第三章工业发酵培养基及制备
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发酵学 第3章 培养基
3.粘度适中，具有适当的渗透压
4. 主产物合成达到最高速率，发酵后所形成的副产物尽可 能的少。
5.生产过程中既不影响通气与搅拌的效果，又不影响或少 影响产物的分离精制和废物处理。
6.大规模生产时要考虑材料的成本。
第二节
培养基的成分
碳源 氮源 无机离子 生长因子 前体 促进剂和抑制剂
水分
一、碳源
凡是用于构成微生物细胞和代谢产物中碳素的营养物 质均称为碳源。它既是构成菌体细胞和代谢产物的主要元 素，又是提供微生物生命活动中所需能源的原料。
维生素B12 钴化物
青霉素V 苯氧乙酸
链霉素 金霉素色氨酸 Nhomakorabea吲哚、氨茴酸
2-羟基-4-甲基硫代丁 酸 D-苏氨酸
肌醇、精氨酸等 蛋氨酸 氯化物等 异亮氨酸
红霉素
丙酸、丙醇等
苏氨酸
高丝氨酸
灰黄霉素 氯化物
六、产物促进剂
所谓产物促进剂是指那些非细胞生长所必须的营养物， 又非前体，但加入后却能提高产量的添加剂。
一些维生素生长因子及其生理功能
维生素 生理功能 维生素B1（硫胺素） 脱羧酶辅酶，与酮基转移有关 维生素B2（核黄素） 构成黄素单核苷酸和黄素腺嘌呤二核苷酸， 作为电子传递链中的递H体 维生素B3（泛酸） 维生素B5（烟酸） 辅酶A（CoA）的前体物质之一，递酰基体， 是细胞内多种酶的辅酶 又称尼克酸，是辅酶I，辅酶II的前体，参与 细胞内很多氧化还原反应
促进剂提高产量的机制：
有些促进剂本身是酶的诱导物； 有些促进剂是表面活性剂，可改善细胞的透性，改善 细胞与氧的接触从而促进酶的分泌与生产， 也有人认为表面活性剂对酶的表面失活有保护作用； 有些促进剂的作用是沉淀或螯合有害的重金属离子。
第三章 工业培养基
所以选择合适的无机氮源有两层意义：
满足菌体生长
稳定和调节发酵过程中的pH
2、有机氮源
来源： 一些廉价的原料:花生饼粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、 玉米浆、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、鱼粉、蚕 蛹粉、尿素、废菌丝体和酒糟。
成分复杂：除提供氮源外，有些有机氮源还 提供大量的无机盐及生长因子，少量糖类、 脂肪。 例 玉米浆： ①可溶性蛋白、生长因子（生物素）、苯乙酸 ②较多的乳酸 ③硫、磷、微量元素等
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 细胞浓度（OD值） 4.2 4.02 3.06 3.09 α-淀粉酶 0 0 38.2 40.2
二、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
第二节 工业培养基的成分及来源
一、碳源 1、作用 a.提供微生物菌种的生长繁殖所需 的碳成分
b.提供合成目的产物所必须的碳成分
2、来源
糖类 油脂 有机酸 其他碳氢化合物
3、工业上常用的糖类
a. 葡萄糖 b. 糊精、淀粉及其水解物 c.糖蜜(蔗糖、乳糖、麦芽糖)
3、工业上常用的糖类 a. 葡萄糖 所有的微生物都能利用葡萄糖 工业上常用的葡萄糖由淀粉水解制备
1、无机氮源 种类：氨盐、硝酸盐和氨水
特点： 吸收快 引起pH的变化 如： (NH4)2SO4 → 2NH3 + 2H2SO4 NaNO3 + 4H2 → NH3 + 2H2O + NaOH
无机氮源被菌体作为氮源利用后，培养 液中就留下了酸性或碱性物质，这种经微生 物生理作用（代谢）后能形成酸性物质的无 机氮源叫生理酸性物质，如硫酸胺 若菌体代谢后能产生碱性物质的则此种 无机氮源称为生理碱性物质，如硝酸钠。正 确使用生理酸碱性物质，对稳定和调节发酵 过程的pH有积极作用。
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。
发酵工程培养基
酒精生产中若用糖蜜代甘薯粉，可省去蒸煮、 制曲、糖化等过程，简化了工艺。
糖蜜使用的注意点：
除糖份外，含有较多的杂质，其中有些是有用的， 但是许多都会对发酵产生不利的影响，需要进行预 处理。
例：谷氨酸发酵
有害物资：胶体成分（起泡、结晶）、钙盐（结 晶）、生物素（发酵控制）。
预处理：澄清→脱钙→脱除生物素 例：柠檬酸发酵 有害物质：铁离子含量高（导致异柠檬酸的生成）。 预处理：→黄血盐
