发酵培养基及制备ppt课件

1、第三章第三章 发酵培育基及其制备发酵培育基及其制备主要内容第一节 发酵培育基的选择第二节 发酵培育基的设计与优化第三节 发酵培育基的成分及来源第四节 淀粉水解糖的制备第五节 糖蜜原料第六节 石油代粮发酵的原料第七节 其他原料发酵第一节 发酵培育基的选择 发酵培育基：发酵培育基： 满足菌体的生长、促进产物的构成满足菌体的生长、促进产物的构成 要符合增产节约、因地制宜要符合增产节约、因地制宜 能否设计出一个好的发酵培育基，是一个能否设计出一个好的发酵培育基，是一个发酵产品工业化胜利中非常关键的一环。发酵产品工业化胜利中非常关键的一环。 孢子培育基孢子培育基 孢子培育基是供菌种繁衍孢子的一种常用固体

2、培育基，对这种培育基的要求是能使菌体迅速生长，产生较多优质的孢子，并要求这种培育基不易引起菌种发生变异。 配制要求： 营养不要太丰富，否那么不宜产孢子。 所用无机盐的浓度要适量，不然也会孢子量和孢子颜色。 要留意培育基的pH和湿度。种子培育基种子培育基 种子培育基是供是供微生物菌体的生长繁衍。为了在较短的时间内获得数量较多的强健的种子细胞，种子培育基要求营养丰富、完全，氮源、维生素的比例应较高，所用的原料也应是易于被微生物菌体吸收利用。 配制要求： 营养比较丰富和完全，总浓度略稀薄； 成分接近于发酵培育基。发酵培育基发酵培育基 发酵培育基是除需求维持微生物菌体的正常生长外，主要目的是合成预定的

3、发酵产物，所以，发酵培育基碳源物质的含量往往要高于种子培育基。 发酵培育基还应思索便于发酵操作以及不影响产物的提取分别和产品的质量。 要求： 发酵培育基的组成除有菌体生长所必需的元素和化合物外，还要有合成产物所需的特定元素、前体和促进剂等； 思索培育基用分批补料工艺。 对发酵培育基进展科学的设计，包括两个方面的内容： 是对发酵培育基的成分及原辅料资料的特性有较为详细的了解； 是在此根底上结合详细微生物和发酵产品的代谢特点及对培育基的成分进展合理的选择和优化。一、发酵培育基选择的根据一、发酵培育基选择的根据 根据微生物的特点选择培育基 细菌、酵母菌、霉菌、放线菌四类 根据不同用途选择培育基 液体

4、培育基和固体培育基 根据消费实际和科学实验的不同要求选择 根据经济效益分析选择培育基 价廉、来源丰富、运输方便、就地取材、无毒 二、发酵培育基成分选择的原那么 不同的微生物所需求的培育基成分是不同的，要确定一个适宜的培育基，就需求了解消费根据不同消费菌种的培育条件、生物合成的代谢途径、代谢产物的化学性质等确定培育基。 1菌体的同化才干 微生物来源和种类的不同，所能分泌的水解酶系。微生物来源和种类的不同，所能分泌的水解酶系。 酵母菌只能利用简单的糖类酵母菌只能利用简单的糖类 ：中国酒曲中含有丰：中国酒曲中含有丰富的淀粉酶和糖化酶，国外利用麦芽含有丰富的富的淀粉酶和糖化酶，国外利用麦芽含有丰富的淀

5、粉水解酶类。淀粉水解酶类。 许多碳源和氮源都是复杂的有机大分子，如豆饼许多碳源和氮源都是复杂的有机大分子，如豆饼粉、黄豆饼粉等。粉、黄豆饼粉等。1菌体的同化才干 微生物利用氮源的才干因菌种、菌龄的不同而有差别。 同一微生物处于生长不同阶段时，对氮源的利用才干不同，在生长早期容易利用易同化的铵盐和氨基氮，在生长中期那么由于细胞的代谢酶系曾经构成，那么利用蛋白质的才干加强。因此在培育基中有机氮源和无机氮源该当混合运用。2代谢物的阻遏和诱导作用 对于快速利用的碳源如葡萄糖来讲，当菌体利用葡萄糖时产生的分解代谢产物会阻遏或抑制某些产物合成所需酶系的构成或酶的活性，即发生“葡萄糖效应。 抗生素发酵消费时

