【正文】 NH4 Cl 硝態(tài)氮： NaNO3 KNO3 合成產(chǎn)物：尿素 天然原料： 植物蛋白：黃豆餅粉、花生餅粉、 棉籽餅粉、菜籽餅粉、 麥麩、 玉米漿、玉米麩質(zhì)粉 動物蛋白：蛋白胨、魚粉、 蠶蛹粉、牛肉膏 微生物蛋白：酵母粉 /浸膏、 廢菌絲粉 其它：酒糟等 工業(yè)上常用的有機氮源都是一些廉價的原料或副產(chǎn)品。 ? 其主要功能是： ? 構(gòu)成微生物細胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)，如氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸等； ? 合成含氮代謝產(chǎn)物； ? 作為酶的組成分或維持酶的活性； ? 調(diào)節(jié)滲透壓、 PH值、氧化還原電位等； ? 當培養(yǎng)基中碳源不足時，可作為補充碳源。 ? 某些以乙醇作為碳源的菌體得率比用葡萄糖作為碳源還高。 17 ? 裂烴棒桿菌的青霉素抗性突變株用十六烷作為碳源生產(chǎn)谷氨酸，在發(fā)酵中加入一定濃度的青霉素，谷氨酸產(chǎn)量達 84 g／ L。 ? 例如，嗜甲烷棒狀桿菌可以利用甲醇為碳源生產(chǎn)單細胞蛋白，對甲醇的轉(zhuǎn)化率可達 47％以上。 ? 甘油、甲醇、乙醇、山梨醇等也用于發(fā)酵碳源或生產(chǎn)某些單細胞蛋白。 對整個發(fā)酵過程中 pH的調(diào)節(jié)和控制增加困難。 ? 有機酸作為碳源，氧化產(chǎn)生的能量被菌體用于生長繁殖和代謝產(chǎn)物的合成。 ? 在發(fā)酵過程中加入的油脂還兼有消泡的作用。 ? 可用的油脂類有豆油、菜油、葵花籽油、豬油、魚油、棉籽油、玉米油、亞麻子油、橄欖油等。 14 (2) 油和脂肪 ? 在培養(yǎng)基中糖類物質(zhì)缺乏或微生物生長的某一階段，許多微生物可以利用脂類作為碳源和能源生長。 ? 再它們必須水解成單糖后才能被吸收利用。 ? 玉米淀粉及其水解液多用于抗生素、核苷酸、氨基酸、酶制劑等發(fā)酵；小麥淀粉、燕麥淀粉和甘薯淀粉等常在有機酸、醇等發(fā)酵中使用。 12 糖蜜使用的注意點： 除糖份外，含有較多的雜質(zhì)，其中有些是有用的，但是許多都會對發(fā)酵產(chǎn)生不利的影響，需要進行預處理。 ? 糖蜜是制糖生產(chǎn)時的結(jié)晶后母液，是制糖工業(yè)的副產(chǎn)物，主要含蔗糖 (總糖含量可達 50％～ 75％ )、氮素、無機鹽和維生素等營養(yǎng)物質(zhì)，是微生物發(fā)酵培養(yǎng)基價廉物美的碳源。 11 葡萄糖效應 ? 工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)中用的雙糖主要有蔗糖、乳糖和麥芽糖。 ? 葡萄糖效應是由葡萄糖的某種分解代謝物引起的，這種代謝物阻遏了細菌能夠利用其他糖的酶的生成。后來的酶學試驗證實，當葡萄糖存在時，細菌不利用其他糖。當大腸桿菌培養(yǎng)于含有葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)基中，菌體出現(xiàn)兩次生長旺盛期。 ? 由于葡萄糖等快速利用的糖對產(chǎn)物合成有調(diào)節(jié)作用，應控制其濃度，一般是將其和緩慢利用的多糖組成混合碳源，即有利于菌體生長又有利于產(chǎn)物形成。 8 ? 但葡萄糖過多 會加速菌體的呼吸， 在通氣不足、溶解氧不能滿足需要 的情況下，其 代謝 中間產(chǎn)物如丙酮酸、乳酸、乙酸等不完全氧化 而積累在菌體或培養(yǎng)基中 ，會導致培養(yǎng)基的 pH值下降，影響某些酶的活性，從而抑制 微生物的生長和產(chǎn)物的合成。 ? 葡萄糖 是碳源中最容易利用的單糖，所以常作為培養(yǎng)基的主要成分，并且也作為促進細胞快速生長的一種有效的糖類物質(zhì)。 (1) 糖類： 發(fā)酵培養(yǎng)基中使用最廣泛的碳源。 培養(yǎng)基的成分及功能 工業(yè)生產(chǎn)所用微生物絕大多數(shù)是 異養(yǎng)菌 ，不像 自養(yǎng)菌 那樣能夠利用光、還原態(tài)無機物或碳酸鹽作為能源物質(zhì)，只能利用有機碳水化合物作為能源。 ? 工業(yè)生產(chǎn)常用的碳源： ? 糖類、油脂、有機酸、醇和碳氫化合物等。 一 . 碳源 ? 用于構(gòu)成微生物細胞和代謝產(chǎn)物中碳素的來源，并為微生物的生長繁殖和代謝活動提供能源。 發(fā)酵培養(yǎng)基的作用： ? 滿足菌體的生長 ? 促進產(chǎn)物的形成 工業(yè)微生物發(fā)酵培養(yǎng)基的共性 ? 單位培養(yǎng)基能夠產(chǎn)生最大量的目的產(chǎn)物； ? 能夠使目的產(chǎn)物的合成速率最大； ? 能夠使副產(chǎn)物合成的量最少； ? 