发酵工业培养基及原料处理精选PPT.ppt

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1、关于发酵工业培养基及原料处理第1页，讲稿共64张，创作于星期日发酵工业培养基发酵工业培养基是工业发酵微生物生长是工业发酵微生物生长和分泌发酵产物的营养基质。和分泌发酵产物的营养基质。发酵工业培养基的设计、原料处理和配发酵工业培养基的设计、原料处理和配制制是发酵工程的重要操作单元之一。是发酵工程的重要操作单元之一。第2页，讲稿共64张，创作于星期日本章主要内容第一节第一节 发酵营养基质的组成发酵营养基质的组成第二节第二节 工业发酵中营养基质的种类工业发酵中营养基质的种类第三节第三节 培养基的设计和优化培养基的设计和优化第四节第四节 原料的选择及工业发酵中原料的选择及工业发酵中 重要营养基质的配制

2、方法重要营养基质的配制方法第3页，讲稿共64张，创作于星期日第一节第一节 发酵营养基质的组成发酵营养基质的组成 培养基定义：培养基定义：是指利用人工方法配制的供微生物、植物和动物细胞生是指利用人工方法配制的供微生物、植物和动物细胞生长繁殖或积累代谢产物的各种营养物质的混合物。长繁殖或积累代谢产物的各种营养物质的混合物。用途：用途：主要用于微生物等的主要用于微生物等的分离、培养、鉴定以及菌种分离、培养、鉴定以及菌种保藏保藏等方面。等方面。工业发酵培养基工业发酵培养基?除了包含微生物生长繁殖所必须的除了包含微生物生长繁殖所必须的碳源、氮源、碳源、氮源、能源、无机盐、生长因子和水能源、无机盐、生长因

3、子和水等营养成分等营养成分，有的还有的还含有某些含有某些前体前体、产物促进剂产物促进剂和和抑制剂抑制剂等。等。第4页，讲稿共64张，创作于星期日一、能源一、能源 功能：功能：微生物生长、繁殖、合成、分解、运动、微生物生长、繁殖、合成、分解、运动、热的产生等，即微生物的一切行为都需要消耗热的产生等，即微生物的一切行为都需要消耗能源。能源。光能光能-光能自养菌光能自养菌的能源。如：小球的能源。如：小球藻、螺旋藻利用光能生产单细胞蛋白；藻、螺旋藻利用光能生产单细胞蛋白；嗜盐藻利用光能生产甘油、嗜盐藻利用光能生产甘油、-胡罗卜素胡罗卜素和单细胞蛋白等。和单细胞蛋白等。氢、硫、氨、亚硝酸盐、亚铁盐氢、硫

4、、氨、亚硝酸盐、亚铁盐-化化能自养微生物能自养微生物的能源。如：细菌炼铜所的能源。如：细菌炼铜所使用的氧化亚铁硫杆菌，将亚铁盐作为使用的氧化亚铁硫杆菌，将亚铁盐作为能源。能源。碳水化合物碳水化合物等有机物，石油天然气和石油化工等有机物，石油天然气和石油化工产品产品-异养微生物异养微生物能源，同时也是碳源能源，同时也是碳源物质。物质。New Biofuel technology using sunlight and micro-organisms could change the industry 第5页，讲稿共64张，创作于星期日二、碳源二、碳源 功能：功能：碳源物质是组成培养基的主要成分之一

5、，碳源物质是组成培养基的主要成分之一，因为碳源物质在微生物细胞中的含量很高。占因为碳源物质在微生物细胞中的含量很高。占细胞干物质细胞干物质50%。碳源物质碳源物质为细胞提供能量为细胞提供能量、组成菌体细胞成分的、组成菌体细胞成分的碳架、构成代谢产物。碳架、构成代谢产物。常用的碳源物质常用的碳源物质:糖类、脂类、有机酸、低碳醇。糖类、脂类、有机酸、低碳醇。糖糖蜜蜜淀淀粉粉第6页，讲稿共64张，创作于星期日7葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖、糊精、淀粉葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖、糊精、淀粉等糖类物质，是等糖类物质，是细菌、放线菌、霉菌、酵母利用的碳源。其中，细菌、放线菌、霉菌、酵母利用的碳源。其中，葡萄

6、糖是碳源中最容葡萄糖是碳源中最容易利用的单糖易利用的单糖，几乎所有微生物都能利用葡萄糖。，几乎所有微生物都能利用葡萄糖。其他糖类：其他糖类：蔗糖、麦芽糖、乳糖等蔗糖、麦芽糖、乳糖等双糖双糖也是常用的碳源。也是常用的碳源。常常用于用于抗生素、氨基酸、酶类的发酵抗生素、氨基酸、酶类的发酵。多糖多糖 如淀粉和纤维素。淀粉还可以克服葡萄糖代谢过快的如淀粉和纤维素。淀粉还可以克服葡萄糖代谢过快的弊病，并且价格低廉，来源丰富。弊病，并且价格低廉，来源丰富。第7页，讲稿共64张，创作于星期日8酯类酯类：如：如植物油，动物油植物油，动物油等脂类，具备较活跃的脂肪酶的微等脂类，具备较活跃的脂肪酶的微生物可利用脂

