第四培养基已

1、1第四章第四章 培养基培养基n第一节第一节 概述概述n第二节第二节 培养基的成分及来源培养基的成分及来源n第三节第三节 培养基的设计与优化培养基的设计与优化n第四节第四节 影响培养基质量的因素影响培养基质量的因素2第一节第一节 概述概述 一、培养基的概念一、培养基的概念1、培养基、培养基n 是指人们提供微生物生长繁殖和生物合成各种是指人们提供微生物生长繁殖和生物合成各种代谢产物所需要的按一定比例配制的多种营养代谢产物所需要的按一定比例配制的多种营养物质的混合物。物质的混合物。n 广义上讲培养基是一切可供微生物细胞生长繁广义上讲培养基是一切可供微生物细胞生长繁殖所需的一组营养物质和原料。殖所需的

2、一组营养物质和原料。n 同时培养基也为微生物提供除营养外的其它所同时培养基也为微生物提供除营养外的其它所必需的条件，工业生产上选择的培养基俗称必需的条件，工业生产上选择的培养基俗称发发酵培养基酵培养基，还应包括能够促进微生物合成产物，还应包括能够促进微生物合成产物所必须的成分。所必须的成分。 32 2、培养基条件培养基条件与微生物生理学和形态学的相关性与微生物生理学和形态学的相关性n培养基的组成还可改善细胞的通透性。培养基的组成还可改善细胞的通透性。谷氨酸谷氨酸发酵中，发酵中，生物素生物素的用量影响谷氨酸产量，如果的用量影响谷氨酸产量，如果控制了生物素浓度在亚适量，就可以增加产生控制了生物素浓

3、度在亚适量，就可以增加产生菌的细胞膜通透性，使谷氨酸连续分泌到细胞菌的细胞膜通透性，使谷氨酸连续分泌到细胞外，这就解除了谷氨酸对谷氨酸脱氢酶的反馈外，这就解除了谷氨酸对谷氨酸脱氢酶的反馈抑制作用，提高了谷氨酸的产量。抑制作用，提高了谷氨酸的产量。青霉素青霉素能抑能抑制革兰氏阳性菌细胞壁合成过程中肽聚糖交联，制革兰氏阳性菌细胞壁合成过程中肽聚糖交联，导致菌体细胞膨胀，亦可使谷氨酸易于泄漏到导致菌体细胞膨胀，亦可使谷氨酸易于泄漏到培养基中，提高谷氨酸产量。培养基中，提高谷氨酸产量。 4培养基条件：培养基条件：n是指培养基组成、是指培养基组成、pH值、二价阳离子、值、二价阳离子、阴离子聚合物、表面活

4、性剂和固形物含阴离子聚合物、表面活性剂和固形物含量等。量等。5 3、配制工业发酵培养基时的一般要求、配制工业发酵培养基时的一般要求营养物质营养物质的的组成比较丰富，浓度恰当组成比较丰富，浓度恰当，能满足菌种发芽和生，能满足菌种发芽和生长繁殖成大量的有生理功能的菌丝体之需要，更重要的是能长繁殖成大量的有生理功能的菌丝体之需要，更重要的是能显示出产物合成的潜力显示出产物合成的潜力在一定条件下，所采用的各种在一定条件下，所采用的各种原材料原材料彼此之间不能产生化学彼此之间不能产生化学反应，反应，理化性质相对稳定理化性质相对稳定；粘度适中粘度适中，具有适当的，具有适当的渗透压渗透压；要考虑所选用的要考

5、虑所选用的原材料的品种和浓度原材料的品种和浓度与代谢产物生物合成过与代谢产物生物合成过程中的调节关系，要利于主要产物的生物合成并能维持较长程中的调节关系，要利于主要产物的生物合成并能维持较长时间的最高生产速率，不需要的产物的合成速率降至最低时间的最高生产速率，不需要的产物的合成速率降至最低生产过程中，既不影响生产过程中，既不影响通气与搅拌通气与搅拌的效果，又不影响或稍影的效果，又不影响或稍影响产物的响产物的分离精制和废物处理分离精制和废物处理选用的选用的原材料原材料尽量做到因地制宜，质优价廉，成本低。尽量做到因地制宜，质优价廉，成本低。6二二. 培养基的类型及功能培养基的类型及功能1. 按组成

6、成分分类，分为按组成成分分类，分为合成培养基和天然培养基合成培养基和天然培养基(复合培养基复合培养基)。n合成培养基：合成培养基：由已知组成成分的各种营养物质组合由已知组成成分的各种营养物质组合的培养基，主要用于科学研究。的培养基，主要用于科学研究。所用的原料其化学所用的原料其化学成分明确、稳定，比如药用葡萄糖、硫酸铵、磷酸成分明确、稳定，比如药用葡萄糖、硫酸铵、磷酸二氢钾等。二氢钾等。n天然培养基：天然培养基：由一些组成成分不完全明确的天然产由一些组成成分不完全明确的天然产物如黄豆粉、蛋白胨等，与一些无机盐组合的培养物如黄豆粉、蛋白胨等，与一些无机盐组合的培养基叫天然培养基基叫天然培养基（复

