第四章-发酵培养基的设计课件.ppt

1、 温故知新温故知新?菌种选育指按照生产要求，根据微生物遗传变异理论，利菌种选育指按照生产要求，根据微生物遗传变异理论，利用用 、 、 或或 等方等方 法得到优良菌种的工作。法得到优良菌种的工作。? 微生物菌种保藏的常用方法有微生物菌种保藏的常用方法有 、 、冷冻、冷冻干燥保藏法、干燥保藏法、 、硅胶保藏法和、硅胶保藏法和 等。等。? 高丝氨酸缺陷型菌株由于缺乏高丝氨酸脱氢酶，不能合成高丝氨酸缺陷型菌株由于缺乏高丝氨酸脱氢酶，不能合成 ，从而走另一代谢途径，使，从而走另一代谢途径，使 大量积累。大量积累。 温故知新温故知新u 三级发酵流程三级发酵流程第四章第四章 发酵培养基的设计发酵培养基的设计

2、 o 第一节第一节 培养基的种类培养基的种类 o 第二节第二节 发酵培养基的设计发酵培养基的设计 o 第三节第三节 前体物质、促进剂、抑制剂前体物质、促进剂、抑制剂 第一节第一节 培养基的种类培养基的种类 一、定义一、定义 选用各种选用各种营养物质营养物质，经配制用来，经配制用来培养微生物培养微生物的基质。的基质。 二、种类二、种类按成分不同划分按成分不同划分天然培养基天然培养基组合培养基组合培养基由天然物质配制、成分不清楚、不稳定由天然物质配制、成分不清楚、不稳定麦芽汁培养基麦芽汁培养基由化学试剂配制、成分精确、稳定由化学试剂配制、成分精确、稳定高氏高氏1 1号、查氏培养基号、查氏培养基半组

3、合培养基半组合培养基主要由天然物质组成，加有某主要由天然物质组成，加有某些化学试剂些化学试剂，最常用，最常用马铃薯葡萄糖培养基（马铃薯葡萄糖培养基（PDAPDA）按物理状态不同划分按物理状态不同划分固体培养基固体培养基液体培养基液体培养基液体培养基加入液体培养基加入1.5-2.0%1.5-2.0%琼脂，成琼脂，成为固体状态为固体状态( (或大米、麸皮等组成）或大米、麸皮等组成）琼脂含量一般为琼脂含量一般为0.5%不加不加任何任何凝固剂凝固剂半固体培养基半固体培养基常用来进行菌种分离、鉴定、保藏常用来进行菌种分离、鉴定、保藏和活菌计数等和活菌计数等观察微生物运动、菌种保藏，厌观察微生物运动、菌种

4、保藏，厌氧菌培养、分离、计数氧菌培养、分离、计数大规模工业生产、实验室微生物大规模工业生产、实验室微生物基础理论和应用研究基础理论和应用研究 脱水培养基脱水培养基含有除水外一切成分的干燥培养基含有除水外一切成分的干燥培养基按功能不同划分按功能不同划分鉴别培养基鉴别培养基用来将某种或某类微生物从混杂的用来将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来微生物群体中分离出来伊红美兰乳糖培养基（伊红美兰乳糖培养基（EMB）选择培养基选择培养基加入特殊营养物，有利于所需微生物加入特殊营养物，有利于所需微生物生长或抑制不需要微生物的培养基生长或抑制不需要微生物的培养基加富性、抑制性选择培养基加富性、抑制性

5、选择培养基加有能与目的菌无色代谢产物发生显加有能与目的菌无色代谢产物发生显色反应的指示剂，只需用肉眼辨别颜色反应的指示剂，只需用肉眼辨别颜色就能从近似菌落中找出目的菌色就能从近似菌落中找出目的菌 在缺乏氮源的培养基上大部分微生物无法生长；在缺乏氮源的培养基上大部分微生物无法生长； 在培养基中加入青霉素可以抑制细菌和放线菌；在培养基中加入青霉素可以抑制细菌和放线菌； 在培养基中加入在培养基中加入10酚可以抑制细菌和霉菌。酚可以抑制细菌和霉菌。选择培养基举例选择培养基举例Left: Escherichia coli cells. Right: E. coli colonies on EMB Aga

