发酵技术 教学课件 作者 谢梅英别智鑫 主编 第三章.ppt

尚辅网 尚辅网 第三章　发酵工艺条件优化 第一节 培养基的选择和确定 一、培养基的营养成分 二、培养基的类型和用途 三、培养基的选择方法 一、培养基的营养成分 1．能源 2．工业上常用的碳源 3．工业上常用的氮源 4．无机盐 5．特殊生长因子 6．前体物质和促进剂 1．能源 能源是指能为微生物的生命活动提供最初能量来源的营养物质或辐射能。 化能异养型微生物：能源即碳源。 化能自养型微生物：能源来自还原态的无机物，如：NH4+、NO2-、S、H2S、H2、Fe2+等。能利用这类能源的微生物都是一些原核微生物，如亚硝酸细菌、硝酸细菌、硫化细菌等。 自养菌：光；氢，硫胺；亚硝酸盐，亚铁盐。 异养菌：碳水化合物等有机物，石油天然气和石油化工产品，如醋酸。 2．工业上常用的碳源 碳源是组成培养基的主要成分之一。常用的碳源有糖类、油脂、有机酸和低碳醇。在特殊情况下，蛋白质水解产物或氨基酸等也可被某些菌种作为碳源使用，由于菌种所含的酶系统不完全一样，各菌种对不同碳源的利用速率和效率也不一样。葡萄糖是碳源中最易利用的糖，几乎所有的微生物都能利用葡萄糖，所以葡萄糖常作为培养基的一种主要成分，并且作为加速微生物生长的一种有效的糖。但是过多的葡萄糖会过分加速菌体的呼吸，以致培养基中的溶解氧不能满足需要，使一些中间代谢物（如丙酮酸、乳酸、乙酸等）不能完全氧化而积累在菌体或培养基中，导致PH下降，影响某些酶的活性，从而抑制微生物的生长和产物的合成。 糖蜜是制糖时的结晶母液，它是蔗糖厂的副产物。糖蜜含有较丰富的糖、氮素化合物和无机盐、维生素等，它是微生物工业的价廉物美的原料。这种糖蜜主要含有蔗糖，总糖可达50%?75%，一般糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜，二者糖的含量和无机盐的含量都有所不同，使用时应注意。糖蜜常用在酵母和丙酮、丁醇的生产中，抗生素等微生物工业也常用它作碳源。在酒精生产中若用糖蜜代甘薯粉，则可省去蒸煮、制曲、糖化等过程，简化了酒精的生产工艺。 3．工业上常用的氮源 工业生产上所用的微生物都能利用有机氮源和无机氮源，有机氮源包括玉米浆、花生饼粉、豆饼粉、棉籽粉、鱼粉、蛋白胨、酵母粉、蚕蛹粉、废菌丝体和酒糟水等；它们在微生物分泌的蛋白酶作用下，水解成氨基酸，被菌体吸收后再进一步分解代谢。无机氮源包括氨水、铵盐或硝酸盐等；微生物对它们的吸收利用一般比有机氮源快，所以也称之为迅速利用的氮源。但无机氮源的迅速利用常会引起PH的变化，若菌体代谢后产生酸性或碱性物质，则此种无机氮源称为生理酸性或生理碱性物质，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。例如在制液体曲时，用NaNO3的代谢而得到的NaOH可中和生长所释放出的酸，使PH稳定在工艺要求的范围内。又如在黑曲霉发酵过程中用（NH4）2SO4作氮源，培养液中残留的SO42-使PH下降，而这对提高糖化型淀粉酶的活力有利。且较低的PH还能抑制杂菌的生长，防止污染。氮源的主要功能是构成菌体成分，作为酶的组成成分或维持酶的活性，调节渗透压、PH值、氧化还原电位等。除玉米浆外，还有其他的一些原料如豆饼粉等，它们既能作氮源又能作能源。表3-2是工业上常用氮源及含氮量。 4．无机盐 （1）磷酸盐 细胞中的矿质元素中磷的含量为最高，磷是合成核酸、磷酸、一些重要的辅酶（NAD、NADP、CoA等）及高能磷酸化合物（ADP、ATP）的重要原料。此外，磷酸盐还是磷酸缓冲液的组成成分，对环境中的PH起着重要的调节作用。微生物所需要的磷主要来自无机磷化合物如K2HPO4、KH2PO4等。 磷含量对谷氨酸发酵影响很大。磷浓度过高时，菌体转向合成缬氨酸；但磷含量过低，菌体生长不好。 （2）硫酸镁 镁是某些细菌的叶绿素的组成成分。虽并不参与任何细胞结构物质的组成，但它的离子状态是许多重要酶（如已糖磷酸化酶、异柠檬酸脱氢酶、羧化酶等）的激活剂。如果镁离子含量太少，就影响基质的氧化。 5．特殊生长因子 （1）维生素 （2）氨基酸 （3）嘌呤、嘧啶及其衍生物 （4）脂肪酸等 （1）维生素 维生素是一些微生物生长和代谢所必需的微量的小分子有机物。它们有以下特点：①机体不能合成，必须经常从食物中获得；②生物对它的需要量较低；③大多数是辅酶的组成结构，缺少维生素，酶就无法发挥作用。表3-4列出了一些在代谢中起重要作用的维生素。 （2）氨基酸 各种微生物对外源氨基酸的需要是不相同的，这取决于它们自身合成氨基酸的能力。凡是微生物自身不能合成的氨基酸一般需以游离氨基酸或小分子肽的形式供应。其中小分子肽往往比游离氨基酸更容易透入细胞，从而较快地为细胞所利用。提供外源氨基酸时，需注意维持各种氨基酸之间的平衡，因为在培养基中如果一种氨基酸的含量过高，会抑制其他氨基酸的摄取。因此在配制培养基时必须注意所添加的氨基酸的含量