【正文】 第三章 發(fā)酵工藝條件的確定 ? 主講人：劉萍 第三章 發(fā)酵工藝條件的確定 ? 第一節(jié) 培養(yǎng)基的選擇和確定 ? 第二節(jié) 培養(yǎng)條件的確定 第一節(jié) 培養(yǎng)基的選擇和確定 ? 一、 培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)成分 ? 二、培養(yǎng)基的用途 ? 三、發(fā)酵培養(yǎng)基的選擇 ? 四、 培養(yǎng)基成分的營(yíng)養(yǎng) 與作用 ? 五、 培養(yǎng)基確定 方 法 ? 六、正交試驗(yàn)在培養(yǎng)基確定中的應(yīng)用 一、 培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)成分 ? 微生物的營(yíng)養(yǎng)活動(dòng)，是依靠向外界分泌大量的酶．將周圍環(huán)境中大分子的蛋白質(zhì)、糖類、脂肪等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分解成小分子化合物，再借助細(xì)胞膜的滲透作用，吸收這些小分子營(yíng)養(yǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 ? 所有發(fā)酵培養(yǎng)基都必須提供微生物生長(zhǎng)繁殖和產(chǎn)物合成所需的能源，包括 碳源、氮源、無(wú)機(jī)元素、生長(zhǎng)因子及水、氧氣 等。對(duì)于大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)，除考慮上述微生物的需要外，還必須重視培養(yǎng)基 原料的價(jià)格和來(lái)源 。 微生物的營(yíng)養(yǎng)來(lái)源 ? （ 1）能源 ? 自養(yǎng)菌：光；氫，硫胺；亞硝酸鹽，亞鐵鹽。 ? 異養(yǎng)菌：碳水化合物等有機(jī)物，石油天然氣和石油化工產(chǎn)品，如醋酸。 ? （ 2）碳源： ? 碳酸氣； ? 淀粉水解糖，糖蜜、亞硫酸鹽紙漿廢液等 ? 石油、正構(gòu)石蠟，天然氣 ? 醋酸、甲醇、乙醇等石油化工產(chǎn)品 ? （ 3）氮源 ? 豆餅或蠶蛹水解液，味精廢液，玉米漿，酒糟水等有機(jī)氮 ? 尿素，硫酸銨，氨水，硝酸鹽等無(wú)機(jī)氮 ? 氣態(tài)氮 ? (4)無(wú)機(jī)鹽 ? 磷酸鹽，鉀鹽，鎂鹽，鈣鹽等其他礦鹽 ? 鐵、錳、鈷等微量元素 ? 其他 ? （ 5）特殊生長(zhǎng)因子 ? 硫胺素、生物素、對(duì)氨基苯甲酸、肌醇等 二、培養(yǎng)基的用途 ? 篩選菌種 ? 保藏菌種 ? 檢驗(yàn)雜菌 ? 培養(yǎng)種子 ? 發(fā)酵 生產(chǎn) （一）、培養(yǎng)基的分類 （二）、發(fā)酵生產(chǎn)中的培養(yǎng)基類型 （一）、培養(yǎng)基的分類 ? （ 1） 按培養(yǎng)基組成物質(zhì)的化學(xué)成分 ? 合成培養(yǎng)基 、 天然培養(yǎng)基 。 ? （ 2） 按物理性質(zhì) ? 固體 ， 液體 ? （ 3） 按用途 ? 選擇性培養(yǎng)基 、 鑒別培養(yǎng)基 、 富集培養(yǎng)基等 ? （ 1） 天然培養(yǎng)基 ? 是采用化學(xué)成分還不清楚或化學(xué)成分還不恒定的各種植物和動(dòng)物組織或微生物的浸出物 、 水解液等物質(zhì) (例如牛肉膏 、 酵母膏 、 麥芽汁 、蛋白胨等 )制成的 。 ? 適合于各類異養(yǎng)微生物生長(zhǎng) ，而一般自養(yǎng)微生物都不能生長(zhǎng) 。 （ 2）合成培養(yǎng)基 ? 