发酵工艺条件学习课件

1、第一节 微生物的营养要求 一、微生物细胞的化学组成 微生物细胞 水：70%-90% 干物质 有机物 蛋白质、糖、脂、核酸、维生素等 及其降解产物 无机物（盐） 细胞化学元素组成： 主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁等； 微量元素：锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。 牛牛文库文档分享 微生物生长需要六大营养要素： 碳源、氮源、无机盐、能源、生长因子、水 二、营养物质 第一节 微生物的营养要求 微生物生长所需要的六大营养物质及其生理功能 牛牛文库文档分享 第二节 培养基 培养基几乎是一切对微生物进行研究和利用工作的基础 培养基：是用于维持微生物生长繁殖和产物形成的营养物质

2、。 任何培养基都应该具备微生物生长所需要六大营养要素： 任何培养基一旦配成，必须立即进行灭菌处理； 常规高压蒸汽灭: 1.05kg/cm2,121.3 15-30min； 某些成分进行分别灭菌:过滤除菌； 牛牛文库文档分享 第二节 培养基 一、选用和设计培养基的原则和方法 在微生物学研究和生长实践中，配置合适的培养基是一项最基本的要求。 原则：1 、目的明确 2、营养协调 3、理化适宜4、经济节约 目的不同方案不同 牛牛文库文档分享 一、选用和设计培养基的原则和方法 （1）选择适宜的营养物质 实验室一般培养：普通常用培养基； 遗传研究：成分清楚的合成培养基； 生理、代谢研究：选用有利于代谢的培

3、养基； 例如枯草芽孢杆菌： 一般培养：肉汤培养基或LB培养基； 自然转化：基础培养基； 观察芽孢：逆境培养基； 产蛋白酶：以玉米粉、黄豆饼粉为主的产酶培养基； 牛牛文库文档分享 一、选用和设计培养基的原则和方法 （2）营养物质浓度及配比合适 营养物质的浓度适宜； 营养物质之间的配比适宜； 高浓度糖类物质、无机盐、重金属离子等不仅不能 维持和促进微生物的生长，反而起到抑制或杀菌作用。 培养基中营养物质之间的配比直接影响微生物的生长繁殖和 代谢产物的形成和积累，其中碳氮比( (C/N)C/N)的影响较大。 发酵生产谷氨酸时：发酵生产谷氨酸时： 碳氮比为碳氮比为4/14/1时，菌体大量时，菌体大量繁

4、殖繁殖，谷氨酸，谷氨酸积累少积累少； 碳氮比为碳氮比为3/13/1时，菌体时，菌体繁殖受到抑制繁殖受到抑制，谷氨酸产量则，谷氨酸产量则大量积累大量积累。 牛牛文库文档分享 1斜面培养基 斜面培养基主要是用于： 1)1)生长繁殖生长繁殖培养基培养基，包括细菌、酵母等，包括细菌、酵母等 的斜面培养基以及霉菌、放线菌生孢子的斜面培养基以及霉菌、放线菌生孢子 培养基或麸皮培养基等。培养基或麸皮培养基等。 2)2)菌种保藏菌种保藏培养基；培养基； 牛牛文库文档分享 2.2.种子培养基种子培养基 包括：摇瓶种子和小罐种子培养基。 目的：培养种子 1.1.促进生长，增加促进生长，增加细胞数量细胞数量使其使其

5、大量繁殖大量繁殖； 2.2.必须培养出强壮、健康、活性强的必须培养出强壮、健康、活性强的“种子种子”。 牛牛文库文档分享 3.3.发酵培养基发酵培养基 地位：地位：发酵生产中最主要的培养基，不仅采用大量原材料，也是生产能否成功的关键。 作用作用：最大限度的获得目的产物，因此必需根据菌体的生长规律和产物合成特点设计培养 基。 牛牛文库文档分享 3.发酵培养基设计原则 1.提供必要的营养成分; 2.利于减少培养基原料单耗，提高单位营养物质的转 化率。 3.利于提高产物浓度，以提高单位容积的生产能力。 4.利于提高产物合成速度，缩短发酵周期。 5.减少副产物的形成，便于分离纯化。 6.原料价格低廉。