6、，思索分批补料或延续补料的方式来解除。 酶制剂消费，难被利用的碳源(如淀粉、糊精等)有利于产酶，几乎都选用淀粉类原料作为碳源。 2代谢物的阻遏和诱导作用 有些产物会受氮源的诱导与阻遏 蛋白酶的消费受培育基中蛋白质或多肽的诱导，而受铵盐、硝酸盐、氨基氮的阻遏。这时在培育基氮源选取时应思索以有机氮源(蛋白质类)为主。 在选择和配制发酵培育基时，要留意快速利用的碳(氮)源和慢速利用的碳(氮)源的相互配合，发扬各自优势，避其所短。 3适宜的碳氮比 培育基中的碳氮的比例培育基中的碳氮的比例C/NC/N在发酵工业中尤为在发酵工业中尤为重要。重要。 氮源过多，那么菌体繁衍旺盛，氮源过多，那么菌体繁衍旺盛，p

7、HpH偏高，不利于偏高，不利于代谢产物的积累；氮源缺乏，那么菌体繁衍量少，代谢产物的积累；氮源缺乏，那么菌体繁衍量少，从而影响产量。从而影响产量。 碳源过多，那么容易构成较低的碳源过多，那么容易构成较低的pHpH；碳源缺乏，；碳源缺乏，菌体衰老和自溶。菌体衰老和自溶。 碳氮比不当还会影响菌体按比例吸收营养物质，碳氮比不当还会影响菌体按比例吸收营养物质，直接影响菌体生长和产物的构成，菌体在不同生直接影响菌体生长和产物的构成，菌体在不同生长阶段，对其碳氮比的最适要求也不一样。长阶段，对其碳氮比的最适要求也不一样。 3适宜的碳氮比 酵母细胞中碳氮比约为100：20， 霉菌约为100：10。 普通发酵

8、工业中碳氮比约为l00：0.2-2.0) 。 氨基酸发酵中，由于产物中含有氮，所以碳氮比就相对高一些。如谷氨酸发酵的C：N为100：(1521)，假设碳氮比为100：(0.22.0)，那么会出现只长菌体，几乎不产谷氨酸的景象。 实际+阅历 根据前人的阅历和培育基成分确定时一些必需思索的问题，初步确定能够的培育基成分； 经过单因子实验最终确定出最为适宜的培育基成分； 采用合理的实验设计方法优化配方。 正交实验设计，方差分析 呼应面法设计及分析单因子实验 碳源的选择 氮源的选择 诱导剂及前体的选择 无机盐的选择 对于单要素或两要素实验，因其要素少对于单要素或两要素实验，因其要素少 ，实，实验的设计

9、验的设计 、实施与分析都比较简单、实施与分析都比较简单 。但在实。但在实践任务中践任务中 ，经常需求同时调查，经常需求同时调查 3个或个或3个以上个以上的实验要素的实验要素 ，假设进展全面实验，假设进展全面实验 ，那么实验，那么实验的规模将很大的规模将很大 ，往往因实验条件的限制而难于，往往因实验条件的限制而难于实施实施 。正交实验设计就是安排多要素实验。正交实验设计就是安排多要素实验 、寻求最优程度组合寻求最优程度组合 的一种高效率实验设计方法。的一种高效率实验设计方法。 例如，要调查增稠剂用量、例如，要调查增稠剂用量、pH值和值和杀菌温度对豆奶稳定性的影响。每个要素杀菌温度对豆奶稳定性的影

