培养基的制备(资料)

1、工业发酵培养基的设计*编号： *标题：工业发酵培养基的设计英文标题：简介： *中文关键词：工业发酵培养基的设计*难度：中等 *正文：一般来讲培养基的选择首先是培养基成分的确定，然后再决定各成分之间如何最佳的复配。由于培养基的组分(包括这些组分的来源和加工方法)、配比、缓冲能力、黏度、消毒是否彻底、消毒后营养破坏的程度以及原料中杂质的含量都对菌体生长和产物形成有影响，但目前还不能完全从生化反应的基本原理来推断和计算出适合某一菌种的培养基配方，只能用生物化学、细胞生物学、微生物学等的基本理论，参照前人所使用的较适合某一类菌种的经验配方，再结合所用菌种和产品的特性，采用摇瓶、玻璃罐等小型发酵设备，按

2、照一定的实验设计和实验方法选择出较为适合的培养基。尽管用于发酵工业的培养基配制缺乏一定的理论性，但近百年来发酵工业的不断发展和有关学科的发展，为我们提供了相当丰富的经验和理论依据。1.培养基成分选择的原则 在考虑某一菌种对培养基的总体要求时，在成分选择时应注意以下几个方面的问题。 (1)菌体的同化能力 一般只有小分子能够通过细胞膜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于微生物能够分泌各种各样的水解酶类，在体外将大分子水解为微生物能够直接利用的小分子物质。由于微生物来源和种类的不同，所能分泌的水解酶系是不一样的。因此有些微生物由于水解酶系的缺乏只能够利用简单的物质，而有些微生物则可

3、以利用较为复杂的物质。因而在考虑培养基成分选择的时候，必须充分考虑菌种的同化能力，从而保证所选用的培养基成分是微生物能够利用的。这一点在碳源和氮源的选取时特别要注意。许多碳源和氮源都是复杂的有机物大分子，如淀粉、黄豆饼粉等，用这类原料作为培养基，微生物必须要具备分泌胞外淀粉酶和蛋白酶的能力，但不是所有的微生物都具备这种能力的。对于酵母，一般仅能利用23糖，最多为4糖，因此酿造行业用粮食原料制酒时，对于原材料必须经过一系列的处理，最终获得酵母能够利用的碳源。如以中国为代表的制曲(大曲中含有丰富的淀粉酶和糖化酶，可以将淀粉转化为糖)酿酒工艺，国外以麦芽(麦芽中含有丰富的淀粉水解酶类，可以将淀粉转化

4、为麦芽糖)制酒为代表的酿酒工艺，这些都是千百年来广大劳动人民实践的结果。葡萄糖是几乎所有的微生物都能利用的碳源，因此在培养基选择时一般被优先加以考虑。但工业上由于直接选用葡萄糖作为碳源，成本相对较高，一般采用淀粉水解糖。在工业生产上将淀粉水解为葡萄糖的过程成为淀粉的“糖化”，所得的糖液称为淀粉水解糖。淀粉水解糖液中主要的糖类是葡萄糖。因水解条件的不同，糖液中尚有少量的麦芽糖及其他一些二糖、低聚糖等复合糖类，这些低聚糖的存在不仅降低了原料的利用率，而且会影响糖液的质量，降低糖液可发酵的营养成分。除此以外原料中带来的杂质如蛋白质、脂肪等以及其分解产物也混于糖液中。因此为了保证发酵正常生产，水解糖液

5、必须达到一定的质量指标(下表)。影响淀粉水解糖的质量因素除原料外很大程度和制备方法密切有关，目前淀粉水解糖的制备方法分酸法、酸酶法和双酶法，其中以双酶法制得的糖液质量最好。相关素材：KC00901116TP01谷氨酸生产中糖液的质量指标相关素材：KC00901116TP02 不同糖化工艺所得糖液质量的比较对于氮源一样，许多有机氮源都是复杂的大分子蛋白质。有些微生物，如大多数氨基酸产生菌，缺乏蛋白质分解酶，不能直接分解蛋白质必须将有机氮源水解后才能被利用。常用的有大豆饼、花生饼粉和毛发的水解液。各种蛋白质水解液的氨基酸含量见表34。豆饼水解液制备方法如下：豆饼粉(100 kg)+水(133 kg

