发酵培养基
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。
《发酵工程实验》教案：发酵培养基的制备和实罐灭菌
一、教案基本信息教案名称：《发酵工程实验》教案：发酵培养基的制备和实罐灭菌课时安排：2课时（90分钟）教学目标：1. 了解发酵培养基的制备方法和步骤。
2. 掌握实罐灭菌的原理和操作技巧。
3. 能够独立完成发酵培养基的制备和实罐灭菌实验。
教学重点：1. 发酵培养基的制备方法。
2. 实罐灭菌的原理和操作技巧。
教学难点：1. 发酵培养基的配比和制备过程。
2. 实罐灭菌的注意事项。
二、教学内容和步骤第一课时：发酵培养基的制备1. 课堂导入（5分钟）介绍发酵培养基的概念和作用，引导学生了解发酵培养基的制备方法和步骤。
2. 讲解发酵培养基的制备方法（15分钟）讲解培养基的配比、称量、溶解和调节pH等步骤。
3. 学生实验操作（45分钟）学生分组，按照发酵培养基的配比和制备方法进行实验操作，教师巡回指导。
4. 实验结果讨论（20分钟）学生展示实验结果，讨论发酵培养基制备过程中的问题和解决方法。
第二课时：实罐灭菌1. 课堂导入（5分钟）介绍实罐灭菌的概念和作用，引导学生了解实罐灭菌的原理和操作技巧。
2. 讲解实罐灭菌原理和操作技巧（15分钟）讲解高压蒸汽灭菌的原理、实罐灭菌的操作步骤和注意事项。
3. 学生实验操作（45分钟）学生分组，按照实罐灭菌的操作步骤进行实验操作，教师巡回指导。
4. 实验结果讨论（20分钟）学生展示实验结果，讨论实罐灭菌过程中的问题和解决方法。
三、教学评价1. 学生实验操作的准确性和熟练度。
2. 学生对发酵培养基制备和实罐灭菌原理的理解程度。
3. 学生在实验过程中解决问题的能力。
四、教学资源1. 实验材料：发酵培养基原料、实验用具、实罐等。
2. 实验仪器：天平、量筒、PH计、高压蒸汽灭菌器等。
五、教学建议1. 提前为学生讲解实验原理和操作步骤，确保学生明白实验目的和意义。
2. 在实验过程中，教师要密切关注学生的操作，及时纠正错误，确保实验安全。
3. 实验结束后，引导学生积极讨论实验结果，提高学生的实验分析和解决问题的能力。
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。
发酵工程培养基
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：
酵母菌发酵培养基优化要点
❖ 本实验以菌体生物量为指标，用四因素三水 平的正交试验确定酵母菌的最优培养基。
实验步骤
一、培养基的配制
1.将葡萄糖、蔗糖、酵母提取粉、KH2PO4作为培养基的主要 影响因素，每一因素设定3个水平，进行四因素三水平的正交 试验，试验设计如表1
因素水平 A葡萄糖 /%
1
1.0
2
2.0
3
3.0
表1 正交试验表设计
(X1+X2+X3)/3 (X4+X5+X6)/3 (X7+X8+X9)/3
K最大- K最小
B
1 2 3 1 2 3 1 2 3
(X1+X4+X7)/3 (X2+X5+X8)/3 (X3+X6+X9)/3
K最大- K最小
C
1 2 3 3 1 2 2 3 1
(X1+X5+X9)/3 (X2+X6+X7)/3 (X3+X4+X8)/3
1(1.0)
1(0)
1(1.0)
2(1)
1(1.0)
3(2)
2(2.0)
1(0)
2(2.0)
2(1)
2(2.0)
3(2)
3(3.0)
1(0)
3(3.0)
2(1)
3(3.0)
3(2)
C酵母提 取粉/%
1(0.5) 2(1) 3(1.5) 2(1) 3(1.5) 1(0.5) 3(1.5) 1(0.5) 2(1)
C酵母提取 D KH2PO4
粉/%
/%
1(0.5)
1(0.5)
2(1)
2(1)
3(1.5)
菌种生产一种产物的发酵培养基设计方案
菌种生产一种产物的发酵培养基设计方案
菌种生产常采用液态发酵技术进行，发酵培养基的设计是该过程中至关重要的一步，下面给出一种基本的方案：
1. 确定所需菌株：根据所需要生产的产物的特性和用途，选择合适的菌株，并了解该菌株的基本生长特性、代谢途径和需求营养物质。
