《发酵培养基》ppt课件

1、第三章第三章发酵培育基发酵培育基：广义上讲培育基是指一切可供微生物细胞生长：广义上讲培育基是指一切可供微生物细胞生长 繁衍所需的繁衍所需的一组营养物质和原料。同时培育基也为微生物培育提供除营一组营养物质和原料。同时培育基也为微生物培育提供除营养外的其它所必需的条件。养外的其它所必需的条件。 发酵培育基的作用：发酵培育基的作用：满足菌体的生长满足菌体的生长促进产物的构成促进产物的构成培育基培育基发酵培育基的要求发酵培育基的要求 培育基可以满足产物最经济的合成。培育基可以满足产物最经济的合成。 发酵后所构成的副产物尽能够的少。发酵后所构成的副产物尽能够的少。 培育基的原料应因地制宜，价钱低廉；且性

2、能稳定，资源丰富，培育基的原料应因地制宜，价钱低廉；且性能稳定，资源丰富，便于采购运输，适宜大规模贮藏，能保证消费上的供应。便于采购运输，适宜大规模贮藏，能保证消费上的供应。 所选用的培育基应能满足总体工艺的要求，如不应该影响通气、所选用的培育基应能满足总体工艺的要求，如不应该影响通气、提取、纯化及废物处置等。提取、纯化及废物处置等。第一节第一节 培育基的类型及功能培育基的类型及功能一、按纯度一、按纯度 合成培育基合成培育基天然培育基天然培育基二、按形状二、按形状半固体培育基半固体培育基液体培育基液体培育基固体培育基固体培育基生理代谢菌种挑选种子培育发酵培育三、按用途从发酵消费运用三、按用途从

3、发酵消费运用思索思索 孢子斜面培育基孢子斜面培育基种子培育基种子培育基发酵培育基发酵培育基1 1种子培育基种子培育基( (包括摇瓶种子和小罐包括摇瓶种子和小罐种子培育基种子培育基) ) 培育种子的目的：培育种子的目的：1.1.扩展培育，添加细胞数量；扩展培育，添加细胞数量；同时也必需培育出强健、安康、活性高的同时也必需培育出强健、安康、活性高的细胞。为了使细胞迅速进展分裂或菌丝细胞。为了使细胞迅速进展分裂或菌丝快速生长。快速生长。1. 必需有较完全和丰富的营养物质，特别需求充足的氮源和生长因子。2. 种子培育基中各种营养物质的浓度不用太高。供孢子发芽生长用的种子培育基，可添加一些易被吸收利用的

4、碳源和氮源。3. 种子培育基成分还应思索与发酵培育基的主要成分相近。种子培育基特点种子培育基特点2 2发酵培育基发酵培育基n发酵培育基是发酵消费中最主要的培育基，它不仅耗用大量的原资料，而且也是决议发酵消费胜利与否的重要要素。1根据产物合成的特点来设计培育基对菌体生长与产物相偶联的发酵对菌体生长与产物相偶联的发酵类型，充分满足细胞生长繁衍的类型，充分满足细胞生长繁衍的培育基就能获得最大的产物。培育基就能获得最大的产物。对于消费氨基酸等含氮的化合物对于消费氨基酸等含氮的化合物时，它的发酵培育基除供应充足时，它的发酵培育基除供应充足的碳源物质外，还应该添加足够的碳源物质外，还应该添加足够的铵盐或尿

5、素等氮素化合物。的铵盐或尿素等氮素化合物。2发酵培育基的各种营养物质的浓度应尽能够高些，这样在同等或相近的转化率条件下有利于提高单位容积发酵罐的利用率，添加经济效益。3发酵培育基需耗用大量原料，因此，原料来源、原资料的质量以及价钱等必需予以注重。第二节第二节 发酵培育基的成分及来源发酵培育基的成分及来源 一、碳源一、碳源1 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体所必需的碳成分 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 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 3、工业

6、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一切的微生物都能利用葡萄糖 但是会引起葡萄糖效应又称葡萄糖阻遏或分解代但是会引起葡萄糖效应又称葡萄糖阻遏或分解代谢产生阻遏作用。葡萄糖或某些容易利用的碳源，谢产生阻遏作用。葡萄糖或某些容易利用的碳源，其分解代谢产物阻遏某些诱导酶体系编码的基因转其分解代谢产物阻遏某些诱导酶体系编码的基因转录的景象。如大肠埃希氏菌培育在含葡萄糖和乳糖录的景象。如大肠埃希氏菌培育在含葡萄糖和乳糖的培育基上，在葡萄糖没有被利用完之前，乳糖支的培育基上，在葡萄糖没有被利用完之前，乳糖支配子就不断被阻遏，乳糖不能被利用，这是由于葡配子就不断被阻遏，乳糖

