发酵工业菌种与种子的扩大培养
发酵工程菌种扩大培养的工艺流程
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第三章发酵工程与食品产业第四节 菌种的活化与扩大培养
2. 种子罐级数的确定
依据: 依据 菌种的性质和菌体生长速度及发酵设备的合理应用 种子制备目的: 形成一定数量和质量的菌体。 种子制备目的 形成一定数量和质量的菌体。 发酵的目的: 发酵的目的 获得大量的发酵产物 并达到一定生长阶段后形成的， 产物是在菌体大量形成 并达到一定生长阶段后形成的， 需要在大型发酵罐内才能进行。 需要在大型发酵罐内才能进行。同时若干发酵产物的产生 菌其不同生长阶段对营养和培养条件的要求有差异。因此， 菌其不同生长阶段对营养和培养条件的要求有差异。因此，将 两个目的不同、 两个目的不同、工艺要求有差异的生物学过程放在一个大罐 内进行，既影响发酵产物的产量，又会造成动力和设备的浪费。 内进行，既影响发酵产物的产量，又会造成动力和设备的浪费。
2.2 生产车间种子制备
1.种子罐种子制备 种子罐种子制备 种子罐种子制备的工艺过程，因菌种不同而异，一般 种子罐种子制备的工艺过程，因菌种不同而异， 可分为一级种子、二级种子和三级种子的制备。 可分为一级种子、二级种子和三级种子的制备。 1) 孢子 或摇瓶菌丝)被接入到体积较小的种子罐中，经培 孢子(或摇瓶菌丝 被接入到体积较小的种子罐中 或摇瓶菌丝 被接入到体积较小的种子罐中， 养后形成大量的菌丝，这样的种子称为一级种子. 养后形成大量的菌丝，这样的种子称为一级种子 把一级种子转入发酵罐内发酵，称为二级发酵。 把一级种子转入发酵罐内发酵，称为二级发酵。 2) 如果将一级种子接入体积较大的种子罐内，经过培养形 如果将一级种子接入体积较大的种子罐内， 成更多的菌丝，这样制备的种子称为二级种子. 成更多的菌丝，这样制备的种子称为二级种子 将二级种子转入发酵罐内发酵，称为三级发酵。 将二级种子转入发酵罐内发酵，称为三级发酵。 同样道理，使用三级种子的发酵，称为四级发酵。 同样道理，使用三级种子的发酵，称为四级发酵。
发酵工程(2)第二章 工业微生物菌种的选育与扩大培养
华根霉 ( Rhizopus chinentis )
酿酒所必须的重要霉菌，也是 酸性蛋白酶和腐乳生产中的重要菌 种。
2、毛霉 ( Mucor )
鲁氏毛霉 ( Mucor rouxianus ) 能糖化淀粉且能生成少量酒精；能产生
6、醋酸菌 (Acetobacter)
➢ 不形成芽孢，G－，好气性 ➢ 可生产醋酸.
7、棒状杆菌 (Corynebacterium) ➢ 是谷氨酸和其他氨基酸的高产菌.
8、短杆菌 (Brevibacterium)
氨基酸、核苷酸工业生产中常用的菌种，也是酶法 合成生产辅酶A的菌种.
9、黄单胞菌 (Xanthomonas)
5、假丝酵母 (Candida)
➢能形成假丝，液体培养时能 形成浮膜。 ➢可生产SCP、甘油、脂肪酶。
6、红酵母 (Rhodotorula)
➢有明显的红色或黄色色 素，很多种因生荚膜而形 成粘质状菌落。 ➢可由菌体提取大量脂肪、 -胡萝卜素。
7、棉病针孢酵母 ( Nematspora gossypii )
2、葡萄汁酵母 (Saccharomyces uvarum)
与酿酒酵母相似，主要的区别在于葡萄汁酵母能发酵 棉子糖和蜜二糖。
3、汉逊酵母 (Hansenula)
此属酵母多能产生乙酸乙酯，从而增加产品的香 味，可用于酿酒和食品工业。
4、球拟酵母 (Toruiopsis)
此属酵母有些种能产生不同比例的甘油、赤藓 糖、阿拉伯糖；有的能利用烃类生产蛋白质。
复筛 不纯 第四次平板分离
第三次菌种保藏
第四次原种斜面
初步工艺条件摸索
再复筛
2021届高中生物竞赛理论辅导课件-微生物学(基础)04生物工业菌种与种子的扩大培养(共89张PPT)
▪ 二、菌种的复壮 ▪ ⑴ 纯种分离 ▪ 菌落纯 ▪ 细胞纯
单核细胞 枯草芽孢杆菌菌落
▪ ⑵ 通过寄主体进行复壮 ▪ 如杀螟杆菌
米曲霉菌落
▪ ⑶ 淘汰已衰退的个体 ▪ 如“5406”菌种
▪ 三、菌种的保藏
分叉中间体
青霉素
▪ (f) 筛选二价金属离子抗性突变株 ▪ (g) 筛选前体或前体结构类似物抗性突变
株 ▪ (h) 筛选自身所产的抗生素抗性突变株
▪ ㈤ 突变基因的表现 ▪ 菌种的发酵产量决定于菌种的遗传特性和
菌种的培养条件 ▪ 例如，诱变处理四环素产生菌得到的突变
株
第四节 生产菌种的改良
▪ 一、常规的杂交育种 ▪ 青霉菌的杂交过程实际上也是青霉菌准性生
2021届
高中生物竞赛理论辅导课件
微生物学
（基础部分）
第四章 生物工业菌种与种子的扩 大培养
第一节 工业生产常用的微生 物及要求 第二节 工业微生物菌种的衰 退、复壮与保藏
第四章 生物工业菌种与种子的扩 大培养
第三节 育 第四节 第五节
工业微生物菌种的选
生产菌种的改良 种子的扩大培养
第一节 工业生产常用的微生物 及要求
▪ ㈣ 筛选的方法 ▪ ⒈ 制定筛选方案 ▪ 整个流程可分为诱变和筛选两部分。 ▪ 筛选过程主要包括传种斜面、菌株保藏和
筛选高产菌株这三项工作。
▪ ⒉ 营养缺陷型的筛选方法 ▪ 比较：营养缺陷型（auxotroph）、原养型
（prototroph）、野生型（wild type） ▪ 比较：基本培养基（MM）、完全培养基
▪ (a) 利用营养缺陷型筛选
6 种子的扩大培养【发酵工程】
C、产孢子能力不强或孢子发芽慢的菌种：
可以用摇瓶液体培养法，孢子接入液体培养基，振荡 培养，获得菌丝体，作为种子。
