发酵工业的培养基及原料处理-课件

问答题次级代谢产物与初级代谢产物的区别1ppt课件第3章发酵工业的培养基及原料处理

2ppt课件第3章发酵工业的培养基及原料处理一、发酵生产上使用的培养基及原料要求二、培养基的主要原料三、原料的处理四、培养基的灭菌3ppt课件

培养基是提供微生物生长、繁殖及代谢需要的营养基质，最主要是有利于积累大量的微生物产品。培养基成分和配比合适与否，对微生物的生长、产品的合成、提取，甚至最后对成品的产量、质量都会产生相当大的影响。4ppt课件

根据生产工艺的不同，发酵生产上采用的培养基一般可分为斜面培养基、种子培养基和发酵培养基，而种子培养基又可以有摇瓶种子，固体孢子种子等。5ppt课件一、发酵生产上使用的培养基及原料要求1、斜面培养基：斜面培养基是供菌种繁殖、扩大之用，对这种培养基的要求是能够使菌体长得快而健壮，而且不易引起菌种变异。一般斜面培养基中碳源和氮源含量不宜过多，特别是碳源，多了会引起pH波动，无机盐浓度也要控制适当，以免影响菌种特性。6ppt课件2、孢子培养基：供菌种繁殖孢子的一种固体培养基，要求使菌体生长迅速，产生数量较多的优质孢子，并且不引起菌种的变异，因此在配置上要求:①营养不能太丰富，否则不易产孢。

②无机盐浓度要适当，不然会影响孢子量和孢子的颜色（质量）。

③注意pH和湿度。7ppt课件

常用的孢子培养基有：麸皮培养基、小米培养基、大米培养基、玉米碎屑培养基等。它们含氮量低，疏松、表面积大，是较好的产孢子培养基。8ppt课件3、种子培养基：有摇瓶种子和种子罐用的种子培养基等。对种子培养要求做到纯种、健壮、活力旺盛，并有足够的数量，以满足下一级菌种生长繁殖需要。因此，种子培养基要求营养物质适当的丰富和完全，培养基成分易于被菌体吸收，但浓度不宜过高，控制碳氮比，保持培养过程中pH稳定在适当范围内。另外种子培养基的主要成分和培养条件应尽可能同发酵培养基保持一致，以缩短延迟期，使菌种迅速转入旺盛生长。9ppt课件4、发酵培养基：发酵培养基是要求最严格的培养基，它具有双重任务，一是供菌体生长繁殖，二是使菌种能够大量产生发酵产品。因此发酵培养基的营养成分即要丰富和完全，有要求严格控制，尤其是那些对发酵产物的形成有严重影响的成分。10ppt课件

工业生产用培养基不同于实验室，需要更多的考虑原料的来源与成本。

11ppt课件二、培养基的主要原料碳源物质：纯糖：葡萄糖、蔗糖糖蜜：甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜淀粉、糊精等多糖：玉米淀粉、甘薯淀粉、野生植物淀粉纤维素、半纤维素类物质葡萄糖母液(生产结晶葡萄糖后剩下的液体)亚硫酸纸浆废液其它：油脂、有机酸、低级醇类等12ppt课件氮源物质：有机氮源：豆饼粉、花生饼粉、棉子饼粉、酵母粉、蛋白胨、玉米浆、鱼粉、蚕蛹粉、尿素无机氮源：铵盐，如磷酸铵（生理酸性），硝酸盐，如硝酸钠（生理碱性盐）13ppt课件无机盐：磷、硫、镁、钾、钙、铁、钠等元素一般以无机盐的形式加入。微量元素：铜、锌、钴、锰、钼等微量元素一般在复合培养基中都存在，无需单独进入，某些特殊需要的都是以无机盐的形式加入。14ppt课件实例：（一种抗生素的发酵培养基）玉米淀粉：100克豆饼粉：20克酵母粉：10克硫酸铵：0.25克磷酸氢二钾：0.1克碳酸钙：1克微量元素混合液：1ml水：1000mlpH：7.2（消前）15ppt课件实例：（谷氨酸发酵培养基）水解糖：10-10.5%玉米浆：0.3-0.55％磷酸氢二钠：0.17％氯化钾：0.03％硫酸镁：0.06%pH：6.7-7.0初尿：1.8-2.0%流加：0.8-1%16ppt课件三、原料的处理原料处理的目的：微生物工业的原料多采用一些天然的物质，它们大多是农副产品或其它工业的下脚料，使用这些原料具有来源丰富、价格低廉，除含有丰富的碳氮源外，还有维生素和微量元素、具有一定的缓冲能力等，这些都是有利的方面。但是这些物质也有不利的方面，如：营养成分不完全明确，原料的来源不同、加工不同都会影响其品质，对生产上有一定的影响，因此需要根据具体的情况进行处理。17ppt课件预处理：过筛、去壳、粉碎18ppt课件淀粉质原料的处理：目的：一些微生物缺乏淀粉酶，需要将淀粉质原料转化为短链糊精、寡糖、单糖或双糖后才能利用19ppt课件淀粉水调浆（17.8-21.8%）加0.5-0.8%的HCl

