第三章、发酵培养基设计.

1、第三章第三章 发酵工业培养发酵工业培养基设计基设计一、一、培养基的营养成分及来源培养基的营养成分及来源二、培养基的类型二、培养基的类型三、培养基的设计三、培养基的设计一、发酵培养基的营养成分及一、发酵培养基的营养成分及来源来源1、碳源、碳源主要功能：主要功能：1 1）为菌体的生长繁殖提供能源和合成菌体所）为菌体的生长繁殖提供能源和合成菌体所必需的成分；必需的成分；2 2）为合成目的产物提供所需的碳素成分）为合成目的产物提供所需的碳素成分常用的碳源常用的碳源: :特殊情况下（如碳源贫乏时），蛋白质水特殊情况下（如碳源贫乏时），蛋白质水解物或氨基酸等也可被微生物作为碳源使解物或氨基酸等也可被微生物

2、作为碳源使用。用。糖类油脂有机酸低碳醇等（1 1）、糖类）、糖类 发酵培养基中使用最广泛的碳源发酵培养基中使用最广泛的碳源; ; 主要有葡萄糖、糖蜜和淀粉糊精等主要有葡萄糖、糖蜜和淀粉糊精等糖类来 源葡萄糖葡萄糖乳糖乳糖淀粉淀粉蔗糖蔗糖纯葡萄糖、水解淀粉纯葡萄糖、水解淀粉纯乳糖、乳清粉纯乳糖、乳清粉大麦、花生粉、燕麦粉、黑麦粉等大麦、花生粉、燕麦粉、黑麦粉等甜菜糖蜜、甘蔗糖蜜、粗红甜菜糖蜜、甘蔗糖蜜、粗红糖糖、精白糖等、精白糖等工业上常用的糖类及来源工业上常用的糖类及来源淀粉水解糖的制备淀粉水解糖的制备是发酵生产的一项是发酵生产的一项重要工艺，将在后重要工艺，将在后面介绍面介绍葡萄糖葡萄糖 最

3、易利用，几乎所有微生物都能利用最易利用，几乎所有微生物都能利用 葡萄糖常作为培养基的一种主要成分，并葡萄糖常作为培养基的一种主要成分，并且作为加速微生物生长的一种有效糖。且作为加速微生物生长的一种有效糖。 但过多的葡萄糖会过分加速菌体的呼吸，但过多的葡萄糖会过分加速菌体的呼吸，以至培养基中的溶解氧不能满足需要，使一以至培养基中的溶解氧不能满足需要，使一些中间代谢物（如丙酮酸、乳酸、乙酸等）些中间代谢物（如丙酮酸、乳酸、乙酸等）不能完全氧化而积累在菌体或培养基中，导不能完全氧化而积累在菌体或培养基中，导致致pHpH下降，下降，影响影响某些酶的活性，从而抑制微某些酶的活性，从而抑制微生物的生长和产

4、物的合成。生物的生长和产物的合成。糖蜜糖蜜 制糖的结晶母液，它是制糖工业的副产物制糖的结晶母液，它是制糖工业的副产物; ; 含有丰富的糖、氮类化合物、无机盐和维含有丰富的糖、氮类化合物、无机盐和维生素等，是微生物发酵培养基价廉物美的碳生素等，是微生物发酵培养基价廉物美的碳源源; ; 糖蜜主要含有蔗糖，总糖可达糖蜜主要含有蔗糖，总糖可达50%-75%50%-75%。 糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜，二者在糖的糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜，二者在糖的含量和无机盐的含量上有所不同，即使同一含量和无机盐的含量上有所不同，即使同一种糖蜜由于加工方法不同其成分也存在差异，种糖蜜由于加工方法不同其成分也存在差异，因此

5、使用时要注意。因此使用时要注意。糖蜜是制糖生产时的结晶母液，它是制糖工业的副产物糖蜜是制糖生产时的结晶母液，它是制糖工业的副产物。 糖蜜主要含有蔗糖，总糖可达糖蜜主要含有蔗糖，总糖可达50%75%。一般糖蜜分。一般糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜葡萄糖蜜甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜葡萄糖蜜。不用加工方法对甘蔗糖蜜的影响不用加工方法对甘蔗糖蜜的影响糖蜜使用的注意点：糖蜜使用的注意点：除糖份外，含有较多的杂质，其中有些是有用的，但是除糖份外，含有较多的杂质，其中有些是有用的，但是许多都会对发酵产生不利的影响，需要进行预处理。许多都会对发酵产生不利的影响，需要进行预处理。例：谷氨酸发酵例：谷氨酸发酵有害物资：胶体成分

6、（起泡、结晶）、钙盐（结晶）有害物资：胶体成分（起泡、结晶）、钙盐（结晶） 生物素（发酵控制）生物素（发酵控制）预处理：澄清预处理：澄清脱钙脱钙脱除生物素脱除生物素例：柠檬酸发酵例：柠檬酸发酵有害物质：铁离子含量高（导致异柠檬酸的生成）有害物质：铁离子含量高（导致异柠檬酸的生成）预处理：预处理：黄血盐黄血盐淀粉糊精淀粉糊精 多糖，也是常用的碳源多糖，也是常用的碳源; ; 需经胞外酶水解成单糖后再被吸收利用需经胞外酶水解成单糖后再被吸收利用; ; 使用淀粉可克服葡萄糖代谢过快的弊病，使用淀粉可克服葡萄糖代谢过快的弊病，价格也比较低廉，在发酵工业中被普遍使价格也比较低廉，在发酵工业中被普遍使用。用

