第四章 发酵培养基的设计_PPT幻灯片
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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
发酵工业培养基设计课件
发现：
最早是从青霉素的生产中被发现的。
加入玉米浆后，青霉素单位可从20U/ml增加 到100U/ml；
玉米浆中含有苯乙胺，它能被优先合成到青霉 素分子中，从而提高青霉素G的产量。
发酵过程中常用的一些前体物质
产物
青霉素G 青霉素V 金霉素 灰黄霉素 红霉素
前体
产物
苯乙酸及其衍生物 核黄素
苯氧乙酸
•
根据主要成分或使用目的分：
营养不能太丰富，尤其是有机氮源；
鉴别培养基
• 根据无用机盐途浓分度：要适量，否则会影响孢子量选和择孢培子养颜基色；
注意pH和湿度
孢子培养基营—养—要供求制备比孢较子丰用富；和完全，氮源和维生素含量也要高一些
种子培养基——满足菌种生长；
发酵培养基——满足大生产中大量菌体生长和繁殖以及代谢产物积累
发酵培养基
12.5 0.5-0.8
0.15 0.06
3 各2ppm
不同的发酵产物，不同的菌种所选择的发酵培养基是不同的。
白酒 发酵：固体发酵培养基；
果酒发酵：果汁
啤酒发酵：麦芽汁
※二、发酵培养基的成分及来源 P42
❖ 碳源 ❖ 氮源 ❖ 无机盐和微量元素 ❖水 ❖ 生长调节物质
(一)、碳源
❖ 碳源功能： ❖ 为微生物菌种的生长繁殖提供能源和合
※供氧要充足，否则会使有机酸积累，引起pH下降
常用豆油、菜油、葵花籽油、猪油、鱼油、棉籽油
❖ 3、有机酸 ❖ 会使pH上升 ❖ CH3COONa＋O2→CO2+H2O+NaOH ❖ 常用：乳酸、柠檬酸、乙酸
❖ 4、烃和醇类 ❖ 正烷烃（C14～18)、乙醇
(二)、氮源
❖ 功能： ❖ 构成菌体细胞物质和含氮代谢物
工业发酵培养基及制备幻灯片PPT
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
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 。
返回
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
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。
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. 中试发酵规模进一步优化配方。
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)
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
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 。
返回
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
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。
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. 中试发酵规模进一步优化配方。
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)
发酵工程 ppt课件
100%
酵母菌
单细胞真菌，具有真核细胞结构 ，有产孢子繁殖和水生、好气性 生长及醇发酵和糖发酵等类型。
80%
霉菌
丝状真菌的俗称，意即多细胞的 真菌，在自然界中广泛存在。
微生物的营养需求
水
微生物细胞的主要组成部分， 是良好的溶剂，能维持酶活性 ，参与代谢反应。
无机盐
参与细胞构成和代谢反应，对 细胞的渗透压平衡和酸碱平衡 起着重要作用。
利用发酵技术生产面包、啤酒 、酸奶等食品。
医药工业
生产抗生素、疫苗、干扰素等 生物药物。
化学工业
生产燃料、化学品、塑料等物 质。
环境治理
利用微生物处理废水、废气， 实现环境保护和治理。
02
发酵工程的基本原理
微生物的种类与特性
80%
细菌
根据形态可分为球菌、杆菌、螺 旋菌等，根据对人类的关系可分 为致病菌、条件致病菌和益生菌 。
细胞分离
通过离心、过滤等技术将菌体从发酵液中分离出 来。
产物纯化
通过一系列的分离纯化技术，如蒸馏、结晶、色 谱等，将产物纯化至所需的规格和纯度。
04
发酵工程的应用实例
酒精发酵Βιβλιοθήκη 010203
酒精发酵简介
酒精发酵是一种通过酵母 菌将糖类物质转化为乙醇 的过程，广泛应用于酒精 饮料、化工等领域。
酒精发酵工艺流程
提高产物的产量与质量
代谢工程
通过代谢工程手段，对微生物的代谢途径进行优化，提高目标产 物的产量和纯度。
过程控制
采用先进的传感器和在线监测技术，实时监测发酵过程，实现精 准控制，提高产物质量。
降低生产成本与环境污染
节能减排技术
采用新型发酵设备，提高设备利用率和能源利用效率，降低能耗和碳排放。
第4章：发酵工业培养基PPT课件
二级发酵＝1个种子罐+１个发酵罐；
三级发酵＝２个种子罐+１个发酵罐；
在三级发酵中，将小种子罐（一级种子罐）的菌剂
接入到较大的二级种子罐中培养，繁殖后再接入发酵
罐中。
.
