1、本章內(nèi)容：,第一節(jié)，微生物的營養(yǎng)要求,（微生物們需要吃什么？）,第三節(jié)，發(fā)酵生產(chǎn)中培養(yǎng)條件的確定,（怎樣讓微生物健康的工作？）,第二節(jié)，培養(yǎng)基,（如何給微生物們做飯？）,第三章 發(fā)酵工藝條件的確定,第一節(jié) 微生物的營養(yǎng)要求,一、微生物細(xì)胞的化學(xué)組成,微生物細(xì)胞,水：70%-90%,干物質(zhì),有機(jī)物 蛋白質(zhì)、糖、脂、核酸、維生素等 及其降解產(chǎn)物,無機(jī)物（鹽）,細(xì)胞化學(xué)元素組成：,主要元素：碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鎂、鈣、鐵等； 微量元素：鋅、錳、鈉、氯、鉬、硒、鈷、銅、鎢、鎳、硼等。,微生物生長需要六大營養(yǎng)要素：,碳源、氮源、無機(jī)鹽、能源、生長因子、水,二、營養(yǎng)物質(zhì),第一節(jié) 微生物的營養(yǎng)要求,

2、微生物生長所需要的六大營養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能,第二節(jié) 培養(yǎng)基,培養(yǎng)基幾乎是一切對(duì)微生物進(jìn)行研究和利用工作的基礎(chǔ),培養(yǎng)基：是用于維持微生物生長繁殖和產(chǎn)物形成的營養(yǎng)物質(zhì)。,任何培養(yǎng)基都應(yīng)該具備微生物生長所需要六大營養(yǎng)要素：,任何培養(yǎng)基一旦配成，必須立即進(jìn)行滅菌處理；,常規(guī)高壓蒸汽滅: 1.05kg/cm2,121.3 15-30min； 某些成分進(jìn)行分別滅菌:過濾除菌；,第二節(jié) 培養(yǎng)基,一、選用和設(shè)計(jì)培養(yǎng)基的原則和方法,在微生物學(xué)研究和生長實(shí)踐中，配置合適的培養(yǎng)基是一項(xiàng)最基本的要求。,原則：1 、目的明確 2、營養(yǎng)協(xié)調(diào) 3、理化適宜4、經(jīng)濟(jì)節(jié)約,1 、目的明確,培養(yǎng)何菌？ 獲何產(chǎn)物？ 實(shí)驗(yàn)室研究或生

3、產(chǎn)大批產(chǎn)品用？ 生產(chǎn)含氮高或低產(chǎn)物？ 種子培養(yǎng)基或發(fā)酵培養(yǎng)基？ 目的不同方案不同,一、選用和設(shè)計(jì)培養(yǎng)基的原則和方法,2、營養(yǎng)協(xié)調(diào) （1）選擇適宜的營養(yǎng)物質(zhì),實(shí)驗(yàn)室一般培養(yǎng)：普通常用培養(yǎng)基； 遺傳研究：成分清楚的合成培養(yǎng)基； 生理、代謝研究：選用有利于代謝的培養(yǎng)基；,例如枯草芽孢桿菌： 一般培養(yǎng)：肉湯培養(yǎng)基或LB培養(yǎng)基； 自然轉(zhuǎn)化：基礎(chǔ)培養(yǎng)基； 觀察芽孢：逆境培養(yǎng)基； 產(chǎn)蛋白酶：以玉米粉、黃豆餅粉為主的產(chǎn)酶培養(yǎng)基；,一、選用和設(shè)計(jì)培養(yǎng)基的原則和方法,（2）營養(yǎng)物質(zhì)濃度及配比合適,營養(yǎng)物質(zhì)的濃度適宜； 營養(yǎng)物質(zhì)之間的配比適宜；,高濃度糖類物質(zhì)、無機(jī)鹽、重金屬離子等不僅不能 維持和促進(jìn)微生物的生長，

