崭新发酵方式的工艺分析1

崭新发酵方式的工艺分析1――此发酵的培养基配制分析及其注意点

  崭新发酵方式是：选用一新种的植物内生丝状真菌为菌种，以新鲜植物的花、果、种子、茎、叶等为基质，加入蒸馏水，在发酵罐中进行缺氧液态发酵。

  首先介绍配制工业发酵培养基的一般要求：

（1）营养物质的组成比较丰富，浓度恰当，能满足菌种发芽和生长繁殖成大量的有生理功能的菌丝体之需要，更重要的是能显示出产物合成的潜力；

（2）在一定条件下，所采用的各种原材料彼此之间不能产生化学反应，理化性质相对稳定；

（3）粘度适中，具有适当的渗透压；

（4）要考虑所选用的原材料的品种和浓度与代谢产物生物合成过程中的调节关系。要利于主要产物的生物合成并能维持较长时间的最高生产速率，不需要的产物的合成速率降至最低；

（5）生产过程中，即不影响通气与搅拌的效果，不影响或稍影响产物的分离精制和废物处理；

（6）大生产中选用的原材料尽量做到因地制宜，质优价廉，成本低。

  其次，培养基条件与微生物生理学和形态学的相关性：

   培养基条件是指培养基组成、PH值、二价阳离子、阴离子聚合物、表面活性剂和固形物含量等。这些因素对微生物的生理学和形态学有较大的影响，微生物合成次级代谢产物的能力与培养基的条件密切相关。另外，培养基的组成可改善细胞的通透性。

  再次，在该微生物的发酵中，只有种子扩大培养，需要种子培养基；在主要发酵过程中是以新鲜植物的花、果、种子、茎、叶等为基质的，不需要发酵培养基。

   种子培养基是供孢子发芽和菌体生长繁殖用的。营养成分应是易被菌体吸收利用的，同时要比较丰富与完整，其中氮源和维生素的含量应略高些，但总浓度以略稀薄为宜，以便菌体的生长繁殖。发酵中种子质量对发酵水平的影响很大，因此种子培养基能使菌体快速的和大量繁殖菌丝，并使菌丝粗壮，各种有关的初级代谢酶的活力提高。

  下面论述该发酵方式中具体培养基组分的选择及其注意点：

（1）种子培养基应选择能被快速利用的碳源和氮源，碳源选择葡萄糖，氮源选择铵盐，成分单一，质量稳定，铵盐中的氮（三价的）与细胞中有机氮化合物中的氮处于相同的氧化水平，可被菌体直接吸收利用；

（2）无机盐和微元素：

  磷元素可选用磷酸盐；铁元素可省略；钾、锌、镁、钴可选用无机盐和 微生素；钠、钙可省略；水可选用深井水；生长因子可选用少量原宿主植物提取液；前体可省略；

（3）培养基中碳氮比的要求：

  培养基中碳氮比对微生物生长繁殖和产物合成的影响极为明显。另外，碳氮比不当还会影响菌体按比例地吸收营养物质，直接影响菌体的生长和产物的形成。一般情况下，碳氮比约为100：0.2~2.0。

（4）在配制培养基时，应考虑PH缓冲剂的加入和搭配。从某种角度可以说是，铵盐与磷酸盐的加入和搭配；

（5）培养基成分的浓度：

  其浓度与发酵单位、发酵液粘度和溶解氧有密切关系。在该发酵方式中，我们选择“稀配方”，因为它即能降低成本，灭菌容易，氧传递不是重点要考虑的因素。如果营养成分缺乏，在主发酵阶段，菌种能迅速侵染基质细胞，吸收所需要的营养物质，这正是该发酵方式所需要的。

  总之，具体情况，具体分析。不同的微生物所需要的培养基成分不同，不同的发酵生产所需要原材料也不同。要确定一个适合工业规模生产的发酵培养基，并不是一件简单的事情。首先必需先做一些调查研究工作，要了解生产菌的来源、生活习性，生理生化特性和一般的营养要求，其次，对生产菌种的培养条件，生物合成的代谢途径，一般提取方法和产品质量要求等也需要有所了解，以便在选择培养基时做到心中有数。

  虽然目前还不能完全从生化反应的基本原理来推断和计算出适合某一菌种的培养基配方，只能用生物化学、细胞生物学、微生物学等基本理论，参照前人所使用的较适合某一类菌种的经验培养基配方，再结合所用菌种和产品的特性，采用卡氏瓶、玻璃罐等小型发酵设备，对碳源、氮源、无机盐和前体等进行逐一单因子试验，观察这些因子对菌体生长和产物合成量的影响，得到一个比较适合该菌种的生产配方，以求得到高产。也可采用正交试验和 方差分析等数学方法来确定培养基的组分和浓度。详细论述在后面的微生物工艺优化的试验设计（或者是发酵过程的中试）中介绍。

参考文献

Q017     （工业微生物菌种选育与发酵控制技术）陈代杰   朱宝泉编著

X/R.1213    （发酵工艺原理）  主编    熊宗贵

TQ920.1   （微生物工程工艺原理）  姚汝华主编

TQ.29     （生物工艺学）俞俊棠  唐孝宣主编