6、r. 按培养目的不同划分按培养目的不同划分发酵培养基发酵培养基种子培养基种子培养基为种子扩大培养设计的培养基，为种子扩大培养设计的培养基，营养较丰富，氮源比例较高。营养较丰富，氮源比例较高。与发酵培养基接近。与发酵培养基接近。用于发酵工业，碳源含量较高。用于发酵工业，碳源含量较高。价廉易得，有利于下游的分离价廉易得，有利于下游的分离提取。提取。孢子培养基孢子培养基用于孢子萌发，营养充足，用于孢子萌发，营养充足，容易吸收利用，抑制因子在容易吸收利用，抑制因子在许可范围内许可范围内（如辛酸）（如辛酸） 第二节第二节 发酵培养基的设计发酵培养基的设计 营养丰富而完备营养丰富而完备 pH pH适当而稳

7、定适当而稳定 发酵单位高发酵单位高 成本、单耗低成本、单耗低 周期短周期短 产品质量高产品质量高 一、设计目标一、设计目标 第二节第二节 发酵培养基的设计发酵培养基的设计 一、设计原则一、设计原则 “ “投其所好投其所好” 明确目的明确目的 是实验室用还是工业大生产用，是种子扩大培养还是生产是实验室用还是工业大生产用，是种子扩大培养还是生产发酵产物？要求获得菌体还是积累代谢产物，是正常代谢产物发酵产物？要求获得菌体还是积累代谢产物，是正常代谢产物还是异常代谢产物，是为异养菌设计的还是为自养菌设计的？还是异常代谢产物，是为异养菌设计的还是为自养菌设计的？ 用于培养菌体用于培养菌体种子种子的的培养

8、基培养基营养应丰富，氮源含量较高；营养应丰富，氮源含量较高；用于生产用于生产代谢产物代谢产物的的发酵培养基氮源发酵培养基氮源一般一般应比种子培养基应比种子培养基低低，若代谢产物是若代谢产物是次级代谢产物次级代谢产物，要考虑是否加入特殊物质；，要考虑是否加入特殊物质；工业生产工业生产发酵培养基发酵培养基，应选择来源广泛、价格低廉的原料。，应选择来源广泛、价格低廉的原料。第二节第二节 发酵培养基的设计发酵培养基的设计 二、设计基本步骤二、设计基本步骤 调查研究调查研究 菌种来源、生理特性、生物合成途径菌种来源、生理特性、生物合成途径, ,产物化学性质、提炼产物化学性质、提炼方法、质量要求等，以便方

9、法、质量要求等，以便“投其所好投其所好”。 培养基成分的确定培养基成分的确定 C/NC/N比、重要金属非金属等、复合培养试验比、重要金属非金属等、复合培养试验 发酵条件的确定发酵条件的确定 温度、起始温度、起始pHpH值、溶解氧、氧化还原电位、渗透压等值、溶解氧、氧化还原电位、渗透压等 查阅文献查阅文献，借鉴经验，借助，借鉴经验，借助单因子试验单因子试验与与复合因子试验复合因子试验（如如正交试验法正交试验法）等对培养基成分与发酵条件进行等对培养基成分与发酵条件进行优化优化。二、设计基本步骤二、设计基本步骤 补料补料 对碳及氮的代谢予以适当控制，或添加各种养料和前体物质。对碳及氮的代谢予以适当控

