天然培养基为什么不需要另加微量元素（微量元素在培养基中的作用）

第一节培养基的类型第二节发酵培养基的成分及来源第三节淀粉水解糖的制备第四节发酵培养基的设计与优化培养基：广义上讲培养基是指一切可供微生物细胞生长繁殖所需的营养物质和原料。同时也为微生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：促进产物的形成发酵培养基：人工制备的适合不同发酵微生物生长繁殖及积累代谢产物的营养基源。发酵培养基的要求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。原料廉价易得：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，能保证生产上的供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。第一节培养基的类型培养基按其组成物质的纯度、状态、用途分类一、按纯度原料的化学成分明确、稳定。培养基营养单一，价格较高，不适合用于大规模工业生产。采用天然原料原料来源丰富(大多为农副产品)、价格低廉、适于工业化生产。原料质量等方面不加控制会影响生产稳定性。如葡萄糖、硫酸铵如花生饼粉、蛋白胨等一般不需要另加微量元素、维生素等物质合成培养基：天然培养基:二、按状态固体培养基:适合于菌种和孢子的培养和保存，也广泛应用于有子实体的真菌类，如香菇、白木耳等的生产。

半固体培养基:即在配好的液体培养基中加入少量的琼脂，一般用量为0.5%～0.8%,主要用于微生物的鉴定。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分，是发酵工业大规模使用的培养基。在发酵工业上可应用固体培养基进行大规模生产，其组分常用麸皮、大米、小米、木屑、禾壳等。三、按用途（从发酵生产应用考虑）培养基按其用途可分为孢子（斜面）培养基、种子培养基和发酵培养基三种供菌种繁殖孢子的培养基，常用固体培养基。供孢子发芽、生长和菌体繁殖的培养基。2）种子培养基1）孢子培养基3）发酵培养基供菌体生长、繁殖和合成大量代谢产物用的培养基。第二节发酵培养基的成分及来源一、碳源1、作用提供微生物菌体的生长繁殖所需的能源和合成菌体所必需的碳成分提供合成目的产物所必须的碳成分2、来源糖类、油脂、有机酸、低碳醇等特殊情况下（如碳源贫乏时），蛋白质水解物或氨基酸等也可被微生物作为碳源使用。1、糖类主要有葡萄糖、糖蜜和淀粉、糊精等糖类糖类来来源源葡萄糖葡萄糖乳糖乳糖淀粉淀粉蔗糖蔗糖纯葡萄糖、水解淀粉纯葡萄糖、水解淀粉纯乳糖、乳清粉纯乳糖、乳清粉大麦、大米、燕麦粉、黑麦粉等大麦、大米、燕麦粉、黑麦粉等甜菜糖蜜、甘蔗糖蜜、粗红糖、精白糖等甜菜糖蜜、甘蔗糖蜜、粗红糖、精白糖等工业上常用的糖类及来源淀粉水解糖的制备是发酵生产的一项重要工艺，将在第三节中介绍葡萄糖量指标。

又称葡萄糖阻遏或分解代谢产生阻遏作用。葡萄糖或某些容易利用的碳源，其分解代谢产物阻遏某些诱导酶体系编码的基因转录的现象。过多的葡萄糖会过分加速菌体的呼吸，以至培养基中的溶解氧不能满足需要，使一些中间代谢物（如丙酮酸、乳酸、乙酸等）不能完全氧化而积累在菌体或培养基中，导致pH下降，影响某些酶的活性，从而抑制微生物的生长和产物的合成。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。糖蜜主要含有蔗糖，总糖可达50%～75%。含有丰富的糖、氮类化合物、无机盐和维生素等，是微生物发酵培养基价廉物美的碳源;糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜，二者在糖的含量和无机盐的含量上有所不同，即使同一种糖蜜由于加工方法不同其成分也存在差异，因此使用时要注意。不用加工方法对甘蔗糖蜜的影响糖蜜使用的注意点：除糖份外，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。例：谷氨酸发酵有害物质：胶体成分（起泡、结晶）、钙盐（结晶）生物素（发酵控制）预处理：澄清脱钙脱除生物素例：柠檬酸发酵有害物质：铁离子含量高（导致异柠檬酸的生成）预处理：黄血盐（K4[Fe(CN)6]，结晶）淀粉、糊精应用最广多糖，也是常用的碳源;需经胞外酶水解成单糖后再被吸收利用;使用淀粉可克服葡萄糖代谢过快的弊病（解除葡萄糖效应），来源广，价格低，在发酵工业中普遍使用。