4、反而起到抑制或殺菌作用。,培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)之間的配比直接影響微生物的生長繁殖和 代謝產(chǎn)物的形成和積累，其中碳氮比(C/N)的影響較大。,發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸時(shí)： 碳氮比為4/1時(shí)，菌體大量繁殖，谷氨酸積累少； 碳氮比為3/1時(shí)，菌體繁殖受到抑制，谷氨酸產(chǎn)量則大量積累。,1斜面培養(yǎng)基,斜面培養(yǎng)基主要是用于： 1)生長繁殖培養(yǎng)基，包括細(xì)菌、酵母等的斜面培養(yǎng)基以及霉菌、放線菌生孢子培養(yǎng)基或麩皮培養(yǎng)基等。 2)菌種保藏培養(yǎng)基；,工業(yè)發(fā)酵中,培養(yǎng)基往往是依據(jù)生產(chǎn)流程和作用分:,斜面培養(yǎng)基 種子培養(yǎng)基 發(fā)酵培養(yǎng)基,2.種子培養(yǎng)基,包括：搖瓶種子和小罐種子培養(yǎng)基。 目的：培養(yǎng)種子 1.促進(jìn)生長，增加細(xì)胞數(shù)量使其大

5、量繁殖； 2.必須培養(yǎng)出強(qiáng)壯、健康、活性強(qiáng)的“種子”。,種子培養(yǎng)基滿足2特點(diǎn)： 1. 必須有較完全和豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，特別需要充足的氮源和生長因子。 2. 成分應(yīng)與發(fā)酵培養(yǎng)基的主要成分相近。,3.發(fā)酵培養(yǎng)基,地位：發(fā)酵生產(chǎn)中最主要的培養(yǎng)基，不僅采用大量原材料，也是生產(chǎn)能否成功的關(guān)鍵。 作用：最大限度的獲得目的產(chǎn)物，因此必需根據(jù)菌體的生長規(guī)律和產(chǎn)物合成特點(diǎn)設(shè)計(jì)培養(yǎng)基。,發(fā)酵培養(yǎng)基的共性,單位培養(yǎng)基能夠產(chǎn)出最大量的目的產(chǎn)物； 能夠使得目的產(chǎn)物合成速率最大； 使副產(chǎn)物合成量最少； 采用的培養(yǎng)基應(yīng)該質(zhì)量穩(wěn)定、價(jià)格低廉、易于獲得； 不影響攪拌性能和發(fā)酵產(chǎn)物后處理。,3.發(fā)酵培養(yǎng)基設(shè)計(jì)原則,1.提供必要的營

6、養(yǎng)成分; 2.利于減少培養(yǎng)基原料單耗，提高單位營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率。 3.利于提高產(chǎn)物濃度，以提高單位容積的生產(chǎn)能力。 4.利于提高產(chǎn)物合成速度，縮短發(fā)酵周期。 5.減少副產(chǎn)物的形成，便于分離純化。 6.原料價(jià)格低廉。 7.原料盡量不對(duì)攪拌和通氣產(chǎn)生影響，利于O2的利用率 8.利于產(chǎn)品的分離純化，盡量減少產(chǎn)生“三廢”物質(zhì)。,注 意,代謝調(diào)節(jié)物的影響：有些物質(zhì)存在于培養(yǎng)基中往往能明顯地促進(jìn)或抑制發(fā)酵產(chǎn)物的形成。 1）前體物質(zhì)； 2）誘導(dǎo)劑； 3）阻遏物或抑制劑 4）金屬離子,(1) 前體物質(zhì),前體：是指某些化合物添加到發(fā)酵培養(yǎng)基中，能直接在生物合成過程中結(jié)合到產(chǎn)物中去，而其自身的結(jié)構(gòu)未發(fā)生太大變化，

7、卻能夠提高產(chǎn)物產(chǎn)量的一類物質(zhì)。 在發(fā)酵中添加少量的前體物質(zhì)將有利于產(chǎn)物的合成和顯著提高產(chǎn)量，但濃度過大起抑制作用。,青霉素：分子量356,苯乙酸:分子量136,(2)添加促進(jìn)劑（誘導(dǎo)物）,工業(yè)用微生物酶多數(shù)為誘導(dǎo)酶，如蛋白酶、淀粉酶、纖維素酶等。 誘導(dǎo)物的存在能大大強(qiáng)化誘導(dǎo)酶的生物合成。 酶的正常底物或底物類似物都可作為誘導(dǎo)物。 在各種微生物酶的發(fā)酵培養(yǎng)基中必須加入誘導(dǎo)物，例如淀粉、糊精或麥芽糖是淀粉酶或糖化酶的誘導(dǎo)物。只有添加這些物質(zhì)的培養(yǎng)基，才能獲得高產(chǎn)。,(1)添加前體物質(zhì),添加前體物質(zhì)方法：流加法 前體一般都有毒性，濃度過大對(duì)菌體的生長不利,一般基礎(chǔ)料中僅僅添加0.07%，前體相對(duì)價(jià)格