6、 7.原料尽量不对搅拌和通气产生影响，利于O2的利用 率 8.利于产品的分离纯化，尽量减少产生“三废”物质。 牛牛文库文档分享 注注 意意 牛牛文库文档分享 (1) 前体物质 前体：前体：是指某些化合物添加到发酵培养基中，是指某些化合物添加到发酵培养基中， 能直接在生物合成过程中结合到产物中去，而能直接在生物合成过程中结合到产物中去，而 其自身的结构未发生太大变化，却能够提高产其自身的结构未发生太大变化，却能够提高产 物产量的一类物质。物产量的一类物质。 在发酵中添加少量的前体物质将有利于产物的在发酵中添加少量的前体物质将有利于产物的 合成和显著提高产量，但浓度过大起抑制作用。合成和显著提高产

7、量，但浓度过大起抑制作用。 青霉素：分子量356苯乙酸:分子量136 牛牛文库文档分享 (2)添加促进剂（诱导物） 工业用微生物酶多数为诱导酶，如蛋白酶、淀粉酶、工业用微生物酶多数为诱导酶，如蛋白酶、淀粉酶、 纤维素酶等。纤维素酶等。 诱导物的存在能大大诱导物的存在能大大强化诱导酶的生物合成强化诱导酶的生物合成。 酶的正常底物或底物类似物都可酶的正常底物或底物类似物都可作为诱导物作为诱导物。 在各种微生物酶的发酵培养基中必须加入诱导物，例在各种微生物酶的发酵培养基中必须加入诱导物，例 如淀粉、糊精或麦芽糖是淀粉酶或糖化酶的诱导物。如淀粉、糊精或麦芽糖是淀粉酶或糖化酶的诱导物。 只有添加这些物质

8、的培养基，才能获得高产。只有添加这些物质的培养基，才能获得高产。 添加前体物质方法：添加前体物质方法：流加法流加法 前体一般都有毒性，浓度过大对菌体的生长不利前体一般都有毒性，浓度过大对菌体的生长不利, ,一般基础料中仅一般基础料中仅 仅添加仅添加0.07%0.07%，前体相对价格较高，添加过多，容易引起挥发和氧前体相对价格较高，添加过多，容易引起挥发和氧 化，用量不要大于化，用量不要大于0.10.1。 牛牛文库文档分享 (3)注意阻遏物或抑制剂的影响 培养基中存在反馈阻遏物能影响酶的合成，降低发酵产量。培养基中存在反馈阻遏物能影响酶的合成，降低发酵产量。 牛牛文库文档分享 (4) 金属离子的

9、影响 有些种类的发酵生产对金属离子相当敏感，因为 有些金属离子是中间代谢酶抑制剂或激活剂酶抑制剂或激活剂。 牛牛文库文档分享 铁是细胞色素、色素氧化酶、过氧 化物酶的组成成分，是微生物有氧 氧化必需元素。 钢制发酵罐中，不添加铁，离子浓度达到30ug/ml。 微生物对铁要求敏感： 青霉素生产中，铁 20ug/ml； 柠檬酸生产中，无铁培养基比加铁培养基产率高3倍。 牛牛文库文档分享 二、工业生产中培养基组成 碳素化合物 氮素化合物 水 微量元素(无机盐类) 生长因子 牛牛文库文档分享 碳源物质碳源物质 单双糖：葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、棉子糖；单双糖：葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、棉子糖； 多糖：淀粉、纤

10、维素、半纤维素、甲壳质和果胶多糖：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。质等，其中淀粉是大多数微生物都能利用的碳源。 有机酸：柠檬酸、反丁烯二酸、琥珀酸、苹果酸、有机酸：柠檬酸、反丁烯二酸、琥珀酸、苹果酸、 丙酮酸、酒石酸等。丙酮酸、酒石酸等。 牛牛文库文档分享 醇类：甘露醇、甘油、低浓度乙醇。醇类：甘露醇、甘油、低浓度乙醇。 低级脂肪酸：甲酸、乙酸、丙酸、丁酸等低级脂肪酸都可用作碳源。低级脂肪酸：甲酸、乙酸、丙酸、丁酸等低级脂肪酸都可用作碳源。 高级脂肪酸：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高级脂肪酸：油酸和亚油酸等高级脂肪酸