7、类为碳源。生物可利用脂类为碳源。有机酸有机酸：有机酸或他们的盐类或醇类能做为碳源。有机酸或他们的盐类或醇类能做为碳源。pH会有会有变化。变化。烃类烃类：碳酸气、石油、正构石蜡、天然气、甲醇、乙醇等石碳酸气、石油、正构石蜡、天然气、甲醇、乙醇等石油化工产品，也是许多微生物碳源。如：嗜甲烷棒状杆菌利用油化工产品，也是许多微生物碳源。如：嗜甲烷棒状杆菌利用甲醇甲醇为碳源产生为碳源产生单细胞蛋白单细胞蛋白；乳糖发酵短杆菌，以；乳糖发酵短杆菌，以乙醇乙醇为碳源生为碳源生产产谷氨酸谷氨酸。第8页，讲稿共64张，创作于星期日例：地衣芽孢杆菌生产例：地衣芽孢杆菌生产-淀粉酶淀粉酶碳源对生长和产酶的影响碳源对生

8、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9页，讲稿共64张，创作于星期日三、氮源三、氮源 功能：功能：氮源物质构成菌体细胞结构物质（氨基酸、蛋白氮源物质构成菌体细胞结构物质（氨基酸、蛋白质、核酸）；为微生物提供能源；合成含氮的代谢产物。质、核酸）；为微生物提供能源；合成含氮的代谢产物。常用的氮源分为两类：常用的氮源分为两类：无机氮源和有机氮源。无机氮源和有机氮源。1.无机氮源无机氮源主要包括主要包括氨水、铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐氨水、铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐等。其被利用速度等。其被

9、利用速度及吸收速度均快于有机氮源，也被称为速效氮源。一般及吸收速度均快于有机氮源，也被称为速效氮源。一般情况下作为辅佐氮源。情况下作为辅佐氮源。生理酸性氮源生理酸性氮源和和生理碱性氮源生理碱性氮源常被用来做发酵过程中培养常被用来做发酵过程中培养基基pH调节的一种有效手段。调节的一种有效手段。第10页，讲稿共64张，创作于星期日11主要成分复杂的工农业下脚料，包括主要成分复杂的工农业下脚料，包括豆粉、豆粉、玉米粉、豆饼、鱼粉、蚕蛹粉、酿酒工业的玉米粉、豆饼、鱼粉、蚕蛹粉、酿酒工业的酒糟酒糟等。等。玉米浆：玉米浆：一般含一般含10%左右的乳酸，左右的乳酸，pH值在值在4左右，左右，一般用于抗生素发

10、酵。一般用于抗生素发酵。尿素（脲）尿素（脲）：抗生素和氨基酸发酵，尤其是：抗生素和氨基酸发酵，尤其是谷氨酸的生产。能分泌脲酶的微生物才能利谷氨酸的生产。能分泌脲酶的微生物才能利用。氮含量高达用。氮含量高达50%，但是营养成分单一。，但是营养成分单一。蛋白胨蛋白胨（动物组织和植物水解制备）：实验（动物组织和植物水解制备）：实验室用有机氮源。室用有机氮源。鱼粉鱼粉酒糟酒糟2.有机氮源有机氮源污水污泥污水污泥 第11页，讲稿共64张，创作于星期日四、无机盐及微量元素四、无机盐及微量元素 功能：功能：构成菌体的成分；酶的组成部分或其激活剂、抑制构成菌体的成分；酶的组成部分或其激活剂、抑制剂；调节渗透压

11、、菌体内部剂；调节渗透压、菌体内部pH以及氧化还原电位等等。以及氧化还原电位等等。大量元素大量元素（0.11mM），包括），包括P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe，常常以盐的形式加入培养基。如：磷酸盐，钾，常常以盐的形式加入培养基。如：磷酸盐，钾盐，镁盐，钙盐等。盐，镁盐，钙盐等。微量元素微量元素（0.01 1m mM），包括），包括Cu、Zn、Mn、Mo和和Co等，等，Co是发酵微生物是发酵微生物 B12 的激活剂。的激活剂。第12页，讲稿共64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

12、进行表面处理.此外、使用时注意盐的形式（此外、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 120U加加 K2HPO4 5.45 30U加加 KH2PO4 4.62 75U第13页，讲稿共64张，创作于星期日五、生长因子五、生长因子 功能：功能：生长因子为微生物必不可少的物质，一般为小分子有机物，生长因子为微生物必不可少的物质，一般为小分子有机物，需求量很小。需求量很小。包括：包括：维生素、碱基维生素、碱基等。维生素中需求量最大的为等。维生素中需求量最大的为B族维生素，多族维

13、生素，多为生化代谢中的辅酶。为生化代谢中的辅酶。一般不需要单独添加。天然原料（玉米浆、糖蜜、豆饼水）一般不需要单独添加。天然原料（玉米浆、糖蜜、豆饼水）及实验室培养基（酵母膏）等都已经含有。及实验室培养基（酵母膏）等都已经含有。应用实例：应用实例：生物素生物素合成生物质膜的重要辅酶，不足会造成细胞膜不完整，细合成生物质膜的重要辅酶，不足会造成细胞膜不完整，细胞内容物的渗漏。胞内容物的渗漏。添加亚适量（添加亚适量（5m mg/L），可即使菌体生长少受，可即使菌体生长少受抑制也可以使过多的谷氨酸因外泄而源源不断地合成。抑制也可以使过多的谷氨酸因外泄而源源不断地合成。第14页，讲稿共64张，创作于星

