发酵工业培养基设计 (2)精选PPT.ppt
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1、关于发酵工业培养基设计(2)第1页,讲稿共55张,创作于星期日培养基培养基:广义上讲培养基是指一切可供微生物细胞生长广义上讲培养基是指一切可供微生物细胞生长 繁殖繁殖 所需的一组营养物质和原料。同时培养基也为微生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的条件。物培养提供除营养外的其它所必须的条件。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第2页,讲稿共55张,创作于星期日发酵工业培养基的要求发酵工业培养基的要求 培养基能够满足产物最经济的合成。培养基能够满足产物最经济的合成。发酵后所形成的副产物尽可能的少。
2、发酵后所形成的副产物尽可能的少。培养基的原料应因地制宜,价格低廉;且性能稳定,资源培养基的原料应因地制宜,价格低廉;且性能稳定,资源 丰富,便于采购运输,适合大规模储藏,能保证生产上的丰富,便于采购运输,适合大规模储藏,能保证生产上的 供应。供应。所选用的培养基应能满足总体工艺的要求,如不应该影响所选用的培养基应能满足总体工艺的要求,如不应该影响 通气、提取、纯化及废物处理等。通气、提取、纯化及废物处理等。第3页,讲稿共55张,创作于星期日第二节 培养基的类型及功能培养基按其组成物质的化学成分、物理性质、生产流程和作用可分为培养基按其组成物质的化学成分、物理性质、生产流程和作用可分为三大类型三
3、大类型 一、按组成物质的化学成分一、按组成物质的化学成分合成培养基合成培养基:原料其化学成分明确、稳定原料其化学成分明确、稳定 q 适合于研究菌种基本代谢和过程的物质变化规律适合于研究菌种基本代谢和过程的物质变化规律 q 培养基营养单一,价格较高,不适合用于大规模工业培养基营养单一,价格较高,不适合用于大规模工业 生产生产 天然培养基天然培养基:采用天然原料采用天然原料 q 原料来源丰富原料来源丰富(大多为农副产品大多为农副产品)、价格低廉、适于工业、价格低廉、适于工业 化生产化生产 q 原料质量等方面不加控制会影响生产稳定性原料质量等方面不加控制会影响生产稳定性 第4页,讲稿共55张,创作于
4、星期日M培养基培养基(1L):Na2HPO4 6g,KH2PO4 3g,NaCl 0.5g,NH4Cl 1g,MgSO4.7H2O 0.5g,CaCl2 0.011g,葡萄糖,葡萄糖 2-10g,pH 7.0 YPS培养基:酪蛋白胨培养基:酪蛋白胨 10g,酵母提取物,酵母提取物 5g,NaCl 10g,PH 7.2 培养大肠杆菌常用两种培养基培养大肠杆菌常用两种培养基第5页,讲稿共55张,创作于星期日二、按物理性质固体培养基固体培养基:适合于菌种和孢子的培养和保存,也广泛应用于有适合于菌种和孢子的培养和保存,也广泛应用于有子实体的真菌类,如香菇、白木耳等的生产子实体的真菌类,如香菇、白木耳等
5、的生产 半固体培养基半固体培养基:即在配好的液体培养基中加入少量的琼脂,一般用即在配好的液体培养基中加入少量的琼脂,一般用量为量为0.5%0.8%,主要用于微生物的鉴定。主要用于微生物的鉴定。液体培养基液体培养基:80%90%是水,其中配有可溶性的或不溶性的营养成是水,其中配有可溶性的或不溶性的营养成分,是发酵工业大规模使用的培养基。分,是发酵工业大规模使用的培养基。第6页,讲稿共55张,创作于星期日三、按生产流程和作用斜面(孢子)培养基斜面(孢子)培养基:供微生物细胞生长繁殖或保藏菌种使用,供微生物细胞生长繁殖或保藏菌种使用,供给细胞生长和繁殖所需各类营养物质。供给细胞生长和繁殖所需各类营养
6、物质。种子培养基种子培养基:扩大菌种,短时间内获得数量多、质量高的大量菌:扩大菌种,短时间内获得数量多、质量高的大量菌种,以满足发酵生产的需要。种,以满足发酵生产的需要。发酵培养基发酵培养基:发酵生产中最主要的培养基,不仅需要大量的原:发酵生产中最主要的培养基,不仅需要大量的原材料,而且也是决定发酵生产成功与否的主要因素。材料,而且也是决定发酵生产成功与否的主要因素。第7页,讲稿共55张,创作于星期日斜面(孢子)培养基特点斜面(孢子)培养基特点富含有机氮源,少含或不含糖分。有机氮有利于菌体的生长富含有机氮源,少含或不含糖分。有机氮有利于菌体的生长繁殖,能获得更多的细胞。繁殖,能获得更多的细胞。
