO4 44H4H2 2O O，0.01g/L0.01g/L；ZnSOZnSO4 47H7H2 2O O，0.01g/L0.01g/L；CuSOCuSO4 45H5H2 2O O，0.01g/L0.01g/L；玉米玉米浆浆（干固形物），（干固形物），7.5g/L7.5g/L核黄素核黄素大豆油，大豆油，20mL/L20mL/L；甘油，；甘油，20mL/L20mL/L；葡萄糖，；葡萄糖，20g/L20g/L；玉米；玉米浆浆，12mL/L12mL/L；酪蛋白，；酪蛋白，12g/L12g/L；KHKH2 2POPO4 4，1.0g/L1.0g/L青霉素青霉素葡萄糖或糖蜜，葡萄糖或糖蜜，总总量的量的10%10%；玉米；玉米浆浆，总总量的量的4%4%5%5%；苯乙酸，；苯乙酸，总总量量的的0.5%0.5%0.8%0.8%；猪油或植物油、消泡；猪油或植物油、消泡剂剂，总总量的量的0.5%0.5%n n第一节、培养基的类型及功能n n第二节、工业发酵培养基n n第三节、淀粉水解糖的制备n n第四节、其他原料一、工业上常用的碳源一、工业上常用的碳源一、工业上常用的碳源一、工业上常用的碳源二、工业上常用的氮源二、工业上常用的氮源二、工业上常用的氮源二、工业上常用的氮源三、无机盐三、无机盐三、无机盐三、无机盐四、生长因子四、生长因子四、生长因子四、生长因子五、前体物质和促进剂五、前体物质和促进剂五、前体物质和促进剂五、前体物质和促进剂一、淀粉水解糖的制备方法一、淀粉水解糖的制备方法一、淀粉水解糖的制备方法一、淀粉水解糖的制备方法二、淀粉酸水解原理二、淀粉酸水解原理二、淀粉酸水解原理二、淀粉酸水解原理三、淀粉酸水解工艺三、淀粉酸水解工艺三、淀粉酸水解工艺三、淀粉酸水解工艺四、双酶水解法制糖四、双酶水解法制糖四、双酶水解法制糖四、双酶水解法制糖五、水解糖液的质量要求五、水解糖液的质量要求五、水解糖液的质量要求五、水解糖液的质量要求许多微生物由于其本身的生理生化特性而决定了其代谢所需的底物只能使葡萄糖等单糖，主要有下列菌种：酵母：G、F、蔗糖、半乳糖、以及部分麦芽糖等大部分的细菌：GA（没食子酸）产生菌、Lys产生菌、苏云金芽孢杆菌等；其中：地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌则可以以淀粉为原料。霉菌：大部分的霉菌可以直接使用淀粉为原料，他们本身具有淀粉的水解能力。第三节、淀粉水解糖的制备第三节、淀粉水解糖的制备n n作为作为GluGlu发酵原料的水解糖液，必须具备以下条件：发酵原料的水解糖液，必须具备以下条件：糖液中还原糖的含量要达到发酵用糖的标准。糖液中还原糖的含量要达到发酵用糖的标准。糖液洁净、杏黄色或黄绿色，有一定的透光度。糖液洁净、杏黄色或黄绿色，有一定的透光度。糖液中不含糊精。糖液中不含糊精。糖液不能变质。糖液不能变质。原料：薯类（甘薯、木薯等）、玉米、小麦、大米（或碎米粉）例一、淀粉水解糖的制备方法一、淀粉水解糖的制备方法n n酸解法酸解法 以酸为催化剂，在高温高压下将淀粉转化为葡萄糖的方以酸为催化剂，在高温高压下将淀粉转化为葡萄糖的方法。法。n n酸酶法酸酶法 先将淀粉用酸水解成糊精或低聚糖，再用糖化酶水解成先将淀粉用酸水解成糊精或低聚糖，再用糖化酶水解成葡萄糖。葡萄糖。n n酶酸法酶酸法 将淀粉先用将淀粉先用淀粉酶液化，然后用酸水解成葡萄糖。淀粉酶液化，然后用酸水解成葡萄糖。n n双酶法双酶法 用淀粉酶和糖化酶将淀粉水解成葡萄糖的工艺。用淀粉酶和糖化酶将淀粉水解成葡萄糖的工艺。、酸解法：以酸为催化剂，在高温高压下将淀粉转化为葡萄糖的方法。n n优点：优点：生产方便，设备要求简单，水解时间短、设备生产生产方便，设备要求简单，水解时间短、设备生产能力大等。能力大等。n n缺点：缺点：设备？设备？淀粉转化率？淀粉转化率？淀粉原料？淀粉原料？淀粉乳浓度？淀粉乳浓度？要求有要求有要求有要求有耐耐耐耐腐蚀、腐蚀、腐蚀、腐蚀、耐耐耐耐高压、高压、高压、高压、耐耐耐耐高温的设备。