7、不能被利用，这是由于葡萄糖的分解物引起细胞内萄糖的分解物引起细胞内cAMPcAMP含量降低，启动子释含量降低，启动子释放放cAMP-CAPcAMP-CAP蛋白，蛋白，RNARNA聚合酶不能与乳糖的启动基聚合酶不能与乳糖的启动基因结合，以致转录不能发生，直到葡萄糖被利用完因结合，以致转录不能发生，直到葡萄糖被利用完后，乳糖支配子才进展转录，构成利用乳糖的酶，后，乳糖支配子才进展转录，构成利用乳糖的酶，这种景象称葡萄糖效应。这种景象称葡萄糖效应。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但是糖液必需到达一定的质量目的的质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

8、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液，它是制糖工业的糖蜜是制糖消费时的结晶母液，它是制糖工业的副产物。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。普通糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜葡萄糖蜜。糖蜜分甘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

9、物资：胶体成分起泡、结晶、钙盐结晶有害物资：胶体成分起泡、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：黄血盐黄血盐糖蜜前处置的方法糖蜜前处置的方法1.1.加酸通风沉淀法加酸通风沉淀法2.2.加热加酸沉淀法加热加酸沉淀法3.3.添加絮凝剂廓清处置法添加絮凝剂廓清处置法1.1.加酸通风沉淀法加酸通风沉淀法将糖蜜加水稀释至将糖蜜加水稀释至50Bx50Bx左右，参与左右，参与0.2%0.2%0.3%0.3%浓浓硫酸，通入紧缩空气

10、硫酸，通入紧缩空气1h1h，静止廓清，静止廓清8h8h，取出上，取出上清液作为制备糖蜜用。清液作为制备糖蜜用。通风一方面可赶走通风一方面可赶走SO2SO2或或NO2NO2等有害气体以及挥等有害气体以及挥发性酸和其他挥发物质，另一方面可添加糖液发性酸和其他挥发物质，另一方面可添加糖液中的含氧量，提高糖液的溶氧系数，以利微生中的含氧量，提高糖液的溶氧系数，以利微生物的生长和繁衍。物的生长和繁衍。-冷酸通风处置法冷酸通风处置法2.2.加热加酸沉淀法加热加酸沉淀法在较高的温度和酸度下，对糖蜜中有害微生物的灭在较高的温度和酸度下，对糖蜜中有害微生物的灭菌作用和胶体物质、灰分杂质的廓清沉淀作用均菌作用和胶

11、体物质、灰分杂质的廓清沉淀作用均较强。较强。采用热酸处置法，通常把酸化、灭菌和廓清同时混采用热酸处置法，通常把酸化、灭菌和廓清同时混合一道进展，工艺上稀释原糖蜜时采用阶段稀释合一道进展，工艺上稀释原糖蜜时采用阶段稀释法，第一阶段现用法，第一阶段现用6060温水将糖蜜稀释至温水将糖蜜稀释至555558Bx58Bx，同时添加浓硫酸调整酸度，同时添加浓硫酸调整酸度5 56060，进展酸化，进展酸化，然后静止然后静止5 56h6h；第二阶段那么将已酸化的糖液再；第二阶段那么将已酸化的糖液再稀释到培育所需的浓度。稀释到培育所需的浓度。-热酸处置法热酸处置法3.3.添加絮凝剂廓清处置法添加絮凝剂廓清处置法

12、添加聚丙烯酰胺添加聚丙烯酰胺(PAM)(PAM)絮凝剂来作稀糖液的廓清处置，絮凝剂来作稀糖液的廓清处置，可大大缩短廓清时间。可大大缩短廓清时间。聚丙烯酰胺是由聚丙烯酰胺是由4 4万个丙酰胺单位万个丙酰胺单位CH2=CH-CONH2CH2=CH-CONH2组成组成的，它的化学构造式为的，它的化学构造式为聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺(PAM)(PAM)可以作为絮凝剂絮凝剂主要是带有正电负可以作为絮凝剂絮凝剂主要是带有正电负) )性的基性的基团中和一些水中带有负团中和一些水中带有负( (正电性难于分别的一些正电性难于分别的一些粒子或者叫颗粒，降低其电势，使其处于不稳定形粒子或者叫颗粒，降低其电势，使其处于不