pH1.0-1.5

水解罐升温糖化开始蒸汽压力0.3-0.5kg/cm2，进料完毕后升压至2.8-3.0kg/cm2

保持15-30分钟

水解糖液（DE=90-92%）冷却至70℃（一）、淀粉的酸水解：酸水解速度快，常用于氨基酸、核苷酸发酵，工艺过程如下：接下页20ppt课件加NaOH中和至pH4.0-4.5加0.1%活性炭脱色（60℃）过滤糖液DE=×100％还原糖干物质21ppt课件

（二）、淀粉酶法水解工艺过程：淀粉

水调浆（35-40%）加α-淀粉酶

pH6.0

加热保温液化，

pH5.5-6.0，80-90℃30-60分钟

加热灭酶

120℃，15分钟升温灭酶110℃，30-60分钟冷却至60℃，调pH4.5-5.0

添加糖化酶60℃，48-72小时糖化糖液（DE=90-92%）22ppt课件淀粉的分解

淀粉是葡萄糖通过糖苷键连接而成的多糖类，淀粉可分为直链淀粉和支链淀粉，前者是通过α-1,4-糖苷键连接而成，后者是通过α-1,4-糖苷键和α-1,6-糖苷键连接的。23ppt课件α-淀粉酶：又称液化酶，它对直链淀粉的作用是将直链的淀粉分子α-1，4键任意地、不规则的分解为若干短链的糊精，糊精继续分解，最后反应产物为13％的葡萄糖及87％麦芽糖，但是糊精变为糖的速度是极缓慢的。

