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一、種子擴大培養的任務(wù)
現代發(fā)酵工業(yè)的生產(chǎn)規模越來(lái)越大，每只發(fā)酵罐的容積有幾十立方米甚至幾百立方米，要使小小的微生物在幾十小時(shí)的較短時(shí)間內，完成如此巨大的發(fā)酵轉化，必須具備數量巨大的微生物細胞。菌種擴大培養的目的就是為每次發(fā)酵罐的投料提供相當數量的、代謝旺盛的種子。因為發(fā)酵時(shí)間的長(cháng)短和接種量的大小有關(guān)，接種量大，發(fā)酵時(shí)間短。將較多數量的成熟菌體接入發(fā)酵罐中，有利于縮短發(fā)酵時(shí)間，提高發(fā)酵罐利用率，也有利于減少染菌的機會(huì )。因此，種子擴大培養的任務(wù)，不但要得到純而壯的培養物，而且要獲得活力旺盛的、接種數量足夠的培養物。對于不同產(chǎn)品的發(fā)酵過(guò)程來(lái)說(shuō)，必須根據菌種生長(cháng)繁殖速度的快慢決定種子擴大培養的級數。例如，抗生素生產(chǎn)中，放線(xiàn)菌的細胞生長(cháng)繁殖速度較慢，常用三級種子擴大培養，即將種子罐中的菌絲移植到較大的種子罐中擴大培養后，再移入發(fā)酵罐中，這種流程稱(chēng)為三級發(fā)酵。一般50t 發(fā)酵罐多采用三級發(fā)酵，有的甚至采用四級發(fā)酵，如鏈霉素生產(chǎn)。三級發(fā)酵的流程如下：
斜面菌種→一級種子搖床培養→二級種子罐培養→三級種子罐擴大培養→發(fā)酵罐
二、工業(yè)微生物的培養類(lèi)型
工業(yè)微生物的培養方法分為靜置培養和通氣培養兩大類(lèi)型。
靜置培養法是將培養基盛于發(fā)酵槽中，在接種菌種后，不通空氣進(jìn)行發(fā)酵，又稱(chēng)為嫌氣性發(fā)酵。例如，酒精、丙酮、丁醇、乳酸等的發(fā)酵均屬于此類(lèi)型。
通氣培養法的生產(chǎn)菌種以需氧菌和兼性需氧菌居多，它們生長(cháng)的環(huán)境必須供給空氣，以維持一定的溶解氧水平，菌體才能迅速生長(cháng)和發(fā)酵，又稱(chēng)為好氣性發(fā)酵。例如，谷氨酸、核苷酸、有機酸和酶制劑等的發(fā)酵均屬此類(lèi)型。通氣培養法又可分為液體培養與固態(tài)培養兩大類(lèi)型，其中每一類(lèi)型又有表層與深層之分。例如，用作種子擴大培養的方法可分為：
( 1 ）液體培養法�？煞譃槿瞧繐u床振蕩式和回轉式兩種。搖瓶通氣量的大小與搖床轉數、三角瓶裝液量比、液體特性等有關(guān)。例如，搖床轉數越高，通氣量越大，而三角瓶裝液量比越小，即三角瓶容量越大、裝液量越少的溶解氧水平越高。
( 2 ）表面培養法需克氏瓶、瓷盤(pán)等，菌體生長(cháng)于培養基表面。
( 3 ）固態(tài)培養法需三角瓶、蘑菇瓶、克氏瓶、培養皿等裝填固體培養基進(jìn)行培養。
大規模工業(yè)生產(chǎn)常用的培養方法包括淺盤(pán)固體培養（如固體曲）、深層固體培養（機械通風(fēng)制曲）、淺盤(pán)液體培養、深層液體通氣培養、載體培養、兩步法液體深層培養等。
1 ．固體培養
固體培養又分為淺盤(pán)固體培養和深層固體培養，統稱(chēng)曲法培養，它來(lái)源于我國釀造生產(chǎn)特有的傳統制曲技術(shù)。固體培養的最大特點(diǎn)是固體曲的酶活力高，但存在勞動(dòng)強度大的缺點(diǎn)。目前，深層固體通風(fēng)制曲可在曲房周?chē)褂醚h(huán)的、冷卻增濕的無(wú)菌空氣控制溫度和濕度，并且能適應菌種在不同生理時(shí)期的需要靈活調節，曲層的翻動(dòng)全盤(pán)自動(dòng)化。
2 ．液體深層培養