高温的设备。高温的设备。高温的设备。酸水解过程化学反应复杂，副反应多，酸水解过程化学反应复杂，副反应多，酸水解过程化学反应复杂，副反应多，酸水解过程化学反应复杂，副反应多，淀淀淀淀粉转化率低粉转化率低粉转化率低粉转化率低。酸水解法对酸水解法对酸水解法对酸水解法对淀粉原料要求较严格淀粉原料要求较严格淀粉原料要求较严格淀粉原料要求较严格，淀粉颗，淀粉颗，淀粉颗，淀粉颗粒不宜过大，大小要均匀。粒不宜过大，大小要均匀。粒不宜过大，大小要均匀。粒不宜过大，大小要均匀。淀粉乳浓度不宜过高淀粉乳浓度不宜过高淀粉乳浓度不宜过高淀粉乳浓度不宜过高，浓度高，淀粉转化，浓度高，淀粉转化，浓度高，淀粉转化，浓度高，淀粉转化率低。率低。率低。率低。、双酶法：用淀粉酶和糖化酶将淀粉水解成葡萄糖的工艺。n n优点：设备？设备？淀粉转化率？淀粉转化率？淀粉乳浓度？淀粉乳浓度？糖液质量？糖液质量？n n缺点：酶解反应时间长酶解反应时间长(48h)(48h)，需要的设备多；而且，需要的设备多；而且酶本身也是蛋白质，易引起糖液过滤困难。酶本身也是蛋白质，易引起糖液过滤困难。反应条件温和反应条件温和反应条件温和反应条件温和，不需耐腐蚀、耐高压、耐高，不需耐腐蚀、耐高压、耐高，不需耐腐蚀、耐高压、耐高，不需耐腐蚀、耐高压、耐高温的设备，便于就地取材，容易运作。温的设备，便于就地取材，容易运作。温的设备，便于就地取材，容易运作。温的设备，便于就地取材，容易运作。酶作用专一性强，淀粉水解的副反应少，酶作用专一性强，淀粉水解的副反应少，酶作用专一性强，淀粉水解的副反应少，酶作用专一性强，淀粉水解的副反应少，因而水解糖液的纯度高，因而水解糖液的纯度高，因而水解糖液的纯度高，因而水解糖液的纯度高，淀粉转化率高淀粉转化率高淀粉转化率高淀粉转化率高。可在可在可在可在较高淀粉乳浓度较高淀粉乳浓度较高淀粉乳浓度较高淀粉乳浓度下水解，而且可采用下水解，而且可采用下水解，而且可采用下水解，而且可采用粗原料。粗原料。粗原料。粗原料。该法制得的糖液较纯净，该法制得的糖液较纯净，该法制得的糖液较纯净，该法制得的糖液较纯净，质量高质量高质量高质量高，有利于，有利于，有利于，有利于糖液的充分利用。糖液的充分利用。糖液的充分利用。糖液的充分利用。、酸酶法：先将淀粉用酸水解成糊精或低聚糖，再用糖化剂水解成葡萄糖。n n对于淀粉颗粒坚硬的原料、酶酸法将淀粉先用淀粉酶液化，然后用酸水解成葡萄糖。n n对于颗粒不均匀的原料。表：酸法与双酶法糖液质量比较项目项目项目项目酸水解法酸水解法酸水解法酸水解法双酶法双酶法双酶法双酶法项目项目项目项目酸水解法酸水解法酸水解法酸水解法双酶法双酶法双酶法双酶法葡萄糖值葡萄糖值葡萄糖值葡萄糖值(DE(DE值值值值)葡萄糖含量葡萄糖含量葡萄糖含量葡萄糖含量(干干干干基基基基)灰分灰分灰分灰分蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质羟甲基糠醛羟甲基糠醛羟甲基糠醛羟甲基糠醛色度色度色度色度淀粉转化率淀粉转化率淀粉转化率淀粉转化率工艺条件工艺条件工艺条件工艺条件919186861.6%1.6%0.08%0.08%0.30%0.30%10.010.090%90%高温高压高温高压高温高压高温高压989897%97%0.1%0.1%0.1%0.1%0.0030.003%0.20.298%98%高温高温高温高温过程能耗过程能耗过程能耗过程能耗副产物副产物副产物副产物生产周期生产周期生产周期生产周期设备规模设备规模设备规模设备规模防腐要求防腐要求防腐要求防腐要求葡萄糖收得葡萄糖收得葡萄糖收得葡萄糖收得率率率率适合发酵生适合发酵生适合发酵生适合发酵生产工艺情况产工艺情况产工艺情况产工艺情况多多多多多多多多短短短短小小小小高高高高较低较低较低较低差差差差少少少少少少少少长长长长大大大大低低低低交酸法高交酸法高交酸法高交酸法高1010有利有利有利有利总结优缺点？总结优缺点？