(第二章2)种子扩大培养.ppt

第四节种子扩大培养一 种子扩大培养的任务工业生产规模的增大需要种子就增多种子的扩大培养种子扩大培养的任务 不但要得到纯而壮的培养物 还要获得活力旺盛的 性能稳定 接种数量足够的 纯的培养物 菌种的活化与种子的扩大培养的区别 菌种扩大培养的目的 为发酵罐的投料提供足够数量的代谢旺盛的种子 因为发酵时间的长短和接种量的大小有关 接种量大 发酵时间则短 将较多数量的成熟菌体接入发酵罐中 就有利于缩短发酵时间 提高发酵罐的利用率 并且也有利于减少染菌的机会 对于不同产品的发酵过程来说 必须根据菌种生长繁殖速度快慢及生产的规模决定种子扩大培养的级数 二 种子扩大培养 制备 阶段实验室种子的制备 生产车间种子制备 A实验室种子的制备 e g产黄青霉菌 P chrysogonum 原始菌种斜面试管获得孢子250ml茄子瓶 大米或小米 25 28 4 14天成熟 在真空下抽去水分 使水分含量在10 以下 于4 冰箱保存 对于不产孢子的赤霉素生产菌 Gibberellinefujikuroi 也可用大米固体培养基在茄子瓶中培养菌丝体 用作种子罐种子 产孢子能力不强或孢子发芽慢的菌种 如产链霉素的灰色链霉菌 S griseus 产卡那霉素的卡那链霉菌 S kanamyceticu 可以用摇瓶液体培养法 孢子接入含液体培养基的摇瓶中 于摇床上培养 获得菌丝体 作为种子 不产孢子的细菌 如生产谷氨酸的棒状杆菌 Corynebacterium 短杆菌 Brevibacterium 生产上一般采用斜面营养细胞进行扩培 再转入液体摇瓶培养 获得细胞悬液再接种 e g Glutamicacid producer 谷氨酸生产菌 原始菌种 出发菌种 固体试管斜面 32 C 18 24小时 三角瓶培养 摇床 flaskculture 种子罐培养e g yeast 原始菌种 出发菌种 10ml麦汁试管250ml三角瓶培养 27 C 28 C 3天 25 C 2天 5 10L卡氏罐 15 C 20 C 3 5天 B 生产车间种子制备 种子罐的作用 使有限数量的孢子 菌体 发芽 生长 并繁殖成大量的菌丝体 菌体 满足发酵罐的需要 菌体生长和产物形成 实验室种子进入种子罐有孢子进罐法和摇瓶菌种进罐法 种子罐级数的确定 种子罐级数是指制备种子逐级扩培的次数 依据 菌种生长特性 孢子发芽及菌体繁殖的速度以及所用的发酵罐的容积 种子罐 seedingtank 的级数产物的品种生产规模工艺条件 种子罐级数越少越好 原因 简化生产工艺和控制减少接种带来的染菌机会需考虑 尽量延长发酵罐生产产物的时间 缩短由于种子发芽 生产而占用的非生产时间 以提高发酵罐的生产率 产物 ml h e g Glutamatefermentation一级种子扩培实验室种子种子罐发酵罐e g penicillinfermentation二级种子扩培实验室种子一级种子罐二级种子罐发酵罐e g Streptomycinfermentation三级种子扩培实验室种子一级种子罐二级种子罐三级种子罐发酵罐 Streptomycesgriseus 灰色链霉菌 种龄与接种量 种龄 seedage 指种子罐培养种子从开始至结束的培养时间 在种子罐中 培养时间延长 菌体量增加 基质消耗及代谢产物积累 菌体量不再增加 老化过老 生产能力下降 菌体自溶 过嫩 前期生长缓慢 发酵周期延长 产物形成时间推迟 甚至造成异常发酵 适宜时间 以菌体处于生命力极为旺盛的对数生长期 exponentialphase 且培养液中菌体量还未达到最高峰时 较为适宜 嗜碱性芽孢杆菌 Bacillusalkalophilus 生产碱性蛋白酶 alkalineproteinase protease 培养 小时接种 酶活最高 接种量 seedvolume 指移入的种子的体积和接种后培养液的体积比 Antibiotic 7 7 5 Glu 1 接种量的大小决定于生产菌种在发酵罐中的繁殖速度 采用较大接种量可以缩短发酵罐中菌体繁殖到达高峰的时间 使产物形成提前 原因 1 种子多 种子液中含有大量的胞外水解酶 有利于对基质的利用 生产菌迅速占据了整个培养环境 减少染菌机会 但过多 易使菌体 菌丝体 生长过快 培养液粘度增加 溶氧降低 产物合成受影响 e g 嗜碱性芽孢杆菌生产碱性蛋白酶接种1 酶活最高 1 5 4 影响不大 大于4 酶产量明显下降 制霉菌素生产中 1 比10 效果好 0 1 与1 效果相当 发酵生产的趋势 采取大接种量及丰富培养基 如谷氨酸 大接种量20 高生物素 高青霉素的强制发酵工艺 有的采用双种法增大接种量 