微生物工程工艺原理第二章培养基的制备与灭菌

1、第二章第二章 培养基的制备与灭菌培养基的制备与灭菌第二章 培养基的制备与灭菌一、培养基的营养成分及用途一、培养基的营养成分及用途功能：生长、繁殖需要；功能：生长、繁殖需要；.能源：能源：自养菌：光（光能自养）、氢、硫、氨、亚自养菌：光（光能自养）、氢、硫、氨、亚硝酸盐、亚铁盐（化能自养）硝酸盐、亚铁盐（化能自养）异养菌：碳水化合物等有机物、石油天然气异养菌：碳水化合物等有机物、石油天然气和石油化工产品和石油化工产品第一篇第一篇 微生物工业菌种与培养基微生物工业菌种与培养基 第一节第一节 培养基的原料培养基的原料 功能：提供能量、构成菌体、代谢产物的物功能：提供能量、构成菌体、代谢产物的物质基础

2、；质基础；.碳源碳源 ：碳酸气、：碳酸气、 淀粉水解糖、糖蜜、亚淀粉水解糖、糖蜜、亚硫酸盐纸浆废液、正构石蜡、天然气、硫酸盐纸浆废液、正构石蜡、天然气、 醋酸、醋酸、甲醇、乙醇等石油化工产品等甲醇、乙醇等石油化工产品等第二章 培养基的制备与灭菌第一篇第一篇 微生物工业菌种与培养基微生物工业菌种与培养基 功能：构成菌体、含氮代谢物；功能：构成菌体、含氮代谢物；.氮源：豆饼或蚕蛹水解液、味精废液、玉氮源：豆饼或蚕蛹水解液、味精废液、玉米浆、酒糟水等有机氮、尿素、硫酸铵、氨米浆、酒糟水等有机氮、尿素、硫酸铵、氨水、硝酸盐等无机氮、气态氮等水、硝酸盐等无机氮、气态氮等第二章 培养基的制备与灭菌第一篇第

3、一篇 微生物工业菌种与培养基微生物工业菌种与培养基 功能：构成菌体，维持酶活性，调节渗透压，功能：构成菌体，维持酶活性，调节渗透压，调节调节pH值，维持氧化还原电位；值，维持氧化还原电位； .无机盐无机盐:磷酸盐、钾盐、钙盐等矿物盐、磷酸盐、钾盐、钙盐等矿物盐、铁、锰、钴等微量元素铁、锰、钴等微量元素第二章 培养基的制备与灭菌第一篇第一篇 微生物工业菌种与培养基微生物工业菌种与培养基 功能：酶的辅助部分，维持生命活动；功能：酶的辅助部分，维持生命活动；.生长因子：硫胺素、生物素、对氨基苯甲生长因子：硫胺素、生物素、对氨基苯甲酸、肌醇等酸、肌醇等功能：生化反应均在水溶液中进行；功能：生化反应均在

4、水溶液中进行；.水分水分第二章 培养基的制备与灭菌第一篇第一篇 微生物工业菌种与培养基微生物工业菌种与培养基 二、培养基的类型二、培养基的类型 天然培养基；合成培养基，也称组合培养基天然培养基；合成培养基，也称组合培养基（多用于定量研究）；半合成培养基，（用（多用于定量研究）；半合成培养基，（用的最多）；的最多）；1.依营养物质的来源分类依营养物质的来源分类第二章 培养基的制备与灭菌第一篇第一篇 微生物工业菌种与培养基微生物工业菌种与培养基 液体培养基；液体培养基；固体培养基；固体培养基；2.依培养基制成的形式分：依培养基制成的形式分：第二章 培养基的制备与灭菌第一篇第一篇 微生物工业菌种与培

