培养基设计和淀粉制糖工艺.ppt
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1、生化生产生化生产工艺学工艺学湖南中医药大学湖南中医药大学药学院药学院 第三章第三章 培养基设计培养基设计和淀粉制糖工艺和淀粉制糖工艺1培养基设计和淀粉制糖工艺培养基设计和淀粉制糖工艺湖南中医药大学药学院湖南中医药大学药学院 生物工程教研室生物工程教研室微生物微生物工业生产的一般流程工业生产的一般流程种子扩大培养种子扩大培养培养基培养基配制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2培养基设计和淀粉制糖工艺培养基设计和淀粉制糖工艺湖南中医药大学药学院湖南中医药大学药学院 生物工程教研室生物工程教研室培养基培养基:广义上讲培养基是指一切可供微生物细广义
2、上讲培养基是指一切可供微生物细胞生长繁殖所需的一组营养物质和原料。同时培胞生长繁殖所需的一组营养物质和原料。同时培养基也为微生物培养提供除营养外的其它所必须养基也为微生物培养提供除营养外的其它所必须的条件。的条件。发酵培养基的作用:发酵培养基的作用:满足菌体的生长满足菌体的生长 促进产物的形成促进产物的形成3培养基设计和淀粉制糖工艺培养基设计和淀粉制糖工艺湖南中医药大学药学院湖南中医药大学药学院 生物工程教研室生物工程教研室葡萄糖或糖蜜 总量的10%玉米浆 4%-5%苯乙酸 0.5%-0.8%猪油或植物油、消泡剂 0.5%其余水生产青霉生产青霉素工艺培素工艺培养基养基(甘蔗或甜菜糖厂生产后的副
3、产物,桔水)4培养基设计和淀粉制糖工艺培养基设计和淀粉制糖工艺湖南中医药大学药学院湖南中医药大学药学院 生物工程教研室生物工程教研室微生物细胞的化学组成及胞外代谢产物微生物细胞的化学组成及胞外代谢产物微生物的营养物质和营养类型微生物的营养物质和营养类型培养基的分类、选择和配制原则培养基的分类、选择和配制原则最佳培养基组成的确定最佳培养基组成的确定用于工业发酵的培养基用于工业发酵的培养基淀粉制糖工艺淀粉制糖工艺本章提纲本章提纲5培养基设计和淀粉制糖工艺培养基设计和淀粉制糖工艺湖南中医药大学药学院湖南中医药大学药学院 生物工程教研室生物工程教研室第一节 微生物细胞的化学组成及胞外代谢产物v微生物细
4、胞的化学组成及胞外代谢产物微生物细胞的化学组成及胞外代谢产物一、微生物细胞的化学组成一、微生物细胞的化学组成 营养物质的确定,主要依据细胞的化学组成及所代谢物的化学组营养物质的确定,主要依据细胞的化学组成及所代谢物的化学组成。因此,分析微生物细胞的化学组成是了解微生物营养的基础。成。因此,分析微生物细胞的化学组成是了解微生物营养的基础。微生物成分细菌(%)酵母菌(%)霉菌(%)水分75-8570-8085-90蛋白质50-80(干重)72-7514-15碳水化合物12-2827-637-40脂肪5-202-154-40核酸10-206-81无机元素2-303.8-76-12由表可知,微物细胞含
5、有物细胞含有80%左右的水分和左右的水分和20%左右的干左右的干物质,它主要物质,它主要是由是由C、H、O和和N等元素组等元素组成,约占全部成,约占全部干物质的干物质的90%至至97%,此外,此外还含有各种无还含有各种无机矿物质,依机矿物质,依次为:次为:PKMgCaSNa及微量及微量元素。元素。6培养基设计和淀粉制糖工艺培养基设计和淀粉制糖工艺湖南中医药大学药学院湖南中医药大学药学院 生物工程教研室生物工程教研室第一节 微生物细胞的化学组成及胞外代谢产物v微生物细胞的化学组成及胞外代谢产物微生物细胞的化学组成及胞外代谢产物二、微生物二、微生物胞外代谢产物胞外代谢产物 微生物在生长过程中,除利
