发酵工业微生物菌种制备与培养基
发酵工艺 第2章 发酵工业微生物菌种制备原理和技术
微生物菌种保藏机构名称和缩写
中国 缩写
ACCC
SH IA CCGMC AS-IV
CAF
IFFI
ID IV CIVBP
名称 中国农业微生物菌种保藏管理中 心 上海市农业科学院食用菌研究所 中国医学科学院抗菌素研究所 普通微生物菌种保藏管理中心 中国科学院武汉病毒研究所 中国林业科学院菌种保藏管理中 心 轻工业部食品发酵工业科学研究 所 中国医学科学院皮肤病研究所 中国医学科学院病毒研究所 中国兽医药品监察所
最常用的工业微生物
放线菌
– 链霉菌属 – 小单孢菌属 – 地中海诺卡氏菌 – 米苏里游动放线菌
藻类
藻类包括数种不同类以光 合作用产生能量的生物。 它们一般被认为是简单的 植物，并且一些藻类与比 较高等的植物有关。虽然 其它藻类看似从蓝绿藻得 到光合作用的能力，但是 在演化上有独立的分支。 所有藻类缺乏真的根、茎、 叶和其它可在高等植物上 发现的组织构造。藻类与 细菌和原生动物不同之处， 是藻类产生能量的方式为 光合自营性 ；琼脂（棕 藻）
国外重要菌种保藏机构
1、ATCC：美国模式培养物（菌）保藏中心 2、NRRL：美国农业部北方开发利用研究部 3、CSH：美国冷泉港研究所 4、IAM：日本东京大学应用微生物研究所 5、IFO：日本发酵研究所（大阪） 6、NCTC：英国国立标准菌种收藏所 7、CBS：荷兰真菌中心保藏所
三、生产中常用菌种的分离、选 育（screening ）
（一）微生物菌种的分离 四步骤： 样品采集 增值培养 纯种分离 生产性能的测定
1.施加选择压力分离法
施加选择性压力分离法
主要是利用不同种类的微生物其生长繁殖对环境和营 养的要求不同，如温度、pH、渗透压、氧气、碳源、 氮源等，人为控制这些条件，使之利于某类或某种微 生物生长，而不利于其他种类微生物的生存，以达到 使目的菌种占优势．而得以快速分离纯化的目的。如 可以控制培养时的氧，可将好氧微生物和厌氧微生物 分开；通过控制温度，可将嗜热微生物和非嗜热微生 物分开；控制pH，可将嗜酸、嗜碱微生物分离等。在 分离培养基中也可以加入不同的抗生素或试剂来增加 选择性。如在分离放线菌和细菌时，可加入抗真菌抗 生素；分离真菌时，可加入抗细菌药物。
发酵工程(2)第二章 工业微生物菌种的选育与扩大培养
华根霉 ( Rhizopus chinentis )
酿酒所必须的重要霉菌，也是 酸性蛋白酶和腐乳生产中的重要菌 种。
2、毛霉 ( Mucor )
鲁氏毛霉 ( Mucor rouxianus ) 能糖化淀粉且能生成少量酒精；能产生
6、醋酸菌 (Acetobacter)
➢ 不形成芽孢，G－，好气性 ➢ 可生产醋酸.
7、棒状杆菌 (Corynebacterium) ➢ 是谷氨酸和其他氨基酸的高产菌.
8、短杆菌 (Brevibacterium)
氨基酸、核苷酸工业生产中常用的菌种，也是酶法 合成生产辅酶A的菌种.
9、黄单胞菌 (Xanthomonas)
5、假丝酵母 (Candida)
➢能形成假丝，液体培养时能 形成浮膜。 ➢可生产SCP、甘油、脂肪酶。
6、红酵母 (Rhodotorula)
➢有明显的红色或黄色色 素，很多种因生荚膜而形 成粘质状菌落。 ➢可由菌体提取大量脂肪、 -胡萝卜素。
7、棉病针孢酵母 ( Nematspora gossypii )
2、葡萄汁酵母 (Saccharomyces uvarum)
与酿酒酵母相似，主要的区别在于葡萄汁酵母能发酵 棉子糖和蜜二糖。
3、汉逊酵母 (Hansenula)
此属酵母多能产生乙酸乙酯，从而增加产品的香 味，可用于酿酒和食品工业。
4、球拟酵母 (Toruiopsis)
此属酵母有些种能产生不同比例的甘油、赤藓 糖、阿拉伯糖；有的能利用烃类生产蛋白质。
复筛 不纯 第四次平板分离
第三次菌种保藏
第四次原种斜面
初步工艺条件摸索
再复筛
生产工艺第三章 培养基制备 第三节培养基的配制
第三节 培养基的配制
3．渗透压 配制培养基时，应注意营养物质要有合适的浓度。营 养物质的浓度太低，不仅不能满足微生物生长对营养物质 的需求，而且也不利于提高发酵产物的产量和提高设备的 利用率。但是，培养基中营养物质的浓度过高时，由于培 养基的渗透压太大，会抑制微生物的生长。此外培养基中 的各种离子的浓度比例也会影响到培养基的渗透压和微生 物的代谢活动，因此，培养基中各种离子的比例需求要平 衡。在发酵生产过程中，在不影响微生物的生理特性和代 谢转化率的情况下，通常趋向在较高浓度下进行发酵，以 提高产物产量，并尽可能选育高渗透压的生产菌珠。当然， 培养基浓度太大会使培养基黏度增加和溶氧量降低。
