发酵工程原理及其在食品工业中的应用课件.ppt

关于发酵工程原理及其在食品工业中的应用现在学习的是第1页，共98页第一节第一节 概述概述 发酵发酵发酵发酵：借助微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生：借助微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体本身，或其初级代谢产物、次级代谢产物的过程。物菌体本身，或其初级代谢产物、次级代谢产物的过程。发酵工程发酵工程发酵工程发酵工程：也称微生物工程。利用微生物生长速度快、生长条件：也称微生物工程。利用微生物生长速度快、生长条件简单以及代谢过程特殊等特点，在合适条件下，通过现代化工程技术简单以及代谢过程特殊等特点，在合适条件下，通过现代化工程技术手段，最大限度地发挥微生物的某种特定功能，以生产出人类所需的手段，最大限度地发挥微生物的某种特定功能，以生产出人类所需的产品。产品。一、发酵工程的定义一、发酵工程的定义一、发酵工程的定义一、发酵工程的定义 现在学习的是第2页，共98页（一）发酵工程主要研究对象（一）发酵工程主要研究对象（一）发酵工程主要研究对象（一）发酵工程主要研究对象 1.1.大规模微生物细胞培养过程；大规模微生物细胞培养过程；2.2.大规模培养基灭菌和空气灭菌过程；大规模培养基灭菌和空气灭菌过程；3.3.微生物细胞生长和产物形成动力学；微生物细胞生长和产物形成动力学；4.4.发酵过程的优化；发酵过程的优化；5.5.生物反应器的放大和设计；生物反应器的放大和设计；6.6.发酵过程的参数监控和计算机应用；发酵过程的参数监控和计算机应用；7.7.发酵产品的分离和纯化等工程技术问题。发酵产品的分离和纯化等工程技术问题。现在学习的是第3页，共98页（二）发酵工程产品类型（二）发酵工程产品类型（二）发酵工程产品类型（二）发酵工程产品类型 1.1.以菌体为产品。以菌体为产品。(酵母菌、单细胞蛋白酵母菌、单细胞蛋白)2.2.以微生物的酶为产品。（碱性蛋白酶、淀粉酶）以微生物的酶为产品。（碱性蛋白酶、淀粉酶）3.3.以微生物的代谢产物为产品。（氨基酸、脂类）以微生物的代谢产物为产品。（氨基酸、脂类）4.4.利利用用发发酵酵作作用用，对对某某种种化化合合物物的的化化学学结结构构进进行行改改造造，即即产产品的转化过程。（醋的酿造）品的转化过程。（醋的酿造）现在学习的是第4页，共98页二、发酵工程的发展简史二、发酵工程的发展简史（一）天然发酵阶段（一）天然发酵阶段（一）天然发酵阶段（一）天然发酵阶段 主要产品有黄酒、白酒、啤酒、酒精和醋等。多数产主要产品有黄酒、白酒、啤酒、酒精和醋等。多数产品为厌氧发酵、非纯种培养、凭经验传授技术和产品质量品为厌氧发酵、非纯种培养、凭经验传授技术和产品质量不稳定是这个阶段的特点。不稳定是这个阶段的特点。（二）纯培养技术的建立（二）纯培养技术的建立（二）纯培养技术的建立（二）纯培养技术的建立 纯培养技术纯培养技术纯培养技术纯培养技术的建立是发酵技术发展的第一个转折时期。的建立是发酵技术发展的第一个转折时期。（三）通气搅拌发酵技术的建立（三）通气搅拌发酵技术的建立（三）通气搅拌发酵技术的建立（三）通气搅拌发酵技术的建立 通气搅拌发酵技术通气搅拌发酵技术通气搅拌发酵技术通气搅拌发酵技术的建立是发酵工业上的第二个转折点。的建立是发酵工业上的第二个转折点。现在学习的是第5页，共98页（四）代谢控制发酵技术（四）代谢控制发酵技术（四）代谢控制发酵技术（四）代谢控制发酵技术 由由氨氨基基酸酸发发酵酵而而开开始始的的代代谢谢控控制制发发酵酵，使使发发酵酵工工业业进进入入一一个个新新的的阶阶段段。随随后后，核核苷苷酸酸、酶酶制制剂剂以以及及有有机机酸酸等等方方面面也也利利用用代谢调控技术进入发酵生产。代谢调控技术进入发酵生产。（五）开拓发酵原料时期（五）开拓发酵原料时期（五）开拓发酵原料时期（五）开拓发酵原料时期 石石油油化化工工副副产产物物石石蜡蜡、醋醋酸酸、甲甲醇醇以以及及甲甲烷烷等等碳碳氢氢化化合物被用来作为发酵原料。合物被用来作为发酵原料。（六）基因工程阶段（六）基因工程阶段（六）基因工程阶段（六）基因工程阶段 使使发发酵酵工工业业能能够够生生产产出出自自然然界界微微生生物物所所不不能能合合成成的的产产物物，如如胰胰岛岛素素、干干扰扰素素、白白介介素素和和多多细细胞胞生生长长因因子子等等，大大大大地地拓拓宽宽了了发发酵工业的范围，使发酵工业发生了革命性变化。