6、用外源营养物质合成新的细微生物在生长过程中,除利用外源营养物质合成新的细胞外,还会产生一些有机化合物分泌到微生物的体外,这些胞外,还会产生一些有机化合物分泌到微生物的体外,这些胞外代谢产物的种类繁多,且因微生物的种类而异。因此,胞外代谢产物的种类繁多,且因微生物的种类而异。因此,了解这些代谢产物的化学组成,极有助于微生物培养时的了解这些代谢产物的化学组成,极有助于微生物培养时的营营养物质的选择养物质的选择和和代谢产物的积累代谢产物的积累。一般来说,微生物的胞外。一般来说,微生物的胞外代谢产物的主要包括下面四个部分:代谢产物的主要包括下面四个部分:代谢副产物代谢副产物 中间代谢产物中间代谢产物
7、次级代谢产物次级代谢产物 胞外水解酶类胞外水解酶类7培养基设计和淀粉制糖工艺培养基设计和淀粉制糖工艺湖南中医药大学药学院湖南中医药大学药学院 生物工程教研室生物工程教研室第一节 微生物细胞的化学组成及胞外代谢产物v微生物细胞的化学组成及胞外代谢产物微生物细胞的化学组成及胞外代谢产物二、微生物二、微生物胞外代谢产物胞外代谢产物1)代谢副产物)代谢副产物 这类产物主要是指伴随微生物细胞正常代谢作用所产生的一些小分子化合物。如:CO2、H2、CH4等气体和乙醇、丙酮、丁醇、丙酸、乳酸等低分子量的醇类、脂肪酸类和酮类,其中许多物质是重要的化工原料。产物名称用途主要生产菌甲烷能源奥式甲烷杆菌乙醇、异丙醇
8、医药、化工原料、饮料等酵母菌异丙醇、丙酮、丁醇防冻剂、火胶溶剂、树胶等丁酸梭菌丙酮、丁醇、甘油重要的有机溶剂丙酮丁醇梭菌甘油、甘露醇溶剂、润滑剂、化妆品、硝化甘油炸药醇母菌甘露醇、乙酸合成树脂、增韧剂等曲霉菌乙酸食醋、化工原料产醋酸杆菌草酸印染、漂洗皮革、制造塑料和染料曲霉菌和青霉菌乳酸食品乳酸医药和化工原料乳酸菌8培养基设计和淀粉制糖工艺培养基设计和淀粉制糖工艺湖南中医药大学药学院湖南中医药大学药学院 生物工程教研室生物工程教研室第一节 微生物细胞的化学组成及胞外代谢产物v微生物细胞的化学组成及胞外代谢产物微生物细胞的化学组成及胞外代谢产物二、微生物二、微生物胞外代谢产物胞外代谢产物2)中间
9、代谢产物)中间代谢产物 指细胞在代谢途径中产生的用于合成蛋白质、核酸、类脂和多糖等细胞物质的一些小分子物质。如氨基酸、核苷酸、有机酸和单糖的衍生物。中间代谢产物一般不分泌到微生物体外,而只有当微生物细胞生物合成受阻或外源碳源浓度较高的情况下,才会有大量的积累和外流。不少中间代谢产物也是重要的食品和化工原料。9培养基设计和淀粉制糖工艺培养基设计和淀粉制糖工艺湖南中医药大学药学院湖南中医药大学药学院 生物工程教研室生物工程教研室第一节 微生物细胞的化学组成及胞外代谢产物v微生物细胞的化学组成及胞外代谢产物微生物细胞的化学组成及胞外代谢产物二、微生物二、微生物胞外代谢产物胞外代谢产物产物名称用途主要
10、产生菌延胡索酸抗氧剂、合成树脂、染料黑根霉琥珀酸制漆、染料根霉菌苹果酸食品黑曲霉柠檬酸饮料、化工原料黑曲霉核黄素医药棉病囊霉谷氨酸味精谷氨酸棒杆菌肌苷酸调味品产氨短杆菌2)中间代谢产物)中间代谢产物10培养基设计和淀粉制糖工艺培养基设计和淀粉制糖工艺湖南中医药大学药学院湖南中医药大学药学院 生物工程教研室生物工程教研室第一节 微生物细胞的化学组成及胞外代谢产物v微生物细胞的化学组成及胞外代谢产物微生物细胞的化学组成及胞外代谢产物二、微生物二、微生物胞外代谢产物胞外代谢产物3)次级代谢产物)次级代谢产物 这类代谢产物是指由微生物细胞合成的,分子比较复杂的一些化合物,它既不参与细胞的组成,又不是酶