7、。 常用的淀粉为玉米、甘薯、马铃薯、木常用的淀粉为玉米、甘薯、马铃薯、木薯淀粉。薯淀粉。例：地衣牙孢杆菌生产例：地衣牙孢杆菌生产-淀粉酶淀粉酶碳源对生长和产酶的影响碳源对生长和产酶的影响碳源碳源 细胞量细胞量 -淀粉酶淀粉酶葡萄糖葡萄糖 4.2 0 蔗糖蔗糖 4.02 0糊精糊精 3.06 38.2淀粉淀粉 3.09 40.2 油和脂肪也能被许多微生物作为碳源和能源油和脂肪也能被许多微生物作为碳源和能源 这些微生物都具有比较活跃的脂肪酶，在脂肪酶的这些微生物都具有比较活跃的脂肪酶，在脂肪酶的作用下，油或脂肪被水解为甘油和脂肪酸，在溶解氧作用下，油或脂肪被水解为甘油和脂肪酸，在溶解氧的参与下，进

8、一步氧化成的参与下，进一步氧化成COCO2 2和和H H2 2O O，并释放出大量的，并释放出大量的能量。能量。 当微生物利用脂肪作为碳源时，要供给比糖代谢更当微生物利用脂肪作为碳源时，要供给比糖代谢更多的氧，不然大量的脂肪酸和代谢中的有机酸会积累，多的氧，不然大量的脂肪酸和代谢中的有机酸会积累，从而引起从而引起pHpH的下降，并影响微生物酶系统的作用。的下降，并影响微生物酶系统的作用。 常用豆油、菜油、葵花籽油、猪油、鱼油、棉籽油常用豆油、菜油、葵花籽油、猪油、鱼油、棉籽油等等（2 2）、油和脂肪）、油和脂肪 一些微生物对多种有机酸（如乳酸、柠檬一些微生物对多种有机酸（如乳酸、柠檬酸、乙酸等

9、）有很强的氧化能力，可以有机酸酸、乙酸等）有很强的氧化能力，可以有机酸或有机酸盐作为碳源。或有机酸盐作为碳源。 有机酸的利用常会使有机酸的利用常会使pHpH上升，尤其是有机上升，尤其是有机酸盐氧化时，常伴随着碱性物质的产生，使酸盐氧化时，常伴随着碱性物质的产生，使pHpH进一步上升。进一步上升。如以醋酸盐为碳源时，反应如下：CH3COONa + 2O2 2CO2 + H2O + NaOH(3)(3)、有机酸、有机酸 随着石油工业的发展，微生物工业的碳源也有所扩随着石油工业的发展，微生物工业的碳源也有所扩大。大。 正烷烃（一般指从石油裂解中得到的正烷烃（一般指从石油裂解中得到的14-1814-1

10、8碳的直碳的直链烷烃混合物）已用于有机酸、氨基酸、维生素、抗链烷烃混合物）已用于有机酸、氨基酸、维生素、抗生素和酶制剂的工业发酵中。生素和酶制剂的工业发酵中。 石油工业的发展促使乙醇产量的增加，乙醇代粮发石油工业的发展促使乙醇产量的增加，乙醇代粮发酵的工艺发展也十分迅速，自然界中能同化乙醇的微酵的工艺发展也十分迅速，自然界中能同化乙醇的微生物和能同化糖质的微生物一样普遍，种类也相当多，生物和能同化糖质的微生物一样普遍，种类也相当多，乙醇作碳源其菌体得率比葡萄糖作碳源还高，因而乙乙醇作碳源其菌体得率比葡萄糖作碳源还高，因而乙醇已成功地应用于发酵工业的许多领域中，如利用乙醇已成功地应用于发酵工业的

11、许多领域中，如利用乙醇生产单细胞蛋白醇生产单细胞蛋白(4)(4)、烃和醇类、烃和醇类2、氮源、氮源有机氮源有机氮源豆饼（粕）粉、花生饼粉、鱼粉、蚕蛹粉、豆饼（粕）粉、花生饼粉、鱼粉、蚕蛹粉、酵母粉、玉米浆、尿素等酵母粉、玉米浆、尿素等无机氮源无机氮源 铵盐、硝酸盐等铵盐、硝酸盐等 （由于细胞内的含氮物质都以氨基或亚氨基的形式存在，故（由于细胞内的含氮物质都以氨基或亚氨基的形式存在，故铵态氮可以直接用于合成细胞物质；而硝态氮需还原成氨后铵态氮可以直接用于合成细胞物质；而硝态氮需还原成氨后才能被利用）才能被利用）成分黄豆饼粉棉籽饼粉花生饼粉玉米浆鱼粉米糠酵母膏蛋白质/%碳水化合物/%脂肪/%纤维/

12、%灰分/%干物/%核黄素/（mg/kg）硫胺素/（mg/kg）泛酸/（mg/kg）尼克酸/（mg/kg）吡哆 醇/（mg/kg）生物素/（mg/kg）胆碱/（mg/kg）精氨酸/%胱氨酸/%甘氨酸/%异亮氨酸/%亮氨酸/%赖氨酸/%甲硫氨酸/%苯丙氨酸/%51.0-135.7923.062.414.521-27503.20.62.41.12.53.42.90.641281.5136.5904.414.344-24403.31.02.40.91.52.21.60.545235125.590.55.37.348.4167-16704.60.73123.11.30.6245.8118.8505.73