14、期日六、前体物质六、前体物质前体物质前体物质指添加到培养基中的物质，并不促进微生物指添加到培养基中的物质，并不促进微生物生长，而是直接经微生物的生物合成过程结合到产物分生长，而是直接经微生物的生物合成过程结合到产物分子上去，其子上去，其自身结构基本不自身结构基本不变，而产物产量却因此提变，而产物产量却因此提高。高。可看作是一种底物。可看作是一种底物。过量则对菌体有毒！过量则对菌体有毒！方式：流加。方式：流加。第15页，讲稿共64张，创作于星期日16例子：例子：最早在最早在青霉素发酵青霉素发酵中发现前体物质。发现添加玉米浆可提高中发现前体物质。发现添加玉米浆可提高青霉素青霉素G的含量，深入研究发

15、现玉米浆含有的含量，深入研究发现玉米浆含有苯乙酸苯乙酸，苯乙酸是，苯乙酸是青霉素青霉素G的侧的侧链，即苯乙酸是青霉素链，即苯乙酸是青霉素G发酵的前体物质。发酵的前体物质。不同青霉素的侧链不同：不同青霉素的侧链不同：青霉素青霉素V-苯氧乙酸苯氧乙酸 链霉素链霉素-肌醇、甲硫氨酸、精氨酸肌醇、甲硫氨酸、精氨酸 红霉素红霉素-丙酸、丙醇、丙酸盐、乙酸盐丙酸、丙醇、丙酸盐、乙酸盐 第16页，讲稿共64张，创作于星期日七、促进剂和抑制剂七、促进剂和抑制剂1、促进剂：、促进剂：并不是前体或营养物质，但却能提高产量的物质。并不是前体或营养物质，但却能提高产量的物质。作用方式：作用方式：或影响微生物正常代谢；

16、或促进中间产物的累积；或提或影响微生物正常代谢；或促进中间产物的累积；或提高次级代谢产物量。高次级代谢产物量。如：如：巴比妥盐巴比妥盐能增加生产菌菌丝的抗自溶能力，达到推迟菌体自溶目能增加生产菌菌丝的抗自溶能力，达到推迟菌体自溶目的，增加链霉素和利福霉素等抗生素的累积。的，增加链霉素和利福霉素等抗生素的累积。如：谷氨酸棒状杆菌生产赖氨酸的时候，加入如：谷氨酸棒状杆菌生产赖氨酸的时候，加入红霉素红霉素可以提高产量可以提高产量25%以上，加入以上，加入表面活性剂表面活性剂可以增加产量可以增加产量30%以上。以上。第17页，讲稿共64张，创作于星期日182、抑制剂：、抑制剂：一些对生产菌代谢途径有某

17、种调节能力的物质。一些对生产菌代谢途径有某种调节能力的物质。抑制某些代谢途径的进行抑制某些代谢途径的进行，同时刺激另，同时刺激另 一个代谢途径，一个代谢途径，之一改变代谢途径，之一改变代谢途径，如：如：酵母厌氧发酵中加入酵母厌氧发酵中加入亚硫酸盐亚硫酸盐或碱类或碱类，可以促，可以促 进酒精发酵转入甘油发酵。进酒精发酵转入甘油发酵。淘汰杂菌的抑制剂淘汰杂菌的抑制剂，如：真菌发酵中加入抗生素；，如：真菌发酵中加入抗生素；带带抗生素抗性的工程菌发酵中加入该抗生素，抗生素抗性的工程菌发酵中加入该抗生素，淘汰非重淘汰非重组细胞或突变细胞。组细胞或突变细胞。第18页，讲稿共64张，创作于星期日八、水八、水

18、（1）水是良好的溶水是良好的溶剂，菌体所需要的营养物质都是溶解于水中被吸剂，菌体所需要的营养物质都是溶解于水中被吸收的。收的。（2）渗透、分泌、排泄等作用渗透、分泌、排泄等作用都是以水为媒介的；都是以水为媒介的；（3）水直接参与代谢作用中的许多反应水直接参与代谢作用中的许多反应。所以，水在生物。所以，水在生物 化学化学反应中占有极为重要的地位。反应中占有极为重要的地位。（4）水的比热高，水的比热高，能有效地吸收代谢过程中所放出的热，使细胞内能有效地吸收代谢过程中所放出的热，使细胞内温度不致骤然上升。温度不致骤然上升。（5）水是热的良导体水是热的良导体，有利于放热，可调节细胞的温度。，有利于放热

19、，可调节细胞的温度。第19页，讲稿共64张，创作于星期日第二节第二节 工业发酵中营养基质的种类工业发酵中营养基质的种类 一、一、天然、合成、半合成培养基天然、合成、半合成培养基1、天然培养基（、天然培养基（undefined medium）：是采用化学成分还不清楚：是采用化学成分还不清楚或化学成分还不恒定的各种植物和动物组织或微生物的浸出物、或化学成分还不恒定的各种植物和动物组织或微生物的浸出物、水解液等物质水解液等物质(例如例如牛肉膏、酵母膏、麦芽汁、蛋白胨、玉牛肉膏、酵母膏、麦芽汁、蛋白胨、玉米浆、各种淀粉水解液、糖蜜米浆、各种淀粉水解液、糖蜜等等)制成的。制成的。优点：优点：取材方便、营

