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1、本章内容：本章内容：第一节，微生物的营养要求第一节，微生物的营养要求（微生物们需要吃什么？）（微生物们需要吃什么？）第三节，发酵生产中培养条件的确定第三节，发酵生产中培养条件的确定（怎样让微生物健康的工作？）（怎样让微生物健康的工作？）第二节，培养基第二节，培养基（如何给微生物们做饭？）（如何给微生物们做饭？）第三章 发酵工艺条件的确定第一节第一节 微生物的营养要求微生物的营养要求一、微生物细胞的化学组成一、微生物细胞的化学组成微生物细胞微生物细胞水：水：70%-90%干物质干物质有机物有机物蛋白质、糖、脂、核酸、维生素等蛋白质、糖、脂、核酸、维生素等及其降解产物及其降解产物 无机物（盐）无机
2、物（盐）细胞化学元素组成：细胞化学元素组成：主要元素主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁等；碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁等；微量元素微量元素：锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。微生物生长需要六大营养要素：微生物生长需要六大营养要素：碳源、氮源、无机盐、能源、生长因子、水碳源、氮源、无机盐、能源、生长因子、水二、营养物质二、营养物质第一节第一节 微生物的营养要求微生物的营养要求微生物生长所需要的微生物生长所需要的六大营养六大营养物质及其生理功能物质及其生理功能第二节第二节 培养基培养基培养基几乎是一切对微生物进行研究
3、和利用工作的基础培养基几乎是一切对微生物进行研究和利用工作的基础培养基：是用于维持微生物生长繁殖和产物形成的营养物质培养基：是用于维持微生物生长繁殖和产物形成的营养物质。任何培养基都应该具备微生物生长所需要六大营养要素：任何培养基都应该具备微生物生长所需要六大营养要素：任何培养基一旦配成，必须立即进行灭菌处理任何培养基一旦配成，必须立即进行灭菌处理；常规高压蒸汽灭常规高压蒸汽灭:1.05kg/cm2,121.3 15-30min；某些成分进行分别灭菌某些成分进行分别灭菌:过滤除菌；过滤除菌；第二节第二节 培养基培养基一、选用和设计培养基的原则和方法一、选用和设计培养基的原则和方法在微生物学研究
4、和生长实践中，配置合适的培养基是一项最基本的要求。原则原则：1、目的明确 2、营养协调 3、理化适宜4、经济节约1、目的明确、目的明确n n培养何菌？n n获何产物？n n实验室研究或生产大批产品用？n n生产含氮高或低产物？n n种子培养基或发酵培养基？目的不同方案不同一、选用和设计培养基的原则和方法一、选用和设计培养基的原则和方法2、营养协调、营养协调（1）选择适宜的营养物质实验室一般培养：普通常用培养基；遗传研究：成分清楚的合成培养基；生理、代谢研究：选用有利于代谢的培养基；例如枯草芽孢杆菌：一般培养：肉汤培养基或LB培养基；自然转化：基础培养基；观察芽孢：逆境培养基；产蛋白酶：以玉米粉
5、、黄豆饼粉为主的产酶培养基；一、选用和设计培养基的原则和方法一、选用和设计培养基的原则和方法（2）营养物质浓度及配比合适营养物质的浓度适宜；营养物质之间的配比适宜；高浓度糖类物质、无机盐、重金属离子等不仅不能维持和促进微生物的生长，反而起到抑制或杀菌作用。培养基中营养物质之间的配比直接影响微生物的生长繁殖和代谢产物的形成和积累，其中碳氮比(C/N)C/N)的影响较大。发酵生产谷氨酸时：发酵生产谷氨酸时：碳氮比为碳氮比为4/14/1时，菌体大量时，菌体大量繁殖繁殖，谷氨酸，谷氨酸积累少积累少；碳氮比为碳氮比为3/13/1时，菌体时，菌体繁殖受到抑制繁殖受到抑制，谷氨酸产量则，谷氨酸产量则大量积累
6、大量积累。1斜面培养基n n斜面培养基主要是用于：斜面培养基主要是用于：n n1)1)1)1)生生生生长长长长繁繁繁繁殖殖殖殖培培培培养养养养基基基基，包包包包括括括括细细细细菌菌菌菌、酵酵酵酵母母母母等等等等的的的的斜斜斜斜面面面面培培培培养养养养基基基基以以以以及及及及霉霉霉霉菌菌菌菌、放放放放线线线线菌菌菌菌生生生生孢孢孢孢子子子子培养基或麸皮培养基等。培养基或麸皮培养基等。培养基或麸皮培养基等。培养基或麸皮培养基等。n n2)2)2)2)菌种保藏菌种保藏菌种保藏菌种保藏培养基；培养基；培养基；培养基；工业发酵中,培养基往往是依据生产流程和作用分:n n斜面培养基斜面培养基斜面培养基斜面
