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1、发酵培养基的配制,Chapter Three,广义上讲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.同时培养基也为微生物提供除营养外的其他生长所必需条件.,1.都必须含有合成细胞组成所必需的原料; 2.满足一般生化反应的基本条件; 3.一定的PH条件等; 4.工业生产上选择的培养基俗称发酵培养基,还应包括能够促进微生物合成产物所必需的成分.,KEY CONCEPTS,一个适宜于大规模发酵的培养基应该具有以下几个共同的特点:,1.培养基能够满足产物最经济的合成; 2.发酵后所形成的副产物尽可能的少; 3.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
2、藏，能保证生产上的供应； 4. 所选用的培养基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。,培养基的类型及功能,按纯度分,合成培养基；（疫苗）天然培养基；,按状态分类,固体培养基（菌种和孢子的培养和保存）半固体培养基（鉴定细菌、观察细菌运动特征等）液体培养基（是水）,种子培养基（营养要求比较丰富和完全，氮源和维生素的含量也要高些，但总浓度以略稀薄为好，可达到较高的溶解氧）,孢子培养基（营养不要太丰富；所用无机盐的浓度要适量；要注意培养基的和湿度；麸皮、小米、大米、玉米碎屑等）,按用途分类,发酵培养基（组成除有菌体生长所必需的元素的化合物外，还要有合成产物所需的特定元素、前体
3、和促进剂等。）,碳源,一是为微生物菌种的生长繁殖提供能源和合成菌体所必需的碳成分；二是为合成目的产物提供所需的碳成分。常用的碳源有糖类、油脂、有机酸和低碳醇等。,糖类,葡萄糖（速效；过多时抑菌）糖蜜（总糖达；酵母和丙酮丁醇及抗生素等生产中）淀粉糊精（长效；边发酵边利用，不会造成高浓度的抑菌作用；玉米淀粉、小麦淀粉和甘薯淀粉）,油和脂肪,The building blocks of a fat are a glycerolmolecule and fatty acids.,要供给比糖代谢更多的氧,不然大量的的脂肪酸和代谢中的有机酸会积累,从而引起PH下降.常用的油有豆油、猪油、菜油、葵花子油、鱼
4、油、棉子油等。,有机酸的利用常会使PH上升，尤其是有机酸盐氧化时，常伴随着碱性物质的产生，使PH进一步上升。（乳酸、柠檬酸、乙酸等）,有机酸,随着石油工业的发展，微生物工业的碳源也有扩大。正烷烃已用于有机酸、氨基酸、维生素、抗生素和酶制剂的工业发酵中。国外乙醇代粮发酵的工艺发展也十分迅速。,烃和醇类,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： 有机氮源和无机氮源,氮源,常用的有花生饼粉、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、废菌丝体和酒糟等。（慢速利用氮源）。,有机氮源,无机氮源,常用的有NH4Cl、(NH
5、4)2SO4、NH4NO3、(NH4)3PO3、氨水等（快速利用N源）。经微生物生理作用后能形成酸性物质的无机氮源叫生理酸性物质。如硫酸铵。若菌体代谢后能产生碱性物质的则此种无机氮源称为生理碱性物质。如硝酸钠。,P、S、Mg、Fe、K、Na、Cu、Zn、Mn、钴等。,无机盐及微量元素（trace element),水,构成生物体的成分；培养基的组成部分；参与代谢反应；作为代谢反应介质；作为物质传递介质；良好的热导体。 对于发酵工厂来说，恒定的水源是至关重要的。水源质量的主要考虑参数包括值、溶解氧、可溶性固体、污染程度以及矿物质组成和含量。,生长因子、前体、产物促进剂和抑制剂,生长因子（氨基酸、
6、嘌呤、嘧啶、维生素等）前体（能被微生物直接利用，以构成次级代谢产物结构的一部分，而其本身结构没有大的变化，这种物质称为前体。如玉米浆中的苯乙胺）抑制剂和产物促进剂（在次级代谢产物发酵生产过程中，往往抑制某一代谢途径，就会使另一代谢途径活跃。 ）,培养基的设计及优化,培养基成分选择的原则,菌体的同化能力(一般只有小分子能够通过细胞膜进入细胞体内进行代谢;许多碳源和氮源都是复杂的有机物大分子,如淀粉与黄豆饼粉等;对于酵母,一般仅能利用2-3糖;对于氮源一样,常用的有大豆饼、花生饼粉和毛发的水解液),代谢的阻遏和诱导（应根据微生物的特性和培养的目的，注意快速利用的碳氮源和慢速利用的碳氮源的相互配合，
7、发挥各自的优势，避其所短；速效碳源易发生葡萄糖效应，可分批补料或连续补料；一些难被利用的碳源对产酶是有利的，因而淀粉糊精等多糖也是常用的碳源）,合适的C、N比（氮源过多，生长过于旺盛，PH偏高，不利于代谢产物的积累；氮源不足，则菌体繁殖量少，从而影响产量；碳源过多则容易形成较低的PH；碳源不足则容易引起菌体的衰老和自溶；一般工业发酵培养基的碳氮比为100（0.2-2.0),PH的要求(要保证发酵过程中PH满足工艺的要求,合理配制培养基是成功的决定因素.因而在配制培养基选取营养成分时,除了考虑营养的需求外,也要考虑其代谢后对培养体系PH缓冲体系的贡献,从而保证整个发酵过程中PH能够处于较为适宜的
8、状态),培养基的优化,根据前人的经验和培养基成分确定时一些必须考虑的问题,初步确定可能的培养基成分;通过单因子实验最终确定出最为适宜的培养基成分;培养基成分确定后,剩下的问题就是各成分最适的浓度,培养基设计时注意的一些相关问题,原料及设备的预处理；,原材料的质量；（玉米浆、黄豆粉、花生饼粉、蛋白胨、淀粉、糊精、CaCO3 等因品种、产地、加工方法、储藏条件等的不同均有可能造成质量上出现较大的波动）,水质的影响深井水、地表水、自来水、蒸馏水等的水质有极大的不同。它们随地质（地区）（地貌）、季节、处理方法和环境的变化而变化。自来水是发酵工业的主要用水，而自来水厂水质处理所用的漂白粉、沉淀剂、消毒剂等往往造成水质的较大波动。,培养基设计时注意的一些相关问题,发酵特性的影响（抗生素发酵生产中往往喜欢所谓的“稀配方”，因为它既降低成本、灭菌容易、且使氧传递容易而有利于目的产物的生物合成）,灭菌（葡萄糖与含氨基的物质反应形成5羟甲基糖醛和棕色的类黑精（焦化）对微生物有一定的毒性。磷酸盐与Ca2+、Mg2+、NH4等反应形成沉淀或络合物。 ）,培养基粘度的影响粘度是培养基物性的重要指标之一，它直接影响氧的传递、营养成分、无机盐、生长因子等的扩散，从而影响细胞的呼吸、营养成分的吸收，最终导致影响目标产物的形成。,