例如：灰色链霉菌、卡那链霉菌。
D、不产孢子的细菌： 生产上一般采用斜面营养细胞保藏法。 斜面菌种于32C，培养18—24小时，即可移入250 mL
6 种子扩大培养
种子扩大培养概念：
指将保存在砂土管、冷凉干燥管中处休眠状态的生 产菌种接入试管斜面活化后，再经过扁瓶或摇瓶及种子 耀逐级扩大培养，获得一定数量和质量的纯种过程。
目前发酵灌容积已达几十或几百立方米。如按10 ％的种子计算，就要投入几或几十立方米的种子，要 从试管中的菌种逐级扩大为生产用种子，是一个由实 验室制备到车间生产的过程。其生产方法与条件随不 同的生产品种和菌种种类而异。
MYPG培养基：3克麦芽浸出物，3克酵母浸出物，5克 蛋白胨、10克葡萄糖和20克琼脂于l升水中。
二、生产车间种子制备
种子罐培养原则： 采用易被菌利用的成分，如葡萄糖、玉米桨、磷酸盐
等，同时还需供给足够的无菌空气并不断搅拌，使菌丝体 在培养液中均匀分布，获得相同的培养条件。
接种方法：
孢子悬浮液：一般采用微孔接种法。 摇瓶菌丝体种子：可在火焰保护下接入种子罐或采用压 差法接入。 种子罐之间或发酵罐间的移种：主要采用压差法，由种 子接种管道进行移种，移种过程中要防止接受罐表压降 至零，否则会引起染菌。
1、生长快的细菌，种子用量少，种子罐相应也少。
例如：谷氨酸生产中，茄子瓶种子接入种子罐子 32C培养7一10小时，即可按入发酵罐作为种子，这称为 一级种子罐扩大培养，也称二级发酵。
2、生长较慢的菌种，种子用量大，种子罐相应也多。
2发酵工业菌种制备原理和技术(1)
这些纯种培养物称为种子。
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种子制备的过程大致可分为：
实验室种子制备阶段 生产车间种子制备阶段
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微生物菌种保藏机构名称和缩写
中 国 缩写 ACCC SH IA CCGMC AS-IV CAF IFFI ID 名称 中国农业微生物菌种保藏管理中心 上海市农业科学院食用菌研究所 中国医学科学院抗菌素研究所 普通微生物菌种保藏管理中心 中国科学院武汉病毒研究所 中国林业科学院菌种保藏管理中心 轻工业部食品发酵工业科学研究所 中国医学科学院皮肤病研究所 缩写 ISF CACC SIA AS CFCC CICC CMCC 名称 中国农业科学院土壤肥料研究 所 抗菌素菌种保藏管理中心 四川抗菌素工业研究所 中国科学院微生物研究所 林业微生物菌种保藏管理中心 工业微生物菌种保藏管理中心 医学微生物菌种保藏管理中心
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最常用的工业微生物
细菌
枯草芽孢杆菌 醋酸杆菌 棒状杆菌 短杆菌 大肠杆菌
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最常用的工业微生物
酵母菌
酿酒酵母 假丝酵母属
产朊假丝酵母 解脂假丝酵母 热带假丝酵母
毕赤酵母属、汉逊酵母属
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最常用的工业微生物
霉菌 曲霉属 米曲霉 黑曲霉 青霉属 青霉菌：点青霉、产黄青霉 桔青霉 根霉属 德氏根霉 米根霉、小麦曲根霉 红曲霉属 紫红曲霉
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最常用的工业微生物
放线菌
链霉菌属 小单孢菌属 地中海诺卡氏菌 米苏里游动放线菌
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微生物工业对菌种的要求
能在廉价原料制备的培养基上迅速生长 和生成所需的代谢产物产量高。 培养条件易于控制 生长迅速，发酵周期短 满足代谢控制的要求 抗噬菌体能力强 菌种不易变异退化 安全性（不是病源菌，不产毒素）
种子扩大培养 认识种子扩大培养
4.1 种子扩大培养的目的及要求
种子扩大培养的目的及要求
概述 种子扩大培养：又称种子制备工序，是指将保存在沙土管、冷冻干燥管
中处于休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，再经过扁瓶或摇瓶及种 子罐逐级放大培养而获得一定数量和质量的纯种过程。 这些纯种培养物称为种子。
种子扩大培养的目的及要求
种子扩大培养的目的及要求
种子必须满足以下条件：
条件一
菌种细胞的生长活 力强，移种至发酵罐后能 迅速生长，缩短迟缓期
条件二
生理状态稳定，以便 获得稳定的菌体生长过程
五个
条件五
无杂菌污染，以保证 整个发酵过程正常进行 Nhomakorabea条件
稳定的生产能力
条件四
保持稳定的生产能力，使最终产
物的生物合成量持续稳定高产
条件三
菌体总量及浓度
种子扩大培养的意义 ① 为发酵生产提供充足的代谢旺盛、生命力强的种子 ② 有效地缩短发酵生产周期
种子扩大培养的目的及要求
目前工业规模的发酵罐容积已达到几十立方米或几百立方米。如按百分之十左 右的种子量计算，就要投入几立方米或几十立方米的种子。因此，种子扩大培 养应根据菌种的生理特性，选择合适的培养条件来获得代谢旺盛、数量足够的 种子。这种种子接入发酵罐后，将使发酵生产周期缩短，设备利用率提高。
适宜，可以保证在大发 酵罐中有适当的接种量
发酵工程种子的扩大培养
孢子培养
母瓶：活化、纯化,使保藏菌种生长,并去处变异株. 所以接种时要稀一点、便于纯化生长到单菌落.
