【正文】 生化生產(chǎn)工藝學(xué) 湖南中醫(yī)藥大學(xué) 藥學(xué)院 第三章 培養(yǎng)基設(shè)計和淀粉制糖工藝 培養(yǎng)基設(shè)計和淀粉制糖工藝 湖南中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院 生物工程教研室 2 微生物 工業(yè)生產(chǎn)的一般流程 種子擴大培養(yǎng) 培養(yǎng)基 配制 空氣除菌 培養(yǎng)基滅菌 發(fā)酵生產(chǎn) 下游處理 發(fā)酵設(shè)備 培養(yǎng)基設(shè)計和淀粉制糖工藝 湖南中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院 生物工程教研室 3 培養(yǎng)基 ： 廣義上講培養(yǎng)基是指一切可供微生物細(xì)胞生長繁殖所需的一組營養(yǎng)物質(zhì)和原料。同時培養(yǎng)基也為微生物培養(yǎng)提供除營養(yǎng)外的其它所必須的條件。 發(fā)酵培養(yǎng)基的作用： ? 滿足菌體的生長 ? 促進(jìn)產(chǎn)物的形成 培養(yǎng)基設(shè)計和淀粉制糖工藝 湖南中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院 生物工程教研室 4 葡萄糖或糖蜜 總量的 10% 玉米漿 4%5% 苯乙酸 %% 豬油或植物油、消泡劑 % 其余水 生產(chǎn)青霉素工藝培養(yǎng)基 (甘蔗或甜菜糖廠生產(chǎn)后的副產(chǎn)物，桔水） 培養(yǎng)基設(shè)計和淀粉制糖工藝 湖南中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院 生物工程教研室 5 ? 微生物細(xì)胞的化學(xué)組成及胞外代謝產(chǎn)物 ? 微生物的營養(yǎng)物質(zhì)和營養(yǎng)類型 ? 培養(yǎng)基的分類、選擇和配制原則 ? 最佳培養(yǎng)基組成的確定 ? 用于工業(yè)發(fā)酵的培養(yǎng)基 ? 淀粉制糖工藝 本章提綱 培養(yǎng)基設(shè)計和淀粉制糖工藝 湖南中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院 生物工程教研室 6 第一節(jié) 微生物細(xì)胞的化學(xué)組成及胞外代謝產(chǎn)物 ?微生物細(xì)胞的化學(xué)組成及胞外代謝產(chǎn)物 一、微生物細(xì)胞的化學(xué)組成 營養(yǎng)物質(zhì)的確定，主要依據(jù)細(xì)胞的化學(xué)組成及所代謝物的化學(xué)組成。因此，分析微生物細(xì)胞的化學(xué)組成是了解微生物營養(yǎng)的基礎(chǔ)。 微生物 成分 細(xì)菌（ %） 酵母菌（ %） 霉菌（ %） 水分 7585 7080 8590 蛋白質(zhì) 5080（干重） 7275 1415 碳水化合物 1228 2763 740 脂肪 520 215 440 核酸 1020 68 1 無機元素 230 612 由表可知，微 物細(xì)胞含有 80% 左右的水分和 20%左右的干 物質(zhì)，它主要 是由 C、 H、 O 和 N等元素組 成，約占全部 干物質(zhì)的 90% 至 97%，此外 還含有各種無 機礦物質(zhì)，依 次為： P K Mg Ca S Na及微量 元素。 培養(yǎng)基設(shè)計和淀粉制糖工藝 湖南中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院 生物工程教研室 7 第一節(jié) 微生物細(xì)胞的化學(xué)組成及胞外代謝產(chǎn)物 ?微生物細(xì)胞的化學(xué)組成及胞外代謝產(chǎn)物 二、微生物 胞外代謝產(chǎn)物 微生物在生長過程中，除利用外源營養(yǎng)物質(zhì)合成新的細(xì)胞外，還會產(chǎn)生一些有機化合物分泌到微生物的體外，這些胞外代謝產(chǎn)物的種類繁多，且因微生物的種類而異。