第四章培养基课件.ppt

1、第四章第四章 发酵工业培养基发酵工业培养基及原料处理及原料处理第一节第一节 发酵培养基的组成及其来源发酵培养基的组成及其来源第二节第二节 发酵生产中培养基的类型发酵生产中培养基的类型第三节第三节 培养基设计和优化培养基设计和优化第四节第四节 工业发酵中营养基质的配制方法工业发酵中营养基质的配制方法（p104-127p104-127）本章要点：本章要点：v熟悉发酵培养基类型、特点及其组成。v了解发酵工业对培养基的要求。v掌握发酵培养基设计的基本程序和原则，以及培养基优化的方法。v掌握淀粉质原料制糖工艺及其培养基的配制方法。几个问题几个问题v1、微生物生长代谢所需要的营养物质、微生物生长代谢所需要

2、的营养物质v2、培养基的类型、发酵培养基的类型、培养基的类型、发酵培养基的类型v3、发酵培养基的设计、发酵培养基的设计v4、发酵培养基的优化、发酵培养基的优化v5、发酵培养基的配制、发酵培养基的配制第一节第一节 发酵培养基的组成及其来源发酵培养基的组成及其来源v一、培养基一、培养基v是提供微生物生长繁殖和生物合成各种代谢产物所需要的，是提供微生物生长繁殖和生物合成各种代谢产物所需要的，按一定比例配制的多种营养物质的混合物。按一定比例配制的多种营养物质的混合物。v二、各类培养基的共同点二、各类培养基的共同点 能源、碳源、氮源、无机元素、生长因子、水、氧气等。能源、碳源、氮源、无机元素、生长因子、

3、水、氧气等。v发酵培养基还含有一些发酵培养基还含有一些前体、产物促进剂和抑制剂前体、产物促进剂和抑制剂等。等。三、培养基的组成及来三、培养基的组成及来源源发酵培养基的组成：发酵培养基的组成：碳源碳源氮源氮源无机盐和微量元素无机盐和微量元素水分水分促进剂（如聚乙烯醇改善通气性）促进剂（如聚乙烯醇改善通气性）抑制剂抑制剂前体（如青霉素苯乙胺）前体（如青霉素苯乙胺）碳源：碳源：v定义：定义：v是指作为微生物细胞结构或代谢产物中碳架是指作为微生物细胞结构或代谢产物中碳架来源的物质。来源的物质。v来源：来源：v无机物无机物v有机物（主要的）有机物（主要的）氮源：氮源：v作用：作用：v氮元素是微生物细胞蛋

4、白和核酸的主要成分，氮元素是微生物细胞蛋白和核酸的主要成分，对微生物的生长发育有着特别重要的作用。对微生物的生长发育有着特别重要的作用。v来源：来源：v无机氮：速效氮无机氮：速效氮v有机氮有机氮v气态氮气态氮v生理酸性物质：生理酸性物质：v经微生物代谢后形成酸性物质的无机氮源称为生理经微生物代谢后形成酸性物质的无机氮源称为生理酸性物质。酸性物质。v如硫酸铵v生理碱性物质：生理碱性物质：v经微生物代谢后形成碱性物质的无机氮源称为生理经微生物代谢后形成碱性物质的无机氮源称为生理碱性物质。碱性物质。v如硝酸钠v作用：作用：v在发酵过程中可以引起在发酵过程中可以引起pH值的变化，可以对微生物值的变化，

5、可以对微生物的培养基进行的培养基进行酸碱性调节酸碱性调节。无机盐和微量元素：无机盐和微量元素：v是指除碳、氮元素外其他各种重要元素及其供体。是指除碳、氮元素外其他各种重要元素及其供体。v作用：作用：v构成菌体成分。构成菌体成分。v酶的组成或激活剂、抑制剂。酶的组成或激活剂、抑制剂。v调节渗透压、菌体内部调节渗透压、菌体内部pH值、氧化还原电位。值、氧化还原电位。v特点：特点：v无机盐尤其是微量元素在低浓度时对微生物的生长、无机盐尤其是微量元素在低浓度时对微生物的生长、产物合成一般有促进作用；高浓度时抑制作用，甚产物合成一般有促进作用；高浓度时抑制作用，甚至是毒性作用。至是毒性作用。磷元素磷元素

6、v作用：作用：v细胞膜的组成、可以活化糖类分子、是核苷酸之间细胞膜的组成、可以活化糖类分子、是核苷酸之间的桥梁、是的桥梁、是ATP的组成部分。的组成部分。v种类：种类：v磷酸钾、磷酸氢二钠等。磷酸钾、磷酸氢二钠等。v对次级代谢的调节：对次级代谢的调节：v磷酸盐调节现象（高浓度磷酸盐抑制次级代谢的现磷酸盐调节现象（高浓度磷酸盐抑制次级代谢的现象）。象）。硫元素硫元素v种类：种类：v硫酸镁、硫酸钠等。硫酸镁、硫酸钠等。v作用：作用：v用于某些产物中含硫的特殊的发酵生产中。用于某些产物中含硫的特殊的发酵生产中。如青霉素、头孢霉素等发酵中，需要额外添加硫酸钠等硫源。钙、镁、钾、钠、铁v钙：钙：v作用：