子瓶: 大量繁殖,得到大量孢子. 接种：①从母斜面上点接种,选取生长好的单 菌落 ②接种时密一点,得到大量的孢子.
孢子培养时注意湿度,子斜面使用一般不超过1个月
三、生产车间阶段 1、培养物的选择原则 在生产车间阶段,最终一般都是获得一定数量的菌丝体. 菌丝体比孢子要有利： 缩短发酵时间 有利于获得好的发酵结果
原则：对数生长期末,细胞活力强,菌体浓度相对较大, 但是最终由实验结果定.
6、种子的质量要求：
量：要求达到一定的浓度
质: 形态 生长处于某个阶段、均匀等等 理化指标：C、N、P的含量,pH 酶活等
无污染
本章小节：
了解种子扩培的工艺过程及其中的基本概念 理解种子扩培的目的和要求 掌握控制种子质量的基本方法和手段
培养基的特点：长菌体,更接近于发酵培养基
种子的质量要求：
108-109个/ml 大小均匀,呈单个或八字排列 PH 7.0-7.2时结束,6.8→8→7.0-7.2 活力旺盛
二、青霉素生产的种子制备 制备过程
安培管 → 斜面孢子 → 大米孢子
→ 一级种子 → 二级种子
→ 发酵
一、斜面孢子 培养基：甘油、 葡萄糖、 蛋白胨等 培养条件：25℃、7天, 注意湿度50%左右
目的：种子扩培到一定的量和质,根据菌种的特点最终的 培养物可分为两类：
对于不产孢子和芽胞的微生物 ——获得一定数量和质量的菌体
对于不产芽孢和孢子的微生物,实验室阶段的种子扩培 最终是获得一定数量和质量的菌体,如谷氨酸的种子培 养.
对于产孢子的微生物 ➢ 获得一定数量和质量的孢子
菌种的扩大培养
菌种的扩大培养、污染的检测与判别种子扩大培养是指将保存在砂土管、冷冻干燥管中处休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，再经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养,最终获得一定数量和质量的纯种过程。
这些纯种培养物称为种子。
微生物工业自从采用纯种发酵以来，产率有了很大的提高，然而防止杂菌污染的要求也更高了。
人们在与杂菌污染的斗争中，积累总结出很多宝贵的经验。
规范了管理措施，设计了一系列设备(例如密闭式发酵罐，培养基灭菌设备，无菌空气制备设备等)和管道，应用了无菌室甚至无菌车间，建立了无菌操作技术，因而大大降低了发酵染菌率。
但是某些发酵工业还遭受着染菌的威胁，染菌后轻者影响产率、产物提取收得率和产品质量，重者造成“倒罐” ，不但浪费大量原材料，造成严重的经济损失，还会对周围环境造成破坏。
凡是在发酵液或发酵容器中侵入了非接种的微生物统称为杂菌污染，及早发现杂菌并采取相应措施，对减少由杂菌污染造成的损失至关重要。
因此检查的方法要求准确、快速。
发酵污染可发生在各个时期。
种子培养期染菌的危害最大，因严格防止。
一旦发现种子染菌，均应灭菌后弃去，并对种子罐及其管道进行彻底灭菌。
发酵前期养分丰富，容易染菌，此时养分消耗不多，应将发酵液补足必要养分后迅速灭菌，并重新接种发酵。
发酵中期染菌不但严重干扰生产菌株的代谢，而且会影响产物的生成，甚至使已形成的产物分解。
由于发酵中期养分已被大量消耗，代谢产物的生成又不是很多，挽救处理比较困难，可考虑加入适量的抗生素或杀菌剂。
如果是发酵后期染菌，此时产物积累已较多，糖等养分已接近耗尽，若染菌不严重，可继续进行发酵;若污染严重，可提钱放罐。
染菌程度越重，危害越大;染菌少，对发酵的影响就小。
所以，实际生产中，应当根据污染程度和发酵时期区别对待。
器材与试剂1.器材高压蒸汽灭菌锅、超净工作台、带摇床的培养箱、显微镜、天平、三角瓶、试管、移液管、培养皿、接种针、平板涂布器、酒精灯、载玻片2.试剂营养琼脂、葡萄糖、磷酸二氢氨、七水合硫酸镁、氯化钠、磷酸氢二钾、牛肉膏、蛋白胨、0.4%酚红溶液、蒸馏水、番红染液、香柏油、擦镜液3.培养基(1)营养琼脂培养基：直接称量营养琼脂粉4.5g，溶于100mL蒸馏水配制，pH 7.2，分装到试管中，灭菌后摆成斜面。
发酵菌种扩大培养的一般工艺流程
发酵菌种扩大培养的一般工艺流程
发酵菌种扩大培养是生物制药、食品工业和农业等领域中常见的一项技术。
下面是一般的发酵菌种扩大培养的工艺流程。
1. 菌种前处理：选择合适的菌株并进行预处理。
这包括接种菌株到适宜的培养基中，以及优化培养条件，如温度、pH值和培养基成分等。
预处理的目的是为了提高菌种的生长速度和产量。
2. 发酵罐的选择：根据菌种的特性和生产需求选择合适的发酵罐。
常见的发酵罐有批式发酵罐、连续式发酵罐和固定床发酵罐等。
