发酵工程第五章-种子扩大培养课件.ppt

1、第五章第五章 种子扩大培养种子扩大培养发酵的一般流程发酵的一般流程种子扩大培养种子扩大培养培养基配制培养基配制空气除菌空气除菌培养基灭菌培养基灭菌发酵生产发酵生产下游处理下游处理发酵设备发酵设备 种子扩大培养是指将保存在砂土管、冷冻干燥管中处休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，再经过三角瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养,最终获得一定数量和质量的纯种过程。这些纯种培养物称为种子种子。第一节 种子扩大培养的目的与任务一、种子扩大培养的概念:种子扩培的目的种子扩培的目的q菌种扩大培养的目的就是要为每次发酵罐的菌种扩大培养的目的就是要为每次发酵罐的投料提供相当数量的代谢旺盛的种子。投料提供相当数量的代谢

2、旺盛的种子。种子的要求：种子的要求：q 不但要得到纯而壮的培养物，还要获得活力旺盛的、不但要得到纯而壮的培养物，还要获得活力旺盛的、接种数量足够的培养物。接种数量足够的培养物。第二节第二节 种子培养的方法种子培养的方法 固体培养又分为浅盘固体培养和深层固固体培养又分为浅盘固体培养和深层固体培养，统称曲法培养。它起源于我国体培养，统称曲法培养。它起源于我国酿造生产特有的传统制曲技术。其最大酿造生产特有的传统制曲技术。其最大特点是固体曲的酶活力高。特点是固体曲的酶活力高。1、固体培养、固体培养 培养基原料：小麦麸皮、大米、小米培养基原料：小麦麸皮、大米、小米 过程：上述原料和水混合过程：上述原料和

3、水混合灭菌灭菌冷却冷却接种接种 固体培养具有以下优点：固体培养具有以下优点：原料廉价原料廉价：以谷物和农业废物为主要原料，只：以谷物和农业废物为主要原料，只需外加适量水分、无机盐等。培养基组成简单。需外加适量水分、无机盐等。培养基组成简单。防止污染防止污染：利用霉菌能在水分较低的基质表面：利用霉菌能在水分较低的基质表面进行增殖的特性，在这种条件下，细菌生长不好，进行增殖的特性，在这种条件下，细菌生长不好，因此不易引起细菌污染。因此不易引起细菌污染。通气通气：在固体培养中，氧气是由基质粒子间空：在固体培养中，氧气是由基质粒子间空隙的空气直接供给微生物，比液体培养时的用通隙的空气直接供给微生物，比

4、液体培养时的用通气搅拌供给氧气节能。气搅拌供给氧气节能。酶活力高。（因为菌丝体密度大）酶活力高。（因为菌丝体密度大）对于固体培养，通常用于固体发酵，由于产物对于固体培养，通常用于固体发酵，由于产物浓度大，易于分离，可以有效的降低产品分离成浓度大，易于分离，可以有效的降低产品分离成本。本。缺点：缺点：（1）生产劳动强度较大，占地面积大，不宜自）生产劳动强度较大，占地面积大，不宜自动化生产。动化生产。（2）容易污染其他霉菌。）容易污染其他霉菌。（2）周期长。）周期长。（3）培养过程中环境条件控制较难。）培养过程中环境条件控制较难。2、液体培养液体培养 培养基配制成液体，接种培养。培养基配制成液体，

5、接种培养。两类：静止培养和通气培养。静止培养适于厌两类：静止培养和通气培养。静止培养适于厌氧培养；通气培养适于需氧培养。氧培养；通气培养适于需氧培养。通气培养，实验室阶段利用摇瓶培养。通气培养，实验室阶段利用摇瓶培养。特点特点是容易按照生产菌种对于代谢的营养要求是容易按照生产菌种对于代谢的营养要求以及不同生理时期的通气、搅拌、温度、与培以及不同生理时期的通气、搅拌、温度、与培养基中氢离子浓度等条件，选择最佳培养条件。养基中氢离子浓度等条件，选择最佳培养条件。优点优点（1）生产效率高，便于自动化管理。）生产效率高，便于自动化管理。（2）生产过程中温度、溶氧、）生产过程中温度、溶氧、pH值等参数可

6、以值等参数可以实现全面控制。实现全面控制。（3）通常生产液体种子，整个生产周期较短。）通常生产液体种子，整个生产周期较短。缺点：缺点：（1）无菌程度要求高，相对生产设备投资较大。）无菌程度要求高，相对生产设备投资较大。（2）对于某些种类的发酵，液体培养因投资大、）对于某些种类的发酵，液体培养因投资大、生产密度大而难以实现。生产密度大而难以实现。第三节第三节 种子扩大培养工艺种子扩大培养工艺实验室阶段实验室阶段：不用种子罐，所用的设备为培养箱、摇不用种子罐，所用的设备为培养箱、摇床等实验室常见设备，在工厂这些培养过程一般都床等实验室常见设备，在工厂这些培养过程一般都在菌种室完成，因此现象地将这些