11、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，但浓度较高时往往有毒害作用。用，低浓度的高级脂肪酸可刺激细菌生长，但浓度较高时往往有毒害作用。 正烷烃：正烷烃： 牛牛文库文档分享 葡萄糖： 优点：是最易利用的糖，并且作为加速微生物生长的是最易利用的糖，并且作为加速微生物生长的 一种有效的糖。一种有效的糖。 缺点：过多葡萄糖会加速菌体的呼吸，以致培养基中过多葡萄糖会加速菌体的呼吸，以致培养基中 的溶解氧不能满足需要。的溶解氧不能满足需要。 油和脂肪油和脂肪： 在微生物分泌的在微生物分泌的脂肪酶脂肪酶作用下水解为甘油和脂肪酸，作用下水解为甘油和脂肪酸， 在溶解氧的参与下，氧

12、化成水和在溶解氧的参与下，氧化成水和COCO2 2。因此用脂肪作因此用脂肪作 碳源时需比糖代谢供给更多的氧。碳源时需比糖代谢供给更多的氧。 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 碳源 细胞量 -淀粉酶 葡萄糖 4.2 0 蔗糖 4.02 0 糊精 3.06 38.2 淀粉 3.09 40.2 不同的碳源对细胞的生长和产酶的影响 例：地衣芽孢杆菌生产-淀粉酶 牛牛文库文档分享 糖蜜使用的注意点： 除糖份外，含有较多的杂质，需要进行预处理。 例：谷氨酸发酵 有害物：生物素（发酵控制） 例：柠檬酸发酵 有害物：铁离子含量高（导致异柠檬酸的生成） 除铁处理：黄血盐 牛牛文库文档分享 氮的来源可分为氮的来

13、源可分为无机氮和有机氮无机氮和有机氮。 有机氮源有机氮源：花生饼粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、玉米浆、玉米：花生饼粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、玉米浆、玉米 蛋白粉、蛋白胨、酵母膏、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体蛋白粉、蛋白胨、酵母膏、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体 和酒糟等。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。进一步分解代谢。 (2)氮素化合物 牛牛文库文档分享 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、麸皮等原料作 氮源。 营营养养物物质质 来来源源

14、 主主要要 成成份份 牛牛肉肉浸浸膏膏 瘦瘦牛牛肉肉组组织织浸浸出出汁汁浓浓缩缩而而 富富含含水水溶溶性性碳碳 水水化化合合物物、有有机机 成成的的膏膏状状物物质质 氮氮化化合合物物、维维 生生素素、盐盐等等 蛋蛋白白胨胨 将将肉肉、酪酪素素或或明明胶胶用用酸酸或或 富富含含有有机机氮氮化化 合合物物、也也含含有有一一 蛋蛋白白酶酶水水解解后后干干燥燥而而成成的的 些些维维生生素素和和碳碳 水水化化合合物物 粉粉末末状状物物质质 酵酵母母浸浸膏膏 酵酵母母细细胞胞的的水水溶溶性性提提取取物物 富富含含B B类类维维生生 素素, ,也也 含含 有有有有机机氮氮 浓浓缩缩而而成成的的膏膏状状物物质

15、质 化化合合物物和和碳碳水水 化化合合物物 牛牛文库文档分享 无机盐包括大量元素和微量元素，是依据微生物对无机盐包括大量元素和微量元素，是依据微生物对 它们需要量的大小划分。它们需要量的大小划分。 大量元素大量元素：P P、S S、MgMg、K K、CaCa、FeFe等；等； 微量元素微量元素：FeFe、CuCu、MnMn、ZnZn、MoMo、CoCo等。等。 当盐浓度太高时，对微生物生长有抑制作用，而在当盐浓度太高时，对微生物生长有抑制作用，而在 较低浓度时却能刺激生长。较低浓度时却能刺激生长。 一般在复合培养基中由于加入许多动植物原料等都一般在复合培养基中由于加入许多动植物原料等都 含有微

16、量元素。含有微量元素。 (3)微量元素(无机盐类) 牛牛文库文档分享 (4)生长因子 广义说，广义说，凡是微生物生长不可缺少的微量有机物质都称为生长因子凡是微生物生长不可缺少的微量有机物质都称为生长因子( (又称生长素又称生长素) )。 包括维生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶等；包括维生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶等； 狭义说，狭义说，生长素仅指维生素。生长素仅指维生素。 与微生物有关的维生素主要是与微生物有关的维生素主要是B B族维生素，是各种酶的活性基团的组成部分。族维生素，是各种酶的活性基团的组成部分。 牛牛文库文档分享 三、发酵培养基的确定 （1 1）首先，做好调查研究工作）首先，做好调查研究工作，