但过多的初始葡萄糖会抑制微生物生长，引 起葡萄糖效应，这主要是葡萄糖的分解代谢 阻遏造成。
另外过多葡萄糖会过分加速菌体呼吸，以致 溶解氧不能满足需要，使一些中间代谢物积 累，pH下降，影响微生物生长和产物合成。
2.糖蜜 又称糖浆，俗称糖稀。
生物发酵工业所用的糖蜜，主要是指制糖工 业上的废糖蜜，它是甘蔗糖厂或甜菜糖厂的 一种副产品。
又如肠膜状明串珠菌的生长需要补充10种维 生素、19种氨基酸、3种嘌呤及嘧啶等。
2.前体
能直接结合到产物中，而自身结构没有多大 变化，但是产物产量却有较大提高。
青霉素：分子量356
苯乙酸:分子量136
如青霉素生产中，加入玉米浆，产量增加， 原因是玉米浆含有苯乙酸，被优先结合到青 霉素分子中去。
速效氮源。
无机氮源的迅速利用会引起pH的变化。 生理酸性物质：硫酸铵。 生理碱性物质：硝酸钠。
正确使用生理酸碱性物质，对稳定和调节发 酵过程的pH有积极作用。
氨水：
在发酵中除可以调节pH外，它也是一种容易 被利用的氮源，在许多抗生素的生产中得到 普遍使用。
氨水因碱性较强，因此使用时要防止局部过 碱，加强搅拌，并少量多次地加入。
铁：
糖蜜使用的注意点：
除糖份外，含有较多的杂质，其中有些是有用的， 但是许多都会对发酵产生不利的影响，需要进行预 处理。
例：谷氨酸发酵
有害物资：胶体成分（起泡、结晶）、钙盐（结 晶）、生物素（发酵控制）。
预处理：澄清→脱钙→脱除生物素 例：柠檬酸发酵 有害物质：铁离子含量高（导致异柠檬酸的生成）。 预处理：→黄血盐
但过多的初始葡萄糖会抑制微生物生长，引 起葡萄糖效应，这主要是葡萄糖的分解代谢 阻遏造成。
另外过多葡萄糖会过分加速菌体呼吸，以致 溶解氧不能满足需要，使一些中间代谢物积 累，pH下降，影响微生物生长和产物合成。
2.糖蜜 又称糖浆，俗称糖稀。
生物发酵工业所用的糖蜜，主要是指制糖工 业上的废糖蜜，它是甘蔗糖厂或甜菜糖厂的 一种副产品。
又如肠膜状明串珠菌的生长需要补充10种维 生素、19种氨基酸、3种嘌呤及嘧啶等。
2.前体
能直接结合到产物中，而自身结构没有多大 变化，但是产物产量却有较大提高。
青霉素：分子量356
苯乙酸:分子量136
如青霉素生产中，加入玉米浆，产量增加， 原因是玉米浆含有苯乙酸，被优先结合到青 霉素分子中去。
速效氮源。
无机氮源的迅速利用会引起pH的变化。 生理酸性物质：硫酸铵。 生理碱性物质：硝酸钠。
正确使用生理酸碱性物质，对稳定和调节发 酵过程的pH有积极作用。
氨水：
在发酵中除可以调节pH外，它也是一种容易 被利用的氮源，在许多抗生素的生产中得到 普遍使用。
氨水因碱性较强，因此使用时要防止局部过 碱，加强搅拌，并少量多次地加入。
铁：
发酵培养基及制备
kA2>kA3>kA1，所以可断定A2为A因素的优水平。
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
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
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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
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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
第三章 发酵培养基
米糠
13 45 13 14 16 91 2.64 22 23.2 297 1250 0.5 0.1 0.9 0.2 0.4 0.6 0.5 0.4
酵母 膏
50 0 3 10 95 3.3 1.4 1.6 5.5 6.2 6.5 2.1
无机氮源和尿素、玉米浆等可被迅速利用，为速效氮；
蛋白质氮则需先水解成肽和氨基酸后才能被吸收利用， 属迟效氮
二、氮源
有机氮源 豆饼（粕）粉、花生饼粉、鱼粉、蚕蛹粉、酵母粉、玉米 浆、尿素等
无机氮源 铵盐、硝酸盐等 （由于细胞内的含氮物质都以氨基或亚氨基的形式存在，故
铵态氮可以直接用于合成细胞物质；而硝态氮需还原成氨后 才能被利用）
成分
蛋白质/% 碳水化合物/% 脂肪/% 纤维/% 灰分/% 干物/% 核黄素/（mg/kg） 硫胺素/（mg/kg） 泛酸/（mg/kg） 尼克酸/（mg/kg） 吡哆 醇/（mg/kg） 生物素/（mg/kg） 胆碱/（mg/kg） 精氨酸/% 胱氨酸/% 甘氨酸/% 异亮氨酸/% 亮氨酸/% 赖氨酸/% 甲硫氨酸/% 苯丙氨酸/%
