2023年EM菌培养基及其制备（教学课件）.ppt

第二章第二章 培养基及其制备培养基及其制备 本章内容简介：本章内容简介：培养基原材料培养基原材料 淀粉水解糖的制备淀粉水解糖的制备 糖蜜前处理糖蜜前处理 石油代粮发酵微生物工程的特征石油代粮发酵微生物工程的特征 第一节第一节 培养基的原材料培养基的原材料 一、培养基的营养成分及用途一、培养基的营养成分及用途 光光 光能自养光能自养 氢、硫、氨氢、硫、氨 自养菌自养菌 .能源能源 亚硝酸盐、亚铁盐亚硝酸盐、亚铁盐 化能自养化能自养 碳水化合物等有机物碳水化合物等有机物 石油天然气和石油化工产品石油天然气和石油化工产品 功能：生长、繁殖需要；功能：生长、繁殖需要；异养菌异养菌 碳酸气碳酸气 淀粉水解糖、糖蜜、亚硫酸盐纸浆废液等淀粉水解糖、糖蜜、亚硫酸盐纸浆废液等 石油、正构石蜡、天然气石油、正构石蜡、天然气 醋酸、甲醇、乙醇等石油化工产品醋酸、甲醇、乙醇等石油化工产品 功能：提供能量、构成菌体、代谢产物的物质根功能：提供能量、构成菌体、代谢产物的物质根底；底；豆饼或蚕蛹水解液、味精废液豆饼或蚕蛹水解液、味精废液 .氮源氮源 玉米浆、酒糟水等有机氮玉米浆、酒糟水等有机氮 尿素、硫酸铵、氨水、硝酸盐等无机氮、尿素、硫酸铵、氨水、硝酸盐等无机氮、气态氮气态氮 功能：构成菌体、含氮代谢物；功能：构成菌体、含氮代谢物；.碳源碳源 磷酸盐、钾盐、钙盐等矿物盐磷酸盐、钾盐、钙盐等矿物盐 .无机盐无机盐 铁、锰、钴等微量元素铁、锰、钴等微量元素 功能：构成菌体，参与酶的组成，维持酶活性，功能：构成菌体，参与酶的组成，维持酶活性，调节渗透压，调节调节渗透压，调节pHpH值，维持氧化复原电位；值，维持氧化复原电位；.特殊生长因子：硫胺素、生物素、对氨基苯甲特殊生长因子：硫胺素、生物素、对氨基苯甲酸、肌醇等酸、肌醇等 功能：酶的辅助局部，维持生命活动；功能：酶的辅助局部，维持生命活动；.水分水分 功能：生化反响均在水溶液中进行功能：生化反响均在水溶液中进行 二、培养基的类型二、培养基的类型 1.1.依营养物质的来源分类依营养物质的来源分类 天然培养基；麦芽汁、玉米粉、麸皮、天然培养基；麦芽汁、玉米粉、麸皮、锯末等锯末等 合成培养基；合成培养基；高氏培养基、察氏培高氏培养基、察氏培养基等养基等 半合成培养基；半合成培养基；牛肉膏蛋白胨、土牛肉膏蛋白胨、土豆葡萄糖培养基豆葡萄糖培养基 2.2.依培养基制成的形式分：依培养基制成的形式分：液体培养基；液体培养基；固体培养基；固体培养基；3.3.依培养基主要成分和使用目的来分依培养基主要成分和使用目的来分 根底培养基根底培养基 完全培养基完全培养基 鉴别培养基鉴别培养基 选择培养基选择培养基 4.4.根据生产工艺来分根据生产工艺来分 孢子培养基孢子培养基 种子培养基种子培养基 发酵培养基发酵培养基 附：培养基配方举例附：培养基配方举例 三、发酵培养基的选择三、发酵培养基的选择 发酵培养基的用途与要求、成分、配比经实发酵培养基的用途与要求、成分、配比经实验确定，配制时兼顾原料来源、本钱及工艺管理；验确定，配制时兼顾原料来源、本钱及工艺管理；四、原料转换及意义四、原料转换及意义 发酵培养基中所用原材料，大局部属于粮食、发酵培养基中所用原材料，大局部属于粮食、油脂、蛋白质和农用肥料，其中山芋粉、玉米粉、油脂、蛋白质和农用肥料，其中山芋粉、玉米粉、淀粉、糊精、麦芽糖等都是可供人畜食用的粮食、淀粉、糊精、麦芽糖等都是可供人畜食用的粮食、油料或以粮食为原料的产品；我国人口众多，发油料或以粮食为原料的产品；我国人口众多，发酵产品品种和产量与日俱增，每年都消耗大量粮酵产品品种和产量与日俱增，每年都消耗大量粮食、油料和蛋白质原料。食、油料和蛋白质原料。随着原料的转换，不仅要选育与原料转换随着原料的转换，不仅要选育与原料转换相适应的菌种，同时发酵的控制方法也不相同。相适应的菌种，同时发酵的控制方法也不相同。