4
3.设计发酵级数依据的3大原则：
①菌种的性质（孢子数、孢子发芽率及生长率）： 单位体积或重量的孢子浓度大、发芽快、生长快
的菌种，发酵级数少，否则，级数多； ②发酵罐中种子的最低接种量： 接种量少者，级数少；否则，级数多（多次繁殖才
生理酸、碱性盐配合理使用： 矫正pH，意义重大
实例： A.用曲霉制糖化酶：加NaNO3，→菌体粗壮、培养 时间短、糖化力高，酶活性强。
.
24
原因：曲霉产酸，Na+→NaOH矫正，→pH稳定。
B.黑曲霉发酵制纤维素酶：加（NH4）2SO4 ， NH4+利用，→SO4过剩，→H2SO4→pH下降抑制杂菌； 糖化酶活力高。
.
14
B.糖蜜！！！ 糖厂生产糖时的结晶母液，副产物，含有丰富的 糖，氮素化合物，矿质元素，维生素，是发酵工业 价廉物美的原料。 糖蜜主要含蔗糖，含糖量达50%-70%（W/V）。 糖蜜分为甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜两种，成分不同， 使用时要查阅有关资料。 糖蜜常用于酶母的酒精发酵、丙酮丁酮生产及抗 生素发酵。
原因：玉米浆中含苯乙酸等 2.内源前体
产生菌自身合成的、用于目的产物化学结构形成的
化合物 实例：α-氨基乙二酸、半胱AA、缬氨酸为青霉素、
头孢霉素C合成的前体。
目的产物“合成与否及产量高低”与“前体”密切
相关： 无前体，则目的产物合成如 “无源之水”
.
27
七.活性物质
需要量少，但作用明显的化学物质。
发酵工程 ppt课件
同时，也可以把发酵的微生物分离出来，通过人工培 养，根据不同的要求去诱发各种类型的发酵，获得所需的 发酵产品。
Louis Pasteur 1822-1895
• Paster最终使科学界信服在发酵过程中酵母所遵循的规律
• 其后不久，科赫(Koch)建立了单种微生物分离和纯培养技 术，利用这些技术研究炭疽病时，发现动物的传染病是由 特定的细菌引起的。从而得知，微生物也和高等植物一样， 可以根据它们的种属关系明确地加以区分，从此以后，各 种微生物纯培养技术获得成功。单种微生物分离和纯培养 技术的建立，是食品发酵与酿造技术发展的一个转折点。
• 18世纪后期，Ha nsen在Calsberg 酿造厂建立了酵 母纯种培养技术
发酵工程 ppt课件
科赫 (Koch)
科赫的主要贡献
➢ 发明了固体培养基并用其纯化微生物等一系列研究方法的创立。
➢ 创造了细菌染色方法。 ➢ 发现了许多病原菌，为以后研究药物和寻找治疗方法提供了依据。
证实炭疽病因 — 炭疽杆菌 发现结核病原菌—结核杆菌
spirillum (螺旋菌 )
spirochaeta 发酵工程 ppt课件 (螺旋体 )
Some particular bacteria morphology
亮发菌的形态 示丝状特殊形态
发酵工程 ppt课件
细菌分裂方式是裂殖，根据其核的分 裂方式不同分无丝分裂核有丝分裂等。
❖生存环境：温暖潮湿、富含有机物的地方，都有大量细菌活
它描述酵母作用于果汁 或麦芽浸出液时产生气泡 的现象。产生气泡的现象 是由浸出液中的糖在缺氧 条件下降解而产生的二氧 化碳所引起的。
发酵工程 ppt课件
发酵工程
发酵工程(fermentation engineering):研究发酵工业生产过程 中，各个单元操作的工艺和设备的一门科学。具体包括菌种选 育、菌体生产、代谢产物的发酵以及微生物机能的利用等。
Louis Pasteur 1822-1895
• Paster最终使科学界信服在发酵过程中酵母所遵循的规律
