发酵培养基设计与优化2011
培养基优化设计
课程设计说明书课程名称：新编生物工艺学设计题目: 培养基优化设计院系：生物与食品工程学院学生姓名：学号：2专业班级：08生物技术指导教师：关现军2011 年6月3 日课程设计任务书目录1.摘要················································页码2.关键字··············································页码3.设计背景············································页码3.1培养基简介···········································页码3.2培养基优化设计的重用意义····························页码4 设计方案·················································页码 4.1原材料制备···········································页码 4.2菌种的选择···········································页码 4.3营养因子的比例设·····································页码4.4理化条件控制············································页码4.5总工艺流程列叙········································页码5 预期结果················································页码6 方案实施时可能出现的问题与对策·······························页码7 设计感受·················································页码7.1 关于本方案···················································页码 7.2 关于自我·····················································页码8参考文献··················································页码.1 摘要以改良ＭＲＳ发酵培养基为墓础，选择玉米浆、牛肉膏、乳糖、番茄汁、际蛋白陈等７个营养因子增菌培养乳酸菌进行优化。
发酵培养基及制备
B3
• (1)A1B1C1 • (4)A1B2C2 • (7)A1B3C3
A1
(2)A2B1C2 (5)A2B2C3 (8)A2B3C1
C3
A2 A3
(3)A3B1C3 (6)A3B2C1 (9)A3B3C2
这9个试验点在选优区中分布是均衡的，在立方 体的每个平面上 ，都恰是3个试验点；在立方体的每 条线上也恰有一个试验点。
• 根据不同用途选择培养基 –液体培养基和固体培养基
• 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、来源丰富、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。
因素水平表
水平
1 2 3
试验因素
加水量
加酶量
（mL/100g） （mL/100g）
A
B
酶解温度 （℃） C
10
1
20
50
4
35
90
7
50
酶解时间 （h） D
1.5
2.5
3.5
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
2
17
1
3
3
3
24
2
1
2
3
12
2
2
3
1
47
2
3
发酵过程及优化实验
发酵过程及优化实验——产淀粉酶细菌的优化实验淀粉酶是一类能催化淀粉糖苷键水解的酶类，作用于淀粉分子产生糊精、低聚糖及葡萄糖等多种产物。
而淀粉酶是应用最广的酶制剂之一，占全球酶工业市场份额的25%-33%。
淀粉酶广泛分布于动物、植物和微生物有机体中。
目前，已报道的能够产生淀粉酶的微生物种属包括不动杆菌属、微球菌属、黄隐球酵母、盐单胞菌属、青霉菌属、类芽孢杆菌属、链霉素属、假单胞菌属和杆菌菌属等。
实验一培养基的配置、灭菌一、实验目的1. 温故配制微生物培养基的原理及配制的一般方法、操作步骤。
2. 了解鉴别性培养基的原理，并掌握配制鉴别性培养基的放到和步骤。
二、实验原理鉴别性培养基是一类在成分中加有能与目的菌的无色代谢产物发生显色反应的指示剂，从而达到只需用肉眼辨别颜色就能方便地从近似菌落中找出目的菌菌落的培养基。
如对于淀粉酶产生菌的筛选，选用的是在含有淀粉的培养基中培养微生物，滴加碘液进行染色，若出现透明圈，则表明该菌能产生胞外淀粉酶。
三、材料和器材（1）培养基：普通培养基：牛肉膏3g，蛋白胨10g，NaCl 5g，自来水1000mL，pH7.2~7.4。
