微工第1章菌种与种子扩大培养.ppt

1、菌种：实现从原料目的产物的关键 生产效率、产品成本、产品质量,第一章 菌种与种子扩大培养,第一篇 微生物工业菌种与培养基,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,1 微生物工业用菌种,菌种的来源 自然界中有目的微生物分离的原则 菌种选育、分子育种 工业微生物的要求 常用工业微生物 菌种保藏,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,菌种来源,诱变育种：诱变是工业发酵稳产高产的重要保证；,从自然界分离：目前土壤中已分离的微生物不到总数的1%，微生物的多样性仍然是以后若干年的研究重点；,基因重组：基因定向改造技术大大加快了生物产品开 发的进程。,2020/9/5,第一章 菌种与种

2、子扩大培养,#,从自然界中分离菌种的一般过程,采样, 预处理, 培养, 菌落的选择, 产品的鉴定,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,选择育种方法时综合考虑的因素,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,(1) 待改良性状的本质及与发酵工艺的关系 (2) 对这一特定菌种的遗传生化的认识程度 (3) 经济费用 如，对特定菌种的基本性状及其工艺知晓甚少， 则多半采用随机诱变、筛选及选育等技术； 如，对其遗传及生物化学方面的性状已有较深的认识， 则可选择基因重组等手段进行定向育种。,一些常用工业微生物,抗生素生产有关的微生物,放线菌（链霉素四环素；红霉素等）,真菌（青霉素、头

3、孢等）,一些产芽孢的细菌,植物或动物来源,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,氨基酸生产菌的要求：,代谢途径比较清楚， 代谢途径比较简单,谷氨酸发酵的菌种：,其它氨基酸生产菌：,棒杆菌属，短杆菌属、节杆菌属或小 杆菌属的棒型细菌,常规菌种一般也是以谷氨酸生产菌选育而成；工程菌，大肠杆菌，枯草芽孢杆菌,氨基酸生产有关的微生物,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,食品工业微生物,包括：酿造业，酶制剂等 食品用的微生物需经过严格的毒理试验，目前已同意使用的仅仅少数微生物能用于生产食品用酶。,淀粉酶：黑曲霉、米曲霉、米根酶、枯草牙孢杆菌 和地衣牙孢杆菌,2020/9/5,第

4、一章 菌种与种子扩大培养,#,能在廉价原料制成的培养基上迅速生长和大量合成目的产物 -价值高 能在要求不高、易控制的培养条件下迅速生长和发酵，发酵周期短。 -可操作性强 根据代谢调控要求选择高产菌株，如营养缺陷型菌株或调节突变型菌株 菌种抗噬菌体能力强，以防止感染噬菌体而造成“倒罐”现象的发生。 菌种纯粹，不易退化，可保证发酵生产和产品质量的稳定性。 -遗传稳定性强 菌种非病原菌，不产生任何有害的物质和毒素，以保证产品的安全。 -安全性强,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,工业微生物（菌种）的要求,工业微生物菌种保藏技术,(1) 斜面保藏：3-6个月 (2)沙土管干燥保藏：2年

5、 (3)液氮保藏：2-3年 (4) 悬液保藏：常温或低温 (5) 超低温保藏：1年以上 (6) 冷冻干燥保藏：5-10年,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,目的：保证菌种在长时间内尽可能保持原有菌株优良的生产性能。 基本原理：根据菌种的生理生化特点，创造条件使菌种的代谢活动处于不活泼的状态。 基本原则：选用优良纯种和创造一个最有利于菌种休眠的环境。 休眠环境：微生物生长繁殖和代谢受抑，不易突变的环境，一般要求低温、缺氧、缺营养、添加保护剂、干燥等。,菌种保藏,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,保藏要求：保持菌种优

6、良特性，经济方便 保藏后需再次检测和确定保藏菌种的形态学和生化特征(如代谢产物的产生、酶活力、遗传特征及生化指标)。,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,液氮超低温保藏法,最有效，适用范围最广，多数国家级菌种保藏单位常用 原则： 慢冻快溶 原理：利用微生物在-130以下新陈代谢趋于停止而有效地保藏微生物。,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,液氮保藏法操作步骤,将10%甘油或DMSO作为保护剂分装与安培瓶（or冻干管）中 将长有菌落的琼脂（or培养液）悬浮于已灭菌的保护剂中 熔封安培瓶口（or盖上冻干管的盖子） 以1min下降1的速度降至-35 ，使瓶内悬浮液体冻结