7、合培养基或复合培养基或半合成培养基），半合成培养基），常用于发酵生产。其特点是营养丰富、适于微生物常用于发酵生产。其特点是营养丰富、适于微生物的生长。的生长。7 2. 按状态分类按状态分类n固体培养基固体培养基比较适合于菌种和孢子的培养和保比较适合于菌种和孢子的培养和保存，也广泛应用于有子实体的真菌类，如香菇、存，也广泛应用于有子实体的真菌类，如香菇、白木耳等的生产。白木耳等的生产。n半固体培养基半固体培养基是在配好的液体培养基中加入少是在配好的液体培养基中加入少量的琼脂，一般用量为量的琼脂，一般用量为0.5%0.8%，培养基呈，培养基呈半固体状态，主要用于鉴定细菌、观察细菌运半固体状态，主要

8、用于鉴定细菌、观察细菌运动特征等。动特征等。n液体培养基液体培养基80%90%是水，其中含有可溶性是水，其中含有可溶性的或不溶性的营养成分，是发酵工业大规模使的或不溶性的营养成分，是发酵工业大规模使用的培养基。用的培养基。8 3. 按生产中的用途分类按生产中的用途分类n孢子培养基孢子培养基是供菌种繁殖孢子的一种常用固体培养基，是供菌种繁殖孢子的一种常用固体培养基，对这种培养基的要求是能使菌体迅速生长，产生较多优对这种培养基的要求是能使菌体迅速生长，产生较多优质的孢子，并且不易引起菌种发生变异。质的孢子，并且不易引起菌种发生变异。n种子培养基种子培养基是供孢子发芽、生长和大量繁殖菌丝体，是供孢子

9、发芽、生长和大量繁殖菌丝体，并使菌丝体长得粗壮，成为活力强的并使菌丝体长得粗壮，成为活力强的“种子种子”。营养成营养成分应是易被菌体吸收利用的，同时要比较丰富与完整，分应是易被菌体吸收利用的，同时要比较丰富与完整，其中氮源和维生素的含量应略高些，但总浓度以略稀薄其中氮源和维生素的含量应略高些，但总浓度以略稀薄为宜，以便菌体的生长繁殖。为宜，以便菌体的生长繁殖。n发酵培养基发酵培养基是供菌体生长、繁殖和合成产物之用。它是供菌体生长、繁殖和合成产物之用。它既要使种子接种后能迅速生长，达到一定的菌丝浓度，既要使种子接种后能迅速生长，达到一定的菌丝浓度，又要使长好的菌体能迅速合成所需产物。又要使长好的

10、菌体能迅速合成所需产物。9发酵培养基例子发酵培养基例子代谢产物代谢产物衣康酸衣康酸赤霉素赤霉素核黄素核黄素青霉素青霉素培培养养基基甘蔗糖蜜，甘蔗糖蜜，150g/LZnSO41.0g/LMgSO43.0g/LCuSO40.01g/L葡萄糖，葡萄糖，20g/L；MgSO4，1.0g/L；NH4NO3，1.0g/L；KH2PO4，5.0g/L；FeSO47H2O，0.01g/L；MnSO44H2O，0.01g/L； ZnSO47H20， 0.01g/L；CuSO45H2O， 0.01g/L；玉米浆（干固形物），玉米浆（干固形物），7.5g/L大豆油，大豆油，20mL/L；甘油，甘油，20mL/L；葡

11、萄糖，葡萄糖，20g/L；玉米浆，玉米浆，12mL/L；酪蛋白，酪蛋白，12g/L；KH2PO4，1.0g/L葡萄糖或糖蜜，总葡萄糖或糖蜜，总量的量的10；玉米浆，总量的玉米浆，总量的45；苯乙酸，总量的苯乙酸，总量的0.50.8；猪油或植物油；猪油或植物油；消泡剂，总量的消泡剂，总量的0.510第二节第二节 培养基的成分及来源培养基的成分及来源碳源、氮源、无机盐及微量元素、水、其它碳源、氮源、无机盐及微量元素、水、其它成分成分1. 碳源碳源n凡是用于构成微生物细胞和代谢产物中凡是用于构成微生物细胞和代谢产物中碳素的营养物质均称为碳源。碳素的营养物质均称为碳源。生产中常生产中常用的碳源有糖类、

12、油脂、有机酸、低碳用的碳源有糖类、油脂、有机酸、低碳醇和其它碳氢化合物等。醇和其它碳氢化合物等。11(1) 糖类糖类主要有葡萄糖、蔗糖、糖蜜、淀粉糊精等。主要有葡萄糖、蔗糖、糖蜜、淀粉糊精等。(2) 油和脂肪油和脂肪也能被许多含有比较活跃的脂肪酶的微生也能被许多含有比较活跃的脂肪酶的微生物（如许多霉菌和放线菌）作为碳源和能源。物（如许多霉菌和放线菌）作为碳源和能源。 (3) 有机酸及其盐类，有机酸及其盐类，一些微生物对许多有机酸一些微生物对许多有机酸(如乳如乳酸、柠檬酸、乙酸等酸、柠檬酸、乙酸等)及其盐类有很强的氧化能力，因及其盐类有很强的氧化能力，因此有机酸和它们的盐也能作为微生物的碳源。此