• 其后不久，科赫(Koch)建立了单种微生物分离和纯培养技 术，利用这些技术研究炭疽病时，发现动物的传染病是由 特定的细菌引起的。从而得知，微生物也和高等植物一样， 可以根据它们的种属关系明确地加以区分，从此以后，各 种微生物纯培养技术获得成功。单种微生物分离和纯培养 技术的建立，是食品发酵与酿造技术发展的一个转折点。
• 18世纪后期，Ha nsen在Calsberg 酿造厂建立了酵 母纯种培养技术
发酵工程 ppt课件
科赫 (Koch)
科赫的主要贡献
➢ 发明了固体培养基并用其纯化微生物等一系列研究方法的创立。
➢ 创造了细菌染色方法。 ➢ 发现了许多病原菌，为以后研究药物和寻找治疗方法提供了依据。
证实炭疽病因 — 炭疽杆菌 发现结核病原菌—结核杆菌
spirillum (螺旋菌 )
spirochaeta 发酵工程 ppt课件 (螺旋体 )
Some particular bacteria morphology
亮发菌的形态 示丝状特殊形态
发酵工程 ppt课件
细菌分裂方式是裂殖，根据其核的分 裂方式不同分无丝分裂核有丝分裂等。
❖生存环境：温暖潮湿、富含有机物的地方，都有大量细菌活
它描述酵母作用于果汁 或麦芽浸出液时产生气泡 的现象。产生气泡的现象 是由浸出液中的糖在缺氧 条件下降解而产生的二氧 化碳所引起的。
发酵工程 ppt课件
发酵工程
发酵工程(fermentation engineering):研究发酵工业生产过程 中，各个单元操作的工艺和设备的一门科学。具体包括菌种选 育、菌体生产、代谢产物的发酵以及微生物机能的利用等。
发酵培养基的优化方法与策略PPT课件
▪ 大米和小米常用作霉菌孢子培养基，因它们含 氮少、疏松、表面积大，是较好的孢子培养基。 水分控制在21％－25％。（手捏法）
第5页/共60页
B 种子培养基
• 种子培养基是供（孢子萌发）、菌体生长和大 量繁殖的培养基。
• 在种子扩培过程中，各级种子培养基的成分往 往不一样。 （种子培养基营养相对比较丰富）
2.2.2, 无机氮源-- (NH4) 2SO4 , NH4 Cl , NH4 NO3 , KNO3, NaNO3, NH3
第18页/共60页
2.2.1 有机氮源
• 成分复杂：除了蛋白质、多肽、氨基酸外，还有 少量的糖、脂肪、无机盐、维生素等
• 玉米浆 Corn steep Liquor • 玉米淀粉生产过程中的副产品 • 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 第19页/共60页
• 最后一级的种子培养基的成分比较接近发酵培 养基。
第6页/共60页
C 发酵培养基
---发酵培养基是供菌体生长、繁殖和合成产物之用。
要求 ① 培养基能够满足产物合成的需要。 ② 培养基的原料应因地制宜，价格低廉；质量稳定，资源
丰富，便于运输、仓藏。 ③所选用的培养基应能满足总体工艺的要求，如不应该影响
(3) 产物促进剂
促进剂提高产量的机制还不完全清楚，其原因是多方面 的（机理不详）。 ➢ 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。
锰对于羧化作用是必需的，糖代谢中许多酶的活性都 与锰有关。
第5页/共60页
B 种子培养基
• 种子培养基是供（孢子萌发）、菌体生长和大 量繁殖的培养基。
• 在种子扩培过程中，各级种子培养基的成分往 往不一样。 （种子培养基营养相对比较丰富）