7、是很多酶的辅助因子或激活剂、渗透压调节剂。作用：是很多酶的辅助因子或激活剂、渗透压调节剂。v种类：氯化钙，尽量不与磷酸盐同时添加。种类：氯化钙，尽量不与磷酸盐同时添加。v镁：镁：v作用：辅酶、激活剂。作用：辅酶、激活剂。v种类：硫酸镁。种类：硫酸镁。v钾：钾：v作用：是很多酶的辅助因子。作用：是很多酶的辅助因子。v种类：磷酸氢二钾、磷酸二氢钾。种类：磷酸氢二钾、磷酸二氢钾。v钠：钠：调节细胞的渗透压。调节细胞的渗透压。v铁：铁：是细胞色素的组成成分。是细胞色素的组成成分。前体：v是指一些添加到培养基中的物质，它们并不是指一些添加到培养基中的物质，它们并不促进微生物的生长，但能直接通过微生物的促

8、进微生物的生长，但能直接通过微生物的生物合成过程生物合成过程结合到结合到产物分子上去，自身结产物分子上去，自身结构基本不变，而产物产量却因此有较大提高构基本不变，而产物产量却因此有较大提高的一类化合物。（的一类化合物。（p111p111）v前体的来源：前体的来源：v微生物细胞本身的代谢产物。微生物细胞本身的代谢产物。v外源人为添加。外源人为添加。v前体的应用：前体的应用：v氨基酸、核苷酸、抗生素等发酵。氨基酸、核苷酸、抗生素等发酵。v如青霉素发酵中添加的玉米浆（主要含有苯乙酸）就是最早应用的前体。v注意事项：注意事项：v添加的前体要适量。添加的前体要适量。产物促进剂产物促进剂（p112）v定义

9、：定义：v指在发酵过程中添加的，既不是营养物质又指在发酵过程中添加的，既不是营养物质又不是前体物质，但却能够使提高产量的物质。不是前体物质，但却能够使提高产量的物质。v产物促进剂的增产机制有多种。产物促进剂的增产机制有多种。如添加甘露如添加甘露聚糖可以促进聚糖可以促进-甘露糖苷酶的分泌，从而提甘露糖苷酶的分泌，从而提高其产量。高其产量。产物抑制剂：产物抑制剂：v定义定义:v主要指对生产菌代谢途径有某种调节能力的主要指对生产菌代谢途径有某种调节能力的物质。物质。v这些物质使微生物代谢途径中原有的路径发这些物质使微生物代谢途径中原有的路径发生改变抑制了一些酶，抑制了一些杂菌的生生改变抑制了一些酶，

10、抑制了一些杂菌的生长（如添加的抗生素）。长（如添加的抗生素）。第二节第二节 发酵生产中培养基的类型发酵生产中培养基的类型v按原料的纯度进行分类（按原料的纯度进行分类（p113p113）v按培养基的物理状态分类（按培养基的物理状态分类（p113p113）v按发酵工业中的作用分类按发酵工业中的作用分类一、根据培养基的用途分类一、根据培养基的用途分类v（一）选择培养基（一）选择培养基v选择培养基：选择培养基：v根据某一类或某种微生物的特殊营养要求而根据某一类或某种微生物的特殊营养要求而设计的培养基，用于提高所需微生物的分离设计的培养基，用于提高所需微生物的分离效率。效率。选择性培养基设计的两种主要方

11、法选择性培养基设计的两种主要方法:v一是根据某些微生物对碳源、氮源的一是根据某些微生物对碳源、氮源的需求需求而设计。而设计。v以纤维素为唯一碳源的培养基可用于分离纤维素分以纤维素为唯一碳源的培养基可用于分离纤维素分解菌；解菌；v用石蜡油来富集分解石油的微生物；用石蜡油来富集分解石油的微生物；v用较浓的糖液来富集酵母菌等。用较浓的糖液来富集酵母菌等。v如分离固氮微生物的无氮培养基、加入滤纸条或纤如分离固氮微生物的无氮培养基、加入滤纸条或纤维素粉为碳源分离纤维分解菌的培养基。维素粉为碳源分离纤维分解菌的培养基。v二是根据某些微生物的二是根据某些微生物的物理和化学抗性物理和化学抗性设计的。设计的。v

