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1、第四章第四章 发酵工业原料及其处理发酵工业原料及其处理培养基及其制备培养基及其制备发酵工程的流程发酵工程的流程空气空气空气净化处理空气净化处理保藏菌种保藏菌种斜面活化斜面活化扩大培养扩大培养种子罐种子罐发酵罐发酵罐培养基制备灭菌培养基制备灭菌灭菌灭菌产物分离纯化产物分离纯化成品成品原料预处理原料预处理1) 1)都必须含有作为合成细胞组成的原料。都必须含有作为合成细胞组成的原料。2)2)满足一般生化反应的基本条件，如碳源、氮源、满足一般生化反应的基本条件，如碳源、氮源、无机盐、生长因子；无机盐、生长因子；3)3)一定的一定的pHpH等条件。等条件。4 4）工业生产培养基所用的原材料必须来源丰富、
2、价）工业生产培养基所用的原材料必须来源丰富、价格低廉、质量稳定。格低廉、质量稳定。培养基基本要求：培养基基本要求：第一节第一节 培养基的成分及来源培养基的成分及来源p第一节第一节 培养基的成分及来源培养基的成分及来源p第二节第二节 培养基的类型及选择培养基的类型及选择p第三节第三节 淀粉水解糖的制备淀粉水解糖的制备p第四节第四节 发酵培养基灭菌发酵培养基灭菌第一节第一节 培养基的成分及来源培养基的成分及来源一、一、碳源碳源二、二、 氮源氮源三、三、 无机盐及微量元素无机盐及微量元素四、四、生长因子生长因子四、四、前体、促进剂和抑制剂前体、促进剂和抑制剂 工业微生物绝大部分都是异养型微生物，工业
3、微生物绝大部分都是异养型微生物，它需要碳水化合物、蛋白质和前体等物质提供它需要碳水化合物、蛋白质和前体等物质提供能量和构成特定产物的需要。能量和构成特定产物的需要。 一、碳源一、碳源 常用碳源：常用碳源：糖类、油脂、有机酸和低碳醇。糖类、油脂、有机酸和低碳醇。各种菌种对不同碳源的利用速率和效率不一各种菌种对不同碳源的利用速率和效率不一样。样。 葡萄糖：葡萄糖： 最易利用，是加速生长的有效的糖。最易利用，是加速生长的有效的糖。 但过多会过分加速菌体呼吸，以致溶解氧不能但过多会过分加速菌体呼吸，以致溶解氧不能满足需要，使一些中间代谢物积累，满足需要，使一些中间代谢物积累，pHpH下降，影下降，影响
4、微生物生长和产物合成。响微生物生长和产物合成。 一、碳源一、碳源糖蜜：糖蜜：l又称糖浆，俗称糖稀又称糖浆，俗称糖稀l生物发酵工业所用的糖蜜，主要是指制糖工业上生物发酵工业所用的糖蜜，主要是指制糖工业上的废糖蜜，它是的废糖蜜，它是甘蔗糖厂甘蔗糖厂或或甜菜糖厂甜菜糖厂的一种副产品。的一种副产品。l含丰富的糖、氮、无机盐、维生素等。主要含含丰富的糖、氮、无机盐、维生素等。主要含蔗蔗糖糖，总糖可达，总糖可达5050一一75%75%。l甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜的成分有所不同甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜的成分有所不同一、碳源一、碳源一、碳源一、碳源糖蜜糖蜜：p甘蔗糖蜜是以甘蔗为原料，经过压榨，其蔗汁甘蔗糖蜜是以甘蔗为原料
5、，经过压榨，其蔗汁在经过澄清、净化、过滤处理后，蒸发浓缩、在经过澄清、净化、过滤处理后，蒸发浓缩、结晶及助晶、离心分离出来的褐色浓稠的液体，结晶及助晶、离心分离出来的褐色浓稠的液体，其中含有较大量的蔗糖和转化糖。其中含有较大量的蔗糖和转化糖。p糖蜜常用在酵母和丙酮丁醇的生产中，抗生素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。等微生物工业也常用它作碳源。p酒精生产中若用糖蜜代甘薯粉，可省去蒸煮、酒精生产中若用糖蜜代甘薯粉，可省去蒸煮、制曲、糖化等过程，简化了工艺。制曲、糖化等过程，简化了工艺。 淀粉、糊精：淀粉、糊精： 淀粉在发酵工业中被普通使用，它可克服葡萄糖淀粉在发
6、酵工业中被普通使用，它可克服葡萄糖代谢过快的弊病，同时淀粉来源丰富，价格也比较代谢过快的弊病，同时淀粉来源丰富，价格也比较低廉。低廉。 有些微生物可直接利用玉米粉、土豆粉作碳源。有些微生物可直接利用玉米粉、土豆粉作碳源。 纤维素和含淀粉较多的野生植物也是今后开发碳纤维素和含淀粉较多的野生植物也是今后开发碳源的广阔天地。源的广阔天地。一、碳源一、碳源 需经胞外酶水解成单糖后再被吸收利用需经胞外酶水解成单糖后再被吸收利用; ; 常用的淀粉常用的淀粉为玉米、小麦为玉米、小麦、甘薯、马铃薯、木薯淀甘薯、马铃薯、木薯淀粉。粉。油和脂肪：油和脂肪：u脂肪作碳源时需供给比糖代谢更多的氧，否则，脂肪作碳源时需