糖蜜主要含有蔗糖，总糖可达50%-75%。
糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜，二者在糖的含量和无机盐 的含量上有所不同，即使同一种糖蜜由于加工方法不同其成 分也存在差异，因此使用时要注意。
淀粉糊精 多糖，也是常用的碳源; 需经胞外酶水解成单糖后再被吸收利用; 使用淀粉可克服葡萄糖代谢过快的弊病，价格也比较低廉， 在发酵工业中被普遍使用。 常用的淀粉为玉米、甘薯、马铃薯、木薯淀粉。
5）其他 牛肉膏、蛋白胨、动物心、肝等组织浸液等都含 有丰富的生长因子
五、水
生理功能：
1）是微生物机体的重要组成部分 2）进行代谢反应的介质 3）营养物、代谢物、氧气等必须溶解于水后才能通过细胞表 面进行正常的活动；
生产工艺第三章 培养基制备 第四节淀粉水解糖的制备
第四节 淀粉水解糖的制备
2.淀粉水解反应动力学 参与淀粉水解反应的物质，除淀粉本身以外，还有 水和无机催化剂，反应进行的速度理应取决于这三种物 质。无机酸是催化剂，其氢离子对于反应具有催化作用， 但是在反应过程中并不消耗，酸的浓度应该不变化。水 解实际上是淀粉分子与水分子之间的双分子反应，反应 进行的速度取决于两者的浓度。但在水解情况下，淀粉 乳浓度一般较低，水的量较大，虽有一部分水参与反应， 但是水的量变化很少，不影响反应速度，于是水解的速 率只决定于淀粉的浓度，反应则属于单分子反映的一级 化学反应类型。
第四节 淀粉水解糖的制备
据研究，水解反应速率常数k与下列几个因素有关， 并建立关系式如下。
K=α﹒cN﹒δ﹒γ 式中 α--催化剂的活性常数，因不同种类的酸，其H+解 离 程 度 不 同 ， 由 实 验 测 定 HCl 的 H+ 能 够 1 0 0 % 解 离 。 其 α=1,H2SO4为0.5～0.52，H3PO4为0.3，CH3COOH为0.025， HBr为1.7，因此，盐酸是一种良好的催化剂；
第四节 淀粉水解糖的制备
3．酸酶结合法 酸酶结合法是集中酸法和酶解法制糖的优点而采用的 结合生产工艺。根据原料淀粉性质可采用酸酶水解法或酶 酸水解法。 （1）酸酶法 是先将淀粉酸解水解成糊精或低聚糖， 然后再用糖化酶将其水解成葡萄糖的工艺。如玉米、小麦 等谷类原料的淀粉，淀粉颗粒坚硬，如果用α-淀粉酶液化， 在短时间内作用，液化反应往往不彻底。工厂采用淀粉用 酸水解到一定的程度（用液化DE表示，一般为10～15）， 再降温中和后，用糖化酶进行糖化，此法的优点是酸液化 速度快，糖化时间可采用较高的淀粉乳浓度，提高生产效 率。酸用量少，产品颜色浅，糖液质量高。DE值表示淀粉 水解的程度，指的是葡萄糖（所测的还原糖都以葡萄糖计 算）占干物质的百分比。
第三章发酵工业原料及其处理
• 工业生产中常用有机氮源有：黄豆饼粉、花生饼粉、 棉子饼粉、麸皮或麸皮水解液、玉米浆等。 无机氮源有：氨水、硝酸盐、铵盐和尿素等。
（3）无机盐
• 无机盐对菌体生长和产物合成有重要影响， 是发酵培养基的必须成分之一。
• 磷对微生物生长有明显促进作用； • 在青霉素和头孢菌素的发酵培养基中必须加
入硫源； • Mg、Zn、Co、Cu、Mn等微量元素是某些酶
• 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。
前体
• 指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接被
微生物在生物合成过程中结合到产物分子中去，
而其自身的结构没有多大的变化，但产物的产
量却因加入前体而有较大的提高。 • 如：在青霉素生产中加入玉米浆，青霉素产
• 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。
淀粉酸水解的工艺流程
中和脱色
水 淀粉
冷却
调浆
盐酸
酸水解
过滤除杂
糖液
1.酸的种类和用量：
• 盐酸：催化效能为 100 • 硫酸：催化效能为 50.35 • 草酸: 催化效能为 20.45 • 一般用盐酸，其量占干淀粉的 0.6-0.7%，
• 在酶法糖化时， -淀粉酶很难进入 老化淀粉的结晶区起作用，使淀粉 很难液化，因此，必须采取相应的 措施控制糊化淀粉的老化。
2.糖化酶的水解作用
• 糖化酶对底物作用从非还原末端开始将 -1, 4 和 -1, 6糖苷键水解，也能水解麦芽糖。