6、)+盐酸，调pHl0以下，100，常压水解16h，或02503MPa压力水解6h，也可用硫酸水解，用氨中和。相关素材：KC00901116TP03各种蛋白质水解液的氨基酸含量(2) 代谢的阻遏和诱导在配制培养基考虑碳源和氮源时。应根据微生物的特性和培养的目的，注意快速利用的碳(氮)源和慢速利用的碳(氮)源的相互配合，发挥各自的优势，避其所短。对于快速利用的碳源葡萄糖来讲，当菌体利用葡萄糖时产生的分解代谢产物会阻遏或抑制某些产物合成所需的酶系的形成或酶的活性，即发生葡萄糖效应。因此在抗生素发酵时，作为种子培养时的培养基所含的快速利用的碳源和氮源往往比作为合成目的产物发酵培养时的培养基所含的多。当

7、然也可考虑分批补料或连续补料的方式，以及在基础培养基中添加诸如磷酸三镁等称为铵离子捕捉剂的化合物来控制微生物对底物的合适的利用速率，以解除所谓的“葡萄糖效应”来得到更多的目的产物。另外，对于孢子培养基的配制来说，营养不能太丰富(特别是有机氮源)，否则只长营养菌丝而不产孢子。这种培养基中所用无机盐浓度要适量，不然也会影响孢子量和孢子颜色。如对于酶制剂生产，应考虑碳源的分解代谢阻遏的影响，对许多诱导酶来说易被利用的碳源(例如葡萄糖与果糖等)不利于产酶，而一些难被利用的碳源(如淀粉、糊精等)对产酶是有利的(表35)。因而淀粉糊精等多糖也是常用的碳源，特别是在酶制剂生产中几乎都选用淀粉类原料作为碳源。

8、微生物利用氮源的能力因菌种、菌龄的不同而有差异。多数能分泌胞外蛋白酶的菌株，在有机氮源(蛋白质)上可以良好地生长。同一微生物处于生长不同阶段时，对氮源的利用能力不同，在生长早期容易利用易同化的铵盐和氨基氮，在生长中期则由于细胞的代谢酶系已经形成则利用蛋白质的能力增强。因此在培养基中有机和无机氮源应当混合使用。有些产物会受氮源的诱导与阻遏，这在蛋白酶的生产中表现尤为明显，除个别外(例如黑曲霉生产酸性蛋白酶需高浓度的铵盐)，通常蛋白酶的生产受培养基中蛋白质或多肽的诱导，而受铵盐、硝酸盐氨基酸的阻遏。这时在培养基氮源选取时应考虑以有机氮源(蛋白质类)为主。相关素材：KC00901116TP04碳源对

9、生产和产酶的影响(3)合适的C、N比 培养基中碳氮比对微生物生长繁殖和产物合成的影响极为显著。氮源过多，会使菌体生长过于旺盛，pH偏高，不利于代谢产物的积累；氮源不足，则菌体繁殖量少，从而影响产量。碳源过多则容易形成较低的pH；若碳源不足则容易引起菌体的衰老和自溶。另外，碳氮比不当还会引起菌体按比例的吸收营养物质，从而直接影响菌体的生长和产物的合成。 微生物在不同的生长阶段，其对碳氮比的最适要求也不一样。一般来讲，因为碳源既作为碳架参与菌体和产物的合成又作为生命过程中的能源，所以比例要求比氮源高。一般工业发酵培养基的碳氮比为100：(0220)。但在谷氨酸发酵中因为产物含氮量较多，所以氮源比例就相对高些。如在谷氨酸生产中取的碳氮比为100：(1521)；若碳氮比例为100：(0520)，则出现只长菌体而几乎不合成谷氨酸的现象。应该指出的是，碳氮比也随碳源及氮源的种类以及通气搅拌等条件而异，因此很难确定一个统一的比值。(4) pH的要求 微生物的生长和代谢除了需要适宜的营养环境外，其他环境因子也应处于适宜的状态。其中pH是极为重要的一个环境因子。微生物在利用营养物质后，由于酸碱物质的积累或代谢酸碱物质的形成会造成培养体系pH的波动。发酵过程中调节pH的方式一般不主张直接用酸碱来调节，因为培养基pH的异常波动常常是由于某些营养成分的过多(或