7、，然后将安培瓶置液氮罐（or液氮冰箱）中，于-130 以下储藏 恢复培养时，从液氮中取出安培瓶（or冻干管），立即于3840 水浴中摇动，至瓶内冰全部融化，按常法进行培养。,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,在超低温冷藏柜（-70-80 ）中保藏菌种的一般方法是： 1离心收获对数生长中期至后期的微生物细胞 2用新鲜培养基重新悬浮所收获的细胞； 3加入等体积的20甘油或10二甲亚砜； 4混匀后分装入冷冻指管或安瓿中，于-70-80超低温冰箱中保藏。 超低温冰箱的冷冻速度一般控制在1

8、-2min。一些细菌和真菌菌种可保藏5年而活力不受影响。,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,超低温冰箱,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,冻干保藏：是通过在减压条件下使冻结的细胞悬液中的水分升华，使培养物干燥。此法是微生物菌种长期保藏的非常有效的方法之一。,冷冻干燥步骤： 冻干样品的准备：准备菌种，与保护剂混合均匀，分装至安瓿管 预冻：2小时以上，温度达到-20到-35左右 冷冻干燥 ：8-20小时 真空封口及真空检验 ：安瓿管颈部用强火焰拉细熔封。氯化钴溶液检测真空度 低温避光保藏 ： 4,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,冻干保藏特点： 冻干

9、状态下一般可保藏5-10年不丧失活力 冻干后的菌株可常温保存，便于运输 必须使用冷冻保护剂，常用脱脂乳、蔗糖等,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,菌种保藏机构 国外： 1. ATCC American Type Culture Collection. RockvilleMaryland. U.S.A 美国标准菌种收藏所，美国，马里兰洲，罗克维尔市。 2. CSH（Cold Spring Harbor Laboratory），U.S.A 冷泉港研究室，美国。,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,3. IAM (Institute of Applied Microbi

10、ology), University of Tokyo, Japan 日本东京大学应用微生物研究所，日本东京。 4. IFO (Institute for Fermentation), Osaka, Japan 发酵研究所，日本大阪。 5. KCC (Kaken Chemical Company Ltd, Tokyo, Japan 科研化学有限公司，日本东京。,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,6. NCTC (National Collection of Type Culture), London United Kingdom， 国立标准菌种收藏所，英国伦敦。 7. NIH

11、(National Institutes of Health), Bethesda, Maryland, U.S.A 国立卫生研究所，美国，马里兰洲，贝塞斯达。 8. NRRL (Northern Utilization Research and Development Division), U.S. Department of Agriculture, Peoria, U.S.A 美国农业部、北方开发利用研究部，美国皮奥里亚市。,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,中国，1970年7月，中国微生物菌种保藏管理委员会（CCCMS），中国科学院负责，下设六个菌种保藏管理中心。 l）

12、CCGMC 普通微生物菌种保臧管理中心；北京、武汉 2）ACCC 农业微生物菌种保藏管理中心；北京 3）CICC 工业微生物菌种保藏管理中心；北京 4）CMCC 医学微生物菌种保藏管理中心；南京、北京 5）CACC 抗生素菌种保藏管理中心；北京、成都、石家庄 6）CVCC 兽医微生物菌种保藏管理中心；北京,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,衰退的表现：生长，代谢（产品） 衰退的原因：保藏不妥 菌种生长的要求没有得到满足 （不利环境，回复突变等）,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,菌种退化： 传代菌种发酵力、繁殖力、产物得率,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩

13、大培养,#,防止衰退的方法： 分离复壮 合理改变培养条件 减少传代次数 诱变剂处理后重新分离单菌落 复壮：分离单细胞，抗性筛选，苛刻条件,将保存在沙土管、冷冻干燥管中处休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，再经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养,最终获得一定数量和质量的纯种过程。这些纯种培养物称为种子。,2 种子扩大培养,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,菌种扩培的目的,提供相当数量代谢旺盛的种子 -量、状态的需要,得到纯、壮、多的培养物 - 菌种的驯化 -缩短发酵时间、保证生产水平,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,菌种扩培的任务,实验室阶段：不用种子罐，所用的