2. 营养物质成分的确定：在了解菌株生长特性的基础上，根据菌株的需求进行培养基配方设计。
通常包括碳源、氮源、矿质盐等。
常用碳源有葡萄糖、麦芽糖、乳糖等，氮源有氨基酸、蛋白胨、尿素等。
3. pH值的调节：不同菌株的最适生长pH值不同，一般在培养基设计时应注意优化pH值，最好保持在7左右。
4. 消泡剂的应用：在菌种生产过程中，可能会出现泡沫过度的问题，需要加入适量的消泡剂，以保证发酵过程的正常进行。
5. 温度、通气和搅拌的控制：菌株的生长需要一定的温度、气体和搅拌条件，在发酵过程中需要根据菌株的需求进行控制和调整。
注意事项：
在设置菌种生产的发酵培养基设计方案时，应考虑到该产物后续的提取治疗等因素，尽量使产物符合生产的要求，达到生产成本的最佳化，提升产品质量。
发酵培养基
◆
◆
◆
微生物对磷的需要量一般为0.005～0.01mol/L 硫酸镁 镁离子能提高一些氨基糖苷类抗生素产生菌对 自身所产的抗生素的耐受能力，如卡那霉素、 常用K3PO4、Na2HPO4 、NaH2PO4 链霉素、新生霉素等产生菌。 钾不参与细胞结构物质的组成 钾盐 是许多酶的激活剂 微量元素 需量微少，但又不可缺少 硫存在于细胞的蛋白质中，是含硫氨基酸的组 菌体生长所需钾量约为0.1g/L(以K2SO4计) 成成分 一般作为碳、氮源的农副产物天然原料中， 本身含有，不必另加 硫是构成一些酶的活性基 某些金属离子，特别是汞离子和铜离子，具 硫酸镁加入培养基中，在碱性条件下会形成氢 有明显的毒性 氧化镁沉淀，配料时要注意。
第三章 发酵培养基
第一节 培养基的类型 第二节 发酵培养基的成分及来源 第三节 淀粉水解糖的制备
第四节 发酵培养基的设计与优化
第一节 培养基的类型
1、按培养基成分
1）合成培养基
所用原料的化学成分明确、稳定 如葡萄糖、硫酸铵 2）天然培养基 适于研究菌种基本代谢和过程的物质变化等科研工作； 原料是一些天然动、植物产品 如花生饼粉、蛋白胨等 在生产某些疫苗的过程中，为了防止异性蛋白质等杂质掺 入，也常用合成培养基； 来源广泛（大多为农副产品）、营养丰富、价格低廉、 营养单一、价格较高，不适于大规模生产 适于工业化生产 一般不需要另加微量元素、维生素等物质
◆
四、生长因子
概念：
微生物生长不可缺少的微量有机物质。 类别：
维生素、氨基酸、嘌呤嘧啶及其衍生物
不是所有微生物都必需的，只是对于某些自己不能合成 这些成分的微生物才是必不可少的营养物质。 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。 又如目前所使用的赖氨酸产生菌几乎都是谷氨酸产生菌 的各种突变株，均为生物素缺陷型，同时也是某些氨基酸如 高丝氨酸的缺陷型，需要生物素和某些氨基酸作为生长因子。
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；
发酵——发酵培养基
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
例: 如在酒精生产中葡萄糖转化为酒精的理论转化率计算如下∶
葡萄糖转化为酒精的代谢总反应衡算式为∶ C6H12O6 ─→ 2C2H5OH + 2CO2 葡萄糖转化为酒精的理论得率为∶ 2*46 Y = ─── = 0.57 162
（二）、实验设计
培养基成分的含量最终都是通过实验获得的
合理的实验方法
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。 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
④ 所选用的培养基应能满足总体工艺的要求，如不应该影响 通气、提取、纯化及废物处理等质的纯度、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 原料质量等方面不加控制会影响生产稳定性
培养大肠杆菌常用两种培养基