10、响。每个要素设置设置3个程度进展实验个程度进展实验 。 A要素是增稠剂用量，设要素是增稠剂用量，设A1、A2、A3 3个程度；个程度；B要素是要素是pH值，设值，设B1、B2、B3 3个程度；个程度；C要素为杀菌温度，设要素为杀菌温度，设C1、C2、C3 3个程度。这是一个个程度。这是一个3要素要素3程度程度的实验，各要素的程度之间全部能够组合的实验，各要素的程度之间全部能够组合有有?种种 。 3要素要素3程度的全面实验程度组合数程度的全面实验程度组合数为为33=27，4要素要素3程度的全面实验程程度的全面实验程度组合数为度组合数为34=81 ，5要素要素3程度的全程度的全面实验程度组合数为面

11、实验程度组合数为35=243，这在科，这在科学实验中是有能够做不到的。学实验中是有能够做不到的。 1.1 正交实验设计的根本概念正交实验设计的根本概念 正交实验设计是利用正交表来安正交实验设计是利用正交表来安排与分析多要素实验的一种设计方法。排与分析多要素实验的一种设计方法。它是由实验要素的全部程度组合中，它是由实验要素的全部程度组合中，挑选部分有代表性的程度组合进展实挑选部分有代表性的程度组合进展实验的，经过对这部分实验结果的分析验的，经过对这部分实验结果的分析了解全面实验的情况，找出最优的程了解全面实验的情况，找出最优的程度组合。度组合。 (1)A1B1C1 (2)A2B1C2 (3)A3

12、B1C3 (4)A1B2C2 (5)A2B2C3 (6)A3B2C1 (7)A1B3C3 (8)A2B3C1 (9)A3B3C2A3A2A1B3C3 这这9个实验点在选优区中分布是平衡的，在立个实验点在选优区中分布是平衡的，在立方体的每个平面上方体的每个平面上 ，都恰是，都恰是3个实验点；在立方体个实验点；在立方体的每条线上也恰有一个实验点。的每条线上也恰有一个实验点。 9个实验点平衡地分布于整个立方体内，有很个实验点平衡地分布于整个立方体内，有很强的代表性，强的代表性， 可以比较全面地反映选优区内的根本情可以比较全面地反映选优区内的根本情况。况。 正交表正交表 由于正交设计安排实验和分析实验

13、结由于正交设计安排实验和分析实验结果都要用正交表，因此，我们先对正交表果都要用正交表，因此，我们先对正交表作一引见。作一引见。 其中其中“L代表正交表；代表正交表；L右下角的数字右下角的数字“8表示有表示有8行行 ，用这张正交表安排，用这张正交表安排实验包含实验包含8个处置个处置(程度组合程度组合) ；括号内的底数；括号内的底数“2 表示要素的程度数，括号表示要素的程度数，括号内内2的指数的指数“7表示有表示有7列列 ，用这张正交表最多可以安排，用这张正交表最多可以安排7个个2程度要素。程度要素。L9(34)L9(34)正交表正交表表表16 4直直 观观 分分 析析 计计 算算 表表 表 头

14、设 计 A B C 实 验 号 列 号 1 2 3 4 1 1 1 1 1 2 1 2 2 2 3 1 3 3 3 4 2 1 2 3 5 2 2 3 1 6 2 3 1 2 7 3 1 3 2 8 3 2 1 3 9 3 3 2 1 T1 555 485 555 D 对本实验而言，实验目的是为了提高山楂原料的利用率。所以可以以液化率液化率=(果肉分量-液化后残渣分量)/果肉分量100%为实验目的，来评价液化工艺条件的好坏。液化率越高，山楂原料利用率就越高。 根据专业知识、以往的研讨结论和阅历，从影响实验目的的根据专业知识、以往的研讨结论和阅历，从影响实验目的的诸多要素中，经过因果分析挑选出需