14、设备为培养箱、摇床等实验室常见设备，在工厂这些培养过程一般都在菌种室完成，因此将其称为实验室阶段的种子培养。 培养基：保证培养基的质量，有利于菌体的生长 减少传代次数 孢子培养时注意湿度，子斜面使用一般不超过1个月,生产车间阶段：种子培养在种子罐里面进行，一般在工厂归发酵车间管理，因此形象地称这些培养过程为生产车间阶段。 培养基：控制成本，驯化；营养比发酵培养基丰富。,种子扩培的两个阶段,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,三级发酵流程：,斜面 一级种子 二级种子罐 三级种子罐 发酵罐,2.1 工业微生物培养类型,静置培养法：嫌气

15、发酵,通气培养法,固态培养法,液体培养法,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,表面培养法,液体培养法,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,回转式,往复式,表面培养法,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,固态培养法,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,工业微生物常见培养方法及其特点,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,2.2 影响种子质量的因素,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,种子的要求：,总量及浓度能满足要求 生理状况稳定，个体与群体 活力强，移种至发酵后，能够迅速生长 无杂菌污染,一定的浓度 形态 （生长

16、处于某个阶段、均匀等等） 理化指标：C、N、P的含量，pH，酶活等 无污染,种子的质量控制：,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,培养基 种龄与接种量 温度 pH值 通气与搅拌 泡沫 染菌的控制 种子罐级数,影响因素,种龄,种龄是指种子罐中培养的菌体开始移入下一级种子罐或发酵罐时的培养时间。,种龄短：菌体太少；种龄长：易老化。,原则：对数生长期末，细胞活力强，菌体浓度相对较大，但是最终由实验结果定。,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,接种量的确定,移入种子的体积 接种量 接种后培养液的体积,过大过小都不好，最终以实践定，如大多数抗生素为7-15%。但是一般认为大一

17、点好。,双种：两个种子罐接种到一个发酵罐中。,倒种：一部分种子来源于种子罐，一部分来源于发酵罐。,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,发酵级数的确定,一般由菌丝体培养开始计算发酵级数，但有时，工厂从第一级种子罐开始计算发酵级数 确定依据： 发酵规模、菌体生长特性、接种量 级数大，难控制、易染菌、易变异，难管理，一般2-4级 谷氨酸的三级发酵： 一级种子（摇瓶）二级种子 （小罐）发酵 青霉素的三级发酵： 一级种子 （小罐）二级种子（中罐）发酵,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,2.3 种子扩大培养举例,例一、谷氨酸生产的种子制备,斜面菌种,一级种子培养,二级种子培养

18、,发酵,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,1、斜面 (AS1.299),培养基：蛋白胨 1%，牛肉膏1%，氯化钠 0.5 琼脂 2%， pH 7.0-7.2,培养基特点：有利于菌体的生长，原料比较精细,培养条件：32，生长18-24小时,生长斜面要求：生长良好，所使用斜面连续传代不超过 3次,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,2. 一级种子（摇瓶）,培养条件：于1000ml三角瓶中，装液200-250ml,32培 养12小时。,培养基：葡萄糖2%，尿素0.5%，玉米浆 2.5%， K2HPO4 0.1%,培养基特点：有利于菌体的生长，所使用的原料已经基 本接近于发酵培养基,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,3. 二级种子(种子罐),培养条件：在种子罐中培养（容积为发酵罐的1%）， 32培养7-10个小时,培养基：和一级种子相似，其中葡萄糖用水解糖代替，浓度为2.5%,培养基的特点：长菌体，更接近于发酵培养基,2020/9/5,第一章 菌种与种子扩大培养,#,种子的质量要求：,108-109个/ml 大小均匀，呈单个或八字排列 pH 7.0-7.2时结束，6.887.0-7.2 活力旺盛,2020/9/5,第一章