12、在培养基中加入某种化合物，可有效地分离出对这在培养基中加入某种化合物，可有效地分离出对这种化合物有抗性的微生物。种化合物有抗性的微生物。v如分离放线菌时，在培养基中加入数滴10%的苯酚，可以抑制霉菌和细菌的生长；v在分离酵母菌和霉菌的培养基中，添加青霉素、四环素和链霉素等抗生素可以抑制细菌和放线菌的生长；v结晶紫可以抑制革兰氏阳性菌，培养基中加入结晶紫后，能选择性地培养革兰氏阴性菌；v 7.5%NaCl可以抑制大多数细菌，但不抑制葡萄球菌，从而选择培养葡萄球菌。v德巴利酵母属德巴利酵母属(Debaryomyces)中的许多种和酱油中的许多种和酱油中酵母能耐高浓度中酵母能耐高浓度(18-20%)

13、的食盐，而其它酵母只的食盐，而其它酵母只能耐受能耐受3-11%浓度的食盐，所以，在培养基中加入浓度的食盐，所以，在培养基中加入15-20%浓度的食盐，即构成浓度的食盐，即构成耐食盐酵母耐食盐酵母的选择培的选择培养基。养基。v马丁氏培养基就是专门用于分离土壤中真菌的选择马丁氏培养基就是专门用于分离土壤中真菌的选择性培养基。其配方是：葡萄糖性培养基。其配方是：葡萄糖1%，蛋白胨，蛋白胨0.5%，KH2PO4 0.1%，MgSO47H2O 0.05%,琼脂琼脂2%，孟，孟加拉红加拉红(或称虎红或称虎红)1/3万，链霉素万，链霉素30mg/ml，金霉素，金霉素2mg/ml。此处的孟加拉红、链霉素和金霉

14、素等的。此处的孟加拉红、链霉素和金霉素等的作用是作用是抑制细菌生长抑制细菌生长，从而富集土壤中的真菌。，从而富集土壤中的真菌。v（二）鉴别培养基（二）鉴别培养基v鉴别培养基：鉴别培养基：根据微生物的代谢特点，在培养基中根据微生物的代谢特点，在培养基中加入加入某种与待测菌的某种无色的代谢产物发生显色某种与待测菌的某种无色的代谢产物发生显色反应的反应的指示剂指示剂，通过显色反应可以肉眼分辨出待测，通过显色反应可以肉眼分辨出待测菌。菌。v例如检查乳制品和饮用水中是否有肠道细菌污染所用的伊红-美蓝培养基。当大肠杆菌等肠道细菌生长时，发酵培养基中的乳糖，使加入的伊红-美蓝变色，在菌落上沉积为紫黑色，并呈

15、现金属光泽。二、根据生产工艺的要求和作用分类二、根据生产工艺的要求和作用分类（p114p114）:v孢子培养基（斜面培养基）孢子培养基（斜面培养基）v种子培养基种子培养基v发酵培养基发酵培养基（一）孢子培养基（一）孢子培养基v孢子培养基（斜面培养基）孢子培养基（斜面培养基）:是供菌种繁殖孢是供菌种繁殖孢子的一种常用固体培养基子的一种常用固体培养基 。v目的：目的：生产孢子。生产孢子。v要求：要求：营养不要太丰富。营养不要太丰富。v种类：种类：大米、小米。大米、小米。v形式：形式：曲盘。曲盘。（二）种子培养基（二）种子培养基 种子培养基：种子培养基：是供孢子发芽生长出大量菌丝体，或是供孢子发芽生

16、长出大量菌丝体，或不产孢子的不产孢子的微生物菌体生长的培养基。微生物菌体生长的培养基。v目的：目的：使有限数数量的斜面菌种在种子罐中生长繁使有限数数量的斜面菌种在种子罐中生长繁殖到一定数量，殖到一定数量，为下一步发酵提供数量较多，强壮为下一步发酵提供数量较多，强壮而整齐的种子细胞。而整齐的种子细胞。以缩短菌体在发酵罐中生长繁以缩短菌体在发酵罐中生长繁殖的时间，提高发酵设备的利用率。殖的时间，提高发酵设备的利用率。v要求：要求：氮源、维生素丰富，原料要精。其培养基的氮源、维生素丰富，原料要精。其培养基的配比尽可能接近发酵培养基。配比尽可能接近发酵培养基。v形式：形式：可采用液体培养基，或固体浅盘

17、或三角瓶等可采用液体培养基，或固体浅盘或三角瓶等逐级扩大均可以。逐级扩大均可以。（三）发酵培养基（三）发酵培养基 定义：定义：是是供菌体生长繁殖和合成发酵产物为最大目供菌体生长繁殖和合成发酵产物为最大目的的培养基。的的培养基。要求：要求：一般的发酵产物以碳为主要元素，所以，发一般的发酵产物以碳为主要元素，所以，发酵培养基中的酵培养基中的碳源碳源含量往往高于种子培养基。若产含量往往高于种子培养基。若产物的含氮量高，应增加物的含氮量高，应增加氮源氮源。在大规模生产时，原料应该价廉易得，还应有利于在大规模生产时，原料应该价廉易得，还应有利于下游的分离提取工作。在生产中要通过试验获得。下游的分离提取工