11、的活性基团,也不是细胞的储存物质,它们中的大多数分泌于微生物的体外。如抗生素、毒素、激素和色素等。4)胞外水解酶类胞外水解酶类 许多微生物可产生胞外水解酶类。这类水解酶包括淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、果胶酶、纤维素酶、葡萄糖氧化酶、葡萄糖异构酶等。可用于食品、酿造、纺织、制革、医药和生化试剂等各个领域。11培养基设计和淀粉制糖工艺培养基设计和淀粉制糖工艺湖南中医药大学药学院湖南中医药大学药学院 生物工程教研室生物工程教研室第二节 微生物的营养物质和营养类型v微生物的营养物质和营养类型微生物的营养物质和营养类型一、微生物的营养物质一、微生物的营养物质 构成细胞物质和代谢产物有关的营养物质构成细胞物质
12、和代谢产物有关的营养物质 提供能量来源的营养物质提供能量来源的营养物质(用于生化合成反应、维持细胞结(用于生化合成反应、维持细胞结 构、建立细胞与环境间浓度梯度及分子的主动运输等)构、建立细胞与环境间浓度梯度及分子的主动运输等)定义:定义:能够满足机体生长、繁殖和完成各种生理活动所能够满足机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需要的物质称为微生物的营养物质。需要的物质称为微生物的营养物质。(包括组成细胞的各种(包括组成细胞的各种化学元素、以及参与细胞组成、构成酶的活性成分与物质运输系统、化学元素、以及参与细胞组成、构成酶的活性成分与物质运输系统、提供机体进行各种生理活动所需的能量;同时也只有提供必
13、须的水提供机体进行各种生理活动所需的能量;同时也只有提供必须的水分和充足的养分,才能有效地积累代谢产物)分和充足的养分,才能有效地积累代谢产物)包括水分、碳源、氮源、无机元素、生长辅助物质包括水分、碳源、氮源、无机元素、生长辅助物质12培养基设计和淀粉制糖工艺培养基设计和淀粉制糖工艺湖南中医药大学药学院湖南中医药大学药学院 生物工程教研室生物工程教研室第二节 微生物的营养物质和营养类型v微生物的营养物质和营养类型微生物的营养物质和营养类型一、微生物的营养物质一、微生物的营养物质1)水分)水分 水既是为微生物细胞的重要组成成分(占细胞总量的80%90%),又是细胞进行生物化学反应的介质。微生物细
14、胞对营养物质的吸收和代谢产品的分泌都必须借助水的溶解才能通过细胞膜,同时一定量的水分是维持细胞渗透压的必要条件。此外由于水的比热高,又是热的良好导体,它能够有效地调节细胞的温度。13培养基设计和淀粉制糖工艺培养基设计和淀粉制糖工艺湖南中医药大学药学院湖南中医药大学药学院 生物工程教研室生物工程教研室 对于发酵工厂来说,恒定的水源是至关重要的,因为在对于发酵工厂来说,恒定的水源是至关重要的,因为在不同水源中存在的各种因素对微生物发酵代谢影响甚大。不同水源中存在的各种因素对微生物发酵代谢影响甚大。水源质量的主要考虑参数包括水源质量的主要考虑参数包括pH值、溶解氧、可溶值、溶解氧、可溶性固体、污染程
15、度以及矿物质组成和含量。性固体、污染程度以及矿物质组成和含量。对于酿造行业,水的重要性不言而喻。对于酿造行业,水的重要性不言而喻。对于常规发酵,可靠、持久,能提供大量成分一致清洁的对于常规发酵,可靠、持久,能提供大量成分一致清洁的水。水。第二节 微生物的营养物质和营养类型v微生物的营养物质和营养类型微生物的营养物质和营养类型一、微生物的营养物质一、微生物的营养物质14培养基设计和淀粉制糖工艺培养基设计和淀粉制糖工艺湖南中医药大学药学院湖南中医药大学药学院 生物工程教研室生物工程教研室第二节 微生物的营养物质和营养类型v微生物的营养物质和营养类型微生物的营养物质和营养类型一、微生物的营养物质一、