第三节 培养基的配制
1．根据微生物的培养需要 不同的微生物所需要的培养基成分是不同的，要确 定一个合适的培养基，就需要了解生产用菌种的来源、 生理生化特性和一般的营养要求，根据不同生产菌种的 培养条件、生物合成的代谢途径、代谢产物的化学性质 等确定培养基。
第三节 培养基的配制
2．营养成分比例恰当 微生物所需的营养物质之间应有适当的比例，培养基 中的碳氮的比例（C/N）在发酵工业中尤其重要。如培养 基中氮肥源过多，会引起微生物生长过于旺盛，而不利于 产物的积累；氮源不足，则微生物菌体生长过于缓慢。当 培养基中的碳源供应不足时，容易引起微生物菌体的衰老 和自溶。培养基的碳氮比不仅会影响微生物菌体的生长， 同时也会影响到发酵的代谢途径。不同的微生物菌种、不 同的发酵产物所要求的碳氮比是不同的。即使是同一微生 物在不同的培养阶段，对培养基的碳氮比的要求也是不一 样的。
第三节 培养基的配制
为了减少实验次数，可考虑用“正交试验设计”等数 学方法来确定培养基给分和浓度，它可以通过比较少的实 验次数而得到较满意的结果，另处，还可通过方差分析， 确定哪些因素影响较大，以引起人们的注意。
微生物发酵工艺的流程
微生物发酵工艺的流程微生物发酵工艺是一种利用微生物介导的发酵过程，将原料转化为有用产物的技术。
它广泛应用于食品、饮料、药品、化妆品、生物燃料等产业。
微生物发酵的流程可以概括为以下几个步骤：选择合适的微生物菌种、培养菌种、发酵培养基的制备、发酵过程中的控制和管理、及产物的提取与分离纯化。
首先，选择合适的微生物菌种是微生物发酵工艺的第一步。
根据工艺的要求和产物的需要，选择具有理想发酵性能的菌种。
常用的微生物菌种包括酵母、乳酸菌、醋酸菌、酱油菌等。
菌种的选择主要考虑产物的特性、发酵条件、菌种的稳定性、耐受性以及生产的经济性等因素。
其次，培养菌种是发酵工艺的关键环节。
通常使用液体或固体培养基来培养菌种。
液体培养是最常见的方法，通过加入适量的营养物质（碳源、氮源、无机盐等）和调整好的pH值、温度和氧气条件等，促使微生物菌种生长繁殖。
固体培养则涉及将营养物质包裹在固体载体中，例如琼脂、玉米粉等。
培养时间因物种的不同而异，一般需要在合适的温度和条件下培养一定时间。
制备发酵培养基是微生物发酵的另一个重要步骤。
发酵培养基中的成分主要包括碳源、氮源、无机盐、微量元素和调节剂等。
对于不同的微生物菌种，营养需求略有不同。
因此，根据具体的工艺要求，需要调节发酵培养基的成分，并且经过消毒，以避免污染物对发酵过程的干扰。
发酵过程的控制和管理是微生物发酵工艺中的核心环节。
在发酵过程中，温度、pH值、氧气供应和搅拌等参数需要被精确控制。
这些参数的控制对于发酵过程中微生物的生长、代谢和产物生成都至关重要。
温度过高或者过低，pH值偏高或者偏低，氧气供应不足或者过多，都可能导致微生物生长受阻、代谢途径受限，从而影响产物的生成和产量的提高。
此外，还需要注意发酵过程中的消毒工作，以防止细菌、真菌和病毒的污染。
最后，产物的提取与分离纯化是微生物发酵工艺的最后一步。
发酵过程中合成的产物通常是复杂的混合物，需要经过提取和分离纯化才能得到所需的目标产物。
发酵培养基及制备
同理，可以计算并确定B3、C3、D1分别为B、 C、D因素的优水平。四个因素的优水平组合 A2B3C3D1为本试验的最优水平组合，即酶法 液化生产山楂清汁的最优工艺条件为加水量 50mL/100g，加酶量7mL/100g，酶解 温度为50℃,酶解时间为1.5h。
• 根据生产实践和科学试验的不同要求选择 • 根据经济效益分析选择培养基
–价廉、来源Βιβλιοθήκη 富、运输方便、就地取材、无毒二、发酵培养基成分选择的原则
• 不同的微生物所需要的培养基成分是不同 的，要确定一个合适的培养基，就需要了 解生产根据不同生产菌种的培养条件、生 物合成的代谢途径、代谢产物的化学性质 等确定培养基。
3
2
1
3
2
1
3
18
3
3
2
1
42
不考察交互作用的试验结果分析
（1） 确定试验因素的优水平和最优水平组合
分析A因素各水平对试验指标的影响。由表3可以看出，A1 的影响反映在第1、2、3号试验中，A2的影响反映在第4、5、 6号试验中，A3的影响反映在第7、8、9号试验中。
