发酵培养基设计精选PPT.ppt
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1、关于发酵培养基设计第1页,讲稿共90张,创作于星期日一、发酵培养基的营养成分及来一、发酵培养基的营养成分及来源源第2页,讲稿共90张,创作于星期日1、碳源、碳源主要功能:主要功能:1 1)为菌体的生长繁殖提供能源和合成菌体所必)为菌体的生长繁殖提供能源和合成菌体所必需的成分;需的成分;2 2)为合成目的产物提供所需的碳素成分)为合成目的产物提供所需的碳素成分第3页,讲稿共90张,创作于星期日常用的碳源常用的碳源:特殊情况下(如碳源贫乏时),蛋白质水解特殊情况下(如碳源贫乏时),蛋白质水解物或氨基酸等也可被微生物作为碳源使用。物或氨基酸等也可被微生物作为碳源使用。糖类油脂有机酸低碳醇等第4页,讲
2、稿共90张,创作于星期日(1 1)、糖类)、糖类 发酵培养基中使用最广泛的碳源发酵培养基中使用最广泛的碳源;主要有葡萄糖、糖蜜和淀粉糊精等主要有葡萄糖、糖蜜和淀粉糊精等糖类来 源葡萄糖葡萄糖乳糖乳糖淀粉淀粉蔗糖蔗糖纯葡萄糖、水解淀粉纯葡萄糖、水解淀粉纯乳糖、乳清粉纯乳糖、乳清粉大麦、花生粉、燕麦粉、黑麦粉等大麦、花生粉、燕麦粉、黑麦粉等甜菜糖蜜、甘蔗糖蜜、粗红糖、精白糖等甜菜糖蜜、甘蔗糖蜜、粗红糖、精白糖等工业上常用的糖类及来源工业上常用的糖类及来源淀粉水解糖的制备是淀粉水解糖的制备是发酵生产的一项重要发酵生产的一项重要工艺,将在后面介绍工艺,将在后面介绍第5页,讲稿共90张,创作于星期日葡萄
3、糖葡萄糖 最易利用,几乎所有微生物都能利用最易利用,几乎所有微生物都能利用 葡萄糖常作为培养基的一种主要成分,并且作葡萄糖常作为培养基的一种主要成分,并且作为加速微生物生长的一种有效糖。为加速微生物生长的一种有效糖。但过多的葡萄糖会过分加速菌体的呼吸,以至但过多的葡萄糖会过分加速菌体的呼吸,以至培养基中的溶解氧不能满足需要,使一些中间代培养基中的溶解氧不能满足需要,使一些中间代谢物(如丙酮酸、乳酸、乙酸等)不能完全氧化谢物(如丙酮酸、乳酸、乙酸等)不能完全氧化而积累在菌体或培养基中,导致而积累在菌体或培养基中,导致pHpH下降,影响某下降,影响某些酶的活性,从而抑制微生物的生长和产物的合成。些
4、酶的活性,从而抑制微生物的生长和产物的合成。第6页,讲稿共90张,创作于星期日糖蜜糖蜜 制糖的结晶母液,它是制糖工业的副产物制糖的结晶母液,它是制糖工业的副产物;含有丰富的糖、氮类化合物、无机盐和维生含有丰富的糖、氮类化合物、无机盐和维生素等,是微生物发酵培养基价廉物美的碳源素等,是微生物发酵培养基价廉物美的碳源;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%50%-75%。糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜,二者在糖的含量糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜,二者在糖的含量和无机盐的含量上有所不同,即使同一种糖蜜由于和无机盐的含量上有所不同,即使同一种糖蜜由于加工方法不同其成分也存在差异,因此
5、使用时要注加工方法不同其成分也存在差异,因此使用时要注意。意。第7页,讲稿共90张,创作于星期日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%。一般糖蜜分甘蔗糖。一般糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜葡萄糖蜜蜜和甜菜糖蜜葡萄糖蜜。第8页,讲稿共90张,创作于星期日不用加工方法对甘蔗糖蜜的影响不用加工方法对甘蔗糖蜜的影响第9页,讲稿共90张,创作于星期日糖蜜使用的注意点:糖蜜使用的注意点:除糖份外,含有较多的杂质,其中有些是有用的,但是许除糖份外,含有较多的杂质,其中有些是有用的,但是许多都