20、养丰富、价格低廉、适用范围广；取材方便、营养丰富、价格低廉、适用范围广；缺点：缺点：原料质量不稳定，不利于发酵控制。原料质量不稳定，不利于发酵控制。第20页，讲稿共64张，创作于星期日212、合成培养基（、合成培养基（defined medium）：）：是用化学成分和数量完全了解的物质配制而成是用化学成分和数量完全了解的物质配制而成的，成分精确，重复性强，可以减少不能控制的因的，成分精确，重复性强，可以减少不能控制的因素。素。适用适用:在实验室范围作有关营养、代谢、分类鉴定、生物在实验室范围作有关营养、代谢、分类鉴定、生物测定及选育菌种、遗传分析等定量研究工作。测定及选育菌种、遗传分析等定量研

21、究工作。缺点：缺点：营养单一，价格高，适用范围较窄。营养单一，价格高，适用范围较窄。第21页，讲稿共64张，创作于星期日223、半合成培养基、半合成培养基（semi-defined medium）：）：既有既有天然有机物作碳源、氮源和生长因子天然有机物作碳源、氮源和生长因子的来源，的来源，又含有一些又含有一些化学药品以补充无机盐成分化学药品以补充无机盐成分，使其更能充分满，使其更能充分满足微生物对营养的需要。足微生物对营养的需要。大多数微生物都能在此培养基上生长繁殖。大多数微生物都能在此培养基上生长繁殖。在微生在微生工业生产上和试验研究工业生产上和试验研究中被广泛使用。中被广泛使用。第22页，

22、讲稿共64张，创作于星期日二、液体、固体、半固体培养基二、液体、固体、半固体培养基液体培养基（液体培养基（liquid medium）：）：常用于大规模的工业生产及生理代谢等基本理论研究工作。发酵常用于大规模的工业生产及生理代谢等基本理论研究工作。发酵工业多用作培养工业多用作培养种子和发酵的培养基种子和发酵的培养基。根据微生物对氧的要求情况，分别作根据微生物对氧的要求情况，分别作静止或通风搅拌培养静止或通风搅拌培养。在。在菌种筛选工作和菌种扩大培养工作中，也常用菌种筛选工作和菌种扩大培养工作中，也常用液体培养基进行摇液体培养基进行摇瓶培养瓶培养。第23页，讲稿共64张，创作于星期日二、固体、液

23、体、半固体培养基二、固体、液体、半固体培养基固体培养基（固体培养基（solid medium）：）：是是在液体培养基中加入凝固剂配成的，在液体培养基中加入凝固剂配成的，最常用的凝固剂是最常用的凝固剂是琼脂琼脂。分类：分类：斜面试管、平板等。斜面试管、平板等。半固体培养基（半固体培养基（semi-solid medium）：）：0.5%琼脂。琼脂。主要用于实验室的微生物运动主要用于实验室的微生物运动观察（穿刺培养），某些厌氧菌的保观察（穿刺培养），某些厌氧菌的保藏工作。藏工作。第24页，讲稿共64张，创作于星期日三、鉴别和选择性培养基三、鉴别和选择性培养基鉴别培养基（鉴别培养基（differen

24、tial medium）：）：是根据微生物能否利用培养基中某是根据微生物能否利用培养基中某种营养成分，借助指示剂的显色反种营养成分，借助指示剂的显色反应，以鉴别不同种类的微生物。应，以鉴别不同种类的微生物。选择培养基（选择培养基（selective medium）：根根据某种微生物的特殊营养要求或其对某据某种微生物的特殊营养要求或其对某种物理化学因素的抗性而设计的培养基，种物理化学因素的抗性而设计的培养基，目的是使混合样品中的劣势菌群变成优目的是使混合样品中的劣势菌群变成优势菌群，或同时还会加入一些特殊的抑势菌群，或同时还会加入一些特殊的抑制剂来抑制竞争菌群。制剂来抑制竞争菌群。蓝白筛选平板蓝

25、白筛选平板多种肠道菌群用多种肠道菌群用EMB培养基来鉴别培养基来鉴别第25页，讲稿共64张，创作于星期日1）孢子培养基：）孢子培养基：供菌种繁殖孢子，常采用供菌种繁殖孢子，常采用固体培养基固体培养基，目的是在使，目的是在使发酵菌种不发生变异的前体下尽可能多的产生孢子。发酵菌种不发生变异的前体下尽可能多的产生孢子。基本要求基本要求:在营养基本保证、理化条件适宜的前提下，营养在营养基本保证、理化条件适宜的前提下，营养不不要太丰富（要太丰富（特别是有机氮源），否则不易产孢子。特别是有机氮源），否则不易产孢子。四、发酵生产的培养基四、发酵生产的培养基生产商常用的：生产商常用的：麸皮培养基、小米培养基、

26、大米麸皮培养基、小米培养基、大米培养基、玉米培养基等。培养基、玉米培养基等。第26页，讲稿共64张，创作于星期日四、发酵生产的培养基四、发酵生产的培养基2）种子培养基：）种子培养基：供孢子发芽生长出大量的菌丝体，或不产生孢子放入菌种供孢子发芽生长出大量的菌丝体，或不产生孢子放入菌种繁殖出大量的细胞，并具有较高的活力和纯度的培养基。繁殖出大量的细胞，并具有较高的活力和纯度的培养基。特点：特点：1.必须有较必须有较完全和丰富的营养物质完全和丰富的营养物质，特别需要充足的氮源和生长因，特别需要充足的氮源和生长因子；子；2.供供孢子发芽孢子发芽生长用的种子培养基，可添加一些易被吸收利用的生长用的种子培