A因素的1水平所对应的试验指标之和为
度。Rj越大，说明该因素对试验指
标判的断影因响素越的大主。次根顺据 序。Rj大1小. ，计可算以
Kjm，kjm
极差分析法－R法
Rj 因素主次
2. 判断 优水平
优组合
试验号
1 2 3 4 5 6 7 8 9
因素
液化率
A
B
C
D
％
1
1
1
1
0
1
2
2
微生物菌种选育实验指导
《微生物菌种选育实验》是一门涉及食品理化分析、微生物学实验且由学生自行设计实验方案的综合性、设计性实验课程，集中三周时间开课。
一、实验目的通过本环节训练，加深对发酵工程上游技术中菌种筛选的认识；学会常规选种方法；掌握微生物诱变育种的方法；掌握常规工业微生物菌种保藏法；树立科学认真仔细的态度，培养科研协作精神。
二、实验内容实验一工业微生物菌种分离根据一定的生产目的如产酶、产酸、产酯等，建立不同的筛选模型，并从特定的样品如曲药、酸乳、土壤中筛选出高产适宜的菌株。
1、分离培养基的配制2、无菌器材的准备3、菌悬液的制备4、接种5、培养6、初步鉴定(1) 菌落形态(2) 个体形态7、斜面接种培养实验二工业微生物菌种复筛通过摇瓶培养对实验一所得的菌株的生产性能进行精确的定量测定。
1、发酵培养基的配制；2、目的菌株的摇瓶培养；3、发酵液的生理活性测定。
实验三微生物的诱变育种用紫外线对实验一所得的高产菌株进行诱变，并测定诱变后的菌株的生产能力。
1、单细胞(或单孢子) 悬液的制备；2、致死曲线的测定；3、诱变处理；4、初筛；5、复筛；6、菌种保藏。
三、实验要求1．学生自行设计具体实验方案，在教师指导下由学生自主完成实验。
2．实验结束后，要求学生完成一篇微型小论文。
论文的撰写应本着实事求是的原则，对所做实验过程和数据进行认真、严格的记录和处理，并进行独立分析，不得抄袭他人的数据。
四、考核办法1、考核内容：实验方案、实验态度、操作技能、实验报告等。
2、考核办法：按照实验方案、实验态度、操作技能、实验报告等内容综合考核学生，得到学生该门实验课程的成绩。
成绩考核采用优秀、良好、中等、及格、不及格五级记分制。
3、考核标准：以实际操作技能和分析解决问题的技能为主，实验考核内容各单项所占分数比例为实验方案20%、实验态度10%、操作技能40%、实验报告30%。
微生物菌种选育概述微生物的菌种对进行微生物工作来讲是非常重要的。
没有“种”无法进行微生物的科学研究；没有良种，不能进行发酵工业的生产。
发酵工程第章-培养基的制备与灭菌
A、凝固培养基 ：即遇热可融化，冷却后则凝固的固 体培养基
B、非可逆性凝固培养基：指有血清凝固成的固体培 养基或由无机硅胶配成的凝固后即不能再融化的固体 培养基
C、天然固体培养基：由天然固体状基质直接制成的 培养基，如麸皮，米糠，木屑等
D、滤膜：是一种坚韧且带有无数微孔的醋酸纤维薄 膜，把它制成圆片状覆盖在营养琼脂或浸有培养液的 纤维衬垫上，形成了具有固体培养基性质的培养条件。
第二节 淀粉水解糖的制备
一、淀粉水解糖的制备方法 1、酸解法： 定义：以酸（无机酸或有机酸）为催化剂，在高温高
压下将淀粉水解为葡萄糖的方法. 优点：设备要求简单，水解时间短（20min），设备
生产能力大 缺点：高温高压下进行，设备要求耐腐蚀、耐高温、
耐高压，副反应多，对原料要求严格，淀粉颗粒不宜 过大，淀粉乳浓度不能过高。
第五节 培养基灭菌
一、消毒与灭菌在发酵工业中的应用 消毒：指用物理和化学方法杀死物料、容器、器具内
外的病源微生物。一般只能杀死营养细胞而不能杀死 细菌芽孢。 灭菌：用物理或化学方法杀死或除去环境中所有微生 物，包括营养细胞、细菌芽孢和孢子。 消灭杂菌和防止杂菌污染
二、灭菌方法：干热灭菌、湿热灭菌、物理灭 菌（射线、微波等）、化学灭菌（各种化学药 品）；
功能：构成菌体、含氮代谢物；
3.无机盐
磷酸盐、钾盐、钙盐等矿物盐 铁、锰、钴等微量元素
功能：构成菌体，参与酶的组成，维持酶活性， 调节渗透压，调节pH值，维持氧化还原电位；
4.特殊生长因子：硫胺素、生物素、对氨基苯甲 酸、肌酸等
功能：酶的辅助部分，维持生命活动；
5．发酵的促进剂与抑制剂
发酵培养基中某些成分的加入有利于调节产物 的形成，而并不促进微生物的生长，这些物质 包括前体、促进剂和抑制剂
微生物工程(发酵)第三章 培养基制备与灭菌
3.3 培养基及设备的灭菌
3.3.1常见灭菌方法： • 加热灭菌 • 过滤灭菌 • 辐射灭菌 • 化学灭菌 • 熏蒸灭菌