8、較高，添加過多，容易引起揮發(fā)和氧化，用量不要大于0.1。,(3)注意阻遏物或抑制劑的影響,培養(yǎng)基中存在反饋?zhàn)瓒粑锬苡绊懨傅暮铣?，降低發(fā)酵產(chǎn)量。,(4) 金屬離子的影響 有些種類的發(fā)酵生產(chǎn)對(duì)金屬離子相當(dāng)敏感，因?yàn)橛行┙饘匐x子是中間代謝酶抑制劑或激活劑。,對(duì)于有重大影響的金屬離子必須嚴(yán)格控制。 檸檬酸發(fā)酵中鐵、錳和鋅離子都能明顯影響產(chǎn)量； 鈣離子對(duì)細(xì)菌淀粉酶的生產(chǎn)有促進(jìn)作用； 鈷離子對(duì)葡萄糖異構(gòu)酶的發(fā)酵是必需的。 因此，在培養(yǎng)基配制時(shí)都必須予以注意。,鐵是細(xì)胞色素、色素氧化酶、過氧化物酶的組成成分，是微生物有氧氧化必需元素。,鋼制發(fā)酵罐中，不添加鐵，離子濃度達(dá)到30ug/ml。,微生物對(duì)鐵要求敏感

9、： 青霉素生產(chǎn)中，鐵 20ug/ml； 檸檬酸生產(chǎn)中，無鐵培養(yǎng)基比加鐵培養(yǎng)基產(chǎn)率高3倍。,二、工業(yè)生產(chǎn)中培養(yǎng)基組成,碳素化合物 氮素化合物 水 微量元素(無機(jī)鹽類) 生長因子,碳源物質(zhì) 單雙糖：葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、棉子糖； 多糖：淀粉、纖維素、半纖維素、甲殼質(zhì)和果膠質(zhì)等，其中淀粉是大多數(shù)微生物都能利用的碳源。 有機(jī)酸：檸檬酸、反丁烯二酸、琥珀酸、蘋果酸、丙酮酸、酒石酸等。,醇類：甘露醇、甘油、低濃度乙醇。 低級(jí)脂肪酸：甲酸、乙酸、丙酸、丁酸等低級(jí)脂肪酸都可用作碳源。 高級(jí)脂肪酸：油酸和亞油酸等高級(jí)脂肪酸可被放線菌和真菌作為碳源和能源利用，低濃度的高級(jí)脂肪酸可刺激細(xì)菌生長，但濃度較高時(shí)往往有毒

10、害作用。 正烷烴：,葡萄糖： 優(yōu)點(diǎn)：是最易利用的糖，并且作為加速微生物生長的一種有效的糖。 缺點(diǎn)：過多葡萄糖會(huì)加速菌體的呼吸，以致培養(yǎng)基中的溶解氧不能滿足需要。 油和脂肪： 在微生物分泌的脂肪酶作用下水解為甘油和脂肪酸，在溶解氧的參與下，氧化成水和CO2。因此用脂肪作碳源時(shí)需比糖代謝供給更多的氧。,淀粉：一般要經(jīng)菌體產(chǎn)生胞外酶水解成單糖后再被吸收利用。可克服葡萄糖代謝過快的弊病。來源豐富，價(jià)格低廉。常用的為玉米淀粉、小麥淀粉和甘薯淀粉。 糖蜜：是制糖廠生產(chǎn)糖時(shí)的結(jié)晶母液，含有較豐富的糖、含氮化合物和維生素等。,糖蜜使用的注意點(diǎn)：,除糖份外，含有較多的雜質(zhì)，需要進(jìn)行預(yù)處理。,例：谷氨酸發(fā)酵,有害

