第三章 发酵培养基
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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。
发酵培养基ppt课件
培养基的设计及优化
培养基成分选择的原则 菌体的同化能力(一般只有小分子能够通过细胞膜进入细胞体内进行
代谢;许多碳源和氮源都是复杂的有机物大分子,如淀粉与黄豆饼粉等;对 于酵母,一般仅能利用2-3糖;对于氮源一样,常用的有大豆饼、花生饼粉 和毛发的水解液)
代谢的阻遏和诱导（应根据微生物的特性和培养的目的，注意快速
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
广义上讲是指一切可供微生物细胞生长繁殖所需的一组营 养物质和原料.同时培养基也为微生物提供除营养外的其他 生长所必需条件.
1.都必须含有合成细胞组成所必需的原料; 2.满足 一般生化反应的基本条件; 3.一定的PH条件等; 4.工业生产上选择的培养基俗称发酵培养基,还 应包括能够促进微生物合成产物所必需的成分.
合适的C、N比（氮源过多，生长过于旺盛，PH偏高，不利于代谢
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 则容易形成较低的PH；碳源不足则容易引起菌体的衰老和自溶；一般 工业发酵培养基的碳氮比为 100︰（0.2-2.0)
PH的要求(要保证发酵过程中PH满足工艺的要求,合理配制培养基是
灭菌（葡萄糖与含氨基的物质反应形成→5－羟甲基糖醛和棕色的类黑
精（焦化）对微生物有一定的毒性。磷酸盐与Ca2+、Mg2+、NH4＋等反 应形成沉淀或络合物。 ）
培养基粘度的影响
粘度是培养基物性的重要指标之一，它直接影响氧的传递、 营养成分、无机盐、生长因子等的扩散，从而影响细胞的 呼吸、营养成分的吸收，最终导致影响目标产物的形成。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
培养基成分选择的原则 菌体的同化能力(一般只有小分子能够通过细胞膜进入细胞体内进行
代谢;许多碳源和氮源都是复杂的有机物大分子,如淀粉与黄豆饼粉等;对 于酵母,一般仅能利用2-3糖;对于氮源一样,常用的有大豆饼、花生饼粉 和毛发的水解液)
代谢的阻遏和诱导（应根据微生物的特性和培养的目的，注意快速
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
广义上讲是指一切可供微生物细胞生长繁殖所需的一组营 养物质和原料.同时培养基也为微生物提供除营养外的其他 生长所必需条件.
1.都必须含有合成细胞组成所必需的原料; 2.满足 一般生化反应的基本条件; 3.一定的PH条件等; 4.工业生产上选择的培养基俗称发酵培养基,还 应包括能够促进微生物合成产物所必需的成分.
合适的C、N比（氮源过多，生长过于旺盛，PH偏高，不利于代谢
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 则容易形成较低的PH；碳源不足则容易引起菌体的衰老和自溶；一般 工业发酵培养基的碳氮比为 100︰（0.2-2.0)
PH的要求(要保证发酵过程中PH满足工艺的要求,合理配制培养基是
灭菌（葡萄糖与含氨基的物质反应形成→5－羟甲基糖醛和棕色的类黑
精（焦化）对微生物有一定的毒性。磷酸盐与Ca2+、Mg2+、NH4＋等反 应形成沉淀或络合物。 ）
培养基粘度的影响
粘度是培养基物性的重要指标之一，它直接影响氧的传递、 营养成分、无机盐、生长因子等的扩散，从而影响细胞的 呼吸、营养成分的吸收，最终导致影响目标产物的形成。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
发酵工业培养基
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。
（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。
氮源：凡可构成Ｍ细胞和代谢产物中氮素 来源的物质。 常用的氮源分两大类：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，所以也称之谓速 效氮源。但无机氮源的迅速利用会引起pH 的变化 (NH4)2SO4 → 2NH3 + 2H2SO4 NaNO3 + 4H2 → NH3 + 2H2O + NaOH
发酵培养基
#2022
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。 菌体的同化能力 培养基对菌体代谢的阻遏与诱导的影响 合适的碳氮比 合适的pH
3.4.2、发酵培养基的优化方法 培养基设计与优化一般都要经过以下几个步骤： 根据前人的经验和培养基成分确定时必须考虑的一些问题，初步确定可能的培养基成 分； 通过单因子实验确定最适的各培养基组分和最适浓度； 最后通过多因子实验，进一步优化培养基的各种成分及其浓度。
培养过程称为实验室种子制备阶段。
1、实验室阶段
生产车间阶段：种子培养在种子罐里面进 行，一般在工厂归为发酵车间管理，因此形 象地称这些培养过程为生产车间阶段。
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
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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
B
C
D
％
1
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发酵培养基
米淀粉、小麦淀粉和甘薯淀粉）
油和脂肪
The building blocks of a fat are a glycerol molecule and fatty acids.