1、高温灭菌
• 1）干热灭菌
烘箱内热空气灭菌 160℃，2小时
干）煮沸消毒
3）丁达尔灭菌 4）常规高压灭菌 121℃，15分钟； 115℃，30分钟；
类胡萝卜素高产菌Y11的培养基的优化
郭秒,食品与工业发酵，2004
类胡萝卜素的作用：色素、营养保健
原培养基:
初步确定可能的培养基成分(以碳源为例)
通过单因子实验确定适宜的培养基成分(以碳源为例)
考虑到成本：乙酸钠是较为合适的碳源 进一步：乙酸钠的浓度2%比较好
结果： 碳源：乙酸钠 0. 2% 氮源：氯化铵 0.2% 酵母膏0.03%
3.1.1.6 前体物质、抑制剂和促进剂
前体物质指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接彼 微生物在生物合成过程中合成到产物物分子中去，而其自身 的结构并没有多大变化，但是产物的产量却因加入前体而有 较大的提高。
青霉素：分子量356
苯乙酸:分子量136
• 前体一般都有毒性，浓度过大对菌体的生 长不利 • 苯乙酸，一般基础料中仅仅添加 0.07%
有些促进剂的作用是沉淀或螯合有害的重金属离子。
抑制剂：能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白质 变性的物质； 可用透析或超滤的方式去除；
在培养基中添加抑制剂会抑制某些代谢途径的进行， 同时会使另一代谢途径活跃，从而获得人们所需要 的某一终产物或使正常代谢的某一代谢中间产物积 累起来;
3.1.2 发酵工业原料的选择原则
• • • • • • • • 因地制宜，就地取材； 营养丰富，浓度恰当； 资源丰富，容易收集； 易于储藏； 理化性质稳定，成分间无反应； 不影响通气、搅拌、产物分离，废物处理方便 不含毒副作用的物质 价格低廉
第二章发酵工业常用微生物及其培养
河内根霉 [R. tonkinensis Vuille-min]
结节根霉 [R. nodonus Nannyslowski]
甘薯根霉 [R. batas Nakazawa]
小麦曲根霉 [R. tritici Saito] 代氏根霉 [R. delemar (Boidin) Wehemer et
Haannzawa]
• 初级阶段——自然选育
• 发展阶段——代谢控制育种 （近代）
• 高级阶段——从诱发基因突变转向基因 重组，定向育种
第二章 发酵工业常用微生物及培养
4
§2 常用的工业微生物菌种
• 微生物在工业上的用途：
－直接利用微生物菌体 －利用其代谢产物 －利用它的酶
第二章 发酵工业常用微生物及培养
5
一、霉菌（Mould）
乳酸、反丁烯二酸，能转化甾族化合物， 耐高温(45℃能生长)
9.无根根霉 [R. arrhizus Fischer]
功能：能产生乳酸、反丁烯二酸、丁烯二酸， 脂肪酶，能对甾族化合物骨架C-6β、C-11α 起羟化作用
第二章 发酵工业常用微生物及培养
22
少根根霉（低倍镜见假根）
第二章 发酵工业常用微生物及培养
第二章 发酵工业常用微生物 及其培养
•发酵工业对微生物菌种的要求 •常用的工业微生物菌种 •微生物菌种选育和优化技术 •菌种的培养（培养基的设计与优化）
第二章 发酵工业常用微生物及培养
1
• 发酵工业以微生物的生命活动为基础
原核细胞型微生物－细菌、
衣原体、立克次氏体、
•
原核生物界
支原体、螺旋体、蓝绿 藻、放线菌
第二章 发酵工业常用微生物及培养
18
例如：胆固醇
发酵工程(2)第二章 工业微生物菌种的选育与扩大培养
单细胞真核，主 分布于含糖质较多的 偏酸性环境中，如水 果、蔬菜、花蜜和植 物叶子上，以及果园 土壤中。
1、酿酒酵母 (Saccharomyces cerevisiae)
又称啤酒酵母。细胞多为圆形、 卵形，能产生子囊孢子。能发酵 葡萄糖、蔗糖、麦芽糖和半乳糖 等多种糖类，但不发酵乳糖和蜜 二糖。
5、白地霉 ( Geotrichum candidum )
➢ 节孢子单个或连接成链。
➢ 白地霉菌体蛋白营养价值很高，可供食用和饲 料用，也可用来提取核酸，在废料废水的利用上很 用价值。
6、产黄头孢霉 ( Cephalosporium chrysogen ) 头孢霉素、先锋霉素
3、游动放线菌属 （Actinoplanes）
➢ 一般不形成气生菌丝，孢子球形，有时端生1-40 根鞭毛，能运动。 ➢ 济南游动放线菌生产创新霉素(creatmycin; 1964).