• 必须控制糖化酶的用量和液化液DE值。 • 糖化的温度和pH值决定于所用的糖化剂的性
（3）无机盐
• 无机盐对菌体生长和产物合成有重要影响， 是发酵培养基的必须成分之一。
• 磷对微生物生长有明显促进作用； • 在青霉素和头孢菌素的发酵培养基中必须加
入硫源； • Mg、Zn、Co、Cu、Mn等微量元素是某些酶
• 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。
前体
• 指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接被
微生物在生物合成过程中结合到产物分子中去，
而其自身的结构没有多大的变化，但产物的产
量却因加入前体而有较大的提高。 • 如：在青霉素生产中加入玉米浆，青霉素产
• 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。
淀粉酸水解的工艺流程
中和脱色
水 淀粉
冷却
调浆
盐酸
酸水解
过滤除杂
糖液
1.酸的种类和用量：
• 盐酸：催化效能为 100 • 硫酸：催化效能为 50.35 • 草酸: 催化效能为 20.45 • 一般用盐酸，其量占干淀粉的 0.6-0.7%，
• 在酶法糖化时， -淀粉酶很难进入 老化淀粉的结晶区起作用，使淀粉 很难液化，因此，必须采取相应的 措施控制糊化淀粉的老化。
2.糖化酶的水解作用
• 糖化酶对底物作用从非还原末端开始将 -1, 4 和 -1, 6糖苷键水解，也能水解麦芽糖。
• 必须控制糖化酶的用量和液化液DE值。 • 糖化的温度和pH值决定于所用的糖化剂的性
第3章 发酵工业培养基的设计
明确试验目的与要求 试验方案设计：
选定试验指标
选因素、定水平 因素、水平确定 选择合适正交表 表头设计 列试验方案 试验结果分析
进行试验，记录试验结果 试验结果分析： 试验结果极差分析 试验结果方差分析
绘 制 因 素 指 标 趋 势 图
计 算 K 值
计 算 k 值
计 算 极 差 R
计算各列偏差平方和、 自由度 列方差分析表， 进行F 检验 分析检验结果， 写出结论
甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜中主要含蔗糖。
糖蜜中干物质的浓度很大，含5%~12%的胶体物质以 及10%~12%的灰分，如果不进行预处理，则微生物无法生 长和发酵。 1. 糖蜜的预处理
预处理步骤包括稀释、澄清、脱钙调pH、调节金属离 子浓度等。
2. 谷氨酸发酵的糖蜜预处理 一般谷氨酸发酵培养基以含生物素1μg·L－1 ~ 5μg·L －1为宜。 糖蜜中的生物素含量为0.04μg·L－1 ~10μg·L－1，如配 成含糖10%的培养基，每升培养基的生物素含量将达 8μg~2000μg。 解决的主要方法包括：糖蜜预处理法、添加化学药剂 法、追加糖蜜法及营养缺陷型变异株法等四种方法。
二、培养基的分类
①合成培养基
按组成分
②天然培养基
③半合成培养基 ①固体培养基
按物理状态分
②液体培养基 ③半固体培养基
①孢子培养基
按用途分 ②种子培养基 ③发酵培养基
第二节 淀粉水解糖的制备及糖蜜原料的处理
一、 淀粉水解糖的制备 淀粉在酸或酶的作用下水解成葡萄糖的过程称为糖化， 制得的水解糖液叫淀粉水解糖。 根据原料淀粉的性质及采用的水解催化剂的不同，水 解淀粉转化为葡萄糖有三种方法。
有些促进剂是表面活性剂，可改善细胞的透性，改善细胞 与氧的接触从而促进酶的分泌与生产，也有人认为表面活 性剂对酶的表面失活有保护作用； 有些促进剂的作用是沉淀或鳌合有害的金属离子。
发酵工艺第三篇1
第三节 空气除菌 一、空气除菌的方法 1.加热灭菌 2.静电除菌 3.介质过滤除菌 4.辐射杀菌 二、介质过滤除菌 1.机理 采用纤维介质除菌主要依靠以下几种作 用达到除菌效果： 惯性捕集、拦截捕集、扩散捕集、重力 沉降、静电吸附
2.过滤介质：棉花、活性炭、超细玻璃纤 维纸、多孔陶瓷滤器等 3.工艺流程® 第四节 无菌检查与染菌处理 一、无菌检查 1.无菌试验 2.染菌的判断 二、染菌的处理 1.染杂菌的处理 2.染噬菌体的处理 三、制服染菌的要点
二、氧在液体中的溶解特性 影响C*的主要因素： 1.温度 2.溶液的性质 3.氧分压
微生物 大肠杆菌 酵母菌 米曲霉 青霉菌 赛氏杆菌 温度/℃ 37.8 34.8 30 30 31 C临界/(mol/L) 0.0082 0.0046 0.02 0.009 0.015
