第3章发酵工艺条件

1、本章内容： 第一节，微生物的营养要求（微生物们需要吃什么？）第三节，发酵生产中培养条件的确定（怎样让微生物健康的工作？）第二节，培养基（如何给微生物们做饭？）第一节 微生物的营养要求一、微生物细胞的化学组成微生物细胞水：70%-90%干物质有机物蛋白质、糖、脂、核酸、维生素等及其降解产物 无机物（盐）细胞化学元素组成：主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁等；微量元素：锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。 微生物生长需要六大营养要素：碳源、氮源、无机盐、能源、生长因子、水二、营养物质第一节 微生物的营养要求微生物生长所需要的六大营养物质及其生理功能第二节 培养基培养基几乎是

2、一切对微生物进行研究和利用工作的基础培养基：是用于维持微生物生长繁殖和产物形成的营养物质。任何培养基都应该具备微生物生长所需要六大营养要素：任何培养基一旦配成，必须立即进行灭菌处理；常规高压蒸汽灭: 1.05kg/cm2,121.3 15-30min；某些成分进行分别灭菌:过滤除菌；第二节 培养基一、选用和设计培养基的原则和方法在微生物学研究和生长实践中，配置合适的培养基是一项最基本的要求。原则：1 、目的明确 2、营养协调 3、理化适宜4、经济节约目的不同方案不同一、选用和设计培养基的原则和方法（1）选择适宜的营养物质实验室一般培养：普通常用培养基；遗传研究：成分清楚的合成培养基；生理、代谢

3、研究：选用有利于代谢的培养基；例如枯草芽孢杆菌：一般培养：肉汤培养基或LB培养基；自然转化：基础培养基；观察芽孢：逆境培养基；产蛋白酶：以玉米粉、黄豆饼粉为主的产酶培养基；一、选用和设计培养基的原则和方法（2）营养物质浓度及配比合适营养物质的浓度适宜；营养物质之间的配比适宜；高浓度糖类物质、无机盐、重金属离子等不仅不能维持和促进微生物的生长，反而起到抑制或杀菌作用。培养基中营养物质之间的配比直接影响微生物的生长繁殖和代谢产物的形成和积累，其中碳氮比( (C/N)C/N)的影响较大。发酵生产谷氨酸时：碳氮比为4/14/1时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少；碳氮比为3/13/1时，菌体繁殖受到抑制，谷

4、氨酸产量则大量积累。注 意青霉素：分子量356苯乙酸:分子量136添加前体物质方法：流加法前体一般都有毒性，浓度过大对菌体的生长不利, ,一般基础料中仅仅添加0.07%0.07%，前体相对价格较高，添加过多，容易引起挥发和氧化，用量不要大于0.10.1。铁是细胞色素、色素氧化酶、过氧化物酶的组成成分，是微生物有氧氧化必需元素。钢制发酵罐中，不添加铁，离子浓度达到30ug/ml。微生物对铁要求敏感：青霉素生产中，铁 20ug/ml；柠檬酸生产中，无铁培养基比加铁培养基产率高3倍。碳源 细胞量 -淀粉酶葡萄糖 4.2 0 蔗糖 4.02 0糊精 3.06 38.2淀粉 3.09 40.2不同的碳源

5、对细胞的生长和产酶的影响例：地衣芽孢杆菌生产-淀粉酶糖蜜使用的注意点：除糖份外，含有较多的杂质，需要进行预处理。例：谷氨酸发酵有害物：生物素（发酵控制）例：柠檬酸发酵有害物：铁离子含量高（导致异柠檬酸的生成）除铁处理：黄血盐营营养养物物质质 来来源源 主主要要 成成份份牛牛肉肉浸浸膏膏 瘦瘦牛牛肉肉组组织织浸浸出出汁汁浓浓缩缩而而 富富含含水水溶溶性性碳碳 水水化化合合物物、有有机机 成成的的膏膏状状物物质质 氮氮化化合合物物、维维 生生素素、盐盐等等蛋蛋白白胨胨 将将肉肉、酪酪素素或或明明胶胶用用酸酸或或 富富含含有有机机氮氮化化 合合物物、也也含含有有一一 蛋蛋白白酶酶水水解解后后干干燥燥

6、而而成成的的 些些维维生生素素和和碳碳 水水化化合合物物 粉粉末末状状物物质质酵酵母母浸浸膏膏 酵酵母母细细胞胞的的水水溶溶性性提提取取物物 富富含含B B类类维维生生 素素, ,也也 含含 有有有有机机氮氮 浓浓缩缩而而成成的的膏膏状状物物质质 化化合合物物和和碳碳水水 化化合合物物摇瓶优化pHpH值表示某水溶液中氢离子浓度的负对数值。纯水呈中性，其氢离子浓度为1010-7-7mol/Lmol/L，定其pHpH值为7 7。最低生长pHpH最适生长pHpH最高生长pHpH对发酵生产中pHpH的控制最为重要。许多抗生素的生产菌也有同样的情况。 不同种类微生物 不同的最适生长pHpH值同种微生物在

