2013年8月7日星期三 长江大学生科院生物工程系 4
内容速览
1碳源
3.1培养基的 类型及功能 2氮源
3.2成分 及来源
3无机盐及 微量元素
3.3设计 和优化
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5水
4生长因子 、前体等
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§1 培养基的类型及功能
培养基按其组成物质的纯度、状态、用途可分为三大类型
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5、有机酸
乳酸、醋酸、柠檬酸、延胡索酸或它们的盐 及醇。 甘油：抗生素、甾体转化 调节pH
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6、其他
碳酸气、石油、正构石蜡、天然气、甲醇、 乙醇等 嗜甲烷棒杆菌：甲醇→SCP,转化率47% 乳糖发酵短杆菌：乙醇→谷氨酸。转化率31% 正烷烃（C14~18直链烃)：有机酸、抗生素、 维生素、氨基酸、酶制剂、SCP
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不同加工方法对甘蔗糖蜜的影响
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糖蜜使用的注意点：
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，需要进行预处理。
例：谷氨酸发酵 有害物质：胶体成分（起泡、结晶）、钙盐（结晶）、 生物素（发酵控制） 预处理：澄清→脱钙→脱除生物素 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） 预处理：预先加入黄血盐除铁
1、无机氮源 种类：铵盐、硝酸盐和氨水 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(速效氮源）。但无机氮源的迅速利用常会 引起pH的变化如： (NH4)2SO4 → 2NH3 + 2 H2SO4 NaNO3 + 4H2 → NH3 + 2H2O + NaOH
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例：黑曲酶NRRL-330，生产α-淀粉酶，pH对酶活的影响
不加 加 K2HPO4 加 KH2PO4
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pH 4.25 5.45 4.62
酶活 120 30 75
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四、生长因子、前体和产物促进剂
1、生长因子P110
从广义上讲，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、维生素等均称生长因子。 如以糖质原料为碳源的谷氨酸生产菌均为生物素缺陷 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 。 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族维生素和微量元素及一些微生物生长不可 缺少的生长因子
① 葡萄糖（速效碳源）
几乎所有的微生物都能利用葡萄糖
抗生素、氨基酸、有机酸、多糖、甾体转化 但是过多会引起葡萄糖效应
分解代谢物阻遏 指细胞内同时有两种分解底物存 在时，利用快的那种底物会阻遏利用慢的底物的有 关酶合成的现象。
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② 糖蜜
糖蜜是制糖生产时的结晶母液，它是制糖工业的副产物，是 发酵培养基价廉物美的碳源。 糖蜜主要含有蔗糖，总糖可达50%～75%。一般糖蜜分甘 蔗糖蜜和甜菜糖蜜。
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发酵培养基的要求:
① 培养基能够满足产物最经济的合成； ② 发酵后所形成的副产物尽可能的少； ③ 培养基的原料应因地制宜，价格低廉，且性能稳定，资源 丰富，便于采购运输，适合大规模储藏，能保证生产上的 供应； ④ 所选用的培养基应能满足总体工艺的要求，如不应该影响 通气、提取、纯化及废物处理等。
1、作用：各种不一样 2、来源：C、N源，以盐的形式补充 3、用量：根据具体的产品，以实验决定 4、使用注意点 A. 对于其它渠道有可能带入的过多的某种无机离子和 微量元素在发酵过程中必须加以考虑
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例：铁离子 青霉素发酵中，铁离子的浓度要小于30μg/ml 发酵罐一般都是铁制的，必须进行表面处理：内壁涂漆或耐 热环氧树脂 B、使用时注意盐的形式（pH的变化）
无机氮源被菌体作为氮源利用后，培养液中就留下了酸 性或碱性物质，这种经微生物生理作用（代谢）后能形成酸 性物质的无机氮源叫生理酸性物质，如硫酸铵；若菌体代谢 后能产生碱性物质的则此种无机氮源称为生理碱性物质，如 硝酸钠。 正确使用生理酸碱性物质，对稳定和调节发酵过程的 pH有积极作用。 所以选择合适的无机氮源有两层意义：