13、0.8874.683.619.40.886290.40.51.10.30.90.10.20.5725.01.5218.193.610.11.1931.414.7-35604.90.83.52.04.56.86.82.51345131416912.642223.2297-12500.50.10.90.20.40.60.50.450-031095-3.31.4-1.65.56.26.52.1无机氮源和尿素、玉米浆等可被迅速利用，无机氮源和尿素、玉米浆等可被迅速利用，为为速效氮；蛋白质氮则需先水解成肽和氨基酸后才能蛋白质氮则需先水解成肽和氨基酸后才能被吸收利用，被吸收利用，属属迟效氮 氮源物质常对培

14、养液pH产生影响(NH4)SO4 2NH3 + H2SO4NaNO3 + 4H2 NH3 + 2H2O + NaOH 反应中所产生的反应中所产生的NH3被菌体作为氮源利用后，被菌体作为氮源利用后，培养液中就留下了酸性或碱性物质。培养液中就留下了酸性或碱性物质。 在常用的无机氮中，硫酸铵被菌体利用后在常用的无机氮中，硫酸铵被菌体利用后会使培养液的会使培养液的pH下降，为下降，为生理酸性物质；硝酸钠被同化时则引起培养液硝酸钠被同化时则引起培养液pH上升，为上升，为生理碱性物质无机氮源的影响：硫酸铵硝酸铵硝酸钠尿素 有机氮源成分复杂可以从多个方面对发酵过程进行影响，而另一方面有机氮源的来源具有不稳定

15、性。所以在有机氮源选取时和使用过程中，必须考虑原料的波动对发酵的影响有机氮原：有机氮原：成分复杂成分复杂，除提供氮源外，有些有机氮源还提供，除提供氮源外，有些有机氮源还提供大量的无机大量的无机 盐及生长因子。盐及生长因子。例例 玉米浆：玉米浆： 可溶性蛋白、生长因子（生物素）、苯乙酸可溶性蛋白、生长因子（生物素）、苯乙酸 较多的乳酸较多的乳酸 硫、磷、微量元素等硫、磷、微量元素等氮源使用的一些相关问题：q 有机氮源和无机氮源应当混合使用有机氮源和无机氮源应当混合使用早期：容易利用易同化的氮源早期：容易利用易同化的氮源无机氮源无机氮源中期：菌体的代谢酶系已形成、则利用蛋白质中期：菌体的代谢酶系已

16、形成、则利用蛋白质q 有些产物会受氮源的诱导和阻遏有些产物会受氮源的诱导和阻遏例：例： 蛋白酶的生产蛋白酶的生产q 有机氮源选取时也要考虑微生物的同化能力有机氮源选取时也要考虑微生物的同化能力q 开发效果好、有针对性的有机氮源仍然是令人感兴趣开发效果好、有针对性的有机氮源仍然是令人感兴趣 的课题的课题3、无机盐和微量元素、无机盐和微量元素 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微生物对磷的需要量一般为微生物对磷的需要量一般为0.0050.01mol/L常用常用K3PO4、Na2HPO4 、NaH2PO

17、4 硫酸镁硫酸镁Mg 2+是许多重要酶（如己糖磷酸化酶、异柠檬是许多重要酶（如己糖磷酸化酶、异柠檬酸脱氢酶、羧化酶等）的激活剂酸脱氢酶、羧化酶等）的激活剂镁离子能提高一些氨基糖苷类抗生素产生菌对镁离子能提高一些氨基糖苷类抗生素产生菌对自身所产的抗生素的耐受能力，如卡那霉素、自身所产的抗生素的耐受能力，如卡那霉素、链霉素、新生霉素等产生菌。链霉素、新生霉素等产生菌。 硫存在于细胞的蛋白质中，是含硫氨基酸的组硫存在于细胞的蛋白质中，是含硫氨基酸的组成成分成成分硫是构成一些酶的活性基硫是构成一些酶的活性基硫酸镁加入培养基中，在碱性条件下会形成氢硫酸镁加入培养基中，在碱性条件下会形成氢氧化镁沉淀，配料

18、时要注意。氧化镁沉淀，配料时要注意。 钾盐钾盐钾不参与细胞结构物质的组成钾不参与细胞结构物质的组成是许多酶的激活剂是许多酶的激活剂菌体生长所需钾量约为菌体生长所需钾量约为0.1g/L(以以K2SO4计计) 微量元素微量元素需量微少，但又不可缺少需量微少，但又不可缺少一般作为碳、氮源的农副产物天然原料中，一般作为碳、氮源的农副产物天然原料中，本身含有，不必另加本身含有，不必另加某些金属离子，特别是汞离子和铜离子，具某些金属离子，特别是汞离子和铜离子，具有明显的毒性有明显的毒性1、作用：各种不一样、作用：各种不一样2、来源：来源：C、N源，以盐的形式补充源，以盐的形式补充3、用量：根据具体的产品，