要供给比糖代谢更多的氧 , 不然大量的的 脂肪酸和代谢中的有机酸会积累 , 从而引 起PH下降.常用的油有豆油、猪油、菜油、 葵花子油、鱼油、棉子油等。
培养基设计时注意的一些相关问题
发酵特性的影响（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）
灭菌（葡萄糖与含氨基的物质反应形成→5－羟甲基糖醛和棕色的类黑
精（焦化）对微生物有一定的毒性。磷酸盐与Ca2+、Mg2+、NH4＋等反 应形成沉淀或络合物。 ）
３．按用途分类
孢子培养基（营养不要太丰富；所用无机盐的浓度要适量；要
注意培养基的ＰＨ和湿度；麸皮、小米、大米、玉米碎屑等）
种子培养基（营养要求比较丰富和完全，氮源和维生素的
含量也要高些，但总浓度以略稀薄为好，可达到较高的溶解氧）
发酵培养基（组成除有菌体生长所必需的元素的化合物外，
还要有合成产物所需的特定元素、前体和促进剂等。）
有机酸 有机酸的利用常会使PH上升，尤其是 有机酸盐氧化时，常伴随着碱性物质的 产生，使PH进一步上升。（乳酸、柠 檬酸、乙酸等）
烃和醇类
随着石油工业的发展，微生物工业的碳
源也有扩大。正烷烃已用于有机酸、氨
基酸、维生素、抗生素和酶制剂的工业
发酵中。国外乙醇代粮发酵的工艺发展
也十分迅速。
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
油和脂肪
The building blocks of a fat are a glycerol molecule and fatty acids.
要供给比糖代谢更多的氧 , 不然大量的的 脂肪酸和代谢中的有机酸会积累 , 从而引 起PH下降.常用的油有豆油、猪油、菜油、 葵花子油、鱼油、棉子油等。
培养基设计时注意的一些相关问题
发酵特性的影响（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）
灭菌（葡萄糖与含氨基的物质反应形成→5－羟甲基糖醛和棕色的类黑
精（焦化）对微生物有一定的毒性。磷酸盐与Ca2+、Mg2+、NH4＋等反 应形成沉淀或络合物。 ）
３．按用途分类
孢子培养基（营养不要太丰富；所用无机盐的浓度要适量；要
注意培养基的ＰＨ和湿度；麸皮、小米、大米、玉米碎屑等）
种子培养基（营养要求比较丰富和完全，氮源和维生素的
含量也要高些，但总浓度以略稀薄为好，可达到较高的溶解氧）
发酵培养基（组成除有菌体生长所必需的元素的化合物外，
还要有合成产物所需的特定元素、前体和促进剂等。）
有机酸 有机酸的利用常会使PH上升，尤其是 有机酸盐氧化时，常伴随着碱性物质的 产生，使PH进一步上升。（乳酸、柠 檬酸、乙酸等）
烃和醇类
随着石油工业的发展，微生物工业的碳
源也有扩大。正烷烃已用于有机酸、氨
基酸、维生素、抗生素和酶制剂的工业
发酵中。国外乙醇代粮发酵的工艺发展
也十分迅速。
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
《发酵培养基》课件
05
参考文献
参考文献
1 2 3
发酵培养基PPT课件概述
介绍发酵培养基PPT课件的基本概念、特点和作 用，以及其在发酵工程领域的应用价值和发展趋 势。
发酵培养基PPT课件内容
详细介绍发酵培养基PPT课件的内容，包括发酵 培养基的组成、制备方法、影响因素以及优化策 略等方面的知识。
发酵培养基PPT课件制作技巧
未来发酵培养基的研究重点与展望
未来发酵培养基的研究重点将主要集中在以下几个方面：提高发酵效率、产物产量和降低生产成本； 研发新型微生物资源；利用合成生物学技术构建高效、环保的新型发酵培养基；研究培养基的营养组 分和代谢调控机制等。
展望未来，随着生物技术的不断进步和环保意识的提高，发酵培养基的研究将更加注重绿色、高效、 可持续发展的理念。同时，随着大数据、人工智能等新技术的应用，发酵培养基的研究将更加精准和 智能化，为行业发展带来新的机遇和挑战。
01
02
03
根据用途
生产菌体培养基、产物合 成培养基、分离培养基等 。
根据物理状态
固体培养基、液体培养基 。
根据成分