鉴别型培养基：牛肉膏3g，蛋白胨10g，可溶性淀粉10g，NaCl 5g，琼脂20g，自来水1000mL，pH7.2~7.4。
另一个鉴别性培养基加可溶性淀粉15g每1000ml。
（2）器皿：电子天平，烧杯，锥形瓶，量筒，培养皿，玻棒，涂布棒，移液管等。
（3）其他：药匙，记号笔，报纸等。
（4）碘原液：称取碘化钾22g，加少量蒸馏水溶解，加入碘11g，溶解后定容至500mL，贮于棕色瓶中。
稀碘液：取碘原液2mL，加碘化钾20g，用蒸馏水定容至500mL，贮于棕色瓶中。
四、方法和步骤1．配制基本培养基，分装50mL至250mL锥形瓶，供实验菌株扩增。
2．配制鉴别培养基，检测实验菌株是否能产胞外淀粉酶。
3．配制稀释用的生理盐水，分装4.5mL至每个试管（11管）。
培养基设计与优化
培养基的设计与优化原料：碳源,氮源十大元素: 碳, 氢, 氧, 氮, 磷, 钾, 硫, 钙, 镁微量元素: 硼, 锰, 锌, 钼, 钴, 碘, 铜, 等生长因子、前体和产物促进剂生长因子从广义上讲，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。
如以糖质原料为碳源的谷氨酸生产菌均为生物素缺陷型，以生物素为生长因子，生长因子对发酵的调控起到重要的作用。
有机氮源是这些生长因子的重要来源，多数有机氮源含有较多的B簇维生素和微量元素及一些微生物生长不可缺少的生长因子。
前体前体指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接为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。
产物促进剂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。
其提高产量的机制还不完全清楚，其原因可能是多方面的，主要包括：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。
水对于发酵工厂来说，恒定的水源是至关重要的，因为在不同水源中存在的各种因素对微生物发酵代谢影响甚大。
水源质量的主要考虑参数包括pH值、溶解氧、可溶性固体、污染程度以及矿物质组成和含量。
培养基的设计与优化目前还不能完全从生化反应的基本原理来推断和计算出适合某一菌种的培养基配方，只能用生物化学、细胞生物学、微生物学等的基本理论，参照前人所使用的较适合某一类菌种的经验配方，再结合所用菌种和产品的特性，采用摇瓶、玻璃罐等小型发酵设备，按照一定的实验设计和实验方法选择出较为适合的培养基。
培养基设计的基本步骤是：1.根据前人的经验和培养基成分确定时一些必须考虑的问题，初步确定可能的培养基成分.2.通过单因子实验最终确定出最为适宜的培养基成分。
发酵培养基优化策略
发酵培养基优化策略李勇昊;周长海;丁雷;孙元章;杨建明【摘要】在发酵过程中,经常需要通过试验来寻找研究对象的变化规律,这些对象包括培养基的设计、工艺参数等;而这些变化规律的寻找就要通过科学的试验设计与数据分析来实现.通过对规律的研究达到各种实用的目的,比如提高产量、降低消耗、提高产品质量等,特别对于新菌种、新产品的试验.本文对发酵培养基优化的基本方向进行了综述,并比较了常用的试验设计与数据分析方法.【期刊名称】《北京联合大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(000)002【总页数】7页(P53-59)【关键词】培养基优化;试验设计;数据分析【作者】李勇昊;周长海;丁雷;孙元章;杨建明【作者单位】吉林大学生物与农业工程学院,长春,130022;吉林大学生物与农业工程学院,长春,130022;东北林业大学生命科学学院,哈尔滨,150040;中国科学院青岛生物能源与过程研究所,青岛,266071;中国科学院青岛生物能源与过程研究所,青岛,266071【正文语种】中文【中图分类】TQ920.61 发酵培养基的初期选择策略1.1 发酵的准备发酵的第一步往往是选择合适的培养基，然而不能光靠试验来获取数据，那么选择初始培养基的最简单途径就是查阅文献，通过以往发表的相关文献，尤其是自己研究领域的相关文献，会节省大量的时间，并且行之有效。
1.2 培养基成份的更换由于根据文献查到的培养基并不一定适合自己的菌种，因为所处的地点不同，菌种的来源不同，很难保证菌种的生长需求相同，并且许多用于生产贵重商品的培养基配方被视为公司机密，这就说明发酵培养基对发酵生产的重要性。
由于不同的菌种利用碳源、氮源的速度不同;尤其是工程菌，菌种对生长和质粒稳定性的要求更加苛刻，所以有必要对培养基的基础成份进行筛选，在保持其他条件不变的情况下，只改变一种成份来确定适合自己菌种的培养基成份。
王志军等［1］认为碳源和氮源对质粒稳定性有很大影响，不同碳源和氮源的种类可影响质粒生产的稳定。
【doc】枯草芽孢杆菌发酵培养基优化培养实验