7、对于放线菌或霉菌的产孢子培养基,则氮源和碳源不宜太丰对于放线菌或霉菌的产孢子培养基,则氮源和碳源不宜太丰富,否则易长菌丝而少形成孢子。富,否则易长菌丝而少形成孢子。斜面培养基中宜加入少量无机盐类,供给必要的生长因斜面培养基中宜加入少量无机盐类,供给必要的生长因子和微量元素。子和微量元素。第8页,讲稿共55张,创作于星期日种子培养基特点种子培养基特点营养丰富完全,氮源和维生素等生长因子的含量高些;营养丰富完全,氮源和维生素等生长因子的含量高些;供孢子萌发的培养基中,加入一些易于吸收利用的供孢子萌发的培养基中,加入一些易于吸收利用的C、N源,源,便于孢子发芽生长;便于孢子发芽生长;pH要稳定;要稳
8、定;最后一级尽可能接近发酵培养基,常加入少量发酵合成期最后一级尽可能接近发酵培养基,常加入少量发酵合成期才大量需要的物质。才大量需要的物质。第9页,讲稿共55张,创作于星期日发酵培养基特点发酵培养基特点目的:使接种菌丝生长并能高效表达,获得高的发酵产量,同目的:使接种菌丝生长并能高效表达,获得高的发酵产量,同时组分尽可能单一,以保证高的得率。时组分尽可能单一,以保证高的得率。要求要求营养丰富完全,有利于产物合成;营养丰富完全,有利于产物合成;不能大量加入快不能大量加入快C、快、快N源,应和慢源,应和慢C、N源相结合;源相结合;在产物分泌期间,在产物分泌期间,pH 稳定;稳定;加入适量合成所需的
9、物质,如前体等,进行定向发酵;加入适量合成所需的物质,如前体等,进行定向发酵;采用中间补料,以提高发酵单位;采用中间补料,以提高发酵单位;原料的考虑原料的考虑成本问题成本问题第10页,讲稿共55张,创作于星期日第三节 发酵培养基的成分及来源 一、碳源一、碳源1 1、作用、作用提供微生物菌种的生长繁殖所需的能源和合成菌体所必需的提供微生物菌种的生长繁殖所需的能源和合成菌体所必需的碳成分碳成分 提供合成目的产物所必须的碳成分提供合成目的产物所必须的碳成分2 2、来源、来源糖类、油脂、有机酸、正烷烃糖类、油脂、有机酸、正烷烃第11页,讲稿共55张,创作于星期日3 3、工业上常用的糖类、工业上常用的糖
10、类 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 但是会引起葡萄糖效应但是会引起葡萄糖效应q 工业上常用淀粉水解糖,但是糖液必须达到一定的质量指标工业上常用淀粉水解糖,但是糖液必须达到一定的质量指标第12页,讲稿共55张,创作于星期日不同的制糖工艺生产的糖液质量差别很大不同的制糖工艺生产的糖液质量差别很大第13页,讲稿共55张,创作于星期日 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%。一般糖蜜分甘蔗。一般糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜糖蜜和甜菜糖蜜。第
11、14页,讲稿共55张,创作于星期日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15页,讲稿共55张,创作于星期日糖蜜使用的注意点:糖蜜使用的注意点:除糖分外,含有较多的杂质,其中有些是有用的,但是许多都会对发除糖分外,含有较多的杂质,其中有些是有用的,但是许多都会对发酵产生不利的影响,需要进行预处理。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
12、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:黄血盐黄血盐第16页,讲稿共55张,创作于星期日 淀粉、糊精淀粉、糊精使用条件:微生物必须能分泌水解淀粉、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第17页,讲稿共55张,创作于星期日二、氮源二、氮源 氮源主