7、培养基n n种子培养基种子培养基种子培养基种子培养基n n发酵培养基发酵培养基发酵培养基发酵培养基2.2.种子培养基种子培养基n n包括：摇瓶种子和小罐种子培养基。n n目的：培养种子n n1.1.促进生长，增加促进生长，增加细胞数量细胞数量使其使其大量繁殖大量繁殖；n n2.2.必须培养出强壮、健康、活性强的必须培养出强壮、健康、活性强的“种子种子”。n n种子培养基满足种子培养基满足2特点：特点：n n1.1.1.1.必必必必须须须须有有有有较较较较完完完完全全全全和和和和丰丰丰丰富富富富的的的的营营营营养养养养物物物物质质质质，特特特特别别别别需需需需要要要要充充充充足足足足的的的的氮氮
8、氮氮源源源源和和和和生生生生长因子。长因子。长因子。长因子。n n2.2.2.2.成分应与发酵培养基的成分应与发酵培养基的成分应与发酵培养基的成分应与发酵培养基的主要成分主要成分主要成分主要成分相近。相近。相近。相近。3.3.发酵培养基发酵培养基n n地位：地位：发酵生产中最主要的培养基，不仅采用大量原材料，也是生产能否成功的关键。n n作用作用：最大限度的获得目的产物，因此必需根据菌体的生长规律和产物合成特点设计培养基。发酵培养基的共性发酵培养基的共性n n单位培养基能够产出最大量的目的产物；n n能够使得目的产物合成速率最大；n n使副产物合成量最少；n n采用的培养基应该质量稳定、价格低
9、廉、易于获得；n n不影响搅拌性能和发酵产物后处理。3.发酵培养基设计原则1.1.提供必要的营养成分提供必要的营养成分提供必要的营养成分提供必要的营养成分;2.2.利于减少培养基原料单耗，提高单位营养物质的转化率。利于减少培养基原料单耗，提高单位营养物质的转化率。利于减少培养基原料单耗，提高单位营养物质的转化率。利于减少培养基原料单耗，提高单位营养物质的转化率。3.3.利于提高产物浓度，以提高单位容积的生产能力。利于提高产物浓度，以提高单位容积的生产能力。利于提高产物浓度，以提高单位容积的生产能力。利于提高产物浓度，以提高单位容积的生产能力。4.4.利于提高产物合成速度，缩短发酵周期。利于提高
10、产物合成速度，缩短发酵周期。利于提高产物合成速度，缩短发酵周期。利于提高产物合成速度，缩短发酵周期。5.5.减少副产物的形成，便于分离纯化。减少副产物的形成，便于分离纯化。减少副产物的形成，便于分离纯化。减少副产物的形成，便于分离纯化。6.6.原料价格低廉。原料价格低廉。原料价格低廉。原料价格低廉。7.7.原料尽量不对搅拌和通气产生影响，利于原料尽量不对搅拌和通气产生影响，利于原料尽量不对搅拌和通气产生影响，利于原料尽量不对搅拌和通气产生影响，利于OO2 2的利用率的利用率的利用率的利用率8.8.利于产品的分离纯化，尽量减少产生利于产品的分离纯化，尽量减少产生利于产品的分离纯化，尽量减少产生利
11、于产品的分离纯化，尽量减少产生“三废三废三废三废”物质。物质。物质。物质。注注 意意代谢调节物的影响：代谢调节物的影响：代谢调节物的影响：代谢调节物的影响：有些物质存在于培养基中往有些物质存在于培养基中往有些物质存在于培养基中往有些物质存在于培养基中往往能明显地往能明显地往能明显地往能明显地促进促进促进促进或或或或抑制抑制抑制抑制发酵产物的形成。发酵产物的形成。发酵产物的形成。发酵产物的形成。1 1 1 1）前体物质；）前体物质；）前体物质；）前体物质；2 2 2 2）诱导剂；）诱导剂；）诱导剂；）诱导剂；3 3 3 3）阻遏物或抑制剂）阻遏物或抑制剂）阻遏物或抑制剂）阻遏物或抑制剂4 4 4
12、 4）金属离子）金属离子）金属离子）金属离子(1)前体物质前前体体：是是指指某某些些化化合合物物添添加加到到发发酵酵培培养养基基中中，能能直直接接在在生生物物合合成成过过程程中中结结合合到到产产物物中中去去，而而其其自自身身的的结结构构未未发发生生太太大大变变化化，却却能能够够提提高高产产物产量的一类物质。物产量的一类物质。在在发发酵酵中中添添加加少少量量的的前前体体物物质质将将有有利利于于产产物物的的合成和显著提高产量，但浓度过大起抑制作用。合成和显著提高产量，但浓度过大起抑制作用。青霉素：分子量青霉素：分子量356苯乙酸苯乙酸:分子量分子量136(2)添加促进剂（诱导物）n n工工工工业业
13、业业用用用用微微微微生生生生物物物物酶酶酶酶多多多多数数数数为为为为诱诱诱诱导导导导酶酶酶酶，如如如如蛋蛋蛋蛋白白白白酶酶酶酶、淀淀淀淀粉粉粉粉酶酶酶酶、纤纤纤纤维素酶等。维素酶等。维素酶等。维素酶等。n n诱导物的存在能大大诱导物的存在能大大诱导物的存在能大大诱导物的存在能大大强化诱导酶的生物合成强化诱导酶的生物合成强化诱导酶的生物合成强化诱导酶的生物合成。n n酶的正常底物或底物类似物都可酶的正常底物或底物类似物都可酶的正常底物或底物类似物都可酶的正常底物或底物类似物都可作为诱导物作为诱导物作为诱导物作为诱导物。n n在在在在各各各各种种种种微微微微生生生生物物物物酶酶酶酶的的的的发发发发