三、影响微生物需氧量的因素 1.微生物种类和生长阶段
二、种子制备 种子制备：孢子或摇瓶种子接入种子罐后， 在罐中繁殖成为大量菌丝的过程。 1.种子扩大培养的目的 2.种子扩大培养的方法 i固体培养法： ii表面培养法： iii液体培养法：一般是采取放大法进行种 子扩大培养。
1.摇瓶种子制备 摇瓶进罐，常采用母瓶与子瓶两极培养。 2.种子罐种子制备 其工艺过程，因菌种不同而异，一般可 分为一级种子与多级种子，种子罐的级 数主要决定于菌种的性质和生长速度及 发酵设备的合理应用。
4.泡沫的影响 泡沫的产生将影响微生物的呼吸，可使用 适量的消泡剂。 5.空气分布器形式与发酵罐结构 现在的生产中多采用多孔环型鼓泡器 第五节 Kla的测定 一、 CL的测定 二、摄氧率γ的测定
三、 Kla的测定 1.亚硫酸盐法 利用氧化还原反应测定。 2.取样法 发酵液中的溶氧可用极谱仪来测定 3.排气法 4.直接测定法 5.动态测定法 6.覆膜氧电极法
发酵工业培养基
无机氮源被菌体利用后，培养液 中就留下了酸性或碱性物质，这种经 微生物生理作用后能形成酸性物质的 无机氮源叫生理酸性物质，如硫酸胺， 若菌体代谢后能产生碱性物质的则此 种无机氮源称为生理碱性物质，如硝 酸钠。正确使用生理酸碱性物质，对 稳定和调节发酵过程的pH有积极作用。
（２）有机氮源 来源：工业上常用的有机氮源都是一些廉 价的原料，花生饼粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、 玉米浆、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、鱼 粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和酒糟
（２）油脂类： 各种动、植物油
能利用这类碳源的M一般都有比较活 跃的脂肪酶。M利用这类碳源时所消耗的溶 解氧会增加，当供氧不足时，大量的脂肪 酸和有机酸中间体积累，会引起pH下降。 常用的油脂类有：豆油、菜籽油、棉 籽油、鱼油、猪油等。
（３）有机酸 有机酸的利用常会引起发酵体系pH上升， 尤其是有机酸盐氧化时，常伴随有碱性物质 的产生，使pH进一步上升。 常用的有机酸有：乳酸、醋酸、柠檬酸 等。 如以醋酸盐为碳源时，反应如下： CH3COONa + 2O2 2CO2 + H2O + NaOH
3、发酵培养基
用途：供菌体生长、繁殖和合成大量产物。 措施： ①碳氮源速效和迟效相互搭配，多用 迟效少用速效 ②合适的碳氮比，加缓冲剂稳定pH ③添加菌体生长所必需的生长因子和 产物合成所需的前体、促进剂和抑 制基等。
3.4 发酵培养基的设计与优化
3.4.1、发酵培养基的设计原理
一般来讲，培养基的设计首先是确定培 养基的组成成分，然后再决定各组分之间的 最佳配比。 （１）菌体的同化能力 （２）培养基对菌体代谢的阻遏与诱导的影响 （３）合适的碳氮比 （４）合适的pH
（４）烃和低碳醇类 正烷烃以用于有机酸、氨基酸、抗生 素、维生素和酶制剂发酵中，甘油也常用 作抗生素生产和甾体转化的碳源。
微生物工程--第3章-发酵工业的培养基及原料处理可编辑全文
加热
维持
加压灭菌法
连续加压灭菌法优点
①因采用高温瞬时灭菌，故既可杀灭微生物，又可最大 限度减少营养成分的破坏，从而提高了原料的利用率， 比“实罐灭菌”（120℃，30分钟）提高产量5～10％；
②由于总的灭菌时间较分批灭菌明显减少，所以缩短了 发酵罐的占用周期，从而提高了它的利用率；
③由于蒸汽负荷均匀，故提高了锅炉的利用率； ④适宜于自动化操作； ⑤降低了操作人员的劳动强度。
①营养不能太丰富，否则不易产孢。
②无机盐浓度要适当，不然会影响孢子 量和孢子的颜色（质量）。
③注意pH和湿度。
常用的孢子培养基有：麸皮培养基、小 米培养基、大米培养基、玉米碎屑培养基等。
它们含氮量低，疏松、表面积有摇瓶种子和种子罐用的种子培养基等。对种 子培养要求做到纯种、健壮、活力旺盛，并有足 够的数量，以满足下一级菌种生长繁殖需要。
葡萄糖值（DE）98以上
含非发酵性糖、NaCl等杂质， 糖化液纯度高，易于精制 精制较难
糖化液具苦味，色深 高温、高压 淀粉浆浓度低 收率较低，成本较高
糖化液不具苦味，色浅 常温、常压 淀粉浆浓度高 收率比酸法提高10％，成本 降低10％
长时间多次结晶，才能制得 可一次结晶制得纯葡萄糖 纯葡萄糖
废液利用率低 酸用量少，糖化时间短
