3.2 工业发酵培养基的类型与设计

工业发酵培养基的类型和设计
一、培养基的类型
1、依纯度或者营养物质的来源分
天然培养基合成培养基半合成培养基
原料是天然动植物产品。

营养丰富、适合于微生物生长，一般不需要另外加微量元素和维生素；来源广泛、价格低廉。

组分复杂，不容易重复
也称组合培养基（多用于定量研究）
化学成分明确、稳定，价格较高，不适合于大规模工业生产。

用的最多，在部分天然有机碳源、氮源、生长因子的基础上，适当加入一些化学药品。

2、依培养基的物理状态来分
A、凝固培养基
金融保险
l即遇热可融化，冷却后则凝固的固体培养基。

l比较适合用于菌种和芽孢的保存和培养。

B、天然固体培养基
金融保险
l由天然固体状基质直接制成的培养基，如麸皮，米糠，木屑等
l加入0.5%左右的琼脂作为凝固剂，形成的培养基称之半固体培养基。

l主要用于菌种鉴定，观察细菌运动特征及噬菌体的效价测定等。

l培养基中80～90%是水。

发酵工业大规模使用的培养基，它有利于氧和物质传递。

3、依培养基的用途来分
①孢子培养基
②种子培养基
③补料培养基
④鉴别培养基
…………
是提供菌种繁殖孢子的一种常用固态培养基，要求是使菌体迅速生长产生较多优质孢子，不易引起菌种变异。

配置要求
金融保险
l营养不要太丰富特别是有机氮，否则不易产生孢子
l无机盐浓度适量，否则影响孢子量和孢子颜色l PH和湿度适宜
如：大米和小米常用做霉菌孢子培养基，含氮量少，疏松、表面积大，水分控制在21-26%。

金融保险
生产上常用麸皮培养基
小米培养基
大米培养基
玉米碎屑培养基等
供孢子发芽、生长和大量繁殖菌丝体，并使菌体长的粗壮，成为活力强的“种子”。

配置要求
金融保险
l营养成分全面、丰富，氮、维生素含量高些、稀薄，还要维持稳定的PH
（3）发酵培养基
供菌种生长、繁殖和合成产物之用。

使菌种迅速生长，迅速合成所需要的产物。

配置要求
金融保险
l菌体生长必须的元素、化合物，特定元素、前体、促进剂等
二、发酵培养基的设计和配制
培养基的组成、配比、缓冲能力、黏度、消毒灭菌是否彻底、灭菌后营养物质破坏的程度、及原料中杂质的含量等等直接影响到微生物的生长、繁殖、代谢以及代谢产物的合成。

（一）培养基成分选择的原则
金融保险
1、考虑菌体的同化能力
根据不同微生物的营养特点进行选择，以保证所选的培养基成分是微生物能够利用的。

不同微生物分泌的水解酶系不同
2、考虑代谢的阻遏和诱导
如，当菌体利用葡糖糖时产生的分解代谢产物会阻遏或抑制某些化合物合成所需的酶的活性或酶系形成。

速效碳（氮）和缓效碳（氮）的相互配合
3、适合的碳、氮比
l碳、氮比对微生物的生长繁殖和产物合成的影响极为显著；
l微生物在不同的生长阶段对碳氮比的最适宜要求也不一样。

3、适合的碳、氮比
会使菌体生长过于旺盛，pH偏高，不
利于代谢产物的积累
则菌体繁殖量少，从而影响产量
则容易形成较低的pH
则容易引起菌体的衰老和自溶
3、适合的碳、氮比
l一般来讲，因为碳源既作为碳架参与菌体和产物的合成又作为生命过程中的能源，所以比例要求比氮源高。

l一般工业发酵培养基的碳氮比为100：(0.2～2.0)。

l但在谷氨酸发酵中因为产物含氮量较多，所以氮源比例就相对高些。

如在谷氨酸生产中取的碳氮比为100：(15～21)；若碳氮比例为100：(0.5～2.0)，则出现只长菌体而几乎不合成谷氨酸的现象。

（二）PH的要求
金融保险
培养体系PH的波动，如何调节？
（三）调节适宜的物理化学条件
金融保险
1.注意各营养物质的浓度和配比
2.调节适宜的物理化学条件（黏度、C/N等）
3.根据培养微生物的目的配制
4.尽量使用廉价易得的原料
三、培养基的优化
最终培养基成分和浓度的确定都需通过实验获得。

1、设计培养基的一般思路
①根据前人的经验、菌种特性、发酵工艺要求，后提取工艺要求和经济可行的
培养基成分来源，初步确定可能的培养基成分。

②通过单因子实验摇瓶 确定最适的培养基成分。

③采用正交设计、均匀设计等方法在摇瓶水平 优化培养基配方。

④中、小试发酵罐规模进一步优化配方。

⑤生产规模优化培养基配方
培养基配制注意的一些问题
l营养物质的组成丰富，浓度恰当。

能满足孢子发芽和生长繁殖成大量的有生理功能的菌丝体需要，更重要的是能显示出产物合成的潜力。

l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。

l粘度适中，具有适当的渗透压。

l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。

l生产过程中，既不影响通气与搅拌的效果，又尽可能不影响产物的分离精制和废物处理。

l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，质量稳定，非粮代用品。

l考虑碳源和氮源的相互配合，扬长避短。

l选用适当的碳氮比（C/N物质的量)
四、影响培养基质量的因素
1、原材料质量的影响
l根据有机氮源的原材料质量是引起生产水平波动的主要因素之一。

l主要是加工用的原材料品种、产地、加工方法和贮存条件等造成的。

l碳源、油脂等原材料的产地、加工方法、贮存条件和时间等会直接影响培养基的质量。

1、原材料质量的影响
严格控制全部原材料的质量，按照质量标准严格检测。

如果更换原材料，必须进行小试、甚至中试，确定对生产没 有影响时，才能用于实际生产。

深井水因地质结构、井的深度、采水季节而不同。

地表水水质受污染程度、季节影响。

自来水
纯净水
2、水质的影响
3、灭菌的影响
l工业发酵中，都采用高压蒸汽灭菌方法。

l产生的变化：营养成分的降解，产生某些其他化学反应。

l影响：菌体生长和代谢途径变化或产物的合成。

4、其他因素的影响l微生物生长和产物合成的最适pH
l选择合适pH值的准则是有利于菌的生长和产物的合成，以获得较高的产量
l生长期和生产期的pH不一定相同
例如利福霉素B发酵的最佳pH方案是：
生长期pH保持在6.5，生产期pH为7.0。

配制培养基时 ，可以改变营养物质的浓度配
比，特别是生理酸、碱 性物质为主，以酸碱
调节为辅。

培养基的适度液化，是保证培养基灭菌质量，
提高生产水平的有效途径之一
休息一下。