2.2.2, 无机氮源-- (NH4) 2SO4 , NH4 Cl , NH4 NO3 , KNO3, NaNO3, NH3
第18页/共60页
2.2.1 有机氮源
• 成分复杂：除了蛋白质、多肽、氨基酸外，还有 少量的糖、脂肪、无机盐、维生素等
• 玉米浆 Corn steep Liquor • 玉米淀粉生产过程中的副产品 • 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 第19页/共60页
• 最后一级的种子培养基的成分比较接近发酵培 养基。
第6页/共60页
C 发酵培养基
---发酵培养基是供菌体生长、繁殖和合成产物之用。
要求 ① 培养基能够满足产物合成的需要。 ② 培养基的原料应因地制宜，价格低廉；质量稳定，资源
丰富，便于运输、仓藏。 ③所选用的培养基应能满足总体工艺的要求，如不应该影响
(3) 产物促进剂
促进剂提高产量的机制还不完全清楚，其原因是多方面 的（机理不详）。 ➢ 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。
锰对于羧化作用是必需的，糖代谢中许多酶的活性都 与锰有关。
《发酵培养基a》PPT课件
29
80%以上的 苯乙酸最后
作用：前体有助于提高产量和组份
用于青霉素 生产
用量：前体的用量可以按分子量衡算，具体使用有个转化
率的问题
例：6000单位/ml的青霉素G,需要多少苯乙酸 青霉素＝6000*0.6（微克）＝36mg/ml 苯乙酸＝（36*136）/356=13.8mg/ml=1.38%
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%
编辑ppt
32
• 促进剂提高产量的机制还不完全清楚，其 原因是多方面的。
– 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 • 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。
– 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。
编辑ppt
22
例 玉米浆Corn Steep Liquor ①可溶性蛋白、生长因子（生物素）、苯乙酸 ②较多的乳糖 ③硫、磷、微量元素等
• 有机氮源成分复杂可以从多个方面对发酵过 程进行影响
• 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
编辑ppt
9
不同的制糖工艺生产的糖液质量差别很大
编辑ppt
10
② 糖蜜molasses
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。
编辑ppt
11
不用加工方法对甘蔗糖蜜的影响
发酵工程第四章培养基PPT精品文档29页
•二价阳离子促进菌丝体呈球状，用阴离子聚合物可以阻止二价 阳离子的影响。
•锰能改变黑曲霉菌细胞壁的成份。 柠檬酸发酵中（黑曲霉菌）和衣康酸发酵中（土曲霉菌），球 状体的菌丝体产酸最高，而产黄青霉菌发酵青霉素时，丝状体的 产量最高。
•生物素改变细胞膜的通透性，减少反馈抑制。（谷氨酸发酵） •青霉素抑制G＋菌细胞壁形成，而改变细胞的通透性。 •t表hem面egall活ery 性剂改变细胞的通透性。（酶制剂发酵）
五、水
•
水占了细胞重量的绝大部分，也是一切化学反应
和营养物质传递的介质，所以水的质量对微生物的生