10、制，或添加各种养料和前体物质。 不断完善不断完善 在生产实践过程中不断调整改进。在生产实践过程中不断调整改进。 二、设计基本步骤二、设计基本步骤 节约用粮或以其它原材料代替粮食是当前微生物发酵工业值节约用粮或以其它原材料代替粮食是当前微生物发酵工业值得研究的主要课题。得研究的主要课题。 一方面可以从抓一方面可以从抓发酵的稳定和高产发酵的稳定和高产来节粮。来节粮。 另一个不可忽视的方面是另一个不可忽视的方面是原料的转换原料的转换，开拓新的原料资源和，开拓新的原料资源和微生物资源：微生物资源：野生植物淀粉、野生植物纤维、木屑水解物、石油原料与野生植物淀粉、野生植物纤维、木屑水解物、石油原料与产品（

11、如石蜡、醋酸、乙醇等）、空气原料（碳酸气）产品（如石蜡、醋酸、乙醇等）、空气原料（碳酸气） 三、发酵原料转换及意义三、发酵原料转换及意义 第二节第二节 发酵培养基的设计发酵培养基的设计 1 1、自学，概括前体物质的概念、自学，概括前体物质的概念 (p33)(p33) 在有些氨基酸、核苷酸、抗生素等发酵中添加一些特殊在有些氨基酸、核苷酸、抗生素等发酵中添加一些特殊物质能获得物质能获得较高的产率较高的产率，它们在发酵中主要起，它们在发酵中主要起避免反馈抑制避免反馈抑制、作为作为产物的前身产物的前身等作用，这些特殊物质称为等作用，这些特殊物质称为前体物质前体物质。 第三节第三节 前体物质、促进剂、抑

12、制剂前体物质、促进剂、抑制剂 核酸视频核酸视频 二、使用原则二、使用原则加入应适量加入应适量可采用间歇分批添加或连续滴加的方法加入可采用间歇分批添加或连续滴加的方法加入 P34 表2-15一、前体物质一、前体物质 1 1、概念、概念二、促进剂二、促进剂在氨基酸、抗生素和酶制剂发酵过程中，可以在发酵培养基在氨基酸、抗生素和酶制剂发酵过程中，可以在发酵培养基中加进某些中加进某些对发酵起一定促进作用对发酵起一定促进作用的物质，称为的物质，称为促进剂促进剂。 2 2、酶制剂生产、酶制剂生产某些诱导物、表面活性剂及其它一些产酶促进剂，可以大大增某些诱导物、表面活性剂及其它一些产酶促进剂，可以大大增加菌体

13、的产酶量。加菌体的产酶量。原理原理!启动启动微生物体内的微生物体内的产酶机构产酶机构。!改进改进了细胞的了细胞的渗透性渗透性，同时增强了氧的传递速度，改善了，同时增强了氧的传递速度，改善了菌体对菌体对氧的有效利用氧的有效利用。二、促进剂二、促进剂 3 3、抗生素生产、抗生素生产原理原理Z 起生长因素作用起生长因素作用 Z 推迟菌体自溶推迟菌体自溶 Z 抑制了某些合成其它产物途径而使之向所需产物途径转化抑制了某些合成其它产物途径而使之向所需产物途径转化 Z 降低了产生菌的呼吸降低了产生菌的呼吸 Z 改变发酵液的物理性质，改善通气效果改变发酵液的物理性质，改善通气效果 Z 与产物结合，防止反馈抑制

14、与产物结合，防止反馈抑制 二、促进剂二、促进剂 三、抑制剂三、抑制剂 促进剂促进了产物的生成，那么，促进剂促进了产物的生成，那么，抑制剂是抑制产物的生成吗？抑制剂是抑制产物的生成吗？ 抑制剂抑制了某些合成其抑制剂抑制了某些合成其它产物的途径而使之向所它产物的途径而使之向所需产物途径转化需产物途径转化 抑制剂实质也是一种促进剂！抑制剂实质也是一种促进剂！ 培养基种类培养基种类发酵培养基设计的原则发酵培养基设计的原则发酵培养基设计的基本步骤发酵培养基设计的基本步骤代粮发酵主要原料代粮发酵主要原料前体物质、促进剂的概念前体物质、促进剂的概念促进剂作用原理促进剂作用原理（以抗生素生产为例）（以抗生素生产为例） 课后思考题课后思考题