13、有机酸和它们的盐也能作为微生物的碳源。 (4) 烃和醇类烃和醇类n近年来随着石油工业的发展，烷烃近年来随着石油工业的发展，烷烃(石油裂解而得石油裂解而得)用于用于有机酸、氨基酸、维生素、抗生素和酶制剂的工业发有机酸、氨基酸、维生素、抗生素和酶制剂的工业发酵中。酵中。n甘油、甲醇、乙醇、山梨醇等也用于发酵碳源或生产甘油、甲醇、乙醇、山梨醇等也用于发酵碳源或生产某些单细胞蛋白。某些单细胞蛋白。 12碳源碳源来源来源葡萄糖葡萄糖纯葡萄糖，水解淀粉纯葡萄糖，水解淀粉乳糖乳糖纯乳糖，乳清粉纯乳糖，乳清粉淀粉淀粉大麦，玉米粉，燕麦粉，黑麦粉，土豆大麦，玉米粉，燕麦粉，黑麦粉，土豆淀粉等淀粉等蔗糖蔗糖甜菜糖

14、蜜，甘蔗糖蜜，粗红糖，精白糖甜菜糖蜜，甘蔗糖蜜，粗红糖，精白糖等等13n酒精、简单的有机酸、烷烃等含碳物质酒精、简单的有机酸、烷烃等含碳物质也可作为碳源。也可作为碳源。甲醇可作为底物生产单细胞蛋白（甲醇可作为底物生产单细胞蛋白（SCP）用烷烃可进行有机酸、维生素等的生产用烷烃可进行有机酸、维生素等的生产142. 2. 氮源氮源n氮源氮源是是指构成微生物细胞和代谢产物中的氮素指构成微生物细胞和代谢产物中的氮素的营养物质。的营养物质。n它是微生物发酵中使用的主要原料之一。其主它是微生物发酵中使用的主要原料之一。其主要功能是构成微生物细胞和含氮的代谢产物，要功能是构成微生物细胞和含氮的代谢产物，当培

15、养基中碳源不足时，可作为补充碳源。当培养基中碳源不足时，可作为补充碳源。n分为分为有机氮源有机氮源和和无机氮源无机氮源。无机氮源：无机氮源：氨水，铵盐，硝酸盐等氨水，铵盐，硝酸盐等有机氮源：有机氮源：玉米浆，豆饼粉，花生饼粉，棉籽粉，鱼粉，玉米浆，豆饼粉，花生饼粉，棉籽粉，鱼粉，酵母浸出液等酵母浸出液等15（1）有机氮源）有机氮源n有机氮源有有机氮源有花生饼粉、黄豆饼粉（全脂、低脂花生饼粉、黄豆饼粉（全脂、低脂和脱脂）、棉籽饼粉（低温榨取和高温榨取）、和脱脂）、棉籽饼粉（低温榨取和高温榨取）、玉米浆（玉米淀粉的副产物，有干玉米浆和液玉米浆（玉米淀粉的副产物，有干玉米浆和液态玉米浆）、玉米蛋白粉

16、、蛋白胨、酵母粉、态玉米浆）、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和酒糟等，它鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和酒糟等，它们在微生物分泌的们在微生物分泌的蛋白酶蛋白酶作用下，水解成作用下，水解成氨基氨基酸酸，被菌体吸收后再进一步分解代谢。，被菌体吸收后再进一步分解代谢。16n微生物在有机氮源的培养基中，可以微生物在有机氮源的培养基中，可以直接利用直接利用游离氨基游离氨基酸或其他有机化合物的碳架，合成用于构成细胞的蛋白酸或其他有机化合物的碳架，合成用于构成细胞的蛋白质和其他细胞物质。质和其他细胞物质。n微生物对氨基酸的利用是有选择性的，微生物对氨基酸的利用是有选择性的，如如缬氨酸

17、缬氨酸既可既可用于红霉素链霉菌的生长，又可以氮源的形式参加红霉用于红霉素链霉菌的生长，又可以氮源的形式参加红霉素的生物合成。素的生物合成。在螺旋霉素发酵中，发酵培养基里加在螺旋霉素发酵中，发酵培养基里加入入L-L-色氨酸色氨酸可使螺旋霉素的产量显著提高，但可使螺旋霉素的产量显著提高，但L-L-赖氨酸赖氨酸则完全抑制螺旋霉素的生物合成。则完全抑制螺旋霉素的生物合成。另外，有机氮源中另外，有机氮源中含有的某些氨基酸是菌体合成次级代谢产物的含有的某些氨基酸是菌体合成次级代谢产物的前体前体。如。如- -氨基己二酸、半胱氨酸和缬氨酸是合成青霉素和头孢氨基己二酸、半胱氨酸和缬氨酸是合成青霉素和头孢菌素的直

18、接前体，玉米浆中含有的苯乙胺和苯丙氨酸有菌素的直接前体，玉米浆中含有的苯乙胺和苯丙氨酸有合成青霉素合成青霉素G G的前体作用。色氨酸是合成硝吡咯菌素和麦的前体作用。色氨酸是合成硝吡咯菌素和麦角碱的前体。角碱的前体。17工业上常用的有机氮源及含氮量工业上常用的有机氮源及含氮量（质量分数（质量分数/%）氮源氮源含氮量含氮量氮源氮源含氮量含氮量大麦大麦1.52.0花生粉花生粉8.0甜菜糖蜜甜菜糖蜜1.52.0燕麦粉燕麦粉1.52.0甘蔗糖蜜甘蔗糖蜜1.52.0大豆粉大豆粉8.0玉米浆玉米浆4.5乳清粉乳清粉4.518（2）无机氮源）无机氮源n常用的无机氮源有铵盐、硝酸盐和氨水等，因常用的无机氮源有铵