7、不同生长阶段和不同的生理、生化过程抗生素生产菌可免除了DNADNA、ATPATP、菌绿素和叶绿素等重要成分被酸破坏，或RNARNA、磷脂类等被碱破坏的可能性。外环境pHpH相当稳定，一般都接近中性pHpH变化很大微生物细胞内环境胞内酶最适pHpH一般接近中性周质空间中的酶胞外酶最适pHpH接近环境的pHpH 微生物的生命活动过程中也会能动地改变外界环境的pHpH，培养基的原始pHpH在培养微生物过程中会时时发生改变。可能发生的反应有以下几种 在一般培养过程中往往以变酸占优势，因此，随着培养时间的延长，一般培养基会变得较酸。pHpH变化与培养基的组分尤其是C/NC/N有极大的关系，C/NC/N高

8、 的培养基, ,经培养后pHpH值常会明显下降例如培养各种真菌的培养基C/NC/N低 的培养基, ,经培养后pHpH值则常会明显上升例如培养一般细菌的培养基在微生物培养过程中，一项重要措施 如何及时调节合适的pHpH。 根据表面现象而进行直接、快速但不能持久的调节。根据内在机制所采用的间接、缓效但能发挥较持久作用的调节。调节措施治标治本pH控制摇床一、工业上选用培养基的原则和方法配制培养基时应尽量利用廉价且易于获得的原料作为培养基成份, ,特别是在发酵工业中, ,以降低生产成本。以粗代精以“野”代“家”对微生物来说，各种粗原料营养更加完全，效果更好。而且在经济上也节约。以野生植物原料代替栽培植

9、物原料，如木薯、橡子、薯芋等都是富含淀粉质的野生植物，可以部分取代粮食用于工业发酵的碳源。以废代好以污染环境的废弃物原料：如，糖蜜( (制糖工业中含有蔗糖的废液) )、乳清( (乳制品工业中含有乳糖的废液) )、豆制品工业废液及黑废液( (造纸工业中含有戊糖和己糖的亚硫酸纸浆) )等都可作为原料。工业上的甲烷发酵主要利用废水、废渣作原料, ,在我国农村，已推广利用粪便及禾草为原料发酵生产甲烷作为燃料。另外, , 农副产品或制品，如麸皮、米糠、玉米浆、酵母浸膏、酒糟、豆饼、花生饼、蛋白胨等都是常用的发酵工业原料。某制药厂改进链霉素发酵液中的原有配方，设法减去30-50%30-50%的黄豆饼粉、2

10、5%25%的葡萄糖和20%20%硫酸铵，结果反而提高了产量。以无机氮代蛋白以大气氮、铵盐、硝酸盐或尿素等一类非蛋白质或非氨基酸廉价原料用作发酵培养基的原料，让微生物转化成菌体蛋白质或含氮的发酵产物供人们利用。以烃代粮以纤代糖开发利用纤维素这种世界上含量最丰富的可再生资源。将大量的纤维素农副产品转变为优质饲料、工业发酵原料、燃料及人类的食品及饮料。以简代繁以“国” 代“进”以石油或天然气副产品代替糖质原料来培养微生物。生产石油蛋白将石油产品转化成一些产值更高的高级醇、脂肪酸、环烷酸等化工产品和若干合成物；对石油产品的品质进行改良，如脱硫、脱蜡等。一、在一定范围，生长速率与培养温度呈正相关。代时:

11、 :每分裂繁殖一代所需的时间. .16h0 5358512530252025温度影响发酵方向如：四环素产生菌-金色链霉菌，同时产生金霉素和四环素；T30T35T350 0C C时，金霉素的合成几乎停止，只产生四环素。温度还影响基质溶解度。粘质沙雷氏菌产灵菌红素 灵菌红素：是一类天然红色素, ,具有一定的免疫活性, ,如抑制真菌、细菌和霉菌等功效, ,且具有一定的抗肿瘤作用, ,因此具有很大的药用价值, ,受到科研工作者的极大关注。CCr呼吸强度溶解氧浓度CCr: 临界溶氧浓度, 指不影响呼吸所允许的最低溶解氧浓度。接种龄 指接种物或种子的生长年龄，亦即它处在生长曲线上哪一个阶段时用来作种子的。这里指某一群体的生理年龄。（2 2）接种量 接种量的大小明显影响延滞期的长短。 在发酵工业上，为缩短延滞期以缩短生产周期，提高发酵效率，一般采用较大的接种量。种子：发酵培养基1 1：1010，V/VV/V（1）通过遗传学方