17、了解菌种的来源、生活习惯、，了解菌种的来源、生活习惯、 生理生化特性和一般的营养要求。生理生化特性和一般的营养要求。 （2 2）其次，对生产菌种的培养条件，生物合成的代谢途径，代其次，对生产菌种的培养条件，生物合成的代谢途径，代 谢产物的化学性质、分子结构、一般提炼方法和产品质量要谢产物的化学性质、分子结构、一般提炼方法和产品质量要 求等也需要有所了解求等也需要有所了解. . （3 3）最好先选择一种较好的化学合成培养基做基础，开始时先）最好先选择一种较好的化学合成培养基做基础，开始时先 做一些摇瓶试验做一些摇瓶试验; ;然后进一步做小型发酵罐培养，摸索菌种对然后进一步做小型发酵罐培养，摸索菌

18、种对 各种主要有机碳源和氮源的利用情况和产生代谢产物的能力。各种主要有机碳源和氮源的利用情况和产生代谢产物的能力。 摇瓶优化 牛牛文库文档分享 3、pH pHpH值表示某水溶液中值表示某水溶液中氢离子浓度的负对数值氢离子浓度的负对数值。 纯水呈中性，其氢离子浓度为纯水呈中性，其氢离子浓度为1010-7 -7mol/L mol/L，定其定其pHpH值为值为7 7。 最低生长最低生长pHpH 最适生长最适生长pHpH 最高生长最高生长pHpH 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 对发酵生产中对发酵生产中pHpH的控制最为重要。的控制最为重要。 许多抗生素的生产菌也有同样的情况。许多抗生素的生产菌也

19、有同样的情况。 不同种类微生物 不同的最适生长不同的最适生长pHpH值值 同种微生物在不同生长阶段 和不同的生理、生化过程 牛牛文库文档分享 抗生素生产菌 牛牛文库文档分享 可免除了DNADNA、ATPATP、菌绿素和叶绿素等重要成分被酸破坏， 或RNARNA、磷脂类等被碱破坏的可能性。 外环境外环境 pHpH相当稳定，一般都接近中性接近中性 pHpH变化很大 微微 生生 物物 细细 胞胞 内环境内环境 牛牛文库文档分享 胞内酶胞内酶最适pHpH一般接近中性接近中性 周质空间中的周质空间中的 酶胞外酶酶胞外酶 最适pHpH接近环境的接近环境的pHpH 牛牛文库文档分享 微生物的生命活动过程中也

20、会能动地能动地改变外界 环境的pHpH，培养基的原始pHpH在培养微生物过程中 会时时发生改变。 可能发生的反应有以下几种可能发生的反应有以下几种 牛牛文库文档分享 在一般培养过程中往往以变酸占优势以变酸占优势，因此，随 着培养时间的延长，一般培养基会变得较酸。 pHpH变化与培养基的组分尤其是C/NC/N有极大的关系， C/NC/N高高 的培养基, ,经培养后pHpH值常会明显下降下降 例如培养各种真菌真菌的培养基 C/NC/N低低 的培养基, ,经培养后pHpH值则常会明显上升上升 例如培养一般细菌细菌的培养基 牛牛文库文档分享 在微生物培养过程中，一项重要措施 如何及时调节合适的pHpH

21、。 根据表面现象而进行直接、快速但不能 持久的调节。 根据内在机制所采用的间接、缓效但能 发挥较持久作用的调节。 调调 节节 措措 施施 治标治标 治本治本 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 注意培养过程中的注意培养过程中的pHpH变化，观察适于变化，观察适于菌种生长菌种生长 繁殖繁殖和适于和适于代谢产物形成代谢产物形成的两种不同的两种不同pHpH。其次再确。其次再确 定各种重要的金属和非金属离子对发酵的影响。定各种重要的金属和非金属离子对发酵的影响。 pH控制摇床 牛牛文库文档分享 （5）根据经济效益选择培基原料 碳源的代用方向：碳源的代用方向：寻找植物淀粉、纤维水解物，以废寻找植物淀粉、