19、盐、硝酸盐和氨水等，因为微生物对它们的吸收利用一般比有机氮源快，为微生物对它们的吸收利用一般比有机氮源快，所以也称为所以也称为迅速利用的氮源迅速利用的氮源。(NH4 )2 SO4 2NH3 + H2SO4NaNO3 + 4H2 NH3 + 2H2O + NaOHn经微生物生理作用经微生物生理作用(代谢代谢)后能形成酸性物质的后能形成酸性物质的无机氮源无机氮源叫叫生理酸性物质生理酸性物质；代谢后能产生碱性；代谢后能产生碱性物质的物质的无机氮源无机氮源叫叫生理碱性物质生理碱性物质。19n氨水除了作为氮源之外，还可以调节氨水除了作为氮源之外，还可以调节pH，在许多抗生素的生产中普遍使用，例如在许多抗

20、生素的生产中普遍使用，例如链霉素和红霉素的生产中。氨水添加时链霉素和红霉素的生产中。氨水添加时要加强要加强搅拌搅拌，少量多次少量多次。在氨水中还含。在氨水中还含有多种嗜碱微生物，因此在使用前应用有多种嗜碱微生物，因此在使用前应用石棉等过滤介质进行石棉等过滤介质进行除菌过滤除菌过滤。20 3. 无机盐及微量元素无机盐及微量元素n微生物在生长繁殖和产物合成中都需要无机盐和微生物在生长繁殖和产物合成中都需要无机盐和微量元素，如磷、硫、铁、镁、钙、锌、钴、钾、微量元素，如磷、硫、铁、镁、钙、锌、钴、钾、钠、锰、氯等。其中钠、锰、氯等。其中许多金属离子对微生物生理许多金属离子对微生物生理活性的作用与其浓

21、度相关，低浓度时往往呈现刺活性的作用与其浓度相关，低浓度时往往呈现刺激作用，高浓度则表现出抑制作用。激作用，高浓度则表现出抑制作用。n在培养基中，磷、硫、镁、钙、钾、钠、氯等常在培养基中，磷、硫、镁、钙、钾、钠、氯等常以以盐的形式加入盐的形式加入，而钴、铜、铁、锰、锌、钼等，而钴、铜、铁、锰、锌、钼等因需要量很少，除了合成培养基，一般复合培养因需要量很少，除了合成培养基，一般复合培养基中基中不另外单独加入不另外单独加入。213. 无机盐及微量元素无机盐及微量元素无机盐是微生物活动无机盐是微生物活动不可缺少不可缺少的物质。的物质。其其主要功能主要功能是构成菌体成分、作为酶的组成部分、是构成菌体成

22、分、作为酶的组成部分、酶的激活剂或抑制剂、调节培养渗透压、调节酶的激活剂或抑制剂、调节培养渗透压、调节pH值值和和Eh等。等。微生物对无机盐的微生物对无机盐的需要量很少需要量很少，但无机盐含量对菌，但无机盐含量对菌体生长和产物的生成体生长和产物的生成影响很大影响很大。磷酸盐磷酸盐 磷是某些蛋白质和核酸的组成成分。磷是某些蛋白质和核酸的组成成分。 磷酸盐在培养基中还具有缓冲作用。磷酸盐在培养基中还具有缓冲作用。 工业上常用工业上常用K3PO43H2O、K3PO4和和Na2HPO412H2O、NaH2PO42H2O等磷酸盐，也等磷酸盐，也可用磷酸。可用磷酸。22n硫酸镁硫酸镁n 除了组成某些细胞的

23、叶绿素成分外，并除了组成某些细胞的叶绿素成分外，并不参与任何细胞物质的合成；不参与任何细胞物质的合成；n 处于离子状态时，是许多重要的酶（己处于离子状态时，是许多重要的酶（己糖磷酸化酶，柠檬酸脱氢酶、羧化酶等）糖磷酸化酶，柠檬酸脱氢酶、羧化酶等）的激活剂；的激活剂；n 不但影响基质的氧化，还影响蛋白质的不但影响基质的氧化，还影响蛋白质的合成合成23n钾盐钾盐n 钾离子与细胞渗透压和透性有关；钾离子与细胞渗透压和透性有关；n 是许多酶的激活剂；是许多酶的激活剂；n微量元素微量元素n Zn、Co、Mn、Cu等元素大部分作为酶的等元素大部分作为酶的辅基和激活剂；辅基和激活剂；n 一般作为碳、氮源的农

24、副产品天然原料中，一般作为碳、氮源的农副产品天然原料中，本身就含有某些微量元素，不必另加；本身就含有某些微量元素，不必另加；n 特例：特例：VB12的生产，由于钴是其组成成分，的生产，由于钴是其组成成分，Co的需要量随产物的增加而增加，因此在培养的需要量随产物的增加而增加，因此在培养基中需加入氯化钴以补充钴基中需加入氯化钴以补充钴24n铁铁是菌体的是菌体的细胞色素、细胞色素氧化酶和过氧细胞色素、细胞色素氧化酶和过氧化物酶化物酶的组成元素，是菌体生命活动必需的元的组成元素，是菌体生命活动必需的元素之一。但在发酵培养基中铁离子的含量对多素之一。但在发酵培养基中铁离子的含量对多种代谢产物的生物合成有