长繁殖和产物合成极为重要，因此注意水质对发酵的
影响。
六• 、消水沫的剂硬度太大，往往会引起某些营养成分的沉淀。
工业主发要酵考中虑常参用数一包些括消pH沫值剂、消溶除解发氧酵、中可产溶生性的固泡体沫、， 防止污逃染液程和度染以菌及，物保质证组生成产和的含正量常。进行。
三、无机盐和微量元素
磷、硫、铁、镁、钙、锌、钴、钾、钠、锰、氯等，低浓度时 常呈刺激作用，而高浓度时常表现抑制作用。
主要功能： ①构成菌体成分； ②作为酶活性基团的组成部分或维持酶的活性； ③调节渗透压、pH值、氧化还原电位等； ④作为自养菌的能源。
通常他们在各种培养基中已经足够： • 但不同菌种需求不同 • 同一微生物在不同生长阶段对这些物质的最适需求量也不
微是生指物构对成氨微基生酸物的细利胞用和是代有谢选产择物性中的的，氮如素缬的氨营酸养既物可质用。 于有是红机微霉氮生素源物链成发霉分酵菌复中的杂使生可用长以的，从主又多要可个原以方料氮面之源对一的发，形酵当式过培参程养加进基红行中霉影碳素响源的，不生而足 物另无时合一机，成方氮可。面源作在有：为螺机成补旋氮分充霉源单碳素的一源发来，。酵源质主中具量要，有较分发不稳为酵稳定有培定。机养性氮基。源里所和加以无入在机有L氮-机色源氮氨。源酸选可 使素较副取化用但性性后硝的常 蛋 多 等 外螺的广产时水。无或物能酸p用白肽，，铵硝微H旋生黄泛生物和平机无碱质产钠有的胨、微还有盐酸生霉物豆。产。使，氮机性的生。积有、游生含机中盐物素合粉中由用可源氮物无碱正极机酵离物有氮的中对的成是常于过被的源质机性确作氮母氨生少源氮的它产。发用它程菌迅被，氮物使用源粉基长量除氮与们量酵的们中体速菌这源质用。、酸迅的了：细原的显工玉的，直利体种叫的生鱼，速糖含黄胞 子吸著业米质必接用作经则理生粉糖）类有豆中必收提最浆量须吸常为微此酸理、类。、丰粉有先快高常、波考收会氮生种碱酸菌脂脂富、机还，，用麸动虑利引源物无性性丝肪肪的花氮原所但的质较原用起利生机物物体、、蛋生化成以有粉大料。用理氮质质Lp、无无白饼合氨也-H机是，的后作源，赖的，酒机机质粉物后称氮玉因波，用称对氨变如糟盐盐、、中，之源米而动培（为稳酸化硫等、和肽棉的才谓，淀应对养代定则。酸生（维生类籽氮能迅棉粉用发液谢和完 胺理含生长、饼处被速籽生受酵中）调全，碱丰素因游粉于菌利粉产到的就后节抑若性富及子离、相体用的过限影留能发制菌物的生等的玉同吸的应程制响下形酵螺体质蛋长，氨米的收氮用中。。了成过旋代，白因是基浆氧利源也的酸酸程霉谢如质子较酸、。、 理想的营养物质。 选择氮源时：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
•锰能改变黑曲霉菌细胞壁的成份。 柠檬酸发酵中（黑曲霉菌）和衣康酸发酵中（土曲霉菌），球 状体的菌丝体产酸最高，而产黄青霉菌发酵青霉素时，丝状体的 产量最高。
•生物素改变细胞膜的通透性，减少反馈抑制。（谷氨酸发酵） •青霉素抑制G＋菌细胞壁形成，而改变细胞的通透性。 •t表hem面egall活ery 性剂改变细胞的通透性。（酶制剂发酵）
五、水
•
水占了细胞重量的绝大部分，也是一切化学反应
和营养物质传递的介质，所以水的质量对微生物的生
长繁殖和产物合成极为重要，因此注意水质对发酵的
影响。
六• 、消水沫的剂硬度太大，往往会引起某些营养成分的沉淀。
工业主发要酵考中虑常参用数一包些括消pH沫值剂、消溶除解发氧酵、中可产溶生性的固泡体沫、， 防止污逃染液程和度染以菌及，物保质证组生成产和的含正量常。进行。
三、无机盐和微量元素