14、酵酵酵酵培培培培养养养养基基基基中中中中必必必必须须须须加加加加入入入入诱诱诱诱导导导导物物物物，例例例例如如如如淀淀淀淀粉粉粉粉、糊糊糊糊精精精精或或或或麦麦麦麦芽芽芽芽糖糖糖糖是是是是淀淀淀淀粉粉粉粉酶酶酶酶或或或或糖糖糖糖化化化化酶酶酶酶的的的的诱诱诱诱导导导导物物物物。只只只只有有有有添加这些物质的培养基，才能获得高产。添加这些物质的培养基，才能获得高产。添加这些物质的培养基，才能获得高产。添加这些物质的培养基，才能获得高产。(1)添加前体物质添加前体物质方法：添加前体物质方法：流加法流加法前体一般都有毒性，浓度过大对菌体的生长不利前体一般都有毒性，浓度过大对菌体的生长不利,一般基础料
15、中仅一般基础料中仅仅添加仅添加0.07%0.07%，前体相对价格较高，添加过多，容易引起挥发和氧前体相对价格较高，添加过多，容易引起挥发和氧化，用量不要大于化，用量不要大于0.10.1。(3)注意阻遏物或抑制剂的影响n n培培养养基基中中存存在在反反馈馈阻阻遏遏物物能能影影响响酶酶的的合合成成，降降低发酵产量。低发酵产量。(4)金属离子的影响金属离子的影响n n有有有有些些些些种种种种类类类类的的的的发发发发酵酵酵酵生生生生产产产产对对对对金金金金属属属属离离离离子子子子相相相相当当当当敏敏敏敏感感感感，因因因因为为为为有有有有些金属离子是中间代谢些金属离子是中间代谢些金属离子是中间代谢些金属
16、离子是中间代谢酶抑制剂或激活剂酶抑制剂或激活剂酶抑制剂或激活剂酶抑制剂或激活剂。对于有重大影响的金属离子必须严格控制。对于有重大影响的金属离子必须严格控制。对于有重大影响的金属离子必须严格控制。对于有重大影响的金属离子必须严格控制。柠檬酸柠檬酸柠檬酸柠檬酸发酵中发酵中发酵中发酵中铁、锰和锌铁、锰和锌铁、锰和锌铁、锰和锌离子都能明显影响产量；离子都能明显影响产量；离子都能明显影响产量；离子都能明显影响产量；钙钙钙钙离子对离子对离子对离子对细菌淀粉酶细菌淀粉酶细菌淀粉酶细菌淀粉酶的生产有促进作用；的生产有促进作用；的生产有促进作用；的生产有促进作用；钴钴钴钴离子对离子对离子对离子对葡萄糖异构酶葡萄
17、糖异构酶葡萄糖异构酶葡萄糖异构酶的发酵是必需的。的发酵是必需的。的发酵是必需的。的发酵是必需的。因此，在培养基配制时都必须予以注意。因此，在培养基配制时都必须予以注意。因此，在培养基配制时都必须予以注意。因此，在培养基配制时都必须予以注意。铁是细胞色素、色素氧化酶、过氧化物酶的组成成分，是微生物有氧氧化必需元素。钢制发酵罐中，不添加铁，离子浓度达到30ug/ml。微生物对铁要求敏感：青霉素生产中，铁 20ug/ml；柠檬酸生产中，无铁培养基比加铁培养基产率高3倍。二、工业生产中培养基组成n n碳素化合物n n氮素化合物 n n水 n n微量元素(无机盐类)n n生长因子 碳源物质碳源物质n n
18、单双糖：葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、棉子糖；单双糖：葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、棉子糖；单双糖：葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、棉子糖；单双糖：葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、棉子糖；n n多多多多糖糖糖糖：淀淀淀淀粉粉粉粉、纤纤纤纤维维维维素素素素、半半半半纤纤纤纤维维维维素素素素、甲甲甲甲壳壳壳壳质质质质和和和和果果果果胶胶胶胶质质质质等，其中淀粉是大多数微生物都能利用的碳源。等，其中淀粉是大多数微生物都能利用的碳源。等，其中淀粉是大多数微生物都能利用的碳源。等，其中淀粉是大多数微生物都能利用的碳源。n n有有有有机机机机酸酸酸酸：柠柠柠柠檬檬檬檬酸酸酸酸、反反反反丁丁丁丁烯烯烯烯二二二二酸酸酸酸、琥琥琥琥珀珀珀珀酸酸酸
19、酸、苹苹苹苹果果果果酸酸酸酸、丙酮酸、酒石酸等。丙酮酸、酒石酸等。丙酮酸、酒石酸等。丙酮酸、酒石酸等。n n醇类：甘露醇、甘油、低浓度乙醇。醇类：甘露醇、甘油、低浓度乙醇。n n低低级级脂脂肪肪酸酸：甲甲酸酸、乙乙酸酸、丙丙酸酸、丁丁酸酸等等低级脂肪酸都可用作碳源。低级脂肪酸都可用作碳源。n n高高级级脂脂肪肪酸酸：油油酸酸和和亚亚油油酸酸等等高高级级脂脂肪肪酸酸可可被被放放线线菌菌和和真真菌菌作作为为碳碳源源和和能能源源利利用用，低低浓浓度度的的高高级级脂脂肪肪酸酸可可刺刺激激细细菌菌生生长长，但但浓度较高时往往有毒害作用。浓度较高时往往有毒害作用。n n正烷烃：正烷烃：葡萄糖葡萄糖：优点：