18、作。在生产中要通过试验获得。形式：形式：固体培养基和液体培养基。固体培养基和液体培养基。第三节第三节 培养基设计和优化培养基设计和优化（p175-180）v一般培养基的选择一般培养基的选择首先首先是培养基是培养基基本成分基本成分的的确定，确定，其次其次是决定各成分之间如何是决定各成分之间如何最佳的复最佳的复配。配。v应该指出的是选择培养基的成分，设计培养基配方虽然有一些理论依据，但最终的确定是通过实验的方法获得的。一、发酵培养基的设计原理一、发酵培养基的设计原理v考虑的因素：v1、某菌种对培养基的基本要求。、某菌种对培养基的基本要求。v2、满足微生物生长以及产物合成的需要。、满足微生物生长以及

19、产物合成的需要。v菌体的同化能力。v培养基对菌体代谢的阻遏与诱导的影响。v碳氮比对菌体代谢调节的重要性。vpH对不同菌体代谢的影响。1.营养基质的种类营养基质的种类营养物质应满足微营养物质应满足微生物的需要生物的需要 不同营养类型的微生物对营养的需求差异很大。不同营养类型的微生物对营养的需求差异很大。所以，应根据所培养菌种对各营养要素的不同要所以，应根据所培养菌种对各营养要素的不同要求进行配制。求进行配制。如自养微生物的培养基成分是无机如自养微生物的培养基成分是无机的，而异养型微生物的培养基成分必须含有机物。的，而异养型微生物的培养基成分必须含有机物。针对四大类微生物，一般可以采用现成配方的针

20、对四大类微生物，一般可以采用现成配方的培养基（实验室阶段）。培养基（实验室阶段）。如细菌采用肉汤蛋白胨如细菌采用肉汤蛋白胨培养基、放线菌采用高氏培养基、放线菌采用高氏1 1号合成培养基、酵母采号合成培养基、酵母采用麦芽汁培养基及霉菌采用查氏合成培养基等。用麦芽汁培养基及霉菌采用查氏合成培养基等。2.营养物的浓度及配比应恰当营养物的浓度及配比应恰当 营养物的浓度太低，则不能满足微生营养物的浓度太低，则不能满足微生物生长的需要，浓度太高，又会抑制微生物生长的需要，浓度太高，又会抑制微生物的生长。物的生长。如糖和盐都是良好的营养物质，但是，浓度升高，则有抑菌作用。v碳氮比碳氮比(C/N)一般指培养基

21、中元素一般指培养基中元素C与与N的比值。的比值。v为方便测定和计算，人们常以培养基中为方便测定和计算，人们常以培养基中还原糖含量还原糖含量与与粗蛋白含量粗蛋白含量的比值来表示。的比值来表示。v在考察培养基组成时，人们常以碳氮比作为一个重在考察培养基组成时，人们常以碳氮比作为一个重要的指标。要的指标。一般培养基的一般培养基的C/N比为比为100：0.5-2。v如在谷氨酸生产菌发酵中，如在谷氨酸生产菌发酵中，C/NC/N比为比为4/14/1时，菌体大时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累量较少；当量繁殖，谷氨酸积累量较少；当C/NC/N为为3/13/1时，菌体时，菌体繁殖受到抑制，谷氨酸大量积累。繁殖受到抑

22、制，谷氨酸大量积累。3.理化条件适宜理化条件适宜v（1）pHpH值要适宜：值要适宜：各大类微生物一般都有其生长各大类微生物一般都有其生长繁殖的最适繁殖的最适pHpH。v细菌的最适细菌的最适pHpH一般在一般在7.0-8.07.0-8.0，放线菌在，放线菌在pH7.5-8.5pH7.5-8.5间，酵母菌在间，酵母菌在pH3.8-6.0pH3.8-6.0间，霉菌在间，霉菌在pH4.0-5.8pH4.0-5.8之间。之间。对于具体的微生物菌种来说，它们都有各自特定的对于具体的微生物菌种来说，它们都有各自特定的最适最适pHpH范围，但有时会大大突破上述界限。范围，但有时会大大突破上述界限。v要考虑到培