7、供给比糖代谢更多的氧，否则，大量脂肪酸和代谢中的有机酸积累，大量脂肪酸和代谢中的有机酸积累，pHpH下降，影下降，影响酶作用。响酶作用。u 常用的油：常用的油：豆油、菜油、葵花子油、猪油、鱼豆油、菜油、葵花子油、猪油、鱼油、棉子油等。油、棉子油等。一、碳源一、碳源有机酸：有机酸：p 乳酸、柠檬酸、乙酸等有机酸或它的盐也能作乳酸、柠檬酸、乙酸等有机酸或它的盐也能作碳源。碳源。p 有机酸的利用常会使有机酸的利用常会使pHpH上升，尤其是有机酸上升，尤其是有机酸盐氧化时，常伴随着碱性物质的产生。盐氧化时，常伴随着碱性物质的产生。p 不同碳源在氧化时，对不同碳源在氧化时，对pHpH的影响各不相同。的影
8、响各不相同。一、碳源一、碳源正烷烃：正烷烃： 已用于有机酸、氨基酸、维生素、抗生素和已用于有机酸、氨基酸、维生素、抗生素和酶制剂的发酵。酶制剂的发酵。甲醇、乙醇：甲醇、乙醇： 已作为生产已作为生产SCPSCP的碳源。的碳源。 近年来国外用乙醇代粮发酵的工艺发展也十近年来国外用乙醇代粮发酵的工艺发展也十分迅速，菌体得率比葡萄糖等还高。分迅速，菌体得率比葡萄糖等还高。一、碳源一、碳源二、二、 氮源氮源p有机氮源有机氮源p无机氮源无机氮源q 有机氮源和无机氮源应当混合使用有机氮源和无机氮源应当混合使用早期：容易利用易同化的氮源早期：容易利用易同化的氮源无机氮源无机氮源中期：菌体的代谢酶系已形成、则利
9、用蛋白中期：菌体的代谢酶系已形成、则利用蛋白质质 常用常用：花生饼粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、玉米浆、：花生饼粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、玉米浆、玉米蛋白粉、蛋白陈、酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、尿玉米蛋白粉、蛋白陈、酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和酒糟等。素、废菌丝体和酒糟等。 它们在微生物分泌的蛋白酶作用下，水解成氨它们在微生物分泌的蛋白酶作用下，水解成氨基酸，被吸收后再进一步分解代谢。基酸，被吸收后再进一步分解代谢。有机氮源有机氮源有机氮源有机氮源成分复杂成分复杂：除提供氮源外，有些有机氮源还提供大：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。量的无机盐及生长因子。例例 玉米浆玉米浆：
10、 可溶性蛋白、生长因子（生物素）、苯乙酸可溶性蛋白、生长因子（生物素）、苯乙酸 较多的乳酸较多的乳酸 硫、磷、微量元素等硫、磷、微量元素等磷酸肌醇磷酸肌醇玉米浆：玉米浆： 易被利用的氮源，对促进红霉素、链霉素、青易被利用的氮源，对促进红霉素、链霉素、青霉素和土霉素的生产有作用。霉素和土霉素的生产有作用。 是玉米淀粉的副产物，固形物含量是玉米淀粉的副产物，固形物含量50%50%左右，左右，还含有较多的有机酸，如乳酸，还含有较多的有机酸，如乳酸，pHpH在在4 4左右。左右。 玉米来源不同，加工条件不同，玉米浆的成分玉米来源不同，加工条件不同，玉米浆的成分常有较大波动，在通用时应注意适当调配。常有
11、较大波动，在通用时应注意适当调配。有机氮源有机氮源尿素：尿素： 常用有机氮源，但它成分单一，不具有上述有常用有机氮源，但它成分单一，不具有上述有机氮源的特点。机氮源的特点。 在青霉素、谷氨酸等生产中也常被采用。尤其在青霉素、谷氨酸等生产中也常被采用。尤其是在谷氨酸生产中，尿素可提高谷氨酸的生产。是在谷氨酸生产中，尿素可提高谷氨酸的生产。 有机氮源有的还是产物的前体。有机氮源有的还是产物的前体。有机氮源有机氮源n 常用的有：常用的有：铵盐、硝酸盐和氨水等。铵盐、硝酸盐和氨水等。n 无机氮源的迅速利用会引起无机氮源的迅速利用会引起pHpH的变化。的变化。n生理酸性物质：硫酸铵。生理酸性物质：硫酸铵
12、。n生理碱性物质：如硝酸钠。生理碱性物质：如硝酸钠。n 正确使用生理酸碱性物质，对稳定和调节发正确使用生理酸碱性物质，对稳定和调节发酵过程的酵过程的pHpH有积极作用。有积极作用。无机氮源无机氮源无机氮源和尿素、玉米浆等可被迅速利用，无机氮源和尿素、玉米浆等可被迅速利用，为为速效氮源速效氮源；蛋白质氮则需先水解成肽和氨基酸后才能被蛋白质氮则需先水解成肽和氨基酸后才能被吸收利用，属吸收利用，属迟效氮源。迟效氮源。速效氮源常对培养液速效氮源常对培养液pHpH产生影响产生影响(NH4)SO4 2NH3 + H2SO4NaNO3 + 4H2 NH3 + 2H2O + NaOH 反应中所产生的反应中所产