27、养基，可添加一些易被吸收利用的碳碳源和氮源源和氮源；3.种子培养基成分还应种子培养基成分还应考虑与发酵培养基的主要成分相近考虑与发酵培养基的主要成分相近，使种，使种子尽快适应发酵培养基，缩短周期。子尽快适应发酵培养基，缩短周期。第27页，讲稿共64张，创作于星期日3）发酵培养基：）发酵培养基：供菌种生长繁殖和合成发酵产物的培养基。供菌种生长繁殖和合成发酵产物的培养基。是是发酵生产中最主要的培养基，它不仅耗用大量的原发酵生产中最主要的培养基，它不仅耗用大量的原材料，而且也是决定发酵生产成功与否的重要因素。材料，而且也是决定发酵生产成功与否的重要因素。（1）根据产物合成的特点来设计培养基。）根据产

28、物合成的特点来设计培养基。对菌体对菌体生长与产物相偶联的发酵类型生长与产物相偶联的发酵类型，充分满足细胞，充分满足细胞生长繁殖的培养基就能获得最大的产物。生长繁殖的培养基就能获得最大的产物。第28页，讲稿共64张，创作于星期日29xp一类发酵 产物的形成和菌体的生长相偶联第29页，讲稿共64张，创作于星期日（2）发酵培养基的各种营养物质的浓度应尽可能高些发酵培养基的各种营养物质的浓度应尽可能高些，这，这样在同等或相近的转化率条件下有利于提高单位容积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。发酵罐的利用率，增加经济效益。（3）发酵培养基需耗用大量原料，）发酵培养

29、基需耗用大量原料，原料来源、原材料的质原料来源、原材料的质量以及价格量以及价格等必须予以重视。等必须予以重视。第30页，讲稿共64张，创作于星期日第三节第三节 培养基的设计和优化培养基的设计和优化一、培养基的选择一、培养基的选择（1）首首先先必必须须做做好好调调查查研研究究工工作作，了了解解菌菌种种的的来来源源、生生活活习习惯惯、生生理理生生化化特特性性和和一一般般的的营营养养要要求求（见见表表 四四大大类类微微生生物物的的典典型型培养基）。培养基）。工工业业生生产产主主要要应应用用细细菌菌、放放线线菌菌、酵酵母母菌菌和和霉霉菌菌四四大大类类微微生生物物。它它们们对对营营养养的的要要求求既既有

30、有共共性性，也也有有各各自自的的特特性性，应应根据不同类型微生物的生理特性考虑培养基的组成。根据不同类型微生物的生理特性考虑培养基的组成。第31页，讲稿共64张，创作于星期日第32页，讲稿共64张，创作于星期日第三节第三节 培养基的设计和优化培养基的设计和优化 (2)对对生生产产菌菌种种的的培培养养条条件件，生生物物合合成成的的代代谢谢途途径径，代代谢谢产产物物的的化化学学性性质质、分分子子结结构构、一一般般提提炼炼方方法法和和产产品品质质量量要要求求等等也也需需要要有有所所了了解解，以以便便在在选选择择培培养养基时做到心中有数。基时做到心中有数。（3）最最好好先先选选择择一一种种较较好好的的

31、化化学学合合成成培培养养基基做做基基础础，开始时先做开始时先做一些摇瓶试验一些摇瓶试验；第33页，讲稿共64张，创作于星期日二、工业发酵营养基质的选择二、工业发酵营养基质的选择1、营养基质的种类。、营养基质的种类。2、营养基质原材料的质量问题。、营养基质原材料的质量问题。3、营养基质选择的经济原则。、营养基质选择的经济原则。第34页，讲稿共64张，创作于星期日 当培养基成分确定后，剩下的问题就是各成分最适当培养基成分确定后，剩下的问题就是各成分最适 的浓度，由于培养基成分很多，为减少实验次数常采的浓度，由于培养基成分很多，为减少实验次数常采 用一些合理的实验设计方法。如：用一些合理的实验设计方

32、法。如：正交实验设计、响应面实正交实验设计、响应面实验设计验设计等。等。三、培养基设计的步骤三、培养基设计的步骤 根据根据前人的经验和培养基成分前人的经验和培养基成分确定时一些必须考虑确定时一些必须考虑 的问题，初步确定可能的培养基成分；的问题，初步确定可能的培养基成分；通过通过单因子实验单因子实验最终确定出最为适宜的培养基成分；最终确定出最为适宜的培养基成分；第35页，讲稿共64张，创作于星期日例：类胡萝卜素高产菌Y11的培养基的优化郭秒郭秒,食品与工业发酵，食品与工业发酵，20042004类胡萝卜素的作用：色素、营养保健.第36页，讲稿共64张，创作于星期日原培养基:第37页，讲稿共64张

