工业发酵培养基 工业培养基的成分及来源

3.工业发酵培养基3.3工业培养基的成分及来源工业培养基的成分碳源氮源无机盐生长因子前体物质和促进剂工业培养基的成分氮源氮源主要用于构成菌体细胞物质（氨基酸，蛋白质、核酸等）和含氮代谢物。无机盐无机盐是微生物生命活动所不可缺少的物质。其主要功能是构成菌体成分、作为酶的组成部分、酶的激活剂或抑制剂、调节培养基渗透压、调节pH值和氧化还原电位等。无机盐含量对菌体生长和产物的生成影响很大。碳源提供微生物菌种生长繁殖所需的能源和合成菌体所必需的碳成分；提供合成目的产物所必须的碳成分。前体物质和促进剂为了进一步大幅度提高发酵产率，还需要添加某些特殊功用的物质。这些物质加入到培养基中有助于调节产物的形成生长因子于某些自己不能合成这些成分的微生物生长因子是必不可少的营养物一、碳源功能来源工业上常用的碳源为糖类、油脂、有机酸、正烷烃等，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用。提供微生物菌种生长繁殖所需的能源和合成菌体所必需的碳成分；提供合成目的产物所必须的碳成分。工业上常用的碳源工业上常用的碳源及主要来源乳

糖来源：纯乳糖、乳清粉淀

粉来源：大麦、花生粉、燕麦粉、黑麦粉、大豆粉等葡萄糖来源：纯葡萄糖、水解淀粉蔗

糖来源：甜菜糖蜜、甘蔗糖蜜、粗红糖、精白糖等普遍以碳水化合物作为碳源。玉米淀粉，马铃薯、木薯淀粉。淀粉可用酸法或酶法水解产生葡萄糖，满足生产使用。

大麦经发芽制成麦芽，除了淀粉外，麦芽还含有许多糖分。麦芽是啤酒生产的主要原料。

蔗糖一般来自甘蔗或甜菜，在发酵培养基中常用的甜菜或甘蔗糖蜜是在糖精制作过程中留下的残液。用于生产疫苗的培养基，通常是用牛血清蛋白、牛肉汁等蛋白质作为碳源。

酒精、简单的有机酸、烷烃等含碳物质在发酵过程中作为碳源，虽然它们的价格比相等数量的粗碳水化合物要昂贵很多，但由于纯度较高，便于发酵结束后产物的回收和精制。

甲烷、甲醇和烷径已经用于微生物菌体的生产，例如将甲醇作为底物生产单细胞蛋白，用烷径进行有机酸、维生素等的生产。工业常用碳源的来源二、氮源常用的氮源有机氮源无机氮源功能来源氮源主要用于构成菌体细胞物质（氨基酸，蛋白质、核酸等）和含氮代谢物。

为机体提供必需的氮源无机氮源无机氮源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，这种经微生物生理作用（代谢）后能形成酸性物质的无机氮源叫生理酸性物质，如硫酸胺；若菌体代谢后能产生碱性物质的则此种无机氮源称为生理碱性物质，如硝酸钠。

无机氮源种类：氨盐、硝酸盐和氨水特点：微生物对它们的吸收快，所以也称之谓迅速利用的氮源。但无机氮源的迅速利用常会引起pH的变化如：(NH4)2SO4→2NH3+2H2SO4

NaNO3+4H2→NH3+2H2O+NaOH正确使用生理酸碱性物质，对稳定和调节发酵过程的pH有积极作用。所以选择合适的无机氮源有两层意义：满足菌体生长，稳定和调节发酵过程中的pH。有机氮源有机氮源氮源使用的一些相关问题：有机氮源和无机氮源应当混合使用；有些产物会受氮源的诱导和阻遏；有机氮源选取时也要考虑微生物的同化能力；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。来源：工业上常用的有机氮源都是一些廉价的原料，花生饼粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、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。成分复杂：除提供氮源外，有些有机氮源还提供大量的无机盐及生长因子。例如：玉米浆，是一种很容易被微生物利用的良好氮源：