25、较大的影响。在青霉种代谢产物的生物合成有较大的影响。在青霉素、四环素、麦迪霉素等发酵中，素、四环素、麦迪霉素等发酵中，Fe2+含量高含量高都显示较强的抑制作用，抗生素产量显著下降。都显示较强的抑制作用，抗生素产量显著下降。因此，因此，铁制发酵罐铁制发酵罐在正式投产之前，需用稀硫在正式投产之前，需用稀硫酸铵或稀硫酸溶液预处理几次，再用未接种的酸铵或稀硫酸溶液预处理几次，再用未接种的培养基运转几批，进一步去除罐壁上铁离子，培养基运转几批，进一步去除罐壁上铁离子，然后才能正式投入生产。然后才能正式投入生产。 254. 水水n水是所有培养基的主要组成成分，也是水是所有培养基的主要组成成分，也是微生物机

26、体的重要组成成分。微生物机体的重要组成成分。水源质量水源质量的主要考虑参数包括：的主要考虑参数包括：pH值、溶解氧、值、溶解氧、可溶性固体、污染程度以及矿物质组成可溶性固体、污染程度以及矿物质组成和含量。生产中使用的水有和含量。生产中使用的水有深井水、自深井水、自来水、地表水来水、地表水。也可以通过物理和化学。也可以通过物理和化学的方法得到的方法得到去离子或脱盐的工业用水去离子或脱盐的工业用水。26275. 其它成分其它成分(1) 生长因子生长因子n生长因子生长因子:多种微生物除了需要碳源、氮多种微生物除了需要碳源、氮源、无机盐和水以外，还必须补充微量的源、无机盐和水以外，还必须补充微量的有机

27、物才能生长或生长良好。这些有机物才能生长或生长良好。这些微生物微生物生长所不可缺少并且不能用简单的碳源和生长所不可缺少并且不能用简单的碳源和氮源合成的微量有机物就是氮源合成的微量有机物就是生长因子生长因子。生。生长因子包括长因子包括维生素、氨基酸、碱基（嘌呤维生素、氨基酸、碱基（嘌呤碱、碱、 嘧啶碱）、固醇、胺类等。嘧啶碱）、固醇、胺类等。 28n含生长因子的天然物质有酵母膏、蛋白胨、含生长因子的天然物质有酵母膏、蛋白胨、麦芽汁、玉米浆、动植物组织或细胞的浸麦芽汁、玉米浆、动植物组织或细胞的浸出液等。出液等。有机氮源是生长因子的重要有机氮源是生长因子的重要来源来源，多数有机氮源含有较多的多数有

28、机氮源含有较多的B族维生素和微族维生素和微量元素以及一些微生物生长不可缺少的生量元素以及一些微生物生长不可缺少的生长因子，比如玉米浆。长因子，比如玉米浆。n绝大多数生长因子以辅酶或辅基的形式参绝大多数生长因子以辅酶或辅基的形式参与代谢过程中的酶促反应，与代谢过程中的酶促反应，少数还具有少数还具有其其他功能他功能（见下表）。（见下表）。 29表表 几种生长因子的主要功能几种生长因子的主要功能生长因子生长因子主要功能主要功能维生素维生素B1脱羧酶、转醛酶、转酮酶的辅基脱羧酶、转醛酶、转酮酶的辅基维生素维生素B2黄素蛋白的辅基，与氢的转移有关黄素蛋白的辅基，与氢的转移有关维生素维生素B6辅基，与氨基

29、酸的脱羧、转氨基有关辅基，与氨基酸的脱羧、转氨基有关生物素生物素各种羧化酶的辅基各种羧化酶的辅基维生素维生素B12钴酰胺的辅酶，与甲硫氨酸和胸腺嘧啶核苷钴酰胺的辅酶，与甲硫氨酸和胸腺嘧啶核苷酸的合成和异构化有关酸的合成和异构化有关叶叶 酸酸辅酶辅酶F，与核酸的合成有关，与核酸的合成有关泛泛 酸酸乙酰载体的辅基，与酰基转移有关乙酰载体的辅基，与酰基转移有关维生素维生素K电子传递电子传递尼克酸尼克酸脱氢酶的辅基脱氢酶的辅基30315. 其它成分其它成分(2) 前体前体n 前体前体是指是指某些化合物加入到发酵培养基中，能某些化合物加入到发酵培养基中，能直接被微生物在生物合成过程中结合到产物分直接被微

30、生物在生物合成过程中结合到产物分子中去，而其自身的结构并没有多大变化的物子中去，而其自身的结构并没有多大变化的物质，但是产物的产量却因此有较大的提高。质，但是产物的产量却因此有较大的提高。（第二章已讲过）第二章已讲过）n 在实际生产中前体的加入在实际生产中前体的加入还可以显著提高产物还可以显著提高产物中中目的成分目的成分的比重的比重，比如在青霉素生产中加入，比如在青霉素生产中加入苯乙酸苯乙酸可生产青可生产青霉素霉素G，而用，而用苯氧乙酸苯氧乙酸作为前作为前体则可生产青霉素体则可生产青霉素V。 32n有些氨基酸、核苷酸和抗生素发酵必须有些氨基酸、核苷酸和抗生素发酵必须添加前体物质才能获得较高的产