第二节第二节 淀粉水解糖的制备淀粉水解糖的制备 一一、淀粉的性质：淀粉的性质：颗粒状态颗粒状态 来源来源，纯度纯度 淀粉转化为葡萄糖：增重淀粉转化为葡萄糖：增重1111%，复原基团复原基团 甜味甜味 呈味物质呈味物质 色泽色泽 二、淀粉水解糖的制备方法二、淀粉水解糖的制备方法 1 1.酸解法酸解法 2 2.酶解法酶解法 3 3.酸酶结合法酸酶结合法 酸酶法酸酶法 酶酸法酶酸法 不同的制糖工艺生产的糖液质量差异很大不同的制糖工艺生产的糖液质量差异很大 双酶水解法制葡萄糖的优点双酶水解法制葡萄糖的优点 ：1 1淀粉水解是在酶的作用下进行的，酶解淀粉水解是在酶的作用下进行的，酶解的反响条件比较温和。的反响条件比较温和。2 2微生物作用的专一性强，淀粉的水解副微生物作用的专一性强，淀粉的水解副反响少，因而水解糖液纯度高，淀粉的转反响少，因而水解糖液纯度高，淀粉的转化率高。化率高。3 3可在较高淀粉乳浓度下水解。可在较高淀粉乳浓度下水解。4 4由于微生物酶制剂中菌体细胞的自溶，由于微生物酶制剂中菌体细胞的自溶，糖液的营养物质较丰富，这就使发酵培养糖液的营养物质较丰富，这就使发酵培养基的组成可加以简化。基的组成可加以简化。5 5用酶法制得的糖液颜色浅、较纯洁、无用酶法制得的糖液颜色浅、较纯洁、无苦味、质量高，有利于糖液的精制。苦味、质量高，有利于糖液的精制。二二、淀粉酸水解理论根底淀粉酸水解理论根底 淀粉水解成葡萄糖的反响过程中同时发生：淀粉水解成葡萄糖的反响过程中同时发生：水解反响水解反响、复合反响复合反响、分解反响；其中水解反响分解反响；其中水解反响是主要的是主要的。在淀粉糖化过程中在淀粉糖化过程中，这三种化学这三种化学反响的关系如下：反响的关系如下：淀粉淀粉 葡萄糖葡萄糖 复合二糖复合二糖 5-羟甲基糖醛羟甲基糖醛 复合低聚糖复合低聚糖 有机酸、有色物质等有机酸、有色物质等 盐酸盐酸 复合反响：葡萄糖分子间经复合反响：葡萄糖分子间经1 1-6 6糖苷键结合成龙胆二糖苷键结合成龙胆二糖有苦味、异麦芽糖和其他低聚糖合称复合低聚糖有苦味、异麦芽糖和其他低聚糖合称复合低聚糖。糖。分解反响：葡萄糖分解反响：葡萄糖羟甲基糠醛羟甲基糠醛有机酸、色素等。有机酸、色素等。淀粉的水解反响淀粉的水解反响 1.1.淀粉水解过程淀粉水解过程 H+H+3O H+H+3O 进攻糖苷键的进攻糖苷键的OO-形成共轭酸形成共轭酸 糖苷键断裂糖苷键断裂 2.2.淀粉酸水解反响动力学淀粉酸水解反响动力学 3.3.影响酸水解的因素影响酸水解的因素 酸的种类酸的种类 主要因素主要因素 浓度浓度 水解温度水解温度 葡萄糖的复合反响及其影响因素葡萄糖的复合反响及其影响因素 复合反响：在淀粉的酸糖化过程中，水解生复合反响：在淀粉的酸糖化过程中，水解生成的葡萄糖受酸和热的影响，葡萄糖分子之间通成的葡萄糖受酸和热的影响，葡萄糖分子之间通过糖苷键相聚合，生成二糖、三糖及其他低聚糖。过糖苷键相聚合，生成二糖、三糖及其他低聚糖。影响复合反响的因素：影响复合反响的因素：1.1.淀粉浓度的影响用淀粉浓度的影响用DEDE值表示葡萄糖纯度：值表示葡萄糖纯度：2.2.酸的影响：酸的影响：葡萄糖的分解反响及其影响因素葡萄糖的分解反响及其影响因素 葡萄糖葡萄糖 5 5-羟甲基糠醛羟甲基糠醛乙酰丙酸、蚁酸、乙酰丙酸、蚁酸、色素物质；色素物质；影响因素：浓度、温度、影响因素：浓度、温度、pHpH值；值；第三节第三节 糖蜜前处理糖蜜前处理 一、糖蜜的来源与特点一、糖蜜的来源与特点 二、糖蜜前处理的方法二、糖蜜前处理的方法 三、谷氨酸发酵糖蜜前处理三、谷氨酸发酵糖蜜前处理 糖蜜是制糖生产时的结晶母液，它是制糖工业的副产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，总糖可达物。糖蜜主要含有蔗糖，总糖可达50%50%75%75%。一般糖蜜分。一般糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜葡萄糖蜜。甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜葡萄糖蜜。