13、生的NH3被菌体作为氮源利用后，培养液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。中就留下了酸性或碱性物质。 在常用的无机氮中，硫酸铵被菌体利用后会使培养液在常用的无机氮中，硫酸铵被菌体利用后会使培养液的的pH下降，为下降，为生理酸性物质生理酸性物质；硝酸钠被同化时则引起培养液硝酸钠被同化时则引起培养液pH上升，为上升，为生理碱性生理碱性物质。物质。氨水：氨水：p在发酵中除可以调节在发酵中除可以调节pHpH外，它也是一种容易被利外，它也是一种容易被利用的氮源，在许多抗生素的生产中得到普遍使用。用的氮源，在许多抗生素的生产中得到普遍使用。p氨水因碱性较强，因此使用时要防止局部过碱，氨水
14、因碱性较强，因此使用时要防止局部过碱，加强搅拌，并少量多次地加入。加强搅拌，并少量多次地加入。p另外在氨水中还含有多种嗜碱性微生物，因此在另外在氨水中还含有多种嗜碱性微生物，因此在使用前应用石棉等过滤介质进行除菌过滤。使用前应用石棉等过滤介质进行除菌过滤。无机氮源无机氮源9作为生物活性物质的组成或生理活性作用的调节作为生物活性物质的组成或生理活性作用的调节物。物。9低浓度时对生长和产物合成有促进作用，高浓度低浓度时对生长和产物合成有促进作用，高浓度时常表现出明显的抑制作用。时常表现出明显的抑制作用。9不同微生物及不同的生长阶段对这些物质的最适不同微生物及不同的生长阶段对这些物质的最适浓度要求均
15、不相同。浓度要求均不相同。三、三、 无机盐及微量元素无机盐及微量元素三、三、 无机盐及微量元素无机盐及微量元素镁、磷、钾、硫、钙和氯等常以盐的形镁、磷、钾、硫、钙和氯等常以盐的形式加入式加入: :例如：例如： 硫酸镁、磷酸二氢钾、磷酸二钾、碳硫酸镁、磷酸二氢钾、磷酸二钾、碳酸钙、氯化钾等。酸钙、氯化钾等。三、三、 无机盐及微量元素无机盐及微量元素 钴、铜、铁、锰、锌、铜钴、铜、铁、锰、锌、铜等微量元素，除了等微量元素，除了合成培养基外，一般不再另外单独加入。合成培养基外，一般不再另外单独加入。 但有些发酵上业中也有单独加入微量元素：但有些发酵上业中也有单独加入微量元素： 例如：例如：生产维生素
16、生产维生素B B1212，因钴是组成成分，因钴是组成成分，因此需要加入氯化钴。因此需要加入氯化钴。 三、三、 无机盐及微量元素无机盐及微量元素磷磷p 具有重要代谢调节作用，有利于糖代谢，能促具有重要代谢调节作用，有利于糖代谢，能促进微生物的生长，但磷若过多时，许多产物的合进微生物的生长，但磷若过多时，许多产物的合成受抑制。成受抑制。 例例1 1、在谷氨酸的合成中，磷浓度过高就会在谷氨酸的合成中，磷浓度过高就会抑制抑制6-6-磷酸葡萄糖脱氢酶的活性，使菌体生长磷酸葡萄糖脱氢酶的活性，使菌体生长旺盛，而谷氨酸的产量却很低，代谢向缬氨酸旺盛，而谷氨酸的产量却很低，代谢向缬氨酸方向转化。方向转化。三、
17、三、 无机盐及微量元素无机盐及微量元素 例例2 2、链霉素、土霉素、新生霉素、柠檬酸链霉素、土霉素、新生霉素、柠檬酸等都受到磷浓度的影响。许多次级代谢过程对等都受到磷浓度的影响。许多次级代谢过程对磷酸盐的承受限度比生长繁殖过程低，必须严磷酸盐的承受限度比生长繁殖过程低，必须严格控制。格控制。但也有一些产物要求磷酸盐浓度高些。但也有一些产物要求磷酸盐浓度高些。 例如：例如：淀粉酶，添加超过菌体生长所需要的淀粉酶，添加超过菌体生长所需要的磷酸盐浓度，则能显著增加产量。磷酸盐浓度，则能显著增加产量。三、三、 无机盐及微量元素无机盐及微量元素钙：钙：u能控制细胞透性。能控制细胞透性。u常用碳酸钙，能与
18、代谢产生的酸起反应，对常用碳酸钙，能与代谢产生的酸起反应，对pHpH有一定的调节作用。有一定的调节作用。u配制培养基时，要先将培养基用碱调到中性，配制培养基时，要先将培养基用碱调到中性，才能将碳酸钙加入。才能将碳酸钙加入。三、三、 无机盐及微量元素无机盐及微量元素三、三、 无机盐及微量元素无机盐及微量元素 钙：钙： 培养基中钙盐过多时，会形成磷酸钙沉淀，培养基中钙盐过多时，会形成磷酸钙沉淀，降低了培养基中可溶性磷的含量。因此，当培降低了培养基中可溶性磷的含量。因此，当培养基中磷和钙均要求较高浓度时，可将二者分养基中磷和钙均要求较高浓度时，可将二者分别消毒或逐渐补加。别消毒或逐渐补加。镁：镁：
