发酵培养基及制备课件.ppt
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- 发酵 培养基 制备 课件
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1、第三章第三章 发酵培养基及其制备发酵培养基及其制备主要内容第一节 发酵培养基的选择第二节 发酵培养基的设计与优化第三节 发酵培养基的成分及来源第四节 淀粉水解糖的制备第五节 糖蜜原料第六节 石油代粮发酵的原料第七节 其他原料发酵第一节 发酵培养基的选择 发酵培养基:发酵培养基:满足菌体的生长、促进产物的形成 要符合增产节约、因地制宜 能否设计出一个好的发酵培养基,是一个发酵产品工业化成功中非常关键的一环。孢子培养基孢子培养基 孢子培养基是供菌种繁殖孢子的一种常用固体培养基,对这种培养基的要求是能使菌体迅速生长,产生较多优质的孢子,并要求这种培养基不易引起菌种发生变异。配制要求:营养不要太丰富,
2、否则不宜产孢子。所用无机盐的浓度要适量,不然也会孢子量和孢子颜色。要注意培养基的pH和湿度。种子培养基种子培养基 种子培养基是供是供微生物菌体的生长繁殖。为了在较短的时间内获得数量较多的强壮的种子细胞,种子培养基要求营养丰富、完全,氮源、维生素的比例应较高,所用的原料也应是易于被微生物菌体吸收利用。配制要求:营养比较丰富和完全,总浓度略稀薄;成分接近于发酵培养基。发酵培养基发酵培养基 发酵培养基是除需要维持微生物菌体的正常生长外,主要目的是合成预定的发酵产物,所以,发酵培养基碳源物质的含量往往要高于种子培养基。发酵培养基还应考虑便于发酵操作以及不影响产物的提取分离和产品的质量。要求:发酵培养基
3、的组成除有菌体生长所必需的元素和化合物外,还要有合成产物所需的特定元素、前体和促进剂等;考虑培养基用分批补料工艺。对发酵培养基进行科学的设计,包括两个方面的内容:是对发酵培养基的成分及原辅料材料的特性有较为详细的了解;是在此基础上结合具体微生物和发酵产品的代谢特点及对培养基的成分进行合理的选择和优化。一、发酵培养基选择的依据一、发酵培养基选择的依据 根据微生物的特点选择培养基 细菌、酵母菌、霉菌、放线菌四类 根据不同用途选择培养基 液体培养基和固体培养基 根据生产实践和科学试验的不同要求选择 根据经济效益分析选择培养基 价廉、来源丰富、运输方便、就地取材、无毒 二、发酵培养基成分选择的原则二、
4、发酵培养基成分选择的原则 不同的微生物所需要的培养基成分是不同的,要确定一个合适的培养基,就需要了解生产根据不同生产菌种的培养条件、生物合成的代谢途径、代谢产物的化学性质等确定培养基。1菌体的同化能力 微生物来源和种类的不同,所能分泌的水解酶系。微生物来源和种类的不同,所能分泌的水解酶系。酵母菌只能利用简单的糖类酵母菌只能利用简单的糖类:中国酒曲中含有丰:中国酒曲中含有丰富的淀粉酶和糖化酶,国外利用麦芽含有丰富的富的淀粉酶和糖化酶,国外利用麦芽含有丰富的淀粉水解酶类。淀粉水解酶类。许多碳源和氮源都是复杂的有机大分子,如豆饼许多碳源和氮源都是复杂的有机大分子,如豆饼粉、黄豆饼粉等。粉、黄豆饼粉等
5、。1菌体的同化能力 微生物利用氮源的能力因菌种、菌龄的不同而有差异。同一微生物处于生长不同阶段时,对氮源的利用能力不同,在生长早期容易利用易同化的铵盐和氨基氮,在生长中期则由于细胞的代谢酶系已经形成,则利用蛋白质的能力增强。因此在培养基中有机氮源和无机氮源应当混合使用。2代谢物的阻遏和诱导作用 对于快速利用的碳源如葡萄糖来讲,当菌体利用葡萄糖时产生的分解代谢产物会阻遏或抑制某些产物合成所需酶系的形成或酶的活性,即发生“葡萄糖效应”。抗生素发酵生产时,考虑分批补料或连续补料的方式来解除。酶制剂生产,难被利用的碳源(如淀粉、糊精等)有利于产酶,几乎都选用淀粉类原料作为碳源。2代谢物的阻遏和诱导作用