3. 发酵罐装载和接种：将预处理好的菌种接种到发酵罐中。
接种时要注意保持无菌操作，以避免杂菌的污染。
4. 发酵过程的控制：在发酵过程中，需要对温度、pH值、氧气供应、搅拌速度和营养物质等进行控制和调节。
这些参数的控制可以通过自动化系统进行，以保证菌种的最佳生长条件。
5. 发酵罐内的生物反应：菌种在发酵罐中进行生长和代谢活动，产生所需的物质。
不同的菌株和产品需要不同的发酵时间，一般需要几天到几周不等。
6. 产物的回收和纯化：发酵结束后，需要对发酵液进行回收和纯化。
这包括离心、过滤、浓缩和柱层析等步骤，以获得纯度较高的产物。
7. 发酵罐的清洗和消毒：发酵结束后，需要对发酵罐进行清洗和消毒，以准备下一轮的发酵。
以上是发酵菌种扩大培养的一般工艺流程。
在实际应用中，还需要根据具体的菌株和产品进行优化和调整。
发酵菌种扩大培养技术的发展，为生物制药和食品工业的发展提供了强大的支持，也为我们生活带来了更多的便利和好处。
发酵工程第一章 种子扩大培养
培养温度
❖ 温度过低，菌种生长发育缓慢 ❖ 温度过高会使菌丝过早自溶
在制备土霉素生产种子过程中，高于37℃培养时， 孢子接入发酵罐后表现出糖代谢变慢，氨
基氮回升提前，菌丝过早自溶，效价降低等现象。
❖ 但考虑能否在一定时间内获得优质、足量的 种子以满足发酵的需求
一般由菌丝体培养开始计算发酵级数，但有时， 工厂从第一级种子罐开始计算发酵级数
谷氨酸：三级发酵 一级种子（摇瓶）→二级种子 （小罐）→发酵
青霉素：三级发酵 一级种子 （小罐）→二级种子（中罐）→发酵
发酵级数确定的依据
级数受发酵规模、菌体生长特性、接种量的影响
高的细胞。为了使细胞迅速进行分裂 或菌丝快速生长。
种子培养基特点
❖ 有较完全和丰富的营养物质，糖分少，需充足 氮源和生长因子，无机氮源比例大； ➢ 各种营养物质的浓度不必太高； ➢ 供孢子用的种子培养基，可添加易被吸收利 用的碳源和氮源；
➢ 应考虑与发酵培养基的主要成分相近。
pH
❖ 选择最适种子培养pH的原则是获得 最大比生长速率和适当的菌量
❖ 丝状微生物不宜剧烈搅拌。
斜面冷藏时间
❖ 对孢子的生产能力有较大影响 ❖ 冷藏时间越长，生产能力下降越多
链霉素生产中，斜面孢子在6℃冷藏两 个月后的发酵单位比冷藏一个月的降低18％， 比冷藏3个月的降低35％。
培养基
❖ 培养种子的目的：
➢ 扩大培养，增加细胞数量； ➢ 同时也必须培养出强壮、健康、活性
种子质量的判断方法
❖ 通常检测的培养液中参数 ➢ pH是否在种子要求的范围之内 ➢ 糖、氨基氮、磷酸盐的含量 ➢ 菌丝形态、菌丝浓度和培养液外观 ➢ 有无杂菌污染
发酵工程原理与技术_江南大学-陈坚-7第七章生产菌种的扩大培养与保藏
– 种子级数太少，接种量小，发酵时间延长， 降低发酵罐的生产率，增加染菌机会
– 虽然种子罐级数随产物的品种及生产规模而 定。但也与所选用工艺条件有关。如改变种 子罐的培养条件，加速了孢子发芽及菌体的 繁殖，也可相应地减少种子罐的级数。
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第二节 种子质量的控制
素含量要高
• 营养成分要尽可能与发酵培养基相近。
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2，培养条件 （1）温度 （2）通气量
在种子罐中培养的种子除保证供给易被利用的 培养基外，有足够的通气量可以提高种子质 量。例如，青霉素的生产菌种在制备过程中 将通气充足和不足两种情况下得到的种子分 别接入发酵罐内，它们的发酵单位可相差1倍 。但也有例外，例如土霉素生产菌，一级种 子罐的通气量小对发酵有利。
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(3)二级种子的质量要求 种龄 7~8h pH 7.2左右 OD值 净增0.5左右 无菌检查 (-) 噬菌体检查(-)
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二、啤酒酵母的扩大培养
• 菌种在固体培养基上可呈现多种不同代 谢类型的菌落，氮源品种越多，出现的 菌落类型也越多，不利于生产的稳定。
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• 措施
– 培养基所用原料要经过发酵试验合格才可使 用
– 严格控制灭菌后培养基的质量 – 斜面培养基使用前，需在适当温度下放置一
定时间 – 供生产用的孢子培养基要用比较单一的氮源