19、u 除叶绿素，不参与细胞的组成。除叶绿素，不参与细胞的组成。u 酶激活剂，影响基质氧化与蛋白质合成。酶激活剂，影响基质氧化与蛋白质合成。u 常以常以硫酸镁硫酸镁加入，碱性溶液中会生成氢氧化镁加入，碱性溶液中会生成氢氧化镁沉淀，配料时要注意。沉淀，配料时要注意。三、三、 无机盐及微量元素无机盐及微量元素硫：硫：u硫硫是含硫氨基酸的成分和某些辅酶的活性基，是含硫氨基酸的成分和某些辅酶的活性基，如辅酶如辅酶 A A、硫辛酸和谷胱甘肽等。、硫辛酸和谷胱甘肽等。u在某些产物中在某些产物中硫硫是组成元素。在其生产培养基是组成元素。在其生产培养基中，需要加入中，需要加入硫酸钠硫酸钠或或硫代硫酸钠硫代硫酸钠等
20、含硫化合物等含硫化合物作硫源。作硫源。三、三、 无机盐及微量元素无机盐及微量元素 铁：铁： u 是细胞色素、细胞色素氧化酶和过氧化氢酶的是细胞色素、细胞色素氧化酶和过氧化氢酶的成分，是菌体有氧氧化必不可少的元素。成分，是菌体有氧氧化必不可少的元素。u 铁制发酵罐内的溶液即使不加任何含铁化合物，铁制发酵罐内的溶液即使不加任何含铁化合物，其铁离子浓度已达其铁离子浓度已达30 ug/ml30 ug/ml。u一些天然培养基的原料中也含有铁，所以在一一些天然培养基的原料中也含有铁，所以在一般发酵培养基中不再加入含铁化合物。般发酵培养基中不再加入含铁化合物。三、三、 无机盐及微量元素无机盐及微量元素 铁：
21、铁： 有些产品对铁很敏感：有些产品对铁很敏感： 例例1 1：青霉素要求最适铁含量在青霉素要求最适铁含量在20 ug/ml20 ug/ml以下。以下。 例例2 2：柠檬酸生产中，铁离子会激活顺乌头酸酶，柠檬酸生产中，铁离子会激活顺乌头酸酶，使柠檬酸进一步代谢为异柠檬酸，据报导在无铁使柠檬酸进一步代谢为异柠檬酸，据报导在无铁培养基中产酸率可比含铁培养基提高近培养基中产酸率可比含铁培养基提高近3 3倍。倍。 例例3 3：生产啤酒时，糖化用水若铁离子浓度高，生产啤酒时，糖化用水若铁离子浓度高，就会降低酵母发酵活力。就会降低酵母发酵活力。三、三、 无机盐及微量元素无机盐及微量元素铁：铁： 新发酵罐往往会
22、造成培养基铁离子浓度过高，新发酵罐往往会造成培养基铁离子浓度过高，所以要加以处理。所以要加以处理。 处理方法：处理方法：罐内壁涂生漆或耐热环氧树脂，罐内壁涂生漆或耐热环氧树脂，以防止铁离子脱落。以防止铁离子脱落。三、三、 无机盐及微量元素无机盐及微量元素氯：氯：u一般不具营养作用，但嗜盐菌除外。一般不具营养作用，但嗜盐菌除外。u在含氯产物发酵中，除从原料和水中带入的氯外，在含氯产物发酵中，除从原料和水中带入的氯外，还需加入约还需加入约0.1%0.1%氯化钾以补充氯离子。氯化钾以补充氯离子。u啤酒糖化时，氯离子在啤酒糖化时，氯离子在20-60 mg/l20-60 mg/l内，能赋于啤内，能赋于啤
23、酒口味柔和，并对酶和酵母的活性有促进作用。但酒口味柔和，并对酶和酵母的活性有促进作用。但氯含量过高会引起酵母早衰，使啤酒带有咸味。氯含量过高会引起酵母早衰，使啤酒带有咸味。三、三、 无机盐及微量元素无机盐及微量元素钠：钠： 与维持细胞渗透压有关，故在培养基中常加与维持细胞渗透压有关，故在培养基中常加入少量钠盐，但用量不能过；否则会影响生长。入少量钠盐，但用量不能过；否则会影响生长。三、三、 无机盐及微量元素无机盐及微量元素钾：钾： 与细胞渗透压和透性有关，是许多酶的激活剂，与细胞渗透压和透性有关，是许多酶的激活剂，能促进糖代谢。能促进糖代谢。 在谷氨酸发酵中，菌体生长时需要钾离子约在谷氨酸发酵
24、中，菌体生长时需要钾离子约0.01%0.01%，生产谷氨酸时需要约为，生产谷氨酸时需要约为0.02-0.1%(0.02-0.1%(以硫以硫酸钾计酸钾计) )。三、三、 无机盐及微量元素无机盐及微量元素四、生长因子四、生长因子p概念：微生物生长不可缺少的微量有机微生物生长不可缺少的微量有机物质。物质。p类别：维生素、氨基酸、嘌呤嘧啶及其类别：维生素、氨基酸、嘌呤嘧啶及其衍生物衍生物 不是所有微生物都必需的，只是对于某些自己不能不是所有微生物都必需的，只是对于某些自己不能合成这些成分的微生物才是必不可少的营养物质。合成这些成分的微生物才是必不可少的营养物质。 如以糖质原料为碳源的谷氨酸生产菌均为生
25、物素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。缺陷型，以生物素为生长因子。 又如目前所使用的赖氨酸产生菌几乎都是谷氨酸又如目前所使用的赖氨酸产生菌几乎都是谷氨酸产生菌的各种突变株，均为生物素缺陷型，同时也产生菌的各种突变株，均为生物素缺陷型，同时也是某些氨基酸如高丝氨酸的缺陷型，需要生物素和是某些氨基酸如高丝氨酸的缺陷型，需要生物素和某些氨基酸作为生长因子。某些氨基酸作为生长因子。四、生长因子四、生长因子提供生长因子的农副产品原料1 1）玉米浆）玉米浆 用亚硫酸浸泡玉米而得的浸用亚硫酸浸泡玉米而得的浸泡液的浓缩液，也是玉米淀粉泡液的浓缩液，也是玉米淀粉生产的副产品生