α-淀粉酶对支链淀粉的作用是将支链淀粉α-1，4键任意地、不规则地并能越过α-1，6键分解为若干短链，但不能分解其中的α-1，6键，最后产物为麦芽糖及少量糊精和葡萄糖。淀粉受到α-淀粉酶的作用后，醪液粘度降低，而且迅速地生成较多量的糊精，故称为糊精化作用，或液化作用。24ppt课件β-淀粉酶：外切型淀粉酶，它是从淀粉分子末端按两个葡萄糖单元切断糖苷键，因此直链淀粉受β-淀粉酶的作用后生成麦芽糖。支链淀粉在α-1，6键以前可以分解成麦芽糖，但不能切断α-1，6键，并且也不能越过α-1，6键，因此β-淀粉酶作用于支链淀粉产物为麦芽糖和界限糊精。25ppt课件糖化酶：其它还有葡萄糖淀粉酶，直链淀粉受此酶作用后，每次切下一个葡萄糖单元，生成葡萄糖。它对α-l，6键分解缓慢，但却能越过1，6键继续水解α-1，4键。淀粉l，6葡萄糖苷酶：也称异淀粉酶、R-酶，它能水解α-1，6糖苷键。异淀粉酶糖化酶26ppt课件酸法酶法葡萄糖值（DE）89-91含非发酵性糖、NaCl等杂质，精制较难糖化液具苦味，色深高温、高压淀粉浆浓度低收率较低，成本较高长时间多次结晶，才能制得纯葡萄糖废液利用率低酸用量少，糖化时间短葡萄糖值（DE）98以上糖化液纯度高，易于精制糖化液不具苦味，色浅常温、常压淀粉浆浓度高收率比酸法提高10％，成本降低10％可一次结晶制得纯葡萄糖废液利用率低酶用量大，糖化时间长酸法糖化与酶法糖化的比较27ppt课件28ppt课件第二节培养基灭菌动力学除菌的方法及设备培养基的灭菌原理灭菌的实际操作29ppt课件一.控制微生物的措施（一）灭菌（sterilization）采用强烈的理化因素使任何物体内外部的一切微生物永远丧失其生长繁殖能力的措施，称为灭菌，例如各种高温灭菌措施等。灭菌实质上可分杀菌和溶菌两种，前者指菌体虽死，但形体尚存，后者则指菌体杀死后，其细胞发生溶化、消失的现象。30ppt课件（二）消毒（disinfection）从字义上来看，消毒就是消除毒害，这里的“毒害”就是指传染源或致病菌的意思，英文中的“dis-infection”也是“消除传染”的意思。所以，消毒是一种采用较温和的理化因素，仅杀死物体表面或内部一部分对人体有害的病原菌，而对被消毒的物体基本无害的措施。31ppt课件（三）防腐（antisepsis）防腐就是利用某种理化因素完全抑制霉腐微生物的生长繁殖，从而达到防止食品等发生霉腐的措施。（1）低温（2）缺氧（3）干燥（4）高渗（5）高酸度（6）防腐剂32ppt课件二.常用灭菌方法培养基的加热灭菌（包括常压或蒸汽高压加热法）空气的过滤除菌紫外线或电离辐射化学药物灭菌33ppt课件常压灭菌法1.干热灭菌法，将金属制品或清洁玻璃器皿放入电热烘箱内，在150～170℃下维持1～2小时后，即可达到彻底灭菌的目的。在这种条件下，可使细胞膜破坏、蛋白质变性、原生质干燥，以及各种细胞成分发生氧化。灼烧，是一种最彻底的干热灭菌方法，但它只能用于接种环、接种针等少数对象的灭菌。34ppt课件常压灭菌法2．湿热灭菌法湿热灭菌法比干热灭菌法更有效。多数细菌和真菌的营养细胞在60℃左右处理5～10min后即可杀死；酵母菌和真菌的孢子稍耐热些，要用80℃以上的温度处理才能杀死；而细菌的芽孢最耐热，一般要在120℃下处理15min才能杀死。35ppt课件干热灭菌与湿热灭菌比较湿热灭菌要比干热灭菌更有效，这一方面是由于湿热易于传递热量，另一方面是由于湿热更易破坏保持蛋白质稳定性的氢键等结构，从而加速其变性。36ppt课件常压灭菌法3.巴氏消毒法（pasteurization）用于牛奶、啤酒、果酒和酱油等不能进行高温灭菌的液体的一种消毒方法，其主要目的是杀死其中无芽孢的病原菌（如牛奶中的结核杆菌或沙门氏菌），而又不影响它们的风味。巴氏消毒法是一种低温消毒法

低温维持法：在63℃下保持30分钟可进行牛奶消毒；高温瞬时法：用于牛奶消毒时只要在72℃下保持15秒钟即可。37ppt课件常压灭菌法4.间歇灭菌法，又称丁达尔灭菌法或分段灭菌法。适用于不耐热培养基的灭菌。方法是：将待灭菌的培养基在80～100℃下蒸煮15～60分钟，以杀死其中所有微生物的营养细胞，然后置室温或37℃下保温过夜，诱导残留的芽孢发芽，第二天再以同法蒸煮和保温过夜，如此连续重复3天(次)，即可在较低温度下达到彻底灭菌的效果。38ppt课件加压灭菌法1.常规加压灭菌法盛有适量水的加压蒸汽灭菌锅加热煮沸，彻底驱尽空气后将锅密闭，再继续加热至121℃（压力为1kg／cm2或15磅／英寸2），时间维持15～20分钟，也可采用在较低的温度（115℃，即0.7kg／cm2或10磅／英寸2）下维持35分钟的方法(适合易分解的培养基)。此法适合于一切微生物学实验室、医疗保健机构或发酵工厂中对培养基及多种器材、物料的灭菌。39ppt课件加压灭菌法