6、 有些产物会受氮源的诱导与阻遏 蛋白酶的生产受培养基中蛋白质或多肽的诱导,而受铵盐、硝酸盐、氨基氮的阻遏。这时在培养基氮源选取时应考虑以有机氮源(蛋白质类)为主。在选择和配制发酵培养基时,要注意快速利用的碳(氮)源和慢速利用的碳(氮)源的相互配合,发挥各自优势,避其所短。3合适的碳氮比 培养基中的碳氮的比例(培养基中的碳氮的比例(C/NC/N)在发酵工业中尤为)在发酵工业中尤为重要。重要。氮源过多,则菌体繁殖旺盛,pH偏高,不利于代谢产物的积累;氮源不足,则菌体繁殖量少,从而影响产量。碳源过多,则容易形成较低的pH;碳源不足,菌体衰老和自溶。碳氮比不当还会影响菌体按比例吸收营养物质,直接影响菌
7、体生长和产物的形成,菌体在不同生长阶段,对其碳氮比的最适要求也不一样。3合适的碳氮比 酵母细胞中碳氮比约为100:20,霉菌约为100:10。一般发酵工业中碳氮比约为l00:(0.2-2.0)。氨基酸发酵中,因为产物中含有氮,所以碳氮比就相对高一些。如谷氨酸发酵的C:N为100:(1521),若碳氮比为100:(0.22.0),则会出现只长菌体,几乎不产谷氨酸的现象。理论+经验 根据前人的经验和培养基成分确定时一些必须考虑的问题,初步确定可能的培养基成分;通过单因子实验最终确定出最为适宜的培养基成分;采用合理的实验设计方法优化配方。正交实验设计,方差分析 响应面法设计及分析单因子实验 碳源的选
8、择 氮源的选择 诱导剂及前体的选择 无机盐的选择 对于单因素或两因素试验,因其因素少对于单因素或两因素试验,因其因素少,试,试验的设计验的设计、实施与分析都比较简单、实施与分析都比较简单。但在实。但在实际工作中际工作中,常常需要同时考察,常常需要同时考察 3个或个或3个以上个以上的试验因素的试验因素,若进行全面试验,若进行全面试验,则,则试验的规试验的规模将很大模将很大,往往因试验条件的限制而难于实,往往因试验条件的限制而难于实施施。正交试验设计就是安排多因素试验正交试验设计就是安排多因素试验、寻、寻求最优水平组合求最优水平组合 的一种高效率试验设计方法。的一种高效率试验设计方法。例如,要考察
9、增稠剂用量、例如,要考察增稠剂用量、pH值和值和杀菌温度对豆奶稳定性的影响。每个因素杀菌温度对豆奶稳定性的影响。每个因素设置设置3个水平进行试验个水平进行试验。A因素是增稠剂用量,设因素是增稠剂用量,设A1、A2、A3 3个水平;个水平;B因素是因素是pH值,设值,设B1、B2、B3 3个水平;个水平;C因素为杀菌温度,设因素为杀菌温度,设C1、C2、C3 3个水平。这是一个个水平。这是一个3因素因素3水平的水平的试验,各因素的水平之间全部可能组合有试验,各因素的水平之间全部可能组合有?种种。3 3因素因素3 3水平的全面试验水平组合数为水平的全面试验水平组合数为3 33 3=27=27,4
10、4因素因素3 3水平的全面试验水平组合数为水平的全面试验水平组合数为3 34 4=81=81,5 5因因素素3 3水平的全面试验水平组合数为水平的全面试验水平组合数为3 35 5=243=243,这在科,这在科学试验中是有可能做不到的。学试验中是有可能做不到的。1.1 正交试验设计的基本概念正交试验设计的基本概念 正交试验设计是利用正交表来安排与正交试验设计是利用正交表来安排与分析多因素试验的一种设计方法。它是由分析多因素试验的一种设计方法。它是由试验因素的全部水平组合中,挑选部分有试验因素的全部水平组合中,挑选部分有代表性的水平组合进行试验的,通过对这代表性的水平组合进行试验的,通过对这部分
11、试验结果的分析了解全面试验的情况,部分试验结果的分析了解全面试验的情况,找出最优的水平组合。找出最优的水平组合。(1)A1B1C1 (2)A2B1C2 (3)A3B1C3(4)A1B2C2 (5)A2B2C3 (6)A3B2C1(7)A1B3C3 (8)A2B3C1 (9)A3B3C2A3A2A1B3C3 这这9个试验点在选优区中分布是均衡的,在立个试验点在选优区中分布是均衡的,在立方体的每个平面上方体的每个平面上 ,都恰是,都恰是3个试验点;在立方体个试验点;在立方体的每条线上也恰有一个试验点。的每条线上也恰有一个试验点。9个试验点均衡地分布于整个立方体内,有很个试验点均衡地分布于整个立方体
