发酵工程韦革宏杨祥第章节PPT课件

1、.,1,第一节发酵营养基质的组成,.,2,一、碳源营养,微生物从总体上说几乎可以分解利用地球上的一切有机物，但其碳源谱个体差异较大。总的来说，发酵上常用的碳源集中在糖类、脂类和烃类三种，糖类最常用。,.,3,一、碳源营养,葡萄糖优势：广谱碳源，几乎所有的微生物都能利用劣势：初糖效应、影响DO，且其代谢对很多发酵产物有干扰解决方法：流加或连续发酵其他糖类果糖双糖多糖有机酸、醇、酯、烃常用价格便宜的，如淀粉，但需预处理,.,4,一、碳源营养,糖蜜糖蜜(molasses)是制糖工业的下脚料。将提纯的甘蔗汁或甜菜汁熬成带有结晶的糖膏，用离心机分出结晶糖，重复多次，至不能结晶，此母液即糖蜜。典型糖蜜的成

2、分和性状，见下页表4-3.,.,5,表4-3典型糖蜜的成分和性状,.,6,一、碳源营养,由于我国制糖工业在南方和北方所用原料不同，所以糖蜜也主要有甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜两种。糖蜜的品质因不同产地、不同产区土质、不同气候、不同原料品种、不同收获季节、不同制糖方法与工艺条件而有很大差异。糖蜜主要应用在氨基酸、抗生素、酒精等发酵工业上。,.,7,一、碳源营养,脂类含义：主要指各种长链脂肪酸常用物质：各种动物油和植物油，如各种菜油、豆油、棉子油、葵花子油、猪油、鱼油等常用菌种：如解脂假丝酵母等使用注意事项：乳化问题、供氧问题,.,8,一、碳源营养,烃类常用物质：常以石油各个组分为原料常用菌种：即“石油微生

3、物”，如热带假丝酵母、解脂假丝酵母、嗜油毕赤氏酵母、脱蜡球拟酵母以及某些假单胞菌等发酵行业：石油脱蜡、SCP生产,.,9,二、氮源营养,凡是能被用来构成菌体物质中或代谢产物中氮素来源的营养物质称为氮源。微生物整体利用的氮源范围则称氮源谱。象碳源谱一样，微生物的氮源谱也比较广大，但个体间差异较碳源谱小，NCHO型最易利用。除极少数具有固氮能力的微生物以外，微生物的氮源都来自自然界中的无机氮或有机氮物质，因此我们可以将氮源分为无机氮源和有机氮源两种。,.,10,二、氮源营养,无机氮源常用物质：氨水、铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐等特点：利用速度快，很多是速效氮源某些利用后会改变培养基pH值，称这些氮源为生

4、理酸、碱性物质氨水简介缺点：有些微生物不能利用,.,11,二、氮源营养,有机氮源常用物质：主要是各种成分复杂的工农业下脚料，如各种豆粉、玉米粉、棉子饼粉、花生饼粉、各种蛋白粉、鱼粉、蚕蛹粉、某些发酵的废菌丝体粉、酿酒工业的酒糟以及实验室常用的牛肉膏、蛋白胨等等特点：营养丰富，常为迟效氮源,.,12,二、氮源营养,有机氮源玉米浆概念：玉米浆是以玉米制淀粉或制糖中的玉米浸泡水制得的。目前主要应用于抗生素工业。玉米浆由于浸泡使得营养十分丰富使用注意：酸性(pH值约为4)，质量波动,.,13,二、氮源营养,尿素亦称脲，CO(NH2)2，相当于碳酸的二酰氨，外观为白色晶体或粉末，是动物蛋白质代谢后的产物

5、。应用范围：广泛，尤其在抗生素和氨基酸发酵中使用注意中性氮源含氮量高（46%）微生物必须能分泌脲酶营养简单,.,14,二、氮源营养,蛋白胨概念：外观呈淡黄色的粉剂，是具有某种类似肉香的特殊气味，平均分子量在2000左右的氮素混合物。使用注意营养成分的波动一般仅用于实验室防止吸潮,.,15,三、无机盐及微量元素,概念：指除碳、氮元素外其他各种重要元素及其供体。划分：大量元素(10-310-4mol/L)主要是P、S、K、Mg、Ca、Na和Fe等微量元素(10-610-8mol/L)主要是Cu、Zn、Mn、Mo和Co等使用：大量元素：盐；微量元素：有机碳(氮)源、高倍贮液,.,16,三、无机盐及微

6、量元素,磷元素细胞内存在：磷酸基团，以酯键与各种细胞组分相连接作用：细胞膜组分活化糖类分子共价修饰桥接核苷酸组成ATP,.,17,三、无机盐及微量元素,常用供体：K3PO43H2O、K3PO4、Na2HPO412H2O、NaH2PO42H2O等注意事项：“磷酸盐调节”现象有机碳(氮)源的使用,.,18,三、无机盐及微量元素,硫元素细胞内存在：多以巯基或杂环硫形式存在作用：蛋白质构象形成必需构成含硫维生素供体：硫酸盐注意事项：有机碳(氮)源的使用产物含硫的发酵,.,19,三、无机盐及微量元素,钙元素细胞内存在：二价离子(Ca2+)形式作用：很多酶的辅因子或激活剂渗透压调节剂供体：CaCl2注意事