22、纤维水解物，以废 糖蜜代替淀粉、糊精和葡萄糖，以工业葡萄糖代替食糖蜜代替淀粉、糊精和葡萄糖，以工业葡萄糖代替食 用葡萄糖。同时，使用稀薄的培养基，适当减少碳氮用葡萄糖。同时，使用稀薄的培养基，适当减少碳氮 配比。配比。 有机氮源代替：有机氮源代替：以黄豆饼粉、花生饼粉、食用蛋白胨以黄豆饼粉、花生饼粉、食用蛋白胨 和酵母粉等含有丰富蛋白质的原料。代用的原料可以和酵母粉等含有丰富蛋白质的原料。代用的原料可以 是棉籽饼粉、玉米浆、蚕蛹粉、杂鱼粉或麸汁、饲料是棉籽饼粉、玉米浆、蚕蛹粉、杂鱼粉或麸汁、饲料 酵母、石油酵母、骨胶、酒糟，及各种食品工业下脚酵母、石油酵母、骨胶、酒糟，及各种食品工业下脚 料等

23、。料等。 牛牛文库文档分享 一、工业上选用培养基的原则和方法 配制培养基时应尽量利用廉价且易于获得的原料作为培养基成份, , 特别是在发酵工业中, ,以降低生产成本。 以粗代精 以“野”代“家” 对微生物来说，各种粗原料营养更加完全，效果更好。 而且在经济上也节约。 以野生植物原料代替栽培植物原料，如木薯、橡子、 薯芋等 都是富含淀粉质的野生植物，可以部分取代粮食用于 工业发 酵的碳源。 以废代好 以污染环境的废弃物原料：如，糖蜜( (制糖工业中含有蔗糖的废液) )、 乳清( (乳制品工业中含有乳糖的废液) )、豆制品工业废液及黑废液( (造 纸工业中含有戊糖和己糖的亚硫酸纸浆) )等都可作为

24、原料。 工业上的甲烷发酵主要利用废水、废渣作原料, ,在我国农村，已推广 利用粪便及禾草为原料发酵生产甲烷作为燃料。 另外, , 农副产品或制品，如麸皮、米糠、玉米浆、酵母浸膏、酒糟、 豆饼、花生饼、蛋白胨等都是常用的发酵工业原料。 牛牛文库文档分享 某制药厂改进链霉素发酵液中的原有配方，设法减去30-50%30-50%的 黄豆饼粉、25%25%的葡萄糖和20%20%硫酸铵，结果反而提高了产量。 以无机氮代蛋白 以大气氮、铵盐、硝酸盐或尿素等一类非蛋白质或非氨基酸廉价 原料用作发酵培养基的原料，让微生物转化成菌体蛋白质或含氮 的发酵产物供人们利用。 以烃代粮以纤代糖 开发利用纤维素这种世界上含

25、量最丰富的可再生资源。将大量的 纤维素农副产品转变为优质饲料、工业发酵原料、燃料及人类的 食品及饮料。 以简代繁 牛牛文库文档分享 以“国” 代“进” 以石油或天然气副产品代替糖质原料来培养微生物。 生产石油蛋白 将石油产品转化成一些产值更高的高级醇、脂肪酸、环烷酸等 化工产品和若干合成物； 对石油产品的品质进行改良，如脱硫、脱蜡等。 牛牛文库文档分享 发酵条件的 控制 牛牛文库文档分享 1)1)温度 2)2)氧 3)3)种龄 4)4)接种量 5)5)二氧化碳 一、 牛牛文库文档分享 在一定范围，生长速率与培养温度呈正相关。 代时: :每分裂繁殖一代所需的时间. . 16h 牛牛文库文档分享

26、对产物形成影响：对产物形成影响：菌体生长速率、呼吸强度和代谢菌体生长速率、呼吸强度和代谢 产物形成速率产物形成速率的最适温度往往是不同的；温度升高，的最适温度往往是不同的；温度升高， 一般产物生成提前；一般产物生成提前； 对发酵液物理性质及溶解氧影响：温度影响氧的溶对发酵液物理性质及溶解氧影响：温度影响氧的溶 解和传递，影响一些基质的分解，间接影响生物合解和传递，影响一些基质的分解，间接影响生物合 成。成。 对生物合成的方向的影响：反馈抑制随温度变化而对生物合成的方向的影响：反馈抑制随温度变化而 改变；改变； 牛牛文库文档分享 2、影响发酵温度的因素 发酵热的成分 生物热：微生物生长繁殖过程中