23、养基的要考虑到培养基的pHpH调节能力：调节能力：在微生物生长繁殖在微生物生长繁殖过程中会产生引起培养基过程中会产生引起培养基pHpH改变的代谢产物，尤其改变的代谢产物，尤其是不少微生物有很强的产酸能力，如不适当地加以是不少微生物有很强的产酸能力，如不适当地加以调节，就会抑制甚至杀死其自身。调节，就会抑制甚至杀死其自身。v在设计它们的培养基时，就要考虑到在设计它们的培养基时，就要考虑到培养基培养基的的pHpH调调节能力节能力。一般应该加入磷酸缓冲液或一般应该加入磷酸缓冲液或CaCOCaCO3 3，使培养，使培养液的液的pH pH 稳定。稳定。v（2）水分活度）水分活度v（3）渗透压）渗透压v（

24、4）氧化还原电位）氧化还原电位4.根据培养的目的根据培养的目的 培养基的成分直接影响着培养的目标。在设培养基的成分直接影响着培养的目标。在设计培养基时必须考虑是要计培养基时必须考虑是要培养菌体培养菌体，还是要，还是要积累积累产物产物，是实验室培养还是大规模发酵等问题。，是实验室培养还是大规模发酵等问题。用于培养用于培养菌体的种子培养基菌体的种子培养基营养成分应丰富，营养成分应丰富，尤其是氮源含量宜高。即碳氮比值低。尤其是氮源含量宜高。即碳氮比值低。相反，用于相反，用于积累大量生产代谢产物积累大量生产代谢产物的发酵培的发酵培养基，它的氮源一般应比种子培养基稍低。养基，它的氮源一般应比种子培养基稍

25、低。若发酵产物是含氮化合物时，有时还应该提若发酵产物是含氮化合物时，有时还应该提高培养基的氮源含量。高培养基的氮源含量。在设计培养基时，还应特别考虑到代谢产在设计培养基时，还应特别考虑到代谢产物是物是初级代谢产物初级代谢产物，还是，还是次级代谢产物次级代谢产物。若是若是次级代谢产物还要考虑是否加入特殊元素次级代谢产物还要考虑是否加入特殊元素(如如维生素维生素B B1212中的中的Co)Co)或特定的前体物质或特定的前体物质(如生产卞如生产卞青霉素时，应加入苯乙酸青霉素时，应加入苯乙酸)。在设计培养基尤其是大规模发酵生产用的在设计培养基尤其是大规模发酵生产用的培养基时，还应重视培养基中各种成分的

26、培养基时，还应重视培养基中各种成分的来源来源和价格和价格，应该优先选择来源广泛、价格低廉的，应该优先选择来源广泛、价格低廉的培养基，提倡培养基，提倡“以粗代精以粗代精”，“以废代好以废代好”。二、选择和配制发酵培养基的二、选择和配制发酵培养基的基本原则基本原则v 提供基本成分和合适的比例；提供基本成分和合适的比例；v 有利于减少原料单耗；有利于减少原料单耗；v 有利于提高产物浓度；有利于提高产物浓度；v 有利于提高产物的合成速度；有利于提高产物的合成速度；v 减少副产物生成；减少副产物生成；v 方便产物的分离和纯化；方便产物的分离和纯化；v 原料价格低廉、质量稳定、取材容易；原料价格低廉、质量

27、稳定、取材容易；v 有利于提高氧的利用率，降低能耗；有利于提高氧的利用率，降低能耗；v 有利于减少有利于减少“三废物质三废物质”。三、发酵培养基的优化三、发酵培养基的优化（p175-180）v1 1、初步确定可能的培养基成分、初步确定可能的培养基成分v首先首先要做好调查研究工作，了解菌种的来源、生要做好调查研究工作，了解菌种的来源、生活习惯、生理生化特性和一般的营养要求。活习惯、生理生化特性和一般的营养要求。即要即要参照微生物细胞内元素的比例确定培养基的成分参照微生物细胞内元素的比例确定培养基的成分和比例。和比例。v其次其次，对生产菌种的培养条件，生物合成的代谢，对生产菌种的培养条件，生物合成

28、的代谢途径，代谢产物的化学性质、分子结构、一般提途径，代谢产物的化学性质、分子结构、一般提炼方法和产品性质要求等也要有所了解，以便在炼方法和产品性质要求等也要有所了解，以便在选择培养基时心中有数。选择培养基时心中有数。根据前人根据前人的经验和培养的经验和培养基成分确定时一些必须考虑的因素，初步确定可基成分确定时一些必须考虑的因素，初步确定可能的培养基成分。能的培养基成分。v2 2、通过单因子试验确定出较适宜的培养基、通过单因子试验确定出较适宜的培养基组成和浓度组成和浓度v最好先选择一种较好的最好先选择一种较好的化学合成培养基化学合成培养基做基础，做基础，开始时先做一些开始时先做一些摇瓶试验摇瓶