15、求调查的实验要素。普通确诸多要素中，经过因果分析挑选出需求调查的实验要素。普通确定实验要素时，应以对实验目的影响大的要素、尚未调查过的要定实验要素时，应以对实验目的影响大的要素、尚未调查过的要素、尚未完全掌握其规律的要素为先。素、尚未完全掌握其规律的要素为先。 实验要素选定后，根据所掌握的信息资料和相关知识，确定实验要素选定后，根据所掌握的信息资料和相关知识，确定每个要素的程度，普通以每个要素的程度，普通以2-4个程度为宜。对主要调查的实验要个程度为宜。对主要调查的实验要素，可以多取程度，但不宜过多素，可以多取程度，但不宜过多6，否那么实验次数骤增。，否那么实验次数骤增。要素的程度间距，应根据

16、专业知识和已有的资料，尽能够把程度要素的程度间距，应根据专业知识和已有的资料，尽能够把程度值取在理想区域。值取在理想区域。水平水平试验因素试验因素加水量加水量（mL/100g）A加酶量加酶量（mL/100g）B酶解温度酶解温度（）C酶解时间酶解时间（h）D1101201.52504352.53907503.5试验号试验号因素因素液化率液化率A AB BC CD D1 11 11 11 11 10 02 21 12 22 22 217173 31 13 33 33 324244 42 21 12 23 312125 52 22 23 31 147476 62 23 31 12 228287 73

17、 31 13 32 21 18 83 32 21 13 318189 93 33 32 21 14242试验号试验号因素因素液化率液化率A AB BC CD D1 11 11 11 11 10 02 21 12 22 22 217173 31 13 33 33 324244 42 21 12 23 312125 52 22 23 31 147476 62 23 31 12 228287 73 31 13 32 21 18 83 32 21 13 318189 93 33 32 21 14242A3KA3=y7+y8+y9=1+18+42=61，kA3=KA3/3=20.3。试验号试验号因素因素

18、液化率液化率A AB BC CD D1 11 11 11 11 10 02 21 12 22 22 217173 31 13 33 33 324244 42 21 12 23 312125 52 22 23 31 147476 62 23 31 12 228287 73 31 13 32 21 18 83 32 21 13 318189 93 33 32 21 14242K14141131346468989K28787828271714646K36161949472725454k113.713.74.34.315.315.329.729.7k229.029.027.327.323.723.71

19、5.315.3k320.320.331.331.324.024.018.018.0极差极差R15.315.327.027.08.78.714.314.3主次顺序主次顺序BADC优水平优水平A2B3C3D1优组合优组合A2B3C3D1加酶加酶加水加水温度温度时间时间第三节第三节 发酵培育基的成分及来源发酵培育基的成分及来源1、工业常用的碳源、工业常用的碳源葡萄糖、糖蜜、淀粉、糊精、油和脂肪、有机酸。葡萄糖、糖蜜、淀粉、糊精、油和脂肪、有机酸。2、工业常用的氮源、工业常用的氮源有机氮源、无机氮源有机氮源、无机氮源生理酸碱性物质：无机氮源经微生物生理作用生理酸碱性物质：无机氮源经微生物生理作用代谢后

20、能构成酸碱性物质代谢后能构成酸碱性物质3、 无机盐及微量元素无机盐及微量元素低浓度对微生物生长和产物合成有促进作用，低浓度对微生物生长和产物合成有促进作用，在高浓度时常表现出明显的抑制造用。在高浓度时常表现出明显的抑制造用。消费中要经过实验预先了解菌种对无机盐和微量元素的消费中要经过实验预先了解菌种对无机盐和微量元素的最适需求量，以稳定或提高产量。最适需求量，以稳定或提高产量。 4、生长因子、前体物质、产物抑制剂和促进剂、生长因子、前体物质、产物抑制剂和促进剂发酵培育基中某些成分的参与有助于调理产物的构成，发酵培育基中某些成分的参与有助于调理产物的构成，而并不促进微生物的生长，而并不促进微生物