19、以实验决定，用量：根据具体的产品，以实验决定，P1044、使用注意点使用注意点A. 对于其它渠道有可能带入的过多的某种无机离子和对于其它渠道有可能带入的过多的某种无机离子和 微量元素在发酵过程中必须加以考虑微量元素在发酵过程中必须加以考虑例：铁离子例：铁离子 青霉素发酵中，铁离子的浓度要小于青霉素发酵中，铁离子的浓度要小于20g/ml 发酵罐必须进行表面处理发酵罐必须进行表面处理B、使用时注意盐的形式（、使用时注意盐的形式（pH的变化）的变化）例例：黑曲酶黑曲酶NRRL-330,生产生产-淀粉酶，淀粉酶，P对酶活的影响对酶活的影响 pH 酶活酶活不加不加 4.25 120分钟分钟加加 K2HP

20、O4 5.45 30分钟分钟加加 KH2PO4 4.62 75分钟分钟4、生长因子、生长因子概念：微生物生长不可缺少的微量有机物质。微生物生长不可缺少的微量有机物质。类别：维生素、氨基酸、嘌呤嘧啶及其维生素、氨基酸、嘌呤嘧啶及其衍生物衍生物 不是所有微生物都必需的，只是对于某些不是所有微生物都必需的，只是对于某些自己不能合成这些成分的微生物才是必不可自己不能合成这些成分的微生物才是必不可少的营养物质。少的营养物质。 如以糖质原料为碳源的谷氨酸生产菌均为如以糖质原料为碳源的谷氨酸生产菌均为生物素缺陷型，以生物素为生长因子。生物素缺陷型，以生物素为生长因子。 又如目前所使用的赖氨酸产生菌几乎都是又

21、如目前所使用的赖氨酸产生菌几乎都是谷氨酸产生菌的各种突变株，均为生物素缺谷氨酸产生菌的各种突变株，均为生物素缺陷型，同时也是某些氨基酸如高丝氨酸的缺陷型，同时也是某些氨基酸如高丝氨酸的缺陷型，需要生物素和某些氨基酸作为生长因陷型，需要生物素和某些氨基酸作为生长因子子。提供生长因子的农副产品原料1）玉米浆（ corn steep liquor, CSL） 用亚硫酸浸泡玉米而得的浸用亚硫酸浸泡玉米而得的浸泡液的浓缩液，也是玉米淀粉泡液的浓缩液，也是玉米淀粉生产的副产品生产的副产品 虽然主要用作氮源，但它虽然主要用作氮源，但它含有丰富的氨基酸、核酸、维含有丰富的氨基酸、核酸、维生素、无机盐等，常用作

22、为提生素、无机盐等，常用作为提供生长因子的物质。供生长因子的物质。2）麸皮水解液可代替玉米浆，蛋白质、氨基酸等营养成分可代替玉米浆，蛋白质、氨基酸等营养成分比玉米浆少。比玉米浆少。用量一般为用量一般为1%（以干麸皮计）左右（以干麸皮计）左右水解条件：a) 以干麸皮：水：以干麸皮：水：HCl=4.6:26:1配比混合，装入水配比混合，装入水解锅中以解锅中以0.070.08MPa表压加热水解表压加热水解7080min。b) 以干麸皮：水以干麸皮：水=1：20，用盐酸调，用盐酸调pH值值1.0，以，以0.25MPa表压加热水解表压加热水解20min。然后过滤取滤液。然后过滤取滤液。3）糖蜜（mola

23、sses） 甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜均可代替玉米浆，但氨基酸等甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜均可代替玉米浆，但氨基酸等有机氮含量较低有机氮含量较低 甘蔗糖蜜用量为甘蔗糖蜜用量为0.1%0.4%4) 酵母酵母膏、酵母浸出液、酵母粉酵母膏、酵母浸出液、酵母粉5）其他牛肉膏、蛋白胨、动物心、肝等组织浸液等都含牛肉膏、蛋白胨、动物心、肝等组织浸液等都含有丰富的生长因子有丰富的生长因子5、水生理功能：1）是微生物机体的重要组成部分）是微生物机体的重要组成部分2）进行代谢反应的介质）进行代谢反应的介质3）营养物、代谢物、氧气等必须溶解于水后才能通）营养物、代谢物、氧气等必须溶解于水后才能通过细胞表面进行正常的活动；过细胞表

24、面进行正常的活动；4）水的比热高，能有效吸收代谢过程中放出的热，）水的比热高，能有效吸收代谢过程中放出的热，使细胞内温度不致骤然上升；同时水又是热的良导体，使细胞内温度不致骤然上升；同时水又是热的良导体，有利于散热，可调节细胞温度。有利于散热，可调节细胞温度。 对于发酵工厂来说，恒定的水源是至关重要对于发酵工厂来说，恒定的水源是至关重要的，因为在不同水源中存在的各种因素对微生的，因为在不同水源中存在的各种因素对微生物发酵代谢影响甚大，特别是水中的矿物质组物发酵代谢影响甚大，特别是水中的矿物质组成对酿酒工业和淀粉糖化影响甚大。成对酿酒工业和淀粉糖化影响甚大。 水源质量的主要参数包括水源质量的主要

25、参数包括pH值、溶解氧、可值、溶解氧、可溶性固体、污染程度以及矿物质组成和含量。溶性固体、污染程度以及矿物质组成和含量。6 6、前体、前体 (precursor)(precursor)概念：指某些化合物加入到发酵培养基中，能指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直接被微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，分子中去，而其自身的结构并没有多大变化，但是产物的产量却因加入前体而又较大的提但是产物的产量却因加入前体而又较大的提高高。发现： 最早是从青霉素的生产中被发现的。最早是从青霉素的生产中被发现的。 加入玉米浆后，青霉素单位可从加