枯草芽孢杆菌发酵培养基优化培养实验枯草芽孢杆菌发酵培养基优化培养实验吴俊罡张秉胜刘吉华秦贵江王梅雪张红霞庚涛(大连翔大生物技术研究中心有限公司)摘要本文从生产实际出发,针对生产用菌种,通过对培养基碳源,氮源等的选择及配比的正交实验,得出最适培养基.关键词:枯草芽孢杆菌芽孢率活菌数培养基前言枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)是我国农业部允许作为饲料添加剂的两种芽孢杆菌之一.其已被越来越多地研制成饲用微生态制剂.因其制剂是无毒,无残留,无污染的"绿色"添加剂,故具有广阔的发展前景,并已在畜牧业,饲料行业广泛应用,显示了巨大的社会效益和生态效益.枯草芽孢杆菌具有很强的蛋白酶,脂肪酶,淀粉酶等活性,能产生抗菌素,在动物肠道内具有较强生物夺氧能力.这些特性对促进动物营养的消化吸收,提高动物的饲料转化率和防病促进生长起到重要作用.现阶段的工业化生产中,常存在着发酵周期长,芽孢形成率低,成本高等问题,对此我们对发酵培养基进行了优化实验,以提高枯草芽孢杆菌的产量并降低生产成本.材料与方法材料菌种枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis),翔大生物技术研究中心有限公司保存.主要试剂牛肉膏,蛋白胨,氯化钠,葡萄糖,淀粉,硫酸锰,葡萄糖等.主要设备P270普通摇床,303AB一3隔水式培养箱,1600倍微生物显微镜,PHS一25G型酸度计,50升高级发酵罐,电热干燥箱等.检测方法活菌计数采用平皿活菌计数法,芽孢率采用芽孢染色后显微镜下计数比较.检测培养基:牛肉膏0.3%,蛋白胨1%,葡萄糖1%,氯化钠0.5%,琼脂2%菌种处理安培管菌种活化:用无菌吸管吸取0.3--0.5毫升无菌水滴入安培管,轻轻震荡使冻干菌体溶解成悬浮状,取0.1--0.2毫升菌悬液涂于上肉汤培养基平皿上,37℃培养36小时.菌种筛选:挑取少许活化后菌落划线于促芽孢形成培养基(土壤浸出液1000毫升,牛肉膏6可克, 蛋白胨5克,琼脂20克,pH7.0～7.2)平皿上,37℃培养20小时左右取出,选大菌落挑到装有4.5毫升无菌水的试管中,震荡均匀后置120oC干燥箱中加热20分钟,再涂布于促芽孢形成培养基的平皿上培养,反复多次.最后选取平皿上的大菌落转接到促芽孢培养基的试管斜面上,37℃培养箱培养l3～15 小时拿出放入4~C冰箱保存备用.筛选前后种子作对比:从冰箱中拿出筛选前后的种子斜面各1支,分别接入装有肉汤培养基的三角瓶中,在37℃,每分钟195转的摇床上振动培养,每3小时涂片观察一次,培养36小时记录活菌数和芽孢率. 此过程重复3次.培养基选择首先选择四种不同培养基进行摇瓶培养比较,观察菌数和芽孢形成情况.培养基的配制:①号培养基:淀粉0.15%+葡萄糖0.5%+尿素0.1%+磷酸氢二钾0.3%+磷酸二氢钾0.15%+硫酸镁0.05%+酵母膏0.02%+氯化铁0.01%+碳酸钙0.01%+大豆粕1%;②号培养基:淀粉0.15%+葡萄糖0.5%+尿素0.1%+磷酸氢二钾0.3%+磷酸二氢钾0.15%+硫酸镁0.05%+酵母膏0.02%+氯化铁0.01%国外畜牧学——猪与禽第23卷第3期2003年5月?31'+碳酸钙0.01%+大豆粕1%+淀粉0.3%+3.08%浓度的硫酸锰溶液0.1%.③号培养基:牛肉膏0.3%+蛋白胨1%+葡萄糖1%+氯化钠0.5%;④号培养基:牛肉膏0.3%+蛋白胨1%+葡萄糖1%+氯化钠0.5%+淀粉0.3%+3.08%浓度的硫酸锰溶液0.1%;以上所有各种培养基的pH均调为7.0～7.2.以上每种培基各做三瓶,装液量100毫升/500毫升三角瓶,用四层纱布和牛皮纸包扎置立式压力蒸汽消毒器中于121℃灭菌20分钟,取出备用.摇瓶种子制备:将在冰箱保存的种子在无菌室内接入肉汤培养基中,在37℃,每分钟195转的摇床上振荡培养12小时.接种和培养:培养好的种子液以10%接种量分别接入四种不同培养基中37℃振荡培养,每隔12小时检测一次,36小时结束培养.此过程重复3 次.正交实验:我们将上述摇瓶结果相对较好的②号培养基作为基本培养基,设计了四个因素,三个水平的正交实验,以进一步优化培养基配比(培养36 小时测活菌数).正交实验设计见表1(所用培养基中其它营养成分不变).表1正交实验设计简表发酵罐实验以摇床正交实验得出的最佳培养基进行50升发酵罐培养,并与肉汤培养基进行对比.发酵罐培养的有关条件如下:定容30升,加消泡剂3‰,用NaOH溶液调pH值到7.5～8.0(注:因为灭菌后pH约下降0.5～1.0),培养121'112灭菌20分钟,培养温度37'112,搅拌转速200转/分钟,起始气流量比1:0.5.当芽孢率达到80%以上时,发酵结束.此实验重复两次.结果和讨论菌种处理结果从菌种优化的三次结果看:经优化后在相同的培养时间内(36小时)芽孢形成率由原先的约38% 提高到约96%,活菌数也由17.7亿/毫升提高到28.6亿/毫升.菌种处理结果见图1.处理前芽孢形成率(%)菌种处理结果处理后臼活菌数(亿/毫升)摇床实验的结果摇床实验所确定的四种培养配方依据是:①号培养基为普遍应用于培养细菌的培养基配方,③号培养基为经验配方,②号和④号培养基配方是在①,③号培养基的基础上分别添加0.3%的淀粉和添加30.8ppm浓度的硫酸锰而成.