33、，创作于星期日 初步确定可能的培养基成分(以碳源为例)第38页，讲稿共64张，创作于星期日 通过单因子实验确定适宜的培养基成分通过单因子实验确定适宜的培养基成分(以碳源为例以碳源为例)考虑到成本：考虑到成本：乙酸钠乙酸钠是较为合适的碳源是较为合适的碳源进一步：进一步：乙酸钠乙酸钠的浓度的浓度2%2%比较好比较好第39页，讲稿共64张，创作于星期日结果：碳源：乙酸钠 0.2%氮源：氯化铵 0.2%酵母膏0.03%无机盐:复合无机盐0.05%第40页，讲稿共64张，创作于星期日 正交设计确定优化的配方正交设计确定优化的配方第41页，讲稿共64张，创作于星期日直观分析法直观分析法组合组合A1B2C3

34、D1最优最优第42页，讲稿共64张，创作于星期日改进后培养基原培养基改进后培养基的发酵结果第43页，讲稿共64张，创作于星期日四、摇瓶水平到反应器水平的优化配方摇瓶、反应器培养基研究的两个层次 摇瓶培养基设计的第一步 反应器最终的优化的基础配方第44页，讲稿共64张，创作于星期日例：例：青霉素发酵青霉素发酵发酵摇瓶发酵摇瓶：玉米浆玉米浆4%，乳糖，乳糖10%，(NH4)2SO4 0.8%轻质碳酸钙轻质碳酸钙1%发酵罐发酵罐:葡萄糖流加控制总量葡萄糖流加控制总量10-15%10-15%，玉米浆总量，玉米浆总量4-8%4-8%补加硫酸、前体等补加硫酸、前体等摇瓶发酵培养基和罐的基础培养差别很大第4

35、5页，讲稿共64张，创作于星期日摇瓶优化配方：菌种筛选，反应器研究的基础摇瓶优化配方：菌种筛选，反应器研究的基础第46页，讲稿共64张，创作于星期日发酵罐：反应器水平发酵罐：反应器水平,可以得出最可以得出最 终优化的基终优化的基 础配方础配方第47页，讲稿共64张，创作于星期日第四节第四节 原料的选择及工业发酵中原料的选择及工业发酵中 重要营养基质的配制方法重要营养基质的配制方法一、原料的定义及选择原则一、原料的定义及选择原则1、原料的定义：原料的定义：从工艺角度来讲，凡是能被微生物利用并转化成所需的代谢从工艺角度来讲，凡是能被微生物利用并转化成所需的代谢产物或菌体的物料，都可作为发酵工业生产

36、的原料。产物或菌体的物料，都可作为发酵工业生产的原料。2、原料选择的原则、原料选择的原则 资源丰富，价格低廉，易收集，易储藏，对人体无害，资源丰富，价格低廉，易收集，易储藏，对人体无害，影响发酵过程的杂质含量应极少或几乎不含。影响发酵过程的杂质含量应极少或几乎不含。第48页，讲稿共64张，创作于星期日二、常用主要原料二、常用主要原料常用原料种类常用原料种类薯类：薯类：甘薯、马铃薯、木薯、山药等。甘薯、马铃薯、木薯、山药等。粮谷类：粮谷类：高粱、玉米、大米、谷子、大麦、小麦、燕麦等。高粱、玉米、大米、谷子、大麦、小麦、燕麦等。野生植物：野生植物：橡籽仁、葛根、土茯苓、蕨根、石蒜、金刚头、香附子橡

37、籽仁、葛根、土茯苓、蕨根、石蒜、金刚头、香附子等。等。农产品加工副产物：农产品加工副产物：米糠饼、麸皮、高粱糠、淀粉渣等。米糠饼、麸皮、高粱糠、淀粉渣等。非粮食生物质原料：非粮食生物质原料：纤维素、木质素、半纤维素等。纤维素、木质素、半纤维素等。第49页，讲稿共64张，创作于星期日三、发酵工业中重要营养基质的配制方法三、发酵工业中重要营养基质的配制方法1、淀粉的组成和特性、淀粉的组成和特性（1）淀粉颗粒的外观）淀粉颗粒的外观 淀粉颗粒淀粉颗粒呈呈白色白色，不溶于，不溶于冷水和有机溶剂，其内部呈复冷水和有机溶剂，其内部呈复杂的结晶组织。杂的结晶组织。形状不规则，大致上可分为形状不规则，大致上可分

38、为圆圆形、椭圆形和多角形形、椭圆形和多角形。偏光显微镜下淀粉颗粒的偏偏光十字光十字(400倍)显微镜下淀粉颗粒结构板栗淀粉粒板栗淀粉粒（一）淀粉质原料制糖工艺及培养基的配制方法（一）淀粉质原料制糖工艺及培养基的配制方法籼籼米米淀淀粉粉粒粒偏光显微偏光显微镜下淀粉镜下淀粉颗粒的偏颗粒的偏光十字光十字(400倍倍)显微镜显微镜下淀粉下淀粉颗粒结颗粒结构构薏米淀粉粒薏米淀粉粒第50页，讲稿共64张，创作于星期日（2）淀粉分子的组成）淀粉分子的组成 淀粉的本质是由淀粉的本质是由葡萄糖葡萄糖脱水聚合而成的，可以表示为脱水聚合而成的，可以表示为（C6H10O5）n。可分。可分为为直连淀粉直连淀粉和和支链淀