酵工业的范围，使发酵工业发生了革命性变化。现在学习的是第6页，共98页三、发酵工艺及方法三、发酵工艺及方法（一）固体发酵法（一）固体发酵法（一）固体发酵法（一）固体发酵法 利利用用固固体体基基质质，如如麸麸皮皮、米米糠糠、秸秸秆秆等等为为主主要要原原料料，再再根根据据需需要要添添加加其其他他谷谷糠糠、豆豆饼饼、无无机机盐盐等等，加加水水拌拌成成含含水水量量适适度度的的半半固固态态物物料料作作为为培培养养基基，供供微微生生物物的的生生长长繁繁殖殖和和产产生生代代谢谢产产物物。目目前前利利用用固固体体发发酵酵法法生生产产的的产产品品有有酒酒曲曲、白白酒酒、酱酱油油、食食醋、腐乳、酶制剂、食用菌等。醋、腐乳、酶制剂、食用菌等。（二）液体发酵法（二）液体发酵法（二）液体发酵法（二）液体发酵法 利利用用液液态态培培养养基基，进进行行微微生生物物的的生生长长繁繁殖殖和和形形成成人人们们所所需需要要的的代代谢谢产产物物。根根据据通通气气（供供氧氧）或或不不通通气气及及通通气气方方法法的的不不同同，又又分分为为液液液液体体体体表表表表面面面面发发发发酵酵酵酵法法法法、液液液液体体体体深深深深层层层层通通通通气气气气发发发发酵酵酵酵法法法法、液液液液体体体体厌厌厌厌氧氧氧氧发发发发酵酵酵酵法法法法三种。三种。现在学习的是第7页，共98页 固体发酵与液体（深层）发酵相比固体发酵与液体（深层）发酵相比固体发酵与液体（深层）发酵相比固体发酵与液体（深层）发酵相比，具有以下优点具有以下优点具有以下优点具有以下优点 1.1.固体发酵单位体积的酶产量往往高于液体发酵几倍，甚至固体发酵单位体积的酶产量往往高于液体发酵几倍，甚至几十倍，特别适合真菌酶类和一些次级代谢产物及大型真菌的生几十倍，特别适合真菌酶类和一些次级代谢产物及大型真菌的生产。产。2.2.操作简单，适应性强，原料来源广，价格低廉，可以利用多操作简单，适应性强，原料来源广，价格低廉，可以利用多种其他发酵工艺无法利用的粮食加工下脚料或废料进行生产。种其他发酵工艺无法利用的粮食加工下脚料或废料进行生产。3.3.固体发酵仅需空气自然对流或小量通风即可，能耗低。固体发酵仅需空气自然对流或小量通风即可，能耗低。4.4.固体发酵的产物提取一般步骤少，降低生产成本。有些产物，如固体发酵的产物提取一般步骤少，降低生产成本。有些产物，如饲料或饲料添加剂，不需要分离步骤，全部发酵物质可以作为产品。饲料或饲料添加剂，不需要分离步骤，全部发酵物质可以作为产品。5.5.发酵工艺全过程无废水或很少，可以减少环境污染。发酵工艺全过程无废水或很少，可以减少环境污染。现在学习的是第8页，共98页 1.1.液体表面发酵法液体表面发酵法 又又称称液液体体浅浅盘盘发发酵酵法法或或静静置置培培养养法法，是是将将已已灭灭菌菌的的液液体体培培养养基基，接接入入微微生生物物菌菌种种后后，装装入入可可密密闭闭的的发发酵酵箱箱内内盘盘架架上上的的浅浅盘盘中中，薄薄薄薄一一层层，液液层层厚厚约约1 12cm2cm，然然后后向向盘盘架架间间通通入入无无菌菌空空气气，通通过过浅浅盘盘内内培培养养基基的的表表面面供供给给氧氧气气，并并维维持持一一定定的温度进行发酵。的温度进行发酵。优点优点优点优点：无须搅拌，动力消耗省。：无须搅拌，动力消耗省。缺缺缺缺点点点点：控控制制杂杂菌菌污污染染较较难难，所所需需场场地地较较大大，劳劳动动强强度度大大，生产效率低。生产效率低。现在学习的是第9页，共98页 2.2.液体深层通气发酵法液体深层通气发酵法 将微生物接入装有无菌液体培养基的封闭发酵罐中进行培养或将微生物接入装有无菌液体培养基的封闭发酵罐中进行培养或发酵的技术。发酵的技术。优点优点优点优点：容易按照生产菌种对代谢营养物以及不同生理时容易按照生产菌种对代谢营养物以及不同生理时期的通风、搅拌、温度和培养基期的通风、搅拌、温度和培养基pHpH值等的要求，选择最佳培养值等的要求，选择最佳培养条件。条件。产品纯度高，质量也较稳定，还具有机械化程度高、劳动强产品纯度高，质量也较稳定，还具有机械化程度高、劳动强度小、设备利用率高等优点。度小、设备利用率高等优点。缺点缺点缺点缺点：易染菌、无菌操作要求高、设备投资大。：易染菌、无菌操作要求高、设备投资大。现在学习的是第10页，共98页 3.3.液体厌氧发酵法液体厌氧发酵法 能作大规模液体培养的厌氧菌仅丙酮丁醇梭菌，用于丙酮的能作大规模液体培养的厌氧菌仅丙酮丁醇梭菌，用于丙酮的发酵生产。酒精、啤酒、葡萄酒、酸乳的发酵属于兼性厌氧发酵，发酵生产。