4、诺卡氏菌属 (Norcadia)
➢ 菌落较小，边缘多呈树根 毛状。 ➢ 生产利福霉素、蚊霉素等
5、孢囊链霉菌属 (Streptosporangium)
4、青霉 ( Penicillum )
产黄青霉 ( Penicillum chrysogenum ) 生产青霉素，也可用来生产葡萄
糖氧化酶、葡萄糖酸、柠檬酸和抗坏 血酸。
娄地青霉 ( Penicillum roqueforti ) 属不对称青霉组，具有分解油
脂和蛋白质的能力，用于制造干酪； 该菌孢子能将甘油三酯氧化为甲基 酮。
第二章 工业微生物菌种的选育与扩大培养
第一节 发酵工业常用微生物 第二节 菌种来源 第三节 菌种选育 第四节 种子扩大培养 第五节 菌种保藏
《发酵工艺》项目3：培养基配制与优化
例：地衣牙孢杆菌生产α-淀粉酶
碳源对生长和产酶的影响
碳源 葡萄糖 蔗糖 糊精 淀粉
细胞量 4.2 4.02 3.06 3.09
α-淀粉酶 0 0
38.2 40.2
油和脂肪
油和脂肪也能被许多微生物作为碳源和能源
在脂肪酶的作用下，油或脂肪被水解为甘油和脂 肪酸，在溶解氧的参与下，进一步氧化成CO2和H2O， 并释放出大量的能量。
绳状青霉QM424 产气杆菌QMB1591
米曲霉 泡盛曲霉
酶活力增加倍数 20 16 10 4 4 6 20 1.5
2.87 2.50
曲霉、橘青霉、枯草杆菌、假丝 酵母
2～4
筋状拟内胞霉
1.2
真菌
4.4
绿色毛霉
2
二、培养基类型及选择
• 根据营养物质的不同来源分 • 根据培养基的物理形状 • 发酵生产中的培养基类型
2、氮源
氮源主要用于构成菌体细胞物质（氨基酸，蛋 白质、核酸等）和含氮代谢物。常用的氮源可分为 两大类：有机氮源和无机氮源。
无机氮源
种类：氨盐、硝酸盐和氨水
特点：微生物对它们的吸收快，所以也称之谓迅速利 用的氮源。但无机氮源的迅速利用常会引起pH的变 化如：
(NH4)2SO4 → 2NH3 + 2H2SO4 NaNO3 + 4H2 → NH3 + 2H2O + NaOH
大豆酒精提取物（2%） 植酸质（0.01%～0.3%）
聚乙烯醇 苯乙醇（0.05%）
醋酸+纤维素
一些酶生产的促进剂
酶 纤维素酶
蔗糖酶 β-葡聚糖酶 木聚糖酶
淀粉酶 脂酶 右旋糖酐酶 普鲁兰酶 蛋白酶 脂肪酶
蛋白酶
发酵工业产品培养基配方大全
发酵工业产品培养基配方大全1.酵母培养基配方：-加糖培养基配方：-酵母提取物10g-葡萄糖20g-氯化镁1g-磷酸二氢钾2g- H2O 1000ml-加酵母提取物培养基配方：-酵母提取物20g-葡萄糖10g-氯化镁1g-磷酸二氢钾2g- H2O 1000ml2.细菌培养基配方：-肉膏蛋白胨加入培养基配方：-肉挫3g-蛋白胨5g-NaCl5g- 纯净水 1000ml-牛肉精加入培养基配方：-牛肉精3g-NaCl10g- Agar 15g- 纯净水 1000ml3.真菌培养基配方：-绵白糖加入培养基配方：-麦芽提取物10g-蔗糖30g-K2HPO41g-MgSO40.5g- 纯净水 1000ml-麦芽提取物加入培养基配方：-麦芽提取物20g-FeSO40.1g-K2HPO42g-MgSO41g- 纯净水 1000ml4.菌丝体培养基配方：-淀粉加入培养基配方：-玉米粉20g-淀粉10g-NaCl5g-MgSO40.5g- 纯净水 1000ml-牛肉精加入培养基配方：-牛肉精3g-酵母提取物2g-NaCl5g-MgSO40.5g- 纯净水 1000ml5.发酵液培养基配方：-玉米加入培养基配方：-玉米粉100g-蛋白胨10g-NaCl5g-淀粉10g- 纯净水 1000ml-葡萄糖加入培养基配方：-玉米粉10g-蛋白胨5g-葡萄糖20g-淀粉10g- 纯净水 1000ml上述配方仅为其中几种常用的发酵工业产品培养基配方，不同的微生物和发酵过程需要有针对性地选择合适的配方。
在实际应用中，还需要根据具体情况进行调整和优化。
同时，培养基的制备过程中，要注意使用无菌操作，以确保微生物培养的纯净性和成功率。
微生物的发酵工艺及其在工业中的应用
微生物的发酵工艺及其在工业中的应用近年来，微生物在各大领域中的应用日益广泛，特别是在工业领域中，微生物的发酵工艺成为了不可或缺的一部分。
微生物发酵生产是指利用微生物在一定条件下，通过代谢反应产生有用物质的过程。