天然培养基、合成培养基 。
02
发酵培养基的选择与优化
发酵培养基的选择原则
适宜性原则
选择的培养基应能满足微 生物生长和产物合成的需 要，同时要易于工业化操 作。
经济性原则
在满足适宜性的前提下， 应尽量降低培养基的成本 ，提高经济效益。
介绍如何制作高质量的发酵培养基PPT课件，包 括设计思路、排版技巧、图表制作等方面的技巧 。
感谢观看
THANKS
发酵培养基的配制与灭菌
配制
按照选定的配方，将各种原料准 确称量后混合均匀，制成所需的
05_培养基的选择
发酵培养基的设计和注意事项
1. 提供必要的营养成分： 提供必要的营养成分：
培养基成分必须满足细胞生长， 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。 物所需的基本要求。
2. 配制合适的浓度： 配制合适的浓度：
可以从发酵动力学有关生长、 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。 所需主要原料的需要量。
（2）合成培养基 ）
是用化学成分和数量完全了解的物质配制 而成的。成分精确，重复性强， 而成的。成分精确，重复性强，可以减少不 能控制的因素。 能控制的因素。 适用于在实验室范围作有关营养、代谢、 适用于在实验室范围作有关营养、代谢、 分类鉴定、生物测定及选育菌种、 分类鉴定、生物测定及选育菌种、遗传分析 等定量研究工作。 等定量研究工作。 但一般微生物在合成培养基上生长较慢， 但一般微生物在合成培养基上生长较慢， 有些微生物营养要求复杂， 有些微生物营养要求复杂，在合成培养基上 不能生长。 不能生长。
发酵培养基的各种营养物质的浓度应尽可能高些， 发酵培养基的各种营养物质的浓度应尽可能高些，这样 在同等或相近的转化率条件下有利于提高单位容积发酵 罐的利用率，增加经济效益。 罐的利用率，增加经济效益。 发酵培养基需耗用大量原料，因此，原料来源、 发酵培养基需耗用大量原料，因此，原料来源、原材料 的质量以及价格等必须予以重视。 的质量以及价格等必须予以重视。
生理代谢 菌种筛选 种子培养
发酵培养
（5） 固体培养基 ）
分类：斜面试管、 分类：斜面试管、平板 等 作用： 作用： 固体培养基在菌种的分离、 固体培养基在菌种的分离、保 菌落特征的观察、 藏、菌落特征的观察、活菌计数和 鉴定菌种方面是不可缺少的。 鉴定菌种方面是不可缺少的。 在制曲、酶制剂、 在制曲、酶制剂、柠檬酸等生 产中， 产中，用来培养霉菌等的固体种子 和发酵培养基是由麸皮等农作物加 无机元素等制成的。 无机元素等制成的。
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
第三章第四节发酵培养基灭菌
一、灭菌的原理和方法
消毒与灭菌的区别？
消毒 杀死物体表面及内部一部分对人体有害的 病原菌的营养体，而对被消毒的物体基本 无害的措施，如对皮肤、水果、饮用水的 消毒，啤酒、牛奶、果汁等消毒。 灭菌 杀死任何物体内外的一切微生物的方法， 灭菌后的物体不再有可存活的微生物。
1、化学试剂灭菌法
化学试剂：甲醛、乙醇或新洁尔灭、高锰酸钾等 适用范围：环境空气、皮肤及器械的表面消毒 2、射线灭菌法
在实际生产中，也可能遇到所供蒸汽不足、温度不够高 的情况，这时可以适当延长灭菌时间。 生产上甚至有用100℃蒸煮而达到彻底灭菌的实例。
如要做固体曲而没有高温蒸汽时，可将原料用100蒸汽蒸
30min， 杀死其中的营养细胞， 但孢子与细菌的芽孢没 有被杀死。 将蒸过的原料置于室温下过夜， 未被杀死的
当培养基成分从T1上升到T2时，微生物的死亡速率与培养基的分解有如下 关系：
K2 ） K 1 E K `2 ln （ ） E ` K `1 ln （
通过实验测定可知： K2 （ ） 灭菌时杀死微生物的活化能大于培养基成分的破坏活化能值， ln K 1 E 因此： K2 K `2 K `2 E ` ln （ ） ln （ ） ln （ ） K1 K `1 K `1
电磁波、紫外线或放射性物质 适用范围：无菌室、接种箱
3、干热灭菌法
常用烘箱，灭菌条件为在160℃下保温1h 适用范围：金属或玻璃器皿
