發(fā)酵制藥技術(shù)

趙健存教學(xué)內(nèi)容

contents1.工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基成分2.工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基類型教學(xué)目標(biāo)

targets1.能準(zhǔn)確說出工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基的成分2.能說出發(fā)酵培養(yǎng)基的用途以及對(duì)其營(yíng)養(yǎng)成分的基本要求微生物培養(yǎng)基是指人工配置的供微生物細(xì)胞生長(zhǎng)、繁殖、代謝和合成人們所需產(chǎn)物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和原料，同時(shí)也為微生物提供除營(yíng)養(yǎng)以外的其他生長(zhǎng)所必須的環(huán)境條件。水碳源生長(zhǎng)因子氮源無機(jī)鹽前體、抑制劑和促進(jìn)劑消沫劑工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基碳源：凡構(gòu)成微生物細(xì)胞和代謝產(chǎn)物中碳素來源的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。常用碳源：糖類、油脂、有機(jī)酸、低碳醇和碳?xì)浠衔铩?/p>

糖＞醇＞有機(jī)酸＞脂菌體利用速率：速效碳-葡萄糖緩效碳-多糖，二糖

工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基有機(jī)碳源：糖類,脂肪酸,石油無機(jī)碳源：二氧化碳,甲烷,碳酸氫鈉等含碳的無機(jī)物

工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基氮源：凡構(gòu)成微生物細(xì)胞的原生質(zhì)和代謝產(chǎn)物中氮素來源的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。菌體利用速率：速效氮-氨基氮或者銨基氮