26、产的副产品 虽然主要用作氮源，但它虽然主要用作氮源，但它含有丰富的氨基酸、核酸、维含有丰富的氨基酸、核酸、维生素、无机盐等，常用作为提生素、无机盐等，常用作为提供生长因子的物质。供生长因子的物质。2 2）麸皮水解液）麸皮水解液可代替玉米浆，蛋白质、氨基酸等营养成分比玉可代替玉米浆，蛋白质、氨基酸等营养成分比玉米浆少。米浆少。用量一般为用量一般为1%（以干麸皮计）左右（以干麸皮计）左右水解条件：a) 以干麸皮：水：以干麸皮：水：HCl=4.6:26:1配比混合，装入水配比混合，装入水解锅中以解锅中以0.070.08MPa表压加热水解表压加热水解7080min。b) 以干麸皮：水以干麸皮：水=1：
27、20，用盐酸调，用盐酸调pH值值1.0，以，以0.25MPa表压加热水解表压加热水解20min。然后过滤取滤液。然后过滤取滤液。3 3）糖蜜）糖蜜 甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜均可代替玉米浆，但氨甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜均可代替玉米浆，但氨基酸等有机氮含量较低基酸等有机氮含量较低 甘蔗糖蜜用量为甘蔗糖蜜用量为0.1%0.4%4) 酵母酵母:酵母膏、酵母浸出液、酵母粉酵母膏、酵母浸出液、酵母粉5）其他）其他;牛肉膏、蛋白胨、动物心、肝等组织牛肉膏、蛋白胨、动物心、肝等组织浸液等都含有丰富的生长因子浸液等都含有丰富的生长因子五、前体、促进剂和抑制剂五、前体、促进剂和抑制剂前体前体 青霉素：分子量青霉素：分子量35
28、6356苯乙酸苯乙酸: :分子量分子量136136五、前体、促进剂和抑制剂五、前体、促进剂和抑制剂前体前体 p青霉素生产中，加入玉米浆，产量增加，原因是玉青霉素生产中，加入玉米浆，产量增加，原因是玉米浆含有苯乙胺，被优先结合到青霉素分子中去。米浆含有苯乙胺，被优先结合到青霉素分子中去。p有些前体浓度过高时对菌体有毒性。此外，菌体还有些前体浓度过高时对菌体有毒性。此外，菌体还能分解前体，且能分解前体，且前体相对价格较高，添加过多，容前体相对价格较高，添加过多，容易引起挥发和氧化，易引起挥发和氧化，因此常采用因此常采用少量多次地加入少量多次地加入。五、前体、促进剂和抑制剂五、前体、促进剂和抑制剂前
29、体前体 产品产品前体前体青霉素青霉素G G青霉素青霉素V V金霉素金霉素灰黄霉素灰黄霉素红霉素红霉素核黄素核黄素类胡萝卜素类胡萝卜素L-L-异亮氨酸异亮氨酸L-L-色氨酸色氨酸L-L-丝氨酸丝氨酸苯乙酸及其衍生物苯乙酸及其衍生物苯氧乙酸苯氧乙酸氯化物氯化物氯化物氯化物正丙醇正丙醇丙酸盐丙酸盐 - -紫罗酮紫罗酮 - -氨基丁酸氨基丁酸邻氨基苯甲酸邻氨基苯甲酸甘氨酸甘氨酸抑制剂：抑制剂： 会会抑制某些代谢途径抑制某些代谢途径的进行，同时会使的进行，同时会使另一代谢途径活跃另一代谢途径活跃，从而获得人们所需的，从而获得人们所需的某种产物，或使正常代谢的某一代谢中间某种产物，或使正常代谢的某一代谢中
30、间物积累起来。物积累起来。五、前体、促进剂和抑制剂五、前体、促进剂和抑制剂u举例：举例： 微生物发酵生产甘油。在发酵液中加入微生物发酵生产甘油。在发酵液中加入亚硫酸氢钠亚硫酸氢钠，它与代谢中产生的乙醛生成加成，它与代谢中产生的乙醛生成加成物，使乙醇的产生受阻物，使乙醇的产生受阻CHCH3 3CHO+NaHSOCHO+NaHSO3 3 CH CH3 3CHOH - OSOCHOH - OSO3 3Na Na 乙醛不能成受氢体，而使乙醛不能成受氢体，而使NADHNADH在细胞中积累在细胞中积累五、前体、促进剂和抑制剂五、前体、促进剂和抑制剂抑制剂抑制剂 G ATP ADP6-P-G 6-P-F 1
31、，6-二磷酸二磷酸-果糖果糖 2*3-磷酸磷酸-甘油醛甘油醛 2*NAD+ 2*乙醇乙醇（CH3CH2OH） 2*NADH+H+ 2*1，3-二磷酸二磷酸-甘油酸甘油酸 2*ADP （CH3CHO） 2*ATP2*3-P-甘油酸甘油酸 2*丙酮酸丙酮酸 2*ATP 2*2-P-甘油酸甘油酸 2*磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 2*ADP EMP EMP途径途径 乙醇发酵乙醇发酵PiATP ADPCO2乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶NADHNADH在细胞中积累，激活在细胞中积累，激活 - -磷酸甘油脱氢酶的活磷酸甘油脱氢酶的活性，使磷酸二羟基丙酮作为性，使磷酸二羟基丙酮作为NADH NADH 的受氢体，