对这种培养基的要求是能够使菌体长得快 而健壮，而且不易引起菌种变异。
一般斜面培养基中碳源和氮源含量不 宜过多，特别是碳源，多了会引起pH波动， 无机盐浓度也要控制适当，以免影响菌种 特性。
2、孢子培养基：
供菌种繁殖孢子的一种固体培养基，要 求使菌体生长迅速，产生数量较多的优质孢 子，并且不引起菌种的变异，因此在配置上 要求:
（二）消毒（disinfection）
微生物工程——03培养基
三、前体物质及促进剂
前体物质(Precursor)：某些化合物加入培养 ： 前体物质
基后， 基后，能够直接在生物合成过程中结合到产物分 子中去，而自身的结构并未发生太大变化， 子中去，而自身的结构并未发生太大变化，却能 提高产物的产量。这类小分子物质被称为前体。 提高产物的产量。这类小分子物质被称为前体。
第三章 培养基及其制备
Culture Medium and its Preparation
发酵的一般流程
培养基配制 种子扩大培养 培养基灭菌 空气除菌 发酵设备
发酵生产
下游处理
提纲
培养基的原材料
培养基的营养成分、功能及配置原则 培养基的类型与用途
淀粉水解糖的制备：酸解法、酶解法、酶酸结合法 前体物质及促进剂
本章知识结构
培养基的原料 淀粉水解糖的制备 ★培养基的营养成分与功能 ★培养基的配置原则 培养基的类型与用途 ★酸解法、酶解法、 酸酶法、酶酸法及其比较 ★前体物质,促进剂,抑制剂作用原理 影响前体物质效力的因素 常用前体物质、促进剂及抑制剂
前体物质与促进剂
预习内容 —培养基灭菌与空气除菌
培养基灭菌原理 分批灭菌与连续灭菌 空气过滤除菌流程与设备 过滤介质与过滤除菌原理
苯乙酸用量（％） 青霉素产量（单位/ml) 青霉素Ｇ比例（％） 0.1 0.2 0.3 0.4 ７７５０ ８５１５ ９６３０ ９２００ 57.3 73.0 90.6 95.6
前体物质的毒性(Toxicity) 前体物质的毒性
三、前体物质及促进剂
促进剂Accelerator（刺激剂Stimulant） （刺激剂 促进剂 ） 的作用原理：改变细胞的渗透性， 启动” 的作用原理：改变细胞的渗透性，或“启动”
【发酵工程】第三章 发酵培养基3
灭菌
在大规模发酵中应该尽可能的采取连续灭菌的操作， 而且保证灭菌条件的稳定是保证发酵稳定的前提 有时避免营养物质在加热的条件下，相互作用， 可以将营养物质分开消毒。 Na2HPO4+CaCO3→CaHPO4+Na2CO3 有些物质由于挥发和对热非常敏感，就不能采用湿 热的灭菌方法
第四节、重组产品培养基的介绍
13．在实验中我们所用到的淀粉水解培养基是一种（ ） 培养基 A 基础培养基 B加富培养基 C选择培养基 D鉴别培养基
15.要从多种细菌中分离某种细菌，培养基要用（ ）
A.加入青霉素的培养基 B．加入高浓度食盐的培
养基 C．固体培养基
D.液体培养基
C
16．根据培养基的物理状态，划分的发酵种类
是
（
）
第一节第一节发酵培养基的要求和种类发酵培养基的要求和种类第二节第二节发酵培养基的成分及来源发酵培养基的成分及来源第三节第三节发酵培养基的设计原理与优化发酵培养基的设计原理与优化第二节发酵培养基的成分及来源一碳源1作用2来源有机氮源和无机氮源二氮源1作用2来源三无机盐及微量元素糖类油脂有机酸烃和醇类四生长因子前体和产物促进剂从广义上讲凡是微生物生长不可缺少的微量的有机物质如氨基酸嘌呤嘧啶维生素等均称生长因子
pH控制摇床：反应器水平上的摇瓶研究
五、培养基设计时注意的一些相关问题
原料及设备的预处理 原材料的质量
发酵特性的影响
在抗生素发酵生产中往往喜欢所谓的“稀配方”，因 为它既降低成本、灭菌容易、且使氧传递容易而有利 于目的产物的生物合成。如果营养成分缺乏，则可通 过中间补料方法予以弥补。
单因子实验
多因子实验：均匀设计、
正交实验设计、 响应面分析等。
发酵培养基及其制备
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。
发酵培养基的组成要考虑菌体在发酵过程中的各种生化代谢的 协调，在产物合成期，使发酵液pH值不出现大的波动。
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。但是， 基本的营养需求是一致。因此，应根据不同的情况选择发酵培养基。
根据使用目的可分为: （生物）鉴别培养基(differential medium) 选择培养基(selected medium)：
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）：