26、入玉米浆后，青霉素单位可从20U/ml增加增加到到100U/ml； 玉米浆中含有苯乙胺，它能被优先合成到青玉米浆中含有苯乙胺，它能被优先合成到青霉素分子中，从而提高青霉素霉素分子中，从而提高青霉素G的产量。的产量。青霉素：分子量青霉素：分子量356苯乙酸苯乙酸:分子量分子量136作用作用：前体有助于提高产量和组份：前体有助于提高产量和组份用量用量：前体的用量可以按分子量衡算，具体使用有个转化：前体的用量可以按分子量衡算，具体使用有个转化 率的问题率的问题用法用法：前体使用时普遍采用流加的方法：前体使用时普遍采用流加的方法 前体一般都有毒性，浓度过大对菌体的生长不利前体一般都有毒性，浓度过大对菌

27、体的生长不利 苯乙酸，一般基础料中仅仅添加苯乙酸，一般基础料中仅仅添加0.07% 前体相对价格较高，添加过多，容易引起挥发和氧化，前体相对价格较高，添加过多，容易引起挥发和氧化， 流加也有利于提高前提的转化率流加也有利于提高前提的转化率产品前体青霉素青霉素G G青霉素青霉素V V金霉素金霉素灰黄霉素灰黄霉素红霉素红霉素核黄素核黄素类胡萝卜素类胡萝卜素L-L-异亮氨酸异亮氨酸L-色氨酸L-丝氨酸苯乙酸及其衍生物苯乙酸及其衍生物苯氧乙酸苯氧乙酸氯化物氯化物氯化物氯化物正丙醇正丙醇丙酸盐丙酸盐 - -紫罗酮紫罗酮 - -氨基丁酸氨基丁酸邻氨基苯甲酸邻氨基苯甲酸甘氨酸甘氨酸7、促进剂和抑制剂(1)、促

28、进剂： 促进剂是指那些非细胞生长所必需的营养促进剂是指那些非细胞生长所必需的营养物，又非前体，但加入后却能提高产量的添加物，又非前体，但加入后却能提高产量的添加剂。剂。 促进剂促进剂不是前体或营养物不是前体或营养物 可影响正常代谢，或促进中间代谢产物的可影响正常代谢，或促进中间代谢产物的积累，或提高次级代谢产物的产量积累，或提高次级代谢产物的产量例如例如 巴比妥可增加链霉素产生菌的抗自溶能力，巴比妥可增加链霉素产生菌的抗自溶能力，推迟自溶时间，增加链霉素积累。推迟自溶时间，增加链霉素积累。 谷氨酸棒杆菌生产赖氨酸时，加入红霉素谷氨酸棒杆菌生产赖氨酸时，加入红霉素可提高产量可提高产量25%以上。

29、以上。添加剂酶微生物酶活力增加倍数Tween (0.1%)大豆酒精提取物（2%）植酸质（0.01%-0.3%)洗净剂LS (0.1%)聚乙烯醇苯乙醇(0.05%)醋酸+ 维生素纤维素酶蔗糖酶-葡聚糖酶木聚糖酶淀粉酶脂酶右旋糖酐酶普鲁兰酶蛋白酶脂肪酶蛋白酶蛋白酶糖化酶纤维素酶纤维素酶许多真菌许多真菌许多真菌许多真菌许多真菌许多真菌绳状青霉产气杆菌米曲霉泡盛曲霉曲霉、桔青霉等栖土曲霉筋状拟内胞霉真菌绿色毛霉201610446201.52.872.502-41.61.24.42各种促进剂对产酶的促进作用 促进剂提高产量的机制还不完全清楚，其原因是促进剂提高产量的机制还不完全清楚，其原因是多方面的多方

30、面的。 各种促进剂的效果除受菌种、菌龄的影响外，还与各种促进剂的效果除受菌种、菌龄的影响外，还与所用的培养基组成有关，即使是同一种促进剂，用同所用的培养基组成有关，即使是同一种促进剂，用同一菌株，生产同一产物，在使用不同的培养基时效果一菌株，生产同一产物，在使用不同的培养基时效果也会不一样。也会不一样。如在酶制剂生产中，有些促进剂本身是酶的诱导物；如在酶制剂生产中，有些促进剂本身是酶的诱导物；有些促进剂是表面活性剂，可改善细胞的透性，改善有些促进剂是表面活性剂，可改善细胞的透性，改善细胞与氧的接触从而促进酶的分泌与生产，也有人认细胞与氧的接触从而促进酶的分泌与生产，也有人认为表面活性剂对酶的表

31、面失活有保护作用；有些促进为表面活性剂对酶的表面失活有保护作用；有些促进剂的作用是沉淀或鳌合有害的金属离子。剂的作用是沉淀或鳌合有害的金属离子。(2)、抑制剂 抑制某些代谢途径的进行，同时刺激另一抑制某些代谢途径的进行，同时刺激另一代谢途径，以致可以改变微生物的代谢途径。代谢途径，以致可以改变微生物的代谢途径。如酵母厌氧发酵中加入亚硫酸盐或碱类，如酵母厌氧发酵中加入亚硫酸盐或碱类，可以使酒精发酵受到抑制，而转入甘油可以使酒精发酵受到抑制，而转入甘油发酵发酵产物被抑制的产物抑制剂链霉素链霉素去甲链霉素去甲链霉素四环素四环素去甲金霉素去甲金霉素头孢霉素头孢霉素C C利福霉素利福霉素B B甘露糖链霉