27、产生的热 搅拌热：机械搅拌造成的摩擦热 蒸发热：被通气和蒸发水分带走的热量 辐射热：发酵罐罐体向外辐射的热量 显 热：空气流动过程夹带着的热量 Q发酵= Q生物+ Q搅拌- Q蒸发Q显-Q辐射 牛牛文库文档分享 3、最适温度选择与发酵温度控制 温度变化控制的一般原则 接种后,可适当升高温度，以利于孢子萌发和菌体的生长繁 殖； 待发酵液温度开始上升后，应保持在菌体最适生长菌体最适生长温度； 到主发酵旺盛阶段，温度应控制产物合成产物合成的最适温度； 到发酵后期，温度下降，此时适当升温可提高产量。 选择是相对的，要考虑培养基成分、浓度；溶氧（温升氧 降）；生长阶段；培养条件等。 牛牛文库文档分享 3

28、、最适温度选择与发酵温度控制 最适温度选择 最适温度分最适温度分最适生长温度最适生长温度和和最适产物合成温度最适产物合成温度，两，两 者往往不同。者往往不同。 如：青霉素分别为：如：青霉素分别为： 30和和 20 。 青霉素发酵的温度控制青霉素发酵的温度控制 0-5h：30C 6-35h：25C 36-85h：20C 86-125h：25C 这种方式比这种方式比25度恒温培养提高产量度恒温培养提高产量14.7% 0 53585125 30 25 20 25 牛牛文库文档分享 温度影响发酵方向 如：四环素产生菌如：四环素产生菌-金色链霉菌，同时产生金色链霉菌，同时产生金霉素和四环素金霉素和四环素

29、； T30T35T350 0C C时，时，金霉素金霉素的合成几乎停止，只产生的合成几乎停止，只产生四环素四环素。 温度还影响基质溶解度。温度还影响基质溶解度。 牛牛文库文档分享 3、最适温度选择与发酵温度控制 发酵温度控制 进行温度控制时，应考虑的因素进行温度控制时，应考虑的因素 不同菌种在不同生长阶段和生产特性不同菌种在不同生长阶段和生产特性 参考其它发酵条件（通气、培养基成分和浓度、参考其它发酵条件（通气、培养基成分和浓度、pHpH值等），如通气条件差时，值等），如通气条件差时， 则最适发酵温度比通气良好时低。则最适发酵温度比通气良好时低。 牛牛文库文档分享 温度影响发酵液的物理性质 温度

30、对O2:温度对发酵液中氧的溶解度影响很大，随着温度升高，气体的溶解 度变小，氧的传递速率也会减慢。 牛牛文库文档分享 3、最适温度选择与发酵温度控制 发酵温度控制 温度控制的方法温度控制的方法 冷却是主要的方法，通常是利用发酵罐的热交换装置进行冷却是主要的方法，通常是利用发酵罐的热交换装置进行 降温，如果气温较高，冷却水温度也较高时，多采用冷媒降温，如果气温较高，冷却水温度也较高时，多采用冷媒 ( (盐水盐水) )进行降温。进行降温。 发酵罐的热交换装置：发酵罐的热交换装置： 罐外夹套罐外夹套 罐内蛇管、列管罐内蛇管、列管 牛牛文库文档分享 温度对微生物细胞生长 耐高温的菌种：耐高温的菌种：如

31、果培养的微生物能承受稍高一些的温度进行生长和繁殖，这如果培养的微生物能承受稍高一些的温度进行生长和繁殖，这 对生产有很大的好处，即可减少污染杂菌的机会和夏季培养所需降温的辅助设对生产有很大的好处，即可减少污染杂菌的机会和夏季培养所需降温的辅助设 备。备。 牛牛文库文档分享 粘质沙雷氏菌粘质沙雷氏菌产产 灵菌红素灵菌红素 灵菌红素：是一类天然红色灵菌红素：是一类天然红色 素素, ,具有一定的免疫活性具有一定的免疫活性, ,如如 抑制真菌、细菌和霉菌等功抑制真菌、细菌和霉菌等功 效效, ,且具有一定的且具有一定的抗肿瘤作用抗肿瘤作用, , 因此具有很大的药用价值因此具有很大的药用价值, ,受受 到