酒精、啤酒、葡萄酒、酸乳的发酵属于兼性厌氧发酵，菌种培养时需要适量通气，发酵时则不通气。菌种培养时需要适量通气，发酵时则不通气。优点优点优点优点：可省略通气和搅拌设备，简化工艺过程，还能大大：可省略通气和搅拌设备，简化工艺过程，还能大大节约能源的消耗，提高生产效率。节约能源的消耗，提高生产效率。现在学习的是第11页，共98页四、四、四、四、我国发酵工业与先进国家相比，存在的我国发酵工业与先进国家相比，存在的我国发酵工业与先进国家相比，存在的我国发酵工业与先进国家相比，存在的主要差距主要差距主要差距主要差距 1.1.传统发酵产品及产量发展过大过快传统发酵产品及产量发展过大过快 酒类、谷氨酸、柠檬酸、普通酶制剂和抗生素等。酒类、谷氨酸、柠檬酸、普通酶制剂和抗生素等。2.2.发酵产品工业产值在国民生产总值中的比例较低发酵产品工业产值在国民生产总值中的比例较低（1%1%）以下）以下 3.3.发酵产品档次低，品种少，不配套。发酵产品档次低，品种少，不配套。4.4.技术创新力度不够，低水平重复现象严重。技术创新力度不够，低水平重复现象严重。现在学习的是第12页，共98页现在学习的是第13页，共98页 1.1.菌菌种种能能在在廉廉价价原原料料制制成成的的培培养养基基上上迅迅速速生生长长和和繁繁殖殖，并并且且生生成所需的代谢产物产量要高。成所需的代谢产物产量要高。2.2.菌菌种种可可以以在在要要求求不不高高，易易于于控控制制的的培培养养条条件件下下（糖糖浓浓度度、温温度、度、pHpH值、溶解氧和渗透压等）迅速生长和发酵。值、溶解氧和渗透压等）迅速生长和发酵。3.3.菌株生长速度和产物生成速度应较快，发酵周期较短。菌株生长速度和产物生成速度应较快，发酵周期较短。第二节第二节 食品发酵菌种筛选食品发酵菌种筛选一、一、食品发酵工业对微生物菌种的一般要求食品发酵工业对微生物菌种的一般要求 现在学习的是第14页，共98页 4.4.根根据据代代谢谢控控制制的的要要求求，选选择择单单产产高高的的营营养养缺缺陷陷型型突突变变菌菌株株、调节突变菌株或野生菌株。调节突变菌株或野生菌株。5.5.选择一些不易被噬菌体感染的菌株。选择一些不易被噬菌体感染的菌株。6.6.生生产产菌菌种种纯纯度度高高，不不易易变变异异退退化化，以以保保证证发发酵酵生生产产和和产产品品质质量量的稳定性。的稳定性。7.7.菌体不能是病源菌，不产生任何有害的生物活性物质（包括激菌体不能是病源菌，不产生任何有害的生物活性物质（包括激素和毒素等），以保证安全。素和毒素等），以保证安全。现在学习的是第15页，共98页二、食品发酵工业常用微生物二、食品发酵工业常用微生物二、食品发酵工业常用微生物二、食品发酵工业常用微生物（一）细菌（一）细菌（一）细菌（一）细菌 发酵工业中常用的细菌：枯草芽孢杆菌（蛋白酶、淀粉发酵工业中常用的细菌：枯草芽孢杆菌（蛋白酶、淀粉酶）、乳酸杆菌（乳酸）、醋酸杆菌（醋酸）、梭状芽孢杆酶）、乳酸杆菌（乳酸）、醋酸杆菌（醋酸）、梭状芽孢杆菌（丙酮、丁醇）、巨大芽孢杆菌（葡萄糖异构酶）、大肠菌（丙酮、丁醇）、巨大芽孢杆菌（葡萄糖异构酶）、大肠杆菌（谷氨酸脱羧酶、天冬酰胺酶等）、产氨短杆菌（氨基杆菌（谷氨酸脱羧酶、天冬酰胺酶等）、产氨短杆菌（氨基酸、核苷酸）等。酸、核苷酸）等。现在学习的是第16页，共98页（二）酵母菌（二）酵母菌（二）酵母菌（二）酵母菌 发酵工业中常用的酵母：酿酒酵母、汉逊酵母和各种假丝发酵工业中常用的酵母：酿酒酵母、汉逊酵母和各种假丝酵母等。除了用来酿造饮料酒、酒精和烤制面包外，还可用于酵母等。除了用来酿造饮料酒、酒精和烤制面包外，还可用于生产甘油、酶制剂、有机酸等。此外，由于酵母菌体本事富含生产甘油、酶制剂、有机酸等。此外，由于酵母菌体本事富含蛋白质、核糖核酸、细胞色素蛋白质、核糖核酸、细胞色素C C、酶类及多种维生素，又是医、酶类及多种维生素，又是医药、食品、饲料行业中的重要原料。药、食品、饲料行业中的重要原料。现在学习的是第17页，共98页（三）霉菌（三）霉菌（三）霉菌（三）霉菌 发酵工业中常用的霉菌：根霉属，主要产淀粉酶、脂肪酶、发酵工业中常用的霉菌：根霉属，主要产淀粉酶、脂肪酶、乳酸、甾体激素等；毛霉属，主要产蛋白酶、凝乳酶、草酸、甾乳酸、甾体激素等；毛霉属，主要产蛋白酶、凝乳酶、草酸、甾体激素等；木霉属，主要产纤维素酶等；青霉属，主要产脂肪酶、体激素等；木霉属，主要产纤维素酶等；青霉属，主要产脂肪酶、葡萄糖氧化酶、维生素等；曲霉属，主要产维生素葡萄糖氧化酶、维生素等；曲霉属，主要产维生素C C、柠檬酸、柠檬酸、各种水解酶类等。