32、素甘露糖链霉素链霉素链霉素金霉素金霉素金霉素金霉素头孢霉素头孢霉素N N其他利福霉素其他利福霉素甘露聚糖甘露聚糖乙硫氨酸乙硫氨酸溴化物、硫脲溴化物、硫脲硫磺化合物、乙硫氨酸硫磺化合物、乙硫氨酸L-L-蛋氨酸蛋氨酸巴比妥药物巴比妥药物某些代谢产物的抑制剂二二 培养基的种类培养基的种类1 1、按培养基成分、按培养基成分1 1）合成培养基）合成培养基 所用原料的化学成分明确、稳定所用原料的化学成分明确、稳定 如葡萄糖、硫酸铵如葡萄糖、硫酸铵 适于研究菌种基本代谢和过程的物质变化等科研工作；适于研究菌种基本代谢和过程的物质变化等科研工作；在生产某些疫苗的过程中，为了防止异性蛋白质等杂质掺在生产某些疫苗

33、的过程中，为了防止异性蛋白质等杂质掺入，也常用合成培养基；入，也常用合成培养基； 营养单一、价格较高，不适于大规模生产营养单一、价格较高，不适于大规模生产2 2）天然培养基）天然培养基 原料是一些天然动、植物产品原料是一些天然动、植物产品 如花生饼粉、蛋白胨等如花生饼粉、蛋白胨等 来源广泛（大多为农副产品）、营养丰富、价格低廉、来源广泛（大多为农副产品）、营养丰富、价格低廉、适于工业化生产适于工业化生产 一般不需要另加微量元素、维生素等物质一般不需要另加微量元素、维生素等物质 由于成分复杂，不易重复，如对原料质量等方面不加由于成分复杂，不易重复，如对原料质量等方面不加控制会影响生产稳定性控制会

34、影响生产稳定性2 2、按物理状态分、按物理状态分1 1）固体）固体 适于菌种和孢子的培养与保存，也广泛应用于有子实适于菌种和孢子的培养与保存，也广泛应用于有子实体的真菌类，如香菇、白木耳等的生产；体的真菌类，如香菇、白木耳等的生产； 近年来由于机械化程度的提高，在发酵工业上又开始近年来由于机械化程度的提高，在发酵工业上又开始应用固体培养基进行大规模生产，其组分常用麸皮、大应用固体培养基进行大规模生产，其组分常用麸皮、大米、小米、木屑、禾壳等。米、小米、木屑、禾壳等。2 2）半固体）半固体 琼脂琼脂0.5%-0.8% 主用于鉴定细菌、观察细菌运动特征及噬菌体的效价测主用于鉴定细菌、观察细菌运动特

35、征及噬菌体的效价测定等定等3 3）液体）液体发酵工业大规模使用的培养基发酵工业大规模使用的培养基3 3、按用途分、按用途分基础培养基基础培养基富集培养基富集培养基选择培养基选择培养基鉴别培养基鉴别培养基孢子培养基孢子培养基种子培养基种子培养基发酵培养基发酵培养基供菌种繁殖孢子的培养基，常用固供菌种繁殖孢子的培养基，常用固体培养基。体培养基。1 1）孢子培养基）孢子培养基孢子培养基基本要求：孢子培养基基本要求：配制时需注意：配制时需注意：A A）营养不要太丰富（特别是有机氮源），否则不）营养不要太丰富（特别是有机氮源），否则不易产孢子。易产孢子。如灰色链霉菌在葡萄糖如灰色链霉菌在葡萄糖-硝酸盐硝

36、酸盐-其他盐的培养基上其他盐的培养基上都能很好地生长和产生孢子，但若加入都能很好地生长和产生孢子，但若加入0.5%酵母膏酵母膏或酪蛋白后，就只长菌体而不产孢子或酪蛋白后，就只长菌体而不产孢子B B）所用无机盐的浓度要适量，否则会影响孢子量）所用无机盐的浓度要适量，否则会影响孢子量和孢子颜色。和孢子颜色。C C）注意）注意pHpH和培养基的湿度。和培养基的湿度。 基本要求是能使菌体迅速生长，产生较多基本要求是能使菌体迅速生长，产生较多优质孢子，且不易引起菌种发生变异。优质孢子，且不易引起菌种发生变异。常用孢子培养基：常用孢子培养基： 麸皮培养基麸皮培养基 小米培养基小米培养基 大米培养基大米培养

37、基 玉米碎屑培养基玉米碎屑培养基 用葡萄糖、蛋白胨、牛肉膏和食盐等配制用葡萄糖、蛋白胨、牛肉膏和食盐等配制的琼脂斜面培养基的琼脂斜面培养基大米和小米常用作霉菌孢子培养基，因为它们含氮量少、疏松、表面积大，是良好的孢子培养基。2 2）种子培养）种子培养基基供孢子发芽、生长和菌体繁殖的培供孢子发芽、生长和菌体繁殖的培养基。养基。 营养要求比较丰富和完全，氮源和维生素的含量营养要求比较丰富和完全，氮源和维生素的含量也要高些，但总浓度以略稀薄为好，这样可达较高也要高些，但总浓度以略稀薄为好，这样可达较高的溶解氧，供大量菌体生长和繁殖。的溶解氧，供大量菌体生长和繁殖。 种子培养基的成分要考虑在代谢过程中