所采用的培養(yǎng)基應該質(zhì)量穩(wěn)定、價格低廉、易于長期獲得； ? 所采用的培養(yǎng)基盡量不影響工業(yè)發(fā)酵中通氣攪拌性能以及發(fā)酵產(chǎn)物的后期處理。3 發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基設(shè)計 培養(yǎng)基 ： 廣義上講培養(yǎng)基是指一切可供微生物細胞生長 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)酵工業(yè)培養(yǎng)基的基本要求 ? 必須提供合成微生物細胞和發(fā)酵產(chǎn)物的基本成分； ? 有利于減少培養(yǎng)基的單耗，即提高單位營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率； ? 有利于提高產(chǎn)物的濃度，以提高單位容積發(fā)酵罐的生產(chǎn)能力； ? 有利于提高產(chǎn)物的合成速度，縮短發(fā)酵周期； ? 盡量減少副產(chǎn)物的形成，便于產(chǎn)物的分離純化，并盡可能減少產(chǎn)生“三廢”物質(zhì)； ? 原料價格低廉，質(zhì)量穩(wěn)定，取材容易； ? 所用原料盡可能減少對發(fā)酵過程中通氣攪拌的影響，利于提高氧的利用率，降低能耗。 ? 主要功能 ? 提供微生物生長繁殖所需的能源； ? 提供微生物合成菌體的碳成分； ? 提供合成目的產(chǎn)物的碳成分。 ? 如碳源貧乏時，蛋白質(zhì)水解物或氨基酸等也被作為碳源使用。 對于異養(yǎng)微生物，碳源又兼做能源，稱為 雙功能營養(yǎng)物 。 純 糖 天然原料 7 木糖 單糖： 葡萄糖、 雙糖： 蔗糖、麥芽糖、 乳糖 多糖： 淀粉、糊精 及其水解液 糖 蜜 類： 甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜 糖 類： 麥芽汁 淀粉質(zhì)類： 山芋粉、馬鈴薯粉、 玉米粉、燕麥粉、 木薯粉 其 它： 纖維素水解液、乳清、 碳源物質(zhì)的易利用順序： (單 )葡萄糖 → (雙 )蔗糖、麥芽糖、乳糖 → (多 )糊精 → 淀粉 速效碳源 遲效碳源 ? 葡萄糖 是工業(yè)發(fā)酵中最常用的單糖，它是由淀粉加工制備的，有固體粉狀和葡萄糖糖漿兩種產(chǎn)品形式。 ? 它被廣泛用于抗生素、氨基酸、有機酸、多糖、甾體轉(zhuǎn)化等發(fā)酵產(chǎn)品的生產(chǎn)中。 ? 葡萄糖還會引起 葡萄糖效應， 阻遏微生物利用其他的糖。 9 ? “葡萄糖效應 ”是研究大腸桿菌利用各種不同混合碳源的時發(fā)現(xiàn)的 碳分解產(chǎn)物的阻抑作用 。 10 葡萄糖效應 ? 這是大腸桿菌首先利用葡萄糖進行生長繁殖，在葡萄糖耗盡后，過一段時間菌體才開始利用乳糖再生長繁殖。在上述培養(yǎng)基中即使加入乳糖酶誘導物，葡萄糖沒耗盡，利用乳糖的酶系也不能合成。 ? 后來在許多微生物學的試驗中發(fā)現(xiàn)，碳分解產(chǎn)物的阻抑作用普遍存在于微生物的生化代謝中。蔗糖、乳糖可以使用其純制產(chǎn)品，也可以使用含有此二糖的糖蜜和乳清，麥芽糖多用其糖漿。常用在酵母和丙酮、丁醇的生產(chǎn)中，在酒精生產(chǎn)中，糖蜜代替甘薯粉，可以省去糖化工序，簡化了生產(chǎn)工藝。 例：谷氨酸發(fā)酵 有害物資：膠體成分（起泡、結(jié)晶）、鈣鹽（結(jié)晶） 生物素（發(fā)酵控制） 預處理：澄清 → 脫鈣 → 脫除生物素 例：檸檬酸發(fā)酵 有害物質(zhì)：鐵離子含量高（導致異檸檬酸的生成） 預處理： → 黃血鹽 ? 糊精、淀粉及其水解液等多糖是僅次于葡萄糖的常用碳源，尤其是淀粉克服葡萄糖代謝過快的弊病，價格也比較低廉。 ? 另淀粉有直鏈淀粉和支鏈淀粉之分，在培養(yǎng)基中用量較大時，發(fā)酵液比較稠，一般 %時要加入一定的 α淀粉酶先行水解。因此所用微生物必須能夠分泌水解淀粉、糊精的胞外酶。許多霉菌和放線菌 都具有比較活躍的 脂肪酶 ，在脂肪酶的作用下， 油或脂肪被水解為甘油和脂肪酸 ，在有氧時，進一步氧化成 CO2和 H2O，并釋放出大量的能量。 ? 當微生物利用脂肪作為碳源時， 所消耗的氧量增加，因此 要供給比糖代謝更多的氧 ，不然大量的脂肪酸和代謝中的有機酸會積累，從而引起 pH的下降，并影響微生物酶系統(tǒng)的作用。 15 (3) 有機酸及其鹽類 ? 一些微生物對乳酸、檸檬酸、乙酸、延胡索酸等及其鹽類有很強的氧化能力，因此這些有機酸和它們的鹽也能作為微生物的碳源。 ? 在利用有機酸時，發(fā)酵液的 pH會隨著有機酸氧化而上升 ，尤其是有機酸鹽氧化時，常伴隨著堿性物質(zhì)的產(chǎn)生，使 pH進一步上升。 ? 醋酸鹽做為碳源被氧化時，反應如下： CH3COONa + 2O2 ? 2CO2 + H2O +