6、会对发酵产生不利的影响,需要进行预处理。多都会对发酵产生不利的影响,需要进行预处理。例:谷氨酸发酵例:谷氨酸发酵有害物资:胶体成分(起泡、结晶)、钙盐(结晶)有害物资:胶体成分(起泡、结晶)、钙盐(结晶)生物素(发酵控制)生物素(发酵控制)预处理:澄清预处理:澄清脱钙脱钙脱除生物素脱除生物素例:柠檬酸发酵例:柠檬酸发酵有害物质:铁离子含量高(导致异柠檬酸的生成)有害物质:铁离子含量高(导致异柠檬酸的生成)预处理:预处理:黄血盐黄血盐第10页,讲稿共90张,创作于星期日淀粉糊精淀粉糊精 多糖,也是常用的碳源多糖,也是常用的碳源;需经胞外酶水解成单糖后再被吸收利用需经胞外酶水解成单糖后再被吸收利用
7、;使用淀粉可克服葡萄糖代谢过快的弊病,使用淀粉可克服葡萄糖代谢过快的弊病,价格也比较低廉,在发酵工业中被普遍使用。价格也比较低廉,在发酵工业中被普遍使用。常用的淀粉为玉米、甘薯、马铃薯、木薯常用的淀粉为玉米、甘薯、马铃薯、木薯淀粉。淀粉。第11页,讲稿共90张,创作于星期日例:地衣牙孢杆菌生产例:地衣牙孢杆菌生产-淀粉酶淀粉酶碳源对生长和产酶的影响碳源对生长和产酶的影响碳源碳源 细胞量细胞量 -淀粉酶淀粉酶葡萄糖葡萄糖 4.2 0 蔗糖蔗糖 4.02 0糊精糊精 3.06 38.2淀粉淀粉 3.09 40.2第12页,讲稿共90张,创作于星期日 油和脂肪也能被许多微生物作为碳源和能源油和脂肪也
8、能被许多微生物作为碳源和能源 这些微生物都具有比较活跃的脂肪酶,在脂肪酶的作用下,这些微生物都具有比较活跃的脂肪酶,在脂肪酶的作用下,油或脂肪被水解为甘油和脂肪酸,在溶解氧的参与下,进一步油或脂肪被水解为甘油和脂肪酸,在溶解氧的参与下,进一步氧化成氧化成COCO2 2和和H H2 2O O,并释放出大量的能量。,并释放出大量的能量。当微生物利用脂肪作为碳源时,要供给比糖代谢更多的氧,当微生物利用脂肪作为碳源时,要供给比糖代谢更多的氧,不然大量的脂肪酸和代谢中的有机酸会积累,从而引起不然大量的脂肪酸和代谢中的有机酸会积累,从而引起pHpH的下的下降,并影响微生物酶系统的作用。降,并影响微生物酶系
9、统的作用。常用豆油、菜油、葵花籽油、猪油、鱼油、棉籽油等常用豆油、菜油、葵花籽油、猪油、鱼油、棉籽油等(2 2)、油和脂肪)、油和脂肪第13页,讲稿共90张,创作于星期日 一些微生物对多种有机酸(如乳酸、柠檬酸、一些微生物对多种有机酸(如乳酸、柠檬酸、乙酸等)有很强的氧化能力,可以有机酸或有机乙酸等)有很强的氧化能力,可以有机酸或有机酸盐作为碳源。酸盐作为碳源。有机酸的利用常会使有机酸的利用常会使pHpH上升,尤其是有机酸盐上升,尤其是有机酸盐氧化时,常伴随着碱性物质的产生,使氧化时,常伴随着碱性物质的产生,使pHpH进一步上进一步上升。升。如以醋酸盐为碳源时,反应如下:CH3COONa+2O
10、2 2CO2+H2O+NaOH(3)(3)、有机酸、有机酸第14页,讲稿共90张,创作于星期日 随着石油工业的发展,微生物工业的碳源也有所扩大。随着石油工业的发展,微生物工业的碳源也有所扩大。正烷烃(一般指从石油裂解中得到的正烷烃(一般指从石油裂解中得到的14-1814-18碳的直链烷碳的直链烷烃混合物)已用于有机酸、氨基酸、维生素、抗生素和酶烃混合物)已用于有机酸、氨基酸、维生素、抗生素和酶制剂的工业发酵中。制剂的工业发酵中。石油工业的发展促使乙醇产量的增加,乙醇代粮发酵的石油工业的发展促使乙醇产量的增加,乙醇代粮发酵的工艺发展也十分迅速,自然界中能同化乙醇的微生物和能同工艺发展也十分迅速,