38、能维持稳种子培养基的成分要考虑在代谢过程中能维持稳定的定的pHpH，其成分还要根据不同菌种的主要特征而定。，其成分还要根据不同菌种的主要特征而定。 一般种子培养基都用营养丰富而完全的天然有机一般种子培养基都用营养丰富而完全的天然有机氮源，因为有些氨基酸能刺激孢子发芽。但无机氮源氮源，因为有些氨基酸能刺激孢子发芽。但无机氮源容易利用，有利菌体的迅速生长，所以在种子培养基容易利用，有利菌体的迅速生长，所以在种子培养基中常包括有机氮源和无机氮源。中常包括有机氮源和无机氮源。 最后一级的种子培养基的成分最好能较接近于发最后一级的种子培养基的成分最好能较接近于发酵培养基，这样可使种子进入发酵培养基后能迅

39、速适酵培养基，这样可使种子进入发酵培养基后能迅速适应，快速生长。应，快速生长。3 3）发酵培养基）发酵培养基 既要使种子接入后能迅速生长，达到一定的菌体既要使种子接入后能迅速生长，达到一定的菌体浓度，又要使长好的菌体能迅速合成所需产物。因浓度，又要使长好的菌体能迅速合成所需产物。因此，发酵培养基的组成除有菌体生长所必需的元素此，发酵培养基的组成除有菌体生长所必需的元素和化合物外，还要有合成产物所需的特定元素、前和化合物外，还要有合成产物所需的特定元素、前体和促进剂等。体和促进剂等。供菌体生长、繁殖和合成大量代谢产物供菌体生长、繁殖和合成大量代谢产物用的培养基。用的培养基。 但若因生长和合成产物

40、所需的总的碳源、氮源和但若因生长和合成产物所需的总的碳源、氮源和其他营养物质总的浓度太高，或生长和合成产物两个其他营养物质总的浓度太高，或生长和合成产物两个阶段各需的最佳条件有求不同时，则可考虑培养基用阶段各需的最佳条件有求不同时，则可考虑培养基用分批补料工艺来加以满足。分批补料工艺来加以满足。三三 培养基的设计培养基的设计 目前还不能完全从生化反应的基本原理来推断和计算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物学、微生物学等的基本理论，参

41、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，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，按照一定的实验设计采用摇瓶、玻璃罐等小型发酵设备，按照一定的实验设计和实验方法选择出较为适合的培养基。和实验方法选择出较为适合的培养基。 一、培养基成分选择的原则一、培养基成分选择的原则 一般只有小分子能够通过细胞膜进入细胞内进行代一般只有小分子能够通过细胞膜进入细胞内进行代谢；谢； 微生物能够利用复杂的大分子是由于分泌各种水解微生物能够利用复杂的大分子是由于分泌各种水解酶，在体外将大分子水解为微生物能直接利用的小分酶，在体外将大分子水解为微生

42、物能直接利用的小分子子; ; 微生物来源和种类不同，所分泌的水解酶系不同；微生物来源和种类不同，所分泌的水解酶系不同； 有的微生物由于水解酶系的缺乏，只能利用简单物有的微生物由于水解酶系的缺乏，只能利用简单物质；质；在考虑某一菌种对培养基的总体要求时，在成分选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方面的问题：择时应注意以下几方面的问题：1 1、菌体的同化能力、菌体的同化能力 在碳源和氮源的选取时特别要注意，许多碳源和氮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大分子，如淀粉、黄豆饼粉等；用源都是复杂的有机大分子，如淀粉、黄豆饼粉等；用这类原料，微生物须具

43、备分泌胞外淀粉酶和蛋白酶。这类原料，微生物须具备分泌胞外淀粉酶和蛋白酶。 培养培养不能分泌淀粉酶的菌株，可先将淀粉糖化不能分泌淀粉酶的菌株，可先将淀粉糖化 有些微生物，如大多数氨基酸产生菌，缺乏蛋白有些微生物，如大多数氨基酸产生菌，缺乏蛋白水解酶，可先将有机氮源水解水解酶，可先将有机氮源水解 豆饼水解液制备方法 ：豆饼粉（豆饼粉（100kg100kg） + + 水水 (133kg) + (133kg) + 盐酸，调盐酸，调pH1.0pH1.0以下，以下，100C100C，常压水解，常压水解16h16h，或，或0.25-0.3MPa0.25-0.3MPa压力水解压力水解6h6h，也，也可用硫酸水

44、解，用氨中和。可用硫酸水解，用氨中和。培养基成分选择的原则培养基成分选择的原则(continued)酶制剂的生产，也应考虑碳源的分解代谢阻遏的影响，对于酶制剂的生产，也应考虑碳源的分解代谢阻遏的影响，对于许多诱导酶来说，易被利用的碳源（如葡萄糖或果糖）不利许多诱导酶来说，易被利用的碳源（如葡萄糖或果糖）不利于产酶。于产酶。培养基成分选择的原则培养基成分选择的原则(continued)2 2、代谢的阻遏和诱导、代谢的阻遏和诱导 根据微生物的特性和培养目的，注意快速利用的碳根据微生物的特性和培养目的，注意快速利用的碳（氮）源和慢速利用的碳（氮）源的配合，发挥各自（氮）源和慢速利用的碳（氮）源的配合

