发酵工程与设备第3章发酵工业培养基课件.ppt

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1、第3章发酵工业培养基设计培养基：人工配制的供M或动植物细胞生长、繁殖、代谢和合成人们所需产物的营养物质和原料。3.1发酵工业培养基的基本要求①必须提供合成M细胞和发酵产物的基本成分②有利于提高单位营养物质的转化率③有利于提高产物的浓度④有利于提高产物的合成速度⑤尽量减少副产物的形成⑥原料价格低廉、来源广泛、质量稳定⑦尽可能减少对发酵中通气搅拌和氧传递的影响⑧尽可能减少产生工业三废物质3.2发酵工业培养基的成分和来源①基本营养源成分②水③生长调节物质一、基本营养源1、碳源：凡可提供微生物菌种的生长繁殖所需的能源及合成菌体和产物所必需的碳骨架成分的营养物质。常用的碳源有：糖类、

2、油脂、有机酸和低碳醇等（1）糖类糖类是最广泛的碳源，主要有Ｇ、糖蜜、淀粉①单糖：如G，所有的微生物都能利用G（速效碳源），但过多的G会存在G分解阻遏效应。②二糖：蔗糖、麦芽糖、乳糖③多糖：糊精、淀粉、纤维素等。不能直接被M利用，需先水解成小分子④糖蜜：制糖生产时的结晶母液，它是制糖工业的副产物，主要含蔗糖，杂质较多（２）油脂类：各种动、植物油能利用这类碳源的M一般都有比较活跃的脂肪酶。M利用这类碳源时所消耗的溶解氧会增加，当供氧不足时，大量的脂肪酸和有机酸中间体积累，会引起pH下降。常用的油脂类有：豆油、菜籽油、棉籽油、鱼油、猪油等。（３）有机酸有机酸的利用常会引起发酵体系

3、pH上升，尤其是有机酸盐氧化时，常伴随有碱性物质的产生，使pH进一步上升。常用的有机酸有：乳酸、醋酸、柠檬酸等。如以醋酸盐为碳源时，反应如下：CH3COONa+2O22CO2+H2O+NaOH（４）烃和低碳醇类正烷烃以用于有机酸、氨基酸、抗生素、维生素和酶制剂发酵中，甘油也常用作抗生素生产和甾体转化的碳源。２、氮源：凡可构成Ｍ细胞和代谢产物中氮素来源的物质。常用的氮源分两大类：有机氮源和无机氮源。（１）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，所以也称之谓速效氮源。但无机氮源的迅速利用会引起pH的变化(NH4)2SO4→2NH3+2H2SO4NaNO3+

4、4H2→NH3+2H2O+NaOH无机氮源被菌体利用后，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。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。（２）有机氮源来源：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◇玉米浆是用亚硫酸浸泡玉米而得的浸泡液的浓缩液，也是玉米淀粉生产的副产品。◇虽然主要用作氮源，但它含有丰富的氨基酸、核酸、维生素

5、、无机盐等，常用作为提供生长因子的物质。有机氮源成分复杂，除提供丰富的蛋白质、氨基酸外，还含糖类、脂肪、无机盐及生长因子。由于有机氮源营养丰富，M在含有机氮源的培养基中表现出生长旺盛、菌丝浓度迅速增加等特点。３、无机盐及微量元素这类物质一般在低浓度时对M生长和产物合成有促进作用，但在高浓度时常表现出明显的抑制作用。二、水微生物细胞的含水量约占细胞鲜重的70～90%。水对微生物的生理作用：①起到溶剂与运输介质的作用，营养物质的吸收与代谢产物的分泌以水为介质才能完成②参与细胞内一系列生化反应③维持蛋白质等生物大分子稳定的天然构象④水的比热高，热的传导性好，能有效地吸收代谢过程中

6、放出的热，并将吸收的热散发出去，避免导致细胞内温度陡然升高；⑤维持细胞的正常形态⑥M通过水合和脱水作用控制由多亚基组成的结构。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。水源质量的主要参数包括pH值、溶解氧、可溶性固体、污染程度以及矿物质组成和含量。三、生长调节物质１、生长因子M自身不能合成但生长不可缺少的微量有机物质。有机氮源是这些生长因子的重要来源，多数有机氮源含有一些M生长不可缺少的生长因子。２、前体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

7、中合成到产物分子中去，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有较大的提高。青霉素：分子量356苯乙酸:分子量136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体的转化率。３、产物合成促进剂和抑制剂指那些非细胞生长所必须的营养物，又非前体，但加入后却能提高产量的添加剂。它们通过促进或抑制某一反应途径来调节微生物的代谢，使生化反应途径集中在目标产物的形成上，从而提高产量和质量。促进剂提高产量的机制还不完