发酵培养基中各种成分的定量

发酵工业用原料通常以糖质或淀粉质等碳水化合物(即糖类)为主,加入少量有机氮源和无机氮源,只要不含毒物,一般无精制的必要,微生物本身能有选择地摄取所需要的物质。微生物还可以利用非碳水化合物作基质,可利用天然气、正烷烃、石油提炼中的二次产品(醋酸,甲醇、乙醇等)和氢气。 原料不同处理方法也不同,糖蜜原料用丁酵母和酒精发酵,需进行加热杀菌和稀释,补充无机盐等预处理。淀粉质原料广泛用于生产酒精、柠檬酸、谷氨酸等发酵,需先将淀粉转化为葡萄糖等可发酵性糖或低分子糊精。碳氢化合物原料是指一定馏分的石油经冷却脱脂而获得的凝固点在- 10℃的油,加入适量无机盐进行接种发酵,甲烷,甲醇等碳源无需预先处理可用于生产酵母等单细胞蛋白。 发酵培养基是供微生物生长繁殖和合成大量产物的培养肇基。 所以要求发酵培养基既要有利于微生物的生长繁殖,防止菌体过早衰老,又要有利于产物的合成:因此,培养基中营养成分除碳源、氯源、无机盐、生长因子及水等五类物质外,还要有前体、促进刺和抑制剂等物质。 发酵培养基中的碳源物质除了提供合成细胞结构物质所需碳素外,更重要的是提供目的产物中的碳及合成产物的能源。所以,碳源物质在发酵培养基中的含量要远远大于其在种子培养基中的含量。例如,在谷氨酸发酵中,种子培养基中的糖量为1%~2.5%,而在发酵培养基中总糖量(初糖+流加糖)可以达到16%—18%.远高于在种子培养基中的含量。发酵培养基的碳源多为淀粉,淀粉水解糖、糖蜜、有机酸、低碳醇、脂质、烃类等。 氮源物质在发酵培养基中的含量因发酵目的产物不同而不同。如果目的产物无氮素的存在(如酒精发酵),培养基中的氮仅够菌体繁殖之用就可以了。但如果目的产物中有氮素存在(如氨基酸发酵),发酵对氮源的需求就要大大增加。通常所用的氮源可分为有机氮源和无机氮源。有机氮源如黄豆饼粉、花生饼粉、棉子饼粉,玉米浆、蛋白胨、酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、发酵菌丝体和酒糟等;无机氮源如氨水,液氧、尿素、硝酸盐和铵盐等。 无机盐也是发酵培养基中必需的成分之一,在发酵当中对菌体生长和产物合成都有十分重要的影响:磷是所有微生物生长所必需的,对微生物的生长有明显的促进作用。但在有的发酵中,磷过量常会抑制产物的合成。例如,在谷氨酸生产中,若磷的浓度过高,会抑制6-磷酸葡萄糖脱氢酶的活性,导致代谢转向缬氨酸方向。 许多其他次级代谢产物的产生也都受磷浓度的影响。但也有些产物的生产需要较高浓度的磷,如用黑曲霉和地衣芽孢杆菌生产ɑ-淀粉酶时,高浓度的磷能显著提高ɑ-淀粉酶的产量。硫是青霉素、头孢菌素等分子中的组成元素。在这些产物的发酵培养基中,需要加入硫源。铁也是微生物有氧氧化必不可少的元素。但不同发酵对铁的需求不同。如在柠檬酸发酵中,铁离子激活顺乌头酸酶,使柠檬酸转化为异柠檬酸,降低了柠檬酸的产量,所以拧檬酸发酵培养基中要少含铁。Mg、Zn、Co、Cu、Mn等微量元素是某些酶的辅酶或激活剂,它们对微生物大量合成某些产物如氨基酸、抗生素、维生素等起到重要的作用。 本文参考《发酵工程原理与技术》一书。
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