11、物：生物素（發(fā)酵控制）,例：檸檬酸發(fā)酵,有害物：鐵離子含量高（導(dǎo)致異檸檬酸的生成）,除鐵處理：黃血鹽,氮的來源可分為無機(jī)氮和有機(jī)氮。 有機(jī)氮源：花生餅粉、黃豆餅粉、棉子餅粉、玉米漿、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母膏、魚粉、蠶蛹粉、尿素、廢菌絲體和酒糟等。 它們?cè)谖⑸锓置诘牡鞍酌缸饔孟?，水解成氨基酸，被菌體進(jìn)一步分解代謝。,(2)氮素化合物,玉米漿：玉米淀粉生產(chǎn)中副產(chǎn)物，其中固體物含量在50。還含有機(jī)酸、還原糖、磷、微量元素、生長素等。 由于玉米漿的來源不同，加工條件也不同，因此玉米漿的成分有較大波動(dòng)。,無機(jī)氮源：銨鹽、硝酸鹽、氨水等。 微生物對(duì)其吸收利用比有機(jī)物快，所以也稱速效氮。 利用無機(jī)氮時(shí)應(yīng)

12、注意引起的pH變化。,實(shí)驗(yàn)室中常用蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等作為氮源，工業(yè)生產(chǎn)上常用硫酸銨、尿素、氨水、豆餅粉、花生餅粉、麩皮等原料作氮源。,無機(jī)鹽包括大量元素和微量元素，是依據(jù)微生物對(duì)它們需要量的大小劃分。 大量元素：P、S、Mg、K、Ca、Fe等； 微量元素：Fe、Cu、Mn、Zn、Mo、Co等。 當(dāng)鹽濃度太高時(shí)，對(duì)微生物生長有抑制作用，而在較低濃度時(shí)卻能刺激生長。 一般在復(fù)合培養(yǎng)基中由于加入許多動(dòng)植物原料等都含有微量元素。,(3)微量元素(無機(jī)鹽類),(4)生長因子,廣義說，凡是微生物生長不可缺少的微量有機(jī)物質(zhì)都稱為生長因子(又稱生長素)。包括維生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶等； 狹義說，生長素

13、僅指維生素。 與微生物有關(guān)的維生素主要是B族維生素，是各種酶的活性基團(tuán)的組成部分。,三、發(fā)酵培養(yǎng)基的確定,（1）首先，做好調(diào)查研究工作，了解菌種的來源、生活習(xí)慣、生理生化特性和一般的營養(yǎng)要求。 （2）其次，對(duì)生產(chǎn)菌種的培養(yǎng)條件，生物合成的代謝途徑，代謝產(chǎn)物的化學(xué)性質(zhì)、分子結(jié)構(gòu)、一般提煉方法和產(chǎn)品質(zhì)量要求等也需要有所了解. （3）最好先選擇一種較好的化學(xué)合成培養(yǎng)基做基礎(chǔ)，開始時(shí)先做一些搖瓶試驗(yàn);然后進(jìn)一步做小型發(fā)酵罐培養(yǎng)，摸索菌種對(duì)各種主要有機(jī)碳源和氮源的利用情況和產(chǎn)生代謝產(chǎn)物的能力。,搖瓶優(yōu)化,3、pH,pH值表示某水溶液中氫離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)值。 純水呈中性，其氫離子濃度為10-7mol/L，

14、定其pH值為7。,最低生長pH 最適生長pH 最高生長pH,對(duì)發(fā)酵生產(chǎn)中pH的控制最為重要。 許多抗生素的生產(chǎn)菌也有同樣的情況。,不同種類微生物,不同的最適生長pH值,同種微生物在不同生長階段 和不同的生理、生化過程,抗生素生產(chǎn)菌,可免除了DNA、ATP、菌綠素和葉綠素等重要成分被酸破壞， 或RNA、磷脂類等被堿破壞的可能性。,外環(huán)境,pH相當(dāng)穩(wěn)定，一般都接近中性,pH變化很大,微生物細(xì)胞,內(nèi)環(huán)境,胞內(nèi)酶,最適pH一般接近中性,周質(zhì)空間中的酶胞外酶,最適pH接近環(huán)境的pH,微生物的生命活動(dòng)過程中也會(huì)能動(dòng)地改變外界環(huán)境的pH，培養(yǎng)基的原始pH在培養(yǎng)微生物過程中會(huì)時(shí)時(shí)發(fā)生改變。,可能發(fā)生的反應(yīng)有以