各种水解酶类等。现在学习的是第18页，共98页（四）担子菌（四）担子菌（四）担子菌（四）担子菌 担子菌的多糖物质具有很强的生理活性，尤其是提高机体担子菌的多糖物质具有很强的生理活性，尤其是提高机体免疫力、抗肿瘤作用等方面越来越引起人们重视。此外，担子免疫力、抗肿瘤作用等方面越来越引起人们重视。此外，担子菌通过液体发酵得到的菌丝体富含蛋白质、多糖、维生素等，菌通过液体发酵得到的菌丝体富含蛋白质、多糖、维生素等，可用于食品、医药和保健行业。可用于食品、医药和保健行业。（五）藻类（五）藻类（五）藻类（五）藻类 自然界分布极广的一大群自养微生物资源，许多国家已把自然界分布极广的一大群自养微生物资源，许多国家已把它用作人类保健食品和饲料。它用作人类保健食品和饲料。现在学习的是第19页，共98页三、三、生产菌种选育生产菌种选育（一）（一）自然选育自然选育自然选育自然选育 在生产过程中，不经过人工诱变处理，利用菌种的自发突变在生产过程中，不经过人工诱变处理，利用菌种的自发突变而进行菌种筛选的过程。而进行菌种筛选的过程。（二）（二）诱变育种诱变育种诱变育种诱变育种 利用物理或化学因素处理微生物细胞群体，促使其中少数利用物理或化学因素处理微生物细胞群体，促使其中少数细胞遗传物质的分子结构发生改变，从而引起菌体发生遗传性细胞遗传物质的分子结构发生改变，从而引起菌体发生遗传性变异，再用合理的筛选方法从细胞群体中筛选出少数具有优良变异，再用合理的筛选方法从细胞群体中筛选出少数具有优良性状的菌株。性状的菌株。现在学习的是第20页，共98页现在学习的是第21页，共98页（三）杂交育种（原生质体融合）（三）杂交育种（原生质体融合）（三）杂交育种（原生质体融合）（三）杂交育种（原生质体融合）指两个基因型不同的菌株通过结合或原生质体融合使遗传物指两个基因型不同的菌株通过结合或原生质体融合使遗传物质重新组合，再从中分离和筛选出具有新性状的菌株。质重新组合，再从中分离和筛选出具有新性状的菌株。（四）分子育种（四）分子育种（四）分子育种（四）分子育种 应用基因工程方法进行的育种。应用基因工程方法进行的育种。现在学习的是第22页，共98页现在学习的是第23页，共98页四、四、生产中常用菌种的保藏生产中常用菌种的保藏（一）生产中菌种来源（一）生产中菌种来源（一）生产中菌种来源（一）生产中菌种来源 自然界分离筛选；菌种保藏机构获得；已有菌株中筛选突变株。自然界分离筛选；菌种保藏机构获得；已有菌株中筛选突变株。（二）菌种保藏原理（二）菌种保藏原理（二）菌种保藏原理（二）菌种保藏原理 根据微生物生理、生化特点人工创造条件，使微生物的代谢处根据微生物生理、生化特点人工创造条件，使微生物的代谢处于不活泼，生长繁殖受抑制的休眠状态。这些人工造成的环境主要于不活泼，生长繁殖受抑制的休眠状态。这些人工造成的环境主要是低温、干燥和缺氧三者，在此种条件下，使菌株很少发生突变，是低温、干燥和缺氧三者，在此种条件下，使菌株很少发生突变，以达到保持纯种的目的。以达到保持纯种的目的。现在学习的是第24页，共98页（三）菌种保藏方法（三）菌种保藏方法（三）菌种保藏方法（三）菌种保藏方法 1.1.冷冻保藏冷冻保藏 普通冷冻保藏技术（普通冷冻保藏技术（5 52020）、超低温冷冻保藏技术）、超低温冷冻保藏技术（60608080）和液氮（）和液氮（196196）冷冻保藏技术）冷冻保藏技术 2.2.冻干保藏冻干保藏 3.3.传代保藏传代保藏 将菌种定期在新鲜琼脂培养基上传代，然后在一定温度下生长和将菌种定期在新鲜琼脂培养基上传代，然后在一定温度下生长和保存的传代保藏方法。保存的传代保藏方法。4.4.矿物油中浸没保藏矿物油中浸没保藏 将琼脂斜面或液体培养物浸入矿物油中于室温下保藏。将琼脂斜面或液体培养物浸入矿物油中于室温下保藏。5.5.干燥载体保藏干燥载体保藏 干孢子形成真菌和链霉菌时可通过吸附于干燥惰性固相载体如白干孢子形成真菌和链霉菌时可通过吸附于干燥惰性固相载体如白土、硅胶或陶瓷表面获得较长时间的保藏。土、硅胶或陶瓷表面获得较长时间的保藏。现在学习的是第25页，共98页（四）菌种保藏注意事项（四）菌种保藏注意事项（四）菌种保藏注意事项（四）菌种保藏注意事项 1.1.菌种在保藏前所处的状态菌种在保藏前所处的状态 一般以稍低于生长最适温度培养至孢子成熟的菌种进行保存，一般以稍低于生长最适温度培养至孢子成熟的菌种进行保存，效果较好。效果较好。2.2.菌种保藏所用的基质菌种保藏所用的基质 斜面低温保藏所用的培养基，碳源比例应少些。