这种方法具有工艺简单、成本低、产品纯度高等优点，是工业生产中一种常见的化学合成方法。
本文将介绍微生物发酵的基本工艺及其在工业中的应用。
一、微生物发酵的基本工艺1. 选择菌种：微生物发酵经过研究后发现一些特殊的微生物可以产生有用的物质，因此在发酵过程中选择适当的菌种至关重要。
选择菌种要考虑到它的生长特点、产物产率、抗感性等因素，还要保证其菌种安全性。
2. 发酵培养基的制备：发酵培养基是微生物发酵过程中必不可少的一环节，其目的是为微生物生长提供必需的营养物质。
为了提高菌株的产物产率和成色，还可以在培养基中添加一些特定物质。
3. 培养过程的统计与监控：事先设定好合适的培养条件，比如温度、酸碱度、氧气等，对培养过程进行全面的监控和统计，以确保微生物可以在最佳环境中生长，并产生出需要的物质。
4. 发酵过程的控制：微生物发酵过程中，菌株的生长和代谢过程是一种动态变化的过程，因此需要进行精确的控制。
在发酵过程中，可以通过控制温度、通风、搅拌等手段来维持培养环境的稳定，从而保持菌株的正常生长和代谢。
5. 结果分析与产品回收：经过一段时间的发酵，菌株在培养基中产生的物质可以通过分析化验来确认产物的品质和产率。
最后要进行产品的回收和分离纯化，以获得高纯度、高品质的产物。
二、微生物发酵在工业中的应用1. 食品行业微生物发酵技术在食品行业中得到了广泛的应用。
比如，酸奶、豆浆等膳食品的生产中，使用的就是发酵技术。
此外，微生物发酵还可以用于酱油、味精、鸡精等调味料的生产中。
2. 医药行业微生物发酵技术在医药行业中的贡献也不容小觑。
很多药物的生产都需要通过微生物发酵来获得，比如青霉素、链霉素等很多抗生素都是通过微生物发酵制成的。
发酵工程 第二章 发酵工业微生物菌种制备原理和技术
发酵工程 工业生产水平的
生产菌种的性能 发酵和提取工艺条件
三个决定要素
生产设备
获得优良的生产菌种是实现高水平发酵工程工 业生产的第一环节。
本章内容
第一节 发酵工业常用的微生物菌种
第二节 自然界中微生物菌种的选择性分离
第三节 微生物菌种的选育
第四节 微生物菌种的退化、复壮和保藏 第五节 工业微生物菌种的扩大培养 第六节 种子培养基及其制备
集的培养物到固体培养基，分离优势微生物的单
菌落。
移种时间是关键，应在所需菌占优势时移种。
连续富集培养（恒化式富集培养）
改变限制性基质浓度来控制两种菌的比生长速率。 用于连续发酵生产的菌种选育特别适合。
固体培养基的使用
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
常用于分离酶产生菌，选择培养基中常含有所
需的基质，以便促使酶产生菌的生长，并在菌落
使目的微生物在种群中占优势，使筛选 1. 目的：
变得可能。
2. 两种方案：
（1）施加选择性压力分离法：采用特定的有利于 目的微生物富集的条件进行培养，使目的微生物 占优势，以实现快速分离纯化的目的。 （2）随机分离法：不能提供任何有助于筛选产生 菌的信息时，只能通过随机分离法进行分离。
（1）施加选择性压力分离法
酵母(既是微生物又是真核细胞)
生长迅速，营养要求不高，易培养； 安全性好； 比哺乳动物细胞操作简单； 具有一定的修饰蛋白的能力。
中国仓鼠卵巢细胞（CHO细胞）表达系统
具有准确的转录后修饰功能； 具有产物胞外分越功能，便于下游产物分离纯化； 具有重组基因的高效扩增和表达能力； 具有贴壁生长特性，也可进行悬浮生长； CHO很少分泌自身的内源蛋白。
发酵工业中获得新菌种的方法
在发酵工业中，获得新菌种通常需要通过微生物学和生物技术的方法。
以下是一些常见的获得新菌种的方法：
1.分离与筛选：
从自然环境中采集样品，如土壤、水源、植物等，然后通过分离和筛选的方法获得单一或纯化的微生物。
这涉及在适当的培养基上进行分离和鉴定，以获取具有特定性质的微生物。
2.环境富集：
通过将样品暴露在特定条件下，促使特定类型的微生物在样品中逐渐增多，从而富集目标微生物。
这可以通过模拟发酵过程的条件，如温度、酸碱度、氧气水平等，来优化目标微生物的生长环境。
3.基因工程和改良：
使用基因工程技术对已知的微生物进行改良，以获得具有更好发酵性能或产物特性的新菌种。
这可能涉及到插入、删除或修改微生物的基因，以改变其代谢途径或增强其特定功能。
4.自然变异：
通过自然变异或诱变来改变微生物的性质。