，作为选种或分离用的培养基则采用较复杂 的有机氮源
• 通常接种量，细菌1~5%，酵母 菌5~10%，霉菌7~15%，有时
20~25%
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三、种子质量的控制措施
• 种子质量的最终指标是考察其在发酵罐 中所表现出来的生产能力。因此首先必 须保证生产菌种的稳定性，其次是提供 种子培养的适宜环境保证无杂菌侵入， 以获得优良种子。
微生物工程第一章 菌种与种子扩大培养
二、 工业化菌种的要求
能够利用廉价的原料，简单的培养基，大量高效地合成 产物
有关合成产物的途径尽可能地简单，或者说菌种改造的 可操作性要强
遗传性能要相对稳定
不易感染它种微生物或噬菌体
产生菌及其产物的毒性必须考虑（在分类学上最好与致病 菌无关）
生产特性要符合工艺要求
三、已工业化产品生产菌的介绍
代谢控制发酵：用人工诱变的方法，有意识地改变微生 物的代谢途径，最大限度地积累产物，这种发酵形象地 称为代谢控制发酵，最早在氨基酸发酵中得到成功应用。
AK:天冬氨酸激酶 HD:高丝氨酸脱氢酶 HT:高丝氨酸转乙酰酶
黄色短杆菌中赖氨酸、苏氨酸、蛋氨酸和异亮氨酸的合成 调节机制
氨基酸生产菌的要求：代谢途径比较清楚， 代谢途径比较简单
0.0075%曲利本蓝＋1%CMC（羧甲基纤维素），pH10.5 培养3～4天，选择有凹陷圈的菌落
从285个土样中获得62株
26株为组成型 36株为诱导型
例：醛肟水解酶的筛选 --Journal of biotechnology 94(2002), 65-72
培养基中含0.05% of Z-PAOx 每隔2-3天移去一半培养物，补充新鲜培养基 不断分析样品，2-3个月后Z-PAOx降低后，稀释分离条菌落
3、起始接种物的传代问题 细菌 保藏斜面 → 活化斜面 产孢子 保藏 → 母斜面 → 子斜面
目的：使菌种的传代次数尽可能的少。
孢子培养
母瓶：活化、纯化，使保藏菌种生长，并去处变异株。 所以接种时要稀一点、便于纯化生长到单菌落。
子瓶: 大量繁殖，得到大量孢子。 接种：①从母斜面上点接种，选取生长好的单 菌落 ②接种时密一点，得到大量的孢子。
生产车间阶段：种子培养在种子罐里面进行，一 般在工程归为发酵车间管理，因此形象地称 这些培养过程为生产车间阶段。
发酵菌种的扩大培养实验报告
发酵菌种的扩大培养实验报告
实验目的：
本实验旨在通过扩大培养发酵菌种，增加其数量，为后续实验打下基础。
实验材料：
发酵菌种、培养基、试管、移液管、恒温摇床、离心机、无菌操作器材等。
实验步骤：
1.将发酵菌种取出（注意无菌操作），用移液管分别将其转移到
不同的试管中。
2.将培养基加热至50℃左右，然后加入适量的试管中。
3.将试管放入恒温摇床中，摇床速度根据菌种生长情况进行调整。
4.培养一定时间后，取出试管，将其离心，分离细菌和培养基。
5.将培养基中的细菌转移到新的培养基中，继续培养，直至需要的数量达到要求。
实验结果：
经过多次扩大培养，成功增加了发酵菌种的数量。
此时菌落形态正常，种类纯净。
实验结论：
发酵菌种的扩大培养是一项重要的实验步骤，对于后续实验具有重要意义。
在实验过程中，要注意无菌操作，保证实验的准确性和可靠性。
发酵生产的过程及控制
死亡期
2、补料分批培养
在分批培养过程中补入新鲜的料液，以克服营养不足而导致 的发酵过早结束的缺点。 在此过程中只有料液的加入没有料液的取出，所以发酵结束 时发酵液体积比发酵开始时有所增加。在工厂的实际生产中 采用这种方法很多。
简单的过程，培养基中接入菌种以后，没有物料的加入和取出， 除了空气的通入和排气。整个过程中菌的浓度、营养成分的浓 度和产物浓度等参数都随时间变化。
优点： 操作简单，周期短，染菌机会少，生产过程和产品质量 容易掌握 缺点： 产率低，不适于测定动力学数据
分批培养中微生物的生长
迟滞期 对数生长期
稳 定期
发酵级数确定的依据
级数受发酵规模、菌体生长特性、接种量的影响。
级数大，难控制、易染菌、易变异，管理困难，一 般2-4级。
在发酵产品的放大中，反应级数的确定是非常重要 的一个方面。
3、接种量的确定
移入种子的体积 接种量＝ —————————
接种后培养液的体积
过大过小都不好，最终以实践定，如大多数抗生素为7-15%。 但是一般认为大一点好。
7 种子的质量标准
• 菌丝形态、菌体浓度和培养基外观（色素、颗粒等）； • pH； • 糖氮代谢速度； • 其它参数,如接种前的抗生素含量、某种酶活等。