4、湿热灭菌法
利用饱和蒸汽进行灭菌、条件为：121℃，30’ 适用范围：广泛应用于生产设备及培养基的灭菌 例：高压灭菌锅
5、过滤除菌法
利用过滤方法阻留微生物 适用范围：制备无菌空气
由此可见，若要减少营养成分的破坏，可升 高温度灭菌。 结论2：在灭菌时选择较高的温度、较短的时 间，这样便既可达到需要的灭菌程度， 同时 又可减少营养物质的损失。
第三章 工业发酵培养基
第三章工业发酵培养基一、填空题1．工业培养基按用途分可分为、和三种类型。
2. 培养中速效碳是指，速效氮是指。
3.工业发酵培养基的成分有碳源、氮源、水以及，，。
4. 碳源物对微生物的功能是 __和_ __，微生物可用的碳源物质主要有___ _、___ _、__ _、__ _、__ __等。
5. 微生物利用的氮源物质主要有_ _、_ _、_ __、_ __、__ _等。
6. 生长因子主要包括、和。
7. 在微生物研究和生长实践中，选用和设计培养基的最基本要求是__ _、_ _、_ _、_ _和_ _。
二、名词解释1.前体2.促进剂3.碳氮比4.孢子培养基5.玉米浆6.发酵培养基三、判断题1.培养基灭菌前加豆油，主要是预防泡沫的产生和提供氮源。
2.青霉素发酵培养基中添加苯乙酸目的是促进产量的增加。
3. 前体是构成细胞结构的小分子物质。
4. 营养成分碳源是细胞组成成分和各种产物的构成元素，不能作为生物能量代谢的必需元素。
5. 柠檬酸可调节培养基的ｐＨ，但不能作为碳源被菌利用。
6. 在味精生产时培养基中添加青霉素是为了抑制杂菌。
7. 在固体培养基中，琼脂的浓度一般为0.5—1.0%．8. 培养基中加入一定量的NaCl，其作用是调节渗透压。
四、选择题⒈大肠杆菌液体培养时，它首先利用的碳源是（）。
A 淀粉B 乳糖C 葡萄糖D 玉米粉⒉适合细菌生长的C/N比一般为（）A 5：1B 25：1C 40：1D 80：1⒊实验室常用的培养细菌的培养基是（）A 牛肉膏蛋白胨培养基B 马铃薯培养基C 高氏一号培养基D 麦芽汁培养基⒋下列物质属于生长因子的是（）A．葡萄糖 B．蛋白胨 C．NaCl D．生物素⒌食品工业微生物发酵一般要求培养基原料( )A.价格高质量好B.营养好价格高C. 价廉易得D.纯度高6 无机氮是速效氮，因为其（）A．微生物对其吸收快B．是无机物C. 纯度高D.价廉易得7 下列哪些是生理碱性物质（）A．硝酸钠B．氯化钠C．氢氧化钠D．氯化铵8 平板划线分离法需要下面所有的物品，除了( )之外。
【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)：
发酵培养基的成分及来源
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
② 淀粉、糊精
使用条件：微生物必须能分泌水解淀粉、糊精的酶类 缺点：难利用、发酵液比较稠、一般>2.0%时加入一定 的α-淀粉酶成分比较复杂，有直链淀粉和支链淀粉等等。
优点：来源广泛、价格底 难利用，可以解除葡萄糖效应
pH 4.25 5.45 4.62
酶活
120分钟 30分钟 75分钟
四、生长因子、前体和产物促进剂
①、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 。
例某厂单耗为：0.337（kg/10亿青霉素） 转化率为：13.8/[(0.337/0.6)*36]=68%
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
4、使用注意点
A. 对于其它渠道有可能带入的过多的某种无机离子和 微量元素在发酵过程中必须加以考虑
例：铁离子 青霉素发酵中，铁离子的浓度要小于20μg/ml 发酵罐必须进行表面处理
B、使用时注意盐的形式（pH的变化）
例：黑曲酶NRRL-330,生产α-淀粉酶，P对酶活的影响
不加 加 K2HPO4 加 KH2PO4
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来自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。