①含丰富的氨基酸、生长因子（生物素、苯乙酸）

②较多的乳酸

③丰富的硫、磷、微量元素等三、无机盐磷酸盐硫酸镁钾盐微量元素无机盐主要来源镁是某些细菌的叶绿素的组成分。是许多重要的酶（如己糖磷酸化酶、异柠檬酸脱氢酶、羧化酶等）的激活剂。硫是构成一些酶的活性基。培养基中的硫已在硫酸镁中供给。微生物需要量十分微小，但又是不可缺少的，例如锰是某些酶的激活剂，铁是细胞色素氧化酶、过氧化氢酶的成分，又是若干酶的激活剂。一般作为碳、氮源的农副产物天然原料中，本身就含有某些微量元素，不必另加。汞和铜离子，具有明显的毒性，必须避免有害离子加入培养基中。磷是某些蛋白质和核酸的组成成分。腺二磷（ADP）、腺三磷（ATP）是重要的能量传递者，参与一系列的代谢反应。磷酸盐在培养基中还具有缓冲作用。钾是许多酶的激活剂。菌体生长需钾量约为0.1g/L，谷氨酸生成需钾量为0.2~1.0g/L。钾对谷氨酸发酵有影响，钾盐少长菌体，钾盐足够产谷氨酸。四、生长因子123生长因子生物素生物素的作用主要影响谷氨酸产生菌细胞的通透性，同时也影响菌体的代谢途径。大量合成谷氨酸所需要的生物素浓度比菌体生长的需要量低，即为菌体生长需要的“亚适量”。一般为5μg/L左右。维生素B1（硫胺素）维生素B1对某些谷氨酸菌种的发酵有促进作用。提供生长因子的农副产品原料(1)玉米浆

玉米浆是用亚硫酸浸泡玉米而得的浸泡液的浓缩物，也是玉米淀粉生产的副产品。一般用量为0.4%~0.8%。玉米浆主要用作氮源。但它含有乳酸、少量还原糖和多糖，含有丰富的氨基酸、核酸、维生素、无机盐等，因此常用作为提供生长因子的物质。(2)麸皮水解液

可以代替玉米浆，但蛋白质、氨基酸等营养成分比玉米浆少。用量一般为1%（干麸皮计）左右。(3)糖蜜

甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜均可代替玉米浆。但氨基酸等有机氮含量较低。甘蔗糖蜜用量为0.1%~0.4%。(4)酵母

可用酵母膏、酵母浸出液或直接用酵母粉。五、前体物质和促进剂前体物质和促进剂发酵过程中的促进剂和抑制剂在发酵培养基中加入某些对发酵起一定促进作用的物质，称为促进剂或刺激剂。诱导物、表面活性剂及其他一些产酶促进剂，可以大大增加菌体的产酶量。诱导物，一般的诱导物是相应酶的作用底物或一些底物类似物，“启动”微生物内的产酶机构。前体物质某些化合物加到发酵培养基中，能直接被微生物在生物合成过程结合到产物分子中去，而其自身的结构并没有多大变化，但产物的量却因加入而有较大的提高。在一定条件下前体物质可控制生产菌的合成方向和增加抗生素的产量。氨基酸菌

株前体物质产率/%丝氨酸色氨酸色氨酸蛋氨酸异亮氨酸异亮氨酸苏氨酸嗜甘油棒状杆菌异常汉逊酵母麦角菌脱氮极毛杆菌粘质赛杆菌阿氏棒状杆菌(Corynamagasahi)谷氨酸小球菌甘氨酸氨茴酸吲

哚2-羟基4-甲基硫代丁酸-氨基丁酸D-苏氨酸高丝氨酸1.60.81.31.10.81.52.0表

氨基酸发酵的前体物质某些化合物加到发酵培养基中，能直接被微生物在生物合成过程结合到产物分子中去，而其自身的结构并没有多大变化，但产物的量却因加入而有较大的提高。在一定条件下前体物质可控制生产菌的合成方向和增加抗生素的产量。但要注意这些前体加入过多对菌体会产生毒性前体物质抗生素前体物质抗生素前体物质青霉素G

青霉素O青霉素V链霉素苯乙酸或在发酵中能形成苯乙酸的物质，如乙基酰胺等烯丙基-硫基乙酸苯氧乙酸肌醇、精氨酸、甲硫氨酸金霉素溴四环素

红霉素灰黄霉素放线菌素C3氯化物溴化物丙酸、丙醇、丙酸盐、乙酸盐氯化物肌氨酸表

抗生素发酵常用的前体物质前体物质的利用往往与菌种的特性和菌龄有关。当前体物质是合成过程中的限制因素时，前体物质加入量越多，抗生素产量就越高。但前体物质的浓度越大，利用率越低。故一次加入量不宜过大。一般采取间隙分批添加或连续滴加的方法加入。前体物质发酵过程中的促进剂和抑制剂促进剂的专一性较强，往往不能相互套用。不同的情况不同的促进剂所起作用也不相同促进剂可大大地增加某些微生物酶的产量改善菌体对氧的有效利用改进细胞的渗透性增强氧的传递速度在发酵培养基中加入某些对发酵起一定促进作用的物质，称为促进剂或刺激剂。诱导物、表面活性剂及其他一些产酶促进剂，可以大大增加菌体的产酶量。生长因素的作用推迟菌体的自溶，有的是抑制了某些合成其他产物的途径而使之向所需产物的途径转化；降低了生产菌的呼吸，改善通气效果，与抗生素形成复盐。诱导物，一般的诱导物是相应酶的作用