满足菌体生长 稳定和调节发酵过程中的pH
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毛霉产蛋白酶的研究
陈涛，中国酿造，2004
无机氮源的影响：硫酸铵>硝酸铵>硝酸钠>尿素
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毛霉产蛋白酶的研究
陈涛，中国酿造，2004
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毛霉产蛋白酶的研究
一、按组成物质的纯度
合成培养基 : 所用的原料其化学成分明确、稳定
◆适合于研究菌种基本代谢和过程的物质变化等科研工作； ◆培养基营养单一，价格较高，不适合用于大规模工业生产。
天然培养基: 采用天然原料 ，其成分不那么“纯” ◆发酵培养基普遍使用天然培养基； ◆原料来源丰富(大多为农副产品)、价格低廉、适合于工业 化生产； ◆由于其成分复杂，不易重复，如果对原料质量等方面不 加控制会影响生产稳定性。
②硫是许多含硫氨基酸的组成成分，是许多酶的辅酶活性基。
③铁是细胞色素、细胞色素氧化酶等组成成分，有氧氧化必不 可少的元素。 ④镁、锌、钴、铜、锰等是某些酶的辅酶或激活剂。 ⑤钾、钠、钙：维持细胞一定的渗透压和细胞透性，并且还是
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陈涛，中国酿造，2004
pH中性偏酸比较好，中性蛋白酶影响大
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2、有机氮源
来源：工业上常用的有机氮源都是一些廉价原料，花生饼粉、 黄豆饼粉、棉子饼粉、玉米浆、玉米蛋白粉、蛋白胨、 酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和酒糟。
成分复杂：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。 例 玉米浆（是用亚硫酸浸泡玉米而得的浸泡液的浓缩 物 ），是一种很容易被微生物利用的良好氮源： ①含丰富的氨基酸、生长因子（生物素、苯乙酸）； ②较多的乳酸； ③丰富的硫、磷、微量元素等。
教学重点、难点：工业上常用的糖类及不同碳源对
发酵的影响及其选择；氮源的种类及对发酵的影响；无
机盐使用时应注意的问题；前体使用的方法和用量；正
交法设计和优化发酵培养基。
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培养基：广义上讲培养基是指一切可供微生物细胞生长 繁殖 所需的一组营养物质和原料。同时培养基也为微生 物培养提供除营养外的其它所必须的条件。 发酵培养基的作用： 促进产物的形成 满足菌体的生长
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③ 淀粉 、糊精
使用条件：微生物必须能分泌水解淀粉、糊精的酶类，经 水解成单糖后再被吸收利用。
缺点：难利用； 发酵液比较稠、一般>2.0%时加入一定的α-淀粉酶； 成分比较复杂，有直链淀粉和支链淀粉等等。 优点：来源广泛、价格低廉； 可以克服葡萄糖效应的弊端。 常用的淀粉为玉米淀粉、小麦淀粉和甘薯淀粉。
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淀粉水解糖
☆工业上常用淀粉水解糖，但是糖液必须达到一定的质 量指标
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不同的制糖工艺生产的糖液质量差别很大
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4、脂类
常用：豆油、菜油、葵花籽油、猪油、棉子 油、玉米油、亚麻子油、橄榄油 微生物：具有比较活跃的脂肪酶 耗氧量增加，增加需氧量。否则导致有机酸 增加，pH下降。 消泡剂
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三、按用途（从发酵生产应用考虑P90） 孢子（斜面）培养基:菌体迅速生长，产较多优质孢子，不 易引起菌种变异。要求：营养不太丰富、无机盐浓度适量、 合适pH和湿度。常用：麸皮培养基、小米、大米、玉米碎屑、 琼脂斜面培养基。 种子培养基：孢子发芽、生长和大量繁殖菌丝体。要求： 营养丰富完全、最后一级接近发酵培养基。 发酵培养基：供菌体生长、繁殖和合成产物。
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注:
Avicel：微晶纤维素； CMC：梭甲基纤维素； S. F：棉纤维
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本试验主要研究了碳源对纤维素酶生产的影 响，发现不同碳源对其酶活的影响相差很大。可
溶性糖类作为碳源的酶活明显低于纤维性碳源的
酶活，可溶性糖类对纤维素酶的合成存在一定的 抑制作用。纤维性碳源中结晶度高的优于工业化 的粗纤维碳源。 纤维素酶是诱导酶，在微生物发酵过程中，
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§2 发酵培养基的成分及来源
一、碳源
1、作用
提供微生物菌种的生长繁殖所需的能源和合成菌体所