这可以通过暴露微生物于特定的诱变因素，如化学物质或辐射，来引发基因突变。
5.元基因组学：
通过元基因组学研究，对微生物群体中的整体基因组进行分析，以发现新的菌株和潜在的发酵应用。
这种方法广泛应用于环境微生物学研究中。
6.体外进化：
利用体外进化技术，通过在实验室中模拟自然环境条件，诱导微生物发生进化，以获得新的适应性和性状。
7.宏基因组学：
利用宏基因组学方法，直接从环境样品中获取微生物的基因组信息，从而发现新的菌株。
这有助于发现那些无法通过传统方法培养的微生物。
这些方法可以单独或结合使用，具体取决于获得新菌种的特定目的和环境。
值得注意的是，新菌种的获得通常需要遵循生物安全和法规标准，以确保其在实际应用中是安全和可行的。
微生物发酵工艺
第六章微生物发酵制药工艺6.1 微生物发酵与制药6.2 微生物生长与生产的关系6.3 微生物生产菌种建立6.4 发酵培养基制备6.4 发酵培养基制备• 概念（medium）供微生物生长繁殖和合成各种代谢产物所需要的按一定比例配制的多种营养物质的混合物。
• 培养基的组成和比例是否恰当，直接影响微生物的生长、生产和工艺选择、产品质量和产量。
6.4.1 培养基的成分碳源氮源无机盐水生长因子前体与促进剂消泡剂1、碳源(carbon sources)概念：构成微生物细胞和代谢产物中碳素的营养物质。
作用：为正常生理活动和过程提供能量来源，为细胞物质和代谢产物的合成提供碳骨架。
碳源种类糖类：葡萄糖、淀粉、糊精和糖蜜脂肪：豆油、棉籽油和猪油醇类：甘油、乙醇、甘露醇、山梨醇、肌醇蛋白类：蛋白胨、酵母膏速效碳源：糖类、有机酸迟效碳源：酪蛋白水解产生的脂肪酸2、氮源（nitrogen sources）概念：构成微生物细胞和代谢产物中氮素的营养物质。
作用：为生长和代谢主要提供氮素来源。
种类：无机氮源、有机氮源有机氮源几乎所有微生物都能利用有机氮源黄豆饼粉、花生饼粉棉籽饼粉、玉米浆、蛋白\胨、酵母粉、尿素无机氮源氨水、铵盐和硝酸盐等。
氨盐比硝酸盐更快被利用。
工业应用：主要氮源或辅助氮源；调节pH值生理酸性物质：代谢后能产生酸性残留物质。
（NH4）2SO4利用后，产生硫酸生理碱性物质：代谢后能产生碱性残留物质。
硝酸钠利用后，产生氢氧化钠。
3、无机盐和微量元素• 概念：组成生理活性物质或具有生理调节作用矿物质• 作用方式：低浓度起促进作用，高浓度起抑制作用。
• 种类：盐离子磷、硫、钾、钠、镁、钙，常常添加铁、锌、铜、钼、钴、锰、氯，一般不加。
4、水菌体细胞的主要成分。
营养传递的介质。
良好导体，调节细胞生长环境温度。
培养基的主要成分之一。
5、生长因子（growth factor）概念：维持微生物生长所必需的微量有机物，不起碳源和氮源作用。
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3、 霉菌（mould）
在液体沉浸培养中由于搅拌器（ agitator）的作用，常常形成短的分支旺盛 的菌丝体，或呈分散生长，或呈菌丝团状生 长。它的最大经济价值在于能产生多种抗生 素（antibiotics）。从微生物中发现的抗生 素，有60%以上是放线菌产生的，如链霉素 、红霉素、金霉素、庆大霉素等。
常用的放线菌主要来自以下几个属：链 霉菌属、小单孢菌属和诺卡氏菌属等。
由于发酵工程本身的发展以及遗传工程的介入，藻类（alga ）、病毒（virus）等也正在逐步地变为工业生产用的生物。
尽管如此，目前人们对微生物的认识还是十分不够的。已经 初步研究的不超过自然界微生物总量的10%左右。
微生物的代谢产物据统计已超过一千三百多种，而大规模生 产的不超过一百多种；
微生物酶有近千种，而在工业上利用的不过四五十种。可见 潜力是很大的。
4、 放线菌(Actinomycetes)
放线菌因菌落呈防线状而得名。它是一个原 核生物类群，在自然界中分布很广，尤其在含有 机质丰富的微碱性土壤中较广。大多腐生，少数 寄生。
放线菌主要以无性孢子进行繁殖，也可借菌 丝片段进行繁殖。后一种繁殖方式见于液体沉浸 培养（submerged cultures）中。其生长方式是 菌丝末端伸长和分支，彼此交错成网状结构，成 为菌丝体。菌丝长度既受遗传性的控制，又与环 境相关。
霉菌不是一个分类学上的名词。凡生长在 营养基质上形成绒毛状、网状或絮状菌丝的 真菌(fungi)统称为霉菌。