32、而还的受氢体，而还原为原为 - - 磷酸甘油酸，再甘油激酶催化形成甘油。磷酸甘油酸，再甘油激酶催化形成甘油。产物产物被抑制的产物被抑制的产物抑制剂抑制剂链霉素链霉素去甲链霉素去甲链霉素四环素四环素去甲金霉素去甲金霉素头孢霉素头孢霉素C C利福霉素利福霉素B B甘露糖链霉素甘露糖链霉素链霉素链霉素金霉素金霉素金霉素金霉素头孢霉素头孢霉素N N其他利福霉素其他利福霉素甘露聚糖甘露聚糖乙硫氨酸乙硫氨酸溴化物、硫脲溴化物、硫脲硫磺化合物、乙硫氨酸硫磺化合物、乙硫氨酸L-L-蛋氨酸蛋氨酸巴比妥药物巴比妥药物某些代谢产物的抑制剂五、前体、促进剂和抑制剂五、前体、促进剂和抑制剂u亚硫酸氢纳亚硫酸氢纳是是乙醇
33、代谢乙醇代谢的抑制剂，促使甘油形的抑制剂，促使甘油形成。成。u亚硫酸钠亚硫酸钠也是也是乙醇代谢乙醇代谢的抑制剂的抑制剂u溴化剂溴化剂能抑制能抑制金霉素金霉素形成的代谢途径，促使形成的代谢途径，促使四四环素环素的生成。的生成。抑制剂抑制剂促进剂促进剂 指那些既不是营养物又不是前体，指那些既不是营养物又不是前体，但却能提高产量的添加剂。但却能提高产量的添加剂。五、前体、促进剂和抑制剂五、前体、促进剂和抑制剂u加加巴比妥盐巴比妥盐能使能使利福霉素利福霉素单位增加，并能使链单位增加，并能使链霉菌推迟自溶，延长分泌期。霉菌推迟自溶，延长分泌期。u加加酵母甘露聚糖酵母甘露聚糖可诱导甘露糖苷酶的产生，促可诱
34、导甘露糖苷酶的产生，促使甘露糖链霉素转化为使甘露糖链霉素转化为链霉素链霉素。u控制控制生物素生物素的加入量，可以促进的加入量，可以促进谷氨酸谷氨酸从细胞从细胞内分泌到细胞外。内分泌到细胞外。u加加聚乙烯醇衍生物聚乙烯醇衍生物可防止菌丝结球，提高可防止菌丝结球，提高糖化糖化酶酶的产量。的产量。举例：举例：五、前体、促进剂和抑制剂五、前体、促进剂和抑制剂促进剂促进剂 添加剂添加剂酶酶微生物微生物酶活力增加倍数酶活力增加倍数Tween (0.1%)Tween (0.1%)大豆酒精提取物（大豆酒精提取物（2%2%）植酸质（植酸质（0.01%-0.3%)0.01%-0.3%)洗净剂洗净剂LS (0.1%
35、)LS (0.1%)聚乙烯醇聚乙烯醇苯乙醇苯乙醇(0.05%)(0.05%)醋酸醋酸+ + 维生素维生素纤维素酶纤维素酶蔗糖酶蔗糖酶 - -葡聚糖酶葡聚糖酶木聚糖酶木聚糖酶淀粉酶淀粉酶脂酶脂酶右旋糖酐酶右旋糖酐酶普鲁兰酶普鲁兰酶蛋白酶蛋白酶脂肪酶脂肪酶蛋白酶蛋白酶蛋白酶蛋白酶糖化酶糖化酶纤维素酶纤维素酶纤维素酶纤维素酶许多真菌许多真菌许多真菌许多真菌许多真菌许多真菌许多真菌许多真菌许多真菌许多真菌许多真菌许多真菌绳状青霉绳状青霉产气杆菌产气杆菌米曲霉米曲霉泡盛曲霉泡盛曲霉曲霉、桔青霉等曲霉、桔青霉等栖土曲霉栖土曲霉筋状拟内胞霉筋状拟内胞霉真菌真菌绿色毛霉绿色毛霉2020161610104 44
36、 46 620201.51.52.872.872.502.502-42-41.61.61.21.24.44.42 2各种促进剂对产酶的促进作用 促进剂提高产量的机制还不完全清楚，其原因是促进剂提高产量的机制还不完全清楚，其原因是多方面的。多方面的。 各种促进剂的效果除受菌种、菌龄的影响外，还与各种促进剂的效果除受菌种、菌龄的影响外，还与所用的培养基组成有关，即使是同一种促进剂，用同所用的培养基组成有关，即使是同一种促进剂，用同一菌株，生产同一产物，在使用不同的培养基时效果一菌株，生产同一产物，在使用不同的培养基时效果也会不一样。也会不一样。如在酶制剂生产中，有些促进剂本身是酶的诱导物；如在酶制
37、剂生产中，有些促进剂本身是酶的诱导物；有些促进剂是表面活性剂，可改善细胞的透性，改善有些促进剂是表面活性剂，可改善细胞的透性，改善细胞与氧的接触从而促进酶的分泌与生产，也有人认细胞与氧的接触从而促进酶的分泌与生产，也有人认为表面活性剂对酶的表面失活有保护作用；有些促进为表面活性剂对酶的表面失活有保护作用；有些促进剂的作用是沉淀或鳌合有害的金属离子。剂的作用是沉淀或鳌合有害的金属离子。第二节第二节 培养基的类型及选择培养基的类型及选择p一、一、培养基的类型培养基的类型p二、二、 培养基成分和配比的选择培养基成分和配比的选择一、培养基的类型一、培养基的类型（一）按成分（一）按成分合成培养基合成培养