13、稳定形状，并利用其聚合性质使得这些颗粒，集中，并经状，并利用其聚合性质使得这些颗粒，集中，并经过物理或者化学方法分别出来。过物理或者化学方法分别出来。加速糖蜜中胶体物质、灰分和悬浮物的絮凝，从而加速糖蜜中胶体物质、灰分和悬浮物的絮凝，从而使廓清糖液的纯度提高。添加絮凝剂的廓清工艺如使廓清糖液的纯度提高。添加絮凝剂的廓清工艺如下：下：先将糖蜜加水稀释至先将糖蜜加水稀释至303040Bx40Bx，加一定硫酸调，加一定硫酸调PHPH值值3 33.83.8，加热至，加热至9090，添加，添加8ppmPAM8ppmPAM，搅拌均匀，搅拌均匀，廓清静止廓清静止1h1h，取清液即可制备稀糖液用。，取清液即可

14、制备稀糖液用。无色无臭的粘性液体无色无臭的粘性液体 国内大多数糖蜜酒精工厂只思索对用作酒母国内大多数糖蜜酒精工厂只思索对用作酒母的稀糖液进展廓清处置，而对根本糖液那么不经的稀糖液进展廓清处置，而对根本糖液那么不经廓清处置，这样可大大简化消费，提高效率，酒廓清处置，这样可大大简化消费，提高效率，酒精发酵消费也不会受影响。精发酵消费也不会受影响。谷氨酸发酵的糖蜜预处置谷氨酸发酵的糖蜜预处置 自以淀粉水解糖发酵消费谷氨酸研讨胜利并自以淀粉水解糖发酵消费谷氨酸研讨胜利并投入消费后投入消费后以廉价糖蜜替代淀粉水解糖制造谷氨酸以廉价糖蜜替代淀粉水解糖制造谷氨酸普通谷氨酸发酵培育基以含生物素普通谷氨酸发酵培

15、育基以含生物素1-1-5g/L5g/L为适宜为适宜糖蜜中的生物素含量为糖蜜中的生物素含量为0.040.0410g/g10g/g普通甘蔗糖蜜的生物素含量为普通甘蔗糖蜜的生物素含量为1 110g/g10g/g甜菜糖蜜的生物素含量为甜菜糖蜜的生物素含量为0.040.040.06g/g0.06g/g如配成含糖如配成含糖10%10%的培育基，每升培育基的生物素含量的培育基，每升培育基的生物素含量将达将达8 82000g2000g，显然不适于谷氨酸的发酵。处，显然不适于谷氨酸的发酵。处理这个问题的主要方法包括糖蜜预处置法、添加理这个问题的主要方法包括糖蜜预处置法、添加化学药剂法、追加糖蜜法及油酸缺陷型突变

16、株等化学药剂法、追加糖蜜法及油酸缺陷型突变株等四种方法。四种方法。1.1.糖蜜预处置法糖蜜预处置法此方法是发酵前将糖蜜先经过处置此方法是发酵前将糖蜜先经过处置以除去其中过量的生物素以除去其中过量的生物素活性碳活性碳树脂树脂亚硝酸亚硝酸处置方法处置方法(1)(1)活性碳处置法活性碳处置法单用活性碳处置时，用碳量为糖蜜的单用活性碳处置时，用碳量为糖蜜的30%30%40%40%假设先用漂白粉处置，再经活性碳处假设先用漂白粉处置，再经活性碳处置，用碳量为糖蜜的置，用碳量为糖蜜的10%10%20%20%。详。详细方法是先将糖蜜适当稀释后，用细方法是先将糖蜜适当稀释后，用漂白粉处置漂白粉处置( (或通入氯

17、气或通入氯气) )后用碱调后用碱调PH3.0PH3.0，参与活性碳，参与活性碳，6060加热加热1h1h，进展过滤，即得精致糖蜜。进展过滤，即得精致糖蜜。(2)(2)树脂处置法树脂处置法 甜菜糖蜜可用非离子型的脱色树脂处置，甜菜糖蜜可用非离子型的脱色树脂处置，以吸附生物素。以吸附生物素。先将糖蜜稀释到一定的浓度，后加酸调先将糖蜜稀释到一定的浓度，后加酸调PHPH值至值至2.52.5，在，在120120灭菌灭菌20min20min，用，用NaOHNaOH调调PH4.0PH4.0，将，将此糖液经过脱色树脂柱此糖液经过脱色树脂柱( (树脂容积与糖液之比树脂容积与糖液之比为为1 1：0.67)0.67

