《培养基及制备》PPT课件.ppt

第三章 培养基及制备,第一节 培养基选择和配制的原则 第二节 工业发酵培养基,第一节 培养基选择和配制的原则,培养基是提供微生物生长繁殖和生物合成各种代谢产物所需要的、按一定比例配制的多种营养物质的混合物。 培养基组成对菌体生长繁殖、产物的生物合成、产品的分离精制乃至产品质量和产量都有重要的影响。 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碳源、氮源、无机元素、生长因子、水和氧气等。 大规模发酵生产中还必须重视培养基原料的价格和来源。,一、培养基的类型和用途,根据来源分： 根据主要成分或使用目的分： 根据生产工业的要求分：,二、培养基的选择,从微生物的特点来选择 液体和固体培养基选择 从生产实践和科学试验的不同要求选择 从经济效益方面考虑选择生产原料,三、培养基的配制原则,必须提供合成微生物细胞和发酵产物的基本成分； 有利于减少培养基原料的单耗，单位营养物资所合成产物数量大或产率大； 有利于提高培养基产物的浓度，以提高单位容积发酵罐的生产能力； 有利于提高产物的合成速度，缩短发酵周期； 尽量减少副产物的形成； 减少对发酵过程中通气搅拌的影响，有利于提高氧的利用率、降低能耗； 有利于产品的分离和纯化；尽可能减少产生“三废”的物质。,三、培养基的配制原则,根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基 营养成分的恰当配比（C/N） 渗透压，营养物质要有合适的浓度 合适的pH值 氧化还原电位 考虑营养成分的加入顺序，避免生产沉淀,四、培养基成分配比的选择,参照前人所使用的较适合于某一类菌种培养基的经验配方， 结合所用菌种和产品的特性， 采用摇瓶等小型发酵设备，对碳、氮、无机盐和前体等进行逐个单因子试验， 观察这些因子对菌体生长和产物合成量的影响， 综合考虑各因素的影响， 得到一个适合该菌种的培养基配方， 以得到高产。,正交实验设计多因子实验安排 根据问题的要求和客观条件确定因子和水平，列出因子水平表； 根据因子和水平数选用合适的正交表，设计正交表头，并安排实验； 根据正交表给出的实验方案，进行实验； 对实验结果进行分析（极差分析法和方差分析法），选出较优的实验条件以及对结果有显著影响的因子。,响应面分析法（response surhce analysis） 以回归方法作为函数估算的工具，将多因子实验中因子与实验结果的相互关系用多项式近似，依次对函数的面进行分析。,四、培养基成分配比的选择,氮源过多，菌体繁殖旺盛，pH值偏高，不利于代谢产物的积累； 氮源不足，菌体繁殖量少，影响产量。 碳源过多，容易形成较低的pH值； 碳源不足，菌体衰老和自溶。 C/N不当影响菌体按比例吸收营养物质，直接影响菌体生长和产物形成。,注意速效碳、氮源和缓效碳、氮源的相互配合，选用适当的C/N。,一般发酵工业中C/N为100:（0.22.0）,第二节 工业发酵培养基,消耗每克底物将产生最大的菌体得率或产物得率 能产生最高得产品或菌体的浓度 能得到产物的最大速率 副产品的得率最小 价廉并具有稳定的质量 来源丰富且供应充足 通气和搅拌。提取、纯化、废物处理等生产工艺过程都比较容易,在发酵工业中，必须使用廉价的原料来配制培养基，使之尽可能满足下列条件：,1、工业上常用的碳源,在微生物发酵过程中，普遍以碳水化合物作为碳源。,生产疫苗时通常用牛血清蛋白、牛肉汁等蛋白质作为碳源。,酒精、简单的有机酸、烷烃等含碳物质也可作为碳源。,碳源供给菌体生命活动所需的能量和构成菌体细胞以及代谢产物。,一、工业发酵培养基的原料,2、工业上常用的氮源,无机氮源：氨水，铵盐，硝酸盐等 有机氮源：玉米浆，豆饼粉，花生饼粉，棉籽粉，鱼粉，酵母浸出液等,氮源主要构成菌体细胞物质，作为酶的组成成分或维持酶的活性，调节渗透压、pH、Eh等。,3、无机盐,无机盐是微生物活动不可缺少的物质。 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、调节培养渗透压、调节pH值和Eh等。 微生物对无机盐的需要量很少，但无机盐含量对菌体生长和产物的生成影响很大。,磷酸盐 硫酸镁 钾盐 微量元素,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。 工业上常用K3PO43H2O、K3PO4和Na2HPO412H2O、NaH2PO42H2O等磷酸盐，也可用磷酸。,一般作为碳、氮源的农副产品天然原料中，本身就含有某些微量元素，不必另加。,4、生长因子,从广义来说，凡是微生物不可缺少的微量有机物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称为生长因子。 其功能是构成细胞的组成分，促进生命活动的进行。 生长因子不是所有微生物都必需的，它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少的营养物。 目前以糖质原料为碳源的谷氨酸产生菌均为生物素缺陷型，以生物素为生长因子。,提供生长因子的农副产品原料,玉米浆 麸皮水解液 糖蜜 酵母：可用酵母膏、酵母浸出液或直接用酵母粉。,5、前体物质和促进剂,1. 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。 有些氨基酸、核苷酸和抗生素发酵必须添加前体物质才能获得较高的产率。,2. 发酵过程中的促进剂和抑制剂,在氨基酸、抗生素和酶制剂发酵工业生产过程中，可以在发酵培养基中加入某些对发酵起一定促进作用的物质，称为促进剂或抑制剂。,常用促进剂,表面活性剂洗净剂（脂肪酰胺磺酸钠）、吐温80、植酸等 二乙胺四乙酸 大豆油抽提物 黄血盐 甲醇,促进剂能促进产量增加的原因： 主要是改进了细胞的渗透性，增强了氧的传递速度，改善了菌体对氧的有效利用。,在酶制剂发酵过程中，加入某些诱导物、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。,抗生素工业在发酵过程中加入某些促进剂或抑制剂，常可促进抗生素的生物合成。,不同促进剂所起的作用：,起生长因素的作用； 可推迟菌体的自溶； 抑制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，使之有利于抗生素的合成； 改变发酵液的物理性质，改善通气效果； 可与抗生素形成复盐，降低发酵液中抗生素的浓度和促进抗生素的合成等。,二、培养基的制备,1、预处理： 原料除杂除去混杂的小铁钉、杂草、泥快和石头等杂质。 粉碎增加原料受热面积，有利于淀粉颗粒的吸水膨涨、糊化，容易流动输送。 2、液体培养基 将各种原料按配方要求及一定的加料顺序，投入到配料罐内，在搅拌作用下用水调成溶液或悬浮液，并预热到一定温度后，送入灭菌系统进行灭菌处理。,3、淀粉的水解糖的制备双酶法 间歇（升温）液化法 将浓度3040%淀粉乳调整pH到6.5，加入CaCl2 (0.01mol/L)和一定量-淀粉酶(58u/克淀粉)，剧烈搅拌，加热到859