緩效氮-黃豆餅粉、花生餅粉有機(jī)氮源：玉米漿、黃豆餅粉無機(jī)氮源：銨鹽、硝酸鹽和氨水

工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基無機(jī)鹽及微量元素：作為生理活性物質(zhì)的組成或者生理活性作用的調(diào)節(jié)物。低濃度促進(jìn)生長(zhǎng)，高濃度抑制生長(zhǎng)。磷：核酸、蛋白質(zhì)和ATP鎂：酶激活劑硫：氨基酸和輔酶的活性基鐵：細(xì)胞色素、細(xì)胞色素氧化酶、過氧化氫酶的成分鈉：維持細(xì)胞滲透壓鈣：調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透性鉀：維持細(xì)胞滲透壓、酶激活劑工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基生長(zhǎng)因子：微生物生長(zhǎng)不可或缺、需要量不大，微生物自身不能合成或者合成量不足的物質(zhì)。廣義：微生物不可缺少的微量有機(jī)物狹義：維生素工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基前體：產(chǎn)物合成過程中，被菌體直接用于和成產(chǎn)物而自身機(jī)構(gòu)無顯著改變的物質(zhì)。提高產(chǎn)品產(chǎn)量控制合成代謝產(chǎn)物流量濃度過大，產(chǎn)生負(fù)作用添加方式：間歇分批次添加例：在青霉素生產(chǎn)中加入玉米漿，玉米漿中的苯乙酸被優(yōu)先結(jié)合到青霉素分子中，青霉素產(chǎn)量可從20u/mL增加到100u/mL。工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基促進(jìn)劑：指那些既不是營(yíng)養(yǎng)物又不是前體，但卻能提高產(chǎn)量的添加劑。工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基抑制劑：指那些既抑制不需要的產(chǎn)物的合成的物質(zhì)。酵母厭氧發(fā)酵中加入亞硫酸鹽或堿類，可以使酒精發(fā)酵受到抑制，而轉(zhuǎn)入甘油發(fā)酵。工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基抑制劑：指那些既抑制不需要的產(chǎn)物的合成的物質(zhì)。酵母厭氧發(fā)酵中加入亞硫酸鹽或堿類，可以使酒精發(fā)酵受到抑制，而轉(zhuǎn)入甘油發(fā)酵。消沫劑：消除發(fā)酵過程中產(chǎn)生的泡沫，防止逃液和染菌。常用消沫劑：植物油脂、動(dòng)物油脂和一些高分子化合物。工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基1944年9月5日利用從舊皮鞋等上獲得了帚狀霉菌，通過液面培養(yǎng)法（液體培養(yǎng)基），研制出了中國(guó)第一批5萬單位/瓶的青霉素,揭開了中國(guó)生產(chǎn)抗生素的歷史。1947年，利用美國(guó)進(jìn)口的專用的玉蜀黍浸出液發(fā)酵得到的青霉素的發(fā)酵效價(jià)只有100單位/毫升。1948年1月，用棉籽餅替代美國(guó)進(jìn)口玉蜀黍，發(fā)酵效價(jià)增至400單位/毫升。在培養(yǎng)基中加入甲苯醋酸（苯乙酸），產(chǎn)量進(jìn)一步提高，效價(jià)最終達(dá)到750單位/毫升。工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來源：天然培養(yǎng)基：采用動(dòng)植物組織或者微生物的浸出物、水解液等以及天然的含有豐富營(yíng)養(yǎng)的有機(jī)物質(zhì)制成的培養(yǎng)基。優(yōu)缺點(diǎn)：營(yíng)養(yǎng)豐富，價(jià)格低廉、但是組分復(fù)雜，化學(xué)成分不清楚合成培養(yǎng)基：使用成分完全了解的化學(xué)藥品配制而成。優(yōu)缺點(diǎn)：成分明確、價(jià)格較高半合成培養(yǎng)基工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基類型半合成培養(yǎng)基：以天然的有機(jī)物作為碳源、氮源、以及生長(zhǎng)因子的來源、加入適量化學(xué)藥品，滿足微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)的需求。優(yōu)點(diǎn)：配置方便、成本低、應(yīng)用廣例：馬鈴薯蔗糖培養(yǎng)基-培育真菌工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基類型物理性狀：液體培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基半固體培養(yǎng)基工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基類型用途：孢子培養(yǎng)基；種子培養(yǎng)基；發(fā)酵培養(yǎng)基孢子培養(yǎng)基：1.營(yíng)養(yǎng)不能太豐富2.無機(jī)鹽濃度要合適3.pH和濕度工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基類型用途：種子培養(yǎng)基：菌種活化氮源濃度相對(duì)較低；碳源少量；與發(fā)酵培養(yǎng)基主成分相似。發(fā)酵培養(yǎng)基：生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物，根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)物選用合適的培養(yǎng)基成分。工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基類型培養(yǎng)基成分：1.菌體同化能力2.代謝的阻遏和誘導(dǎo)3.合適的碳氮比碳氮比過高，pH較低，后期菌體容易衰老和自溶。碳氮比過低，菌體生長(zhǎng)旺盛，不利于代謝產(chǎn)物累積。一般工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基的碳氮比為：100：（0.2-2.0）工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基設(shè)計(jì)培養(yǎng)基優(yōu)化：1.單因子實(shí)驗(yàn)2.多因子實(shí)驗(yàn)工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)法響應(yīng)面分析法1.原料和設(shè)備的預(yù)處理2.原材料質(zhì)量3.發(fā)酵特性4.滅菌-選擇合適的滅菌方式注意的問題淀粉水解糖過程淀粉的糖化：工業(yè)上將淀粉水解為葡萄糖的過程稱為淀粉的糖化。制得的水解糖稱為淀粉糖。淀粉水解糖液中，主要的糖是葡萄糖，此外根據(jù)水解條件的不同，尚有數(shù)量不等的少量麥芽糖及其他一些二糖、低聚糖、復(fù)合糖類。低聚糖及復(fù)合糖不能被利用，不僅降低淀粉的利用率，也影響水解糖液的質(zhì)量。淀粉水解糖的質(zhì)量直接關(guān)系到生產(chǎn)菌的生長(zhǎng)速率及代謝產(chǎn)物的積累。淀粉水解糖淀粉：外觀：白色，圓形、橢圓形、多角形。結(jié)構(gòu)：直鏈淀粉和支鏈淀粉。特性：無還原性、無甜味、不溶于冷水和有機(jī)溶劑淀粉糊化過程：淀粉熱水中能吸收水分膨脹，致使淀粉顆粒破裂，淀粉分子溶解于水中形成帶有黏性的淀粉糊。淀粉水解糖淀粉水解：1、酸解法：定義：以酸為催化劑，在高溫高壓下將淀粉水解為葡萄糖的方法。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備要求簡(jiǎn)單，水解時(shí)間短（20min），設(shè)備生產(chǎn)能力大。淀粉水解糖淀粉水解：1、酸解法：缺點(diǎn)：要求設(shè)備耐腐蝕、耐高溫、耐高壓副反應(yīng)多，造成淀粉的利用率降低對(duì)原料要求嚴(yán)格，淀粉顆粒不宜過大，淀粉乳濃度不能過高。淀粉水解糖淀粉水解：2.酶解法：用淀粉酶將淀粉水解為葡萄糖的過程。利用α－淀粉酶將淀粉液化轉(zhuǎn)為糊精及低聚糖，使淀粉的可溶性增加，這個(gè)過程稱為液化。利用糖化酶將糊精或低聚糖進(jìn)一步水解，轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟堑倪^程，稱為糖化。淀粉水解糖淀粉水解：2.酶解法：DE值：還原糖（所有測(cè)定的還原糖都當(dāng)作葡萄糖）占糖漿干物質(zhì)的百分比，用于表示淀粉水解程度及糖化程度。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，DE值越高，葡萄糖漿的級(jí)別越高。淀粉水解糖淀粉水解：2.酶解法：優(yōu)點(diǎn)：（1）反應(yīng)條件溫和。（2）副反應(yīng)少，因而水解糖液純度高，淀粉的轉(zhuǎn)化率（出糖率）高。（3）可在較