第二章培养基灭菌1.ppt

1、第二章培养基灭菌,一、培养基的营养成分,微生物的营养活动，是依靠向外界分泌大量的酶将周围环境中大分子的蛋白质、糖类、脂肪等营养物质分解成小分子化合物，再借助细胞膜的渗透作用，吸收这些小分子营养来实现的。 所有发酵培养基都必须提供微生物生长繁殖和产物合成所需的能源，包括碳源、氮源、无机元素、生长因子及水、氧气等。对于大规模发酵生产，除考虑上述微生物的需要外，还必须重视培养基原料的价格和来源。,能源 自养菌：光；氢，硫胺；亚硝酸盐，亚铁盐。 异养菌：碳水化合物等有机物，石油天然气和石油化工产品，如醋酸。,一、培养基的营养成分,碳源 碳酸气 淀粉水解糖，糖蜜、亚硫酸盐纸浆废液等 石油、正构石蜡，天然

2、气 醋酸、甲醇、乙醇等石油化工产品,一、培养基的营养成分,氮源 有机氮：如豆饼或其水解液，味精废液，玉米浆，酒糟水等 无机氮：尿素，硫酸铵，氨水，硝酸盐等 气态氮,一、培养基的营养成分,无机盐 磷酸盐，钾盐，镁盐，钙盐等其他矿盐 铁、锰、钴等微量元素 其他 特殊生长因子 硫胺素、生物素、对氨基苯甲酸、肌醇等,一、培养基的营养成分,（1）按培养基组成物质的化学成分 合成培养基、天然培养基、半合成培养基。 （2）按物理性质 固体、液体、半固体 （3）按用途 选择性培养基、鉴别培养基、富集培养基等,二、培养基的分类,（1）天然培养基 是采用化学成分还不清楚或化学成分还不恒定的各种植物和动物组织或微生

3、物的浸出物、水解液等物质（例如牛肉膏、酵母膏、麦芽汁、蛋白胨等）制成的。,按组成成分分类,（2）合成培养基 是用化学成分和数量完全了解的物质配制而成的。成分精确，重复性强，可以减少不能控制因素的影响。 适用于在实验室范围有关营养、代谢、分类鉴定、生物测定及菌种选育、遗传分析等定量研究工作。 但一般微生物在合成培养基上生长较慢，有些微生物营养要求复杂，在合成培养基上不能生长。,按组成成分分类,（3）半合成培养基 多数培养基是采用一部分天然有机物作碳源、氮源和生长因子的来源，再适当加入一些化学药品以补充无机盐成分，使其更充分满足微生物对营养的需要。 大多数微生物都能在此培养基上生长繁殖。因此，在微

4、生物工业生产、实验研究中被广泛使用。,按组成成分分类,（1）液体培养基 常用于大规模的工业生产及生理代谢等基本理论研究工作。 发酵工业多用作培养种子和发酵的培养基。 根据微生物对氧的要求情况，分别为静止或通风搅拌培养。 在菌种筛选工作和菌种培养工作中，也常用液体培养基进行摇瓶培养,按物理性质,生理代谢 菌种筛选,种子培养,发酵培养,（2）固体培养基 分类：斜面试管、平板等 在液体培养基中加入凝固剂配成的，最常用的凝固剂是琼脂。,按物理性质,作用 固体培养基在菌种的分离、保藏、菌落特征的观察、活菌计数和鉴定菌种方面是不可缺少的。,增殖培养基：可以配制成适合某种微生物生长而不适合其他微生物生长，从