因此，了解這些代謝產(chǎn)物的化學(xué)組成，極有助于微生物培養(yǎng)時的 營養(yǎng)物質(zhì)的選擇 和 代謝產(chǎn)物的積累 。一般來說，微生物的胞外代謝產(chǎn)物的主要包括下面四個部分： 代謝副產(chǎn)物 中間代謝產(chǎn)物 次級代謝產(chǎn)物 胞外水解酶類 培養(yǎng)基設(shè)計和淀粉制糖工藝 湖南中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院 生物工程教研室 8 第一節(jié) 微生物細(xì)胞的化學(xué)組成及胞外代謝產(chǎn)物 ?微生物細(xì)胞的化學(xué)組成及胞外代謝產(chǎn)物 二、微生物 胞外代謝產(chǎn)物 1）代謝副產(chǎn)物 這類產(chǎn)物主要是指伴隨微生物細(xì)胞正常代謝作用所產(chǎn)生的一些小分子化合物。 如： CO H CH4等氣體和乙醇、丙酮、丁醇、丙酸、乳酸等低分子量的醇類、 脂肪酸類和酮類，其中許多物質(zhì)是重要的化工原料。 產(chǎn)物名稱 用途 主要生產(chǎn)菌 甲烷 能源 奧式甲烷桿菌 乙醇 、 異丙醇 醫(yī)藥 、 化工原料 、 飲料等 酵母菌 異丙醇 、 丙酮 、 丁醇 防凍劑 、 火膠溶劑 、 樹膠等 丁酸梭菌 丙酮 、 丁醇 、 甘油 重要的有機溶劑 丙酮丁醇梭菌 甘油 、 甘露醇 溶劑 、 潤滑劑 、 化妝品 、 硝化甘油炸藥 醇母菌 甘露醇 、 乙酸 合成樹脂 、 增韌劑等 曲霉菌 乙酸 食醋 、 化工原料 產(chǎn)醋酸桿菌 草酸 印染 、 漂洗皮革 、 制造塑料和染料 曲霉菌和青霉菌 乳酸 食品乳酸醫(yī)藥和化工原料 乳酸菌 培養(yǎng)基設(shè)計和淀粉制糖工藝 湖南中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院 生物工程教研室 9 第一節(jié) 微生物細(xì)胞的化學(xué)組成及胞外代謝產(chǎn)物 ?微生物細(xì)胞的化學(xué)組成及胞外代謝產(chǎn)物 二、微生物 胞外代謝產(chǎn)物 2）中間代謝產(chǎn)物 指細(xì)胞在代謝途徑中產(chǎn)生的用于合成蛋白質(zhì)、核酸、類脂和多糖等細(xì)胞物質(zhì)的一些小分子物質(zhì)。 如 氨基酸、核苷酸、有機酸和單糖的衍生物 。中間代謝產(chǎn)物一般不分泌到微生物體外，而只有當(dāng)微生物細(xì)胞生物合成受阻或外源碳源濃度較高的情況下，才會有大量的積累和外流。不少中間代謝產(chǎn)物也是重要的食品和化工原料。 培養(yǎng)基設(shè)計和淀粉制糖工藝 湖南中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院 生物工程教研室 10 第一節(jié) 微生物細(xì)胞的化學(xué)組成及胞外代謝產(chǎn)物 ?微生物細(xì)胞的化學(xué)組成及胞外代謝產(chǎn)物 二、微生物 胞外代謝產(chǎn)物 產(chǎn)物名稱 用途 主要產(chǎn)生菌 延胡索酸 抗氧劑、合成樹脂、染料 黑根霉 琥珀酸 制漆、染料 根霉菌 蘋果酸 食品 黑曲霉 檸檬酸 飲料、化工原料 黑曲霉 核黃素 醫(yī)藥 棉病囊霉 谷氨酸 味精 谷氨酸棒桿菌 肌苷酸 調(diào)味品 產(chǎn)氨短桿菌 2）中間代謝產(chǎn)物 培養(yǎng)基設(shè)計和淀粉制糖工藝 湖南中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院 生物工程教研室 11 第一節(jié) 微生物細(xì)胞的化學(xué)組成及胞外代謝產(chǎn)物 ?