32、科研工作者的极大关注。到科研工作者的极大关注。 牛牛文库文档分享 3.3.氧通风和搅拌 通气可以供给大量的氧。 通气量与菌种、培养基性质、培养阶段有关。 牛牛文库文档分享 CCr 呼吸强度 溶解氧浓度 CCr: 临界溶氧浓度, 指不影响呼吸所允许的最低溶解氧浓度。 溶解氧(DO)是需氧微生物生长所必需的 牛牛文库文档分享 氧气的供应 O2是难溶于水的气体. 25，纯氧在纯水中溶解度为1.26mmol/L，空气在纯 水中溶解度为0.25mmol/L。培养基中更低。 氧气的吸收效率很低。 牛牛文库文档分享 搅拌能使氧气与培养液充分混合，保证氧的最大限能使氧气与培养液充分混合，保证氧的最大限 度溶解

33、，度溶解，并且搅拌有利于热交换，使培养液的温并且搅拌有利于热交换，使培养液的温 度一致，有利于营养物质和代谢物的分散。挡板度一致，有利于营养物质和代谢物的分散。挡板 则有助于搅拌，使其效果更好则有助于搅拌，使其效果更好。 一般来说，一般来说，若培养罐深，搅拌转速大，通气管开若培养罐深，搅拌转速大，通气管开 孔小或多，气泡在培养液内停留时间就长，氧的孔小或多，气泡在培养液内停留时间就长，氧的 溶解速度就大溶解速度就大。 过度地、剧烈搅拌导致培养液大量涌泡，容易增过度地、剧烈搅拌导致培养液大量涌泡，容易增 加杂菌污染的机会加杂菌污染的机会，微生物细胞也不宜剧烈搅拌。，微生物细胞也不宜剧烈搅拌。 牛

34、牛文库文档分享 利用透明颤菌血红蛋白（VHb）基 因工程菌解决溶解氧不足 透明颤菌血红蛋白透明颤菌血红蛋白（VHbVHb）是透明颤菌属微生物产生的一种蛋白，使透明颤菌这一专性好）是透明颤菌属微生物产生的一种蛋白，使透明颤菌这一专性好 氧的细菌可在贫氧环境中良好生长。其增加氧的传递。氧的细菌可在贫氧环境中良好生长。其增加氧的传递。 转基因育种：将透明颤菌血红蛋白基因整合到异源宿主菌中可解决溶解氧不足，提高发酵转基因育种：将透明颤菌血红蛋白基因整合到异源宿主菌中可解决溶解氧不足，提高发酵 产量。产量。 牛牛文库文档分享 接种龄接种龄 指接种物接种物或或种子种子的生长年龄，亦即它处在生长曲线上哪的生

35、长年龄，亦即它处在生长曲线上哪 一个阶段时用来作种子的一个阶段时用来作种子的。这里指某一群体的生理年龄某一群体的生理年龄。 牛牛文库文档分享 （2 2）接种量接种量 接种量的大小明显影响延滞期的长短。 牛牛文库文档分享 在发酵工业上，为缩短延滞期以缩短生产周期， 提高发酵效率，一般采用较大的接种量较大的接种量。 种子：发酵培养基种子：发酵培养基1 1：1010，V/VV/V 牛牛文库文档分享 大量地接入培养成熟的菌种利与弊利与弊 优点： 1.可以缩短生长过程的延缓期，因而缩短了发酵周期，提高了设备利用率 2. 有利于减少染菌 缺点： 接种量过多也无必要。培养种子费时，且过多地移入代谢废物，反而

36、会影响正常发酵。 牛牛文库文档分享 （1）通过遗传学方法改变种的遗传特性使延滞期缩短； （2）利用对数生长期的细胞作为种子； （3）接种前后所使用的培养基组成不要相差太大； （4）适当扩大接种量； 生产实践中缩短延滞期的常用手 段 牛牛文库文档分享 5、CO2 对发酵的影响及控制 CO2既是代谢产物，又是某些合成代谢的一种基质。 双面性：抑制或促进 二氧化碳对发酵的影响2方面： 1、对菌体； 2、对产物。 牛牛文库文档分享 5、二氧化碳对发酵的影响 1、 CO2对菌体： 促进-CO2效应：在发酵生产中不同微生物或某一生长阶段对二氧化碳有着特殊的要求 （促进或必须）； 抑制-通常对菌体生长有抑制