15、下幾種,在一般培養(yǎng)過程中往往以變酸占優(yōu)勢(shì)，因此，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長，一般培養(yǎng)基會(huì)變得較酸。,pH變化與培養(yǎng)基的組分尤其是C/N有極大的關(guān)系，,C/N高 的培養(yǎng)基,經(jīng)培養(yǎng)后pH值常會(huì)明顯下降,例如培養(yǎng)各種真菌的培養(yǎng)基,C/N低 的培養(yǎng)基,經(jīng)培養(yǎng)后pH值則常會(huì)明顯上升,例如培養(yǎng)一般細(xì)菌的培養(yǎng)基,在微生物培養(yǎng)過程中，一項(xiàng)重要措施 如何及時(shí)調(diào)節(jié)合適的pH。,根據(jù)表面現(xiàn)象而進(jìn)行直接、快速但不能持久的調(diào)節(jié)。,根據(jù)內(nèi)在機(jī)制所采用的間接、緩效但能發(fā)揮較持久作用的調(diào)節(jié)。,調(diào)節(jié)措施,治標(biāo),治本,注意培養(yǎng)過程中的pH變化，觀察適于菌種生長繁殖和適于代謝產(chǎn)物形成的兩種不同pH。其次再確定各種重要的金屬和非金屬離子對(duì)發(fā)

16、酵的影響。,pH值的影響,pH控制搖床,（5）根據(jù)經(jīng)濟(jì)效益選擇培基原料 碳源的代用方向：尋找植物淀粉、纖維水解物，以廢糖蜜代替淀粉、糊精和葡萄糖，以工業(yè)葡萄糖代替食用葡萄糖。同時(shí)，使用稀薄的培養(yǎng)基，適當(dāng)減少碳氮配比。 有機(jī)氮源代替：以黃豆餅粉、花生餅粉、食用蛋白胨和酵母粉等含有豐富蛋白質(zhì)的原料。代用的原料可以是棉籽餅粉、玉米漿、蠶蛹粉、雜魚粉或麩汁、飼料酵母、石油酵母、骨膠、酒糟，及各種食品工業(yè)下腳料等。,（4）中間補(bǔ)料法 有些發(fā)酵產(chǎn)物，如抗生素，除了配制培養(yǎng)基以外，還要通過中間補(bǔ)料法，一面對(duì)碳及氮的代謝予以適當(dāng)?shù)目刂疲幻骈g歇添加各種養(yǎng)料和前體類物質(zhì)，引導(dǎo)發(fā)酵走向合成產(chǎn)物途徑。,一、工業(yè)上選

17、用培養(yǎng)基的原則和方法,配制培養(yǎng)基時(shí)應(yīng)盡量利用廉價(jià)且易于獲得的原料作為培養(yǎng)基成份, 特別是在發(fā)酵工業(yè)中,以降低生產(chǎn)成本。,以粗代精,以“野”代“家”,對(duì)微生物來說，各種粗原料營養(yǎng)更加完全，效果更好。 而且在經(jīng)濟(jì)上也節(jié)約。,以野生植物原料代替栽培植物原料，如木薯、橡子、薯芋等 都是富含淀粉質(zhì)的野生植物，可以部分取代糧食用于工業(yè)發(fā) 酵的碳源。,以廢代好,以污染環(huán)境的廢棄物原料：如，糖蜜(制糖工業(yè)中含有蔗糖的廢液)、乳清(乳制品工業(yè)中含有乳糖的廢液)、豆制品工業(yè)廢液及黑廢液(造紙工業(yè)中含有戊糖和己糖的亞硫酸紙漿)等都可作為原料。 工業(yè)上的甲烷發(fā)酵主要利用廢水、廢渣作原料,在我國農(nóng)村，已推廣利用糞便及禾

18、草為原料發(fā)酵生產(chǎn)甲烷作為燃料。 另外, 農(nóng)副產(chǎn)品或制品，如麩皮、米糠、玉米漿、酵母浸膏、酒糟、豆餅、花生餅、蛋白胨等都是常用的發(fā)酵工業(yè)原料。,某制藥廠改進(jìn)鏈霉素發(fā)酵液中的原有配方，設(shè)法減去30-50%的 黃豆餅粉、25%的葡萄糖和20%硫酸銨，結(jié)果反而提高了產(chǎn)量。,以無機(jī)氮代蛋白,以大氣氮、銨鹽、硝酸鹽或尿素等一類非蛋白質(zhì)或非氨基酸廉價(jià) 原料用作發(fā)酵培養(yǎng)基的原料，讓微生物轉(zhuǎn)化成菌體蛋白質(zhì)或含氮 的發(fā)酵產(chǎn)物供人們利用。,以烴代糧,以纖代糖,開發(fā)利用纖維素這種世界上含量最豐富的可再生資源。將大量的 纖維素農(nóng)副產(chǎn)品轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)質(zhì)飼料、工業(yè)發(fā)酵原料、燃料及人類的 食品及飲料。,以簡代繁,以“國” 代“進(jìn)”