M培养基(1L)： Na2HPO4 6g，KH2PO4 3g， NaCl 0.5g， NH4Cl 1g， MgSO4.7H2O 0.5g， CaCl2 0.011g，葡萄糖 2-10, pH 7.0
发酵工业的培养基及原料处理jiang
(2)总旳灭菌时间比分批灭菌大为降低，缩短发酵罐 旳生产周期。
(3)蒸气负荷均衡，提升了锅炉效率。
(4)适应于自动化控制。
连续灭菌旳缺陷： 1、易产生泡沫 2、大颗粒物料易造成管道堵塞 3、大颗粒物料会造成局部灭菌不彻底 4、需要增长设备
有机氮源：
豆饼粉、花生饼粉、棉子饼粉、酵母粉、 酵母膏、蛋白胨、玉米浆、鱼粉、蚕蛹 粉、尿素等
无机氮源：
铵 盐：如硫酸铵(生理酸性盐) 硝酸盐：如硝酸钠(中性盐)
无机盐：磷、硫、镁、钾、钙、铁、钠 等元素一般以无机盐旳形式加入。
微量元素：铜、锌、钴、锰、钼等微量 元素一般在复合培养基中都存在，无需 单独加入，某些特殊需要旳都是以无机 盐旳形式加入。
水解罐升温糖化
开始蒸汽压力0.3～0.5kg/cm2，进 料完毕后升压至2.8～3.0kg/cm2
保持15～30分钟
水解糖液 （DE=90～92%）
冷却至70℃
接下页
加NaOH中和至pH4.0～4.5
加0.1％活性炭脱色(60℃)
过滤
水解糖液
还原糖 DE = 干物质×100％
（二）、淀粉酶法水解工艺过程：
另外大型发酵罐采用这种措施，不甚合理， 因为发酵罐本身旳夹套或蛇管传热面积有限，做 不到高温度短时间旳原则。
夹层或蛇管加热至90℃， 开搅拌。
停搅拌，罐内进汽至要 求旳温度，维持1～2个 小时。
连续灭菌：是将培养基在发酵罐外连续不断进行加 热，维持和冷却，最终进入发酵罐。
连续灭菌适合于大规模工厂，它旳优点如下：
-淀粉酶：
又称液化酶，它对直链淀粉旳作 用是将直链旳淀粉分子-(1,4)-键任意 地、不规则旳分解为若干短链旳糊精， 糊精继续分解，最终反应产物为13％ 旳葡萄糖及87％麦芽糖，但是糊精变 为糖旳速度是极缓慢旳。
发酵培养基的分类、主要原料及其处理方法
发酵培养基的分类、主要原料及其处理方法一、发酵培养基的分类培养基(medium)是一种人工配制的、适合微生物生长、繁殖或产生代谢产物用的混合养料。
因此,任何培养基都应具备微生物所需要的六大营养要素,且比例应是合适的。
培养基一旦配成,必须立即进行灭菌,否则很快引起杂菌丛生,并破坏其固有成分和性质。
目前自然界中只有一部分微生物能够人工培养,主要有病毒、细菌、放线菌、真菌等。
应全面、准确地了解微生物细胞的生命规律,根据微生物的种类和对营养的需求来配制合适的培养基,以提高微生物可培养性,并达到代谢产物高产的目的。
由于各种微生物所需要的营养不同,培养基的种类很多。
据估计目前约有数千种不同的培养基,这些培养基可根据所含成分、物理状态及不同的使用目的等而分成若干类型。
1、按照培养基的成分分类培养基按其所含成分,可分为合成培养基、天然培养基和半合成培养基。
⑴合成培养基也称基本培养基合成培养基的各种成分完全是已知的各种化学物质。
这种培养基的化学成分清楚,组成成分精确,重复性强,但价格较贵,而且微生物在这类培养基中生长较慢,如高氏1号培养基、察氏培养基等。
(2)天然培养基也称复合培养基由天然物质制成,如蒸熟的马铃薯和普通牛肉汤,前者用于培养霉菌,后者用于培养细菌。
这类培养基的化学成分很不恒定,也难以确定,但配制方便,营养丰富,因此常被采用。
⑶半合成培养基在天然有机物的基础上适当加入已知成分的无机盐类,或者在台成培养基的基础上添加某些天然成分,如培养霉菌用的马铃薯葡萄糖琼脂培养基。
这类培养长基能更有效地满足微生物对营养物质的需要。
2、按照培养基的物理状态分类培养基按其物理状态可分为固态培养基、液态培养基和半固态培养基3类。
⑴固态培养基在液态培养基中加入凝固剂（如琼脂、明胶、硅胶等）制备成固态培养基。
该类培养基常用于微生物分离、鉴定、计数和菌种保存等方面。
止匕外,另一类固志培养基,一般采用天然谷物原料或纤维素类原料,培养基中加水较少,培养基中固形物含量较高。
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。