20、优点：优点：优点：是最易利用的糖，并且作为加速微生物生长的一是最易利用的糖，并且作为加速微生物生长的一是最易利用的糖，并且作为加速微生物生长的一是最易利用的糖，并且作为加速微生物生长的一种有效的糖。种有效的糖。种有效的糖。种有效的糖。缺点缺点缺点缺点：过多葡萄糖会加速菌体的呼吸，以致培养基中的过多葡萄糖会加速菌体的呼吸，以致培养基中的过多葡萄糖会加速菌体的呼吸，以致培养基中的过多葡萄糖会加速菌体的呼吸，以致培养基中的溶解氧不能满足需要。溶解氧不能满足需要。溶解氧不能满足需要。溶解氧不能满足需要。油和脂肪油和脂肪油和脂肪油和脂肪：n n在微生物分泌的在微生物分泌的在微生物分泌的在微生物分泌的脂肪
21、酶脂肪酶脂肪酶脂肪酶作用下水解为甘油和脂肪酸，作用下水解为甘油和脂肪酸，作用下水解为甘油和脂肪酸，作用下水解为甘油和脂肪酸，在溶解氧的参与下，氧化成水和在溶解氧的参与下，氧化成水和在溶解氧的参与下，氧化成水和在溶解氧的参与下，氧化成水和COCOCOCO2 2 2 2。因此用脂肪作碳因此用脂肪作碳因此用脂肪作碳因此用脂肪作碳源时需比糖代谢供给更多的氧。源时需比糖代谢供给更多的氧。源时需比糖代谢供给更多的氧。源时需比糖代谢供给更多的氧。n n淀粉：淀粉：淀粉：淀粉：一般要经菌体产生胞外酶水解成一般要经菌体产生胞外酶水解成一般要经菌体产生胞外酶水解成一般要经菌体产生胞外酶水解成单糖单糖单糖单糖后再后
22、再后再后再被吸收利用。可克服被吸收利用。可克服被吸收利用。可克服被吸收利用。可克服葡萄糖代谢过快的弊病葡萄糖代谢过快的弊病葡萄糖代谢过快的弊病葡萄糖代谢过快的弊病。来。来。来。来源丰富，价格低廉。常用的为玉米淀粉、小麦淀源丰富，价格低廉。常用的为玉米淀粉、小麦淀源丰富，价格低廉。常用的为玉米淀粉、小麦淀源丰富，价格低廉。常用的为玉米淀粉、小麦淀粉和甘薯淀粉。粉和甘薯淀粉。粉和甘薯淀粉。粉和甘薯淀粉。n n糖蜜：糖蜜：糖蜜：糖蜜：是制糖厂生产糖时的结晶母液，含有较丰是制糖厂生产糖时的结晶母液，含有较丰是制糖厂生产糖时的结晶母液，含有较丰是制糖厂生产糖时的结晶母液，含有较丰富的糖、含氮化合物和维生
23、素等。富的糖、含氮化合物和维生素等。富的糖、含氮化合物和维生素等。富的糖、含氮化合物和维生素等。碳源碳源 细胞量细胞量 -淀粉酶淀粉酶葡萄糖葡萄糖 4.2 0 蔗糖蔗糖 4.02 0糊精糊精 3.06 38.2淀粉淀粉 3.09 40.2不同的碳源对不同的碳源对细胞的生长和产酶细胞的生长和产酶的影响的影响例：地衣芽孢杆菌生产例：地衣芽孢杆菌生产-淀粉酶淀粉酶糖蜜使用的注意点：糖蜜使用的注意点：除糖份外，含有较多的杂质，需要进行预处理。除糖份外，含有较多的杂质，需要进行预处理。例：谷氨酸发酵例：谷氨酸发酵有害物：生物素（发酵控制）有害物：生物素（发酵控制）例：柠檬酸发酵例：柠檬酸发酵有害物：铁离
24、子含量高（导致异柠檬酸的生成）有害物：铁离子含量高（导致异柠檬酸的生成）除铁处理：除铁处理：黄血盐黄血盐n n氮的来源可分为氮的来源可分为氮的来源可分为氮的来源可分为无机氮和有机氮无机氮和有机氮无机氮和有机氮无机氮和有机氮。n n有机氮源有机氮源有机氮源有机氮源：花生饼粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、玉米浆、玉米蛋白：花生饼粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、玉米浆、玉米蛋白：花生饼粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、玉米浆、玉米蛋白：花生饼粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、玉米浆、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母膏、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和酒糟等。粉、蛋白胨、酵母膏、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和酒糟等。粉、蛋白胨、酵母膏、鱼粉、蚕蛹
25、粉、尿素、废菌丝体和酒糟等。粉、蛋白胨、酵母膏、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和酒糟等。n n它们在微生物分泌的蛋白酶作用下，水解成氨基酸，被菌体进一它们在微生物分泌的蛋白酶作用下，水解成氨基酸，被菌体进一它们在微生物分泌的蛋白酶作用下，水解成氨基酸，被菌体进一它们在微生物分泌的蛋白酶作用下，水解成氨基酸，被菌体进一步分解代谢。步分解代谢。步分解代谢。步分解代谢。(2)氮素化合物氮素化合物 n n玉米浆：玉米淀粉生产中副产物，其中固体物含量在玉米浆：玉米淀粉生产中副产物，其中固体物含量在玉米浆：玉米淀粉生产中副产物，其中固体物含量在玉米浆：玉米淀粉生产中副产物，其中固体物含量在50505050。