斜面低温保藏所用的培养基，碳源比例应少些。3.3.操作过程对细胞结构的损害操作过程对细胞结构的损害现在学习的是第26页，共98页（五）国内重要保藏菌种机构（五）国内重要保藏菌种机构（五）国内重要保藏菌种机构（五）国内重要保藏菌种机构 1.1.普通微生物菌种保藏管理中心（普通微生物菌种保藏管理中心（CCGMCCCGMC）中国科学院微生物研究所，北京（中国科学院微生物研究所，北京（ASAS）：真菌、细菌）：真菌、细菌 中国科学院武汉病毒研究所，武汉（中国科学院武汉病毒研究所，武汉（AS-IVAS-IV）：病毒）：病毒 2.2.农业微生物菌种保藏管理中心（农业微生物菌种保藏管理中心（ACCCACCC）中国科学院土壤肥料研究所，北京（中国科学院土壤肥料研究所，北京（ISFISF）3.3.工业微生物菌种保藏管理中心（工业微生物菌种保藏管理中心（CICCCICC）中国食品发酵工业研究所，北京（中国食品发酵工业研究所，北京（IFFIIFFI）4.4.兽医微生物菌种保藏管理中心（兽医微生物菌种保藏管理中心（CVCCCVCC）农业部兽医药品监察所，北京（农业部兽医药品监察所，北京（CIVBPCIVBP）现在学习的是第27页，共98页 5.5.医学微生物菌种保藏管理中心（医学微生物菌种保藏管理中心（CMCCCMCC）中国医学科学院皮肤病研究所，南京（中国医学科学院皮肤病研究所，南京（IDID）：真菌）：真菌 卫生部药品生物制品检定所，北京（卫生部药品生物制品检定所，北京（NICPBPNICPBP）：细菌）：细菌 中国医学科学院病毒研究所，北京（中国医学科学院病毒研究所，北京（IVIV）：病毒）：病毒 6.6.抗生素菌种保藏管理中心（抗生素菌种保藏管理中心（CACCCACC）中国医学科学院抗菌素研究所，北京（中国医学科学院抗菌素研究所，北京（IAIA）四川抗菌素工业研究所，成都（四川抗菌素工业研究所，成都（SIASIA）：新抗菌素菌种）：新抗菌素菌种 华华北北制制药药厂厂抗抗菌菌素素研研究究所所，石石家家庄庄（IANPIANP）：生生产产用用抗抗菌菌素素菌菌种种 现在学习的是第28页，共98页第三节第三节 培养基的组成及制备培养基的组成及制备 培养基培养基培养基培养基：人工配制的供微生物或动、植物细胞生长、繁：人工配制的供微生物或动、植物细胞生长、繁殖、代谢和合成人们所需要的产物的营养物质和原料。殖、代谢和合成人们所需要的产物的营养物质和原料。（一）按培养基的成分分类（一）按培养基的成分分类（一）按培养基的成分分类（一）按培养基的成分分类 合成培养基合成培养基合成培养基合成培养基：原料的化学成分明确、稳定，适用于研究菌：原料的化学成分明确、稳定，适用于研究菌种基本代谢的物质变化。但是生产某些疫苗等生物制品的过程种基本代谢的物质变化。但是生产某些疫苗等生物制品的过程中，为了防止杂蛋白等其他杂质混入，也常用合成培养基。合中，为了防止杂蛋白等其他杂质混入，也常用合成培养基。合成培养基的营养成分单一且价格昂贵，故不适用于大规模生产。成培养基的营养成分单一且价格昂贵，故不适用于大规模生产。一、培养基的类型一、培养基的类型一、培养基的类型一、培养基的类型现在学习的是第29页，共98页 天然培养基天然培养基天然培养基天然培养基：原料是一些天然的动植物产品，相对于合：原料是一些天然的动植物产品，相对于合成培养基来说，其成分比较复杂，如玉米粉、花生粉、豆饼成培养基来说，其成分比较复杂，如玉米粉、花生粉、豆饼粉等。粉等。优点优点优点优点：营养丰富，适合于微生物的生长繁殖和目的产物的合：营养丰富，适合于微生物的生长繁殖和目的产物的合成。一般天然培养基中不需要另加微量元素、维生素等物质，且成。一般天然培养基中不需要另加微量元素、维生素等物质，且培养基组成的原料来源丰富、价格低廉，适合于工业生产。培养基组成的原料来源丰富、价格低廉，适合于工业生产。缺点缺点缺点缺点：由于天然培养基的组分复杂，不同产地、不同季节、不：由于天然培养基的组分复杂，不同产地、不同季节、不同品种的相同原料，各种成分含量有所不同，不易重复，若对原料同品种的相同原料，各种成分含量有所不同，不易重复，若对原料质量等方面不加控制会严重影响生产的稳定性。质量等方面不加控制会严重影响生产的稳定性。现在学习的是第30页，共98页（二）按培养基外观的物理状态分类（二）按培养基外观的物理状态分类（二）按培养基外观的物理状态分类（二）按培养基外观的物理状态分类 固体培养基：固体培养基：固体培养基：固体培养基：主要成分为麸皮、大米、小米、稻糠和琼脂等，主要成分为麸皮、大米、小米、稻糠和琼脂等，有的还含有一些其他营养成分。