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1、第二章 培养基的制备第1页，本讲稿共13页学习目标学习目标v了解基本概念、培养基的主要组成成分及培养基的类型；v理解培养基制备过程中的各种因素对其质量的影响；v掌握工业用培养基的配制工艺及简单计算。2第2页，本讲稿共13页3第一节第一节 基本概念基本概念 培养基培养基 供产生菌生长、繁殖、代谢和合成产品所需要的，按一定比例配供产生菌生长、繁殖、代谢和合成产品所需要的，按一定比例配制的多种营养物质的混合物。制的多种营养物质的混合物。前体前体 加入到培养基中能够加入到培养基中能够直接直接在生物合成过程中在生物合成过程中结合到产物分子中结合到产物分子中去，去，而本身的结构没有显著变化的一类小分子物质
2、。而本身的结构没有显著变化的一类小分子物质。糊化糊化 将淀粉加水调成乳浊液，加热升温，使淀粉颗粒吸水膨胀，破坏其将淀粉加水调成乳浊液，加热升温，使淀粉颗粒吸水膨胀，破坏其晶晶体结构体结构，当温度升高到一定限度，淀粉颗粒解体，其晶体结构消失，当温度升高到一定限度，淀粉颗粒解体，其晶体结构消失，淀粉分子均匀分散成淀粉分子均匀分散成粘度很大糊状胶体溶液粘度很大糊状胶体溶液的过程。（的过程。（物理过程物理过程）糊化时的温度称为糊化温度，是一个温度范围糊化时的温度称为糊化温度，是一个温度范围。第3页，本讲稿共13页4v老老化化 糊化淀粉溶液快速冷却可成冻状凝胶。若长时间放置，缓慢冷却，会变混浊，甚至产生
3、凝结沉淀，这种现象称为“老化”又叫“回生”或“凝沉”。液液化化 糊化后的淀粉胶体溶液在酸或酶的作用下水解成糊精、低聚糖及葡萄糖等，使其可溶性增加，而成为水溶液的过程。淀粉液化后，粘度降低，分子量变小，利于糖化酶的作用。糖糖化化 工业生产中，将淀粉水解为葡萄糖的过程，制得的溶液叫淀粉水解糖。在淀粉水解糖中，主要成分是葡萄糖，另外还有少量的麦芽糖、二糖、低聚糖，原料带进来的杂质像蛋白质、脂肪以及它们的分解产物也混在糖液中。化化学学过过程程第4页，本讲稿共13页5第二节第二节 培养基的制备过程培养基的制备过程 一、培养基成分一、培养基成分 碳源：碳源：碳源主要为细胞提供能源，组成菌体细胞成分的碳架（
4、如蛋白质、糖类、脂类、核酸等），构成代谢产物。常用的碳源物质包括糖类、脂类、有机酸、低碳醇等。氮源：氮源：氮源主要功能是构成菌体细胞结构（如氨基酸、蛋白质、核酸等）及合成含氮代谢产物。在碳源不足的时候，也可为微生物提供能源。常用的氮源有机氮源和无机氮源。生长因子：生长因子：广义说，凡是微生物生长不可缺少的微量有机物质都称为生长因子(又称生长素)，包括氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等；狭义说，生长素仅指维生素。工业上除了采用较纯的化学制品外，还可以利用农副产品原料，如玉米浆、麸皮水解液、糖蜜及酵母等。第5页，本讲稿共13页6 无机盐及微量元素无机盐及微量元素：无机盐和微量元素一般在较低浓度时作为酶的
5、激活剂对细胞的生长和产物合成有促进作用。而在高浓度时常表现出抑制作用。如磷、镁、硫、铁、钾、钠、铅、氯、锌、钴、锰等。前体：前体：主要在于参与目标产物的合成、控制微生物合成的方向或提高产物的产量。生物合成所需要的前体物质，有的是微生物本身能够合成的，有的本身不能合成，需要从外界加入。促进剂和抑制剂促进剂和抑制剂：促进剂是一类刺激因子，它们并不是前体或营养物质，可以影响微生物的正常代谢、促进中间代谢产物的积累或提高次级代谢产物的产量。抑制剂会抑制某些代谢途径的进行，同时刺激另一代谢途径，以致可以改变微生物的代谢途径。第6页，本讲稿共13页7 水水分分：水是微生物细胞的重要组成部分，细胞质量的绝大
