第四章培养基

• 锌、镁、钴是某些酶的辅酶和激活剂。锌：微量可
以促进菌体生长。镁除能激活一些酶活性外，能提
高卡那霉素、新霉素、链霉素的产生菌对自身产物
的耐受性。钴组成V12的元素之一，如庆大霉素发
酵培养基中加一定量的钴（0.1-10ug/ml），能延 长发酵周期，还能使抗生素产量成倍增加。 • Na：维持细胞渗透压的功能K：影响细胞膜透性Ca： 调节细胞透性，调节磷酸盐含量。
（3）促进剂(promoter)：既不是营养物，又不是前
体，但却能提高产量的添加剂。 巴比妥盐能使利福霉素单位增加，并能使链霉素生 产菌自溶推迟，延长产物的分泌期。 酵母甘露聚糖可诱导 -甘露糖酶的产生，促使甘露糖 链霉素转化为链霉素。
聚乙烯醇衍生物可防止菌丝结球，提高糖化酶的产量。 表面活性剂可增加渗透性、促使固体物分散从而强化
提供菌体的氮素营养。
3、培养基成分配比的选择 目前只能参照前人的经验配方，结合所用菌种和 产品的特征，采用摇瓶等小型发酵设备，对C、N、无 机盐和前体等进行逐个单因子试验，观察这些因子对
菌体生长和产物合成量的影响。最后再综合各因素的
影响，采用正交试验或均匀设计得到一个适合该菌种 的生产配方，以获得高产。
正交试验设计
• 根据问题要求及客观条件列出因子水平 表。 • 选用合适的正交表，设计正交表头。 • 根据正交表给出的试验方案设计试验。
• 对试验结果进行分析，选出较优试验条 件及对结果有显著影响的因子。
正交实验结果
正交设计直观分析图
方差分析结果
产物合成期，发酵液pH值不应出现大的波动。
不同的菌体，不同的产品，对培养基的要求是不同的。
不同的发酵产品，培养基的状态、粘度、各成分的含
量也是不同的。因此，应根据不同的情况选择发酵培养基。
发酵培养基选择的注意事项（7点）：
1．必须提供合成细胞和发酵产物的基本成分。
2．有利于提高培养基中产物的浓度，以提高单
常用的有机氮源和无机氮源有哪些，各有什么特点？
3、无机盐及微量元素
• （1） 构成微生物细胞的组成成分 • （2） 调解微生物细胞的渗透压PH值和氧 化还原电位。 • （3） 有些如S、Fe还可做为自养微生物 的能源。 • （4） 构成酶活性基的组成成分，维持E 活性。Mg、Ca、K是多种E的激活剂。
（C6H10O5）n C6H12O6 水解 发酵 n C6H12O6 C5H9O4N+ CO2 +H2O + Q
所以 100Kg 淀粉理论上可以产谷氨酸的量 Ｙ＝1 147 100/162=90.74 Kg
次级代谢产物生物合成途径了解有限，化学计算比较
困难，但有人根据物料平衡计算了碳源转化为青霉素的得
（２）、选用适当的碳氮比。
根据元素组成：酵母菌的碳氮比约为10020；霉
菌的碳氮比约为10010。
一般发酵工业的碳氮比约为100 0.2~2.0，但在氨
基酸发酵中，碳氮比就高。如谷氨酸发酵
C:N=100:15~21，若碳氮比为100:0.2~2.0，则会出现 只长菌体，而不产谷氨酸的现象。
• 种类
（1）构成微生物细胞以C、H、O、N、P、S六种元 素为主，约占细胞干重的95％以上； （2）Ca、K 、Mg、Fe为大量元素，以无机盐阳离 子形式被吸收，配培养基进要加磷酸盐、硫酸盐。
（3）Zn、Ca、Mn、Co、Mo等微量元素，在微生物
培养中有0.1PPM就可以了，自来水原料中以够用，
为宜，达到较高的溶氧量，以便菌体生长繁殖，还要
维持稳定的pH值。
为使培养的种子能较快适应发酵罐内的环境，在 设计种子培养基时最好较接近发酵培养基。
发酵培养基（fermentation medium）：
供菌体生长和合成大量代谢产物用的培养基。
要求此种培养基的组成丰富完整，营养成分浓度和粘
度适中，即利于菌体生长，又利于合成大量的代谢产物。
例如：亚硫酸氢纳是乙醇代谢的抑制剂，促使甘油形成。
溴化剂抑制金霉素形成，促使四环素的生成。
e.g. 微生物发酵法生产甘油。在发酵液中加入亚硫酸 氢纳，它与代谢过程中产生的乙醛生成加成物：
CH3CHO+NaHSO3 CH3 CH OH
OSO3Na
使乙醇代谢途径中的乙醛不能成受氢体，而使 NADH在细胞中积累，从而激活 -磷酸甘油脱氢酶的 活性，使磷酸二羟基丙酮取代乙醛作为NADH 的受氢 体，而还原为 - 磷酸甘油，其水解后即形成甘油。
2、根据形状可分为:
固体培养基（solid medium）
半固体培养基（semi-solid medium）
液体培养基（ liquid medium）
3、根据用途可分为:
孢子培养基（ spore medium ）： 制备孢子用的培养基。要求菌种在这种培养基上能 形成大量的优质孢子，但不能引起菌种的变异。该培养基 的基质浓度（有机氮）要低些，否则影响孢子的的形成。