7、培养过程称为实在菌种室完成，因此现象地将这些培养过程称为实验室阶段的种子培养。验室阶段的种子培养。生产车间阶段生产车间阶段：种子培养在种子罐里面进行，一般在工种子培养在种子罐里面进行，一般在工程归为发酵车间管理，因此形象地称这些培养过程程归为发酵车间管理，因此形象地称这些培养过程为生产车间阶段。为生产车间阶段。、实验室种子制备、实验室种子制备 放线菌、霉菌、芽孢杆菌、孢子制备采用何种培养方法？不产孢子、产孢子弱的细菌菌体制备采用何种方法？固体培养固体培养液体培养液体培养例子例子卡氏罐：制备酵母种子 实验室制备孢子或摇瓶培养细胞种子经种实验室制备孢子或摇瓶培养细胞种子经种子罐扩大培养，满足种子罐

8、需要。子罐扩大培养，满足种子罐需要。种子罐种子培养种子罐种子培养 一级种子一级种子二级发酵二级发酵 二级种子二级种子三级发酵三级发酵 三级种子三级种子四级发酵四级发酵 种子罐的级数主要决定于菌种的性质和菌体生种子罐的级数主要决定于菌种的性质和菌体生长速度及发酵设备的合理应用。在满足种子罐长速度及发酵设备的合理应用。在满足种子罐需要前提下，种子级数越低越好。需要前提下，种子级数越低越好。、生产车间种子制备、生产车间种子制备 种子移种方法种子移种方法 孢子悬浮液采用微孔接种法；摇瓶菌丝孢子悬浮液采用微孔接种法；摇瓶菌丝体种子可在火焰接种或差压法；种子罐之体种子可在火焰接种或差压法；种子罐之间或发酵

9、罐间接种采用差压法间或发酵罐间接种采用差压法第四节第四节 影响种子质量的因素影响种子质量的因素 一、种子质量标准一、种子质量标准 细胞或菌体 生化指标 产物生成量 酶活力 此外，种子应确保无任何杂菌污染发酵工业生产上常用的种子质量标准，大致有发酵工业生产上常用的种子质量标准，大致有如下几个方面：如下几个方面：二、影响种子质量的因素二、影响种子质量的因素（一）影响孢子质量的因素（一）影响孢子质量的因素（二）影响种子质量的因素（二）影响种子质量的因素（一）影响孢子质量的因素（一）影响孢子质量的因素培养基培养基培养条件培养条件培养时间和冷藏时间培养时间和冷藏时间种龄种龄接种量接种量（二）影响种子质量

10、的因素（二）影响种子质量的因素培养基培养基培养条件培养条件种龄种龄接种量接种量 种龄：种龄：种龄种龄(seed age)指种子罐中培养的种子开始指种子罐中培养的种子开始移入下一级种子罐或发酵罐时的培养时间。移入下一级种子罐或发酵罐时的培养时间。适宜时间：以菌体处于生命力极为旺盛的对数适宜时间：以菌体处于生命力极为旺盛的对数生长期，且培养液中菌体量还未达到最高峰时，生长期，且培养液中菌体量还未达到最高峰时，较为适宜。较为适宜。接种量：接种量：接种量接种量(seed volume)是指移入的种子的是指移入的种子的体积和接种后培养液的体积比。体积和接种后培养液的体积比。接种量的大小决定于生产菌种在发

11、酵罐中的繁接种量的大小决定于生产菌种在发酵罐中的繁殖速度。殖速度。确保无染菌染菌检测有那些方法？染菌检测有那些方法？显微镜检查法显微镜检查法肉汤培养法肉汤培养法平板（双碟）培养法平板（双碟）培养法 种子液进行生化分析种子液进行生化分析 菌种生长发育缓慢或过快：菌种老化、菌种生长发育缓慢或过快：菌种老化、培养基不合适、接种量少、染菌易过慢；培养基不合适、接种量少、染菌易过慢；培养基含氮量高，接种量过大，菌体生长培养基含氮量高，接种量过大，菌体生长快。快。菌丝结团：搅拌效果不佳、染菌、接种菌丝结团：搅拌效果不佳、染菌、接种量少量少 菌丝粘壁：搅拌效果不佳菌丝粘壁：搅拌效果不佳三、种子异常的分析三、