通过本试验证明锰离子,淀粉对芽孢形成有促进作用.②号培养基配比要明显优于其它三种培养基配比,培养到36小时芽孢率可达到95%以上,活菌数可达到27亿/毫升,故我们选择②号培养基作为基本培养基进行正交实验.摇床实验的结果见表2.表2摇床实验的结果培养基和检测项目培养时间(小时)122436培养基①芽孢率(%)活菌数(亿魔升)培养基②芽孢率(%)活菌数(亿魔升)培养基③芽孢率(%)活菌数(亿魔升)培养基④芽孢率(%)活菌数(亿魔升)个别芽孢约40约8026.2518.615.4个别芽孢约50约10027.1528.4526.2个别芽孢约50约8015.7519.112.25个别芽孢个别芽孢约2514.3619.2511.75正交实验结果表3显示了正交实验的结果.由表可见,影响因素为:MnSO4>豆粕>淀粉>葡萄糖;适宜条件为:葡萄糖1.5%,淀粉0.2%,豆粕3%,Mn-SO40.1%,磷酸氢二钾0.3%,磷酸二氢钾0.15%,.32.国外畜牧学——猪与禽第23卷第3期2003年5月∞∞∞∞加0目硫酸镁0.05%,酵母膏0.02%,氯化铁0.01%,碳酸钙0.01%.表3正交实验的结果发酵罐实验结果以摇床正交实验得出的最佳培养基进行50升发酵罐培养,与肉汤培养基培养的两次比较实验,结果基本稳定.采用优化培养基的培养结果比肉汤培养基有很大提高,主要体现在:①发酵周期缩短了24～26小时,在发酵生产中降低了能耗,且可提高年产量;②最终活菌数提高了约54.7%.芽孢形成比率高,菌体死亡率较优化前低24.7%.图2显示了两种培养基两次培养结果的对比.结论适合该菌株发酵的培养基配比为:葡萄糖1.5%,淀粉0.2%,豆粕3%,MnS040.1%,磷酸氢二钾0.3%,磷酸二氢钾0.15%,硫酸镁0.05%,酵母膏0.02%,氯化铁0.01%,碳酸钙0.01%.(参考文献7篇略)一◆l:了||I::||l:||.一-.一一./'一■——一一'———◆..-,一t一▲v..一.一二'.一一一.～.?:::!::,6l014182226303438424648培养时间,时)注:芽孢率1,活茵数1,芽孢率2,活茵数2代表两次肉汤培养基配方发酵培养结果;芽孢率3,活茵数3,芽孢率4,活茵数4代表优化的培养基配方发酵培养结果.图2两种培养基培养结果的对比代邮:257000鲁东营IZl区河滨路东营力大王农畜产公司于勇510000广州天河广汕路高唐科技产业园廖益平我们已将你们买的书寄出,但被邮局退回了,原因是"原写地址不详",希望你们见此通知后速与《国外畜牧学——猪与禽》编辑部联系.谢谢!国外畜牧学——猪与禽第23卷第3期2003年5月?33?∞舳∞∞∞∞加m0晕。
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；
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。
发酵工程
微生物在利用营养物质后，由于酸碱物质的积累或代谢酸 碱物质的形成，会造成培养体系中pH的波动；
发酵过程中调节pH的方式一般不主张直接用酸碱来调节； 在配制培养基选取营养成分时，除了考虑营养需求外，要 考虑其代谢后对培养体系pH缓冲能力的影响。
二.培养基优化 1.为什么培养基优化
（1）目前还不能完全从生化反应的基本原理来推断和计算出适合某一
10
响应面分析法
• 什么是RSM？ 响应曲面设计方法(Response Surface Methodology，RSM) 是利用合理的试验设计方法并通过实验得到一定数据，采用 多元二次回归方程来拟合因素与响应值之间的函数关系，通 过对回归方程的分析来寻求最优工艺参数，解决多变量问题 的一种统计方法。 响应面分析法是数学与统计学相结合的产物;能以最经济的 方式，用很少的实验数量和时间对实验进行全面研究，科学 地提供局部与整体的关系，从而取得明确的、有目的的结论
（4）合适的碳氮比
碳氮比对生长繁殖以及产物合成的影响极其显著
氮源过多，会使菌体生长过旺，pH偏高，不利代谢
产物的积累；氮源不足，则菌体繁殖量少，从而影响产 量； 碳源过多则易形成较低的pH；碳源不足则容易引起 菌体的衰老和自溶
（5）合适的PH值
pH是微生物生长和代谢的极为重要的环境因子；
方法
均匀 设计
成本 发酵单位
聚类 分析
结果
神经 网络 其他 方法
培养基设计与优化的大致步骤：
• 1）根据前人的经验和培养基配制的基本理论，初步确定可能的成分； • 2）通过单因子实验确定最为适宜的培养基成分；
• 3）通过多因子实验确定各成分的最适浓度
单因子实验比较简单。
对于多因子实验，为了通过较少的实验次数获得所需的结果， 常采用一些合理的实验设计方法，常用的有正交实验设计、 响应面分析等。
《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
酵母培养中的基质代谢、呼吸和生长的参数检测与参数相关分析-2011版