• 碳源：供给能量和构成菌体细胞以及代谢产物的基础。 有糖类、脂肪、某些有机酸等。
• 氮源：分为有机氮源和无机氮源。构成菌体成分，酶的 组成分，调节渗透压、PH值、氧化还原电位等。 • 无机盐：铅、镁、硫、磷、钾、钠、氯、锌、钴、锰。
• 特殊生长因子：构成辅酶的组成分，促进生命活动的进 行。如生物素、硫胺素、肌醇等。 • 水
无机盐要适量，否则影响孢子的数量和质量。还要注意培
养基的pH和湿度。
常用的有麸皮、大（小）米，由葡萄糖、无机盐、蛋
白胨等配制的琼脂斜面培养基。
种子培养基（ seed medium ）：
供孢子发芽和菌体生长用的培养基。
营养成分应是易于被菌体吸收利用，且完全丰富。
其中N源和维生素的含量应高些，但总浓度以略稀薄
• 原料因地制宜、价格低廉、便于采购运 输、保证供应 • 能满足总体工艺要求：如不应该影响通 气、提取、纯化等。
一、
培养基的类型及功能
1、根据纯度可分为:
天然培养基(complex /undefined medium) 合成培养基(defined medium)
问题：适合发酵的是哪种培养基，为什么？
位容积发酵罐的生产能力。
3．有利于提高产物合成速度，缩短发酵周期。
4．尽量减少副产物的形成，便于产物的分离纯
化。
5．有利于减少培养基原料的单耗。
6．原料价格低廉，质量稳定，取材容易。 7．所用原料尽可能减少对发酵过程中通气搅 拌的影响，利于提高氧的利用率降低能耗， 并尽可能减少产生“三废”的物质。
1、工业常用的碳源
• 葡萄糖：纯葡萄糖、淀粉水解液 • 乳糖： 纯乳糖、乳清粉
• 淀粉：大麦、大米、燕麦粉、黑麦粉、玉米、野生植物、 薯类等 • 蔗糖：甜菜糖蜜、甘蔗糖蜜、粗红糖、精白糖 另外还有醋酸、乙醇、亚硫酸纸浆废液、食品 工厂的下脚料如糖蜜等。
糖蜜（molasses)是制糖厂生产糖时的结晶母液，
第四章 微生物培养基
培养基是提供微生物生长繁殖和生物合成 各种代谢产物所需要的、按一定比例配制的 的多种营养物质的混合物。 培养基组成对菌体生长繁殖、产物的生 物合成、产品的分离精制、产品的质量和产 量都有重要的影响。
大规模发酵培养基共同特点
• 培养基能够满足产物最经济合成 • 发酵形成副产品尽可能少
高到100 g/ml 。玉米浆中含有苯乙胺，它被优先结合到
青霉素分子中去，从而提高产量。
（2）抑制剂（inhibitor）： 在发酵过程中能产生抑制作用的物质
在发酵过程中加入某些抑制剂会抑制某些代 谢途径的进行，同时会使另一个代谢途径活跃， 从而获得人们所需的某种产物或使正常代谢的某 一中间物积累起来。
• 诱导剂、前体和促进剂：胞外酶合成需要诱导物、有些 需要促进剂，抗生素需要前体。
不同发酵产物，不同菌种选择的发酵培养基是不同的。
白酒 (chinese spirit)发酵：固体发酵培养基；
果酒(fruit spirit)发酵：果汁；
啤酒(beer) 发酵：麦芽汁液体培养基； 酒精(alcohol)发酵：淀粉糖化醪； 氨基酸(amino acid)发酵：水解糖液加其他营养成分； 柠檬酸(citric acid)发酵：淀粉液化醪 乳酸(lactic acid)发酵：淀粉糖化醪； 甲烷(methane)发酵：复杂的有机废物发酵； 抗生素(antibiotic)发酵：淀粉糖化醪+豆饼粉+麸皮粉；
（3）、pH的要求：
注意生理酸性盐、碱性盐和pH缓冲剂的加入和搭配。
生理酸性盐：如(NH4)2SO4为氮源时，由于NH4+被吸收， 而造成培养基pＨ降低。 生理碱性盐：如以KNO3为氮源时，由于硝酸根被利用， 会引起培养基pＨ值的升高。
在生产中，采用NH4NO3作为氮源，但NH4 +和NO3- 并 不是等速被微生物吸收， NH4 +吸收较快， NO3- 随后才吸 收。工业生产中常用无机氮源有氨水或尿素作为氮源。 尿素被菌体的脲酶分解产生氨，
传质和传氧的作用。
三、培养基的设计和优化
1、培养基选择的依据
（1）根据不同菌种或细胞的特点（菌种的同化能力） （2）代谢的阻遏和诱导 （3）合适的碳氮比 （4）pH要求
2、配制培养基应注意的问题
（1）、考虑碳源、氮源时，要注意快速利用
碳／氮源和慢速利用碳／氮源的相互配合，发 挥各自优势，避其所短。例如葡萄糖效应。
率。
Cooney(1979)根据化学反应计量关系和经验数据得出 下式: 10 C6H12O6 +12NH3+3O2+6H2SO4+6C8H8O12（苯乙酸） ６C１６H１８O４N4S+12CO2+54H2O 青霉素的理论得率为每克葡萄糖得1.1克青霉素G。
2、工业常用的氮源
常用有机氮源豆饼粉、花生饼粉、麸皮或麸皮水解液、 玉米浆等。 根据：现有的工艺条件 菌种生长和合成产物时pH的变化 最适pH的控制范围 综合考虑选用生理酸／碱性物质及用量，从而保证 pH能维持在最佳状态。 思考题：