磷、硫、铁、镁、钙、锌、钴、钾、钠、锰、氯等，低浓度时 常呈刺激作用，而高浓度时常表现抑制作用。
主要功能： ①构成菌体成分； ②作为酶活性基团的组成部分或维持酶的活性； ③调节渗透压、pH值、氧化还原电位等； ④作为自养菌的能源。
通常他们在各种培养基中已经足够： • 但不同菌种需求不同 • 同一微生物在不同生长阶段对这些物质的最适需求量也不
微是生指物构对成氨微基生酸物的细利胞用和是代有谢选产择物性中的的，氮如素缬的氨营酸养既物可质用。 于有是红机微霉氮生素源物链成发霉分酵菌复中的杂使生可用长以的，从主又多要可个原以方料氮面之源对一的发，形酵当式过培参程养加进基红行中霉影碳素响源的，不生而足 物另无时合一机，成方氮可。面源作在有：为螺机成补旋氮分充霉源单碳素的一源发来，。酵源质主中具量要，有较分发不稳为酵稳定有培定。机养性氮基。源里所和加以无入在机有L氮-机色源氮氨。源酸选可 使素较副取化用但性性后硝的常 蛋 多 等 外螺的广产时水。无或物能酸p用白肽，，铵硝微H旋生黄泛生物和平机无碱质产钠有的胨、微还有盐酸生霉物豆。产。使，氮机性的生。积有、游生含机中盐物素合粉中由用可源氮物无碱正极机酵离物有氮的中对的成是常于过被的源质机性确作氮母氨生少源氮的它产。发用它程菌迅被，氮物使用源粉基长量除氮与们量酵的们中体速菌这源质用。、酸迅的了：细原的显工玉的，直利体种叫的生鱼，速糖含黄胞 子吸著业米质必接用作经则理生粉糖）类有豆中必收提最浆量须吸常为微此酸理、类。、丰粉有先快高常、波考收会氮生种碱酸菌脂脂富、机还，，用麸动虑利引源物无性性丝肪肪的花氮原所但的质较原用起利生机物物体、、蛋生化成以有粉大料。用理氮质质Lp、无无白饼合氨也-H机是，的后作源，赖的，酒机机质粉物后称氮玉因波，用称对氨变如糟盐盐、、中，之源米而动培（为稳酸化硫等、和肽棉的才谓，淀应对养代定则。酸生（维生类籽氮能迅棉粉用发液谢和完 胺理含生长、饼处被速籽生受酵中）调全，碱丰素因游粉于菌利粉产到的就后节抑若性富及子离、相体用的过限影留能发制菌物的生等的玉同吸的应程制响下形酵螺体质蛋长，氨米的收氮用中。。了成过旋代，白因是基浆氧利源也的酸酸程霉谢如质子较酸、。、 理想的营养物质。 选择氮源时：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
《发酵工程》PPT演示课件
应的压力降也较小。
35
36
❖ 过滤器进行灭菌时，一般是自上而下通入0.20.4 Mpa的蒸汽，灭菌45min后用压缩空气吹 干备用。总过滤器约每月灭菌一次。
37
2). 滤纸过滤器：
❖ 介质:超细玻璃纤维纸。 ❖ 孔径:1-1.5μm ❖厚度: 0.25-0.4mm ❖ 实密度:2600Kg/m3 ❖ 填充率:14.8%。
❖ 求灭菌失败几率为0.001 时所需要的灭菌时间
❖
解：N0 = 40 X106 X 2 X105 = 8X 1012个
❖
Nt= 0.001个
❖
K = 1.8 min-1
❖
灭菌时间：t = 2.303 /1.8 lg （8X
1012/0.001） = 20.34min
15
❖ 例2.若将例1中的培养基采用连续灭菌，灭菌温度 131℃，此温度下灭菌速率为15min-1。求灭菌所 需的维持时间。
连续
便于自 动控制
蒸汽负 荷均衡
22
23
24
25
6.3 空气过滤除菌 一、发酵用无菌空气的质量标准: 发酵用的无菌空气,就是将自然界的空气 经过压缩,冷却,减湿,过滤等过程达到:
26
1
❖连续提供一定流量的压缩空气。