18、)，流出的糖液调至，流出的糖液调至PH7.0PH7.0后，用于制后，用于制备发酵培育基。备发酵培育基。(3)(3)亚硝酸处置法亚硝酸处置法先将糖蜜稀释至含糖先将糖蜜稀释至含糖10%10%30%30%，再参与亚硝酸，再参与亚硝酸盐和矿酸，亚硝酸盐的用量依糖蜜中的氨基态盐和矿酸，亚硝酸盐的用量依糖蜜中的氨基态氮，氨态氮和生物素浓度而定，矿酸的用量以氮，氨态氮和生物素浓度而定，矿酸的用量以能使亚硝酸从亚硝酸盐游离而出为准，但以稍能使亚硝酸从亚硝酸盐游离而出为准，但以稍过量为好。生物素失活。过量为好。生物素失活。用亚硝酸处置糖蜜以破坏生物素用亚硝酸处置糖蜜以破坏生物素2.2.添加化学药剂法添加化学药剂

19、法生物素对谷氨酸发酵的影响：生物素对谷氨酸发酵的影响：影响菌体细胞对谷氨酸的浸透性影响菌体细胞对谷氨酸的浸透性生物素丰富时，菌体的细胞膜构成完好，生物素丰富时，菌体的细胞膜构成完好，使谷氨酸不能浸显显露菌体外使谷氨酸不能浸显显露菌体外采用其他的化学药剂采用其他的化学药剂可以改动细胞膜的构造，添加细胞膜对谷可以改动细胞膜的构造，添加细胞膜对谷氨酸的浸透性，而不用控制生物素的含氨酸的浸透性，而不用控制生物素的含量，可以添加青霉素或外表活性剂。量，可以添加青霉素或外表活性剂。(1)(1)添加青霉素法添加青霉素法在培育初期参与少量青霉素，在培育基中在培育初期参与少量青霉素，在培育基中生物素丰富条件下，

20、能大大提高谷氨酸生物素丰富条件下，能大大提高谷氨酸含量。含量。例如例如运用谷氨酸小球菌运用谷氨酸小球菌NO.560进展转化糖蜜的发酵，进展转化糖蜜的发酵，1L发酵发酵液中参与无菌青霉素液中参与无菌青霉素G钾盐钾盐400单位，经过单位，经过48h发酵，产发酵，产酸达酸达4%，不加青霉素的对照发酵，产酸量仅达，不加青霉素的对照发酵，产酸量仅达0.4%。(2)(2)添加外表活性剂法添加外表活性剂法外表活性剂外表活性剂(surfactant)是指具有固定的亲水亲油是指具有固定的亲水亲油基团，在溶液的外表能定向陈列，并能使外表张基团，在溶液的外表能定向陈列，并能使外表张力显著下降的物质。力显著下降的物质

21、。 近年来添加外表活性剂于糖蜜原料发酵消费谷氨近年来添加外表活性剂于糖蜜原料发酵消费谷氨酸的研讨进展很大，并用流加浓糖液法，可使发酸的研讨进展很大，并用流加浓糖液法，可使发酵产酸达酵产酸达8%-9%。(3)(3)添加抗氧剂法添加抗氧剂法运用乳糖发酵短杆菌运用乳糖发酵短杆菌No.2256No.2256进展甘蔗糖蜜发进展甘蔗糖蜜发酵时，培育酵时，培育5h5h后，添加后，添加0.05mg/mL0.05mg/mL的硫二甘的硫二甘胆酸胆酸(Thiodiglycocholic acid)(Thiodiglycocholic acid)，发酵，发酵202030h30h，谷氨酸对糖产率为谷氨酸对糖产率为51.

22、2%51.2%，而对照仅为，而对照仅为45.0%45.0%。利用抗氧剂可以坚持谷氨酸利用抗氧剂可以坚持谷氨酸的消费才干的消费才干例如例如3.3.追加糖蜜法追加糖蜜法 上述糖蜜预处置法和添加化学药剂法虽然上述糖蜜预处置法和添加化学药剂法虽然可以提高谷氨酸生成量，但是在工艺上和经济可以提高谷氨酸生成量，但是在工艺上和经济核算上当然以不预先处置、也不添加药剂最为核算上当然以不预先处置、也不添加药剂最为理想。理想。19651965年发现谷氨酸产生菌细胞生长到达最大值，年发现谷氨酸产生菌细胞生长到达最大值，谷氨酸生成酶系统完全构成时，纵然添加过量谷氨酸生成酶系统完全构成时，纵然添加过量生物素也无碍于发酵