6、部分是水分。水除了直接参与细胞内的某些生化反应外，水还是良好的溶剂，菌体所需要的营养物质都是溶解于水中被吸收的。二、培养基的类型二、培养基的类型 按照培养基的组成分，有合成培养基和天然培养基。按照培养基的状态可分为固体、半固体和液体培养基。按照培养基的用途将可分为孢子培养基、种子培养基和发酵培养基。三、培养基的选择三、培养基的选择 从微生物的特点来选择培养基；液体和固体培养基选择；从生产实践和科学实验的不同要求选择；从经济效益方面考虑选择生产原料。第7页，本讲稿共13页8四、工业发酵培养基的制备过程四、工业发酵培养基的制备过程v液体培养基的制备 大多数发酵培养基都是将各种原料（如淀粉水解糖）按
7、培养基配方的要求及一定的加料顺序，投入至配料罐内，在搅拌作用下用水调成溶液或悬浮液，并预热至一定温度后，送灭菌系统进行灭菌处理。（1）淀粉水解糖的制备方法：酸解法、酸酶法、酶酸法、双酶法等。（2）双酶法制葡萄糖的工艺。主要包括液化与糖化二个过程。第8页，本讲稿共13页9第9页，本讲稿共13页10u蒸汽喷射液化工艺流程如下：调浆配料一次喷射液化液化保温二次喷射高温维持二次液化冷却（糖化）液化条件：温度、PH、液化程度等。v糖化工艺流程如下：液化糖化灭酶过滤贮糖计量发酵 糖化条件：温度、PH、糖化程度等。葡萄糖值DE值 工业上用DE值（也称葡萄糖值）表示淀粉糖的含糖量。液化液或糖化液中的还原糖含量
8、（以葡萄糖计）占干物质的百分率为DE值。第10页，本讲稿共13页11第三节第三节 问题分析及处理手段问题分析及处理手段 一、培养基制备过程中的影响因素一、培养基制备过程中的影响因素 培养基组分配比的影响：培养基组分配比的影响：碳源、氮源等 培培养养基基原原材材料料质质量量的的影影响响：各种原材料的质量对培养基质量的影响很大的。在工业生产中必须严格控制，按质量标准进行分析检验，合乎标准的原材料才能使用。其他因素的影响：其他因素的影响：水质、pH值、培养基粘度第11页，本讲稿共13页12二、常见问题及其处理手段二、常见问题及其处理手段u配制好的培养基pH值不合格，一般用酸或碱直接调节。u配制过程中
9、发生沉淀反应或其它反应使培养基质量下降。一般可调整加料顺序调整加料顺序，如先加入缓冲化合物，溶解后加入主要物质，然后加入维生素、氨基酸等生长素类物质。但对易发生反应的物料必须分开配制，切记混在一起。u使用淀粉时，如果浓度过高培养基会很粘稠，所以培养基中淀粉的含量大于2.0%时，应先用淀粉酶糊化，然后再混合、配制、灭菌，以免产生结块现象。糊精的作用和淀粉极为相似，因其在热水中的溶解性，所以补料中一般不补淀粉而补糊精。第12页，本讲稿共13页13v发酵过程所用的原料，如果对发酵影响较大，可进行适当的预处理。如使用大麦、高梁、橡子等原料时，为避免皮壳中的有害物质如单宁等进入发酵发酵，可先进行脱皮处理。糖蜜中富含铁离子，如果对铁敏感的菌株则要预先加入黄血盐除铁。在酒精或酵母生产中，由于糖密中干物质浓度大、糖分高、产酸菌多、灰分和胶体物质也很多，酵母无法生长，因此须经过稀释、酸化、灭菌、澄清和添加营养盐等处理后才能使用。v培养基粘度太大。如果粘度是由于固体原料用量太多，可采用精料发酵或将原料用酶水解，降低大分子物质；如果是由于固体颗粒过大，可预先粉碎并过筛处理。第13页，本讲稿共13页