比较适用于菌种的分离和保存，有的还含有一些其他营养成分。比较适用于菌种的分离和保存，也广泛应用于曲霉菌和有子实体的真菌类，如香菇、木耳、灵芝也广泛应用于曲霉菌和有子实体的真菌类，如香菇、木耳、灵芝等的生产。等的生产。半固体培养基半固体培养基半固体培养基半固体培养基：在配好的液体培养基中加入琼脂，一般用量：在配好的液体培养基中加入琼脂，一般用量为为0.5%0.5%0.5%0.5%0.8%0.8%0.8%0.8%，培养基呈半固体状态。主要用于鉴定菌种、观察细，培养基呈半固体状态。主要用于鉴定菌种、观察细菌运动特征及噬菌体的效价测定等。菌运动特征及噬菌体的效价测定等。液体培养基液体培养基液体培养基液体培养基：80%80%80%80%90%90%90%90%是水是水是水是水，其中配有可溶性的或不溶性，其中配有可溶性的或不溶性的营养成分。流动好，输送方便，有利于氧气、其他物质和的营养成分。流动好，输送方便，有利于氧气、其他物质和热量的传递，便于发酵参数的控制，是摇瓶发酵和大规模工热量的传递，便于发酵参数的控制，是摇瓶发酵和大规模工业发酵最常用的培养基。业发酵最常用的培养基。现在学习的是第31页，共98页（三）按用途分类（三）按用途分类（三）按用途分类（三）按用途分类 斜斜斜斜面面面面培培培培养养养养基基基基：供供菌菌种种繁繁殖殖的的一一种种常常用用的的固固体体培培养养基基。这这种种培养基的要求是能使菌体迅速生长，并不易引起菌种发生变异。培养基的要求是能使菌体迅速生长，并不易引起菌种发生变异。种种种种子子子子培培培培养养养养基基基基：供供微微生生物物大大量量生生长长，为为发发酵酵提提供供活活力力强强的的种种子子。配配制制原原则则：使使种种子子生生长长旺旺盛盛，各各种种有有关关的的初初级级代代谢谢酶酶的的活活力力高高，有有利利于于接接入入发发酵酵培培养养基基后后大大量量、快快速速合合成成产产物物。种种子子培培养养基基一一般般要要求求有机氮源和维生素的比例较高。有机氮源和维生素的比例较高。发发发发酵酵酵酵培培培培养养养养基基基基：供供菌菌种种生生长长、繁繁殖殖，得得到到所所需需要要的的目目标标产产物物。既既要要使使种种子子接接种种后后能能迅迅速速生生长长达达到到一一定定的的菌菌体体浓浓度度，又又要要使使长长好好的的菌菌体体能能迅迅速速合合成成所所需需的的产产物物。发发酵酵培培养养基基的的组组成成除除有有菌菌体体生生长长所所必必需需的的碳碳源源、氮氮源源、磷磷源源等等外外，还还要要有有产产物物合成所需的某些特定元素、前体和促进剂等。合成所需的某些特定元素、前体和促进剂等。现在学习的是第32页，共98页 孢子培养基孢子培养基孢子培养基孢子培养基：主要用于制备微生物孢子。要求此种培养基能：主要用于制备微生物孢子。要求此种培养基能形成大量的优质孢子，但不能引起菌种变异。形成大量的优质孢子，但不能引起菌种变异。繁殖和保藏培养基繁殖和保藏培养基繁殖和保藏培养基繁殖和保藏培养基：主要用于菌种保藏，一般根据微生物的：主要用于菌种保藏，一般根据微生物的种类和营养要求加以选择。种类和营养要求加以选择。选择培养基选择培养基选择培养基选择培养基：根据某（种）类微生物的特殊营养要求或对某：根据某（种）类微生物的特殊营养要求或对某种化学、物理因素的抗性而设计的培养基，其功能是使混合菌样种化学、物理因素的抗性而设计的培养基，其功能是使混合菌样品中劣势菌变成优势菌，从而提高该（种）类的筛选效率。品中劣势菌变成优势菌，从而提高该（种）类的筛选效率。现在学习的是第33页，共98页二、培养基的配制原则二、培养基的配制原则（一）根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基（一）根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基（一）根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基（一）根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基 不同的微生物所需营养物质不同，其培养基配方也不同。必须了不同的微生物所需营养物质不同，其培养基配方也不同。必须了解不同生产菌种的培养条件、代谢途径、代谢产物的化学性质，从而解不同生产菌种的培养条件、代谢途径、代谢产物的化学性质，从而确定最优的培养基。确定最优的培养基。