23、。生物素也无碍于发酵。因此，可以采用先以葡萄糖或经处置的糖蜜的培因此，可以采用先以葡萄糖或经处置的糖蜜的培育基培育，当菌体生长到达最大值，再加生物育基培育，当菌体生长到达最大值，再加生物素含量多的糖蜜进展发酵，就可以提高谷氨酸素含量多的糖蜜进展发酵，就可以提高谷氨酸的生成量。的生成量。4.4.采用营养缺陷型变异株法采用营养缺陷型变异株法 目前所用的糖质原料发酵的谷氨酸产生菌以生物素缺陷型为主，必需在生物素限量的条件下才干积累谷氨酸。根据生物素对谷氨酸发酵的影响的缘由，采用人工诱变方法使生物素缺陷型菌株转变为油酸缺陷型或其他营养缺陷型如组氨酸缺陷型、精氨酸缺陷型等，可以在生物素过量的培育基中发酵

24、构成大量谷氨酸。 例如将硫植短杆菌例如将硫植短杆菌No.653No.653和它的油酸缺陷和它的油酸缺陷型变异株型变异株D-248D-248分别用一下培育基培育分别用一下培育基培育( (表表2-2-13)13)，结果，结果No.653No.653短杆菌仅生成短杆菌仅生成5mg/mL5mg/mL谷氨酸，谷氨酸，而而D-248D-248菌却生成菌却生成63mg/mL63mg/mL谷氨酸。谷氨酸。 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

25、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，可以解除葡萄糖效应难利用，可以解除葡萄糖效应石油代粮发酵的原料石油代粮发酵的原料石油代粮发酵的特点石油代粮发酵的特点石油代粮发酵原料的选择石油代粮发酵原料的选择一、石油代粮发酵的特点一、石油代粮发酵的特点微生物工业是用粮最多的产业部门，每消费微生物工业是用粮最多的产业部门，每消费1t1t酒酒精，耗粮精，耗粮3t3t左右，每左右，每1t1t有机酸，耗粮有机酸，耗粮3 38t8t，抗生素、酶制剂等用粮尤大，全世界微生物工抗生素、酶制剂等用粮尤大，

26、全世界微生物工业耗费的粮食原料数是非常惊人的。业耗费的粮食原料数是非常惊人的。随着微生物工业的日益开展，面临着原料供应缺随着微生物工业的日益开展，面临着原料供应缺乏，迫切需求开辟新原料途径，如利用石油等。乏，迫切需求开辟新原料途径，如利用石油等。石油在目前是地球上蕴藏非常丰富的资源，因石油在目前是地球上蕴藏非常丰富的资源，因此石油代粮发酵有着艰苦的意义。此石油代粮发酵有着艰苦的意义。 能利用石油的微生物种类很多，分布很广，能利用石油的微生物种类很多，分布很广，石油微生物几乎能利用一切的石油成分，或将石油微生物几乎能利用一切的石油成分，或将其同化构成菌体或某些产物。其同化构成菌体或某些产物。石油

27、微生物的作用的最大特点是能使化学上很稳石油微生物的作用的最大特点是能使化学上很稳定的正烷烃、环烷烃、芳香烃等化合物在常压定的正烷烃、环烷烃、芳香烃等化合物在常压下发生化学变化，所以石油发酵不需高温、高下发生化学变化，所以石油发酵不需高温、高压、耐酸、耐腐蚀的设备。压、耐酸、耐腐蚀的设备。 石油代粮发酵近年来已获得艰苦的进展，石油代粮发酵近年来已获得艰苦的进展，国外石油蛋白已完成了试产和毒性实验，业已国外石油蛋白已完成了试产和毒性实验，业已正式投产。英国用石蜡为原料，美国用气烃、正式投产。英国用石蜡为原料，美国用气烃、法国用柴油为原料，日本、苏联亦完成了研讨，法国用柴油为原料，日本、苏联亦完成了

28、研讨，石油蛋白的收率为石油蛋白的收率为50%50%80%80%。从研讨微生物发。从研讨微生物发酵石油发现，几乎糖发酵的一切产物，都可由酵石油发现，几乎糖发酵的一切产物，都可由微生物发酵石油馏分来得到微生物发酵石油馏分来得到( (如表如表2-142-14所示所示) )石油发酵与糖发酵不同，作为基质的烃类是不石油发酵与糖发酵不同，作为基质的烃类是不溶于水的，为了使菌体生长才干提高，有必要溶于水的，为了使菌体生长才干提高，有必要使发酵液成为极细的乳状液，发酵罐的构造要使发酵液成为极细的乳状液，发酵罐的构造要思索有利于乳化，添加外表活性剂促进乳化是思索有利于乳化，添加外表活性剂促进乳化是一种有效途径。