29、试验，然后进一步做小型发，然后进一步做小型发酵罐培养，摸索菌种对各种主要有机碳源和氮源酵罐培养，摸索菌种对各种主要有机碳源和氮源的利用情况和产生代谢产物的能力。的利用情况和产生代谢产物的能力。v注意培养过程中注意培养过程中pHpH的变化，观察适于菌种生长繁的变化，观察适于菌种生长繁殖和适于代谢产物形成的两种不同殖和适于代谢产物形成的两种不同pHpH，不断调整，不断调整配比来适应上述各种情况和要求，配比来适应上述各种情况和要求，注意每次只限注意每次只限一个变动条件。一个变动条件。v3 3、金属及非金属离子的确定、金属及非金属离子的确定v有了初步结果后即培养基成分确定后，先确定有了初步结果后即培养

30、基成分确定后，先确定一个培养基配比。然后再确定各个重要的金属一个培养基配比。然后再确定各个重要的金属及非金属离子对发酵的影响，即对及非金属离子对发酵的影响，即对各种无机元各种无机元素素的营养要求，试验其最高、最低和最适用量。的营养要求，试验其最高、最低和最适用量。v也是通过单因子试验。也是通过单因子试验。v4 4、各成分最适浓度的确定、各成分最适浓度的确定v在合成培养基上得出一定结论后，再做复合培养在合成培养基上得出一定结论后，再做复合培养基试验。基试验。最后试验最后试验发酵条件发酵条件和和培养基培养基的关系。的关系。v培养基内培养基内pHpH可由添加的碳酸钙来调节，其他如硝可由添加的碳酸钙来

31、调节，其他如硝酸钠、硫酸铵也可调节。酸钠、硫酸铵也可调节。v由于培养基成分很多，为减少试验次数这些可通由于培养基成分很多，为减少试验次数这些可通过一些过一些合理的试验设计方法进行多因子试验设计合理的试验设计方法进行多因子试验设计和试验，进一步优化培养基各成分及最适浓度。和试验，进一步优化培养基各成分及最适浓度。四、培养基优化设计的方法生态模拟生态模拟参阅文献参阅文献组分更换组分更换1、正交试验法：是安排多因子试验常用的一种正交试验法：是安排多因子试验常用的一种方法，可以用少量的具有代表性的试验代替全方法，可以用少量的具有代表性的试验代替全面试验，较快地取得实验结果。面试验，较快地取得实验结果。

32、2、响应面分析法：是数学和统计学相结合的一种响应面分析法：是数学和统计学相结合的一种方法，综合了实验设计和数学建模，通过局部方法，综合了实验设计和数学建模，通过局部实验回归拟合因素与结果间的全局函数关系，实验回归拟合因素与结果间的全局函数关系，得到准确有效的实验结论。得到准确有效的实验结论。3、均匀设计、均匀设计是将数论与多元统计结合起来的一种试验方法，是将数论与多元统计结合起来的一种试验方法，它具有试验次数少，代表性强等优点。它具有试验次数少，代表性强等优点。五、培养基设计时应注意的一些相关问题五、培养基设计时应注意的一些相关问题v培养基设计除要注意前面一些原则外，具体应用培养基设计除要注意

33、前面一些原则外，具体应用时还要注意许多相关的问题，以确保培养基的设时还要注意许多相关的问题，以确保培养基的设计符合一个稳定、大规模发酵生产的需要。计符合一个稳定、大规模发酵生产的需要。v一般要注意以下问题：一般要注意以下问题：v1、原料的预处理、原料的预处理v2、设备的选择及处理、设备的选择及处理v3、原材料的质量、原材料的质量v4、发酵特性的影响、发酵特性的影响v5、培养基灭菌、培养基灭菌第四节第四节 工业发酵中营养基质的工业发酵中营养基质的 配制方法（配制方法（p117-125 ）v一、酒精发酵机制（酒精发酵机制（p84、295）v二、淀粉质原料酒精生产的工艺流程二、淀粉质原料酒精生产的工

34、艺流程（p292-300）v三、淀粉水解的原理三、淀粉水解的原理v四、淀粉水解制糖工艺四、淀粉水解制糖工艺v五、糖蜜原料培养基的制备五、糖蜜原料培养基的制备一、一、酒精发酵机制（酒精发酵机制（p84、295）v（一（一）酵母菌的酒精发酵）酵母菌的酒精发酵v机理：酵母菌把可发酵性糖，经过细胞内酒化酶的机理：酵母菌把可发酵性糖，经过细胞内酒化酶的作用，生成乙醇和作用，生成乙醇和CO，然后透过细胞膜将这些产，然后透过细胞膜将这些产物排出体外。物排出体外。v因为酒精酵母不含因为酒精酵母不含-淀粉酶和淀粉酶和-淀粉酶等淀粉酶，淀粉酶等淀粉酶，所以它不能直接利用淀粉进行酒精发酵。因此在利所以它不能直接利用