38、基 : : 原料其化学成分明确、稳定原料其化学成分明确、稳定 q 适合于研究菌种基本代谢和过程的物质变化规律适合于研究菌种基本代谢和过程的物质变化规律 q 培养基营养单一，价格较高，不适合用于大规模培养基营养单一，价格较高，不适合用于大规模工业工业 生产生产 天然培养基天然培养基: : 采用天然原料采用天然原料 q 原料来源丰富原料来源丰富( (大多为农副产品大多为农副产品) )、营养丰富，价、营养丰富，价格低廉、适于工业化生产格低廉、适于工业化生产 q组分复杂，不易重复，不加控制会影响生产稳定性组分复杂，不易重复，不加控制会影响生产稳定性 MM培养基培养基(1L)(1L)： NaNa2 2H
39、POHPO4 4 6g 6g，KHKH2 2POPO4 4 3g 3g， NaCl 0.5gNaCl 0.5g， NHNH4 4Cl 1gCl 1g， MgSOMgSO4 4.7H2O 0.5g.7H2O 0.5g， CaClCaCl2 2 0.011g 0.011g，葡萄糖，葡萄糖 2-10, pH 7.0 2-10, pH 7.0 YPSYPS培养基培养基：酪蛋白胨（日本大五营养）：酪蛋白胨（日本大五营养）10g10g，酵母提取物（英国酵母提取物（英国OxoidOxoid）5g, NaCl 10g5g, NaCl 10g，PH PH 7.2 7.2 培养大肠杆菌常用两种培养基培养大肠杆菌常
40、用两种培养基（二）按状态（二）按状态1 1、固体培养基：、固体培养基： 适于菌种和孢子培养和保存，也广泛应用于有适于菌种和孢子培养和保存，也广泛应用于有子实体的真菌类。子实体的真菌类。近年来由于机械化程度的提高，在发酵工业上又开近年来由于机械化程度的提高，在发酵工业上又开始应用固体培养基进行大规模生产，其组分常用麸始应用固体培养基进行大规模生产，其组分常用麸皮、大米、小米、木屑、禾壳等，有的还另加其他皮、大米、小米、木屑、禾壳等，有的还另加其他营养成分。营养成分。一、培养基的类型一、培养基的类型（二）按状态（二）按状态2 2、半固体培养基：、半固体培养基： 即在配好的液体培养基中加入少量琼脂，
41、一即在配好的液体培养基中加入少量琼脂，一般用量为般用量为0.5-0.8%0.5-0.8%，培养基即呈半固体状态。，培养基即呈半固体状态。 主要用于：鉴定菌种，观察细菌运动特征及主要用于：鉴定菌种，观察细菌运动特征及噬菌体的效价滴定等。噬菌体的效价滴定等。一、培养基的类型一、培养基的类型（二）按状态（二）按状态3 3、液体培养基：、液体培养基： 80-90%80-90%是水，内含可溶或不溶营养成分，是是水，内含可溶或不溶营养成分，是发酵工业大规模使用的培养基，它有利于氧和物发酵工业大规模使用的培养基，它有利于氧和物质传递。质传递。一、培养基的类型一、培养基的类型一、培养基的类型一、培养基的类型（
42、三）按用途（三）按用途1 1、 孢子培养基孢子培养基2 2、种子培养基种子培养基3 3、发酵培养基发酵培养基供菌种繁殖孢子用，供菌种繁殖孢子用，常用固体培养基。常用固体培养基。 要求：要求：能使菌体迅速生长，产生较多优质的孢能使菌体迅速生长，产生较多优质的孢子，不易引起菌种发生变异。子，不易引起菌种发生变异。 1 1、孢子培养基、孢子培养基基本配制要求基本配制要求： 第一，营养不要太丰富第一，营养不要太丰富( (特别是有机氮源特别是有机氮源) )，否则不易产孢子。否则不易产孢子。 第二，所用无机盐的浓度要适量，不然也会第二，所用无机盐的浓度要适量，不然也会影响孢子产量和颜色。影响孢子产量和颜色
43、。 第三，要注意孢子培养基的第三，要注意孢子培养基的pHpH和湿度。和湿度。 1 1、孢子培养基、孢子培养基常用的孢子培养基有：常用的孢子培养基有： 麸皮培养基、小米培养基、大米培养基、麸皮培养基、小米培养基、大米培养基、玉米碎屑培养基和用葡萄糠、蛋白陈、牛肉膏、玉米碎屑培养基和用葡萄糠、蛋白陈、牛肉膏、食盐等配制成的琼脂斜面培养基。食盐等配制成的琼脂斜面培养基。大米和小米常用作霉菌孢子培养基，因为大米和小米常用作霉菌孢子培养基，因为它们含氮少，疏松、表面积大，所以是较好孢它们含氮少，疏松、表面积大，所以是较好孢子培养基。子培养基。1 1、孢子培养基、孢子培养基供孢子发芽、生长和繁殖菌丝体。供
44、孢子发芽、生长和繁殖菌丝体。 要求：要求：营养丰富完全，氮源和维生素的含营养丰富完全，氮源和维生素的含量高些，总浓度略稀薄，以达到较高溶解氧。量高些，总浓度略稀薄，以达到较高溶解氧。 2 2、种子培养基、种子培养基 2 2、种子培养基、种子培养基p一般要天然有机氮源，因为有些氨基酸能刺激一般要天然有机氮源，因为有些氨基酸能刺激孢子发芽。但无机氮源容易利用，有利于菌体孢子发芽。但无机氮源容易利用，有利于菌体迅速生长，所以常包括有机及无机氮源。迅速生长，所以常包括有机及无机氮源。p最后一级的种子培养基最好能较接近发酵培养最后一级的种子培养基最好能较接近发酵培养基，这样可使种子迅速适应，快速生长。基