12、种子异常的分析第五节第五节 种子制备过程举例种子制备过程举例一、谷氨酸生产的种子制备一、谷氨酸生产的种子制备制备过程制备过程斜面菌种斜面菌种一级种子培养一级种子培养二级二级种子培养种子培养发酵发酵1、斜面、斜面(AS1.299)培养基：蛋白胨培养基：蛋白胨 1%，牛肉膏，牛肉膏1%，氯化钠，氯化钠 0.5 琼脂琼脂 2%，pH 7.0-7.2培养基特点：培养基特点：有利于菌体的生长，原料比较精细有利于菌体的生长，原料比较精细培养条件：培养条件：32，生长，生长18-24小时小时生长斜面要求：生长斜面要求：生长良好，所使用斜面连续传代不超过生长良好，所使用斜面连续传代不超过 3次次2.一级一级种

13、子（摇瓶）种子（摇瓶）培养条件：于培养条件：于1000ml三角瓶中，装液三角瓶中，装液200-250ml,32培培 养养12小时。小时。培养基：葡萄糖培养基：葡萄糖2%，尿素，尿素0.5%，玉米浆，玉米浆 2.5%，K2HPO4 0.1%培养基特点：培养基特点：有利于菌体的生长，所使用的原料已经基有利于菌体的生长，所使用的原料已经基 本接近于发酵培养基本接近于发酵培养基3.二二级级种子种子(种子罐种子罐)培养条件：在种子罐中培养（容积为发酵罐的培养条件：在种子罐中培养（容积为发酵罐的1%），），32培养培养7-10个小时个小时培养基：和一级种子相似，其中葡萄糖用水解糖代替，培养基：和一级种子相

14、似，其中葡萄糖用水解糖代替，浓度为浓度为2.5%培养基的特点培养基的特点：长菌体，更接近于发酵培养基：长菌体，更接近于发酵培养基种子的质量要求：种子的质量要求：108-109个个/ml大小均匀，呈单个或八字排列大小均匀，呈单个或八字排列PH 7.0-7.2时结束，时结束，6.887.0-7.2活力旺盛活力旺盛二、青霉素生产的种子制备二、青霉素生产的种子制备制备过程制备过程安培管安培管 斜面孢子斜面孢子 大米孢子大米孢子 一级种子一级种子 二级种子二级种子 发酵发酵一、斜面孢子一、斜面孢子培养基：甘油、培养基：甘油、葡萄糖、葡萄糖、蛋白胨等蛋白胨等培养基特点培养基特点：有利于长孢子，用量少而精细

15、有利于长孢子，用量少而精细培养条件：培养条件：25、7天天,注意湿度注意湿度50%左右左右二、大米孢子二、大米孢子培养基：大米及氮源（玉米浆）培养基：大米及氮源（玉米浆）培养基的特点培养基的特点：成本低、米粒之间结构疏松提高比表面积和成本低、米粒之间结构疏松提高比表面积和氧的传质，营养适当（要求大米的白点小）有氧的传质，营养适当（要求大米的白点小）有利于孢子的生长。利于孢子的生长。培养条件：培养条件：25、7天，控制湿度天，控制湿度大米孢子的要求大米孢子的要求：1粒米含粒米含1.4*106个孢子个孢子3、一级种子、一级种子培养基：（葡萄糖、乳糖、蔗糖）、玉米浆培养基：（葡萄糖、乳糖、蔗糖）、玉

16、米浆目的目的：长菌体长菌体培养条件：培养条件：27，40小时小时接种量：接种量：200亿孢子亿孢子/吨吨4、二级种子、二级种子培养基：同上培养基：同上培养条件：培养条件：27、10-14小时小时接种量：接种量：10%种子的质量要求种子的质量要求菌丝长稠呈丝状、菌丝团很少，有中小空孢，处于菌丝长稠呈丝状、菌丝团很少，有中小空孢，处于期期青霉素发酵菌丝体的生长共分为青霉素发酵菌丝体的生长共分为6个期，个期，1-4为年青期，为年青期，4-6期合成青霉素的能力最强期合成青霉素的能力最强 思考：固体培养和液体培养的优缺点？思考：固体培养和液体培养的优缺点？优点（1）酶活力高。（因为菌丝体密度大）（2）生产过程中无菌程度要求不是很严格。（3）对于固体培养，通常用于固体发酵，由于产物浓度大，易于分离，可以有效的降低产品分离成本。缺点：（1）生产劳动强度较大，占地面积大，不宜自动化生产。（2）周期长。（3）培养过程中环境条件控制较难。固体培养固体培养 思考：固体培养和液体培养的优缺点？优点（1）生产效率高，便于自动化管理。（2）生产过程中温度、溶氧、pH值等参数可以实现全面控制。（3）通常生产液体种子，整个生产周期较短。缺点：（1）无菌程度要求高，相对生产设备投资较大。（2）对于某些种类的发酵，液体培养因投资大、生产密度大而难以实现。液体培养液体培养 EndThanks!