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發酵培養基中各種成分的定量

發酵工業用原料通常以糖質或淀粉質等碳水化合物(即糖類)為主,加入少量有機氮源和無機氮源,只要不含毒物,一般無精制的必要,微生物本身能有選擇地攝取所需要的物質。微生物還可以利用非碳水化合物作基質,可利用天然氣、正烷烴、石油提煉中的二次產品(醋酸,甲醇、乙醇等)和氫氣。 原料不同處理方法也不同,糖蜜原料用丁酵母和酒精發酵,需進行加熱殺菌和稀釋,補充無機鹽等預處理。淀粉質原料廣泛用于生產酒精、檸檬酸、谷氨酸等發酵,需先將淀粉轉化為葡萄糖等可發酵性糖或低分子糊精。碳氫化合物原料是指一定餾分的石油經冷卻脫脂而獲得的凝固點在- 10℃的油,加入適量無機鹽進行接種發酵,甲烷,甲醇等碳源無需預先處理可用于生產酵母等單細胞蛋白。 發酵培養基是供微生物生長繁殖和合成大量產物的培養肇基。 所以要求發酵培養基既要有利于微生物的生長繁殖,防止菌體過早衰老,又要有利于產物的合成:因此,培養基中營養成分除碳源、氯源、無機鹽、生長因子及水等五類物質外,還要有前體、促進刺和抑制劑等物質。 發酵培養基中的碳源物質除了提供合成細胞結構物質所需碳素外,更重要的是提供目的產物中的碳及合成產物的能源。所以,碳源物質在發酵培養基中的含量要遠遠大于其在種子培養基中的含量。例如,在谷氨酸發酵中,種子培養基中的糖量為1%~2.5%,而在發酵培養基中總糖量(初糖+流加糖)可以達到16%—18%.遠高于在種子培養基中的含量。發酵培養基的碳源多為淀粉,淀粉水解糖、糖蜜、有機酸、低碳醇、脂質、烴類等。 氮源物質在發酵培養基中的含量因發酵目的產物不同而不同。如果目的產物無氮素的存在(如酒精發酵),培養基中的氮僅夠菌體繁殖之用就可以了。但如果目的產物中有氮素存在(如氨基酸發酵),發酵對氮源的需求就要大大增加。通常所用的氮源可分為有機氮源和無機氮源。有機氮源如黃豆餅粉、花生餅粉、棉子餅粉,玉米漿、蛋白胨、酵母粉、魚粉、蠶蛹粉、發酵菌絲體和酒糟等;無機氮源如氨水,液氧、尿素、硝酸鹽和銨鹽等。 無機鹽也是發酵培養基中必需的成分之一,在發酵當中對菌體生長和產物合成都有十分重要的影響:磷是所有微生物生長所必需的,對微生物的生長有明顯的促進作用。但在有的發酵中,磷過量常會抑制產物的合成。例如,在谷氨酸生產中,若磷的濃度過高,會抑制6-磷酸葡萄糖脫氫酶的活性,導致代謝轉向纈氨酸方向。 許多其他次級代謝產物的產生也都受磷濃度的影響。但也有些產物的生產需要較高濃度的磷,如用黑曲霉和地衣芽孢桿菌生產ɑ-淀粉酶時,高濃度的磷能顯著提高ɑ-淀粉酶的產量。硫是青霉素、頭孢菌素等分子中的組成元素。在這些產物的發酵培養基中,需要加入硫源。鐵也是微生物有氧氧化必不可少的元素。但不同發酵對鐵的需求不同。如在檸檬酸發酵中,鐵離子激活順烏頭酸酶,使檸檬酸轉化為異檸檬酸,降低了檸檬酸的產量,所以擰檬酸發酵培養基中要少含鐵。Mg、Zn、Co、Cu、Mn等微量元素是某些酶的輔酶或激活劑,它們對微生物大量合成某些產物如氨基酸、抗生素、維生素等起到重要的作用。 本文參考《發酵工程原理與技術》一書。
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