发酵培养基的制备及灭菌

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1、第三章发酵培养基的制备及灭菌本章内容第一节发酵培养基的制备第二节发酵培养基的灭菌第一节发酵培养基的制备一．发酵培养基的基本要求二．发酵培养基的营养成分及其主要原料三．发酵培养基的调节剂——前体物质、促进剂和抑制剂四.发酵培养基的设计原理与优化方法五.常见固体和液体发酵培养基的制备第一节发酵培养基的制备发酵培养基:是人工制备的，适合不同发酵微生物生长繁殖及积累代谢产物的营养基源。培养基对发酵的影响：发酵培养基的营养成分及其配比是否合适，对微生物的生长繁殖、发酵产物的合成积累、产物的产量和质量、产物的分离提取，都会产

2、生相当大的影响。设计和确定发酵培养基的地位：科学设计并合理确定发酵培养基，涉及整个发酵过程，具有多技术的集成特性，是实现微生物发酵产业化的关键技术之一。设计发酵培养基的两个重要阶段：第一，详细了解并掌握发酵培养基的原材料及成分的理化特性；第二，在研究并掌握发酵微生物的生理特性及发酵产品的生化特性的基础上，对发酵培养基的原材料及成分进行合理选择和优化配比。一．发酵培养基的基本要求虽然不同微生物的生理特性及发酵产物的生化特性也不同，但设计发酵培养基仍具有共同遵循的原则。如：所有的微生物培养基都需要水、碳源、氮源、无机

3、盐和生长因子。对于同一种微生物的发酵而言，实验室培养基与发酵培养基是不同的。实验室培养基可采用满足微生物营养需求的由纯化合物构成的合成培养基；而发酵培养基除了考虑满足微生物的营养需求之外，最重要的是考虑培养基原料的成本价格和来源难易（即成本和效益问题）。对发酵工业培养基的基本要求，遵循以下原则：①必须提供微生物生长繁殖与积累代谢产物的基本成分。②有利于消耗单位质量的营养物质（底物）将产生最大的菌体得率和产物得率，即单位质量营养物质（底物）的转化率最高。③有利于提高产物浓度，以提高单位体积发酵罐的生产能力。④有利于

4、获得最高的产物合成速率，以缩短发酵周期。⑤尽量最大限度减少副产物的生成。⑥尽量减小对发酵过程中通气搅拌的影响程度，有利于提高氧的利用率。⑦尽量降低对发酵产物分离提取的难度，有利于减少废弃物质。⑧原料来源丰富，供应充足，质量稳定，价格低廉。二．发酵培养基的营养成分及其主要原料通过对各类微生物细胞物质的分析可知：微生物细胞含有80%的水分和20%左右的干物质。在20%的干物质中，碳素含量约占50%，氮素含量约占5%～13%，矿物质元素约占3%～10%。所以，在配制培养基时，必须满足微生物生长所需要的碳源、氮源、无机盐

5、和水。某些合成能力较差的微生物还要在培养基中添加生长调节物质（如：生长因子、前体物质、产物合成促进剂等）。（一）碳源1.碳源的功能一是构成微生物细胞物质和代谢产物中的碳素来源；二是大多数发酵微生物——化能异养微生物的能量来源。2.发酵培养基中碳源的特点由于发酵微生物大多数为化能异养微生物，所以，构成发酵培养基的碳源大多数为有机碳源。3.常用作发酵培养基的碳源原料糖类（如淀粉、淀粉水解糖、葡萄糖母液、糖蜜）；纤维素类（如纤维素和半纤维素、亚硫酸纸浆废液）；石油及石油产品（如烃类、石蜡、天然气等）；油和脂肪（如豆油、

6、菜籽油、棉籽油、葵花子油、猪油、鱼油等）；有机酸（如乳酸、柠檬酸、乙酸等）；醇类（如甲醇、乙醇等）。这些原料根据微生物的不同要求，有些需要处理，有些需要部分处理，有些不需要处理。（二）氮源1.氮源的功能氮源主要构成微生物细胞物质和代谢产物（主要是蛋白质、氨基酸等含氮化合物）中的氮素来源。2.常用作发酵培养基的氮源原料（1）无机氮源（速效性氮源）铵盐（硫酸铵、磷酸铵、碳酸铵、氯化铵、硝酸铵、尿素和氨水等）、硝酸盐（硝酸钠、硝酸钾、硝酸铵）。（2）有机氮源（迟效性氮源）牛肉膏、蛋白胨、玉米浆、玉米蛋白粉、米糠、酵母粉

7、、鱼粉、蚕蛹粉、黄豆饼粉、花生饼粉、棉籽饼粉、发酵菌丝体、酒糟等。这些含氮原料是否需要处理，则视具体情况而定。处理的目的：有的是为了获得稳定的成分，有的是为了加速利用，有的是为了去除过多的某些成分。（三）无机盐及微量元素1.无机盐及微量元素的主要功能①参与细胞物质和代谢产物的组成；②参与细胞内能量代谢和转移；③调节细胞内的渗透压、pH值、氧化还原电位；④作为酶的组成和激活剂。2.发酵培养基中所需的无机元素和微量元素（1）无机元素磷、硫、钙、镁、钾、铁（2）微量元素钠、氯、铜、钼、锰、锌、钴等这些无机元素和微量元素

8、一般在低浓度时对微生物生长和产物合成具有促进作用，而在高浓度时则表现出明显的抑制作用。无机元素常以无机盐的形式添加在发酵培养基中；而微量元素在各种原料中已有足够含量，一般无需另外添加。但有些微生物发酵需要单独添加微量元素。（四）生长因子1.生长因子的概念系指某些微生物在生长繁殖过程中不可缺少的、本身不能合成的、必须从外源添加的微量有机物质。2.生长因子的功能一是作为酶的辅