参数检测与参数相关分析培养基：酵母粉，蛋白胨，葡萄糖，甘油，pH5.5仪器：葡萄糖测定仪其它：电子秤、摇瓶、量筒、烧杯若干菌种：酵母菌参数检测与参数相关分析一、实验目的微生物的生长受到自身代谢特性和环境的影响，比如在不同的介质中同一种菌的代谢特性和代谢速率会不一样，不同的生长阶段菌的代谢也会不同。
在分批培养中，随着微生物的生长，基质被利用，代谢产物的积累，环境会发生变化，从而对微生物代谢产生影响。
所以测定代谢过程的参数，如菌浓度、基质浓度、pH、溶氧溶度等，并对这些参数的时序变化进行分析并进行动力学分析，可以使人们对微生物培养过程有一个量化的了解，所以检测代谢参数是过程控制与优化的基本前提，其中基质代谢、氧的消耗对于菌体生长密切相关。
本实验力图使学生掌握测定菌体浓度、基质消耗、呼吸相关的各种参数的方法，以及学会分析这些参数的时序变化和相互间的关系。
一种参数可以有不同的检测方法，本实验将选取在实际应用中比较常见的检测项目，使学生通过实验能掌握常用参数的测定方法。
并且将即时测定的数据进行时序分析和多参数的关联分析使学生对代谢的网络化有一个初步的认识。
二、实验原理本实验在15L发酵罐中进行酵母培养。
在需氧代谢中，菌体生长是以基质代谢和氧的消耗为基础的，因为它们提供了生长所需要的前体物质和能量，而且从基质和氧的消耗也可以反映菌生长的状况和阶段。
酵母的生长以葡萄糖为碳源，随着葡萄糖的利用酵母生长，同时也会产生代谢副产物……小分子酸，因此要用NaOH调节pH。
NaOH消耗的多少与糖代谢相关。
分批发酵中，酵母生长会出现延迟期、对数生长期、稳定期、衰亡期等阶段，我们通过测定菌量也可以了解。
三、材料与方法3.1种子培养基配方酵母粉1%，蛋白胨2%，葡萄糖2%，pH5.53.2发酵培养基配方酵母粉1%，蛋白胨2%，葡萄糖2%，甘油2%，pH5.53.3补糖配方葡萄糖30%3.4葡萄糖测定按葡萄糖测定仪的说明书操作3.5电极标定3.5.1 pH电极标定将pH电极连上电极线，将罐发酵pH电极标定控制屏幕上的斜率和截距分布设置为1和0；将电极插入pH6.86（称为标1）的标准缓冲液，等pH显示的读数稳定后读取读数（称为测1）。
发酵工程 - 多选
1、发酵过程工艺控制中物理参数包括：温度、压力、搅拌转速和质量等。
2、介质过滤除菌机理主要有：惯性碰撞，拦截作用，静电吸引，布朗运动和重力沉降等。
3、液体发酵反应器种类主要包括：酒精发酵罐；啤酒发酵罐；机械搅拌通气式发酵罐；自吸式发酵罐；循环式发酵罐和排管式发酵罐等。
4、实验室使用的发酵系统基本组成可分解为：罐体系统，包括罐体等装置；灭菌系统，包括：蒸汽发生器等装置；温度控制系统，包括：罐内温度传感器等装置；无菌空气制备系统，包括：空气压缩机等装置；控制系统，包括：电源开关等装置。
1．灭菌方法主要有（）A．干热灭菌法B．湿热灭菌法C．射线灭菌法D．化学药品灭菌法E．过滤除菌法2．能影响发酵过程中温度变化的因素是（）A．微生物分解有机物释放的能量B．机械搅拌C．水分蒸发D．发酵罐散热E．菌体自溶3. 发酵过程中污染杂菌的途径可能有（）A．种子带菌B．无菌空气带菌C．设备渗漏D．培养基和设备灭菌不彻底E．操作不当4．影响培养基灭菌效果的因素有（）A．温度B．时间C．pH值D．培养基成分和颗粒物质E．泡沫5. 补料有利于控制微生物的中间代谢，补料的内容有（）A．能源和碳源B．氮源C．消泡剂D．微量元素或无机盐E．诱导酶的底物1．下列不是微生物生长、繁殖所必需的物质的是（）A 激素B 核苷酸C 维生素D 色素E 抗生素2．高温对培养基成分的有害影响，表现在（）A 形成沉淀B 破坏营养C 提高色泽D 改变培养基的pH值E 降低培养基浓度3．微生物的次级代谢产物，（）A 是微生物生长繁殖所必需的物质B 对微生物无明显的生理功能C 在细胞内积累D 具有菌株特异性E 是以初级代谢产物为前体衍生而来4. 近代发酵工业具有以下特点（）A 由自然发酵转为代谢控制发酵和人工支配遗传因子的发酵B 微生物酶反应生物合成和化学合成相结合C 向大型发酵和连续化、自动化方向发展D 微生物工业涉及国民经济的各个领域E 从糖质原料转到利用石油、天然气及纤维素资源5. 目前发酵过程已经实现在线测量和控制的参数是（）A 温度B pH值C 溶解氧浓度D 消泡E 流量5.发酵完毕后，目标产物提取前，要对发酵液进行预处理，其内容包括：（），（），（），（）。
1发酵培养基的优化方法与策略
1发酵培养基的优化方法与策略发酵培养基的优化是提高微生物发酵产物产量和质量的重要手段之一、优化发酵培养基的方法与策略主要包括以下几个方面。
1.组件选择和浓度优化：优化发酵培养基的首要任务是选择合适的营养成分。
首先，根据发酵微生物的需求特点选择对其生长和代谢有促进作用的营养需求物质，如碳源、氮源、矿质盐和辅助因子等。
其次，通过合理配比研究每个组分的最佳浓度，避免过高或过低的浓度对微生物生长和代谢产物产量的负面影响。
2.抗泡沫和抗氧化剂的添加：在发酵过程中，泡沫和氧气的存在会影响微生物的生长和产物的产量。
