大肠杆菌培养基的优化及发酵罐操作(课堂)课件.ppt
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- 大肠杆菌 培养基 优化 发酵 操作 课堂 课件
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1、1大肠杆菌高密度发酵大肠杆菌高密度发酵第二组小组长:李青小组成员:韩娇月、李洋、冯春红、胡建 贝、倪娜娜、常亚培、许志扬、李瑞兵、郭荣欣2目录目录大肠杆菌大肠杆菌高密度发酵高密度发酵培养基选择培养基选择培养基配置培养基配置培养方式培养方式培养条件培养条件操作流程操作流程具体步骤具体步骤参数控制参数控制注意事项注意事项3大肠杆菌 大肠杆菌是基因工程中常用大肠杆菌是基因工程中常用的宿主菌的宿主菌,许多有价值的多肽和许多有价值的多肽和蛋白在大肠杆菌中已成功地进蛋白在大肠杆菌中已成功地进行了表达行了表达,表达水平有些高达细表达水平有些高达细胞总蛋白的胞总蛋白的30%以上以上.大肠杆大肠杆菌作为外源基因
2、表达的宿主菌作为外源基因表达的宿主,由由于具有遗传背景清楚于具有遗传背景清楚,目的基因目的基因表达水平高表达水平高,技术操作、培养条技术操作、培养条件简单件简单,抗污染能力强抗污染能力强,大规模大规模发酵经济等优点发酵经济等优点,倍受遗传工程倍受遗传工程专家重视专家重视,是目前应用最广泛是目前应用最广泛,最成功的表达体系最成功的表达体系.4高密度培养技术高密度培养技术 高密度培养技术:是应用一定的培养高密度培养技术:是应用一定的培养技术和设备来提高菌体生物量和目标产物技术和设备来提高菌体生物量和目标产物时空产率的发酵技术。时空产率的发酵技术。5 利用一般的发酵工艺生产大肠杆菌或以其组利用一般的
3、发酵工艺生产大肠杆菌或以其组建的基因工程菌的表达产物建的基因工程菌的表达产物,大肠杆菌的生物量大肠杆菌的生物量,表达产物在菌体内和发酵液中的浓度比较低表达产物在菌体内和发酵液中的浓度比较低,难以难以获得理想的生产效率和经济效益。应用高密度发获得理想的生产效率和经济效益。应用高密度发酵不但可获得较高的生物量酵不但可获得较高的生物量,而且可显著提高目的而且可显著提高目的基因表达产物的浓度。高密度发酵对发酵设备有基因表达产物的浓度。高密度发酵对发酵设备有较高的要求较高的要求,而且对发酵条件也有非常高的要求。而且对发酵条件也有非常高的要求。影响高密度发酵的因素非常多影响高密度发酵的因素非常多,如细菌生
4、长所需的如细菌生长所需的营养物质、发酵过程中生长抑制物的积累、溶氧营养物质、发酵过程中生长抑制物的积累、溶氧浓度、培养温度、发酵液的浓度、培养温度、发酵液的pH 值、补料方式及值、补料方式及发酵液流变学特性等。发酵液流变学特性等。6 大肠杆菌高密度培养最关键的问题是代谢副产物大肠杆菌高密度培养最关键的问题是代谢副产物乙酸积累所引起的抑制和毒害作用。乙酸积累所引起的抑制和毒害作用。预防措施:预防措施:1、通过控制比生长速率来减少乙酸的产生:比生长、通过控制比生长速率来减少乙酸的产生:比生长速率越高,乙酸产生越多,当比生长速率超过某个值速率越高,乙酸产生越多,当比生长速率超过某个值时,乙酸开始产生
5、。可以通过降低温度,调节酸碱度,时,乙酸开始产生。可以通过降低温度,调节酸碱度,控制补料等方法来降低比生长速率。控制补料等方法来降低比生长速率。2、透析培养:在大肠杆菌的培养过程中可以用透析、透析培养:在大肠杆菌的培养过程中可以用透析技术除去发酵液中的有害物质,降低乙酸含量从而实技术除去发酵液中的有害物质,降低乙酸含量从而实现重组菌的高密度发酵和产物的表达。现重组菌的高密度发酵和产物的表达。3、控制葡萄糖的浓度:葡萄糖是大肠杆菌发酵过程、控制葡萄糖的浓度:葡萄糖是大肠杆菌发酵过程中重要的碳源之一,用其作碳源是要将其控制在一个中重要的碳源之一,用其作碳源是要将其控制在一个较低的水平上,以减少乙酸