45、，发挥各自优势，避其所短。优势，避其所短。菌体利用葡萄糖时产生的分解代谢物可能阻遏或抑菌体利用葡萄糖时产生的分解代谢物可能阻遏或抑制某些产物合成所需的酶系的形成或酶的活性（葡制某些产物合成所需的酶系的形成或酶的活性（葡萄糖效应）；在抗生素发酵时，种子培养基所含的萄糖效应）；在抗生素发酵时，种子培养基所含的快速利用碳源和氮源往往比发酵培养基多；有时需快速利用碳源和氮源往往比发酵培养基多；有时需考虑分批补料或连续补料。考虑分批补料或连续补料。有些产物会受氮源的诱导与阻遏，如通常蛋白酶的生有些产物会受氮源的诱导与阻遏，如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、硝酸产受培养基中蛋白质或

46、多肽的诱导，而受铵盐、硝酸盐、氨基酸的阻遏，应考虑氮源以有机氮源（如蛋白盐、氨基酸的阻遏，应考虑氮源以有机氮源（如蛋白质）为主。质）为主。不同生长阶段，对碳氮比的最适要求可能不同。一般来讲，不同生长阶段，对碳氮比的最适要求可能不同。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，故比例要求比氮源高。程中的能源，故比例要求比氮源高。一般工业发酵培养基的碳氮比为一般工业发酵培养基的碳氮比为100:100:(0.2-2.0(0.2-2.0）; ;但在谷氨酸发但在谷氨酸发酵中因产物含氮量较高，所以氮源比例相对高些，一般取酵中

47、因产物含氮量较高，所以氮源比例相对高些，一般取100:100:(15-20(15-20）。如碳氮比为）。如碳氮比为100:100:(0.5-2.0(0.5-2.0），则只长菌体而不合），则只长菌体而不合成谷氨酸。成谷氨酸。培养基成分选择的原则培养基成分选择的原则(continued)3 3、合适的碳氮比、合适的碳氮比 碳氮比对生长繁殖以及产物合成的影响极其显碳氮比对生长繁殖以及产物合成的影响极其显著著 氮源过多，会使菌体生长过旺，氮源过多，会使菌体生长过旺，pHpH偏高，不利偏高，不利代谢产物的积累；氮源不足，则菌体繁殖量少，代谢产物的积累；氮源不足，则菌体繁殖量少，从而影响产量；从而影响产量

48、； 碳源过多则易形成较低的碳源过多则易形成较低的pHpH；碳源不足则容易；碳源不足则容易引起菌体的衰老和自溶。引起菌体的衰老和自溶。碳氮比也随碳源及氮源的种类以及通气搅拌等条件碳氮比也随碳源及氮源的种类以及通气搅拌等条件而异。而异。 pH pH是微生物生长和代谢的极为重要的环境因子；是微生物生长和代谢的极为重要的环境因子； 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，会造成培养体系中代谢酸碱物质的形成，会造成培养体系中pHpH的波动；的波动； 发酵过程中调节发酵过程中调节pHpH的方式一般不主张直接用酸碱来的方式一般不主张直接用酸

49、碱来调节；调节； 要保证发酵过程中要保证发酵过程中pHpH能满足工艺的要求，合理配制能满足工艺的要求，合理配制培养基是决定因素，因而在配制培养基选取营养成分培养基是决定因素，因而在配制培养基选取营养成分时，除了考虑营养需求外，也要考虑其代谢后对培养时，除了考虑营养需求外，也要考虑其代谢后对培养体系体系pHpH缓冲能力的影响。缓冲能力的影响。培养基成分选择的原则培养基成分选择的原则(continued)4 4、pHpH的要求的要求二、培养基的优化二、培养基的优化 选择培养基成分，设计培养基配方，虽然有一些理选择培养基成分，设计培养基配方，虽然有一些理论依据，但最终的确定是通过实验的方法获得的。论

50、依据，但最终的确定是通过实验的方法获得的。培养基设计与优化的大致步骤：培养基设计与优化的大致步骤：1 1）根据前人的经验和培养基配制的基本理论，）根据前人的经验和培养基配制的基本理论，初步确定可能的成分；初步确定可能的成分；2 2）通过单因子实验确定最为适宜的培养基成分；）通过单因子实验确定最为适宜的培养基成分；3 3）通过多因子实验确定各成分的最适浓度）通过多因子实验确定各成分的最适浓度类胡萝卜素高产菌类胡萝卜素高产菌Y11Y11的培养基的优化的培养基的优化郭秒郭秒, ,食品与工业发酵，食品与工业发酵，20042004类胡萝卜素的作用：色素、营养保健类胡萝卜素的作用：色素、营养保健原培养基原

51、培养基: : 初步确定可能的培养基成分(以碳源为例) 通过单因子实验确定适宜的培养基成分通过单因子实验确定适宜的培养基成分(以碳源为例以碳源为例)考虑到成本：乙酸钠是较为合适的碳源进一步：乙酸钠的浓度2%比较好结果：碳源：乙酸钠 0. 2%氮源：氯化铵 0.2% 酵母膏0.03%无机盐: 复合无机盐0.05% 正交设计确定优化的配方改进后培养基的发酵结果改进后培养基的发酵结果改进后培养基原培养基摇瓶水平到反应器水平的优化配方摇瓶水平到反应器水平的优化配方摇瓶、反应器培养基研究的两个层次摇瓶、反应器培养基研究的两个层次q 摇瓶摇瓶培养基设计的第一步培养基设计的第一步q 反应器反应器最终的优化的基础配方最终的优化的基础配方例：青霉素发酵青霉素发酵发酵摇瓶：发酵摇