第二章
培养基及其制备
本章内容简介：
• 培养基及灭菌
• 淀粉水解糖的制备
• 糖蜜前处理
• 纤维素代粮发酵
第一节 培养基的原材料
微生物细胞的化学组成
一、水（water） 二、干物质（dry material）
元素 C H O N 微生物 细菌 酵母菌 霉菌 蛋白质 50~80 32~75 14~15 细菌 50 8 20 15 糖类 12~18 27~63 7~40 酵母菌 49.8 6.7 31.1 12.4 脂类 5~20 2~15 4~40 核酸 10~20 6~8 1 霉菌 47.9 6.7 40.2 5.2 灰分物质 2~30 3.8~7 6~12
1、碳 源
一切能满足微生物生长繁殖所需 要C元素的营养物称为碳源。
碳源谱
｛
有机碳 无机碳
异养微生物
自养微生物
●实验室配制微生物培养基常用碳源
葡萄糖、蔗糖、可溶性淀粉
●工业生产常用的碳源
淀粉或其水解糖、糖蜜、纤维素、 麸皮、米糠等
对于为数众多的化能异养微生物来说， 碳源是兼有能源功能营养物。
2、氮 源
淀粉生产举例
• 玉米淀粉
• 小麦淀粉
• 大ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ • 薯类
– 蛋白质含量低、多酚类物质易褐变 – 发芽含毒素 – 贮存困难
直链淀粉结构
CH20H 0H
0 0
CH20H 0H
0 0 0H n
CH20H 0H
0 0H 0H
0H
0H
直链淀粉是由不分支的葡萄糖所构成,葡萄糖分子间以 α-1,4-糖苷键聚合而成,呈链状结构,聚合度约100～ 600之间,它的水悬浮液加热时,不产生糊精,而以胶体 状态溶解,遇碘反应是纯蓝色。
凡提供微生物生长繁殖所需要氮元素 的营养源，称为氮源。
有机氮 氮源谱
蛋白质 核酸 氨基酸 尿素 NH3 NH4+ NO3-
无机氮 分子态氮
N2
●实验室配制微生物培养基常用氮源
蛋白胨、牛肉浸膏、酵母浸膏、尿 素、铵盐、硝酸盐。
●工业生产常用的氮源
尿素、玉米浆、鱼粉、蚕蛹、黄 豆饼、花生饼等。
3、氧
①添加青霉素法 ②添加表面活性剂 ③添加抗氧剂法
2.追加糖蜜法 原理：当谷氨酸酶系统成熟时过量生物素不影响发酵，可 在此时添加未处理的糖蜜进去继续正常生产。 3.采用营养缺陷变异株 原理：诱变生物素缺陷型菌株为油酸缺陷型等，是生物素 不再影响谷氨酸的积累
第四节 纤维素代粮发酵
石油代粮发酵原料
石油代粮发酵： 微生物利用石油化工产品，得到蛋白，氨基酸， 抗生素，酶，柠檬酸，维生素等产品。 石油代粮发酵的特点： 不耗粮食； 反应不需高温高压耐腐蚀的设备； 耗氧产热，因此要求菌种耐高温； 需保证产物安全无毒；
随着原料的转换，不仅要选育与原料转换 相适应的菌种，同时发酵的控制方法也不相同。
第二节 淀粉水解糖的制备
• 关于淀粉的那些事儿？
– 淀粉的存在形式、含量、化学结构 – 淀粉的分离方法
• 淀粉制糖的工艺技术概况
– 酸法、酸酶法、酶酸法、双酶法
• 典型制糖工艺中酶的问题
– 液化酶 – 糖化酶
• 工艺操作注意事项
双酶法
98 99 0.1 0.1 98 99 温和/少 少 长 大/一般 各种淀粉原料 有利
酸酶法
95 93 0.4 0.08 90 95 加压温高/多 中 中 中/中 大米 中
酸解法
90 86 1.6 0.08 80 90 加压温高/多 多 短 小/较高 各种淀粉原 料 差
双酶水解法制葡萄糖的优点 ：
微生物细胞中的物质组成
有机物：蛋白质、糖、脂、核酸、维生素。
灰分 水——细胞干重的70%~90%。
水是微生物及一切生物细胞中含量最多的成分。 微生物细胞的含水量随种类和生长期而异。通常 情况下，细菌含水量为细胞鲜重的75%～85%， 酵母菌为70%～85%，丝状真菌为85%～90%， 细菌芽孢和霉菌孢子的含水量约为40%。
石油代粮发酵的原料：
• 各种石油馏分：正烷烃，轻油，灯油等 • 各种石化产品：甲醇，乙醇，醋酸（for 谷氨酸、赖氨酸），乙二醇，丙二醇等
• 石油酵母菌体：为维生素B2和酶的生产提 供C、N源（间接石油发酵）
几乎所有糖发酵产物都可通过石油馏分发酵 获得
能源危机 CO2温室 效应 首选 纤 维 素
淀粉水解糖的制备方法
淀粉水解的方法
☆酸解法 ：无机酸，高温高压。副产物较多，转化率低。 ☆酶酸法 ：酸解为糊精或低聚糖，再酶解为葡萄糖。
☆酸酶法 ：α-淀粉酶液化，再用酸水解为葡萄糖。
☆双酶法
淀粉糖化方法比较
糖液质量
葡萄糖值（DE） 葡萄糖含量（%干基） 灰分（%） 蛋白（%） 颜色（透光率%） 淀粉对糖转化率（%） 工艺条件/耗能 副产物 生产周期 设备规模/防腐要求 原料适应情况 是否有利于发酵提取
不同加工方法对甘蔗糖蜜的影响
糖蜜前处理的一般方法
