03生物工艺学第三章节工业培养基及其设计.ppt

第在地苦末有下 目　　录 第一章　绪论 第二章　工业微生物菌种选育、制备与保藏 第三章　工业培养基及其设计 第四章　生物工艺过程中的无菌技术 第五章　生物反应动力学 第六章 发酵过程原理 第七章 生物反应器及生物工艺过程的放大 第八章 生物反应过程参数检测与控制 第九章 生物产品分离及纯化技术 第十章 生物产品工艺学及应用 第三章　工业培养基及其设计 3.1 工业培养基的基本要求 3.2 工业培养基的成分及来源 3.2.1 碳源 3.2.2 能源 3.2.3 氮源 3.2.4 无机盐及微量元素 3.2.5 生长调节物质 3.2.6 水 3.3 培养基类型 3.3.1 制备培养基的基本原则 3.3.2 培养基的种类及其应用 3.4 培养基设计原理与优化方法 3.4.1 培养基的设计原理 3.4.2 培养基的优化方法 3.1 工业培养基的基本要求 3.2 工业培养基的成分及来源 不同营养类型的微生物利用不同的碳源。为数众多的异养微生物常利用某类有机化合物中的一种或几种作为它们的碳源。首先，糖类是微生物最广泛利用的碳源，尤其是葡萄糖，其次是醇、有机酸或脂肪酸等。而其余微生物或是利用CO2或碳酸盐作为唯一或主要的碳源，如蓝细菌等光能自养微生物和硝化细菌等化能自养微生物；或是利用CO2及相对低分子质量的简单有机物作为主要碳源，如紫色非硫细菌等光能异养微生物。 能源是提供微生物生命活动所需能量的物质。极大多数微生物的能源物质是化学物质(有机化合物和无机化合物)。只有光合细菌利用光作为能源。但微生物生长过程中所涉及的能量主要是ATP形式的化学能。即使是光合细菌，也要将光能转换成ATP形式的化学能后才可利用。 氮是微生物细胞需要量仅次于碳的元素。能提供微生物所需氮素的营养物质称为氮源。 主要功能：提供细胞原生质和其他结构物质中的氮素，一般不作为能源使用。但化能自养细菌中的亚硝化细菌和硝化细菌能从NH3和NO2－等还原态无机含氮化合物的氧化过程中获得其生命活动所需的能量。 对于硝化细菌来说，NH3和NO2－是兼有氮源与能源功能的双功能营养物质。对于异养微生物来说，含有C、H、O、N的有机化合物是具有碳、能源和氮源三重功能的营养物。 微生物除了需要碳源、能源和氮源之外，还需要P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe、Co、Zn、Mo、Mn、Ni和W等元素，大多是以无机盐的形式提供的，故称为无机盐或矿物质元素。 大量元素：需要浓度在10-3～10-4mol/L范围内的元素，如P、S、K、Mg、Ca、Na和Fe等； 微量元素：需要浓度在10-6～10-8mol/L范围内的元素，如Co、Zn、Mo、Mn、Ni和W等。 许多微生物除了需要碳源、能源、氮源与无机盐之外，还必须在培养基中补充微量的有机营养物质才能生长或者生长良好，这些微生物生长所不可缺少的微量有机物质就是生长因子。生长因子有维生素、氨基酸、嘌呤碱和嘧啶碱、卟啉及其衍生物、固醇、胺类、C2～C6直链或分支脂肪酸等。一些特殊的辅酶也能用作生长因子。 水是微生物营养中不可缺少的物质，主要是因为： ☆水是微生物细胞的主要化学组成； ☆水是营养物质和代谢产物的良好溶剂，营养物质与代谢产物都是通过溶解和分散在水中而进出细胞的； ☆水是细胞中各种生物化学反应得以进行的介质，并参与许多生物化学反应；水的比热高，汽化热高，又是热的良好导体，保证了细胞内的温度不会因代谢过程中释放的能量骤然上升； ☆水还有利于生物大分子结构的稳定。 3.3 培养基类型 营养协调 培养基应含有维持微生物最适生长所必须的一切营养物质。但更重要的是，营养物质浓度与配比要合适，就是要做到培养基营养协调。 3.3.2.1 根据所培养微生物的类群与营养类型区分 细菌培养基 放细菌培养基 酵母菌培养基 霉菌培养基 自养微生物培养基 异养微生物培养基 合成培养基 --化学成分确定 固体培养基 选择培养基 3.4 培养基设计原理与优化方法 有些微生物由于水解酶系的缺乏只能够利用简单的物质，而有些微生物则可以利用较为复杂的物质。因而在考虑培养成分选择的时候，必须充分考虑菌种的同化能力，从而保证所选用的培养基成分是微生物能够利用的。 在选取用淀粉、黄豆饼粉这类原料作为培养基时，必须考虑微生物是否具备分泌胞外淀粉酶和蛋白酶的能力。 葡萄糖是几乎所有的微生物都能利用的碳源，因此在培养基选择时一般被优先考虑，但工业上如果直接选用葡萄糖作为碳源，成本相对较高，一般采用淀粉水解糖。在工业生产上，将淀粉水解为葡萄糖的过程称为淀粉的糖化，所得的糖液称为淀粉水解糖液。 培养基设计与优化过程一般要经过以下几个步骤： ☆ 根据以前的经验以及培养基成