根据生产工艺的要求可分为:
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 菌体生长和产物的形成，菌体在不同生长阶段，对其碳氮比的最适 要求是不一样的。
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。
微生物的营养活动，是依靠向外界分泌大量的酶，将周 围环境中大分子的蛋白质、糖类、脂肪等营养物质分解成小 分子化合物，再借助于细胞膜的渗透作用，吸收这些小分子 营养来实现的。
第一节 培养基的选择与制备
一、培养基的类型和用途
根据来源可分为: 天然培养基(complex /undefined medium): 合成培养基(defined medium): 半合成培养基(semi-defined medium)：
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。
发酵培养基的组成要考虑菌体在发酵过程中的各种生化代谢的 协调，在产物合成期，使发酵液pH值不出现大的波动。
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。但是， 基本的营养需求是一致。因此，应根据不同的情况选择发酵培养基。
根据使用目的可分为: （生物）鉴别培养基(differential medium) 选择培养基(selected medium)：
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）：
根据生产工艺的要求可分为:
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 菌体生长和产物的形成，菌体在不同生长阶段，对其碳氮比的最适 要求是不一样的。
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。
微生物的营养活动，是依靠向外界分泌大量的酶，将周 围环境中大分子的蛋白质、糖类、脂肪等营养物质分解成小 分子化合物，再借助于细胞膜的渗透作用，吸收这些小分子 营养来实现的。
第一节 培养基的选择与制备
一、培养基的类型和用途
根据来源可分为: 天然培养基(complex /undefined medium): 合成培养基(defined medium): 半合成培养基(semi-defined medium)：
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摇瓶培养基（% ）：
淀粉 5.5 葡萄糖 0.5 黄豆粉 4 蛋白胨 0.3
（NH4）2SO4 0.05 CaCO3 0.5 KN03 0.05 油少量
庆大霉素生产
发酵培养基（% ）：
淀粉 1.5 蛋白胨 0.5 黄豆粉 3 玉米粉 1
（NH4)2S04 0.05 CaCO3 0.5 KNO3 0.05
四、 水：量要加足。
五、 前体
在产物的生物合成过程中，被菌体直接用 于产物合成而自身结构无显著改变的物质称前 体。
六、促进剂：促进产物合成的化学物质。 例如添加0.5%的柠檬酸盐对虾青素含量 可提高36.2%
七、消沫剂：工业发酵中常用一些消沫剂 消除发酵中产生的泡沫。有植物油脂和一 些高分子化合物。
硫酸镁0.04
青霉素0.01g/L
返回
青霉素发酵培养基（%）:
葡萄糖10
硫酸铁0.01，
玉米浆4
硫酸锰0.01
苯乙酸0.5
硫酸锌0.01。
猪油0.5
返回
配制工业发酵培养基的一般要求
1. 营养比较丰富，浓度要恰当：太营养 菌体生长过盛，否则生长太差. 2. 原料彼此不能产生化学反应：如柠檬 酸，CaCO3 。
碳源 I
菌丝体干重/g·L-1 平均
II III
乳糖 1.7 谷壳 1.9 米糠 2.9 果糖 3.1 麦芽糖 5.3 蔗糖 6.2 葡萄糖 8.1 可溶性 8.1 淀粉 红薯粉 9.6 土豆粉 12.7
1.7 1.7 1.9 1.9 2.8 2.9 2.9 4.0 5.2 4.9 5.7 6.7 8.0 8.4 8.8 7.6
第三章 工业发酵培养基及制备
第一节 培养基的成分 第二节 培养基的类型和配方设计 第三节 影响培养基的质量的因素
概述
培养基是人们提供微生物生长 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多种营养物 质的混合物。
