第三章培养基1

1、第三章第三章 培养基培养基 第一节第一节 培养基的培养基的基本要求基本要求第二节第二节 培养基的培养基的成分及功能成分及功能 第第三三节节 培养基的培养基的类型类型第第四四节节 影响培养基质量的因素影响培养基质量的因素 培养基是指用于维持微生物生长繁殖和培养基是指用于维持微生物生长繁殖和产物形成的营养物质。产物形成的营养物质。培养基的共性单位培养基能够产生最大量的目的产物能够使目的产物的合成速率最大能够使副产物合成的量最少所采用的培养基应该质量稳定、价格低廉、易于长期获得尽量不影响工业好气发酵中的通气搅拌性能以及发酵产物的后处理对发酵培养基进行科学设计，其过程包括两个重要阶段，首先要对发酵培养

2、的成分及材料的特性有较为详细的了解；其次是在此基础上结合具体微生物和发酵产品的代谢特点对培养基的成分进行合理选择和配比优化。工业培养基是提供微生物生长繁殖和生物合成各种代谢产物所需要的，按一定比例配制的多种营养物质的混合物。所有发酵培养基都必须提供微生物生长繁殖和产物合成所需的能源和各种组成产物的元素，包括碳源、氮源、无机元素、生长因子及水、氧气等。对于大规模发酵生产，除考虑上述微生物的需要外，还必须重视培养基原料的价格和来源。 工业大规模发酵培养基遵循的原则必须提供合成微生物细胞和发酵产物的基本成分有利于减少培养基原料的单耗，即提高单位营养物质的转化率有利于提高产物的浓度，以提高单位容积发酵

3、罐的生产能力有利于提高产物的合成速度，缩短发酵周期尽量减少副产物的形成，便于产物的分离纯化原料价格低廉，质量稳定，取材容易所用原料尽可能减少对发酵过程中通气搅拌的影响，利于提高氧的利用率，降低能耗有利于产品的分类纯化，并尽可能减少产生三废物质第二节第二节 成分及功能成分及功能一、碳（能）源(carbon source)1. 功能提供微生物菌体生长繁殖所需的能源以及合成菌体所需的碳骨架；提供菌体合成目的产物的原料。 2.常用的碳源有糖类、油脂、有机酸和低碳醇，蛋白质水解物或氨基酸也可被微生物作为碳源使用。糖类是发酵培养基中应用最广泛的碳源，主要有葡萄糖、糖蜜和淀粉。葡萄糖使最容易利用的碳源之一，

4、几乎所有的微生物都能利用葡萄糖。糖蜜是制糖生产时的结晶母液，是制糖工业的副产物。含有丰富的糖、氮类化合物，无机盐和维生素，是微生物发酵培养基价廉物美的碳源。一般糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜。糖蜜常用于酵母发酵、抗生素生产过程，酒精生产中用甘薯粉。淀粉等多糖也是常用的碳源，一般要经过菌体产生的胞外酶水解成单糖后再被吸收利用，也可将其经过液化和糖化后再使用。常用的淀粉为玉米淀粉、小麦淀粉和甘薯淀粉。油和脂肪也能被许多微生物作为碳源，这些微生物一般都具有比较活跃的脂肪酶。常用的有豆油、菜子油、葵花籽油、猪油、鱼油、棉籽油。某些微生物对许多有机酸如乳酸、柠檬酸、乙酸等有很强的氧化能力。3. 性质与特点 单

5、糖代谢速度快，产酸而使pH下降，常抑制或阻遏次级代谢产物的合成，需控制其在培养基中的浓度； 多糖粘度高或不能直接被微生物利用，一般需进行预处理加淀粉酶液化； 醇对微生物细胞的生长有抑制作用，也需控制其在培养基中的浓度； 有机酸盐代谢后使培养基pH上升，同时对微生物细胞的生长有抑制作用，需不断予以中和并控制其在培养基中的浓度； CH3COONa+2O2 2CO2+H2O+NaOH 油脂和烃类不溶于水，需要强搅拌使之分散，有时还需加入分散剂；被微生物利用过程中耗氧较大。(6) 油脂即可作碳源又可作消沫剂使用。 二 氮源（氮源（nitrogen source)1.功能:用于构成菌体细胞物质和合成含氮

6、代谢物2. 种类(1)有机氮源: 植物饼粉类：黄豆饼粉、花生饼粉、棉籽饼粉、玉米浆、麸质粉，谷类和豆类浸出液：玉米浆动物肉骨粉：鱼粉、肉骨粉酵母自溶物：酵母膏、酵母提取物蛋白胨、单细胞蛋白等 玉米浆是玉米淀粉生产中的副产物，是一种很容易被微生物利用的良好氮源尿素也是常用的氮源，主要在青霉素和谷氨酸生产中使用(2)无机氮源: 铵盐（NH4SO4，NH4Cl），硝酸盐，氨水-速效氮源，调节PH值一些重要有机氮源的组成（%） 有机氮源干物质蛋白质碳水化合物脂肪纤维灰分玉米麸质粉C o r n g l u t e n meal9091226220532.53.81.68.01.82.5玉米浆C o r