5、养基微生物工业菌种与培养基 基础培养基基础培养基完全培养基完全培养基鉴别培养基鉴别培养基选择培养基选择培养基3.依培养基主要成分和使用目的来分依培养基主要成分和使用目的来分孢子培养基孢子培养基种子培养基种子培养基发酵培养基发酵培养基4.根据生产工艺来分根据生产工艺来分第二章 培养基的制备与灭菌第一篇第一篇 微生物工业菌种与培养基微生物工业菌种与培养基 发酵培养基的用途与要求、成分、配比经实发酵培养基的用途与要求、成分、配比经实验确定，配制时兼顾原料来源、成本及工艺验确定，配制时兼顾原料来源、成本及工艺管理；管理；三、发酵培养基的选择三、发酵培养基的选择第二章 培养基的制备与灭菌第一篇第一篇 微

6、生物工业菌种与培养基微生物工业菌种与培养基 1.节约原料，减低单耗，提高发酵单位和总节约原料，减低单耗，提高发酵单位和总收率；收率；2.开辟新的发酵原料（菌种、发酵工艺），开辟新的发酵原料（菌种、发酵工艺），节约粮食消耗；节约粮食消耗；四、原料转换及意义四、原料转换及意义第二章 培养基的制备与灭菌第一篇第一篇 微生物工业菌种与培养基微生物工业菌种与培养基 一、淀粉水解糖的制备方法一、淀粉水解糖的制备方法2.酶解法：（双酶水解法）：酶解法：（双酶水解法）： -淀粉酶（液化）淀粉酶（液化） 糖化酶（糖化）糖化酶（糖化）1.酸解法：酸解法：第二章 培养基的制备与灭菌第一篇第一篇 微生物工业菌种与培养

7、基微生物工业菌种与培养基 第二节第二节 淀粉水解糖的制备淀粉水解糖的制备酸酶法酸酶法酶酸法酶酸法3.酸酶结合法酸酶结合法第二章 培养基的制备与灭菌第一篇第一篇 微生物工业菌种与培养基微生物工业菌种与培养基 二、淀粉酸水解理论基础二、淀粉酸水解理论基础淀粉水解成葡萄糖的反应过程中同时发生着：淀粉水解成葡萄糖的反应过程中同时发生着：水解反应、复合反应、分解反应；其中水解水解反应、复合反应、分解反应；其中水解反应是主要的。反应是主要的。第二章 培养基的制备与灭菌第一篇第一篇 微生物工业菌种与培养基微生物工业菌种与培养基 1.淀粉水解过程淀粉水解过程 淀粉淀粉 糊精糊精 低聚糖低聚糖 葡萄糖葡萄糖淀粉

8、的水解反应淀粉的水解反应主要因素主要因素:酸的种类、浓度、水解温度、时酸的种类、浓度、水解温度、时间间3.影响酸水解的因素影响酸水解的因素属于单分子一级反应类型：属于单分子一级反应类型：2.淀粉酸水解反应动力学淀粉酸水解反应动力学ckdtdc第二章 培养基的制备与灭菌第一篇第一篇 微生物工业菌种与培养基微生物工业菌种与培养基 葡萄糖的复合反应葡萄糖的复合反应第二章 培养基的制备与灭菌第一篇第一篇 微生物工业菌种与培养基微生物工业菌种与培养基 在淀粉的酸糖化过程中，水解生成的葡萄糖在淀粉的酸糖化过程中，水解生成的葡萄糖受酸和热的影响，葡萄糖分子之间通过糖苷受酸和热的影响，葡萄糖分子之间通过糖苷键

9、相聚合，生成二糖、三糖及其他低聚糖。键相聚合，生成二糖、三糖及其他低聚糖。复合反应的进行及糖种类生成的影响因素：复合反应的进行及糖种类生成的影响因素：糖浓度、温度、酸种类及浓度糖浓度、温度、酸种类及浓度参见参见P26-27 表表2-7、图、图2-2葡萄糖葡萄糖 5-羟甲基糠醛羟甲基糠醛乙酰丙酸、蚁酸、乙酰丙酸、蚁酸、色素物质；色素物质；影响因素：糖浓度、温度、影响因素：糖浓度、温度、pH值、时间；值、时间； 葡萄糖的分解反应葡萄糖的分解反应第二章 培养基的制备与灭菌第一篇第一篇 微生物工业菌种与培养基微生物工业菌种与培养基 一、糖蜜的来源与特点一、糖蜜的来源与特点糖蜜加水稀释到糖蜜加水稀释到5