糖蜜除含糖份外，还含有较多的杂质，其中有些是有糖蜜除含糖份外，还含有较多的杂质，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。处理。不同加工方法对甘蔗糖蜜的影响不同加工方法对甘蔗糖蜜的影响 糖蜜前处理的一般方法糖蜜前处理的一般方法 1.1.加酸通风沉淀法冷酸通风处理法加酸通风沉淀法冷酸通风处理法 通风，沉淀，提高通风，沉淀，提高N N、O2O2含量含量 2.2.加热加酸沉淀法热酸通风沉淀法加热加酸沉淀法热酸通风沉淀法 效果比方法效果比方法1 1好，但是费时费设备，不适于大规模生产好，但是费时费设备，不适于大规模生产 3.3.添加絮凝剂澄清处理法添加絮凝剂澄清处理法 澄清效果较好澄清效果较好 目的：通过稀释，酸化，灭菌，澄清，使之更适于发酵目的：通过稀释，酸化，灭菌，澄清，使之更适于发酵 谷氨酸发酵的糖蜜前处理谷氨酸发酵的糖蜜前处理 待处理物质：胶体成分起泡、结晶、钙盐结晶待处理物质：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 处理目的：澄清处理目的：澄清脱钙脱钙脱除生物素脱除生物素 糖蜜预处理方法糖蜜预处理方法 活性炭处理法活性炭处理法 稀释，漂白粉，活性炭，过滤稀释，漂白粉，活性炭，过滤 原理：吸附原理：吸附 树脂处理法树脂处理法 亚硝酸处理法亚硝酸处理法 原理：破坏生物素原理：破坏生物素 还可以采用以下三种方法脱除生物素：还可以采用以下三种方法脱除生物素：1.1.添加化学药剂处理法添加化学药剂处理法 原理：增加细胞膜对谷氨酸的渗透性原理：增加细胞膜对谷氨酸的渗透性 添加青霉素法添加青霉素法 添加外表活性剂添加外表活性剂 添加抗氧剂法添加抗氧剂法 2.2.追加糖蜜法追加糖蜜法 原理：当谷氨酸酶系统成熟时过量生物素不影响发酵，可原理：当谷氨酸酶系统成熟时过量生物素不影响发酵，可在此时添加未处理的糖蜜进去继续正常生产。在此时添加未处理的糖蜜进去继续正常生产。3.3.采用营养缺陷变异株采用营养缺陷变异株 原理：诱变生物素缺陷型菌株为油酸缺陷型等，是生物素原理：诱变生物素缺陷型菌株为油酸缺陷型等，是生物素不再影响谷氨酸的积累不再影响谷氨酸的积累 第四节第四节 石油代粮发酵原料石油代粮发酵原料 石油代粮发酵：石油代粮发酵：微生物利用石油化工产品，得到蛋白，氨基酸，微生物利用石油化工产品，得到蛋白，氨基酸，抗生素，酶，柠檬酸，维生素等产品。抗生素，酶，柠檬酸，维生素等产品。石油代粮发酵的特点：石油代粮发酵的特点：不耗粮食；不耗粮食；反响不需高温高压耐腐蚀的设备；反响不需高温高压耐腐蚀的设备；耗氧产热，因此要求菌种耐高温；耗氧产热，因此要求菌种耐高温；需保证产物平安无毒；需保证产物平安无毒；石油代粮发酵的原料：石油代粮发酵的原料：各种石油馏分：正烷烃，轻油，灯油等各种石油馏分：正烷烃，轻油，灯油等 各种石化产品：甲醇，乙醇，醋酸各种石化产品：甲醇，乙醇，醋酸for for 谷氨酸、赖氨酸，乙二醇，丙二醇等谷氨酸、赖氨酸，乙二醇，丙二醇等 石油酵母菌体：为维生素石油酵母菌体：为维生素B2B2和酶的生产提和酶的生产提供供C C、N N源间接石油发酵源间接石油发酵 常用：醋酸，乙醇常用：醋酸，乙醇 一一、前体物质：前体指某些化合物参加到发酵培养基中前体物质：前体指某些化合物参加到发酵培养基中，能直接彼微生物在生物合成过程中合成到产物物分子中去能直接彼微生物在生物合成过程中合成到产物物分子中去，而其自身的结构并没有多大变化而其自身的结构并没有多大变化，但是产物的产量却因参加但是产物的产量却因参加前体而有较大的提高前体而有较大的提高。青霉素：分子量青霉素：分子量356 苯乙酸苯乙酸:分子量分子量136 第五节第五节 前体物质、促进剂前体物质、促进剂 作用作用：前体有助于提高产量和组份：前体有助于提高产量和组份 P107 用量用量：前体的用量可以按分子量衡算，具体使用有个转化：前体的用量可以按分子量衡算，具体使用有个转化 率的问题率的问题 例：例：6000单位单位/ml的青霉素的青霉素G,需要多少苯乙酸需要多少苯乙