是用化學(xué)成分和數(shù)量完全了解的物質(zhì)配制而成的 。 成分精 確 ， 重復(fù)性強(qiáng) ， 可以減少不能控制的因素 ? 適用于在實(shí)驗(yàn)室范圍作有關(guān)營(yíng)養(yǎng) 、 代謝 、分類鑒定 、 生物測(cè)定及選育菌種 、 遺傳分析等定量研究工作 。 ? 但一般微生物在合成培養(yǎng)基上生長(zhǎng)較慢 ，有些微生物營(yíng)養(yǎng)要求復(fù)雜 ， 在合成培養(yǎng)基上不能生長(zhǎng) 。 （ 3）半合成培養(yǎng)基 ? 多數(shù)培養(yǎng)基配制是采用一部分天然有機(jī)物作碳源 、 氮源和生長(zhǎng)因子的來(lái)源 ， 再適當(dāng)加入一些化學(xué)藥品以補(bǔ)充無(wú)機(jī)鹽成分 ， 使其更能充分滿足微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)的需要 。 ? 大多數(shù)微生物都能在此培養(yǎng)基上生長(zhǎng)繁殖 。 因此 ， 在微生物工業(yè)生產(chǎn)上和試驗(yàn)研究中被廣泛使用 。 ? （ 1） 液體培養(yǎng)基：常用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)及生理代謝等基本理論研究工作 。 ? 發(fā)酵工業(yè)多用作培養(yǎng)種子和發(fā)酵的培養(yǎng)基 。 ? 根據(jù)微生物對(duì)氧的要求情況 ， 分別作靜止或通風(fēng)攪拌培養(yǎng) 。 ? 在菌種篩選工作和菌種培養(yǎng)工作中 ， 也常用液體培養(yǎng)基進(jìn)行搖瓶培養(yǎng) ? 微生物在液體培養(yǎng)基中生長(zhǎng)的情況有時(shí)也可用作鑒定菌種的參考 。 生理代謝 菌種篩選 種子培養(yǎng) 發(fā)酵培養(yǎng) ? （ 2） 固體培養(yǎng)基 ? 分類：斜面試管 、 平板等 ? 是在液體培養(yǎng)基中加入凝固劑配成的 ， 最常用的凝固劑是瓊脂 。 ? 作用： ? 固體培養(yǎng)基在菌種的分離 、 保藏 、 菌落特征的觀察 、活菌計(jì)數(shù)和鑒定菌種方面是不可缺少的 。 ? 在制曲 、 酶制劑 、 檸檬酸等生產(chǎn)中 ， 用來(lái)培養(yǎng)霉菌等的固體種子和發(fā)酵培養(yǎng)基是由麩皮等農(nóng)作物加無(wú)機(jī)元素等制成的 。 ? 增殖培養(yǎng)基：可以配制成適合某種微生物生長(zhǎng)而不適合其他微生物生長(zhǎng) ， 從而達(dá)到從自然界分離這種微生物的目的 。 ? 鑒別培養(yǎng)基：是根據(jù)微生物能否利用培養(yǎng)基中某種營(yíng)養(yǎng)成分 ， 借助指示劑的顯色反應(yīng) ， 以鑒別不同種類的微生物 。 ? 選擇培養(yǎng)基：是在培養(yǎng)基內(nèi)加入某種化學(xué)物質(zhì)以抑制不需要菌的生長(zhǎng) ， 而促進(jìn)某種需要菌的生長(zhǎng) 。 （二）、發(fā)酵生產(chǎn)中的培養(yǎng)基類型 ? 工業(yè)發(fā)酵中培養(yǎng)基往往是依據(jù)生產(chǎn)流程和作用分為： ? 斜面培養(yǎng)基 ? 種子培養(yǎng)基 ? 發(fā)酵培養(yǎng)基 ? 搖瓶培養(yǎng)基 1．斜面培養(yǎng)基 ? 作用：這是供微生物細(xì)胞生長(zhǎng)繁殖用的 ， 包括細(xì)菌 ， 酵母等的斜面培養(yǎng)基以及霉菌 、 放線菌生孢子培養(yǎng)基或麩曲培養(yǎng)基等 。 