21、的生长，一、碳源一、碳源1、作用、作用提供微生物菌种的生长繁衍所需的能源和合成菌体所必需提供微生物菌种的生长繁衍所需的能源和合成菌体所必需的碳成分的碳成分 提供合成目的产物所必需的碳成分提供合成目的产物所必需的碳成分2、来源、来源糖类、油脂、有机酸、正烷烃糖类、油脂、有机酸、正烷烃3、工业上常用的糖类、工业上常用的糖类 葡萄糖葡萄糖 一切的微生物都能利用葡萄糖 但是会引起葡萄糖效应q 工业上常用淀粉水解糖工业上常用淀粉水解糖,但是糖液必需到达一定的质但是糖液必需到达一定的质q 量目的量目的不同的制糖工艺消费的糖液质量差别很大不同的制糖工艺消费的糖液质量差别很大 糖蜜糖蜜糖蜜是制糖消费时的结晶母

22、液，它是制糖工业的副产物。糖蜜是制糖消费时的结晶母液，它是制糖工业的副产物。 糖蜜主要含有蔗糖，总糖可达糖蜜主要含有蔗糖，总糖可达50%50%75%75%。普通糖蜜分甘。普通糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜葡萄糖蜜。蔗糖蜜和甜菜糖蜜葡萄糖蜜。不用加工方法对甘蔗糖蜜的影响不用加工方法对甘蔗糖蜜的影响糖蜜运用的留意点：糖蜜运用的留意点：除糖份外，含有较多的杂质，其中有些是有用的，但是许除糖份外，含有较多的杂质，其中有些是有用的，但是许多都会对发酵产生不利的影响，需求进展预处置。多都会对发酵产生不利的影响，需求进展预处置。例：谷氨酸发酵例：谷氨酸发酵有害物资：胶体成分起泡、结晶、钙盐结晶有害物资：胶体成分起

23、泡、结晶、钙盐结晶 生物素发酵控制生物素发酵控制预处置：廓清预处置：廓清脱钙脱钙脱除生物素脱除生物素例：柠檬酸发酵例：柠檬酸发酵有害物质：铁离子含量高导致异柠檬酸的生成有害物质：铁离子含量高导致异柠檬酸的生成预处置：预处置：黄血盐黄血盐 淀粉、糊精淀粉、糊精运用条件：微生物必需能分泌水解淀粉、糊精的酶类运用条件：微生物必需能分泌水解淀粉、糊精的酶类缺陷：难利用、缺陷：难利用、 发酵液比较稠、普通发酵液比较稠、普通2.0%时参与一定的时参与一定的-淀粉酶淀粉酶 成分比较复杂，有直链淀粉和支链淀粉等等。成分比较复杂，有直链淀粉和支链淀粉等等。优点：来源广泛、价钱底优点：来源广泛、价钱底 难利用，可

24、以解除葡萄糖效应难利用，可以解除葡萄糖效应例：地衣牙孢杆菌消费例：地衣牙孢杆菌消费-淀粉酶淀粉酶碳源对生长和产酶的影响碳源对生长和产酶的影响碳源碳源 细胞量细胞量 -淀粉酶淀粉酶葡萄糖葡萄糖 4.2 0 蔗糖蔗糖 4.02 0糊精糊精 3.06 38.2淀粉淀粉 3.09 40.2李江华，无锡轻工大学学报，2019(1.5g麸皮)嗜碱芽胞杆菌(AC-2)中碳源对碱性纤维素酶分泌的影响结果：各种碳源相差不大推论：该菌种的碱性纤维素酶为组成型苏勤，林业化学与工业，2019二、氮源二、氮源 氮源主要用于构成菌体细胞物质氨基酸，蛋白质、核酸等和含氮代谢物。常用的氮源可分为两大类：有机氮源和无机氮源。