（二）合适的碳氮比（二）合适的碳氮比（二）合适的碳氮比（二）合适的碳氮比 氮氮源源过过多多，会会使使菌菌体体生生长长过过于于旺旺盛盛，pHpH值值偏偏高高，不不利利于于代代谢谢产产物物的的积积累累；氮氮源源不不足足，则则菌菌体体繁繁殖殖量量少少，从从而而影影响响产产量量。碳碳源源过过多多，则则容容易易形形成成较较低低的的pHpH值值，不不利利于于菌菌体体的的生生长长；若若碳碳源源不不足足则则易易引引起起菌菌体体衰衰老老和和自自溶溶。另另外外，碳碳氮氮比比不不当当还还会会影影响响菌菌体体按按比例地吸收营养物质，直接影响菌体的生长和产物的形成。比例地吸收营养物质，直接影响菌体的生长和产物的形成。现在学习的是第34页，共98页 微生物在不同的生长阶段，对碳氮比的最适要求也不一样。微生物在不同的生长阶段，对碳氮比的最适要求也不一样。一般工业发酵培养基的碳氮比约为一般工业发酵培养基的碳氮比约为1000.21000.21000.21000.22.02.02.02.0。快速利用氮源快速利用氮源快速利用氮源快速利用氮源（如硫酸铵）：容易被菌体利用来生长，（如硫酸铵）：容易被菌体利用来生长，对某些产物的合成，特别是抗生素的合成有调节作用。对某些产物的合成，特别是抗生素的合成有调节作用。慢速利用氮源慢速利用氮源慢速利用氮源慢速利用氮源（如黄豆粉、花生粉）：对延长次级代谢产物（如黄豆粉、花生粉）：对延长次级代谢产物的分泌期和提高产物产量有一定好处。的分泌期和提高产物产量有一定好处。现在学习的是第35页，共98页（三）合适的（三）合适的（三）合适的（三）合适的pHpHpHpH值值值值 在配制培养基时，要注意生理酸碱性物质，以及在配制培养基时，要注意生理酸碱性物质，以及pHpH值缓冲剂的值缓冲剂的加入和搭配。要根据菌种的性能、其生长和合成产物时加入和搭配。要根据菌种的性能、其生长和合成产物时pHpH值的值的变化情况以及最适变化情况以及最适pHpH值控制范围等，综合考虑选用何种生理酸值控制范围等，综合考虑选用何种生理酸碱物质及其用量，从而保证在整个发酵过程中碱物质及其用量，从而保证在整个发酵过程中pHpH值都能维持在最值都能维持在最佳状态；也可考虑用中间补料来控制佳状态；也可考虑用中间补料来控制pHpH值。值。（四）合适的渗透压（四）合适的渗透压（四）合适的渗透压（四）合适的渗透压 营养物质浓度过低，不利于菌体的生长，也不利于提高产营养物质浓度过低，不利于菌体的生长，也不利于提高产物的产量和设备利用率。但是，营养物质浓度过高，则由于培物的产量和设备利用率。但是，营养物质浓度过高，则由于培养基溶液的渗透压太大，会抑制微生物的生长，也不利于溶氧。养基溶液的渗透压太大，会抑制微生物的生长，也不利于溶氧。同时培养基中的离子浓度也会影响微生物的生长及代谢。同时培养基中的离子浓度也会影响微生物的生长及代谢。现在学习的是第36页，共98页三、发酵工业中常用的原料三、发酵工业中常用的原料（一）工业上常用碳源（一）工业上常用碳源（一）工业上常用碳源（一）工业上常用碳源 目前使用最广的碳源是淀粉，主要来自玉米、谷物、木薯目前使用最广的碳源是淀粉，主要来自玉米、谷物、木薯等，还可以用经水解得到的各种淀粉糖，如葡萄糖、麦芽糖等。等，还可以用经水解得到的各种淀粉糖，如葡萄糖、麦芽糖等。使用最多的是葡萄糖，另外还有蔗糖、乳糖等。用于疫苗、一使用最多的是葡萄糖，另外还有蔗糖、乳糖等。用于疫苗、一些基因工程产品生产的培养基，通常采用牛血清蛋白、牛肉汁、些基因工程产品生产的培养基，通常采用牛血清蛋白、牛肉汁、酵母粉等作为碳源。酵母粉等作为碳源。（二）工业上常用氮源（二）工业上常用氮源（二）工业上常用氮源（二）工业上常用氮源 氨水、硫酸铵、硝酸铵等为无机氮源；黄豆粉、花生氨水、硫酸铵、硝酸铵等为无机氮源；黄豆粉、花生粉、酵母粉、鱼粉等都是有机氮源。一般来说，有机氮源更粉、酵母粉、鱼粉等都是有机氮源。一般来说，有机氮源更有利于微生物的生长。有利于微生物的生长。现在学习的是第37页，共98页表表2-1 2-1 工业上常用的碳源及其来源工业上常用的碳源及其来源碳源碳源 来源来源 葡萄糖葡萄糖纯葡萄糖、水解淀粉纯葡萄糖、水解淀粉乳糖乳糖纯乳糖、乳清粉纯乳糖、乳清粉淀粉淀粉 玉米、大米、甘薯、大麦等玉米、大米、甘薯、大麦等 蔗糖蔗糖 甜菜糖蜜、甘蔗糖蜜、粗红糖、精白糖等甜菜糖蜜、甘蔗糖蜜、粗红糖、精白糖等现在学习的是第38页，共98页表2-2 2-2 几种常用有机氮源的含氮量氮源氮源 含氮量含氮量/%/%豆粕豆粕 8.l 8.l 花生粉花生粉 8.0 8.0 酵母水解物酵母水解物 8.0 8.0 血粉血粉 12.3 12.3 大豆粉大豆粉 8.0 8.0 菜子饼菜子饼 6.0 6.0 棉子饼棉子饼 6.3 6.3 玉米浆玉米浆 4.5 4.5 现在学习的是第39页，共98页（三）无机盐（三）无机盐（三）无机盐（三）无机盐 根根据据需需求求量量通通常常将将无无机机盐盐分分为为主主主主要要要要元元元元素素素素和和微微微微量量量量元元元元素素素素。