39、粉支链淀粉，直链淀粉直链淀粉通过通过-1，4键连接键连接。支链淀粉支链淀粉的直链部分通的直链部分通过过-1，4键连接，分支点则有键连接，分支点则有-1，6键连接键连接。支支链链淀淀粉粉淀粉分子颗粒淀粉分子颗粒构成过程：构成过程：淀粉分子链淀粉分子链针状晶体针状晶体淀粉颗粒淀粉颗粒氢键氢键聚集聚集淀粉分子颗淀粉分子颗粒构成过程：粒构成过程：淀粉分子链淀粉分子链针状晶体针状晶体淀粉颗粒淀粉颗粒氢键氢键聚集聚集第51页，讲稿共64张，创作于星期日2、淀粉水解的原理、淀粉水解的原理（1）淀粉的水解反应）淀粉的水解反应 淀粉糖化中的主要反应，本质是淀粉糖化中的主要反应，本质是-1，4键和键和-1，6键键

40、被打开，分子量逐渐减被打开，分子量逐渐减小，糖苷键的断裂是随机的。小，糖苷键的断裂是随机的。反应趋势是：反应趋势是：淀粉淀粉糊精糊精低聚糖低聚糖葡萄糖葡萄糖。第52页，讲稿共64张，创作于星期日（2）葡萄糖的复合反应）葡萄糖的复合反应 葡糖在热和酸的情况葡糖在热和酸的情况下发生聚合反应，生成异下发生聚合反应，生成异麦芽糖、龙胆二糖麦芽糖、龙胆二糖等等，等等，反应可逆，可经过再加酸水反应可逆，可经过再加酸水解一次来减少。解一次来减少。（3）葡萄糖的分解反应）葡萄糖的分解反应 葡糖发生的较弱的脱水葡糖发生的较弱的脱水反应，生成反应，生成5-羟甲基糠醛，又羟甲基糠醛，又进一步分解为乙酰丙酸、甲酸进一

41、步分解为乙酰丙酸、甲酸等，这些物质相互聚合，或等，这些物质相互聚合，或与氨基酸聚合，生成有色物与氨基酸聚合，生成有色物质。质。淀粉淀粉淀粉水解反应水解反应糊精糊精麦芽糖麦芽糖葡萄糖葡萄糖复合反应复合反应分解反应分解反应复合二糖复合二糖5-羟甲基糠醛羟甲基糠醛低聚糖低聚糖有机酸、有色物质有机酸、有色物质图图 淀粉水解过程中发生的化学反应淀粉水解过程中发生的化学反应第53页，讲稿共64张，创作于星期日3、淀粉水解糖制备方法、淀粉水解糖制备方法（1）酸解法（）酸解法（acid hydrolysis method）淀粉水解糖制备的传统方法，它是以淀粉水解糖制备的传统方法，它是以无机酸无机酸（现在也用（

42、现在也用有机酸有机酸）为催化剂，在为催化剂，在高温高压高温高压下将下将淀粉淀粉水解为水解为葡萄糖葡萄糖的方法。的方法。优点：优点：工艺简单、水解时间短、设备生产能力大。目前广泛工艺简单、水解时间短、设备生产能力大。目前广泛 采用采用此法。此法。缺点：缺点：高温高压以及酸的高温高压以及酸的腐蚀对设备腐蚀对设备有一定要求；有一定要求；副反应多副反应多，影响，影响水解液质量；对原料要求严格，原料淀粉颗粒必须大小均匀，否则造水解液质量；对原料要求严格，原料淀粉颗粒必须大小均匀，否则造成水解不均一不彻底；废水难处理。成水解不均一不彻底；废水难处理。第54页，讲稿共64张，创作于星期日（2）酶解法（）酶解

43、法（enzyme hydrolysis method）是用专一性很强的是用专一性很强的淀粉酶淀粉酶将原料淀粉水解为将原料淀粉水解为糊精和低聚糖糊精和低聚糖，再用再用糖化酶糖化酶继续水解为葡糖的制糖工艺。酶解法一般分为两步进行：继续水解为葡糖的制糖工艺。酶解法一般分为两步进行：液化（液化（liquification）和和糖化（糖化（saccharification），），因为都用到酶，因为都用到酶，所以又称双酶水解法（所以又称双酶水解法（double-enzyme hydrolysis method）。）。优点：优点：条件温和，设备要求低；酶专一性强，副反应少；淀粉液初始条件温和，设备要求低；酶

44、专一性强，副反应少；淀粉液初始浓度较高，要求较低（颗粒大小可以不均一）；糖液颜色浅，较浓度较高，要求较低（颗粒大小可以不均一）；糖液颜色浅，较纯净。纯净。缺点：缺点：生产周期长（常需要数十个小时），需要专门设备（如培养酶的生产周期长（常需要数十个小时），需要专门设备（如培养酶的设备），过滤困难（酶是蛋白质）。设备），过滤困难（酶是蛋白质）。第55页，讲稿共64张，创作于星期日（3）酸酶结合法（）酸酶结合法（acid-enzyme hydrolysis method）是结合了酸法和酶法的水解糖制备工艺，兼具两者特点。又是结合了酸法和酶法的水解糖制备工艺，兼具两者特点。又可分为酸酶法和酶酸法两种。