19、,以石油或天然氣副產(chǎn)品代替糖質(zhì)原料來培養(yǎng)微生物。 生產(chǎn)石油蛋白 將石油產(chǎn)品轉(zhuǎn)化成一些產(chǎn)值更高的高級(jí)醇、脂肪酸、環(huán)烷酸等 化工產(chǎn)品和若干合成物； 對(duì)石油產(chǎn)品的品質(zhì)進(jìn)行改良，如脫硫、脫蠟等。,發(fā)酵條件的控制,第三節(jié) 培養(yǎng)工藝的確定,1)溫度 2)氧 3)種齡 4)接種量 5)二氧化碳,一、培養(yǎng)工藝的確定,在一定范圍，生長速率與培養(yǎng)溫度呈正相關(guān)。,代時(shí):每分裂繁殖一代所需的時(shí)間.,16h,1、溫度對(duì)發(fā)酵的影響,對(duì)細(xì)胞生長影響：溫度升高，從酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)來看，生長代謝加快；但由于酶很易熱失活，所以高溫時(shí)菌體易衰老。,對(duì)產(chǎn)物形成影響：菌體生長速率、呼吸強(qiáng)度和代謝產(chǎn)物形成速率的最適溫度往往是不同的；溫度升高

20、，一般產(chǎn)物生成提前； 對(duì)發(fā)酵液物理性質(zhì)及溶解氧影響：溫度影響氧的溶解和傳遞，影響一些基質(zhì)的分解，間接影響生物合成。 對(duì)生物合成的方向的影響：反饋抑制隨溫度變化而改變；,1、溫度對(duì)發(fā)酵的影響,2、影響發(fā)酵溫度的因素,發(fā)酵熱的成分 生物熱：微生物生長繁殖過程中產(chǎn)生的熱 攪拌熱：機(jī)械攪拌造成的摩擦熱 蒸發(fā)熱：被通氣和蒸發(fā)水分帶走的熱量 輻射熱：發(fā)酵罐罐體向外輻射的熱量 顯 熱：空氣流動(dòng)過程夾帶著的熱量 Q發(fā)酵= Q生物+ Q攪拌- Q蒸發(fā)Q顯-Q輻射,3、最適溫度選擇與發(fā)酵溫度控制,溫度變化控制的一般原則 接種后,可適當(dāng)升高溫度，以利于孢子萌發(fā)和菌體的生長繁殖； 待發(fā)酵液溫度開始上升后，應(yīng)保持在菌體

21、最適生長溫度； 到主發(fā)酵旺盛階段，溫度應(yīng)控制產(chǎn)物合成的最適溫度； 到發(fā)酵后期，溫度下降，此時(shí)適當(dāng)升溫可提高產(chǎn)量。 選擇是相對(duì)的，要考慮培養(yǎng)基成分、濃度；溶氧（溫升氧降）；生長階段；培養(yǎng)條件等。,3、最適溫度選擇與發(fā)酵溫度控制 最適溫度選擇,最適溫度分最適生長溫度和最適產(chǎn)物合成溫度，兩者往往不同。 如：青霉素分別為： 30和 20 。 青霉素發(fā)酵的溫度控制 0-5h：30C 6-35h：25C 36-85h：20C 86-125h：25C 這種方式比25度恒溫培養(yǎng)提高產(chǎn)量14.7%,溫度影響發(fā)酵方向,如：四環(huán)素產(chǎn)生菌-金色鏈霉菌，同時(shí)產(chǎn)生金霉素和四環(huán)素； T350C時(shí)，金霉素的合成幾乎停止，只產(chǎn)