10、0Bx 加入加入0.20.3浓硫浓硫酸，通入压缩空气酸，通入压缩空气1小时小时静置澄清静置澄清8小时，小时，取上清液。取上清液。1.加酸通风沉淀法（冷酸通风处理法）：加酸通风沉淀法（冷酸通风处理法）：二、糖蜜前处理的方法二、糖蜜前处理的方法第二章 培养基的制备与灭菌第一篇第一篇 微生物工业菌种与培养基微生物工业菌种与培养基 第三节第三节 糖蜜的前处理糖蜜的前处理前处理包括稀释、酸化、澄清、灭菌环节；前处理包括稀释、酸化、澄清、灭菌环节；糖蜜加水稀释到糖蜜加水稀释到40 加适量硫酸调节加适量硫酸调节pH值到值到44.5 放入澄清槽加热至放入澄清槽加热至8090，通风通风30min 保温保温 70

11、80 812 小时，小时，取上清液。取上清液。2.加热加酸沉淀法（热酸通风沉淀法）：加热加酸沉淀法（热酸通风沉淀法）： 第二章 培养基的制备与灭菌第一篇第一篇 微生物工业菌种与培养基微生物工业菌种与培养基 糖蜜稀释至糖蜜稀释至3040 Bx 加硫酸调加硫酸调pH 33.8，加热至加热至90添加添加PAM 至至810-6，搅拌均，搅拌均匀匀静置静置1小时，取上清液。小时，取上清液。3.添加絮凝剂澄清处理法：添加絮凝剂澄清处理法：第二章 培养基的制备与灭菌第一篇第一篇 微生物工业菌种与培养基微生物工业菌种与培养基 三、谷氨酸发酵糖蜜前处理三、谷氨酸发酵糖蜜前处理第二章 培养基的制备与灭菌第一篇第一

12、篇 微生物工业菌种与培养基微生物工业菌种与培养基 3.追加糖蜜法追加糖蜜法添加青霉素法、添加表面活性剂、添加抗氧添加青霉素法、添加表面活性剂、添加抗氧剂法剂法2.添加化学药剂处理法：添加化学药剂处理法：1.糖蜜预处理法：活性炭处理法、树脂处理糖蜜预处理法：活性炭处理法、树脂处理法、亚硝酸处理法法、亚硝酸处理法第二章 培养基的制备与灭菌能够分解纤维素的微生物很多。既有好氧性能够分解纤维素的微生物很多。既有好氧性微生物，也有厌氧性微生物；既有细菌，也微生物，也有厌氧性微生物；既有细菌，也有放线菌和真菌。有放线菌和真菌。纤维素纤维素纤维素酶纤维素酶葡萄糖葡萄糖发酵制品发酵制品第一篇第一篇 微生物工业

13、菌种与培养基微生物工业菌种与培养基 第四节第四节 纤维素代粮发酵纤维素代粮发酵第二章 培养基的制备与灭菌指某一代谢中间体的前一阶段的物质。例指某一代谢中间体的前一阶段的物质。例如葡萄糖是糖原或乳酸的前体物质；一般如葡萄糖是糖原或乳酸的前体物质；一般在生物合成反应的中间过程中，某一阶段在生物合成反应的中间过程中，某一阶段前的物质，都可以说是该阶段物质的前体前的物质，都可以说是该阶段物质的前体物质。物质。前体物质前体物质第一篇第一篇 微生物工业菌种与培养基微生物工业菌种与培养基 第五节第五节 前体物质与促进剂前体物质与促进剂第二章 培养基的制备与灭菌促进剂促进剂在发酵过程中添加的对发酵制品生产具有