45、可分为酸酶法和酶酸法两种。酸酶法：酸酶法：先将淀粉用先将淀粉用酸水解成低聚糖和糊精酸水解成低聚糖和糊精，在用，在用糖化酶糖化酶将其水将其水解为葡萄糖的工艺。有些原料的淀粉，如解为葡萄糖的工艺。有些原料的淀粉，如玉米、小麦玉米、小麦的淀粉颗粒的淀粉颗粒坚实，适合此法。坚实，适合此法。酶酸法：酶酸法：是先用是先用-淀粉酶淀粉酶将原料淀粉水解到一定程度，过滤除去将原料淀粉水解到一定程度，过滤除去杂志后，再用杂志后，再用酸完全水解的工艺酸完全水解的工艺。该法适用于较粗的原料，如。该法适用于较粗的原料，如大大米淀粉，米淀粉，可以弥补酸法对原料要求较高的缺点，提高原料利用率。可以弥补酸法对原料要求较高的缺

46、点，提高原料利用率。第56页，讲稿共64张，创作于星期日表表 酸法和酶法制糖工艺比较酸法和酶法制糖工艺比较比较项目比较项目酸酸 法法酶酶 法法葡萄糖值（葡萄糖值（DE值）值）9198淀粉原料浓度淀粉原料浓度18%21%34%40%葡萄糖含量（干重）葡萄糖含量（干重）86%97%灰分灰分1.6%0.1%蛋白质蛋白质0.08%0.1%5-羟甲基糠醛羟甲基糠醛0.3%0.003%色度色度10.00.2淀粉转化率淀粉转化率90%98%工艺条件工艺条件高温高压高温高压较温和较温和过程能耗过程能耗高高低低副产物副产物多多少少生产周期生产周期短短长长设备规模设备规模小小大大设备生产能力设备生产能力大大小小设

47、备要求设备要求耐高温高压，耐腐蚀耐高温高压，耐腐蚀不需耐高温高压，耐腐蚀不需耐高温高压，耐腐蚀葡萄糖收率葡萄糖收率较低较低较酸法高约较酸法高约10%第57页，讲稿共64张，创作于星期日4、淀粉水解法工艺流程、淀粉水解法工艺流程（1）淀粉酸解法工艺流程：）淀粉酸解法工艺流程：淀粉淀粉调浆调浆过筛过筛加酸加酸进料进料糖化糖化放料放料冷冷却却中和中和脱色脱色过滤过滤糖液糖液（2）淀粉酶水解法工艺流程：）淀粉酶水解法工艺流程：淀粉淀粉液化液化糖化糖化灭酶灭酶过滤过滤贮糖计量贮糖计量发酵发酵第58页，讲稿共64张，创作于星期日（二）糖蜜原料培养基的制备过程（二）糖蜜原料培养基的制备过程1、糖蜜的概念糖蜜

48、的概念：发酵工业上所谓的糖蜜，主要是指制糖工业上的废糖蜜而言的。发酵工业上所谓的糖蜜，主要是指制糖工业上的废糖蜜而言的。所谓所谓废糖蜜废糖蜜（waste molasses），就是指不能再用以煮制糖品的，就是指不能再用以煮制糖品的废糖蜜，有的亦称废糖蜜，有的亦称终糖蜜或赤糖蜜终糖蜜或赤糖蜜。国内用糖蜜，以工业化规模进行生产的产品有：国内用糖蜜，以工业化规模进行生产的产品有：酒精、丙酮丁醇、酒精、丙酮丁醇、柠檬酸、谷氨酸、酵母、甘油、醋酸、乳酸、衣康酸、琥珀酸、草酸、柠檬酸、谷氨酸、酵母、甘油、醋酸、乳酸、衣康酸、琥珀酸、草酸、葡萄糖酸和抗生素葡萄糖酸和抗生素等。另外也用作饲料。等。另外也用作饲料

49、。第59页，讲稿共64张，创作于星期日2、糖蜜的种类、糖蜜的种类 根据来源的不同，糖蜜分为根据来源的不同，糖蜜分为甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜和高级糖蜜甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜和高级糖蜜等。等。其中的高级糖蜜是指甘蔗榨汁其中的高级糖蜜是指甘蔗榨汁(糖浆糖浆)加入适量的硫酸或用酵母的转化酶处理，制成加入适量的硫酸或用酵母的转化酶处理，制成转化糖，该蜜由于提高了溶解度，可使糖浓度提高到转化糖，该蜜由于提高了溶解度，可使糖浓度提高到70-85。3、糖蜜原料的性质和组成糖蜜原料的性质和组成 糖蜜的外观，是一种粘稠、黑褐色呈半流动状的物体。糖蜜的外观，是一种粘稠、黑褐色呈半流动状的物体。pH5.5左右，左右，相对密度相

50、对密度1.43。糖蜜的组成糖蜜的组成，因制糖原料的种植、，因制糖原料的种植、贮藏及加工方法等条件的不同而有贮藏及加工方法等条件的不同而有 差异。其一般组成见下表。各种差异。其一般组成见下表。各种 糖蜜中的糖类组成也不相同。糖蜜中的糖类组成也不相同。糖蜜第60页，讲稿共64张，创作于星期日第61页，讲稿共64张，创作于星期日4、糖蜜原料的预处理、糖蜜原料的预处理（1）澄清：主要目的去除其中的）澄清：主要目的去除其中的灰分和胶体物质灰分和胶体物质。硫酸处理法：硫酸处理法：糖蜜加水（糖蜜加水（1:1)，再加硫酸，再加硫酸，pH2.0，于，于95-100加热加热20min，以使胶体分解，并促使蔗糖转化