添加抗泡沫剂可以有效地控制泡沫的产生和积聚，改善发酵液的混合和气体传质效果。
而添加抗氧化剂可以减少氧气对微生物的氧化损伤，提高微生物对氧气的利用效率。
3.pH值和温度的调节：微生物的生长和代谢活动受到环境条件的影响较大，因此优化发酵培养基时需要合理调节pH值和温度。
适当的pH值和温度可以提供良好的生长环境，促进微生物发酵活动。
对于一些需要特殊pH值和温度条件的微生物，可以在培养基中添加缓冲剂和调节剂，用于调节pH值和温度。
4.发酵条件的控制：发酵过程中，控制发酵条件是优化发酵培养基的关键之一、控制发酵过程中的搅拌速度、通气量和温度、pH值等操作参数，可以有效地提高发酵效果和产物的产量。
此外，还可以通过适时添加激素和生长因子等来调节微生物的代谢途径和产物的产量。
5.采用统计学方法进行优化：为了确保优化发酵培养基的可靠性和准确性，通常需要采用统计学方法建立数学模型来描述微生物的生长和代谢规律。
通过设计合适的实验方案和合理的数据采集，应用响应面法、负荷图法、主成分分析等方法，对关键因素进行优化和预测，从而提高发酵培养基的效果。
总之，发酵培养基的优化是一个复杂的过程，需要结合微生物的特点和发酵过程中的各种因素进行综合考虑与调控。
通过合理选择和配比培养基组分、添加合适的辅助剂、调节发酵条件和采用统计学优化方法，可以最大限度地提高微生物的发酵产量和质量。
微生物(酵母)的培养基优化
实验一微生物(酵母)的培养基优化(指导教师:汪文俊熊海容王海英肖新才实验员: 张继泰) 一．实验目的：掌握微生物斜面培养基、种子培养基及发酵培养基确定方法，学会对已确定菌种确定实验室发酵工艺。
二．实验原理生物量的测定方法有比浊法和直接称重法等。
由于酵母在液体深层通气发酵过程中是以均一混浊液的状态存在的，所以可以采用直接比色法进行测定。
三．仪器与试剂全恒温振荡培养箱，分光光度计、电热恒温水浴槽、天平、电炉。
试剂为葡萄糖、蔗糖、酵母浸粉、KH2PO4。
四．实验方法(1)、培养基的配制(见表1,2)表1 正交表试验设计因素水平葡萄糖蔗糖酵母膏KH2PO41 1.0 0.0 0.5 0.52 2.0 1.0 1.0 1.03 3.0 2.0 2.0 2.0表2 正交表实验方案编号葡萄糖(A) 蔗糖(B)酵母膏(C)KH2PO4（D）生物量（OD）h12h24h36h48h60h1 (1) (1) (1) (1)2 (1) (2) (2) (2)3 (1) (3) (3) (3)4 (2) (1) (2) (3)5 (2) (2) (3) (1)6 (2) (3) (1) (2)7 (3) (1) (3) (2)8 (3) (2) (1) (3)9 (3) (3) (2) (1)（2）将上述培养基配制好以后，每250 ml三角瓶装入培养基100 ml，于121℃下灭菌30 min，冷却。
（3）冷却后接种（接种量为5％），置于28℃培养箱进行培养。
（4）测OD值：将接种0 h、12 h、24 h、36 h、48 h、60 h不同时间的菌悬液摇均匀后于560nm波长、1cm比色皿中测定0D值。
比色测定时，用以未接种的培养基作空白对照，并将0D值填入表中，最终确定最佳培养基的组成及发酵时间。
五．思考题(1)比浊计数在生产实践中有何应用价值?(2)本实验为什么采用560nm波长测定酵母菌悬液的光密度？如果你在实验中需要测定大肠杆菌生长的OD值，你将如何选择波长?实验二紫外线的诱变育种(指导教师:汪文俊熊海容王海英肖新才实验员: 张继泰) 一．目的要求通过实验，观察紫外线对枯草芽孢杆菌的诱变效应，并学习物理因素诱变育种的方法。
论述工业生产用培养基在设计和优化过程中的注意事项
1.论述工业生产用培养基在设计和优化过程中的注意事项首先，在发酵培养基的选择时的几点原则：（1）必须提供合成微生物细胞和发酵产物的基本成分。
（2）有利于减少培养基原料的单耗，即提高单位营养物质所合成产物数量或最大产率。
（3）有利于提高培养基和产物的浓度，以提高单位容积发酵罐的生产能力。
（4）有利于提高产物的合成速度，缩短发酵周期。
（5）尽量减少副产物的形成，便于产物的分离纯化。
（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。
（8）利于产品的分离纯化，并尽可能减少产生“三废“的物质。
培养基几点注意：(1)提供必须的营养成分：培养基成分必须满足细胞生长，代谢活动和合成产物所需的基本要求。
(2)配制合适的浓度：可以从发酵动力学有关生长、产物合成和基质利用物料平衡的关系中大致推算所需原料或大致计算出所需主要原料的需要量。
(3)主成分与其他成分的配比。
(4)控制合适的PH：微生物的生长繁殖或产物的合成往往需要一定的PH环境，在最适PH环境，在最适PH值下有利于加快各种酶的反应。
因此在整个发酵过程中应使培养基的PH适合于微生物的生长或产物合成所需。
其中，PH的具体控制方法：①.可以在微生物培养过程中加入酸或碱或流加某些营养物质调剂培养基的PH，但更应在配制培养基时考虑所用营养物质的组成成分，使其PH值适合该微生物生长或合成代谢产物的需要。