微微量量元元素素需需求求量量极极少少，混混杂杂在在水水或或其其他他营营养养物物中中的的极极微微数数量量就就足足以以满满足足微微生生物物的的需需要要。但但无无特特殊殊原原因因，一一般般配配制制培培养养基基时时没没有有另另外外加加入微量元素的必要。入微量元素的必要。（四）水（四）水（四）水（四）水 天天然然水水含含有有不不同同类类型型和和不不同同量量的的矿矿物物质质，具具有有一一定定的的硬硬度度和和碱碱度度，水水的的质质量量对对微微生生物物的的生生长长和和发发酵酵产产物物的的形形成成有有一一定定影影响响。如如一一些些著著名名的酿酒厂附近都有优质的水源。的酿酒厂附近都有优质的水源。现在学习的是第40页，共98页（五）生长因子（五）生长因子（五）生长因子（五）生长因子 一一类类对对微微生生物物正正常常代代谢谢必必不不可可少少且且不不能能用用简简单单的的碳碳源源或或氮氮源源自自行行合合成成的的有有机机物物。广广义义的的生生长长因因子子除除了了维维生生素素外外，还包括碱基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、脂肪酸等。还包括碱基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、脂肪酸等。（六）消泡剂（六）消泡剂（六）消泡剂（六）消泡剂 常用的消泡剂有植物油脂、动物油脂和一些化学合成常用的消泡剂有植物油脂、动物油脂和一些化学合成的高分子化合物。的高分子化合物。植物油脂：玉米油、豆油、植物油脂：玉米油、豆油、棉籽油、菜籽油棉籽油、菜籽油 动物油脂：鲸鱼油、猪油动物油脂：鲸鱼油、猪油 高分子化合物：高分子化合物：聚醚类和硅酮类聚醚类和硅酮类 现在学习的是第41页，共98页四、培养基的灭菌四、培养基的灭菌四、培养基的灭菌四、培养基的灭菌（一）消毒和灭菌（一）消毒和灭菌（一）消毒和灭菌（一）消毒和灭菌 消消消消毒毒毒毒:指指杀杀灭灭引引起起感感染染的的微微生生物物。在在治治疗疗学学与与卫卫生生学学中中消消毒毒指指的的是是杀杀灭灭病病原原微微生生物物；在在工工业业微微生生物物中中消消毒毒指指的的是是除除去去会会引引起起污污染染的微生物。的微生物。灭灭灭灭菌菌菌菌:指指杀杀死死一一切切微微生生物物（包包括括繁繁殖殖体体和和芽芽孢孢等等），不不分分病病原原和非病原微生物。和非病原微生物。消消毒毒一一般般多多指指化化学学因因素素处处理理，灭灭菌菌一一般般多多指指物物理理因因素素处处理理。消消毒的结果并不一定是无菌状态，灭菌的结果则是无菌状态。毒的结果并不一定是无菌状态，灭菌的结果则是无菌状态。现在学习的是第42页，共98页（二）灭菌方法（二）灭菌方法（二）灭菌方法（二）灭菌方法 1.1.干热灭菌法干热灭菌法 大多数的干热灭菌是利用电热或红外线在某设备内加热到大多数的干热灭菌是利用电热或红外线在某设备内加热到一定温度将微生物杀死。干热对微生物有氧化、蛋白质变性和一定温度将微生物杀死。干热对微生物有氧化、蛋白质变性和电介质浓缩引起中毒等作用，氧化作用导致微生物死亡是干热电介质浓缩引起中毒等作用，氧化作用导致微生物死亡是干热灭菌的主要根据。干热灭菌用于要求灭菌后保持干燥的物料、灭菌的主要根据。干热灭菌用于要求灭菌后保持干燥的物料、器具等。器具等。2.2.湿热灭菌法湿热灭菌法 借助蒸汽释放的热能使微生物细胞中的蛋白质、酶和核酸分子借助蒸汽释放的热能使微生物细胞中的蛋白质、酶和核酸分子内部的化学键，特别是氢键受到破坏，引起不可逆的变性，从而使内部的化学键，特别是氢键受到破坏，引起不可逆的变性，从而使微生物死亡。在有水分存在的情况下，蛋白质更易受热凝固变性。微生物死亡。在有水分存在的情况下，蛋白质更易受热凝固变性。现在学习的是第43页，共98页 （1 1）巴斯德消毒法）巴斯德消毒法 将将待待消消毒毒的的液液体体食食品品在在63636565下下保保持持30min30min，然然后后迅迅速速冷冷却却，以以杀杀死死其其中中可可能能存存在在的的病病原原菌菌，保保