【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。
培养基在发酵工程中的作用和地位
培养基在发酵工程中的作用和地位发酵工程是一门应用生物学的学科，广泛应用于食品、医药、化工等领域。
而培养基作为发酵工程中的重要组成部分，扮演着至关重要的角色。
本文将探讨培养基在发酵工程中的作用和地位。
作为发酵工程的基础，培养基是用于培养微生物的营养物质的混合物。
它的主要作用是为微生物提供必需的营养物质，创造适宜的生长环境，促进微生物的繁殖和代谢活动。
培养基的配方和制备过程直接影响到发酵工程的效果和产量。
因此，培养基在发酵工程中具有不可替代的作用和地位。
培养基提供了微生物所需的营养物质。
微生物需要碳、氮、磷、硫等元素来合成细胞结构和代谢产物。
培养基通过添加适量的糖类、蛋白质、氨基酸等物质，为微生物提供了必需的营养物质。
这些营养物质经过微生物的吸收和利用，支持了微生物的生长和繁殖。
培养基为微生物创造了适宜的生长环境。
微生物对温度、pH值、氧气浓度等环境因素有特定的要求。
培养基通过调整这些因素，为微生物提供了适宜的生长环境。
例如，对于厌氧微生物，可以通过添加还原剂或封闭容器来创造缺氧条件。
这样一来，微生物能够在培养基中获得最佳的生长环境，从而实现最高的生长速率和产量。
培养基还可以调控微生物的代谢活动。
通过调整培养基中特定营养物质的浓度或添加特定的辅助物质，可以促进或抑制微生物的代谢活动。
例如，添加某些特定的有机物可以激活某些酶的活性，从而提高特定代谢产物的合成速率。
这种调控作用可以进一步优化发酵工程的效果和产量。
培养基在发酵工程中具有重要的作用和地位。
它为微生物提供了必需的营养物质，创造了适宜的生长环境，并调控微生物的代谢活动。
培养基的配方和制备过程直接关系到发酵工程的效果和产量。
因此，在发酵工程中，科学合理地设计和使用培养基，对于提高发酵工艺的效果和经济效益具有重要意义。
微生物发酵制药技术基础—培养基的选择
发酵培养基选择
提供合成微生物细胞和发酵产物的基本成分 利于减少培养基原料的单耗 利于提高培养基和产物的浓度以提高生产能力 利于提高产物合成的速度，缩短发酵周期 减少副产物的形成便于分离纯化 原料低廉，质量稳定，取材容易 原料减少对通气搅拌的影响，提高氧利用率，降能耗 利于产品分离纯化，减少产生三废物质
一次升温液化法过程如下：用纯碱溶液将30％～35％淀粉乳（13 ～14°Bé）调整pH至6.2～6.4，然后加入Ca2+和α-淀粉酶，搅匀 后泵入密闭的液化锅内，加热到88～90℃，保温15～20min。液 化完毕，用碘液检查，合格后，即升温至100℃，加热使酶失活 。α-淀粉酶用量为8～10U/g淀粉。反应液中Ca2+浓度为 0.01mol/L。
0.8％，在70℃及酸性条件下搅拌后过滤。 6.过滤除杂
酸解法
评价
优点：工艺简单，水解时间短，生产效率高，设备周 转快。 缺点： •要求设备耐腐蚀、耐高温和耐压。 •副产物多，影响糖液纯度，一般DE值只有90％左右。 •对淀粉原料要求严格，不能用粗淀粉，只能用纯度较 高的精制淀粉。
DE值
DE值：dextrose equivalent value （葡萄糖当量值）
根据微生物的特点选择培养基
用于大规模培养的微生物主要有细菌、酵母菌、 霉菌和放线菌等四大类。它们对营养物质的要 求不尽相同，要依据微生物的不同特性，来考 虑培养基的组成。
液体和固体培养基的选择
• 发酵工业中大多采用液体培养基培养种子和进行发 酵，并根据微生物对氧的需求，分别作静止或通风 培养。
• 固体培养基则常用于微生物菌种的保藏、分离、菌 落特征鉴定、活细胞数测定等方面。
• 选择培养基：在培养基中加入某种化学物质，以抑制不需 要菌的生长，而促进某种需要菌的生长。
发酵工程3培养基课件
特殊功 能
化能自养菌能源（S、Fe2＋、 NH4＋等）
无 氧 呼 吸 时 氢 受 体 （ NO3- 、 SO4- 等）
微量元 素
酶的激活剂（Cu2＋、Mn2＋、 Zn2＋等）
特殊分子结构成分（Mo-固氮酶、Co 维生素B12）
发酵工程3培养基
4、生长因子