8 影响种子质量的因素：
1）原材料的质量:
一般选择一些有利于孢子发芽和菌丝生长的培养基，在营养 上容易被菌体直接吸收利用，营养成分要适当地丰富和完全， 氮源和维生素含量较高，这样可以使菌丝粗壮，并且具有较 强的活力。
另一方面，种子培养基中的营养成分要尽可能和发酵培养基 接近以适合发酵的需要，这样的种子移入发酵罐后能比较容 易适应发酵罐的培养条件如微量元素Mg、Ca、Ba能刺激孢子 的生长。 2）、培养温度：过低？过高？
发酵菌种扩大培养的一般工艺流程
发酵菌种扩大培养的一般工艺流程
发酵菌种扩大培养的一般工艺流程如下：
1. 菌株的预处理：选择合适的菌株并将其保存在培养基中。
菌株可以来自于已有的菌种库，也可以从自然环境中分离得到。
在预处理中，需要将菌株经过悬浮培养、鉴定和活化等步骤。
2. 培养基的制备：制备适合菌株生长的培养基，根据不同菌种的需求，确定培养基的配方和pH值。
培养基的主要成分包括碳源、氮源、无机盐和生长因子等。
3. 菌种接种：将经过预处理的菌株接种到培养基中，通常使用无菌的接种针或接种环进行接种。
接种时需要注意接种量的控制，以避免菌株的过度生长或过少生长。
4. 发酵条件的控制：对接种后的菌株进行适宜的发酵条件控制，包括温度、pH值、氧气供应和搅拌速度等。
不同菌株对这些条件的要求不同，需要根据具体情况进行调整。
5. 发酵过程的监测：通过定期取样，对发酵过程中的生物量、代谢产物和酶活等指标进行监测和分析。
这些指标的变化可以反映菌株的生长状况和产物合成情况。
6. 发酵过程的控制：根据监测结果，及时调整发酵条件，以提高菌株的生长速率和代谢产物的产量。
可能的调整包括增加培养基中的营养物质，调节pH值和温度等。
7. 菌种的收获和保存：发酵过程结束后，收获培养物中的菌种。
可以通过离心、过滤或其他分离方法将菌株与培养基分离。
分离后，
菌种可以通过冷冻保存或制备菌种存储液进行长期保存。
以上是发酵菌种扩大培养的一般工艺流程，具体操作步骤和条件应根据具体的菌株和实验要求进行调整。
菌种扩大培养技术
谷氨酸菌斜面
赖氨酸菌斜面
与
三角瓶培养
三角瓶培养
菌
种
特
30m3种子罐培养
3m3种子罐培养
性
有 关
300m3发酵罐发酵
30m3种子罐培养
300m3发酵罐发酵
（三）种子扩大培养的阶段
实验室种子制备阶段
生产车间种子制备阶段
实验室种子制备阶段一般包括斜面种子的培养、实验室内 进行的固体或液体培养基的种子扩大培养。 在无菌操作条件下，将试管斜面接种到摇瓶中，经恒温振 荡培养形成大量菌体的过程，称为摇瓶培养。
实例二： 葡萄糖 45g/L，MgSO4·7H2O 0.7 g/L ， 磷酸二氢钾 1.5 g/L ，糖蜜 125g/L ， 玉米浆 250g/L，纯生物素18.8 μg/L， 硫酸亚铁、硫酸锰 各2ppm ，实消， 121℃保温10min，实消前不需调节pH， 实消降温后用液氨调节至pH7.0。
2. 培养条件
接种量 培养温度
0.03~0.5% 32~34℃
种子罐有夹套或盘管或列管等装置。 采用循环冷却水进行降温。
搅拌转速
150~200 r/min
根据种子罐容积和搅拌叶径而定，通常容积大的种子罐 设计搅拌速度会小一些。
通气比
0.15~0.44 vvm
vvm ：1m3液体1min通入空气的体积。
OD 650 值
1.4 1.3 1.2 1.1 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4
1
3
5
7
9 11 13
培养时间（小时）
流加液氨培养 添加尿素培养
实例一与实例二的培养结果， 说明了什么问题？
无菌空气
5. 二级种子接入发酵罐的操作
种子的扩大培养
液体深层种子罐从底部通气，送入的空气由搅拌桨叶分散成 微小气泡以促进氧的溶解。该法容易按照生产菌种对于代谢 的营养要求一级不同生理时期的通气、搅拌、温度与培养基 中氢离子等条件，选择最佳培养条件。
四、种子质量的控制
（二）影响种子质量的因素及控制
培养基
（1）营养成•分种适龄合：种是子指培种养子的罐需中要培养的菌丝体开始移入
种子培养要求一定量的种子，在适宜的培养基中，控制一定的培养条 件和培养方法，从而保证种子正常生长。
工业微生物培养法分为静置培养和通气培养两大类型。
❖静置培养即将培养基盛于发酵容器中，在接种后，不通空气进行培养。 ❖通气培养法的生产菌种以需氧菌和兼性需氧菌居多，它们生长的环境必须供给 空气，以维持一定的溶解氧水平，使菌体迅速生长和发酵，又称好气培养法。
（1）放线菌孢子的制备