22、生四環(huán)素。 溫度還影響基質(zhì)溶解度。,3、最適溫度選擇與發(fā)酵溫度控制 發(fā)酵溫度控制,進(jìn)行溫度控制時(shí)，應(yīng)考慮的因素 不同菌種在不同生長階段和生產(chǎn)特性 參考其它發(fā)酵條件（通氣、培養(yǎng)基成分和濃度、pH值等），如通氣條件差時(shí)，則最適發(fā)酵溫度比通氣良好時(shí)低。,溫度影響發(fā)酵液的物理性質(zhì),溫度對(duì)O2:溫度對(duì)發(fā)酵液中氧的溶解度影響很大，隨著溫度升高，氣體的溶解度變小，氧的傳遞速率也會(huì)減慢。,3、最適溫度選擇與發(fā)酵溫度控制發(fā)酵溫度控制,溫度控制的方法 冷卻是主要的方法，通常是利用發(fā)酵罐的熱交換裝置進(jìn)行降溫，如果氣溫較高，冷卻水溫度也較高時(shí)，多采用冷媒(鹽水)進(jìn)行降溫。 發(fā)酵罐的熱交換裝置： 罐外夾套 罐內(nèi)蛇管、列

23、管,溫度對(duì)微生物細(xì)胞生長,耐高溫的菌種：如果培養(yǎng)的微生物能承受稍高一些的溫度進(jìn)行生長和繁殖，這對(duì)生產(chǎn)有很大的好處，即可減少污染雜菌的機(jī)會(huì)和夏季培養(yǎng)所需降溫的輔助設(shè)備。,粘質(zhì)沙雷氏菌產(chǎn) 靈菌紅素,靈菌紅素：是一類天然紅色素,具有一定的免疫活性,如抑制真菌、細(xì)菌和霉菌等功效,且具有一定的抗腫瘤作用,因此具有很大的藥用價(jià)值,受到科研工作者的極大關(guān)注。,3.氧通風(fēng)和攪拌,通氣可以供給大量的氧。 通氣量與菌種、培養(yǎng)基性質(zhì)、培養(yǎng)階段有關(guān)。,CCr,呼吸強(qiáng)度,溶解氧濃度,CCr: 臨界溶氧濃度, 指不影響呼吸所允許的最低溶解氧濃度。,溶解氧(DO)是需氧微生物生長所必需的,氧氣的供應(yīng),O2是難溶于水的氣體.

24、 25，純氧在純水中溶解度為1.26mmol/L，空氣在純水中溶解度為0.25mmol/L。培養(yǎng)基中更低。 氧氣的吸收效率很低。,攪拌能使氧氣與培養(yǎng)液充分混合，保證氧的最大限度溶解，并且攪拌有利于熱交換，使培養(yǎng)液的溫度一致，有利于營養(yǎng)物質(zhì)和代謝物的分散。擋板則有助于攪拌，使其效果更好。 一般來說，若培養(yǎng)罐深，攪拌轉(zhuǎn)速大，通氣管開孔小或多，氣泡在培養(yǎng)液內(nèi)停留時(shí)間就長，氧的溶解速度就大。 過度地、劇烈攪拌導(dǎo)致培養(yǎng)液大量涌泡，容易增加雜菌污染的機(jī)會(huì)，微生物細(xì)胞也不宜劇烈攪拌。,利用透明顫菌血紅蛋白（VHb）基因工程菌解決溶解氧不足,透明顫菌血紅蛋白（VHb）是透明顫菌屬微生物產(chǎn)生的一種蛋白，使透明顫

25、菌這一專性好氧的細(xì)菌可在貧氧環(huán)境中良好生長。其增加氧的傳遞。 轉(zhuǎn)基因育種：將透明顫菌血紅蛋白基因整合到異源宿主菌中可解決溶解氧不足，提高發(fā)酵產(chǎn)量。,溶解氧作為發(fā)酵異常情況的指標(biāo),1 發(fā)酵中污染好氣性雜菌發(fā)酵23h，溶解氧迅速下降 2 污染噬菌體菌液變稀，溶解氧回升 3 工藝錯(cuò)誤、操作故障,接種齡 指接種物或種子的生長年齡，亦即它處在生長曲線上哪一個(gè)階段時(shí)用來作種子的。這里指某一群體的生理年齡。,4.種齡與接種量,（2）接種量 接種量的大小明顯影響延滯期的長短。,種子培養(yǎng)期應(yīng)取菌種的對(duì)數(shù)生長期進(jìn)行接種為宜，菌種過嫩或過老，不但延長發(fā)酵周期，而且會(huì)降低產(chǎn)量。,4.種齡與接種量,在發(fā)酵工業(yè)上，為縮短