16、微生物的营养物质15培养基设计和淀粉制糖工艺培养基设计和淀粉制糖工艺湖南中医药大学药学院湖南中医药大学药学院 生物工程教研室生物工程教研室v啤酒酿造用水是指糖化用水、洗糟用水、啤酒稀释用水。可以使用地表水和地下水,其水质必须符合酿造用水质量要求。v一、酿造用水质量要求通常,软水适于酿造淡色啤酒,碳酸盐含量高的硬水适于酿制浓色啤酒。淡色啤酒用水要求为:无色,无臭,透明,无浮游物,味纯正,无生物污染;硬度低;铁、锰含量低(含量高对啤酒的色、味有害,而且能引起喷涌现象);不含亚硝酸盐。16培养基设计和淀粉制糖工艺培养基设计和淀粉制糖工艺湖南中医药大学药学院湖南中医药大学药学院 生物工程教研室生物工程
17、教研室17培养基设计和淀粉制糖工艺培养基设计和淀粉制糖工艺湖南中医药大学药学院湖南中医药大学药学院 生物工程教研室生物工程教研室第二节 微生物的营养物质和营养类型v微生物的营养物质和营养类型微生物的营养物质和营养类型一、微生物的营养物质一、微生物的营养物质2)碳源物质碳源物质 凡可构成微生物细胞和代谢产物中碳素骨架的营养物质凡可构成微生物细胞和代谢产物中碳素骨架的营养物质称为碳源。称为碳源。微生物细胞中碳素含量一般占干物质的微生物细胞中碳素含量一般占干物质的50%,为生命活,为生命活动提供能源。动提供能源。(一)糖类:葡萄糖、糖蜜、玉米淀粉(一)糖类:葡萄糖、糖蜜、玉米淀粉(二)脂肪(二)脂肪
18、(三)有机酸、醇(三)有机酸、醇(四)碳氢化合物(四)碳氢化合物18培养基设计和淀粉制糖工艺培养基设计和淀粉制糖工艺湖南中医药大学药学院湖南中医药大学药学院 生物工程教研室生物工程教研室v葡萄糖:是最常用的单糖v糖蜜:甜菜废糖蜜、甘蔗废糖蜜,内含生物素v淀粉:玉米淀粉、马铃薯淀粉、小麦淀粉等v易被菌体迅速利用的糖类对许多产物合成有调节作用,应控制其浓度,或与多糖组成混合碳源,有利于产物的形成。19培养基设计和淀粉制糖工艺培养基设计和淀粉制糖工艺湖南中医药大学药学院湖南中医药大学药学院 生物工程教研室生物工程教研室 葡萄糖葡萄糖 所有的微生物都能利用葡萄糖所有的微生物都能利用葡萄糖但是会引起葡萄
19、糖效应但是会引起葡萄糖效应q 工业上常用淀粉水解糖工业上常用淀粉水解糖,但是糖液必须达到一定的质但是糖液必须达到一定的质 量指标量指标第二节 微生物的营养物质和营养类型v微生物的营养物质和营养类型微生物的营养物质和营养类型一、微生物的营养物质一、微生物的营养物质20培养基设计和淀粉制糖工艺培养基设计和淀粉制糖工艺湖南中医药大学药学院湖南中医药大学药学院 生物工程教研室生物工程教研室 糖蜜糖蜜糖蜜是制糖生产时的结晶母液,它是制糖工业的副产物糖蜜是制糖生产时的结晶母液,它是制糖工业的副产物。糖蜜主要含有蔗糖,总糖可达糖蜜主要含有蔗糖,总糖可达50%75%。一般糖蜜分。一般糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜葡
20、萄糖蜜甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜葡萄糖蜜。21培养基设计和淀粉制糖工艺培养基设计和淀粉制糖工艺湖南中医药大学药学院湖南中医药大学药学院 生物工程教研室生物工程教研室不用加工方法对甘蔗糖蜜的影响不用加工方法对甘蔗糖蜜的影响第二节 微生物的营养物质和营养类型v微生物的营养物质和营养类型微生物的营养物质和营养类型一、微生物的营养物质一、微生物的营养物质22培养基设计和淀粉制糖工艺培养基设计和淀粉制糖工艺湖南中医药大学药学院湖南中医药大学药学院 生物工程教研室生物工程教研室糖蜜使用的注意点:糖蜜使用的注意点:除糖份外,含有较多的杂质,其中有些是有用的,但是除糖份外,含有较多的杂质,其中有些是有用的,但是许多都