這類培養(yǎng)基主要作用是供給細(xì)胞生長(zhǎng)繁殖所需的各類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) 。 ? 特點(diǎn)： ? ， 少含或不含糖分 。 有機(jī)氮有利于菌體的生長(zhǎng)繁殖 ， 能獲得更多的細(xì)胞 。 ? ， 則氮源和碳源均不宜太豐富 ， 否則容易長(zhǎng)菌絲而較少形成孢子 。 ? ， 供給必要的生長(zhǎng)因子和微量元素 。 2．種子培養(yǎng)基 (包括搖瓶種子和小罐種子培養(yǎng)基 )： ? 培養(yǎng)種子的目的： ? ， 增加細(xì)胞數(shù)量； ? 同時(shí)也必須培養(yǎng)出強(qiáng)壯 、 健康 、 活性高的細(xì)胞 。 為了使細(xì)胞迅速進(jìn)行分裂或菌絲快速生長(zhǎng) 。 ? 種子培養(yǎng)基特點(diǎn)： ? 1. 必須有較完全和豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) ， 特別需要充足的氮源和生長(zhǎng)因子 。 ? 2. 種子培養(yǎng)基中各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度不必太高 。供孢子發(fā)芽生長(zhǎng)用的種子培養(yǎng)基 ， 可添加一些易被吸收利用的 碳源和氮源 。 ? 3. 種子培養(yǎng)基成分還應(yīng)考慮與發(fā)酵培養(yǎng)基的主要成分相近 。 3．發(fā)酵培養(yǎng)基 ? 發(fā)酵培養(yǎng)基是發(fā)酵生產(chǎn)中最主要的培養(yǎng)基 ， 它不僅耗用大量的原材料 ， 而且也是決定發(fā)酵生產(chǎn)成功與否的重要因素 。 ? （ 1） 根據(jù)產(chǎn)物合成的特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)培養(yǎng)基： 對(duì)菌體生長(zhǎng)與產(chǎn)物相偶聯(lián)的發(fā)酵類型 ， 充分滿足細(xì)胞生長(zhǎng)繁殖的培養(yǎng)基就能獲得最大的產(chǎn)物 。 對(duì)于生產(chǎn)氨基酸等含氮的化合物時(shí) ， 它的發(fā)酵培養(yǎng)基除供給充足的碳源物質(zhì)外 ， 還應(yīng)該添加足夠的銨鹽或尿素等氮素化合物 。 （ 2） 發(fā)酵培養(yǎng)基的各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度應(yīng)盡可能高些 ， 這樣在同等或相近的轉(zhuǎn)化率條件下有利于提高單位容積發(fā)酵罐的利用率 ， 增加經(jīng)濟(jì)效益 。 ? （ 3） 發(fā)酵培養(yǎng)基需耗用大量原料 ， 因此 ，原料來(lái)源 、 原材料的質(zhì)量以及價(jià)格等必須予以重視 。 三、發(fā)酵培養(yǎng)基的選擇 ? (1)必須提供合成微生物細(xì)胞和發(fā)酵產(chǎn)物的 基本成分 。 ? (2)有利于 減少培養(yǎng)基原料的單耗 ， 即提高單位營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)所合成產(chǎn)物數(shù)量或最大產(chǎn)率 。 ? (3)有利于 提高培養(yǎng)基和產(chǎn)物的濃度 ， 以提高單位容積發(fā)酵罐的生產(chǎn)能力 。 ? (4)有利于 提高產(chǎn)物的合成速度 ， 縮短發(fā)酵周期 。 ? (5)盡量減少副產(chǎn)物的形成 ， 便于產(chǎn)物的分離純化 。 ? (6)原料價(jià)格低廉 ， 質(zhì)量穩(wěn)定 ， 取材容易 。 ? 7)所用原料盡可能減