霉菌在自然界分布很广，大量存在于土壤、 空气、水和生物体内外等处。它喜欢偏酸性 环境，大多数为好氧性(aerobiotic)，多腐生， 少数寄生。霉菌的繁殖能力很强，它以无性 孢子和有性孢子进行繁殖，大多以无性孢子 繁殖为主。
二：工业化菌种的要求
能够利用廉价的原料，简单的培养基，大量高效地合成 产物
有关合成产物的途径尽可能地简单，或者说菌种改造的 可操作性要强
遗传性能要相对稳定
不易感染它种微生物或噬菌体
产生菌及其产物的毒性必须考虑（在分类学上最好与致病 菌无关）
生产特性要符合工艺要求
三、工业生产常用的微生物
2、 酵母菌（yeast）
酵母菌为单细胞真核生物（ unicellular eukaryote），在自然界 中普遍存在，主要分布于含糖质较多的的酸性环境中，如水果、蔬菜 、花蜜（nectar）和植物叶子上，以及果园土壤中。石油酵母（ petroleum yeast）较多地分布在油田周围的土壤中。
酵母菌大多为腐生，常以单个细胞存在，以发芽形式进行繁殖。 母细胞体积长到一定程度时就开始发芽。芽长大的同时母细胞缩小， 在母子细胞间形成隔膜，最后形成同样大小的母细胞。如果子芽不与 母细胞脱离就形成链状细胞，称为假菌丝(pseudomycelium)。
6、藻类（alga）： 培养螺旋藻，按干重计算每公顷可收获60吨，而种植大 豆每公顷才可获4吨；从蛋白质产率来看，螺旋藻是大豆28 倍。
培养珊列藻，从蛋白质产率计算，每公顷珊列藻所得蛋
白质是小麦的20-35倍。此外，还可通过藻类将CO２转变为 石油，培养单胞藻或其他藻类而获得的石油，可占细胞干重 得5%-50%,合成的油与重油相同，加工后可转变汽油、煤油 、和其他产品。
生长方式是菌丝末端的伸长和顶端分支，彼此 交错呈网状。菌丝的长度既受遗传性的控制，又受 环境的影响，其分支数量取决于环境条件。菌丝或 呈分散生长，或呈菌丝团状生长。
工业上常用的霉菌有：
藻状菌纲的根霉、毛霉、犁头霉，子囊菌纲的红 曲霉，半知菌类的曲霉、青霉等；
产品：
酶制剂（enzyme preparation）、抗生素 (antibiotic)、有机酸（organic acid）及甾体激素 （steroid hormone） 等。
在工业生产中常用的微生物主要有细菌、酵母菌、霉菌和放 线菌。
Hale Waihona Puke 1、 细菌（bacteria）：
可粗分为6种类型，即细菌（狭义）、放线菌、螺旋体、支原 体、立克次氏体和衣原体。是一类形状细短，结构简单，多以 二分裂方式进行繁殖的原核生物，是在自然界分布最广、个体 数量最多的有机体，是大自然物质循环的主要参与者。根据形 状分为三类，即：球菌、杆菌和螺形菌。 按细菌的生活方式来 分类，分为两大类：自养菌和异养菌，其中异养菌包括腐生菌 和寄生菌。按细菌对氧气的需求来分类，可分为需氧（完全需 氧和微需氧）和厌氧（不完全厌氧、有氧耐受和完全厌氧）细 菌。
5、 担子菌（Basidiomycetes ）：所谓的担 子菌就是人们通常所说的菇类(mushroom)生物 。担子菌资源的利用正愈来愈引起人们的重视 ，如多糖(polysaccharide)、抗癌(anticancer)药 物的开发。
近几年来，日本、美国的一些科学家对香菇
的抗癌作用进行了深入的研究，发现香菇中的 “1，2-β-葡萄糖苷酶”及两种糖类物质具有抗 癌作用。
有的国家已建立培植单胞藻的农场，每年每公顷地培植
的单胞藻暗5%干物质为碳水化合物（石油）计算，可得60 吨石油燃料。此项技术的应用，还可减轻因工业生产而大量 排放CO２造成的温室效应。国外还有人从“藻类农场”获取 氢能的报道，大量培养藻类，利用其光合放氢作用来取得氢 能。
工业生产常用的细菌有
枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis) 乳酸杆菌(Lactobacillus lactics) 醋酸杆菌(Acetobacter) 棒状杆菌(Corynebacterium) 短杆菌(Brevibacterium)
用于生产： 生产淀粉酶(amylase） 蛋白酶（proteinase） 乳酸(lactic acid) 醋酸(acetic acid) 氨基酸(amino acid) 肌苷酸(inosinic acid)