返回
谷氨酸生产培养基（%）:
水解糖12
玉米浆0.3
尿素0.5
磷酸氢二钾0.1
脂肪。脂肪酸→乙酰CoA→三羧酸循环→产生 大量能量→耗氧→丙酮酸→乳酸。
第二节 培养基的成分
（三）有机酸，醇，柠檬酸，甲醇。 （四）碳氢化合物：石油产品，如谷氨酸生产
菌，用正十六烷作碳源，当发酵到100小时加 适量青霉素，谷氨酸产量达84 g/L。 碳源可分为速效碳和缓效碳，要配合使用。
碳源、氮源最适浓度组合为玉米粉 5%、黄豆饼粉0.5625%、葡萄糖 5%、蛋白胨0.5265%、蔗糖5%,按 此培养基进行培养,灵芝菌丝体的产 量为28.317g/L。
关键词 灵芝菌丝体;深层液体培养; 培养基
结果与分析
2.1 最适碳源试验 本试验选择了15种常用易得碳
源原料作比较不同碳源对灵芝菌 丝体生长的影响见下表。
氮源 I
菌丝体干重/g·L-1 平均
II III
硝酸钠 2.0 硝酸铵 2.6 硫酸铵 7.5 酵母膏 8.4 黄豆饼15.2 粉 花生饼15.9 粉 蛋白胨 15.8
2.2 2.5 3.1 3.2 8.8 8.3 9.2 8.0 14.3 13.1
14.6 15.0
14.6 15.6
2.259 3.028 8.242 8.577 14.266
二、培养基的设计
（一 ）培养基的设计一般思路： 1. 单因子试验法 2. 正交试验法。 3. 中试发酵规模ห้องสมุดไป่ตู้一步优化配方。
参考文献
单因子试验法举例
微生物学杂志
研究报告· 灵芝菌丝体深层液体发酵培养基研 究
刘 冬,李世敏,许柏球,赖国红 (深圳职业技术学院生物应用工程系,广东深圳 518055)
摘 要 探讨了灵芝菌丝体深层 液体培养所需的营养条件。结果 表明,最适碳源单糖为葡萄糖,二糖 为蔗糖,多糖为玉米粉、小麦面粉、 麸皮粉或土豆粉;最适氮源为硫酸 铵、黄豆饼粉、花生饼粉或蛋白 胨;
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配制工业发酵培养基的一般要求
3. 原料成本低，蛋白胨可用玉米浆， 大豆粉代替。 4. 不影响通气搅拌的效果，如蛋白 质的含量高，泡沫多，通气差。
第一节 培养基的成分
一、 碳源： （一）糖类：单、双、多糖。淀粉的水解
是在热水中膨胀，然后用酶或酸水解。 （二）脂肪：一般在糖类缺乏时，菌利用
15.236
15.382
组别
第一组 第二组 第三组
正交设计确定优化的配方
正交分析表
水平
因素
A葡萄糖（%） B土豆粉（%） C硫酸铵（%） D黄豆粉（%）
1
0.2
2
0.3
3
0.4
1
0.01
0.5
3
0.02
三 发酵培养基：是供菌体生长繁殖 和合成大量代谢产物用的。要求组成 应丰富，完整。
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庆大霉素生产
孢子培养基（% ）： 淀粉 0.8 天冬氨酸 0.002 麸皮 2 琼脂 1.8 pH 7.5
K2HPO4 0.05 CaCO3 0.1 KNO3 0.1 MgSO4 0.05 NaCl 0.05
庆大霉素生产
二、 氮源
1.有机氮源：黄豆粉，黄豆饼粉，玉米浆， （干态、液态），还有酵母粉，鱼粉，蛋白 胨，尿素等 2.无机氮源：如硫酸铵和硝酸钠。
生理酸性物质：（NH4)2SO4→2NH3+H2SO4 pH↓ 下降。 生理碱性物质：KNO3+4H2→NH3+2H2O+KOH，pH ↑ 上升。
三、无机盐和微量元素、生长因子： P：核酸；S：蛋白胨，铁，镁、锌、 钴以及维生素等。
9.8 10.3 12.4 12.4
1.772 1.948 2.923 3.955 5.178 6.237 8.212 8.220
9.932 13.237
组别
第一组 第二组 第三组 第四组 第五组
第六组
2.2 最适氮源试验
本试验选择4种常用易得有机氮 源和3种无机氮源比较其对灵芝 菌丝体生长的影响,从下表可以 看出,无机氮源中以硫酸铵为最 适氮源,有机氮源中以黄豆饼粉 等为最适氮源。
第三节 培养基的种类和配方设计
一、 培养基的种类
微生物学中有合成、天然、固体和半 固体、选择性、鉴别培养基。工业上有：
一 孢子培养基：氮源相对低些，如有的 生产菌加0.5%的酵母膏不产孢子。为什 么？孢子产生是在不利的环境下。如麸皮， 大米是较好生孢子的原料。
第三节 培养基的种类与选择
二 种子培养基：供孢子发芽和菌体 生长繁殖用的。其中氮源和维生素含 量应略高。