31、率。添加前体物质才能获得较高的产率。33抗生素发酵常用的前体物质抗生素发酵常用的前体物质抗生素抗生素前体物质前体物质抗生素抗生素前体物质前体物质青霉素青霉素G苯乙酸苯乙酸或在发酵中能或在发酵中能形成苯乙酸的物质，形成苯乙酸的物质，如苯乙基酰胺等如苯乙基酰胺等金霉素金霉素氯化物氯化物青霉素青霉素O烯丙基硫基乙酸烯丙基硫基乙酸溴四环素溴四环素溴化物溴化物青霉素青霉素V苯氧乙酸苯氧乙酸红霉素红霉素丙酸、丙醇、丙丙酸、丙醇、丙酸盐、乙酸盐酸盐、乙酸盐放线菌素放线菌素C3肌氨酸肌氨酸灰黄霉素灰黄霉素氯化物氯化物链霉素链霉素肌醇、精氨酸、甲硫肌醇、精氨酸、甲硫氨酸氨酸34氨基酸发酵的前体物质氨基酸发酵的前

32、体物质氨基酸氨基酸菌体菌体前体物质前体物质产量产量/%丝氨酸丝氨酸嗜甘油棒状杆菌嗜甘油棒状杆菌 甘氨酸甘氨酸1.6色氨酸色氨酸异常汉逊酵母异常汉逊酵母氨茴酸氨茴酸0.8色氨酸色氨酸麦角菌麦角菌吲哚吲哚1.3蛋氨酸蛋氨酸脱氢极毛杆菌脱氢极毛杆菌2-羟基羟基4-甲基硫代丁醇甲基硫代丁醇1.1异亮氨酸异亮氨酸粘质赛杆菌粘质赛杆菌-氨基丁酸氨基丁酸0.8异亮氨酸异亮氨酸阿氏棒状杆菌阿氏棒状杆菌D-苏氨酸苏氨酸1.5苏氨酸苏氨酸谷氨酸小球菌谷氨酸小球菌高丝氨酸高丝氨酸2.0355. 其它成分其它成分(3) 抑制剂和产物促进剂抑制剂和产物促进剂n发酵中有时为了发酵中有时为了促进菌体生长或产物合促进菌体生长

33、或产物合成，成，或或抑制不需要的代谢产物的合成，抑制不需要的代谢产物的合成，须要向培养基中加入某种须要向培养基中加入某种促进剂或抑制促进剂或抑制剂剂。如在四环素发酵中，发酵培养基中。如在四环素发酵中，发酵培养基中加入的溴化钠和加入的溴化钠和M-促进剂促进剂(2-巯基苯骈噻巯基苯骈噻唑唑)，能抑制金霉素，能抑制金霉素(即氯四环素即氯四环素)的生物的生物合成，同时增加四环素产量。合成，同时增加四环素产量。36促进剂能促进产量增加的原因：促进剂能促进产量增加的原因：n主要是改进了细胞的渗透性，增强了氧的传递主要是改进了细胞的渗透性，增强了氧的传递速度，改善了菌体对氧的有效利用。速度，改善了菌体对氧的

34、有效利用。常用促进剂常用促进剂n表面活性剂表面活性剂洗净剂（脂肪酰胺磺酸钠）、洗净剂（脂肪酰胺磺酸钠）、吐温吐温80、植酸等、植酸等n二乙胺四乙酸二乙胺四乙酸n大豆油抽提物大豆油抽提物n黄血盐黄血盐n甲醇甲醇37抗生素工业在发酵过程中加入某些促进剂或抑制剂，抗生素工业在发酵过程中加入某些促进剂或抑制剂，常可促进抗生素的生物合成。常可促进抗生素的生物合成。抗生素的抑制剂抗生素的抑制剂抗生素抗生素被抑制的产物被抑制的产物抑制剂抑制剂链霉素链霉素甘露糖链霉素甘露糖链霉素甘露聚糖甘露聚糖去甲基链霉素去甲基链霉素链霉素链霉素乙硫氨酸乙硫氨酸四环素四环素金霉素金霉素溴化物、巯基苯并噻唑、溴化物、巯基苯并噻

35、唑、硫脲嘧啶、硫脲硫脲嘧啶、硫脲去甲基金霉素去甲基金霉素金霉素金霉素磺胺化合物、乙硫氨酸磺胺化合物、乙硫氨酸头孢菌素头孢菌素C头孢菌素头孢菌素NL-蛋氨酸蛋氨酸利福霉素利福霉素B其他利福霉素其他利福霉素巴比妥药物巴比妥药物385. 其它成分其它成分(4) 消泡剂消泡剂n工业发酵中常用一些消泡剂消除发酵中工业发酵中常用一些消泡剂消除发酵中产生的泡沫，防止逃液和染菌，保证生产生的泡沫，防止逃液和染菌，保证生产的正常运转。产的正常运转。常用的消泡剂常用的消泡剂有有植物油植物油脂、动物油脂和一些化学合成的高分子脂、动物油脂和一些化学合成的高分子化合物。化合物。(见第八章见第八章)39第三节第三节 培养