29、一种有效途径。用烃类作为基质需求的氧气量为碳水化合物做用烃类作为基质需求的氧气量为碳水化合物做基质的几倍，以烃类作为基质繁衍时间长，生基质的几倍，以烃类作为基质繁衍时间长，生长速度也较慢，发酵时耗氧量多。长速度也较慢，发酵时耗氧量多。用烃类做原料发酵时产生的热量比碳水化合物发用烃类做原料发酵时产生的热量比碳水化合物发酵时产生的热量要大得多。酵时产生的热量要大得多。( (碳水化合物的熄灭碳水化合物的熄灭热：热：1.561.56103KJ/kg103KJ/kg，烃类：，烃类：4.784.78104KJ/kg)104KJ/kg)。应中选育顺应高温的育种，这样可以部分地处理应中选育顺应高温的育种，这样

30、可以部分地处理发酵热的问题。发酵热的问题。利用细菌进展石油发酵产品分别是较困难的，正利用细菌进展石油发酵产品分别是较困难的，正由于思索到烃类发酵需氧量多和烃在水中的溶解由于思索到烃类发酵需氧量多和烃在水中的溶解度有限，因此，需求设计顺应于石油发酵的设备，度有限，因此，需求设计顺应于石油发酵的设备，石油发酵的生化工程，还需求相应跟上。石油发酵的生化工程，还需求相应跟上。石油代粮发酵除了以上的特点外，作为石油代石油代粮发酵除了以上的特点外，作为石油代粮发酵的产物首先要求保证平安而且无毒性。粮发酵的产物首先要求保证平安而且无毒性。二、石油代粮发酵原料的选择二、石油代粮发酵原料的选择 石油代粮发酵所用

31、原料，并非指原油，而石油代粮发酵所用原料，并非指原油，而是它的馏分，以正链烷、轻油、灯油用的较多。是它的馏分，以正链烷、轻油、灯油用的较多。因微生物同化烃类时，链烃比环烃易同化，直因微生物同化烃类时，链烃比环烃易同化，直链烃比支链烃易同化，在饱和直链烃中以链烃比支链烃易同化，在饱和直链烃中以C13C131818最易同化，因此，最易同化，因此，C9C9以上的石蜡运用以上的石蜡运用最普遍。此外，石油化工产品如甲醇、乙醇、最普遍。此外，石油化工产品如甲醇、乙醇、醋酸、乙二醇、丙二醇，甚至反丁烯二酸、安醋酸、乙二醇、丙二醇，甚至反丁烯二酸、安息香酸萘等都可作为发酵原料。由于醋酸容易息香酸萘等都可作为发

32、酵原料。由于醋酸容易从石油裂解的乙烯来合成，且发酵工艺、设备从石油裂解的乙烯来合成，且发酵工艺、设备条件几乎与糖质发酵无异，因此，首先用在谷条件几乎与糖质发酵无异，因此，首先用在谷氨酸、赖氨酸的发酵消费上。氨酸、赖氨酸的发酵消费上。 普通以为微生物氧化正烷烃的途径，是经普通以为微生物氧化正烷烃的途径，是经过单末端氧化与双末端氧化生成脂肪酸，然后过单末端氧化与双末端氧化生成脂肪酸，然后用用-氧化开裂成醋酸，再以乙酰辅酶氧化开裂成醋酸，再以乙酰辅酶A A的方式的方式投入三羧酸循环而积累有关的有机酸类。对烃投入三羧酸循环而积累有关的有机酸类。对烃类代谢途径与控制的进一步了解，将更有效地类代谢途径与控

33、制的进一步了解，将更有效地提高石油发酵的收率。提高石油发酵的收率。 作为原料选择的方面来看，终究采用石油作为原料选择的方面来看，终究采用石油为原料，还是用石油制品为原料，不能即下定为原料，还是用石油制品为原料，不能即下定论，应因地制宜来选择，但在石油化工开展的论，应因地制宜来选择，但在石油化工开展的根底上，鉴于目前的发酵设备及技术条件，似根底上，鉴于目前的发酵设备及技术条件，似乎运用醋酸、乙醇等原料将会是一种有效的代乎运用醋酸、乙醇等原料将会是一种有效的代粮资源。与其他碳源相比，不仅具有水溶性好，粮资源。与其他碳源相比，不仅具有水溶性好，本身没有毒性，而且具有较高的发酵率和转化本身没有毒性，而

34、且具有较高的发酵率和转化率，控制方便等优点。率，控制方便等优点。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。 1 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。但无机氮源的称之谓迅速利用的氮源。但无机氮源的迅速利用常会引起迅速利用常会引起pH的变化如：的变化如： (NH4)2SO4 2NH3 + 2H2SO4 NaNO3 + 4H2 NH3 + 2H2O + NaOH 无机氮源被菌体作为氮源利用后，培