二、淀粉酸水解原理二、淀粉酸水解原理三、淀粉酸水解工艺三、淀粉酸水解工艺、淀粉酸水解的工艺流程n n、淀粉乳浓度的选择淀粉乳的浓度越低，水解液的葡萄糖值越高，色淀粉乳的浓度越低，水解液的葡萄糖值越高，色泽越淡。泽越淡。、淀粉酸水解条件控制及对糖液质量的影响淀粉乳浓淀粉乳浓度度/Bx/Bx26262424222220201919181817171616DEDE值值89.189.17 789.289.27 789.989.92 291.191.10 091.391.392.792.77 792.892.81 193.093.01 1BxBx(玻利克斯玻利克斯)：定义：某一溶液的定义：某一溶液的BxBx，表示该溶液的比重和相同浓，表示该溶液的比重和相同浓度（为度（为Bx%Bx%）的蔗糖溶液的比重相等。）的蔗糖溶液的比重相等。n n、酸的种类和用量工业上普遍使用盐酸、硫酸和草酸。工业上普遍使用盐酸、硫酸和草酸。一般用盐酸量占干淀粉的一般用盐酸量占干淀粉的0.6%0.6%0.7%0.7%，pHpH值调至左值调至左右。右。n n、糖化的压力和时间压力与水解速率成正比。压力与水解速率成正比。n n中和：中和：降低糖液的酸度，调节降低糖液的酸度，调节pHpH值，使糖液中胶体物质析值，使糖液中胶体物质析出，便于过滤除去。出，便于过滤除去。中和剂：纯碱、烧碱。中和剂：纯碱、烧碱。n n脱色、除杂脱色、除杂 活性炭吸附法、离子交换法、新型磺化煤脱色活性炭吸附法、离子交换法、新型磺化煤脱色n n压滤压滤 一般采用一般采用606070C70C温度压滤。温度压滤。、水解糖液质量的中和脱色除杂四、双酶水解法制糖四、双酶水解法制糖糊化糊化液化液化糖化糖化（一）液化（一）液化n n1、淀粉酶的水解作用。n n2、淀粉液化的条件及液化程度的控制淀粉的糊化与老化淀粉的糊化与老化液化的方法与选择液化的方法与选择老化：老化：淀粉的老化实际上是分子间氢键已断裂的糊化淀粉重新排列形成新的氢键的过程，也就是复结晶过程。3、工艺及条件 蒸汽喷射液化工艺流程：蒸汽喷射液化工艺流程：蒸汽喷射液化工艺流程：蒸汽喷射液化工艺流程：调浆调浆调浆调浆 配料配料配料配料 一次喷射液化一次喷射液化一次喷射液化一次喷射液化 液化保温液化保温液化保温液化保温 95-97 95-97 60min 60min 二次喷射二次喷射二次喷射二次喷射 高温维持高温维持高温维持高温维持 二次液化二次液化二次液化二次液化 145 145 3-5min 95-97 3-5min 95-97 30min 30min 冷却冷却冷却冷却 糖化糖化糖化糖化碳酸钠调碳酸钠调pH、CaCl2、酶酶水喷射液化法n n1、糖化酶的水解作用n n2、糖化的工艺条件及控制（二）、糖化（二）、糖化1、糖化酶的水解作用 糖化糖化是利用糖化酶糖化酶（也称葡萄糖淀粉酶）将淀粉液化产物糊精及低聚糖进一步水解成葡萄糖的过程。2、糖化工艺条件及控制（1）糖化工艺过程液化 糖化 灭酶 过滤 发酵 贮糖计量 调温度60加糖化酶60保温无水酒精检验加热90保温30分钟降温60-70温度35左右接种发酵（2）糖化工艺条件 酶的用量：酶的用量：80-100U/g淀粉计 糖化条件 温度温度 pH值值 根霉糖化酶 曲霉糖化酶 黑曲霉 *加1,6糖苷键葡萄糖苷酶，抑制糖化酶催化复合反应的作用，DE值99%。五、水解糖液的质量要求五、水解糖液的质量要求n n一般条件下应做到现用现制备，以保证水一般条件下应做到现用现制备，以保证水解糖液的新鲜、纯净。解糖液的新鲜、纯净。、淀粉水解糖质量对发酵的影响n n淀粉水解不完全时淀粉水解不完全时.n n淀粉水解过度时淀粉水解过度时.n n淀粉原料中蛋白质含量多时淀粉原料中蛋白质含量多时.淀粉原料不同，水解的工艺不同，水解糖液淀粉原料不同，水解的工艺不同，水解糖液中含生物素量的不同会影响发酵过程中生物量的中含生物素量的不同会影响发酵过程中生物量的控制。控制。n n葡萄糖的理论收率：葡萄糖的理论收率：n n