11、自然界中能同化乙醇的微生物和能同化糖质的微生物一样普遍,种类也相当多,乙醇作碳源其菌化糖质的微生物一样普遍,种类也相当多,乙醇作碳源其菌体得率比葡萄糖作碳源还高,因而乙醇已成功地应用于发酵体得率比葡萄糖作碳源还高,因而乙醇已成功地应用于发酵工业的许多领域中,如利用乙醇生产单细胞蛋白工业的许多领域中,如利用乙醇生产单细胞蛋白(4)(4)、烃和醇类、烃和醇类第15页,讲稿共90张,创作于星期日2、氮源、氮源有机氮源有机氮源豆饼(粕)粉、花生饼粉、鱼粉、蚕蛹粉、酵豆饼(粕)粉、花生饼粉、鱼粉、蚕蛹粉、酵母粉、玉米浆、尿素等母粉、玉米浆、尿素等无机氮源无机氮源 铵盐、硝酸盐等铵盐、硝酸盐等 (由于细胞
12、内的含氮物质都以氨基或亚氨基的形式存在,故铵态氮(由于细胞内的含氮物质都以氨基或亚氨基的形式存在,故铵态氮可以直接用于合成细胞物质;而硝态氮需还原成氨后才能被利用)可以直接用于合成细胞物质;而硝态氮需还原成氨后才能被利用)第16页,讲稿共90张,创作于星期日成分黄豆饼粉棉籽饼粉花生饼粉玉米浆鱼粉米糠酵母膏蛋白质/%碳水化合物/%脂肪/%纤维/%灰分/%干物/%核黄素/(mg/kg)硫胺素/(mg/kg)泛酸/(mg/kg)尼克酸/(mg/kg)吡哆 醇/(mg/kg)生物素/(mg/kg)胆碱/(mg/kg)精氨酸/%胱氨酸/%甘氨酸/%异亮氨酸/%亮氨酸/%赖氨酸/%甲硫氨酸/%苯丙氨酸/%
13、51.0-135.7923.062.414.521-27503.20.62.41.12.53.42.90.641281.5136.5904.414.344-24403.31.02.40.91.52.21.60.545235125.590.55.37.348.4167-16704.60.73123.11.30.6245.8118.8505.730.8874.683.619.40.886290.40.51.10.30.90.10.20.5725.01.5218.193.610.11.1931.414.7-35604.90.83.52.04.56.86.82.51345131416912.64222
14、3.2297-12500.50.10.90.20.40.60.50.450-031095-3.31.4-1.65.56.26.52.1第17页,讲稿共90张,创作于星期日无机氮源和尿素、玉米浆等可被迅速利用,为无机氮源和尿素、玉米浆等可被迅速利用,为速效氮;蛋白质氮则需先水解成肽和氨基酸后才能被蛋白质氮则需先水解成肽和氨基酸后才能被吸收利用,吸收利用,属属迟效氮第18页,讲稿共90张,创作于星期日 氮源物质常对培养液pH产生影响(NH4)SO4 2NH3+H2SO4NaNO3+4H2 NH3+2H2O+NaOH 反应中所产生的反应中所产生的NH3被菌体作为氮源利用后,培被菌体作为氮源利用后,培
15、养液中就留下了酸性或碱性物质。养液中就留下了酸性或碱性物质。在常用的无机氮中,硫酸铵被菌体利用后会在常用的无机氮中,硫酸铵被菌体利用后会使培养液的使培养液的pH下降,为下降,为生理酸性物质;硝酸钠被同化时则引起培养液硝酸钠被同化时则引起培养液pH上升,为上升,为生理碱性物质第19页,讲稿共90张,创作于星期日无机氮源的影响:硫酸铵硝酸铵硝酸钠尿素第20页,讲稿共90张,创作于星期日 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有机氮原:有机氮原:成分复杂,除提供氮源外,有些有机氮源还提供