2
空气的压强为0.2-0.4Mpa
3
进入过滤器之前，空气的相对湿度≤ 70%
31
32
❖
2．空气的过滤除菌
绝对过滤
介质的空隙 小于被拦截的 微生物大小， 如用聚四氟乙 烯或纤维素酯 材料做成的微 孔滤膜。
过滤 拦截的微生物 大小，但介质有 一定厚度，机理 是静电，扩散， 惯性及拦截作用。 如棉花过滤器， 超细玻璃纤维纸， 金属烧结管等。
35
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❖ 过滤器进行灭菌时，一般是自上而下通入0.20.4 Mpa的蒸汽，灭菌45min后用压缩空气吹 干备用。总过滤器约每月灭菌一次。
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2). 滤纸过滤器：
❖ 介质:超细玻璃纤维纸。 ❖ 孔径:1-1.5μm ❖厚度: 0.25-0.4mm ❖ 实密度:2600Kg/m3 ❖ 填充率:14.8%。
❖ 求灭菌失败几率为0.001 时所需要的灭菌时间
❖
解：N0 = 40 X106 X 2 X105 = 8X 1012个
❖
Nt= 0.001个
❖
K = 1.8 min-1
❖
灭菌时间：t = 2.303 /1.8 lg （8X
1012/0.001） = 20.34min
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❖ 例2.若将例1中的培养基采用连续灭菌，灭菌温度 131℃，此温度下灭菌速率为15min-1。求灭菌所 需的维持时间。
连续
便于自 动控制
蒸汽负 荷均衡
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6.3 空气过滤除菌 一、发酵用无菌空气的质量标准: 发酵用的无菌空气,就是将自然界的空气 经过压缩,冷却,减湿,过滤等过程达到:
26
1
❖连续提供一定流量的压缩空气。
2
空气的压强为0.2-0.4Mpa
3
进入过滤器之前，空气的相对湿度≤ 70%
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❖
2．空气的过滤除菌
绝对过滤
介质的空隙 小于被拦截的 微生物大小， 如用聚四氟乙 烯或纤维素酯 材料做成的微 孔滤膜。
过滤 拦截的微生物 大小，但介质有 一定厚度，机理 是静电，扩散， 惯性及拦截作用。 如棉花过滤器， 超细玻璃纤维纸， 金属烧结管等。
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二、设计基本步骤
补料
对碳及氮的代谢予以适当控制，或添加各种养料和前体物质。
不断完善
在生产实践过程中不断调整改进。
第二节 发酵培养基的设计
三、发酵原料转换及意义
节约用粮或以其它原材料代替粮食是当前微生物发酵工业值 得研究的主要课题。
一方面可以从抓发酵的稳定和高产来节粮。 另一个不可忽视的方面是原料的转换，开拓新的原料资源和 微生物资源：野生植物淀粉、野生植物纤维、木屑水解物、石油原料与
同
划
分 鉴别培养基
加富性、抑制性选择培养基
用来将某种或某类微生物从混杂的 微生物群体中分离出来
加有能与目的菌无色代谢产物发生显 色反应的指示剂，只需用肉眼辨别颜 色就能从近似菌落中找出目的菌
伊红美兰乳糖培养基（EMB）
选择培养基举例
在缺乏氮源的培养基上大部分微生物无法生长； 在培养基中加入青霉素可以抑制细菌和放线菌； 在培养基中加入10％酚可以抑制细菌和霉菌。