14、促在发酵过程中添加的对发酵制品生产具有促进作用的物质。如诱导物、表面活性剂；进作用的物质。如诱导物、表面活性剂；第一篇第一篇 微生物工业菌种与培养基微生物工业菌种与培养基 一、消毒与灭菌的区别一、消毒与灭菌的区别二、消毒与灭菌在发酵工业中的应用二、消毒与灭菌在发酵工业中的应用三、灭菌方法：物理灭菌三、灭菌方法：物理灭菌(热力：干热灭菌、热力：干热灭菌、湿热灭菌；射线：各种放射线、微波等）；湿热灭菌；射线：各种放射线、微波等）；化学灭菌（各种化学药品）；化学灭菌（各种化学药品）；第二章 培养基的制备与灭菌第一篇第一篇 微生物工业菌种与培养基微生物工业菌种与培养基 第六节第六节 培养基灭菌培养基灭

15、菌四、加热灭菌的原理四、加热灭菌的原理1.微生物的热阻：微生物对热的抵抗力；微生物的热阻：微生物对热的抵抗力；2.微生物的热致死动力学：对数残留方程微生物的热致死动力学：对数残留方程菌体受热被杀死，主要的原因是蛋白质变菌体受热被杀死，主要的原因是蛋白质变性，这种反应符合一级反应动力学，即：性，这种反应符合一级反应动力学，即：NKddN K是活菌的比热致死速率常数是活菌的比热致死速率常数 ， 第二章 培养基的制备与灭菌第一篇第一篇 微生物工业菌种与培养基微生物工业菌种与培养基 在恒定温度下，将上式积分，边界条件为：在恒定温度下，将上式积分，边界条件为： NKddN 00 ，0NN KNNeNNK

16、NNdKNdN000ln0第二章 培养基的制备与灭菌第一篇第一篇 微生物工业菌种与培养基微生物工业菌种与培养基 3.热致死反应的速度常数热致死反应的速度常数 KK 是表达微生物耐热性的特征常数，是表达微生物耐热性的特征常数，K 除除了决定于菌体的种类及存在形式外，还是了决定于菌体的种类及存在形式外，还是温度的函数（与普通化学反应一样），因温度的函数（与普通化学反应一样），因此灭菌温度的选择是灭菌操作的核心。此灭菌温度的选择是灭菌操作的核心。4.灭菌温度的选择灭菌温度的选择试验表明：微生物热致死反应速度常数试验表明：微生物热致死反应速度常数 K 与温度之间的关系也可以用与温度之间的关系也可以用A

17、rrhenius方程方程来表征，即来表征，即第二章 培养基的制备与灭菌第一篇第一篇 微生物工业菌种与培养基微生物工业菌种与培养基 在不同温度作灭菌试验，求得相应的在不同温度作灭菌试验，求得相应的 K，按，按lnK对对1/T作图，从直线的斜率即可求出作图，从直线的斜率即可求出ETREeAK ATREKlnln lnK1/T第二章 培养基的制备与灭菌第一篇第一篇 微生物工业菌种与培养基微生物工业菌种与培养基 因因 K 是是E 和和 T 的函数，即的函数，即 K 对对 T 的变化的变化率与率与E 有关。上式两边对有关。上式两边对 T 求导数，得求导数，得该式表明：反应的该式表明：反应的E愈高，愈高，

18、lnK 对对 T 的变的变化率愈大，亦即化率愈大，亦即T 的变化对的变化对 K 的影响愈大。的影响愈大。这是灭菌温度选择的基础。这是灭菌温度选择的基础。 2lnTREdTKd 第二章 培养基的制备与灭菌第一篇第一篇 微生物工业菌种与培养基微生物工业菌种与培养基 通常菌体死灭的通常菌体死灭的E 约在约在200400 KJ/mol；而维生素被破坏的而维生素被破坏的E 约在约在8100 KJ/mol，灭菌中，温度升高，菌体死灭速率的增加远灭菌中，温度升高，菌体死灭速率的增加远大于营养成分被破坏的增加，这就是高温短大于营养成分被破坏的增加，这就是高温短时间灭菌的依据。时间灭菌的依据。P44 表表2-27 第二章 培养基的制备与灭菌第一篇第一篇 微生物工业菌种与培养基微生物工业菌种与培养基 五、影响培养基灭菌的其他因素五、影响培养基灭菌的其他因素培养基成分、培养基成分、pH值、培养基中的颗粒、值、培养基中的颗粒、泡沫；泡沫；六、培养基灭菌时间的计算六、培养基灭菌时