35、育液中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。无机氮源称为生理碱性物质，如硝酸钠。正确运用生理酸碱性物质，正确运用生理酸碱性物质，对稳定和调理发酵过程的对稳定和调理发酵过程的pHpH有积极作用。有积极作用。 所以选择适宜的无机氮源有所以选择适宜的无机氮源有两层意义：两层意义： 2 2、有机氮源

36、、有机氮源来源：工业上常用的有机氮源都是一些来源：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、蛋白胨、子饼粉、玉米浆、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和酒体和酒 糟。糟。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。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、微量元素等成分复杂：成分复杂： 有机氮

37、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

38、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A. A. 对于其它渠道有能够带入的过多的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某种无机离子和微量元素在发酵过程中必需加以思索必需加以思索例：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 B、运用时留意盐的方式、运用时留意盐的方式pHpH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，PH对酶活的影响对酶活的影响 pH 酶活酶活不加不

39、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 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 。例如例如 有机氮源是这些生长因子的重要来源，多数有机氮源含有较多的B簇维生素和微量元素及一些微生物生长不可短少的生长因子 前体指某些化合物参与到发酵培育基中，能直接彼微生物在生物合成过程中合成

40、到产物物分子中去，而其本身的构造并没有多大变化，但是产物的产量却因参与前体而有较大的提高。2 2、前体、前体青霉素：分子量青霉素：分子量356苯乙酸苯乙酸:分子量分子量有些氨基酸、核苷酸和抗生素发有些氨基酸、核苷酸和抗生素发酵必需添加前体物质才干获得较酵必需添加前体物质才干获得较高的产率。高的产率。例如丝氨酸、色氨酸、异亮氨例如丝氨酸、色氨酸、异亮氨酸及苏氨酸发酵时，培育基酸及苏氨酸发酵时，培育基中须分别添加各种氨基酸的中须分别添加各种氨基酸的前体物质如甘氨酸、氨茴酸、前体物质如甘氨酸、氨茴酸、吲哚、吲哚、2- 2-羟基羟基-4-4-甲基甲基- -硫代丁硫代丁酸，酸，- -氨基丁酸及高丝氨酸等

41、氨基丁酸及高丝氨酸等( (如表如表2-152-15所示所示) )，这样可防止，这样可防止氨基酸合成途径的反响抑制氨基酸合成途径的反响抑制造用，从而获得较高的产率。造用，从而获得较高的产率。青霉素发酵青霉素发酵不但可使青霉素不但可使青霉素G G的比例大为添加的比例大为添加( (占总青占总青霉素量的霉素量的99%99%以上以上) )，且使青霉素的产量，且使青霉素的产量也有所提高也有所提高( (由于前体物的存在，可使培由于前体物的存在，可使培育基的硫酸盐中的硫原子更多地结合到育基的硫酸盐中的硫原子更多地结合到青霉素分子中去青霉素分子中去) )。在抗生素发酵中常用。在抗生素发酵中常用的前体物质如表的前

42、体物质如表2-162-16所示。所示。参与苯乙酸或苯乙硫胺参与苯乙酸或苯乙硫胺前体物质的利用往往与菌种的前体物质的利用往往与菌种的特性和菌龄有关特性和菌龄有关如两种青霉素产生菌对苯乙酸的如两种青霉素产生菌对苯乙酸的利用率不同，构成青霉素利用率不同，构成青霉素G G的比的比例也不同，例也不同，菌龄较老的菌丝对苯乙酰胺的脱菌龄较老的菌丝对苯乙酰胺的脱氨作用较菌龄轻的菌丝为大；青氨作用较菌龄轻的菌丝为大；青霉素对各种前体物质的利用速率霉素对各种前体物质的利用速率不同，前体物质愈易被氧化的，不同，前体物质愈易被氧化的，用于构成青霉素分子的比例就越用于构成青霉素分子的比例就越少。少。普通说来普通说来前体

43、物质参与量越多，抗生素产生量就越高前体物质参与量越多，抗生素产生量就越高( (见表见表2-17)2-17)。前体物质是合成过程中的限制要素前体物质是合成过程中的限制要素但前体物质的浓度越大，利但前体物质的浓度越大，利用率越低。在抗生素发酵中用率越低。在抗生素发酵中大多数的前体物质对消费菌大多数的前体物质对消费菌体有毒，故一次参与量不宜体有毒，故一次参与量不宜过大。为了防止前体物质浓过大。为了防止前体物质浓度过大，普通可采用间歇分度过大，普通可采用间歇分批添加或延续滴加的方法参批添加或延续滴加的方法参与。与。前体运用时普遍采用流加的方法前体运用时普遍采用流加的方法 前体普通都有毒性，浓度过大对菌