同 划
分
用于发酵工业，碳源含量较高。
发酵培养基
价廉易得，有利于下游的分离 提取。
第二节 发酵培养基的设计
一、设计目标
➢ 营养丰富而完备
➢
pH适当而稳定
➢
发酵单位高
➢
成本、单耗低
➢
周期短
➢
产品质量高
第二节 发酵培养基的设计
一、设计原则
“投其所好” 明确目的 是实验室用还是工业大生产用，是种子扩大培养还是生产
温故知新
三级发酵流程
第四章 发酵培养基的设计
第一节 培养基的种类 第二节 发酵培养基的设计 第三节 前体物质、促进剂、抑制剂
第一节 培养基的种类
一、定义
选用各种营养物质，经配制用来培养微生物的基质。
加入特殊营养物，有利于所需微生物 生长或抑制不需要微生物的培养基
按 功
选择培养基
能
不
产品（如石蜡、醋酸、乙醇等）、空气原料（碳酸气）
第三节 前体物质、促进剂、抑制剂
1、自学，概括前体物质的概念 (p33)
在有些氨基酸、核苷酸、抗生素等发酵中添加一些特殊 物质能获得较高的产率，它们在发酵中主要起避免反馈抑制、 作为产物的前身等作用，这些特殊物质称为前体物质。
核酸视频
一、前体物质
二、使用原则
✓加入应适量 ✓可采用间歇分批添加或连续滴加的方法加入
P34 表2-15
二、促进剂
1、概念
在氨基酸、抗生素和酶制剂发酵过程中，可以在发酵培养基 中加进某些对发酵起一定促进作用的物质，称为促进剂。
二、促进剂
2、酶制剂生产
某些诱导物、表面活性剂及其它一些产酶促进剂，可以大大增 加菌体的产酶量。
原理
启动微生物体内的产酶机构。 改进了细胞的渗透性，同时增强了氧的传递速度，改善了
第二节 发酵培养基的设计
二、设计基本步骤 调查研究
菌种来源、生理特性、生物合成途径,产物化学性质、提炼 方法、质量要求等，以便“投其所好”。
二、设计基本步骤
培养基成分的确定
C/N比、重要金属非金属等、复合培养试验
发酵条件的确定
温度、起始pH值、溶解氧、氧化还原电位、渗透压等
查阅文献，借鉴经验，借助单因子试验与复合因子试验（如 正交试验法）等对培养基成分与发酵条件进行优化。
抑制剂实质也是一种促进剂！
课后思考题
培养基种类 发酵培养基设计的原则 发酵培养基设计的基本步骤 代粮发酵主要原料 前体物质、促进剂的概念 促进剂作用原理（以抗生素生产为例）
菌体对氧的有效利用。
二、促进剂
3、抗生素生产
原理
起生长因素作用 推迟菌体自溶 抑制了某些合成其它产物途径而使之向所需产物途径转化 降低了产生菌的呼吸 改变发酵液的物理性质，改善通气效果 与产物结合，防止反馈抑制
三、抑制剂
促进剂促进了产物的生成，那么， 抑制剂是抑制产物的生成吗？
抑制剂抑制了某些合成其 它产物的途径而使之向所 需产物途径转化
Left: Escherichia coli cells. Right: E. coli colonies on EMB Agar.
为种子扩大培养设计的培养基，
营养较丰富，氮源比例较高。
与发酵培养基接近。 按
培 养
种子培养基
目
的
不 孢子培养基
用于孢子萌发，营养充足， 容易吸收利用，抑制因子在 许可范围内（如辛酸）
发酵产物？要求获得菌体还是积累代谢产物，是正常代谢产物 还是异常代谢产物，是为异养菌设计的还是为自养菌设计的？
☆用于培养菌体种子的培养基营养应丰富，氮源含量较高；
☆用于生产代谢产物的发酵培养基氮源一般应比种子培养基低， 若代谢产物是次级代谢产物，要考虑是否加入特殊物质；
☆工业生产发酵培养基，应选择来源广泛、价格低廉的原料。