26、还含。还含。还含。还含有机酸、还原糖、磷、微量元素、生长素等。有机酸、还原糖、磷、微量元素、生长素等。有机酸、还原糖、磷、微量元素、生长素等。有机酸、还原糖、磷、微量元素、生长素等。n n由于玉米浆的来源不同，加工条件也不同，因此玉米浆的成分有由于玉米浆的来源不同，加工条件也不同，因此玉米浆的成分有由于玉米浆的来源不同，加工条件也不同，因此玉米浆的成分有由于玉米浆的来源不同，加工条件也不同，因此玉米浆的成分有较大波动。较大波动。较大波动。较大波动。n n无机氮源：无机氮源：无机氮源：无机氮源：铵盐、硝酸盐、氨水等。铵盐、硝酸盐、氨水等。铵盐、硝酸盐、氨水等。铵盐、硝酸盐、氨水等。n n微生物对
27、其吸收利用比有机物快，所以也称速效氮微生物对其吸收利用比有机物快，所以也称速效氮微生物对其吸收利用比有机物快，所以也称速效氮微生物对其吸收利用比有机物快，所以也称速效氮。n n利用无机氮时应注意引起的利用无机氮时应注意引起的利用无机氮时应注意引起的利用无机氮时应注意引起的pHpHpHpH变化。变化。变化。变化。n n实验室中常用蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等作实验室中常用蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等作实验室中常用蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等作实验室中常用蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等作为氮源，工业生产上常用为氮源，工业生产上常用为氮源，工业生产上常用为氮源，工业生产上常用硫酸铵、尿素、氨硫酸铵、尿素、氨硫酸铵、尿
28、素、氨硫酸铵、尿素、氨水、豆饼粉、花生饼粉、麸皮等水、豆饼粉、花生饼粉、麸皮等水、豆饼粉、花生饼粉、麸皮等水、豆饼粉、花生饼粉、麸皮等原料作氮源。原料作氮源。原料作氮源。原料作氮源。n n无无无无机机机机盐盐盐盐包包包包括括括括大大大大量量量量元元元元素素素素和和和和微微微微量量量量元元元元素素素素，是是是是依依依依据据据据微微微微生生生生物物物物对对对对它它它它们需要量的大小划分。们需要量的大小划分。们需要量的大小划分。们需要量的大小划分。n n大量元素大量元素大量元素大量元素：P P P P、S S S S、MgMgMgMg、K K K K、CaCaCaCa、FeFeFeFe等；等；等；等
29、；n n微量元素微量元素微量元素微量元素：FeFeFeFe、CuCuCuCu、MnMnMnMn、ZnZnZnZn、MoMoMoMo、CoCoCoCo等。等。等。等。n n当当当当盐盐盐盐浓浓浓浓度度度度太太太太高高高高时时时时，对对对对微微微微生生生生物物物物生生生生长长长长有有有有抑抑抑抑制制制制作作作作用用用用，而而而而在在在在较较较较低浓度时却能刺激生长。低浓度时却能刺激生长。低浓度时却能刺激生长。低浓度时却能刺激生长。n n一一一一般般般般在在在在复复复复合合合合培培培培养养养养基基基基中中中中由由由由于于于于加加加加入入入入许许许许多多多多动动动动植植植植物物物物原原原原料料料料等等
30、等等都都都都含含含含有微量元素。有微量元素。有微量元素。有微量元素。(3)微量元素(无机盐类)(4)生长因子生长因子 n n广广义义说说，凡凡是是微微生生物物生生长长不不可可缺缺少少的的微微量量有有机机物物质质都都称称为为生生长长因因子子(又又称称生生长长素素)。包包括括维生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶等；维生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶等；n n狭义说，狭义说，生长素仅指维生素。生长素仅指维生素。n n与与微微生生物物有有关关的的维维生生素素主主要要是是B B族族维维生生素素，是是各种酶的活性基团的组成部分。各种酶的活性基团的组成部分。三、发酵培养基的确定（1 1 1 1）首首首首先先先先，做做做做好好