6、的产生。较低的水平上,以减少乙酸的产生。7培养基选择培养基选择 LBLB培养基培养基(种子培养基种子培养基):):胰蛋白胨胰蛋白胨5g,5g,酵母粉酵母粉2.5g,NaCl5g,2.5g,NaCl5g,溶于溶于500mlH2O,NaOH500mlH2O,NaOH调调节节pH7.0,2LpH7.0,2L三角瓶装三角瓶装,灭菌锅湿热高压灭灭菌锅湿热高压灭菌菌121,20min,121,20min,室温保存室温保存.TB TB培养基培养基(发酵培养基发酵培养基):):胰蛋白胨胰蛋白胨240g,240g,酵母粉酵母粉480g,480g,甘油甘油80g,80g,消泡剂消泡剂1ml,1ml,溶于溶于H2O
7、,H2O,定容至定容至19L,B.Braun19L,B.Braun发酵罐在位发酵罐在位灭菌灭菌121,15min.121,15min.8培养基配制培养基配制配制种子固体培养基配制种子固体培养基100mL 100mL,分装试管,分装试管,0.1MPa 0.1MPa 灭菌灭菌20min20min,然后摆成斜面。,然后摆成斜面。配制种子培养液配制种子培养液600mL600mL,分装,分装50mL50mL于一个于一个250mL250mL三角瓶中(作一级种子瓶),余下三角瓶中(作一级种子瓶),余下550mL550mL平均分装于三个平均分装于三个500mL500mL三角瓶中(作三角瓶中(作二级种子用),同
8、上灭菌。二级种子用),同上灭菌。9培养方式培养方式 微生物的培养方式主要有分批、连续和补料分批微生物的培养方式主要有分批、连续和补料分批3 3种。种。大肠杆菌发酵大多采用补料分批培养,这是在现代发酵工大肠杆菌发酵大多采用补料分批培养,这是在现代发酵工艺得到优化的一种方式,能有效的优化微生物培养过程中艺得到优化的一种方式,能有效的优化微生物培养过程中的化学环境。使微生物处于最佳的生长环境。这种方式一的化学环境。使微生物处于最佳的生长环境。这种方式一方面可以避免某些营养成分初始浓度过高出现底物抑制现方面可以避免某些营养成分初始浓度过高出现底物抑制现象,另一方面能够防止限制性营养成分被耗尽而影响细胞
9、象,另一方面能够防止限制性营养成分被耗尽而影响细胞的生长和产物的形成。补料分批培养已广泛应用于各种各的生长和产物的形成。补料分批培养已广泛应用于各种各样的初级、次级生物产品和蛋白等的发酵生产中。样的初级、次级生物产品和蛋白等的发酵生产中。培养基营养成分过高会抑制细胞的生长,采用流加补培养基营养成分过高会抑制细胞的生长,采用流加补料是提高细胞浓度和外源蛋白产量的有效方式,高密度培料是提高细胞浓度和外源蛋白产量的有效方式,高密度培养通过调节限制性底物的流加速率来调控细胞生长。养通过调节限制性底物的流加速率来调控细胞生长。10培养条件培养条件1、温度:、温度:3638 2、pH:73、搅拌速率:、搅
10、拌速率:100200r/min4、溶氧、溶氧:2050%5、通风:、通风:23L/min6、接种量:、接种量:12%11操作步骤操作步骤1 1、菌种准备、菌种准备2 2、上罐前的准备及实罐灭菌、上罐前的准备及实罐灭菌3 3、发酵操作、发酵操作4 4、发酵管理、发酵管理5 5、发酵过程中各生化指标的测定发酵过程中各生化指标的测定 6 6、补料、补料7 7、放罐、放罐8 8、清洗、清洗12菌种准备菌种准备1、上罐前两天,从冰箱中取出菌种转接斜、上罐前两天,从冰箱中取出菌种转接斜面,面,37培养培养24h。2、上罐前一天,由斜面菌种转接一级种子、上罐前一天,由斜面菌种转接一级种子瓶,瓶,37振荡培养
11、振荡培养12h,然后转接二级,然后转接二级种子瓶,种子瓶,37振荡培养振荡培养10h。13上罐前的准备及实罐灭菌上罐前的准备及实罐灭菌1、洗净发酵罐及各联接胶管、洗净发酵罐及各联接胶管2、配制发酵培养基配制发酵培养基5.0L,置发酵罐内,加入几滴,置发酵罐内,加入几滴泡敌。泡敌。3、校正、校正pH电极和溶氧(电极和溶氧(DO)电极。)电极。4、把电极插口、取样管、补料口、消泡剂料瓶等、把电极插口、取样管、补料口、消泡剂料瓶等固定、密封好后,开夹套出、进水阀固定、密封好后,开夹套出、进水阀V2、W1,使夹套充满水,用保护罩盖住罐盖及发酵罐,用使夹套充满水,用保护罩盖住罐盖及发酵罐,用倾倒螺钉锁紧