②还要注意有些营养物质被利用后培养基的PH的变化情况。
③最常用的方法是再培养基中流加具有一定缓冲能力的物质作为营养物质如以磷酸盐最为磷的成分；或者避免使用容易产生生理酸性或碱性培养基PH波动太大的物质。
④避免产生微生物不能利用的物质或形成沉淀。
如葡萄糖与铵盐或氨基酸的安吉在灭菌高温下作用形成深褐色的物质。
这种物质不被微生物利用，因此这两类营养物不宜直接配在一起进行灭菌，而应采用分开灭菌后再加入发酵罐内。
蜜环菌液态发酵培养基及补料分批发酵工艺的优化
蜜环菌液态发酵培养基及补料分批发酵工艺的优化刘宇;龚思慧;彭楠;葛向阳【摘要】Through optimizing the Armillaria mellea liquid fermentation medium and 2 m3 fermentation tank production process,the optimum medium for Armillaria mellea was medium containing corn flour of 60g/L,soybean powder of 20 g/L,ethanol of 3 mL/L,VB1 of 0.03 g/L,KH2PO4 of 1.5 g/L,MgSO4 · 7H2O of 0.75 g/L,α-amylase of 0.1 g/L with the initial pH 3.0.The best breeding time for next step fermentation was 6 d.After fermentation in 50 L fermentor for 8 d,the biomass could reach 26.80g/L.After fermentation in 200 L fermentor for 6 d,the biomass was 15.35 g/L.Fermentation can be moved to the next step at this point,2 m3 fermentor with supplementary fermentation.After fermentation for 8 d,the biomass could reach 22.65 g/L.%通过对蜜环菌液态发酵培养基和2 m3发酵罐生产工艺的优化,得到蜜环菌适宜的培养条件为:玉米粉60 g/L,豆粕20 g/L,无水乙醇3 mL/L,VB10.03 g/L,KH2PO41.5 g/L,MgSO4· 7H2O 0.75 g/L,α-淀粉酶0.1g/L,初始pH3.0,当摇瓶种子培养到第6天,菌丝量19.24 g/L时,移种到50 L发酵罐,培养8d,其菌丝量可达26.80 g/L.200 L种子发酵罐培养6d,其菌丝量为15.35 g/L,此时可转入下一级培养,2 m3发酵罐发酵采用补料发酵的方式,培养8d,其菌丝量可达22.65 g/L.【期刊名称】《食品与发酵工业》【年(卷),期】2016(042)005【总页数】6页(P187-191,197)【关键词】蜜环菌;培养基;补料分批培养;生产工艺【作者】刘宇;龚思慧;彭楠;葛向阳【作者单位】华中农业大学生命科学技术学院,湖北武汉,430070;华中农业大学生命科学技术学院,湖北武汉,430070;华中农业大学生命科学技术学院,湖北武汉,430070;华中农业大学生命科学技术学院,湖北武汉,430070【正文语种】中文蜜环菌属于担子菌门、担子菌纲、伞菌目、白蘑科、蜜环菌属，是药食兼用的真菌，与天麻和猪苓都存在着共生关系[1-2]，目前生产蜜环菌的工艺主要有固体栽培、固体发酵以及液体深层发酵。
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→ Biomass + Product + byproducts + CO2 + H2O + heat
Fermentation media
Nutrient Carbon Nitrogen
生物素
e.g. amino acids, vitamins, biotin Sources: normally organic nitrogen source
e.g. corn steep liquor
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。
? Corn steep liquor is the water extract byproduct resulting from the steeping of corn during the commercial production of corn starch and other corn products .
麸皮水解液
corn steep liquor powder
3. Trace elements
Fe, Mn, B, Zn, Cl, Mo, Cu