13、要用于构成菌体细胞物质(氨基酸,蛋白质、核酸氮源主要用于构成菌体细胞物质(氨基酸,蛋白质、核酸等)和含氮代谢物。常用的氮源可分为两大类:有机氮源和等)和含氮代谢物。常用的氮源可分为两大类:有机氮源和无机氮源。无机氮源。1 1、无机氮源、无机氮源种类种类:氨盐、硝酸盐和氨水:氨盐、硝酸盐和氨水特点特点:微生物对它们的吸收快,所以也称之为迅速利用:微生物对它们的吸收快,所以也称之为迅速利用的氮源。但无机氮源的迅速利用常会引起的氮源。但无机氮源的迅速利用常会引起pH的变化如:的变化如:(NH4)2SO4 2NH3+2H2SO4 NaNO3+4H2 NH3+2H2O+NaOH 第18页,讲稿共55张,
14、创作于星期日 无机氮源被菌体作为氮源利用后,培养液中就留下了酸性无机氮源被菌体作为氮源利用后,培养液中就留下了酸性或碱性物质,这种经微生物生理作用(代谢)后能形成酸性物或碱性物质,这种经微生物生理作用(代谢)后能形成酸性物质的无机氮源叫质的无机氮源叫生理酸性物质生理酸性物质,如硫酸胺;若菌体代谢后能产生,如硫酸胺;若菌体代谢后能产生碱性物质的则此种无机氮源称为碱性物质的则此种无机氮源称为生理碱性物质生理碱性物质,如硝酸钠。正确使,如硝酸钠。正确使用生理酸碱性物质,对稳定和调节发酵过程的用生理酸碱性物质,对稳定和调节发酵过程的pH有积极作用。有积极作用。所以选择合适的无机氮源有两层意义:所以选择
15、合适的无机氮源有两层意义:q 满足菌体生长满足菌体生长q 稳定和调节发酵过程中的稳定和调节发酵过程中的pH第19页,讲稿共55张,创作于星期日2 2、有机氮源、有机氮源来源来源:工业上常用的有机氮源都是一些廉价的原料,:工业上常用的有机氮源都是一些廉价的原料,花生饼花生饼 粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、玉米浆、玉米蛋白粉、蛋粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、玉米浆、玉米蛋白粉、蛋 白胨、酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和酒白胨、酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和酒 糟糟。成分复杂成分复杂:除提供氮源外,有些有机氮源还提供大量的无机:除提供氮源外,有些有机氮源还提供大量的无机 盐及生长因子。盐及生长因子
16、。例例 玉米浆:玉米浆:可溶性蛋白、生长因子(生物素)、苯乙酸可溶性蛋白、生长因子(生物素)、苯乙酸 较多的乳酸较多的乳酸 硫、磷、微量元素等硫、磷、微量元素等第20页,讲稿共55张,创作于星期日 有机氮源成分复杂,可以从多个方面对发有机氮源成分复杂,可以从多个方面对发酵过程进行影响,而另一方面有机氮源的来酵过程进行影响,而另一方面有机氮源的来源具有不稳定性。所以在有机氮源选取时和源具有不稳定性。所以在有机氮源选取时和使用过程中,必须考虑原料的波动对发酵的使用过程中,必须考虑原料的波动对发酵的影响影响第21页,讲稿共55张,创作于星期日氮源使用的一些相关问题:氮源使用的一些相关问题:q 有机氮
17、源和无机氮源应当混合使用有机氮源和无机氮源应当混合使用早期:容易利用易同化的氮源早期:容易利用易同化的氮源无机氮源无机氮源中期:菌体的代谢酶系已形成、则利用蛋白质中期:菌体的代谢酶系已形成、则利用蛋白质q 有些产物会受氮源的诱导和阻遏有些产物会受氮源的诱导和阻遏例:例:蛋白酶的生产蛋白酶的生产q 有机氮源选取时也要考虑微生物的同化能力有机氮源选取时也要考虑微生物的同化能力q 开发效果好、有针对性的有机氮源仍然是令人感兴趣开发效果好、有针对性的有机氮源仍然是令人感兴趣 的课题的课题第22页,讲稿共55张,创作于星期日三、无机盐的微量元素三、无机盐的微量元素1、作用:各种不一样、作用:各种不一样2
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