44、体的生长不利前体普通都有毒性，浓度过大对菌体的生长不利 苯乙酸，普通根底料中仅仅添加苯乙酸，普通根底料中仅仅添加0.07% 前体相对价钱较高，添加过多，容易引起挥发和氧前体相对价钱较高，添加过多，容易引起挥发和氧化，化， 流加也有利于提高前提的转化率流加也有利于提高前提的转化率用法：用法：3 3、产物促进剂、产物促进剂 所谓产物促进剂是指那些非细胞生长所谓产物促进剂是指那些非细胞生长所必需的营养物，又非前体，但参与后所必需的营养物，又非前体，但参与后却能提高产量的添加剂。却能提高产量的添加剂。 缘由：缘由： 有些促进剂本身是酶的诱导物；有些促进剂本身是酶的诱导物； 有些促进剂是外表活性剂，可改

45、有些促进剂是外表活性剂，可改善细胞的透性，改善善细胞的透性，改善 细胞与氧的接触从而促进酶的细胞与氧的接触从而促进酶的分泌与消费，分泌与消费， 也有人以为外表活性剂对酶的外也有人以为外表活性剂对酶的外表失活有维护作用；表失活有维护作用； 有些促进剂的作用是沉淀或螯合有些促进剂的作用是沉淀或螯合有害的重金属离子。有害的重金属离子。促进剂提高产量的机制还不完全促进剂提高产量的机制还不完全清楚清楚有的能够起生长要素的作用有的能够起生长要素的作用如参与微量如参与微量“九二九二或其他植物刺激剂可促进某些放线菌的发育，或其他植物刺激剂可促进某些放线菌的发育，缩短发酵周期或提高抗生素发酵单位；缩短发酵周期或

46、提高抗生素发酵单位；有的可推迟菌体的自溶有的可推迟菌体的自溶如巴比妥药物能添加链如巴比妥药物能添加链霉素产生菌的菌丝抗自溶才干霉素产生菌的菌丝抗自溶才干( (巴比妥主要对链巴比妥主要对链霉素生成合成酶系统具有刺激作用霉素生成合成酶系统具有刺激作用) )；有的是抑制了某些合成其他产物的途径而使之向有的是抑制了某些合成其他产物的途径而使之向所需产物的途径转化所需产物的途径转化( (见表见表2-18)2-18)。 抗生素工业在发酵过程中参与某些促进剂或抑制剂，常可促进抗生素的生物合成不同的促进剂所引起的作用也各不一样不同的促进剂所引起的作用也各不一样如今已采用发酵时定时添加红霉素而处理如今已采用发酵

47、时定时添加红霉素而处理氨基酸发酵易于发生的问题氨基酸发酵易于发生的问题谷氨酸发酵时噬菌体引起的异常发酵谷氨酸发酵时噬菌体引起的异常发酵赖氨酸发酵等营养缺陷型菌株易发生回复突变赖氨酸发酵等营养缺陷型菌株易发生回复突变由于噬菌体有宿主专性，如今的措施是交替由于噬菌体有宿主专性，如今的措施是交替改换菌种或选用抗噬菌体菌株，但噬菌体也改换菌种或选用抗噬菌体菌株，但噬菌体也可以发生宿主范围突变，因此也有采用添加可以发生宿主范围突变，因此也有采用添加氯霉素、多聚磷酸盐、植酸等防止氯霉素、多聚磷酸盐、植酸等防止 在发酵过程中添加促进剂的用量极微，选择得好，效果较显著，但普通来说，促进剂的专注性较强，往往不能相互套用。五、水五、水 对于发酵工厂来说，恒定的水源是至关重要的，由于在不同水源中存在的各种要素对微生物发酵代谢影响甚大。 水源质量的主要思索参数包括pH值、溶解氧、可溶性固体、污染程度以及矿物质组成和含量。 对于酿造行业，水的重要性不言而喻对于酿造行业，水的重要性不言而喻对于常规发酵，可靠、耐久，能提供大量成分一致清洁的水。对于常规发酵，可靠、耐久，能提供大量成分一致清洁的水。六、培育基确定方法六、培育基确定方法1首先必需做好调查研讨任务，了解菌种的来源、生活习惯、生理生化特性和普通的营养要求。工业消费主要运用细菌、放线菌、酵母菌和霉菌四大类微生物