35、淀粉进行酒精发酵。因此在利用淀粉原料生产酒精时，用淀粉原料生产酒精时，必须把淀粉转化成可发酵必须把淀粉转化成可发酵性糖，才能被淀粉所利用性糖，才能被淀粉所利用。酵母菌通过酵母菌通过EMP途径的酒精发酵途径的酒精发酵：v酒精发酵是酵母菌的酒精发酵是酵母菌的型发酵：型发酵：v总反应式：总反应式：v理论转化率：理论转化率：51.11%(二二)细菌的酒精发酵细菌的酒精发酵v少数假单胞杆菌少数假单胞杆菌(Pseudomonas)如，林氏假单胞菌如，林氏假单胞菌(Ps.lindneri)嗜热假单胞菌嗜热假单胞菌(Ps.saccharophila)等等 能利用葡萄糖经能利用葡萄糖经ED途径途径进行酒精发酵。

36、进行酒精发酵。v总反应式：总反应式：二、淀粉质原料酒精生产的工艺流程二、淀粉质原料酒精生产的工艺流程（p292-300）淀粉质原料酒精生产的工艺流程：淀粉质原料酒精生产的工艺流程：v1.原料粉碎原料粉碎v2.蒸煮糊化蒸煮糊化v3.糖化曲的制备糖化曲的制备v4.糖化：经蒸煮糊化后的醪液，通过糖化：经蒸煮糊化后的醪液，通过糖化曲糖化曲的淀粉酶的淀粉酶进行糖化作用生成可进行糖化作用生成可发酵性糖发酵性糖，供，供酵母菌利用。酵母菌利用。v4.酵母制备酵母制备v5.酒精发酵酒精发酵 v酒精发酵是属于厌气性发酵，在发酵过程中进行无酒精发酵是属于厌气性发酵，在发酵过程中进行无氧呼吸，在此过程中，发生着复杂的

37、生物化学变化，氧呼吸，在此过程中，发生着复杂的生物化学变化，既有糖化醪中淀粉和糊精继续被淀粉酶水解生成糖，既有糖化醪中淀粉和糊精继续被淀粉酶水解生成糖，也有蛋白质在曲霉蛋白酶水解下生成肽和氨基酸。也有蛋白质在曲霉蛋白酶水解下生成肽和氨基酸。v这些物质一部分被酵母吸收合成菌体细胞，另一部这些物质一部分被酵母吸收合成菌体细胞，另一部分则被发酵，生成酒精和分则被发酵，生成酒精和CO2。v6.乙醇蒸馏与精馏乙醇蒸馏与精馏 v经酵母菌把糖转变成酒精后，在成熟发酵醪经酵母菌把糖转变成酒精后，在成熟发酵醪内，除含有酒精和大量水分外，还含有固形内，除含有酒精和大量水分外，还含有固形物和许多杂质。物和许多杂质。

38、v蒸馏蒸馏：是把发酵醪液中含有的酒精提纯出来，：是把发酵醪液中含有的酒精提纯出来，通过粗馏和精馏，最后取得合乎规格的酒精，通过粗馏和精馏，最后取得合乎规格的酒精，同时得到副产物杂醇油，还有大量的酒糟同时得到副产物杂醇油，还有大量的酒糟（也称废醪）排除。（也称废醪）排除。三、淀粉水解的原理（三、淀粉水解的原理（p118）v淀粉糖化：淀粉糖化：工业生产中将淀粉通过一定的方法水解工业生产中将淀粉通过一定的方法水解为葡萄糖的过程称为淀粉的糖化。所得的糖液称为为葡萄糖的过程称为淀粉的糖化。所得的糖液称为淀粉水解糖液。淀粉水解糖液。v淀粉水解的过程：淀粉水解的过程：v1、淀粉的水解反应：葡萄糖、糊精、低聚

39、糖、麦、淀粉的水解反应：葡萄糖、糊精、低聚糖、麦芽糖等。（主要反应）芽糖等。（主要反应）v2、葡萄糖的复合反应：反应生成的葡萄糖会生成、葡萄糖的复合反应：反应生成的葡萄糖会生成龙胆二糖、异麦芽糖、其他低聚糖。龙胆二糖、异麦芽糖、其他低聚糖。v3、葡萄糖的分解反应：反应生成的另一部分葡萄、葡萄糖的分解反应：反应生成的另一部分葡萄糖会发生分解反应，生成糖会发生分解反应，生成5-羟甲基糖醛（色素），羟甲基糖醛（色素），再进一步分解成有机酸、有色物质。再进一步分解成有机酸、有色物质。四、淀粉水解制糖工艺（四、淀粉水解制糖工艺（p119-125）v淀粉水解糖的制备方法：酸水解、酶水解、酸酶结合淀粉水解糖