31、好好调调调调查查查查研研研研究究究究工工工工作作作作，了了了了解解解解菌菌菌菌种种种种的的的的来来来来源源源源、生生生生活活活活习习习习惯惯惯惯、生生生生理生化特性和一般的营养要求。理生化特性和一般的营养要求。理生化特性和一般的营养要求。理生化特性和一般的营养要求。（2 2 2 2）其其其其次次次次，对对对对生生生生产产产产菌菌菌菌种种种种的的的的培培培培养养养养条条条条件件件件，生生生生物物物物合合合合成成成成的的的的代代代代谢谢谢谢途途途途径径径径，代代代代谢谢谢谢产产产产物物物物的的的的化化化化学学学学性性性性质质质质、分分分分子子子子结结结结构构构构、一一一一般般般般提提提提炼炼炼炼方
32、方方方法法法法和和和和产产产产品品品品质质质质量量量量要要要要求求求求等等等等也也也也需要有所了解需要有所了解需要有所了解需要有所了解.（3 3 3 3）最最最最好好好好先先先先选选选选择择择择一一一一种种种种较较较较好好好好的的的的化化化化学学学学合合合合成成成成培培培培养养养养基基基基做做做做基基基基础础础础，开开开开始始始始时时时时先先先先做做做做一一一一些些些些摇摇摇摇瓶瓶瓶瓶试试试试验验验验;然然然然后后后后进进进进一一一一步步步步做做做做小小小小型型型型发发发发酵酵酵酵罐罐罐罐培培培培养养养养，摸摸摸摸索索索索菌菌菌菌种种种种对对对对各各各各种种种种主要有机碳源和氮源的利用情况和产
33、生代谢产物的能力。主要有机碳源和氮源的利用情况和产生代谢产物的能力。主要有机碳源和氮源的利用情况和产生代谢产物的能力。主要有机碳源和氮源的利用情况和产生代谢产物的能力。摇瓶优化3、pHpHpH值表示某水溶液中值表示某水溶液中氢离子浓度的负对数值氢离子浓度的负对数值。纯水呈中性，其氢离子浓度为纯水呈中性，其氢离子浓度为1010-7-7mol/Lmol/L，定其定其pHpH值为值为7 7。最低生长最低生长pHpH最适生长最适生长pHpH最高生长最高生长pHpH对发酵生产中对发酵生产中pHpH的控制最为重要。的控制最为重要。许多抗生素的生产菌也有同样的情况。许多抗生素的生产菌也有同样的情况。不同种类
34、微生物不同种类微生物 不同的最适生长不同的最适生长pHpH值值同种微生物在不同生长阶段同种微生物在不同生长阶段和不同的生理、生化过程和不同的生理、生化过程抗生素生产菌抗生素生产菌可免除了可免除了DNADNA、ATPATP、菌绿素和叶绿素等重要成分被酸破坏，菌绿素和叶绿素等重要成分被酸破坏，或或RNARNA、磷脂类等被碱破坏的可能性。磷脂类等被碱破坏的可能性。外环境外环境pHpH相当稳定，一般都相当稳定，一般都接近中性接近中性pHpH变化很大变化很大微微生生物物细细胞胞内环境内环境胞内酶胞内酶最适最适pHpH一般一般接近中性接近中性周质空间中的周质空间中的酶胞外酶酶胞外酶最适最适pHpH接近环境
35、的接近环境的pHpH 微生物的生命活动过程中也会微生物的生命活动过程中也会能动地能动地改变外界改变外界环境的环境的pHpH，培养基的原始培养基的原始pHpH在培养微生物过程中在培养微生物过程中会时时发生改变。会时时发生改变。可能发生的反应有以下几种可能发生的反应有以下几种 在一般培养过程中往往在一般培养过程中往往以变酸占优势以变酸占优势，因此，随，因此，随着培养时间的延长，一般培养基会变得较酸。着培养时间的延长，一般培养基会变得较酸。pHpH变化与培养基的组分尤其是变化与培养基的组分尤其是C/NC/N有极大的关系，有极大的关系，C/NC/N高高 的培养基的培养基,经培养后经培养后pHpH值常会
36、明显值常会明显下降下降例如培养各种例如培养各种真菌真菌的培养基的培养基C/NC/N低低 的培养基的培养基,经培养后经培养后pHpH值则常会明显值则常会明显上升上升例如培养一般例如培养一般细菌细菌的培养基的培养基在微生物培养过程中，一项重要措施在微生物培养过程中，一项重要措施 如何及时调节合适的如何及时调节合适的pHpH。根据表面现象而进行直接、快速但不能根据表面现象而进行直接、快速但不能持久的调节。持久的调节。根据内在机制所采用的间接、缓效但能根据内在机制所采用的间接、缓效但能发挥较持久作用的调节。发挥较持久作用的调节。调调节节措措施施治标治标治本治本 注注注注意意意意培培培培养养养养过过过过
37、程程程程中中中中的的的的pHpHpHpH变变变变化化化化，观观观观察察察察适适适适于于于于菌菌菌菌种种种种生生生生长长长长繁繁繁繁殖殖殖殖和和和和适适适适于于于于代代代代谢谢谢谢产产产产物物物物形形形形成成成成的的的的两两两两种种种种不不不不同同同同pHpHpHpH。其其其其次次次次再再再再确确确确定定定定各各各各种重要的金属和非金属离子对发酵的影响。种重要的金属和非金属离子对发酵的影响。种重要的金属和非金属离子对发酵的影响。种重要的金属和非金属离子对发酵的影响。pH值的影响值的影响pH控制摇床（5）根据经济效益选择培基原料）根据经济效益选择培基原料 碳碳碳碳源源源源的的的的代代代代用用用用方