12、内,有很强的代表性,强的代表性,能够比较全面地反映选优区内的基本情能够比较全面地反映选优区内的基本情况。况。正交表正交表 由于正交设计安排试验和分析试验结果由于正交设计安排试验和分析试验结果都要用正交表,因此,我们先对正交表作一介都要用正交表,因此,我们先对正交表作一介绍。绍。其中其中“L”代表正交表;代表正交表;L右下角的数字右下角的数字“8”表示有表示有8行行,用这张正交表安排,用这张正交表安排试验包含试验包含8个处理个处理(水平组合水平组合);括号内的底数;括号内的底数“2”表示因素的水平数,括号表示因素的水平数,括号内内2的指数的指数“7”表示有表示有7列列,用这张正交表最多可以安排,
13、用这张正交表最多可以安排7个个2水平因素。水平因素。L L9 9(3(34 4)正交表正交表表表16 4直直 观观 分分 析析 计计 算算 表表 表 头 设 计 A B C 实 验 号 列 号 1 2 3 4 1 1 1 1 1 2 1 2 2 2 3 1 3 3 3 4 2 1 2 3 5 2 2 3 1 6 2 3 1 2 7 3 1 3 2 8 3 2 1 3 9 3 3 2 1 T1 555 485 555 D 根据专业知识、以往的研究结论和经验,从影响试验指标的根据专业知识、以往的研究结论和经验,从影响试验指标的诸多因素中,通过因果分析筛选出需要考察的试验因素。诸多因素中,通过因果分
14、析筛选出需要考察的试验因素。一般确一般确定试验因素时,应以对试验指标影响大的因素、尚未考察过的因定试验因素时,应以对试验指标影响大的因素、尚未考察过的因素、尚未完全掌握其规律的因素为先。素、尚未完全掌握其规律的因素为先。试验因素选定后,根据所掌握的信息资料和相关知识,试验因素选定后,根据所掌握的信息资料和相关知识,确定确定每个因素的水平,一般以每个因素的水平,一般以2-4个水平为宜。个水平为宜。对主要考察的试验因对主要考察的试验因素,可以多取水平,但不宜过多(素,可以多取水平,但不宜过多(6),否则试验次数骤增。),否则试验次数骤增。因因素的水平间距,应根据专业知识和已有的资料,尽可能把水平值
15、素的水平间距,应根据专业知识和已有的资料,尽可能把水平值取在理想区域。取在理想区域。水平水平试验因素试验因素加水量加水量(mL/100g)A加酶量加酶量(mL/100g)B酶解温度酶解温度()C酶解时间酶解时间(h)D1101201.52504352.53907503.5试验号试验号因素因素液化率液化率A AB BC CD D1 11 11 11 11 10 02 21 12 22 22 217173 31 13 33 33 324244 42 21 12 23 312125 52 22 23 31 147476 62 23 31 12 228287 73 31 13 32 21 18 83
16、32 21 13 318189 93 33 32 21 14242试验号试验号因素因素液化率液化率A AB BC CD D1 11 11 11 11 10 02 21 12 22 22 217173 31 13 33 33 324244 42 21 12 23 312125 52 22 23 31 147476 62 23 31 12 228287 73 31 13 32 21 18 83 32 21 13 318189 93 33 32 21 14242试验号试验号因素因素液化率液化率A AB BC CD D1 11 11 11 11 10 02 21 12 22 22 217173 31
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