26、延滯期以縮短生產(chǎn)周期，提高發(fā)酵效率，一般采用較大的接種量。,種子：發(fā)酵培養(yǎng)基1：10，V/V,大量地接入培養(yǎng)成熟的菌種利與弊 優(yōu)點(diǎn)： 1.可以縮短生長過程的延緩期，因而縮短了發(fā)酵周期，提高了設(shè)備利用率 2. 有利于減少染菌 缺點(diǎn)： 接種量過多也無必要。培養(yǎng)種子費(fèi)時(shí)，且過多地移入代謝廢物，反而會(huì)影響正常發(fā)酵。,（1）通過遺傳學(xué)方法改變種的遺傳特性使延滯期縮短；,（2）利用對(duì)數(shù)生長期的細(xì)胞作為種子；,（3）接種前后所使用的培養(yǎng)基組成不要相差太大；,（4）適當(dāng)擴(kuò)大接種量；,生產(chǎn)實(shí)踐中縮短延滯期的常用手段,5、CO2 對(duì)發(fā)酵的影響及控制,CO2既是代謝產(chǎn)物，又是某些合成代謝的一種基質(zhì)。 雙面性：抑制或

27、促進(jìn) 二氧化碳對(duì)發(fā)酵的影響2方面： 1、對(duì)菌體； 2、對(duì)產(chǎn)物。,5、二氧化碳對(duì)發(fā)酵的影響,1、 CO2對(duì)菌體： 促進(jìn)-CO2效應(yīng)：在發(fā)酵生產(chǎn)中不同微生物或某一生長階段對(duì)二氧化碳有著特殊的要求（促進(jìn)或必須）； 抑制-通常對(duì)菌體生長有抑制作用。CO2的含量達(dá)到4%，糖代謝和呼吸速率下降,CO2是E.coil和鏈霉菌突變株的生長因子，菌體在含有30%的CO2的氣體才能生長；環(huán)狀芽孢桿菌已發(fā)芽的孢子在生長初期，對(duì)CO2有特殊的需要，稱 CO2效應(yīng)。,CO2濃度達(dá)到0.16mol抑制酵母菌的生長； 進(jìn)氣口CO2濃度占混合氣體的80%，酵母的活力與對(duì)照降低20% CO2的分壓0.0810 5 Pa，青霉素

28、合成速度會(huì)下降50%,2、 CO2對(duì)產(chǎn)物： 需占一定的比例（或分壓），過高、過低產(chǎn)量都會(huì)下降； 抑制： CO2對(duì)某些發(fā)酵產(chǎn)生抑制作用?？股?，組氨酸等； 促進(jìn)： CO2可通過改變pH而影響發(fā)酵生產(chǎn)。,5、 CO2對(duì)發(fā)酵的影響及控制,原因： CO2作用膜脂質(zhì)核心部位，改變膜流動(dòng)性及表面電荷密度，影響膜運(yùn)輸效率，導(dǎo)致細(xì)胞生長受限制，形態(tài)改變；（HCO3- 影響細(xì)胞膜的膜蛋白） 也可產(chǎn)生反饋?zhàn)饔?，使pH下降，與其他物質(zhì)反應(yīng)，與生長必需金屬離子形成碳酸鹽沉淀，過分耗氧，引起溶解氧下降等，影響菌體生長和產(chǎn)物合成。,5、 CO2對(duì)發(fā)酵的影響及控制,發(fā)酵液中CO2濃度的影響因素： 細(xì)胞呼吸強(qiáng)度； 發(fā)酵液流變學(xué)特性； 通氣攪拌程度； 罐壓大??； 設(shè)備規(guī)模。 CO2濃度的控制方法： 調(diào)節(jié)罐壓、通氣量和攪拌速度； 補(bǔ)料。（青霉素：補(bǔ)糖，增加CO2 產(chǎn)生，降低PH。）,1.泡沫,三、培養(yǎng)過程中泡沫及染菌的控制,（1）產(chǎn)生泡沫的原因 通風(fēng)和攪拌使液體分散和空氣竄入，形成氣泡； 培養(yǎng)基中成分或微生物的代謝活動(dòng)產(chǎn)生氣泡； 培養(yǎng)基中某些成分(如蛋白質(zhì)及其他膠體物質(zhì))的分子，在氣泡表面排列形成堅(jiān)固的薄膜。因此，氣泡不易破裂，聚成泡沫層。,（2）泡沫危害： 影響著微生物對(duì)氧的吸收； 妨礙CO2的排除，因而破壞其生理代謝的正常進(jìn)行，不利于發(fā)