1.加酸通风沉淀法（冷酸通风处理法） 通风，沉淀，提高N、O2含量 2.加热加酸沉淀法（热酸通风沉淀法） 效果比方法1好，但是费时费设备，不适于大规模生产 3.添加絮凝剂澄清处理法 澄清效果较好 目的：通过稀释，酸化，灭菌，澄清，使之更适于发酵
谷氨酸发酵的糖蜜前处理
一、微生物的营养物质
营养物质按照它们在机体中的生理作 用不同，可以将它们区分成六大类。 1、碳源(Source of carbon) 2、氮源(Source of Nitrogen) 3、氧气(Oxygen) 4、水 (Water) 5、无机盐(Inorganic salt) 6、生长因子(Growth factor)
过滤→ 低糖 →阳离子交换柱→阴离子交换柱→三效 浓缩蒸发→高糖
双酶法制糖工艺
◆葡萄糖的理论收率
(C6H10O5)n+nH2O →nC6H12O6
162 18 180
理论收率是111.11%
◆葡萄糖的实际收率 实际收率 = 投入淀粉量(m) × 淀粉含量(ωc’) 糖液体积(V) × 糖液葡萄糖含量(ωc) ×100%
（C6H10O5）n ---→（C6H10O5）n---→ C12H22O11---→C6H12O6 淀粉 各种糊精 麦芽糖 葡萄糖 （1）理论转化率：葡萄糖/淀粉=180/162=111% （2）葡萄糖纯度DE=还原糖/干物质(%)
葡萄糖聚合度与碘液的呈色表
葡萄糖聚合度 7~8 16 21 28 34 41 61 120 330 与碘液呈色 无色 淡红色 红色 红紫色 紫色 兰紫色 兰色 兰色 兰色 最高吸收波长（nm)
可再生 生物质 CO零排放 不能作为食物 来源广泛
• 化石能源的不可再生性 • 温室气体 • 生物质资源的利用同时具有可再生和CO 零 排放的双重特征，完全符合可持续发展的 要求。纤维素是一种重要的生物质 • 资源，它不能作为人类食物，且来源极为 广泛，例如农作物的秸秆等。因而以纤维 素为原料制备能源化学品，是发展生物质 能源转化的首选方案。
待处理物质：胶体成分（起泡、结晶）、钙盐（结晶） 生物素（发酵控制） 处理目的：澄清→脱钙→脱除生物素
糖蜜预处理方法
①活性炭处理法 稀释，漂白粉，活性炭，过滤 ②树脂处理法 ③亚硝酸处理法 原理：破坏生物素
原理：吸附
还可以采用以下三种方法脱除生物素：
1.添加化学药剂处理法 原理：增加细胞膜对谷氨酸的渗透性
矿质元素的生理功能
6、生长因子
通常指那些微生物生长所必需而且需要量很小， 但微生物自身不能合成或合成量不足以满足机体生 长需要的有机化合物。 狭义：维生素 广义：维生素、氨基酸、嘌呤及嘧啶
二、培养基的类型 1.依营养物质的来源分类
①天然培养基；（麦芽汁、玉米粉、麸皮、锯末等） ②合成培养基； （高氏培养基、察氏培养基等 ） ③半合成培养基； （牛肉膏蛋白胨、土豆葡萄糖
淀粉的深加工
第三节
糖蜜前处理
一、糖蜜的来源与特点
二、糖蜜前处理的方法
三、谷氨酸发酵糖蜜前处理
糖蜜是制糖生产时的结晶母液，它是制糖工业的副产 物。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葡萄糖蜜。 糖蜜除含糖份外，还含有较多的杂质，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。
配制培养基的一般原则 1. 选用合适的营养物质 2. 确定各营养物的适当配比 3. 基质环境的调节 4. 营养原料的经济性
四、原料转换及意义
发酵培养基中所用原材料，大部分属于粮食、 油脂、蛋白质和农用肥料，其中山芋粉、玉米粉、 淀粉、糊精、麦芽糖等都是可供人畜食用的粮食、 油料或以粮食为原料的产品；我国人口众多，发 酵产品品种和产量与日俱增，每年都消耗大量粮 食、油料和蛋白质原料。
培养基）
2.依培养基制成的形式分：
①液体培养基； ②固体培养基；
3.依培养基主要成分和使用目的来分
①基础培养基 ②完全培养基 ③鉴别培养基 ④选择培养基
4.根据生产工艺来分
①孢子培养基 ②种子培养基 ③发酵培养基
附：培养基配方举例
三、发酵培养基的选择
发酵培养基的用途与要求、成分、配比经实 验确定，配制时兼顾原料来源、成本及工艺管理；
支链淀粉结构
CH20H 0 0 0H CH2 0H 0 0 0H CH2 0H 0
0H
0H
0H
0H n
0H
0
CH2 0H 0 0H
0 0 0H
CH2 0H
0 0 0H
CH2 0H 0 0H 0H
支链淀粉(胶淀粉)其直链由葡萄糖分子以α-1,4-糖苷 键相连结,而支链与直链葡萄糖分子以α-1,6-糖苷键 相连结,分子呈树状,它是一种膨胀性的物质,置于水中 加热时成为胶粘的糊状物,而且只有在加热加压的条件 下,才能溶解于水,遇碘呈紫红色反应。