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
② 淀粉、糊精
使用条件：微生物必须能分泌水解淀粉、糊精的酶类 缺点：难利用、发酵液比较稠、一般>2.0%时加入一定 的α-淀粉酶成分比较复杂，有直链淀粉和支链淀粉等等。
优点：来源广泛、价格底 难利用，可以解除葡萄糖效应
pH 4.25 5.45 4.62
酶活
120分钟 30分钟 75分钟
四、生长因子、前体和产物促进剂
①、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 。
例某厂单耗为：0.337（kg/10亿青霉素） 转化率为：13.8/[(0.337/0.6)*36]=68%
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
4、使用注意点
A. 对于其它渠道有可能带入的过多的某种无机离子和 微量元素在发酵过程中必须加以考虑
例：铁离子 青霉素发酵中，铁离子的浓度要小于20μg/ml 发酵罐必须进行表面处理
B、使用时注意盐的形式（pH的变化）
例：黑曲酶NRRL-330,生产α-淀粉酶，P对酶活的影响
不加 加 K2HPO4 加 KH2PO4
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来自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。
3第三章 发酵培养基
第三章
发酵培养基
2012/3/4
发酵培养基
1
培养基：广义上讲培养基是指一切可供微生物细胞生长繁殖 所需的一组营养物质和原料，同时培养基也为微生 物培养提供除营养外的其它所必须的条件。
发酵培养基：工业生产上使用的培养基，其作用： 满足菌体的生长 促进产物的形成
2
2012/3/4
发酵培养基的要求：
36
2012/3/4
发酵培养基的设计和优化
正交设计确定优化的配方（P112-114）
37
2012/3/4
发酵培养基的设计和优化
极差 K值 趋势分析
38
2012/3/4
发酵培养基的设计和优化 四、摇瓶水平到反应器水平的优化
培养基研究的两个层次
摇
瓶——培养基设计的第一步
反应器——最终的优化配方
29
2012/3/4
发酵培养基的设计和优化 一、培养基成分选择的原则
菌种的同化能力 代谢的阻遏和诱导 合适的C、N比 pH的要求
30
2012/3/4
发酵培养基的设计和优化
二、成分含量的确定 （一）理论转化率与实际转化率 理论转化率是指理想状态下根据微生物的代谢途径进 行物料衡算，所得出的转化率的大小。 实际转化率是指发酵过程中转化率的实际大小 。 如何使实际转化率接近于理论转化率是发酵2/3/4
培养基的类型及功能
二、按状态
液体培养基:80%～90%是水，其中配有可溶性或不溶性的 营养成分，是发酵工业大规模使用的培养基。 固体培养基 :适合于菌种和孢子的培养和保存，也广泛应 用于有子实体的真菌如香菇、白木耳等的生产。随着机械 化程度的提高，有些发酵工业也应用固体培养基进行生产。 半固体培养基:在配好的液体培养基中加入少量的琼脂 即得到半固体培养基，一般琼脂用量为0.5%～0.8% , 主要用于微生物的鉴定。
发酵培养基
2012/3/4
发酵培养基
1
培养基：广义上讲培养基是指一切可供微生物细胞生长繁殖 所需的一组营养物质和原料，同时培养基也为微生 物培养提供除营养外的其它所必须的条件。
发酵培养基：工业生产上使用的培养基，其作用： 满足菌体的生长 促进产物的形成
2
2012/3/4
发酵培养基的要求：
36
2012/3/4
发酵培养基的设计和优化
正交设计确定优化的配方（P112-114）
37
2012/3/4
发酵培养基的设计和优化
极差 K值 趋势分析
38
2012/3/4
发酵培养基的设计和优化 四、摇瓶水平到反应器水平的优化
培养基研究的两个层次
摇
瓶——培养基设计的第一步
反应器——最终的优化配方
29
2012/3/4