21、会对发酵产生不利的影响,需要进行预处理。许多都会对发酵产生不利的影响,需要进行预处理。例:谷氨酸发酵例:谷氨酸发酵有害物质:胶体成分(起泡、结晶)、钙盐(结晶)有害物质:胶体成分(起泡、结晶)、钙盐(结晶)生物素(发酵控制)生物素(发酵控制)预处理:澄清预处理:澄清脱钙脱钙脱除生物素脱除生物素例:柠檬酸发酵例:柠檬酸发酵有害物质:铁离子含量高(导致异柠檬酸的生成)有害物质:铁离子含量高(导致异柠檬酸的生成)预处理:预处理:黄血盐黄血盐23培养基设计和淀粉制糖工艺培养基设计和淀粉制糖工艺湖南中医药大学药学院湖南中医药大学药学院 生物工程教研室生物工程教研室淀粉、糊精淀粉、糊精使用条件:微生物必须
22、能分泌水解淀粉、糊精的酶类使用条件:微生物必须能分泌水解淀粉、糊精的酶类缺点:难利用、缺点:难利用、发酵液比较稠、一般发酵液比较稠、一般2.0%时加入一定的时加入一定的-淀粉酶淀粉酶成分比较复杂,有直链淀粉和支链淀粉等等。成分比较复杂,有直链淀粉和支链淀粉等等。优点:来源广泛、价格底优点:来源广泛、价格底 难利用,可以解除葡萄糖效应难利用,可以解除葡萄糖效应24培养基设计和淀粉制糖工艺培养基设计和淀粉制糖工艺湖南中医药大学药学院湖南中医药大学药学院 生物工程教研室生物工程教研室例:地衣牙孢杆菌生产例:地衣牙孢杆菌生产-淀粉酶淀粉酶碳源对生长和产酶的影响碳源对生长和产酶的影响碳源碳源细胞量细胞量
23、-淀粉酶淀粉酶葡萄糖葡萄糖4.20蔗糖蔗糖4.020糊精糊精3.0638.2淀粉淀粉3.0940.225培养基设计和淀粉制糖工艺培养基设计和淀粉制糖工艺湖南中医药大学药学院湖南中医药大学药学院 生物工程教研室生物工程教研室嗜碱芽胞杆菌(AC-2)中碳源对碱性纤维素酶分泌的影响结果:各种碳源相差不大结果:各种碳源相差不大推论:该菌种的碱性纤维素酶为组成型推论:该菌种的碱性纤维素酶为组成型26培养基设计和淀粉制糖工艺培养基设计和淀粉制糖工艺湖南中医药大学药学院湖南中医药大学药学院 生物工程教研室生物工程教研室脂肪脂肪v动、植物油,如豆油、玉米油、棉子油、猪油等v起消沫和补充碳源的双重作用v必须充分
24、供氧v贮藏过程中易酸败27培养基设计和淀粉制糖工艺培养基设计和淀粉制糖工艺湖南中医药大学药学院湖南中医药大学药学院 生物工程教研室生物工程教研室 有机酸 v可作碳源,还有调节pH值的作用 醇 v乙醇,甘油,山梨醇 碳氢化合物 v石油产物,甲烷,乙烷,丁烷,十六烷烃28培养基设计和淀粉制糖工艺培养基设计和淀粉制糖工艺湖南中医药大学药学院湖南中医药大学药学院 生物工程教研室生物工程教研室 工业上主要作为碳源的基质工业上主要作为碳源的基质 (1)糖类:如蔗糖、红糖或褐糖、糖蜜等;(2)麦芽汁(大麦小麦等糖化所得);(3)淀粉(甘薯淀粉、玉米淀粉、大米淀粉等)。v目前正在开发利用的碳源有:(1)纤维素
25、;(2)木质素;(3)烃类(包括甲烷)。29培养基设计和淀粉制糖工艺培养基设计和淀粉制糖工艺湖南中医药大学药学院湖南中医药大学药学院 生物工程教研室生物工程教研室第二节 微生物的营养物质和营养类型v微生物的营养物质和营养类型微生物的营养物质和营养类型一、微生物的营养物质一、微生物的营养物质3)氮源物质)氮源物质 凡是能被微生物用来构成细胞物质中或代谢产物中凡是能被微生物用来构成细胞物质中或代谢产物中氮素来源的营养物质通常称为氮源。氮素来源的营养物质通常称为氮源。不同种类微生物对各种氮源的利用能力是不同的。固氮微生物能利用自然界中游离的分子态氮分子态氮,而更多的微生物则是利用无机含氮化合物无机含
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