36、基的设计与优化培养基的设计与优化一一. 培养基成分选择的原则培养基成分选择的原则1.菌体的同化能力2.代谢的阻遏和诱导3.合适的C，N比4.pH的要求二二. 培养基的设计培养基的设计1. 理论转化率的计算2. 实验设计3. 培养基设计在发酵过程优化控制中的作用和地位40一一. 培养基成分选择的原则培养基成分选择的原则1.菌体的同化能力菌体的同化能力n 一般只有小分子能够通过细胞膜一般只有小分子能够通过细胞膜进入细胞体内进入细胞体内进行代谢，微生物能够利用复杂的大分子是由进行代谢，微生物能够利用复杂的大分子是由于微生物能够分泌各种各样的水解酶类，在体于微生物能够分泌各种各样的水解酶类，在体外将大

37、分子水解为微生物能够直接利用的小分外将大分子水解为微生物能够直接利用的小分子物质。子物质。由于微生物种类的不同，他们对较为由于微生物种类的不同，他们对较为复杂的大分子物质的利用能力是不同的。复杂的大分子物质的利用能力是不同的。这一这一点在碳源和氮源的选取时特别要注意，点在碳源和氮源的选取时特别要注意，许多碳许多碳源和氮源都是复杂的有机大分子，比如淀粉、源和氮源都是复杂的有机大分子，比如淀粉、黄豆饼粉等。黄豆饼粉等。41n有些微生物，如大多数氨基酸产生菌，有些微生物，如大多数氨基酸产生菌，缺乏蛋白质分解酶，不能直接分解蛋白缺乏蛋白质分解酶，不能直接分解蛋白质，必须将有机氮源水解后才能被利用。质，

38、必须将有机氮源水解后才能被利用。对于氮源，常用的有大豆饼粉、花生饼对于氮源，常用的有大豆饼粉、花生饼粉和毛发的水解液。粉和毛发的水解液。422. 代谢的阻遏和诱导代谢的阻遏和诱导n对于快速利用的碳源葡萄糖，可以促进菌体生对于快速利用的碳源葡萄糖，可以促进菌体生长，但可能发生长，但可能发生葡萄糖效应葡萄糖效应，抑制产物的合成。，抑制产物的合成。微生物利用氮源的能力因菌种、菌龄的不同而微生物利用氮源的能力因菌种、菌龄的不同而有差异。有些产物受到氮源的诱导与阻遏，通有差异。有些产物受到氮源的诱导与阻遏，通常常蛋白酶的生产受培养基中蛋白质或多肽的诱蛋白酶的生产受培养基中蛋白质或多肽的诱导，而受铵盐、硝

39、酸盐、氨基酸的阻遏。导，而受铵盐、硝酸盐、氨基酸的阻遏。43n一般种子培养基中的快速利用的碳源和一般种子培养基中的快速利用的碳源和氮源比发酵培养基中多，而孢子培养基氮源比发酵培养基中多，而孢子培养基的的营养不能太丰富营养不能太丰富(特别是有机氮源特别是有机氮源)，否则只长营养菌丝而不产孢子。否则只长营养菌丝而不产孢子。n应根据微生物的特性和培养的目的，注应根据微生物的特性和培养的目的，注意意快速利用的碳源氮源和慢速利用的碳快速利用的碳源氮源和慢速利用的碳源氮源的相互配合。源氮源的相互配合。443. 合适的合适的C，N比比n 注意速效碳、氮源和缓效碳、氮源的相互配注意速效碳、氮源和缓效碳、氮源的

40、相互配合，并且选用适当的合，并且选用适当的C/N。 C/N不当影响菌不当影响菌体按比例吸收营养物质，直接影响菌体生长体按比例吸收营养物质，直接影响菌体生长和产物形成。和产物形成。n 氮源：过多，菌体繁殖旺盛，氮源：过多，菌体繁殖旺盛，pH值偏高，不值偏高，不利于代谢产物的积累；不足，菌体繁殖量少，利于代谢产物的积累；不足，菌体繁殖量少，影响产量。影响产量。n 碳源：过多，容易形成较低的碳源：过多，容易形成较低的pH值；不足，值；不足，菌体衰老和自溶。菌体衰老和自溶。45n 一般发酵工业中一般发酵工业中C/N为为100:（0.22.0）n 但对于氨基酸生产，由于产物中含氮较但对于氨基酸生产，由于

41、产物中含氮较多，因此多，因此C/N就要适当调整，如就要适当调整，如谷氨酸谷氨酸发酵中发酵中100:（1521）464. pH的要求的要求n微生物在利用营养物质后，由于酸碱物质的积累微生物在利用营养物质后，由于酸碱物质的积累和代谢酸碱物质的形成，会造成培养体系和代谢酸碱物质的形成，会造成培养体系pH的的波动。波动。发酵过程中调解发酵过程中调解pH的方式一般不主张直的方式一般不主张直接用酸碱来调节。接用酸碱来调节。n要保证在发酵过程中要保证在发酵过程中pH值满足工业的要求，值满足工业的要求，合合理配制培养基是决定因素理配制培养基是决定因素，因而在，因而在配制培养基时，配制培养基时，要考虑代谢后对培