两只种子罐一只发酵罐如卡那霉素 双种比单种的发酵单位 fermentationtiterunit 提高8 到达产量高峰的时间提前 倒种法 将培养适宜的发酵液倒出适量给另一个发酵罐作为种子 如链霉素 倒种法比单种法的发酵单位提高12 三 影响种子质量的因素1 原材料质量 如四环素 土霉素生产中配制孢子培养基的麸皮 wheatbran 霉菌用的大 小 米 琼脂的牌号的不同 蛋白胨加工原料不同等均影响种子的质量 原料质量的波动 起主要作用的是其中的无机盐含量的不同 如微量元素Mg Ca Ba 能刺激孢子的形成 P含量的多少也影响种子的质量 氨基酸发酵中 淀粉水解糖制备后 加入其他的营养物 麸皮水解液 豆饼水解液 玉米浆 也对种子质量多少有些影响 一般情况 培养基糖分要少 氮源要多 无机盐所占的比例要大 种子罐和发酵罐培养基成分趋于一致也有好处 种子很快适应 但各成分的数量根据目的各自确定 总之 各成分选择得当 才能发挥菌种的特征 提高产量 2 培养条件 温度 pH值 湿度 培养时间和冷藏时间等都影响种子质量 制备斜面孢子培养基的湿度对孢子的数量影响很大 如土霉素生产菌种龟裂霉菌的孢子 在北方干燥地区孢子斜面长的快 在含少量水分的试管斜面培养基中下部孢子长的好 而上部孢子稀少 气温高 湿度大的地区 斜面孢子长的慢 试管下部冷凝水多而不利于孢子形成 一般相对湿度40 45 时孢子数量最多 孢子颜色均匀 质量较好 培养时间和冷藏时间对种子和孢子形成都有影响 如土霉素菌种孢子斜面培养四天左右 即于4 冰箱保存 发现冷藏7 8天菌体自溶 而培养五天以后冷藏 20天未发现自溶 链霉素生产菌 斜面孢子在6 冷藏两个月后的发酵单位比冷藏一个月降低8 四 种子质量的控制措施必须保证生产菌种的稳定性提供种子培养的适宜环境条件 保证无杂菌侵入1 菌种稳定性的检查 少量菌种 无菌生理盐水 递增稀释 平板划线培养 挑出形态整齐 孢子丰满的菌落进行摇瓶试验 测定其生产能力 2 无菌检查 显微镜观察 种子液进行无菌检验 生化分析 种子液平板划线 斜面培养用肉眼观察是否有异常菌落 异常现象及镜检是否有杂菌 五 种子质量的判断 考察种子在发酵罐中所表现出来的生产能力 感官判断 看颜色 闻气味理化指标测定 1 pH值2 培养基灭菌后的糖 氨基氮3 菌体形态 浓度4 产物量5 残糖浓度6 酶活力 如土霉素生产 淀粉酶的活力与发酵单位有一定的关系 六 工业微生物培养的类型 静置培养法 即将培养基盛于发酵容器中 在接种后 不通空气进行培养发酵 也称为嫌气性培养 anaerobicculturing 通气培养法 生产菌种以需氧菌和兼性需氧菌居多 它们生长的环境必须供给空气 以维持一定的溶解氧水平 使菌体迅速生长和发酵 也称为好气性培养 aerobicculturing 1表面培养法 surfaceculturing 好氧静置培养法 针对容器内培养基物形态又分为液态表面培养和固体表面培养 相对于容器内培养基体积而言 表面积越大 越易促进氧气由气液界面向培养基内传递 这种方法菌的生长速度与培养基的深度有关 单位体积的表面积越大 生长速度越快 2固体培养 发酵 法 solidculturing 固体培养又分为浅盘 shallowpan 固体培养和深层固体培养 统称曲法培养 它起源于我国酿造生产特有的传统制曲技术 其最大特点是固体曲的酶活力高 3液体深层培养 发酵 法 liquidsubmergedculturing 液体深层发酵法从罐底部通气 进入的空气由搅拌桨叶分散成微小气泡以促进氧的溶解 这种由罐的底部通气搅拌的培养方法 相对于由气液界面靠自然扩散使氧溶解的表面培养法来讲 称为深层培养法 液体曲 liquidkoji 柠檬酸 谷氨酸 肌苷酸 inosinicacid 及其他发酵产品先后采用此法进行生产 特点 容易按照生产菌种对于代谢的营养要求以及不同生理时期的通气 搅拌 温度 培养基中氢离子浓度等条件 选择最佳培养条件 外循环带升式发酵罐内循环带升式发酵罐 小型机械搅拌发酵罐1 三角皮带转轴 2 轴承支架 3 联轴节 4 轴封 5 窥镜 6 取样口 7 冷却水出口 8 夹套 9 螺旋片 10 温度计接口 11 轴 12 搅拌器 13 底轴承 14 放料口 15 冷水进口 16 通风管 17 热电偶接口 18 挡板 19 接压力表 20 手孔 21 电动机 22 排气口 23 取样口 24 进料口 25 压力表接口 26 窥镜 27 手孔 28 补料口 深层培养的几个主要控制点A灭菌 sterilization 发酵工业要求纯培养 因此在种子培养前必须对培养基进行加