a) 放线菌的孢子培养一般采用琼脂斜面培养基，培养基中含 有一些适合产孢子的营养成分，如麸皮、豌豆浸汁、蛋白 胨和一些无机盐等。
b) 碳源和氮源不要太丰富（碳源约为1％，氮源不超过0.5 ％），干燥和限制营养可直接或间接诱导孢子形成。
c) 放线菌斜面的培养温度大多数为28℃，少数为37℃，培 养时间为5～14天。
菌种细胞的生长活力强，转种至发酵罐后能迅速生 长，延滞期短。
菌种生理状态稳定，如菌丝形态、菌丝生长速率和 种子培养液的特性等符合要求。
菌体浓度及总量能满足大容量发酵罐接种量的要求。 无杂菌污染，保证纯种发酵。 菌种适应性强，能保持稳定的生产能力。
二、种子制备的过程
从工业发酵的角度来说，种子制备分成两个 阶段：
摇瓶培养基配方和培养条件与种子罐相似。
常采用母瓶、子瓶两级培养。种子培养基要求比 较丰富和完全，易被菌体分解利用，氮源丰富有 利于菌丝生长。原则上各种营养成分不宜过浓， 子瓶培养基浓度比母瓶略高，更接近于种子罐的 培养基配方。
发酵工程知识点
发酵工程知识点发酵工程知识点一、名词解释1.种子：指将保存在砂土管、冷冻干燥管中处休眠状态的生产菌种经过种子扩大培养所获得的纯种培养物称为种子。
2.种子扩大培养：指将保存在砂土管、冷冻干燥管中处休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，再经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养,最终获得发胶产量高、生产性能稳定、数量充足、不被杂菌和噬菌体污染的生产菌种的纯种制备过程。
3.淀粉糊化：淀粉在高温下溶胀、分裂形成均匀糊状溶液的特性，称为淀粉的糊化。
4.热阻：只为生物在某一特定条件下的致死时间。
5.抑制剂：阻滞或降低化学反应速度的物质。
6.促进剂：与催化剂或固定剂并用时，可以提高反应速度的一种用量较少的物质。
7.分批培养：简单的过程，培养基中接入菌种以后，没有物料的加入和取出，除了空气的通入和排气。
整个过程中菌的浓度、营养成分的浓度和产物浓度等参数都随时间变化。
8.染菌率总染菌率指一年发酵染菌的批（次）数与总投料批（次）数之比的百分率。
染菌批次数应包括染菌后培养基经重新灭菌，又再次染菌的批次数在内9.连续培养：发酵过程中一边补入新鲜料液一边放出等量的发酵液，使发酵罐内的体积维持恒定。
达到稳态后，整个过程中菌的浓度，产物浓度，限制性基质浓度都是恒定的。
二、填空题1、微生物发酵培养（过程）方法主要有分批培养、补料分批培养、连续培养、半连续培养四种。
2、微生物生长一般可以分为：调整期、对数期、稳定期和衰亡期。
3、发酵过程工艺控制的只要化学参数溶解氧、PH、核酸量等.4、发酵过程控制的目的就是得到最大的比生产率和最大的得率。
5、菌种分离的一般过程采样、富集、分离、目的菌的筛选。
6、富集培养目的就是让目的菌在种群中占优势，使筛选变得可能。
7、根据工业微生物对氧气的需求不同，培养法可分为好氧培养和厌氧培养两种。
8、微生物的培养基根据生产用途只要分为孢子培养基、种子培养基和发酵培养基。
9、常用灭菌方法：化学灭菌、射线灭菌、干热灭菌、湿热灭菌10、常用工业微生物可分为：细菌、酵母菌、霉菌、放线菌四大类。
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一、发酵工业用菌种的特点及要求
能够利用廉价的原料，简单的培养基，大量高 效地合成产物
有关合成产物的途径尽可能地简单，或者说菌 种改造的可操作性要强 遗传性能要相对稳定 不易感染它种微生物或噬菌体 产生菌及其产物的毒性必须考虑（在分类学 上最好与致病菌无关）
一、菌种的来源
根据资料直接向有科研单位、高等院校、工厂 或菌种保藏部门索取或购买； 从大自然中分离筛选新的微生物菌种。
二、新种分离与筛选的步骤 定方案：首先要查阅资料，了解所需菌种的生长 培养特性。
采样：有针对性地采集样品。
增殖：人为地通过控制养分或培条件，使所需菌 种增殖培养后，在数量上占优势。
1. 采样
二、新种分离与筛选的步骤 1. 采样 （2）采样季节
以温度适中，雨量不多的秋初为好。
（3）采土方式
在选好适当地点后，用小萨子除去表土，取 离地面5-15cm处的土约10g，盛入清洁的牛皮纸 袋或塑料袋中，扎好，标记，记录采样时间、 地点、环境条件等，以备查考。为了使土样中 微生物的数量和类型尽少变化，宜将样品逐步 分批寄回，以便及时分离。
二、已工业化产品生产菌的介绍
3. 食品酶制剂生产有关的微生物