常用的淀粉为玉米、甘薯、马铃薯、木薯淀粉。油和脂肪也能被许多微生物作为碳源和能源这些微生物都具有比较活跃的脂肪酶，脂肪甘油+脂肪酸CO利用脂肪作为碳源，要供给比糖代谢更多的氧，不然大量的脂肪酸和代谢中的有机酸会积累，从而引起pH的下降，并影响微生物酶系统的作用。常用豆油、菜油、葵花籽油、猪油、鱼油、棉籽油等2、油和脂肪脂肪酶一些微生物对多种有机酸（如乳酸、柠檬酸、乙酸等）有很强的氧化能力，可以有机酸或有机酸盐作为碳源。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。如以醋酸盐为碳源时，反应如下：CHNaOH3、有机酸正烷烃（一般指从石油裂解中得到的14-18碳的直链烷烃混合物）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。石油工业的发展促使乙醇产量的增加，自然界中能同化乙醇的微生物和能同化糖质的微生物一样普遍，种类也相当多。乙醇已成功地应用于发酵工业的许多领域中，如利用乙醇生产SCP。4、烃和醇类二、氮源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。1、无机氮源特点：微生物对它们的吸收快，所以也称为速效氮。

无机氮源的迅速利用常会引起pH的变化NaOH种类：氨盐、硝酸盐和氨水（由于细胞内的含氮物质都以氨基或亚氨基的形式存在，故氨态氮可以直接用于合成细胞物质；而硝态氮需还原成氨后才能被利用）无机氮源被菌体利用时，反应中所产生的NH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）后能形成酸性物质的无机氮源叫生理酸性物质，如(NH，菌体代谢后能产生碱性物质的无机氮源称为生理碱性物质，如NaNO稳定和调节发酵过程中的pH2、有机氮源来源：工业上常用的有机氮源都是一些廉价的原料，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、废菌丝体和酒成分复杂：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。例玉米浆：可溶性蛋白、生长因子（生物素）、苯乙酸较多的乳酸硫、磷、微量元素等蛋白质氮则需先水解成肽和氨基酸后才能被吸收利用，特点：三、无机盐和微量元素磷酸盐磷是某些蛋白质和核酸的组成成分磷酸盐在培养基中还具有缓冲作用微生物对磷的需要量一般为0.005～0.01mol/L常用K硫酸镁Mg是许多重要酶（如己糖磷酸化酶、异柠檬酸脱氢酶、羧化酶等）的激活剂镁离子能提高一些氨基糖苷类抗生素产生菌对自身所产的抗生素的耐受能力，如卡那霉素、链霉素、新生霉素等产生菌。

硫存在于细胞的蛋白质中，是含硫氨基酸的组成成分硫是构成一些酶的活性基硫酸镁加入培养基中，在碱性条件下会形成氢 氧化镁沉淀，配料时要注意。 钾盐钾不参与细胞结构物质的组成 是许多酶的激活剂 菌体生长所需钾量约为0.1g/L(以K 微量元素需量微少，但又不可缺少； 一般作为碳、氮源的农副产物天然原料中含 有，不必另加； 某些金属离子，特别是汞离子和铜离子，具 有明显的毒性。 1、作用：各种不一样 2、来源：C、N源；以盐的形式补充 例：铁离子 青霉素发酵中，铁离子的浓度要小于20μg/ml 发酵罐必须进行表面处理 B、使用时注意盐的形式（pH的变化） 例：黑曲酶NRRL-330,生产α-淀粉酶，P对酶活的影响 pH 不加4.25 120分钟 5.4530分钟 加KH 4.6275分钟 对于其它渠道有可能带入的过多的某种无机离子和微量元素在发酵过程中必须加以考虑 3、使用注意点 四、生长因子、前体、产物促进剂和抑制剂 从广义上讲，凡是微生物生长不可缺少的微量的有机物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称生长因子。 1、生长因子 如以糖质原料为碳源的谷氨酸生产菌均为生物素缺陷 型，以生物素为生长因子,生长因子对发酵的调控起到重 要的作用。