发酵培养基的设计和优化 一、培养基成分选择的原则
菌种的同化能力 代谢的阻遏和诱导 合适的C、N比 pH的要求
30
2012/3/4
发酵培养基的设计和优化
二、成分含量的确定 （一）理论转化率与实际转化率 理论转化率是指理想状态下根据微生物的代谢途径进 行物料衡算，所得出的转化率的大小。 实际转化率是指发酵过程中转化率的实际大小 。 如何使实际转化率接近于理论转化率是发酵2/3/4
培养基的类型及功能
二、按状态
液体培养基:80%～90%是水，其中配有可溶性或不溶性的 营养成分，是发酵工业大规模使用的培养基。 固体培养基 :适合于菌种和孢子的培养和保存，也广泛应 用于有子实体的真菌如香菇、白木耳等的生产。随着机械 化程度的提高，有些发酵工业也应用固体培养基进行生产。 半固体培养基:在配好的液体培养基中加入少量的琼脂 即得到半固体培养基，一般琼脂用量为0.5%～0.8% , 主要用于微生物的鉴定。
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三、按用途（从发酵生产应用考虑） 培养基按其用途可分为孢子（斜面）培养基、种子
培养基和发酵培养基三种
h
6
第二节 发酵培养基的成分及来源 一、碳源
1、作用 提供微生物菌种的生长繁殖所需的能源和合
成菌体所必需的碳成分； 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、低碳醇
h
7
3、工业上常用的糖类 ① 葡萄糖 ➢ 所有的微生物都能利用葡萄糖 ➢ 但是会引起葡萄糖效应
原料质量等方面不加控制会影响生产稳定性
h
4
培养大肠杆菌常用两种培养基
M培养基(1L)： Na2HPO4 6 g，KH2PO4 3 g， NaCl 0.5 g， NH4Cl 1 g， MgSO4·7H2O 0.5 g， CaCl2 0.011 g，葡萄糖 2-10, pH 7.0
YPS培养基：酪蛋白胨10 g，酵母提取物5 g, NaCl 10 g，PH 7.2
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
h
21
有机氮源成分复杂可以从多个方面对发酵 过程进行影响，而另一方面有机氮源的来源 具有不稳定性。所以在有机氮源选取时和使 用过程中，必须考虑原料的波动对发酵的影 响！
h
22
氮源使用的一些相关问题：
有机氮源和无机氮源应当混合使用 早期：容易利用易同化的氮源—无机氮源 中期：菌体的代谢酶系已形成、则利用蛋白质
发酵培养基的作用：
➢ 满足菌体的生长 ➢ 促进产物的形成
h
2
发酵培养基的要求
① 满足产物最经济的合成。
② 发酵后所形成的副产物尽可能的少。
③ 培养基的原料应因地制宜，价格低廉；且性能稳定， 资源丰富，便于采购运输，适合大规模储藏，能保证 生产上的供应。
④ 所选用的培养基应能满足总体工艺的要求，如不影 响通气、提取、纯化及废物处理等。
1、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
h
17
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。
h
9
不同的制糖工艺生产的糖液质量差别很大
h
10
② 糖蜜
糖蜜是制糖生产时的结晶母液，它是制糖工业的副产物。 糖蜜主要含有蔗糖，总糖可达50%～75%。一般糖蜜 分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜葡萄糖蜜。
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不用加工方法对甘蔗糖蜜的影响
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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 许多都会对发酵产生不利的影响，需进行预处理。 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 K4Fe(CN)6·3H2O