42、养体系要考虑代谢后对培养体系pH的贡献，的贡献，从而保证从而保证整个发酵过程中整个发酵过程中pH值处于较为适宜的状态。值处于较为适宜的状态。47二二. 培养基的设计培养基的设计n已知组成微生物细胞的元素包括已知组成微生物细胞的元素包括C、H、O、N、S、P、Fe、Mg、K等，在设计各种培养基等，在设计各种培养基（孢子培养基、种子培养基、发酵培养基）时，（孢子培养基、种子培养基、发酵培养基）时，要充分考虑要充分考虑细胞的元素组成细胞的元素组成状况。同时要考虑状况。同时要考虑微生物对某些生长因子的特殊需求微生物对某些生长因子的特殊需求，以满足菌，以满足菌体的正常生长繁殖。还要认真分析组成体的正常生

43、长繁殖。还要认真分析组成代谢产代谢产物的元素种类和数量物的元素种类和数量，同时分析，同时分析各种营养物质各种营养物质与代谢产物合成的内在联系。与代谢产物合成的内在联系。48培养基设计的过程一般经过以下几个步骤：培养基设计的过程一般经过以下几个步骤：根据前人的经验和培养基成分决定时一些必须根据前人的经验和培养基成分决定时一些必须考虑的问题，考虑的问题，初步确定可能的培养基成分初步确定可能的培养基成分；通过通过单因子单因子实验最终确定出实验最终确定出最为适宜的培养基最为适宜的培养基成分；成分；当培养基成分确定后，采用合理的实验设计方当培养基成分确定后，采用合理的实验设计方法（正交实验法、响应面法或

44、均匀设计法等），法（正交实验法、响应面法或均匀设计法等），确定各成分的最适浓度。确定各成分的最适浓度。491. 理论转化率的计算理论转化率的计算n理论转化率理论转化率是指理想状态下是指理想状态下根据微生物根据微生物的代谢途径进行物料平衡算，所得出的的代谢途径进行物料平衡算，所得出的转化率的大小；转化率的大小；实际转化率实际转化率是指实际发是指实际发酵过程中转化率的大小。酵过程中转化率的大小。n理论转化率可以通过反应方程式的物料理论转化率可以通过反应方程式的物料衡算得出，衡算得出，例如青霉素生产中的代谢总例如青霉素生产中的代谢总反应方程式如下：反应方程式如下：5051 2. 实验设计实验设计n最

45、终培养基成分和浓度的决定都是最终培养基成分和浓度的决定都是通过实验通过实验获获得的，一般首先是通过得的，一般首先是通过单因子实验单因子实验确定培养基确定培养基的成分，然后通过的成分，然后通过多因子实验多因子实验决定各成分对培决定各成分对培养基影响的大小及适宜的浓度，有时候为了精养基影响的大小及适宜的浓度，有时候为了精确确定主要影响因子的适宜浓度，也可以进行确确定主要影响因子的适宜浓度，也可以进行进一步的单因子实验。进一步的单因子实验。n多因子实验，多因子实验，为了通过较少的试验次数获得所为了通过较少的试验次数获得所需的结果，常采用一些合理的实验设计方法，需的结果，常采用一些合理的实验设计方法，

46、如正交实验设计、均匀实验设计法等如正交实验设计、均匀实验设计法等 523. 培养基设计在发酵过程优化控制中的作用和培养基设计在发酵过程优化控制中的作用和地位地位n 对于一个分批发酵过程的研究的重点和控制的对于一个分批发酵过程的研究的重点和控制的目的应当是：目的应当是：在菌体生长阶段在菌体生长阶段找出找出影响分泌产影响分泌产物酶系的主要因素物酶系的主要因素，并加以控制使菌体长好后，并加以控制使菌体长好后处于最佳的产物合成阶段；处于最佳的产物合成阶段；在产物形成阶段在产物形成阶段找找出出影响反应速度变化的主要因素并加以控制影响反应速度变化的主要因素并加以控制使使产物的形成速度处于最佳或底物的消耗最

47、经济。产物的形成速度处于最佳或底物的消耗最经济。53第四节第四节 影响培养基质量的因素影响培养基质量的因素 n原料及设备的预处理原料及设备的预处理n原材料的质量原材料的质量n发酵特性的影响发酵特性的影响n灭菌灭菌n其它影响因素其它影响因素54一一. 原料及设备的预处理原料及设备的预处理n农产品农产品使用前要去杂、过筛、去皮等；使用前要去杂、过筛、去皮等；n糖蜜糖蜜要经过除铁、稀释、酸化、灭菌、要经过除铁、稀释、酸化、灭菌、澄清和添加营养盐等处理后才能被使用；澄清和添加营养盐等处理后才能被使用；n工业使用工业使用铁制的发酵罐铁制的发酵罐，要除去罐壁上，要除去罐壁上的铁离子或防止铁离子的脱落再使用。的铁离子或防止铁离子的脱落再使用。55二二. 原材料的质量原材料的质量n影响发酵的影响发酵的调控因子常常是一些微量的物质，调控因子常常是一些微量的物质，它们包含在碳源、氮源等，特别是有机氮源中，它们包含在碳源、氮源等，特别是有机氮源中，被添加到培养基中，因而这些物质被添加到培养基中，因而这些物质(碳源、氮源碳源、氮源等等)的质量的质量(包括成分、含量包括成分、含量)的