微生物細(xì)胞的化學(xué)組成及胞外代謝產(chǎn)物 二、微生物 胞外代謝產(chǎn)物 3）次級代謝產(chǎn)物 這類代謝產(chǎn)物是指由微生物細(xì)胞合成的，分子比較復(fù)雜的一些化合物，它既不參與細(xì)胞的組成，又不是酶的活性基團，也不是細(xì)胞的儲存物質(zhì)，它們中的大多數(shù)分泌于微生物的體外。 如抗生素、毒素、激素和色素等。 4） 胞外水解酶類 許多微生物可產(chǎn)生胞外水解酶類。這類水解酶包括淀粉酶、蛋白酶、脂肪 酶、果膠酶、纖維素酶、葡萄糖氧化酶、葡萄糖異構(gòu)酶等?？捎糜谑称?、釀造、 紡織、制革、醫(yī)藥和生化試劑等各個領(lǐng)域。 培養(yǎng)基設(shè)計和淀粉制糖工藝 湖南中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院 生物工程教研室 12 第二節(jié) 微生物的營養(yǎng)物質(zhì)和營養(yǎng)類型 ?微生物的營養(yǎng)物質(zhì)和營養(yǎng)類型 一、微生物的營養(yǎng)物質(zhì) 構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)和代謝產(chǎn)物有關(guān)的營養(yǎng)物質(zhì) 提供能量來源的營養(yǎng)物質(zhì) （用于生化合成反應(yīng)、維持細(xì)胞結(jié) 構(gòu)、建立細(xì)胞與環(huán)境間濃度梯度及分子的主動運輸?shù)龋? 定義： 能夠滿足機體生長、繁殖和完成各種生理活動所需要的物質(zhì)稱為微生物的營養(yǎng)物質(zhì)。 （包括組成細(xì)胞的各種化學(xué)元素、以及參與細(xì)胞組成、構(gòu)成酶的活性成分與物質(zhì)運輸系統(tǒng)、提供機體進(jìn)行各種生理活動所需的能量；同時也只有提供必須的水分和充足的養(yǎng)分，才能有效地積累代謝產(chǎn)物） 包括水分、碳源、氮源、無機元素、生長輔助物質(zhì) 培養(yǎng)基設(shè)計和淀粉制糖工藝 湖南中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院 生物工程教研室 13 第二節(jié) 微生物的營養(yǎng)物質(zhì)和營養(yǎng)類型 ?微生物的營養(yǎng)物質(zhì)和營養(yǎng)類型 一、微生物的營養(yǎng)物質(zhì) 1）水分 水既是為微生物細(xì)胞的重要組成成分（占細(xì)胞總量的80%~90%），又是細(xì)胞進(jìn)行生物化學(xué)反應(yīng)的介質(zhì)。微生物細(xì)胞對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和代謝產(chǎn)品的分泌都必須借助水的溶解才能通過細(xì)胞膜，同時一定量的水分是維持細(xì)胞滲透壓的必要條件。此外由于水的比熱高，又是熱的良好導(dǎo)體，它能夠有效地調(diào)節(jié)細(xì)胞的溫度。 培養(yǎng)基設(shè)計和淀粉制糖工藝 湖南中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院 生物工程教研室 14 對于發(fā)酵工廠來說，恒定的水源是至關(guān)重要的，因為在不同水源中存在的各種因素對微生物發(fā)酵代謝影響甚大。 水源質(zhì)量的主要考慮參數(shù)包括 pH值、溶解氧、可溶性固體、污染程度以及礦物質(zhì)組成和含量。 對于釀造行業(yè)，水的重要性不言而喻。 對于常規(guī)發(fā)酵，可靠、持久，能提供大量成分一致清潔的水。 第二節(jié) 微生物的營養(yǎng)物質(zhì)和營養(yǎng)類型 ?微生物的營養(yǎng)物質(zhì)和營養(yǎng)類型 一、微生物的營養(yǎng)物質(zhì) 培養(yǎng)基設(shè)計和淀粉制糖工藝 湖南中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院 生物工程教研室