7、项：不要与磷酸盐同时添加可以用CaCO3作为备用碱,.,20,三、无机盐及微量元素,镁元素细胞内存在：二价离子(Mg2+)形式作用：很多酶的辅因子或激活剂叶绿素组分供体：MgSO4注意事项：注意发酵培养基的pH值,.,21,三、无机盐及微量元素,钾元素细胞内存在：一价离子(K+)形式作用：很多酶的辅因子或激活剂供体：KH2PO4和K2HPO4,.,22,三、无机盐及微量元素,钠元素细胞内存在：一价离子(Na+)形式作用：调节渗透压某些特殊微生物所需供体：NaH2PO4，Na2SO4，NaCl注意事项：培养原生质体时注意盐浓度,.,23,三、无机盐及微量元素,铁元素细胞内存在：二价离子(Fe2+

8、)形式存在，常与蛋白质结合作用：呼吸链重要组分供体：FeSO47H2O注意事项：注意不要过量添加,.,24,三、无机盐及微量元素,微量元素细胞内存在：多以蛋白结合离子方式存在作用：多为某酶的核心组分供体：在机碳(氮)源中含有，或使用高倍贮液注意事项：绝对不可过量，在一些特殊发酵中要严格控制,.,25,表4-7主要无机元素的来源和功能(引自周德庆等,1993),.,26,四、水,作用：起到溶剂与运输介质的作用参与细胞内一系列化学反应维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象高比热、高汽化热、高沸点、固态低密度供体：去离子水、蒸馏水、双蒸水或自来水注意：自来水中的氯特殊发酵行业的要求,.,27,五

9、、生长因子,概念：生长因子是一类对微生物必不可少的小分子有机物质。范围：广义：维生素、碱基、卟啉及其衍生物以及某些氨基酸等狭义：仅指维生素主要维生素：各种B族维生素常见维生素生理功能参见表4-9.,.,28,表4-9常见维生素生理功能,.,29,五、生长因子,使用：一般也不需单独添加，常在有机碳(氮)源中含有。常用供体：酵母膏高倍维生素贮液生物素简介生物素（biotin）是含硫原子的一元环状弱酸，是一种重要的生长因子。,.,30,五、生长因子,生物素简介作用：是细胞内许多需ATP的羧化反应中羧基的载体，羧基暂时与生物素双环系统上的一个氮原子结合，如在丙酮酸羧化酶催化丙酮酸羧化成草酰乙酸的反应中

10、。使用：谷氨酸发酵中一般都使用生物素缺陷型的菌株，发酵时控制生物素“亚适量”，一般为5g/L左右。常用供体：纯品或由玉米浆或豆饼水解液提供。,.,31,六、前体物质,概念：前体是指一些添加到培养基中的物质，它们并不促进微生物的生长，但能直接通过微生物的生物合成过程结合到产物分子上去，自身结构基本不变，而产物产量却因此有较大提高。主要应用：氨基酸发酵和抗生素发酵使用注意：过量有毒，应先估算，再由实验确定用量,.,32,七、产物促进剂和抑制剂,产物促进剂指在发酵过程中添加的，既不是营养物又不是前体物质，但是却能提高产量的物质；而产物抑制剂主要是一些对生产菌代谢途径有某种调节能力的物质。这两者都是对

11、发酵过程有某种调节作用，使发酵过程按照预定的路线进行或更有效率。例如-甘露糖苷酶发酵中加入甘露聚糖，四环素发酵中加入2-巯基苯骈噻唑，甘油发酵加入亚硫酸氢钠等。,本节结束,.,33,微生物碳源谱,微生物整体可以利用的碳源总范围称碳源谱(SpectrumofCarbonSources)，例如：糖类：葡萄糖，果糖，麦芽糖，蔗糖，淀粉，半乳糖，乳糖，甘露糖，纤维二糖，纤维素，半纤维素，甲壳素，木质素等。脂类：各种植物油、动物油，磷脂等。有机酸类：乳酸，柠檬酸，延胡索酸，低级脂肪酸，高级脂肪酸，氨基酸等。其他：如乙醇、石蜡、碳酸盐等,.,34,表4-1微生物的碳源谱,.,35,表4-2谷氨酸发酵水解糖

12、液质量要求,.,36,表4-5甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜的含糖区别,.,37,表4-4不用加工方法对糖蜜质量的影响,.,38,表4-5微生物的氮源谱,.,39,生理酸性物质和生理碱性物质,(NH4)2SO42NH3+H2SO4NaNO3+8HNH3+2H2O+NaOH,例如硫酸铵和碳酸钠：,经微生物代谢后形成酸性物质的无机氮源称为生理酸性物质；经微生物代谢后形成碱性物质的无机氮源称为生理碱性物质。,.,40,图片来自阿里巴巴网,氨水简介,概念：氨水是氨溶于水得到的水溶液，为无色透明的液体，含氮1216，易挥发，具有特殊的强烈刺激性臭味。氨水是一种弱碱(pH值10左右)。应用：广泛，尤其是在氨基酸、抗生素等发酵工业中功用：除做氮源还可兼做pH