16、大量的成分复杂,除提供氮源外,有些有机氮源还提供大量的无机无机 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、微量元素等第21页,讲稿共90张,创作于星期日氮源使用的一些相关问题:q 有机氮源和无机氮源应当混合使用有机氮源和无机氮源应当混合使用早期:容易利用易同化的氮源早期:容易利用易同化的氮源无机氮源无机氮源中期:菌体的代谢酶系已形成、则利用蛋白质中期:菌体的代谢酶系已形成、则利用蛋白质q 有些产物会受氮源的诱导和阻遏有些产物会受氮源的诱导和阻遏例:例:蛋白酶的生
17、产蛋白酶的生产q 有机氮源选取时也要考虑微生物的同化能力有机氮源选取时也要考虑微生物的同化能力q 开发效果好、有针对性的有机氮源仍然是令人感兴趣开发效果好、有针对性的有机氮源仍然是令人感兴趣 的课题的课题第22页,讲稿共90张,创作于星期日第23页,讲稿共90张,创作于星期日3、无机盐和微量元素、无机盐和微量元素 磷酸盐磷酸盐磷是某些蛋白质和核酸的组成成分磷是某些蛋白质和核酸的组成成分磷酸盐在培养基中还具有缓冲作用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微生物对磷的需要量一般为0.0050.01mol/L常用常用K3PO4、Na2HPO4、NaH2PO4 硫酸镁硫酸镁Mg 2+是
18、许多重要酶(如己糖磷酸化酶、异柠檬酸是许多重要酶(如己糖磷酸化酶、异柠檬酸脱氢酶、羧化酶等)的激活剂脱氢酶、羧化酶等)的激活剂镁离子能提高一些氨基糖苷类抗生素产生菌对自身所产镁离子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。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存在于细胞的蛋白质中,是含硫氨基酸的组成成分硫是构成一些酶的活性基硫是构成一些酶的活性基硫酸镁加入培养基中,在碱性条件下会形成氢氧化硫酸镁加入培养基中,在碱性条件下会形成氢氧化镁沉淀,配料时要注意。镁沉淀,配料时要
19、注意。钾盐钾盐钾不参与细胞结构物质的组成钾不参与细胞结构物质的组成是许多酶的激活剂是许多酶的激活剂菌体生长所需钾量约为菌体生长所需钾量约为0.1g/L(以以K2SO4计计)微量元素微量元素需量微少,但又不可缺少需量微少,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,不必另加有,不必另加某些金属离子,特别是汞离子和铜离子,具有明某些金属离子,特别是汞离子和铜离子,具有明显的毒性显的毒性第24页,讲稿共90张,创作于星期日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
20、,以实验决定,用量:根据具体的产品,以实验决定,P1044、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第25页,讲稿共90张,创作于星期日例:铁离子例:铁离子 青霉素发酵中,铁离子的浓度要小于青霉素发酵中,铁离子的浓度要小于20g/ml 发酵罐必须进行表面处理发酵罐必须进行表面处理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