38、方方方向向向向：寻寻寻寻找找找找植植植植物物物物淀淀淀淀粉粉粉粉、纤纤纤纤维维维维水水水水解解解解物物物物，以以以以废废废废糖糖糖糖蜜蜜蜜蜜代代代代替替替替淀淀淀淀粉粉粉粉、糊糊糊糊精精精精和和和和葡葡葡葡萄萄萄萄糖糖糖糖，以以以以工工工工业业业业葡葡葡葡萄萄萄萄糖糖糖糖代代代代替替替替食食食食用用用用葡葡葡葡萄糖。同时，使用稀薄的培养基，适当减少碳氮配比。萄糖。同时，使用稀薄的培养基，适当减少碳氮配比。萄糖。同时，使用稀薄的培养基，适当减少碳氮配比。萄糖。同时，使用稀薄的培养基，适当减少碳氮配比。有有有有机机机机氮氮氮氮源源源源代代代代替替替替：以以以以黄黄黄黄豆豆豆豆饼饼饼饼粉粉粉粉、花花
39、花花生生生生饼饼饼饼粉粉粉粉、食食食食用用用用蛋蛋蛋蛋白白白白胨胨胨胨和和和和酵酵酵酵母母母母粉粉粉粉等等等等含含含含有有有有丰丰丰丰富富富富蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质的的的的原原原原料料料料。代代代代用用用用的的的的原原原原料料料料可可可可以以以以是是是是棉棉棉棉籽籽籽籽饼饼饼饼粉粉粉粉、玉玉玉玉米米米米浆浆浆浆、蚕蚕蚕蚕蛹蛹蛹蛹粉粉粉粉、杂杂杂杂鱼鱼鱼鱼粉粉粉粉或或或或麸麸麸麸汁汁汁汁、饲饲饲饲料料料料酵酵酵酵母母母母、石油酵母、骨胶、酒糟，及各种食品工业下脚料等。石油酵母、骨胶、酒糟，及各种食品工业下脚料等。石油酵母、骨胶、酒糟，及各种食品工业下脚料等。石油酵母、骨胶、酒糟，及各种食品工业
40、下脚料等。（4）中间补料法）中间补料法 有有有有些些些些发发发发酵酵酵酵产产产产物物物物，如如如如抗抗抗抗生生生生素素素素，除除除除了了了了配配配配制制制制培培培培养养养养基基基基以以以以外外外外，还还还还要要要要通通通通过过过过中中中中间间间间补补补补料料料料法法法法，一一一一面面面面对对对对碳碳碳碳及及及及氮氮氮氮的的的的代代代代谢谢谢谢予予予予以以以以适适适适当当当当的的的的控控控控制制制制，一一一一面面面面间间间间歇歇歇歇添添添添加加加加各各各各种种种种养养养养料料料料和和和和前前前前体体体体类类类类物物物物质质质质，引引引引导导导导发发发发酵酵酵酵走向合成产物途径。走向合成产物途径。
41、走向合成产物途径。走向合成产物途径。一、工业上选用培养基的原则和方法一、工业上选用培养基的原则和方法配制培养基时应尽量利用廉价且易于获得的原料作为培养基成份配制培养基时应尽量利用廉价且易于获得的原料作为培养基成份,特别是在发酵工业中特别是在发酵工业中,以降低生产成本。以降低生产成本。以粗代精以粗代精以以“野野”代代“家家”对微生物来说，各种粗原料营养更加完全，效果更好。对微生物来说，各种粗原料营养更加完全，效果更好。而且在经济上也节约。而且在经济上也节约。以野生植物原料代替栽培植物原料，如木薯、橡子、以野生植物原料代替栽培植物原料，如木薯、橡子、薯芋等薯芋等都是富含淀粉质的野生植物，可以部分取
42、代粮食用于都是富含淀粉质的野生植物，可以部分取代粮食用于工业发工业发酵的碳源。酵的碳源。以废代好以废代好以污染环境的废弃物原料：如，糖蜜以污染环境的废弃物原料：如，糖蜜(制糖工业中含有蔗糖的废液制糖工业中含有蔗糖的废液)、乳清乳清(乳制品工业中含有乳糖的废液乳制品工业中含有乳糖的废液)、豆制品工业废液及黑废液、豆制品工业废液及黑废液(造造纸工业中含有戊糖和己糖的亚硫酸纸浆纸工业中含有戊糖和己糖的亚硫酸纸浆)等都可作为原料。等都可作为原料。工业上的甲烷发酵主要利用废水、废渣作原料工业上的甲烷发酵主要利用废水、废渣作原料,在我国农村，已推广在我国农村，已推广利用粪便及禾草为原料发酵生产甲烷作为燃料
43、。利用粪便及禾草为原料发酵生产甲烷作为燃料。另外另外,农副产品或制品，如麸皮、米糠、玉米浆、酵母浸膏、酒糟、农副产品或制品，如麸皮、米糠、玉米浆、酵母浸膏、酒糟、豆饼、花生饼、蛋白胨等都是常用的发酵工业原料。豆饼、花生饼、蛋白胨等都是常用的发酵工业原料。某制药厂改进链霉素发酵液中的原有配方，设法减去某制药厂改进链霉素发酵液中的原有配方，设法减去30-50%30-50%的的黄豆饼粉、黄豆饼粉、25%25%的葡萄糖和的葡萄糖和20%20%硫酸铵，结果反而提高了产量。硫酸铵，结果反而提高了产量。以无机氮代蛋白以无机氮代蛋白以大气氮、铵盐、硝酸盐或尿素等一类非蛋白质或非氨基酸廉价以大气氮、铵盐、硝酸盐