有机氮源是生长因子的重要来源。提供生长因子的农副产品原料 1）玉米浆（corn steep liquor, CSL） 用亚硫酸浸泡玉米而得的浸泡液的浓缩液，也是玉米淀粉生产的副 产品 主要用作氮源，但它含有丰富的氨基酸、核酸、维生素、无机盐等， 常用作为提供生长因子的物质。 2）麸皮水解液 可代替玉米浆，蛋白质、氨基酸等营养成分比玉米浆少。 用量一般为1%（以干麸皮计）左右 水解条件： 以干麸皮：水：HCl=4.6:26:1配比混合，装入水解锅中以0.07～0.08MPa表压加热水解70～80min。 以干麸皮：水=1：20，用盐酸调pH值1.0，以0.25MPa表压加热水解20min。然后过滤取滤液。 3）糖蜜（molasses） 甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜均可代替玉米浆，但氨基酸等有机氮含量较低 酵母酵母膏、酵母浸出液、酵母粉 5）其他 牛肉膏、蛋白胨、动物心、肝等组织浸液等都含 有丰富的生长因子 前体指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接被微生 物在生物合成过程中合成到产物分子中去，而其自身的结构 并没有多大变化，但是产物的产量却因加入前体而有较大的 提高。 青霉素：分子量356苯乙酸:分子量136 如青霉素生产中加入玉米浆后，青霉素单位可从20U/ml增加 到100U/ml； 作用：有助于提高产量 用量：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。

例：6000单位/ml的青霉素G,需要多少苯乙酸？ 青霉素＝6000*0.6（微克）＝36mg/ml 苯乙酸＝（36*136）/356=13.8mg/ml 实际使用时的转化率在46-90%之间 例某厂单耗为：0.337（kg/10亿青霉素） 转化率为：（0.6*136/356）/0.337= 68% 用法：前体使用时普遍采用流加的方法 前体一般都有毒性，浓度过大对菌体的生长不利苯乙酸，一般基础料中仅仅添加0.07% 流加有利于提高前体的转化率产品 产品 青霉素青霉素GG 青霉素 青霉素VV 金霉素 金霉素 灰黄霉素 灰黄霉素 红霉素 红霉素 核黄素 核黄素 类胡萝卜素 类胡萝卜素 LL–异亮氨酸 异亮氨酸 LL–色氨酸 色氨酸 LL- -丝氨酸 丝氨酸 苯乙酸及其衍生物 苯乙酸及其衍生物 苯氧乙酸 苯氧乙酸 氯化物 氯化物 氯化物 氯化物 正丙醇 正丙醇 丙酸盐 丙酸盐 –紫罗酮 紫罗酮 –氨基丁酸 氨基丁酸 邻氨基苯甲酸 邻氨基苯甲酸 甘氨酸 甘氨酸 3、产物促进剂 是指那些非细胞生长所必须的营养物，又非前体，但加入 后却能提高产量的添加剂。 可影响正常代谢，或促进中间代谢产物的积累，或提高次级代谢产物的产量 例如 巴比妥可增加链霉素产生菌的抗自溶能力，推迟自溶时间，增加链霉素积累。 谷氨酸棒杆菌生产赖氨酸时，加入红霉素可提高产量25%以上。 4、抑制剂 抑制某些代谢途径的进行，同时刺激另一些代谢途径。 如酵母厌氧发酵中加入亚硫酸盐或碱类，可以使酒精发酵受