淺盤(pán)液體培養法曾用于生產(chǎn)檸檬酸，但由于占地面積大，技術(shù)管理不便，隨著(zhù)檸檬酸發(fā)酵生產(chǎn)規模的擴大，淺盤(pán)液體培養很決為液體深層培養所代替。例如，青霉素發(fā)酵初期階段曾采用玻璃瓶培養法，到了1946 年改用深層液體培養法大量生產(chǎn)。隨后，液體曲、檸檬酸、谷氨酸、肌苷酸及其他發(fā)酵工業(yè)先后采用此法進(jìn)行生產(chǎn)。液體深層培養的特點(diǎn)是容易按照生產(chǎn)菌種對代謝的營(yíng)養需求以及不同生理時(shí)期對通氣、攪拌、溫度與培養基中氫離子濃度等的要求，選擇最佳培養條件。因此，目前幾乎所有好氣性發(fā)酵都采取液體深層培養法。目前發(fā)酵罐的最大容積為500 ～1000t ，溶解氧、溫度、pH 值等均由自控儀表控制。但是，液體深層培養容易感染雜菌，無(wú)菌操作要求高，在生產(chǎn)上防止雜菌污染是一個(gè)十分重要的問(wèn)題。
3 ．載體培養
載體培養源于曲法培養，同時(shí)又吸收了液體培養的優(yōu)點(diǎn)，是一種較新的培養方法。其特征是以天然或人工合成的多孔材料代替麩皮之類(lèi)的固態(tài)基質(zhì)作為微生物生長(cháng)的載體，營(yíng)養成分可以嚴格控制。發(fā)酵結束后只需將菌體和培養液擠壓出來(lái)進(jìn)行抽提，載體又可以重新使用。據報道，載體培養的霉菌、酵母、放線(xiàn)菌可以提取多種產(chǎn)物，如色素、肌苷酸、酶等。載體的取材必須經(jīng)得起蒸汽加熱或藥物滅菌，具有多孔結構以保證足夠的表面積，又能允許空氣流通。對于其幾何形狀無(wú)特殊要求，形體大小應有適當范圍。關(guān)于載體種類(lèi)，目前以脲烷泡沫塑料塊用得較多，石棉已很少采用。以泡沫塑料塊為例，每塊的平均質(zhì)量
4．兩步法液體深層培養
兩步法液體深層培養在酶制劑生產(chǎn)和氨基酸生產(chǎn)方面應用較多。酶制劑生物合成的兩步法液體深層培養，其每一步菌體相同而培養條件不同，因為微生物生長(cháng)與產(chǎn)酶的最適條件往往有很大差異。例如，往培養基中添加葡萄糖能大大增加菌體或菌絲的生長(cháng)，卻嚴重阻礙許多酶的合成。加強培養液的通氣雖能促進(jìn)微生物生長(cháng)，但在多數場(chǎng)合反而抑制酶的合成。為了取得最大量的活性酶，必須確定一種調節方法，既要求細胞的單位酶活性高，又要求細胞的數量多，也就是說(shuō)，給菌種在各個(gè)生理時(shí)期創(chuàng )造不同的條件。兩步法液體深層培養就是實(shí)現這種調節方法的具體措施之一，該法已在葡萄糖異構酶、α-甘露糖苷酶的微生物合成方面收到成效。酶制劑生產(chǎn)兩步法的特點(diǎn)是將菌體生長(cháng)條件（營(yíng)養期）與產(chǎn)酶條件（自我繁殖期）區分開(kāi)來(lái)，因而更容易控制各個(gè)生理時(shí)期的最適條件。菌種先在營(yíng)養豐富的培養基上大量繁殖，然后收集菌體濃縮物，洗滌后轉入添加誘導物的產(chǎn)酶培養基。在此期間，菌體積累了大量的酶，一般不再繁殖，營(yíng)養成分或誘導物可得到充分利用。
氨基酸生物合成的兩步法液體深層培養，其每一步的菌種和培養基均不相同。第一步是有機酸發(fā)酵或氨基酸發(fā)酵，第二步是在微生物產(chǎn)生的某種酶作用下把第一步產(chǎn)物轉化為所需的氨基酸。所以，這種氨基酸發(fā)酵生產(chǎn)方法又稱(chēng)為酶轉化法。許多種氨基酸均可以通過(guò)兩步法液體深層培養制得，但由于兩步法工藝繁雜，目前谷氨酸、賴(lài)氨酸、丙氨酸等大多數是利用直接發(fā)酵生產(chǎn)。盡管如此，兩步法液體深層培養仍有其實(shí)用價(jià)值，事實(shí)上有些氨基酸的生產(chǎn)還沒(méi)能選育到適合直接發(fā)酵所需的菌種，而必須采用兩步法生產(chǎn)。同時(shí)，這種方法對于研究微生物細胞內的酶系統和氨基酸的生物合成途徑具有一定的作用和意義。