7、 n s t e e p liquor50.024.0 5.81.0 1.0 8.8玉米胚芽粉Corn germ meal93.022.653.21.9 9.5 3.3棉籽饼粉Cottonseed meal94.041.028.93.913.5 6.7菜籽粉（榨）Rapeseed meal92.036.038.00.5 9.5 6.5花生饼粉Peanut meal90.545.023.05.012.0 5.5豆饼粉（榨）Soybean meal90.042.029.94.0 6.0 6.5豆饼粉（萃）Soybean meal90.045.032.20.8 6.5 5.5亚麻籽饼粉Linseed

8、 meal92.036.038.00.5 9.5 6.5鱼粉Fish meal929361723.87.51.021.3肉骨粉Meat and bone meal92.050.0 8.0 3.031.0酵母粉Dried yeast 9495435032391.54.80.81.57.09.0酵母提取物Yeast extract94.552.5 1.510.0酵母提取物Yeast extract94.552.5 1.510.0玉米麸质粉 Corn gluten meal玉米浆 Corn steep liquor玉米胚芽粉 Corn germ meal棉籽饼粉 Cottonseed meal菜籽粉

9、（榨）Rapeseed meal花生饼粉 Peanut meal黄豆饼粉Soybean meal鱼粉 Fish meal肉骨粉 Meat and bone meal酵母粉 Dried yeast 酵母提取物 Yeast extract蛋白胨 Peptone单细胞蛋白 Single cell protein铵盐代谢后使培养基pH下降（生理酸性物质），硝酸盐使pH上升（生理碱性物质） ； (NH4)2 SO4 2NH3+H2SO4 NaNO3+4H2 NH3+H2O+NaOH氨水碱性强，易挥发，不能加热灭菌，不能加到基础培养基中，只用于流加，兼起调节发酵过程pH的作用；3.性质性质有机氮源一般无毒

10、，可在培养基中使用较高的浓度，但高浓度尿素可使培养基pH上升，灭菌不稳定； 有机氮源中同时含有C、N元素，故兼有碳、氮源的作用；有机氮源可直接使用，除尿素外也可制成酶水解物、水浸提物或自溶物使用； 三、无机元素无机元素(inorganic element)1. 功能 为细胞生长和产物合成提供无机元素 维持培养基与细胞间的渗透压平衡；缓冲培养基的pH2. 种类常量元素： P（K2HPO4,KH2PO4 ），S（硫酸盐）， Fe ， Zn ， Mg，Ca (CaCO3) ， K ， Na， Cl 等 微量元素： Mn，Co，Cu，Cr，等3. 特点 磷酸盐可促进菌体的基础代谢,但常常对某些次级代谢

11、物合成产生负调控作用，必须控制它在培养基中的用量；过量的Fe，Cu等金属离子对许多发酵过程产生有害影响，故要避免使用铁罐、铁管道和铜阀门；许多微量元素在有机碳、氮源和自来水中足量存在，故除特殊情况外，一般不需另加。 四 水水是所有培养基的主要组成成分，也是微生物机体的重要组成成分。在微生物代谢过程中占着及其重要的地位。营养物、代谢物、氧气等必须溶解于水后才能通过细胞表面进行正常的生理代谢，水能有效吸收代谢过程中所放出的热，有利于散热，为微生物生长繁殖和合成目的产物提供必须的生理环境。对于发酵工厂来说，洁净、恒定的水源是至关重要的水源质量主要考虑的参数有PH值、溶解氧、可溶性固体、污染程度以及矿

12、物质组成和含量。五 生长调节因子发酵培养基中某些成分的加入有助于调节产物的形成，一般被称为生长辅助物质，包括生长因子、前体、产物抑制剂和促进剂。凡是微生物生长不可缺少的微量的有机物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素都成为生长因子。前体前体 （precursor ）加入到发酵培养基中，能直接被微生物在生物合成过程中结合到产物分子中去，其自身结构并没有多大变化，但是产物的产量却因其加入而有较大提高的一类化合物。一般对微生物生长有抑制作用，故需控制流加。培养一定时间后，少量多次加入。 产物合成促进剂指那些细胞生长非必需的，但加入后却能显著提高发酵产量的一些物质，常以添加剂的形式加入发酵培养基中。六、六、 消沫剂消沫剂 （antifoam)1. 功能 :抑制或消除通气搅拌发酵过程中产生的泡沫。2. 种类:动植物油脂，合成消沫剂（聚醚类和硅油类）。 3. 性质:合成消沫剂削沫能力比动植物油脂强；动植物油脂可兼作碳源，而合成消沫剂一般不被微生物利用；过量的消沫剂影响氧的溶解和下游产物分离提取工序。七七 、酶制剂、酶制剂 (enzyme)1. 功能 :使培养基中大分子成分降解，便于微生物利用；降低