12、法兰,开保护罩顶部排气阀倾倒螺钉锁紧法兰,开保护罩顶部排气阀V4,启,启动蒸气发生器,启动搅拌马达,调转速动蒸气发生器,启动搅拌马达,调转速300r/min,开启冷凝水出水阀开启冷凝水出水阀V1,开启蒸气阀门,开启蒸气阀门S1,进行在,进行在位灭菌。位灭菌。14发酵罐发酵罐15上罐前的准备及实罐灭菌上罐前的准备及实罐灭菌5、当保护罩顶部阀门、当保护罩顶部阀门V4有蒸气排出时,有蒸气排出时,2min后关闭阀门,当罐温接近灭菌温度时,后关闭阀门,当罐温接近灭菌温度时,微开阀微开阀V4适当排气,并调整蒸气阀适当排气,并调整蒸气阀S1维持维持罐温。保温结束后,关蒸气阀罐温。保温结束后,关蒸气阀S1,全
13、开冷,全开冷凝水出水阀凝水出水阀V1,开进水阀,开进水阀W3,将温度设定,将温度设定在在37,切入自动。,切入自动。6、当温度降到、当温度降到100以下,缓缓开排气阀以下,缓缓开排气阀V4,使保护罩顶压力表指示为零,移去保护罩。使保护罩顶压力表指示为零,移去保护罩。16上罐前的准备及实罐灭菌上罐前的准备及实罐灭菌7、连接通气管路,将进气过滤器、连接通气管路,将进气过滤器K7口与控口与控制台左侧空气出口连通,开弹簧夹,接通制台左侧空气出口连通,开弹簧夹,接通空气压缩机电源,空气压缩机电源,对发酵罐进行通气,对发酵罐进行通气,调调整空气流量整空气流量3 5L/min。8、当温度达到、当温度达到37
14、时,将预先灭菌的时,将预先灭菌的pH电电极、极、DO电极(电极(75%酒精消毒、酒精消毒、UV消毒)接消毒)接入发酵罐,连接各电极导线。入发酵罐,连接各电极导线。17上罐前的准备及实罐灭菌上罐前的准备及实罐灭菌9、将流加碱的管线与泵和罐体连接,通过面、将流加碱的管线与泵和罐体连接,通过面板操作开关选择碱泵,打开手动开关,使板操作开关选择碱泵,打开手动开关,使胶管内充满液体,将输出上限设在胶管内充满液体,将输出上限设在15%,下限设为下限设为“0”,待一切准备就绪,将,待一切准备就绪,将“手手动动”开关调节到开关调节到“自动自动”状态。状态。10、设定搅拌转速为、设定搅拌转速为300r/min、
15、空气流量、空气流量 23L/min、pH7.0、DO100%,系统进入,系统进入发酵状态。发酵状态。18发酵操作发酵操作 当发酵罐内温度达到并维持在所需温度后,当发酵罐内温度达到并维持在所需温度后,进行如下操作:进行如下操作:1 1、取样:松开弹簧夹、取样:松开弹簧夹J2J2,用无菌空气将取样管残,用无菌空气将取样管残液压入发酵罐内,再夹紧液压入发酵罐内,再夹紧J2J2,将出料管放入接料,将出料管放入接料瓶,松开取样管弹簧夹瓶,松开取样管弹簧夹J3J3,发酵液被压入接料瓶,发酵液被压入接料瓶,开开J2J2、J3J3排出取样管内残料,夹紧排出取样管内残料,夹紧J2J2、J3J3 2 2、接种:将
16、酒精棉置于接种口槽中,旋松接种口,、接种:将酒精棉置于接种口槽中,旋松接种口,点燃酒精棉,在火焰保护下,打开接种口,倒入点燃酒精棉,在火焰保护下,打开接种口,倒入二级种子,然后旋紧接种盖,移去火焰圈。接种二级种子,然后旋紧接种盖,移去火焰圈。接种后立即进行第一次取样,用于测定细菌后立即进行第一次取样,用于测定细菌ODOD值。值。19发酵管理发酵管理 控制发酵过程的各项参数(温度、控制发酵过程的各项参数(温度、PHPH、溶解氧、搅拌速度、溶解氧、搅拌速度、空气流量、泡沫水平等),如参数出现异常现象,则应及空气流量、泡沫水平等),如参数出现异常现象,则应及时排除。时排除。每小时取一次样,每次取样每
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