5、而达到从自然界分离这种微生物的目的。 鉴别培养基：是根据微生物能否利用培养基中某种营养成分，借助指示剂的显色反应，以鉴别不同种类的微生物。 选择培养基：是在培养基内加入某种化学物质以抑制不需要菌的生长，而促进某种需要菌的生长。,按用途,发酵生产中的培养基类型,工业发酵中培养基是依据生产流程和作用分为： 斜面培养基 种子培养基 发酵培养基,斜面培养基,作用：这类培养基主要作用是供给细胞生长繁殖所需的各类营养物质，例如细菌，酵母等的斜面培养基以及霉菌、放线菌产生孢子培养基等。,发酵生产中的培养基类型,特点： 1.富含有机氮源，少含或不含糖分。有机氮有利于菌体的生长繁殖，能获得更多的细胞。 2.对于

6、放线菌或霉菌的产孢子培养基，则氮源和碳源均不宜太丰富，否则容易长菌丝而较少形成孢子。 3.斜面培养基中宜加少量无机盐类，供给必要的生长因子和微量元素。,斜面培养基,发酵生产中的培养基类型,种子培养基,培养种子的目的： 1、扩大培养，增加细胞数量； 2、同时也必须培养出强壮、健康、活性高的细胞，使细胞进入发酵培养基后迅速进行分裂或菌丝快速生长。,发酵生产中的培养基类型,种子培养基特点： 1. 必须有较完全和丰富的营养物质，特别需要充足的氮源和生长因子。 2. 种子培养基中各种营养物质的浓度不必太高。 3. 种子培养基成分还应考虑与发酵培养基的主要成分相近。,发酵生产中的培养基类型,发酵培养基,发

7、酵培养基是发酵生产中最主要的培养基，它不仅耗用大量的原材料，而且也是决定发酵生产成功与否的重要因素。 （1）根据产物合成的特点来设计培养基： 对菌体生长与产物相偶联的发酵类型，充分满足细胞生长繁殖的培养基就能获得最大的产物。 对于生产氨基酸等含氮的化合物时，发酵培养基除供给充足的碳源物质外，还应该添加足够的铵盐或尿素等氮素化合物。,发酵生产中的培养基类型,（2）发酵培养基的各种营养物质的浓度应尽可能高些，这样在同等或相近的转化率条件下有利于提高单位容积发酵罐的利用率，增加经济效益。 （3）发酵培养基需耗用大量原料，因此，原料来源、原材料的质量以及价格等必须予以重视。,发酵培养基,发酵生产中的培

8、养基类型,发酵培养基设计和注意事项,1提供必要的营养成分：培养基成分必须满足细胞生长，代谢活动和合成产物所需的基本要求。 2配制合适的浓度：可以从发酵动力学有关生长、产物合成和基质利用物料平衡的关系中大致推算所需原料或主要原料的需要量。 3. 主成分与其他成分的配比合理。,三、发酵培养基的选择,4控制合适的pH：微生物的生长繁殖或产物的合成需要定的pH环境，在最适pH值下有利于加快各种酶的反应。因此在整个发酵过程中应使培养基的pH适合于微生物生长或产物合成所需。,发酵培养基设计和注意事项,三、发酵培养基的选择,四、培养基组成物质的营养作用,碳素化合物 氮素化合物 水 微量元素(无机盐类) 生长

9、因子,(一)碳素化合物的作用 构成菌体成分的重要元素 产生各种代谢产物和细胞内贮藏物质的主要原料 同时又是化能异养型微生物的能量来源,碳素化合物,碳源种类 糖：单糖中的己糖，寡糖中的蔗糖、麦芽糖、棉子糖，多糖中的淀粉、纤维素、半纤维素、甲壳质和果胶质等，其中淀粉是大多数微生物都能利用的碳源。 有机酸：糖酸、柠檬酸、反丁烯二酸、琥珀酸、苹果酸、丙酮酸、酒石酸等。,碳素化合物,醇类：甘露醇、甘油、低浓度的乙醇。 脂肪酸：甲酸、乙酸、丙酸、丁酸等低级脂肪酸都可用作碳源。油酸和亚油酸等高级脂肪酸可被放线菌和真菌作为碳源和能源利用，低浓度的高级脂肪酸可刺激细菌生长，但浓度较高时有毒害作用。 正烷烃：一般