44、或尿素等一类非蛋白质或非氨基酸廉价原料用作发酵培养基的原料，让微生物转化成菌体蛋白质或含氮原料用作发酵培养基的原料，让微生物转化成菌体蛋白质或含氮的发酵产物供人们利用。的发酵产物供人们利用。以烃代粮以烃代粮以纤代糖以纤代糖开发利用纤维素这种世界上含量最丰富的可再生资源。将大量的开发利用纤维素这种世界上含量最丰富的可再生资源。将大量的纤维素农副产品转变为优质饲料、工业发酵原料、燃料及人类的纤维素农副产品转变为优质饲料、工业发酵原料、燃料及人类的食品及饮料。食品及饮料。以简代繁以简代繁以以“国国”代代“进进”以石油或天然气副产品代替糖质原料来培养微生物。以石油或天然气副产品代替糖质原料来培养微生物
45、。生产石油蛋白生产石油蛋白将石油产品转化成一些产值更高的高级醇、脂肪酸、环烷酸等将石油产品转化成一些产值更高的高级醇、脂肪酸、环烷酸等化工产品和若干合成物；化工产品和若干合成物；对石油产品的品质进行改良，如脱硫、脱蜡等。对石油产品的品质进行改良，如脱硫、脱蜡等。发酵条件的控制第三节 培养工艺的确定n n1)1)温度温度n n2)2)氧氧n n3)3)种龄种龄n n4)4)接种量接种量n n5)5)二氧化碳二氧化碳一、培养工艺的确定培养工艺的确定在一定范围，生长速率与培养温度呈正相关。在一定范围，生长速率与培养温度呈正相关。代时代时:每分裂繁殖一代所需的时间每分裂繁殖一代所需的时间.16h1、温
46、度对发酵的影响n n对细胞生长影响：温度升高，从酶反应动力学来看，生对细胞生长影响：温度升高，从酶反应动力学来看，生对细胞生长影响：温度升高，从酶反应动力学来看，生对细胞生长影响：温度升高，从酶反应动力学来看，生长代谢加快；但由于酶很易热失活，所以高温时菌体易长代谢加快；但由于酶很易热失活，所以高温时菌体易长代谢加快；但由于酶很易热失活，所以高温时菌体易长代谢加快；但由于酶很易热失活，所以高温时菌体易衰老。衰老。衰老。衰老。n n对产物形成影响：对产物形成影响：对产物形成影响：对产物形成影响：菌体生长速率、呼吸强度和代谢产菌体生长速率、呼吸强度和代谢产菌体生长速率、呼吸强度和代谢产菌体生长速率
47、、呼吸强度和代谢产物形成速率物形成速率物形成速率物形成速率的最适温度往往是不同的；温度升高，一的最适温度往往是不同的；温度升高，一的最适温度往往是不同的；温度升高，一的最适温度往往是不同的；温度升高，一般产物生成提前；般产物生成提前；般产物生成提前；般产物生成提前；n n对发酵液物理性质及溶解氧影响：温度影响氧的溶解对发酵液物理性质及溶解氧影响：温度影响氧的溶解对发酵液物理性质及溶解氧影响：温度影响氧的溶解对发酵液物理性质及溶解氧影响：温度影响氧的溶解和传递，影响一些基质的分解，间接影响生物合成。和传递，影响一些基质的分解，间接影响生物合成。和传递，影响一些基质的分解，间接影响生物合成。和传递
48、，影响一些基质的分解，间接影响生物合成。n n对生物合成的方向的影响：反馈抑制随温度变化而改对生物合成的方向的影响：反馈抑制随温度变化而改对生物合成的方向的影响：反馈抑制随温度变化而改对生物合成的方向的影响：反馈抑制随温度变化而改变；变；变；变；1、温度对发酵的影响2、影响发酵温度的因素n n发酵热的成分发酵热的成分生物热：微生物生长繁殖过程中产生的热生物热：微生物生长繁殖过程中产生的热生物热：微生物生长繁殖过程中产生的热生物热：微生物生长繁殖过程中产生的热搅拌热：机械搅拌造成的摩擦热搅拌热：机械搅拌造成的摩擦热搅拌热：机械搅拌造成的摩擦热搅拌热：机械搅拌造成的摩擦热蒸发热：被通气和蒸发水分带
49、走的热量蒸发热：被通气和蒸发水分带走的热量蒸发热：被通气和蒸发水分带走的热量蒸发热：被通气和蒸发水分带走的热量辐射热：发酵罐罐体向外辐射的热量辐射热：发酵罐罐体向外辐射的热量辐射热：发酵罐罐体向外辐射的热量辐射热：发酵罐罐体向外辐射的热量显显显显 热：空气流动过程夹带着的热量热：空气流动过程夹带着的热量热：空气流动过程夹带着的热量热：空气流动过程夹带着的热量QQ发酵发酵发酵发酵=Q=Q生物生物生物生物+Q+Q搅拌搅拌搅拌搅拌-Q-Q蒸发蒸发蒸发蒸发QQ显显显显-Q-Q辐射辐射辐射辐射 3、最适温度选择与发酵温度控制n n温度变化控制的一般原则温度变化控制的一般原则温度变化控制的一般原则温度变化
50、控制的一般原则 接种后接种后接种后接种后,可适当升高温度，以利于孢子萌发和菌体的生长繁殖；可适当升高温度，以利于孢子萌发和菌体的生长繁殖；可适当升高温度，以利于孢子萌发和菌体的生长繁殖；可适当升高温度，以利于孢子萌发和菌体的生长繁殖；待发酵液温度开始上升后，应保持在待发酵液温度开始上升后，应保持在待发酵液温度开始上升后，应保持在待发酵液温度开始上升后，应保持在菌体最适生长菌体最适生长菌体最适生长菌体最适生长温度温度温度温度；到主发酵旺盛阶段，温度应控制到主发酵旺盛阶段，温度应控制到主发酵旺盛阶段，温度应控制到主发酵旺盛阶段，温度应控制产物合成产物合成产物合成产物合成的最适温度的最适温度的最适温