开发一个新酶，都要经过一系列研究的毒理 试验。关于食品用酶，美国需要得到FDA的批准。 目前已同意使用的仅仅少数微生物能用于生产食 品用酶。
α -淀粉酶：黑曲霉、米曲霉、米根酶、枯草牙孢 杆菌和地衣牙孢杆菌
二、已工业化产品生产菌的介绍
4. 常用的基因表达系统 （1）原核生物
二、新种分离与筛选的步骤 2. 增殖培养
为了容易分离到所需的菌种，让无关的微生物 至少是在数量上不要增加，可以通过配制选择 性培养基，选择一定的培养条件来控制。
例如碳源利用的控制，可选定糖，淀粉、纤维 素，或者石油等，以其中的一种为唯一碳源， 那么只有利用这一碳源的微生物才能大量正常 生长，而其它微生物就可能死亡或淘汰。这样 对下阶段的纯种分离就会顺利得多。
第二节 发酵工业菌种的选育
工业菌种的分离：菌株分离是将混杂着各种微生 物的样品按照实际需要和菌株的特性采取迅速、 准确、有效的方法对它们进行分离、筛选。进而 得到所需微生物的过程。
工业菌种的育种：是运用遗传学原理和技术对 某个用于特定生物技术目的的菌株进行的多方 位的改造。通过改造，可使现存的优良性状强 化，或去除不良性质或增加新的性状。
分离：利用分离技术得到纯种。
发酵性能测定：进行生产性能测定。这些特性包 括形态、培养特征、营养要求、生理生化特性、 发酵周期、产品品种和产量、耐受最高温度、生 长和发酵最适温度、最适pH值、提取工艺等。
二、新种分离与筛选的步骤 1. 采样
（1）采样对象
以采集土壤为主。一般园田土和耕作过的沼 泽土中，以细菌和放线菌为主，富含碳水化合物 的土壤和沼泽地中，酵母和霉菌较多，如一些野 果生长区和果园内。采样的对象也可以是植物， 腐败物品，某些水域等。
生产特性要符合工艺要求
二、已工业化产品生产菌的介绍
1. 抗生素生产有关的微生物
抗生素是次级代谢产物，需要生物体进行复 杂的代谢，目前发现的生物来源如下：
放线菌（链霉 素四环素；红 霉素等）
真菌（青霉素、头孢等） 一些产芽孢的细菌
植物或动物来源
二、已工业化产品生产菌的介绍
2. 氨基酸生产有关的微生物 50、60年代以氨基酸发酵为代表的代谢控
二、已工业化产品生产菌的介绍
问题： 生产抗生素的微生物能不能用于生产氨基酸？
微生物（包括动、植物细胞）几乎可以生产 我们所需的一切产品，但是涉及到工业化生 产对于某一种特定的产品，只有特定的微生 物才具有大量表达的潜力。
例： 礼来(Eli lilly),花了10年的时间从40 万株微生物中，发现了三种有潜力的新 抗生素。
二、已工业化产品生产菌的介绍
4. 常用的基因表达系统
（2）真核细胞表达系统 ➢ 中国仓鼠卵巢细胞（CHO细胞）表达系统 具有准确的转录后修饰功能； 具有产物胞外分越功能，便于下游产物分离纯化； 具有重组基因的高效扩增和表达能力； 具有贴壁生长特性，也可进行悬浮生长； CHO很少分泌自身的内源蛋白。
二、新种分离与筛选的步骤
3. 培养分离
尽管通过增殖培养效果显著，但还是处于微生 物的混杂生长状态。因此还必须分离，纯化。 在这—步，增殖培养的选择性控制条件还应进 一步应用，而且控制得细一点，好一点。纯种 分离的方法有划线分离法、稀释分离法。
二、新种分离与筛选的步骤
4. 筛选 这一步是采用与生产相近的培养基和培养条件， 通过三角瓶的容量进行小型发酵试验，以求得适 合于工业生产用菌种。
黄色短杆菌中赖氨酸、苏氨酸、蛋 氨酸和异亮氨酸的合成调节机制
二、已工业化产品生产菌的介绍
2. 氨基酸生产有关的微生物
氨基酸生产菌的要求： 代谢途径比较清楚， 代谢途径比较简单
谷氨酸发酵的菌种： 棒杆菌属，短杆菌属、节杆菌 属或小杆菌属的棒型细菌
其它氨基酸生产菌： 常规菌种一般也是以谷 氨酸生产菌选育而成； 工程菌，大肠杆菌，枯 草芽孢杆菌
大肠杆菌(1977年Boyer)、枯草芽孢杆菌、沙门氏菌
生长迅速、蛋白产量高; 表达蛋白的纯化、分离及分析快速； 外源基因的导入相对容易； 已建立了整套表达理论及技术.
二、已工业化产品生产菌的介绍
4. 常用的基因表达系统 （2）真核细胞表达系统
➢ 酵母(既是微生物又是真核细胞) 生长迅速，营养要求不高，易培养； 安全性好； 比哺乳动物细胞操作简单； 具有一定的修饰蛋白的能力。
制发酵，是发酵工业发展历史上的一个转折点：
代谢控制发酵：用人工诱变的方法，有意识地改 变微生物的代谢途径，最大限度地积累产物，这 种发酵形象地称为代谢控制发酵，最早在氨基酸 发酵中得到成功应用。
二、已工业化产品生产菌的介绍
2. 氨基酸生产有关的微生物
AK:天冬氨酸激酶 HD:高丝氨酸脱氢酶 HT:高丝氨酸转乙酰酶