2.连续加压灭菌法在发酵行业里也称“连消法”。此法只在大规模的发酵工厂中作培养基灭菌用。

主要操作：将培养基在发酵罐外连续不断地进行加热、维持和冷却，然后才进入发酵罐。培养基一般在135～140℃下处理5～15秒钟。40ppt课件加热维持41ppt课件加压灭菌法连续加压灭菌法优点①因采用高温瞬时灭菌，故既可杀灭微生物，又可最大限度减少营养成分的破坏，从而提高了原料的利用率，比“实罐灭菌”（120℃，30分钟）提高产量5～10％；②由于总的灭菌时间较分批灭菌明显减少，所以缩短了发酵罐的占用周期，从而提高了它的利用率；③由于蒸汽负荷均匀，故提高了锅炉的利用率；④适宜于自动化操作；⑤降低了操作人员的劳动强度。42ppt课件高温对培养基成分的有害影响43ppt课件消除高温有害影响的措施消除高温有害影响的措施（1）采用特殊加热灭菌法（2）对易破坏的含糖培养基进行灭菌时，应先将糖液与其他成分分别灭菌后再合并；（3）对含Ca2+或Fe3+的培养基与磷酸盐先作分别灭菌，然后再混合，就不易形成磷酸盐沉淀；44ppt课件消除高温有害影响的措施（4）对含有在高温下易破坏成分的培养基（如含糖组合培养基）可进行低压灭菌（在112℃即0.57kg／cm2或8磅／英寸2下灭菌15分钟）或间歇灭菌；（5）在大规模发酵工业中，可采用连续加压灭菌法进行培养基的灭菌45ppt课件灭菌设备灭菌设备

l、高压蒸汽灭菌

生产中使用高压蒸汽灭菌锅的型号很多手提式灭菌锅，容量小，多用于母种培养基灭菌。立式或卧式灭菌锅较大，多用于原种或少量栽培种培养基的灭菌，一般能装几十瓶或几百瓶。灭菌柜要和蒸汽锅炉配套，用于大量的原种和栽培种培养基的灭菌，一次能装几百至几千瓶(袋)。但投资太大，适合大型菌种场使用。

46ppt课件灭菌设备2．常压蒸汽灭菌锅

常压蒸汽灭菌锅是用铁锅、砖、水泥砌成的，造价低，适于一般生产单位和专业户使用。大小可根据需要而定，但最大的锅每次装料也最好不超过500公斤。

3．烘箱

烘箱主要是用于玻璃器皿的干燥和灭菌，也可用于其它物品烘干。47ppt课件培养基灭菌原理二、影响培养基灭菌的因素1、pH值的影响

pH值对微生物的耐热性影响很大，pH为6.0-8.0时微生物最不易死亡，pH<6.0时氢离子易渗入微生物的细胞内。48ppt课件培养基的pH表：pH对微生物耐热性的影响温度℃孢子数（个/ml）灭菌时间（min）pH6.1pH5.3pH5.0pH4.7pH4.512010,0008753311510,000252512131311010,000706535302410010,00074072018015015049ppt课件培养基灭菌原理2、培养基成分

培养基的成分中，油脂、糖类、蛋白质都是传热的不良介质，会增加微生物的耐热性，使灭菌困难。浓度较高的培养基相对需要较高温度和较长时间灭菌。但高浓度的盐类增加了渗透压，可以促进热的传导，降低微生物的耐热性，故易于灭菌50ppt课件培养基灭菌原理3、培养基中的颗粒物质培养基中的颗粒物质大，灭菌困难，反之，灭菌容易。一般说来，含有颗粒对培养基灭菌影响不大，但在培养基混有较大颗粒，特别是存在凝结成团的胶体时，会影响灭菌效果，必须过滤除去。51ppt课件4、泡沫培养基在灭菌时产生的泡沫对灭菌效果有很大的影响，因为泡沫中的空气形成隔热层，空气的导热差，包裹在泡沫中的微生物就不容易被杀死(达不到受热的温度)。因此，灭菌操作中要注意泡沫的产生，要防止压力骤降而起泡。

52ppt课件

天然原料尤其是麸皮等植物性原料配成的培养基，一般含菌量较高，而用纯粹化学试剂配制成的组合培养基，含菌量低。5、培养基中污染菌的数量53ppt课件5、培养基中污染菌的数量表：不同浓度肉毒梭菌（芽孢）在105℃下的灭菌