10、是指从石油裂得到的14C至18C的直链烷烃混合物。,碳素化合物,工业中常用的碳源 葡萄糖 是最容易利用的糖，并且作为加速微生物生长的一种有效的糖。过多的葡萄糖会过分加速菌体的呼吸，以致培养基中的溶解氧不能满足需要。,碳素化合物,糖蜜：是制糖厂生产糖时的结晶母液，是制糖厂的副产物。含有较丰富的糖、氨素化合物和维生素等，是价廉物美的发酵工业原料。 淀粉：一般要经菌体产生的胞外酶水解成单糖后再被吸收利用。可克服葡萄糖代谢过快的弊病。来源丰富，价格比较低廉。常用的为玉米淀粉、小麦淀粉和甘薯淀粉。,碳素化合物,油和脂肪 在微生物分泌的脂肪酶作用下水解为甘油和脂肪酸，在溶解氧的参与下，氧化成水和CO2。因

11、此用脂肪作碳源时需比糖代谢供给更多的氧。,碳素化合物,(二)氮素化合物,氮是构成微生物细胞蛋白质和核酸的主要元素，而蛋白质和核酸是微生物原生质的主要组成部分。氮素一般不提供能量，但硝化细菌却能利用氨作为氮源和能源。,氮素化合物,氮素化合物分类 1）有机氮源：花生饼粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、玉米浆、蛋白胨、酵母膏、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和酒糟等。它们在微生物分泌的蛋白酶作用下，水解成氨基酸，被菌体进一步分解代谢。,氮素化合物,有机氮源特点 含有丰富的蛋白质、多肽和游离的氨基酸 还含有少量的糖类、脂肪、无机盐、维生素及生长因子。,氮素化合物,玉米浆 是玉米淀粉生产中的副产物，其中固体物含量在5

12、0%。含有有机酸、还原糖、磷、微量元素、生长素等。 由于玉米浆的来源不同，加工条件也不同，因此玉米浆的成分有较大波动。,氮素化合物,2）无机氮源 铵盐、硝酸盐、氨水等。 微生物对其吸收利用比有机氮快，所以也称速效氮。 利用无机氮时应注意引起的pH变化。,氮素化合物,2）常用氮源 实验室中常用蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等作为氮源； 工业生产上常用硫酸铵、尿素、氨水、豆饼粉、花生饼粉、麸皮、玉米浆等原料作氮源。,氮素化合物,（1） 水是良好的溶剂，菌体所需要的营养物质都是溶解于水中被吸收的； （2） 渗透、分泌、排泄等作用都是以水为媒介的； （3） 水直接参与代谢作用中的许多反应。所以，水在生物化学反

13、应中占有极为重要的地位； （4） 水的比热高，能有效地吸收代谢过程中所放出的热，使细胞内温度不致骤然上升； （5） 水是热的良导体，有利于放热，可调节细胞的温度。,水,（三）水,(四)无机元素,无机盐是微生物生命活动不可缺少的物质。主要作用是： 1）构成菌体成分； 2）作为酶活性基的组成部分或维持酶的活性； 3）调节渗透压、pH值、氧化还原电位等； 4）作为自养菌的能源。,无机元素,无机元素包括主要元素(又称大量元素)和微量元素，这是依据微生物对它们需求量的大小划分的。 主要元素有P、Mg、K、Na、Ca等； 微量元素有Fe、Cu、Mn、Zn、Co等。 当盐浓度太高时，对微生物生长有抑制作用，而在较低浓度时却能刺激生长。,无机元素,常用无机元素： 磷 是核酸和蛋白质的必要成分，也是ATP的成分。 在代谢途径调节方面，起着重要作用。促进微生物生长，但过量时，许多产物的合成受抑制。,无机元素,钙：培养基中钙盐过多时，会形成磷酸钙沉淀。可分别消毒或逐步补加。 镁：处于离子状态时，是许多酶的辅酶