21、.25 120分钟分钟加加 K2HPO4 5.45 30分钟分钟加加 KH2PO4 4.62 75分钟分钟第26页,讲稿共90张,创作于星期日4、生长因子、生长因子概念:微生物生长不可缺少的微量有机物质。微生物生长不可缺少的微量有机物质。类别:维生素、氨基酸、嘌呤嘧啶及其衍维生素、氨基酸、嘌呤嘧啶及其衍生物生物第27页,讲稿共90张,创作于星期日 不是所有微生物都必需的,只是对于某些自己不是所有微生物都必需的,只是对于某些自己不能合成这些成分的微生物才是必不可少的营养不能合成这些成分的微生物才是必不可少的营养物质。物质。如以糖质原料为碳源的谷氨酸生产菌均为生如以糖质原料为碳源的谷氨酸生产菌均为
22、生物素缺陷型,以生物素为生长因子。物素缺陷型,以生物素为生长因子。又如目前所使用的赖氨酸产生菌几乎都是谷又如目前所使用的赖氨酸产生菌几乎都是谷氨酸产生菌的各种突变株,均为生物素缺陷型,氨酸产生菌的各种突变株,均为生物素缺陷型,同时也是某些氨基酸如高丝氨酸的缺陷型,需同时也是某些氨基酸如高丝氨酸的缺陷型,需要生物素和某些氨基酸作为生长因子要生物素和某些氨基酸作为生长因子。第28页,讲稿共90张,创作于星期日提供生长因子的农副产品原料1)玉米浆(corn steep liquor,CSL)用亚硫酸浸泡玉米而得的浸用亚硫酸浸泡玉米而得的浸泡液的浓缩液,也是玉米淀粉生泡液的浓缩液,也是玉米淀粉生产的副
23、产品产的副产品 虽然主要用作氮源,但它含有虽然主要用作氮源,但它含有丰富的氨基酸、核酸、维生素、丰富的氨基酸、核酸、维生素、无机盐等,常用作为提供生长因无机盐等,常用作为提供生长因子的物质。子的物质。第29页,讲稿共90张,创作于星期日2)麸皮水解液可代替玉米浆,蛋白质、氨基酸等营养成分比可代替玉米浆,蛋白质、氨基酸等营养成分比玉米浆少。玉米浆少。用量一般为用量一般为1%(以干麸皮计)左右(以干麸皮计)左右水解条件:a)以干麸皮:水:以干麸皮:水:HCl=4.6:26:1配比混合,装入水解锅中配比混合,装入水解锅中以以0.070.08MPa表压加热水解表压加热水解7080min。b)以干麸皮:
24、水以干麸皮:水=1:20,用盐酸调,用盐酸调pH值值1.0,以,以0.25MPa表压加热水解表压加热水解20min。然后过滤取滤液。然后过滤取滤液。第30页,讲稿共90张,创作于星期日3)糖蜜(molasses)甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜均可代替玉米浆,但氨基酸等有机氮含量甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜均可代替玉米浆,但氨基酸等有机氮含量较低较低 甘蔗糖蜜用量为甘蔗糖蜜用量为0.1%0.4%4)酵母酵母膏、酵母浸出液、酵母粉酵母膏、酵母浸出液、酵母粉5)其他牛肉膏、蛋白胨、动物心、肝等组织浸液等都含有丰牛肉膏、蛋白胨、动物心、肝等组织浸液等都含有丰富的生长因子富的生长因子第31页,讲稿共90张,创作于星期日5、水
25、生理功能:1)是微生物机体的重要组成部分)是微生物机体的重要组成部分2)进行代谢反应的介质)进行代谢反应的介质3)营养物、代谢物、氧气等必须溶解于水后才能通过细)营养物、代谢物、氧气等必须溶解于水后才能通过细胞表面进行正常的活动;胞表面进行正常的活动;4)水的比热高,能有效吸收代谢过程中放出的热,使)水的比热高,能有效吸收代谢过程中放出的热,使细胞内温度不致骤然上升;同时水又是热的良导体,有细胞内温度不致骤然上升;同时水又是热的良导体,有利于散热,可调节细胞温度。利于散热,可调节细胞温度。第32页,讲稿共90张,创作于星期日 对于发酵工厂来说,恒定的水源是至关重要的,对于发酵工厂来说,恒定的水
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