25、1、无机氮源、无机氮源种类：氨盐、硝酸盐和氨水种类：氨盐、硝酸盐和氨水特点：微生物对它们的吸收快，所以也称之谓迅速利特点：微生物对它们的吸收快，所以也称之谓迅速利用的氮源。但无机氮源的迅速利用常会引起用的氮源。但无机氮源的迅速利用常会引起pH的变的变化如：化如： (NH4)2SO4 2NH3 + 2H2SO4 NaNO3 + 4H2 NH3 + 2H2O + NaOH 无机氮源被菌体作为氮源利用后，培育液中就留下了酸性或碱性物质，这种经微生物生理作用代谢后能构成酸性物质的无机氮源叫生理酸性物质，如硫酸胺，假设菌体代谢后能产生碱性物质的那么此种无机氮源称为生理碱性物质，如硝酸钠。正确运用生理酸碱

26、性物质，对稳定和调理发酵过程的pH有积极作用。 所以选择适宜的无机氮源有两层意义：所以选择适宜的无机氮源有两层意义： 满足菌体生长满足菌体生长 稳定和调理发酵过程中的稳定和调理发酵过程中的pH毛霉产蛋白酶的研讨陈涛，中国酿造，2019初始pH的影响:pH偏酸比较好，中性蛋白酶影响大无机氮源的影响：硫酸铵硝酸铵硝酸钠尿素2、有机氮源、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、粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、玉米浆、玉米蛋白粉、蛋蛋 白胨、酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和白胨、酵母粉、

27、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和酒酒 糟。糟。成分复杂：除提供氮源外，有些有机氮源还提供大量的无机成分复杂：除提供氮源外，有些有机氮源还提供大量的无机 盐及生长因子。盐及生长因子。例例 玉米浆：玉米浆： 可溶性蛋白、生长因子生物素、苯乙酸可溶性蛋白、生长因子生物素、苯乙酸 较多的乳酸较多的乳酸 硫、磷、微量元素等硫、磷、微量元素等 有机氮源成分复杂可以从多个方面对发酵过程进展影响，而另一方面有机氮源的来源具有不稳定性。所以在有机氮源选取时和运用过程中，必需思索原料的动摇对发酵的影响氮源运用的一些相关问题：q 有机氮源和无机氮源该当混合运用有机氮源和无机氮源该当混合运用早期：容易利用易同化的氮源早

28、期：容易利用易同化的氮源无机氮源无机氮源中期：菌体的代谢酶系已构成、那么利用蛋白质中期：菌体的代谢酶系已构成、那么利用蛋白质q 有些产物会受氮源的诱导和阻遏有些产物会受氮源的诱导和阻遏例：例： 蛋白酶的消费蛋白酶的消费q 有机氮源选取时也要思索微生物的同化才干有机氮源选取时也要思索微生物的同化才干q 开发效果好、有针对性的有机氮源依然是令人感兴趣开发效果好、有针对性的有机氮源依然是令人感兴趣q 的课题的课题三、无机盐的微量元素三、无机盐的微量元素1、作用：各种不一样2、来源：C、N源，以盐的方式补充3、用量：根据详细的产品，以实验决议4、运用留意点A. 对于其它渠道有能够带入的过多的某种无机离

29、子和对于其它渠道有能够带入的过多的某种无机离子和 微量元素在发酵过程中必需加以思索微量元素在发酵过程中必需加以思索例：铁离子例：铁离子 青霉素发酵中，铁离子的浓度要小于青霉素发酵中，铁离子的浓度要小于20g/ml 发酵罐必需进展外表处置发酵罐必需进展外表处置B、运用时留意盐的方式、运用时留意盐的方式pH的变化的变化例：黑曲酶例：黑曲酶NRRL-330,消费消费-淀粉酶，淀粉酶，P对酶活的影响对酶活的影响 pH 酶活酶活不加不加 4.25 120分钟分钟加加 K2HPO4 5.45 30分钟分钟加加 KH2PO4 4.62 75分钟分钟四、生长因子、前体和产物促进剂四、生长因子、前体和产物促进剂 从广义上讲，凡是微生物生长不可短少的微量的有机物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称生长因子。 1、生长因子、生长因子 如以糖质原料为碳源的谷氨酸消费菌均为生物素缺陷型，以生物素为生长因子,生长因子对发酵的调控起到重要的作用