45、，这样可使种子迅速适应，快速生长。u是供菌种生长、繁殖和合成产物之用。是供菌种生长、繁殖和合成产物之用。u既要迅速生长、又要能迅速合成产物。既要迅速生长、又要能迅速合成产物。u除有生长所必需的元素和化合物外，还要除有生长所必需的元素和化合物外，还要有产物所需元素、前体和促进剂。有产物所需元素、前体和促进剂。3 3、发酵培养基、发酵培养基 1 1、提供合成微生物细胞和发酵产物的基本成分、提供合成微生物细胞和发酵产物的基本成分. . 2 2、有利于提高培养基中产物的浓度，以提高单、有利于提高培养基中产物的浓度，以提高单位容积发酵罐的生产能力。位容积发酵罐的生产能力。 3 3、有利于提高产物的合成速
46、度，缩短发酵周期、有利于提高产物的合成速度，缩短发酵周期. . 3 3、发酵培养基、发酵培养基 4 4、尽量减少副产物的形成，便于产物的分离纯化、尽量减少副产物的形成，便于产物的分离纯化 5 5、原料价格低廉，质量稳定，取材容易。、原料价格低廉，质量稳定，取材容易。 6 6、所用原料尽可能减少对发酵过程中通气搅拌的影、所用原料尽可能减少对发酵过程中通气搅拌的影响，利于提高氧的利用率降低能耗。响，利于提高氧的利用率降低能耗。 有利于产品的分有利于产品的分离和纯化，并尽可能减少产生离和纯化，并尽可能减少产生“三废三废”的物质。的物质。3 3、发酵培养基、发酵培养基3 3、发酵培养基、发酵培养基 7
47、 7、生长和合成产物需要的总的碳源、氮源、磷、生长和合成产物需要的总的碳源、氮源、磷 源等的浓度太高，或两阶段各需的最佳条件不源等的浓度太高，或两阶段各需的最佳条件不 同时，则考虑同时，则考虑分批扑料分批扑料。 还要考虑配比、渗透压、还要考虑配比、渗透压、PHPH、氧化还原等因素。、氧化还原等因素。二、二、 培养基成分和配比的选择培养基成分和配比的选择 培养基的组分、来源、加工方法、配比，缓冲培养基的组分、来源、加工方法、配比，缓冲能力，粘度，消毒是否易彻底，消毒对营养破坏能力，粘度，消毒是否易彻底，消毒对营养破坏程度、杂质的含量都对菌体生长和产物形成有影程度、杂质的含量都对菌体生长和产物形成
48、有影响。响。 注意事项：注意事项：1 1、要注意快速利用的碳、要注意快速利用的碳( (氮氮) )源和慢速利用的碳源和慢速利用的碳( (氮氮) )源的相互配比。源的相互配比。2 2、选用适当的碳氮比。、选用适当的碳氮比。3 3、要注意生理酸、碱性盐和、要注意生理酸、碱性盐和pHpH缓冲剂的加入缓冲剂的加入和搭配。和搭配。 确定最佳成分组成确定最佳成分组成 确定各成分的最佳配比确定各成分的最佳配比 确定最佳确定最佳pHpH 确定最佳配制工艺确定最佳配制工艺培养基设计与优化的任务培养基设计与优化的任务a. 培养基组成（包括原料来源与加工方法）培养基组成（包括原料来源与加工方法）b.配比配比c. 缓冲
49、能力缓冲能力d.黏度黏度e. 消毒是否彻底消毒是否彻底f. 消毒对营养的破坏程度消毒对营养的破坏程度g.原料的杂质原料的杂质培养基中影响菌体生长和产物形成的因素：培养基中影响菌体生长和产物形成的因素：第三节第三节 淀粉水解糖的制备淀粉水解糖的制备p淀粉水解制糖的意义淀粉水解制糖的意义p淀粉水解糖的制备方法及原理淀粉水解糖的制备方法及原理p 大多数微生物不能直接利用淀粉（所有的氨基酸大多数微生物不能直接利用淀粉（所有的氨基酸生产菌不能直接利用）生产菌不能直接利用）p 有些微生物能够直接利用淀粉作原料，但必须在有些微生物能够直接利用淀粉作原料，但必须在微生物产生淀粉酶后才能进行，过程缓慢，发酵微生
50、物产生淀粉酶后才能进行，过程缓慢，发酵周期延长。周期延长。p 若直接利用淀粉作原料，灭菌过程的高温会导致若直接利用淀粉作原料，灭菌过程的高温会导致淀粉结块，发酵液粘度剧增。淀粉结块，发酵液粘度剧增。淀粉水解制糖的意义淀粉水解制糖的意义淀粉水解制糖的意义淀粉水解制糖的意义p因此，在发酵生产之前，必须将淀粉水解为葡因此，在发酵生产之前，必须将淀粉水解为葡萄糖，才能供发酵使用。萄糖，才能供发酵使用。在工业生产中，将淀粉水解为葡萄糖的过程称在工业生产中，将淀粉水解为葡萄糖的过程称淀粉的淀粉的，制得的溶液叫制得的溶液叫。 淀粉通常以颗粒状态存在，颗粒大小随不同淀粉而异淀粉通常以颗粒状态存在，颗粒大小随不