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③ 淀粉、糊精 使用条件：微生物必须能分泌水解淀粉、糊精的酶类
缺点：难利用、发酵液比较稠、一般>2.0%时加入一定 的α-淀粉酶成分比较复杂，有直链淀粉和支链淀粉等等。
优点： 来源广泛、价格底 可以解除葡萄糖效应
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pHபைடு நூலகம்
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毛霉产蛋白酶的研究
陈涛，中国酿造，2004
初始pH的影响: pH偏酸比较好，中性蛋白酶影响大
无机氮源的影响： 硫酸铵>硝酸铵>硝酸钠>尿素
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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。 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。
工业上常用淀粉水解糖，但是糖液必须达到一定 的质量指标
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葡萄糖效应:
分解代谢产物阻遏某些诱导酶体系编码的基因转 录的现象。
如大肠杆菌在含葡萄糖和乳糖的培养基上，葡萄 糖未被利用完之前，乳糖操纵子就一直被阻遏，乳糖 不能被利用。
原因：葡萄糖的分解物引起细胞内cAMP含量降低， 启动子释放cAMP-CAP（catabolic gene activator protein）蛋白，RNA聚合酶不能与乳糖的启动基因 结合，导致转录不能进行，直到葡萄糖被利用完后， 乳糖操纵子才进行转录，形成利用乳糖的酶。
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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
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李江华，无锡轻工大学学报，2004
(1.5 g 麸皮)
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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。
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第一节 培养基的类型及功能
培养基按其组成物质的纯度、状态、用途可分为三大类型
一、按纯度
合成培养基 : 原料其化学成分明确、稳定 适合于研究菌种基本代谢和过程的物质变化规律
培养基营养单一，价格较高，不适合用于大规模 工业生产
天然培养基: 采用天然原料
原料来源丰富(大多为农副产品)、价格低廉、适于 工业化生产
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二、按状态
固体培养基: 适合于菌种和孢子的培养和保存，也广泛 用于有子实体的真菌类，如香菇、白木耳等的生产
半固体培养基: 即在配好的液体培养基中加入少量的琼 脂，一般用量为0.5%～0.8% ,主要用于微生物的鉴定。
液体培养基: 80%～90%是水，其中配有可溶性的或不溶 性的营养成分，是发酵工业大规模使用的培养基。
第三章 发酵培养基
◆ 发酵培养基的基本要求 ◆ 发酵培养基的类型及功能 ◆ 发酵培养基的成分及来源 ◆ 发酵培养基的优化 ◆ 重组产品培养基的介绍
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第三章 发酵培养基
培养基：广义上讲培养基是指一切可供微生物细胞生 长所需的一组营养物质和原料。同时培养基也为微生 物培养提供除营养外的其它所必须的条件。