37、作用。CO2的含量达到4%，糖代谢和呼吸速率下降 牛牛文库文档分享 2、 CO2对产物： 需占一定的比例（或分压），过高、过低产量都会下降； 抑制： CO2对某些发酵产生抑制作用。抗生素，组氨酸等； 促进： CO2可通过改变pH而影响发酵生产。 牛牛文库文档分享 5、 CO2对发酵的影响及控制 原因： CO2作用膜脂质核心部位，改变膜流 动性及表面电荷密度，影响膜运输效率，导 致细胞生长受限制，形态改变；（HCO3- 影 响细胞膜的膜蛋白） 也可产生反馈作用，使pH下降，与其 他物质反应，与生长必需金属离子形成碳酸 盐沉淀，过分耗氧，引起溶解氧下降等，影 响菌体生长和产物合成。 牛牛文库文档分

38、享 5、 CO2对发酵的影响及控制 发酵液中CO2浓度的影响因素： 细胞呼吸强度； 发酵液流变学特性； 通气搅拌程度； 罐压大小； 设备规模。 CO2浓度的控制方法： 调节罐压、通气量和搅拌速度； 补料。（青霉素：补糖，增加CO2 产生，降低 PH。） 牛牛文库文档分享 1.泡沫 牛牛文库文档分享 （3）培养过程的消泡措施 工业消沫措施主要两种：机械法和消沫剂法机械法和消沫剂法 机械法：消沫桨、引出法、超声波 改进培养基成分 育种 牛牛文库文档分享 化学法：天然油脂、聚醚类、高级醇、硅 酮类、脂肪酸、亚硫酸等。少量多次加效 果好。 加增效剂后，促进消沫剂扩散，延长作用。 玉米油、豆油：碳源，能

39、力差，用量大， 无毒性。 聚氧丙烯甘油(GP)、聚氧乙烯氧丙烯甘油 (GPE)： 能力强，成本低。 新型的有机硅聚合物如硅油、硅树脂等， 则具有效率高、用量省、无毒性、无代谢 性，同时兼有提高微生物合成酶等多种优 良特性，是一类有发展前途的消泡剂。 牛牛文库文档分享 2 2 染菌的控制 （1）染菌的原因 设备、管道、阀门漏损、灭菌不彻底； 空气净化不好； 无菌操作不严或菌种不纯等。 牛牛文库文档分享 讨论题讨论题 1）在发酵生产中，发酵液的酸碱度是动态的，通 常我们要怎样向良性调节的？在配置培养基时， 是否能够一次性解决酸碱度变化的问题？ 2）实际生产中，影响发酵工艺的因素有哪些？应 该如何确

40、定发酵工艺？根据实际生产的情况应该 如何调节？ 3 3）工业生产中，采取哪些手段保证氧气的供应？ 你能想到几点？ 牛牛文库文档分享 最适生长最适生长pHpH值偏于酸性范围内的微生物值偏于酸性范围内的微生物 嗜酸微生物嗜酸微生物（acidophile） 耐酸微生物耐酸微生物（acidotolerant microorganism） 如Thiobacillus（硫杆菌属）等 如乳酸杆菌、醋酸杆菌、许多肠杆菌和假单胞菌等 一般地说，多数真菌是嗜酸的（pH5pH5）， 而多数放线菌则是嗜碱的（pH8pH8）。 嗜酸性的 能耐较酸的条件 牛牛文库文档分享 最适生长最适生长pHpH值偏于碱性范围内的微生物

41、值偏于碱性范围内的微生物 嗜碱微生物嗜碱微生物（basophile） 耐碱微生物耐碱微生物（basotolerant microorganism） 例如, ,硝化细菌、尿素分解菌、根瘤菌和放线菌等 如若干链霉菌等 嗜碱性的 能耐较碱的条件 牛牛文库文档分享 实验室的常用培养基： 细菌：牛肉膏蛋白胨培养基（或简称普通肉汤培养基）； 放线菌：高氏1号合成培养基培养； 酵母菌：麦芽汁培养基； 霉菌：查氏合成培养基； 牛牛文库文档分享 葡萄糖： 优点：是最易利用的糖，并且作为加速微生物生长的是最易利用的糖，并且作为加速微生物生长的 一种有效的糖。一种有效的糖。 缺点：过多葡萄糖会加速菌体的呼吸，以致培养基中过多葡萄糖会加速菌体的呼吸，以致培养基中 的溶解氧不能满足需要。的溶解氧不能满足需要。 油和脂肪油和脂肪： 在微生物分泌的在微生物分泌的脂肪酶脂肪酶作用下水解为甘油