酶工程-发酵工艺条件及其控制资料.pptVIP

微生物发酵产酶的工艺流程 第三节 发酵工艺条件及其控制 菌种的保藏方法： 斜面保藏法、沙土管保藏法、真空冷冻干燥保藏法、低温保藏法、石蜡油保藏法等 选择保藏法的目的: 可以根据需要和可能进行选择, 以尽可能保持细胞的生长、繁殖和产酶特性。 一、细胞活化与扩大培养 细胞活化：保藏的菌种在用于发酵生产之前, 必须接种于新鲜的固体培养基上, 在一定的条件下进行培养, 使细胞的生命活性得以恢复, 这个过程称为细胞活化。 活化了的细胞需在种子培养基中经过一级乃至数级的扩大培养, 以获得足够数量的优质细胞。 细胞活化 种子扩大培养所使用的培养基和培养条件, 应当适合细胞生长、繁殖的最适条件。 种子培养基中一般含有较为丰富的氮源, 碳源可以相对少一些。 种子扩大培养时, 温度、p H 值、溶解氧等培养条件, 应尽量满足细胞生长和繁殖的需要, 使细胞长得又快又好。 种子扩大培养的时间一般以培养到细胞对数生长期为宜。 需要采用孢子接种时, 则要培养至孢子成熟期才能用于发酵。 接入下一级种子扩大培养或接入发酵罐的种子量一般为下一工序培养基总量的1% ～10% 。 种子扩大培养 培养基：指人工配制的用于细胞培养和发酵的各种营养物质的混合物。 设计和配制培养基： 首先, 要根据不同细胞和不同用途的不同要求, 确定各种组分的种类和含量, 并要调节至所需的p H 值, 以满足细胞生长、繁殖和新陈代谢的需要。 培养基有多种多样，千差万别。 但培养基的组分一般包括碳源、氮源、无机盐和生长因素等几方面。 二、培养基的配制 1. 培养基的基本组分 （1）碳源：是指能够为细胞提供碳素化合物的营养物质。一般情况下,碳源也是为细胞提供能量的能源。 最常用的碳源: 淀粉及其水解物，如糊精、麦芽糖、葡萄糖等。 （2）氮源: 是指能向细胞提供氮元素的营养物质。 有机氮源: 蛋白质及其水解产物 无机氮源: 含氮的无机化合物 碳氮比(C／N): 是指培养基中碳元素(C)的总量与氮元素(N)总量之比。可通过测定或计算培养基中碳和氮的含量而求出。有时也采用培养基中碳源总量和氮源总量之比来表示碳氮比。 (碳和氮两者的比例对酶的产量有显著的影响。) （3）无机盐: 提供细胞生命活动所必不可缺的各种无机元素, 并对细胞内外的p H 值、氧化还原电位和渗透压起调节作用。 可分为主要元素(大量元素)和微量元素两大类。 主要元素：磷、硫、钾、钠、镁、钙等。微量元素有：铜、锰、锌、钼、钴、碘等。 微量元素：细胞生命活动不可缺少的，但需要量很少，过量反而会引起不良效果，必须严加控制。 （4）生长因素：细胞生长繁殖所必不可缺的微量有机化合物，主要包括各种氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素，以及动植物生长激素等。 最适pH值： 细菌和放线菌的 中性或微碱性（pH 6.5~8.0)； 霉菌和酵母的为偏酸性(pH 4.0~6.0)； 植物细胞生长的最适pH值为 5~6。 细胞发酵产酶的最适pH值常接近于该酶反应的最适pH值。 所以在细胞培养和发酵过程中，必须对培养基的pH值进行适当的控制和调节。pH值的调节可以通过改变培养基的组分或其比例来实现。必要时可使用缓冲溶液，或添加适宜的酸、碱溶液，以调节控制培养基中pH值的变化。 三、 pH值的调节 不同的细胞有各自不同的最适生长温度。 细胞发酵产酶的最适温度与最适生长温度有所不同，而且往往低于最适生长温度，这是由于在较低的温度条件下，可提高酶的稳定性，延长细胞产酶时间。 在细胞生长和发酵产酶过得中，由于细胞的新陈代谢作用，不断放出热量，会使培养基的温度升高，同时，热量不断扩散和散失，又会使培养基温度降低，两者综合，决定了培养基的温度． 温度控制的方法：一般采用热水升温，冷水降温，故此在发酵罐中，均设计有足够传热面积的热交换装置，如排管、蛇管、夹套、喷淋管等。 四、温度的调节控制 细胞的生长繁殖以及酶的生物合成过程需要大量的能量。为了满足细胞生长和发酵产酶的需要，培养基中的能源物质(一般是碳源提供)必须经有氧降解才能产生大量的ATP。为此，必须供给充足的氧气。 在培养基中生长和发酵产酶的细胞，一般只能利用溶解在培养基中的氧气——溶解氧。 由于氧是难溶于水的气体，培养基中含有的溶解氧并不多，很快就会被细胞利用完。为此，必须在发酵过程中连续不断地供给无菌空气，使培养基中的溶解氧保持在一定水平，以满足细胞生长和产酶的需要。 五、溶解氧的调节控制 调节溶氧速率的方法 : (1) 调节通气量 (2) 调节氧的分压 (3)