主要元素
P、S、Mg、K、Ca；
微量元素
Fe、Cu、 Mn 、Zn、Mo、 Co、B
4. Growth factors
Small amount of organic compounds necessary for microbial growth.
如以糖质原料为碳源的谷氨酸生产菌均为生物素缺陷 型，以生物素为生长因子,生长因子对发酵的调控起到重 要的作用 。
有机氮源是这些生长因子的重要来源，多数有机氮源 含有较多的B簇维生素和微量元素及一些微生物生长不可 缺少的生长因子
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。
Raw material 糖蜜
molasses, starch 玉米浆
corn steep liquor, soybean meal,
pure ammonia or ammonium salts,
尿素 urea, nitrate salts, phosphate salts
Vitamins and growth factors
?For use
?Basic medium ?Enriched medium ?Differential medium ?Selective medium
?Manufacture intention
?Seed medium ?Ferment medium
Nutrient sources for industrial fermentation
Medium Development
? To maintain economic competitiveness, low-cost crude materials are frequently used
? Levels of minerals and growth factors may be critical
2
Kinds of culture media
?The source of media constituent
?Complex media ?Synthetic or defined media ?Semi-defined medium
?Physics states
?Liquid medium ?Solid medium ?Semi-solid medium
(NH 4)2SO4 ? 2NH 3 + H 2SO4 NaNO 3 + 4H 2 ? NH 3 + 2H 2O +NaOH
(2) Organic nitrogen sources
?Urea ?Yeast extract ?Peptones 蛋白胨 ?Corn steep liquor ?Soybean cake powder ?Peanut powder ?Bran hydrolysis liquid
Unit 1 Industrial Fermentation Medium
The basic ingredients of media include carbon source 、nitrogen source 、inorganic salt 、growth factor and distilled water etc.
青霉素：分子量356
苯乙酸:分子量136
作用：前体有助于提高产量和组份。 用法：前体使用时普遍采用流加的方法
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%
前体相对价格较高，添加过多，容易引起挥发和氧化， 流加也有利于提高前体的转化率
Corn steep Liquor, CSL
? Cheaper
2. Nitrogen source
(1) Inorganic nitrogen source
? Ammonia, ammonium and nitrate 硝酸盐
? Microbes can utilize it faster. ? After it is utilized, the pH of medium will be changed.
生物素
biotin, yeast extract, beef extract,
corn steep liquor, wheat germ
meal
小麦胚芽粉Βιβλιοθήκη 1. Carbon sources
(1) Starch (corn, wheat, potato )
?Widely used in fermentation industry
糊精
?Starch ? ? dextrin ? glucose ?Advantages: cheaper than glucose
(2) Molasses
?Byproduct of cane or beet sugar production
粘性的
?A dark viscous syrup containing 50% -75% fermentable sugars (mainly sucrose) with 2% nitrogen, vitamins and minerals