40、的制备方法：酸水解、酶水解、酸酶结合v（一）酸水解法（一）酸水解法v1 1、调浆：、调浆：干淀粉用水调成干淀粉用水调成10-11Bx的淀粉乳，加盐酸的淀粉乳，加盐酸0.5-0.8至至pH1.5。v2 2、糖化：、糖化：蒸汽加热，加压糖化蒸汽加热，加压糖化25min。冷却至。冷却至80下中和。下中和。v3 3、中和：、中和：烧碱中和，至烧碱中和，至pH4.0-5.0。v4 4、脱色：、脱色：活性炭脱色和脱色树脂。活性炭用量为活性炭脱色和脱色树脂。活性炭用量为0.6-0.8，在在70及酸性条件下搅拌后过滤。及酸性条件下搅拌后过滤。v优点：优点：工艺简单、时间短、生产能力大。工艺简单、时间短、生产能

41、力大。v缺点：缺点：高温、高压、酸腐蚀设备、副反应多、原料要求严格。高温、高压、酸腐蚀设备、副反应多、原料要求严格。（二）酶解法（二）酶解法v酶解法：酶解法：利用淀粉酶、糖化酶将大米或碎米转为葡萄糖的方法。利用淀粉酶、糖化酶将大米或碎米转为葡萄糖的方法。v1、调浆：大米进行浸泡磨浆，再调成、调浆：大米进行浸泡磨浆，再调成15Bx，调，调pH6.0。v2、液化：加细菌、液化：加细菌a-淀粉酶进行淀粉酶进行液化液化将淀粉水解为糊精和低聚糖，将淀粉水解为糊精和低聚糖，使淀粉的溶解性增加，使淀粉的溶解性增加，85、30min。v3、糖化：冷却至加、糖化：冷却至加60 加糖化酶，加糖化酶，60 糖化糖化

42、24h，将糊精和，将糊精和低聚糖进一步水解为葡萄糖。低聚糖进一步水解为葡萄糖。v4、灭菌：糖化结束后，升温至、灭菌：糖化结束后，升温至100、5min灭菌，降温、过灭菌，降温、过滤进入贮罐准备发酵用。滤进入贮罐准备发酵用。v优点：优点：条件温和、设备要求低、副反应少、淀粉初始浓度较高、条件温和、设备要求低、副反应少、淀粉初始浓度较高、对原料要求低等。对原料要求低等。v缺点：缺点：生产周期长、需要专门的设备、过滤困难等。生产周期长、需要专门的设备、过滤困难等。五、糖蜜原料培养基的制备（五、糖蜜原料培养基的制备（p125）v糖蜜原料：糖蜜原料：不宜直接用来作为谷氨酸发酵的碳源，不宜直接用来作为谷氨

43、酸发酵的碳源，因含丰富的生物素。因含丰富的生物素。v预处理的目的：预处理的目的：澄清、除钙、去除生物素。澄清、除钙、去除生物素。v预处理的方法：预处理的方法：v澄清：澄清：硫酸处理法、石灰处理法；硫酸处理法、石灰处理法；v除钙：除钙：加入钙离子沉淀剂；加入钙离子沉淀剂；v去除生物素：去除生物素：活性碳、树脂吸附法、亚硝酸法吸附活性碳、树脂吸附法、亚硝酸法吸附等。也可以在发酵液中加入表面活性剂吐温等。也可以在发酵液中加入表面活性剂吐温60或添或添加中青霉素等。加中青霉素等。v糖蜜预处理的最后阶段：糖蜜预处理的最后阶段：v用水稀释，经冲稀后的低浓度溶液中，总糖用水稀释，经冲稀后的低浓度溶液中，总糖

44、含量含量1012g/100mL，是适宜的发酵浓度。，是适宜的发酵浓度。v并添加硫酸铵或尿素。并添加硫酸铵或尿素。本章要点：本章要点：1 1、概述、概述v识记：培养基的条件识记：培养基的条件v理解：配制发酵培养基的一般要求。理解：配制发酵培养基的一般要求。2 2、培养基的成分、培养基的成分v理解：培养基的成分理解：培养基的成分3 3、培养基的种类和选择、培养基的种类和选择v识记：孢子培养基、种子培养基、发酵培养基的识记：孢子培养基、种子培养基、发酵培养基的含义、发酵培养基的筛选方法含义、发酵培养基的筛选方法v应用：发酵培养基的设计应用：发酵培养基的设计4 4、影响培养基的质量因素、影响培养基的质量因素v理解：影响培养基的质量因素理解：影响培养基的质量因素 v5 5、淀粉原料制糖工艺、淀粉原料制糖工艺v识记：酒精发酵机制识记：酒精发酵机制v识记：淀粉水解原理识记：淀粉水解原理v识记：酶解法制糖工艺识记：酶解法制糖工艺v熟悉：酒精发酵流程熟悉：酒精发酵流程THE END