生长因子是微生物生长发育过程中不可缺少而
需要量又极少的一类特殊营养物质。
1.天然培养基(natural medium) ➢ 凡利用生物的组织、器官及其抽取物或制品配成
的培养基，称为天然培养基。 ➢ 优点是配制方便、经济、营养丰富，但是，它的
化学成分不清楚或不稳定(受产地、品种、保存加 工方法等因素影响)。常见的天然培养基成分有： 麦芽汁、肉浸汁、鱼粉、麸皮、玉米粉、花生饼 粉、玉米浆及马铃薯等。
发酵工程3培养基
若在基本培养基中加入富含氨基酸、维生 素、碱基等生长因子的营养物质，如蛋白胨、 酵母膏等，就可满足各种营养缺陷型的生长需 求，这种培养基称为完全培养基(Complete Medium，CM)。
若在基本培养基中只是针对性地加入一 种或几种营养成分，以满足相应的营养缺陷型 生长，那么，这种培养基称为补充培养基 (Supplement Medium,SM)。
发酵工程3培养基
12.鉴别培养基(differential medium) 在培养基中添加某种或某些化学试剂后，某
种微生物生长过程中产生的特殊代谢产物会与加 入的这些化学物反应，并出现明显的、肉眼可见 的特征性变化，从而使该种微生物与其它微生物 区别开来。这种培养基称为鉴别培养基。
发酵工程3培养基
发酵工程3培养基
9.基本培养基(Minimal Medium，MM) 基本培养基又称最低限度培养基，指能满足
种子培养基和发酵培养基用途和区别
种子培养基和发酵培养基用途和区别种子培养基和发酵培养基用途和区别按用途培养基按其用途可分为孢子培养基、种子培养基和发酵培养基三种。
a 孢子培养基孢子培养基是供菌种繁殖孢子的一种常用固体培养基，对这种培养基的要求是能使菌体迅速生长，产生较多优质的孢子，并要求这种培养基不易引起菌种发生变异。
所以对孢子培养基的基本配制要求是：第一，营养不要太丰富（特别是有机氮源），否则不易产孢子。
如灰色链霉在葡萄糖－硝酸盐－其它盐类的培养基上都能很好地生长和产孢子，但若加入0.5%酵母膏或酪蛋白后，就只长菌丝而不长孢子。
第二，所用无机盐的浓度要适量，不然也会影响孢子量和孢子颜色。
第三，要注意孢子培养基的pH和湿度。
生产上常用的孢子培养基有：麸皮培养基、小米培养基、大米培养基、玉米碎屑培养基和用葡萄糖、蛋白胨、牛肉膏和食盐等配制成的琼脂斜面培养基。
大米和小米常用作霉菌孢子培养基，因为它们含氮量少，疏松、表面积大，所以是较好孢子培养基。
大米培养基的水分需控制在21%－50%，而曲房空气湿度需控制在90%－100%。
b 种子培养基种子培养基是供孢子发芽、生长和大量繁殖菌丝体，并使菌体长得粗壮，成为活力强的“种子”。
所以种子培养基的营养成分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，这样可达到较高的溶解氧，供大量菌体生长繁殖。
种子培养基的成分要考虑在微生物代谢过程中能维持稳定的pH，其组成还要根据不同菌种的生理特征而定。
一般种子培养基都用营养丰富而完全的天然有机氮源，因为有些氨基酸能刺激孢子发芽。
但无机氮源容易利用，有利于菌体迅速生长，所以在种子培养基中常包括有机及无机氮源。
最后一级的种子培养基的成分最好能较接近发酵培养基，这样可使种子进入发酵培养基后能迅速适应，快速生长。
c 发酵培养基发酵培养基是供菌种生长、繁殖和合成产物之用。
它既要使种子接种后能迅速生长，达到一定的菌丝浓度，又要使长好的菌体能迅速合成需产物。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
碳源
一是为微生物菌种的生长繁殖提供能
源和合成菌体所必需的碳成分；二是
为合成目的产物提供所需的碳成分。
常用的碳源有糖类、油脂、有机酸和
低碳醇等。
糖类
葡萄糖（速效；过多时抑菌）和丙酮丁醇及抗生素等生产中）
淀粉糊精（长效；边发酵边利用，不会造成高浓度的抑菌作用；玉
生长因子、前体、产物促进剂和抑 制剂
生长因子（氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等）
前体（能被微生物直接利用，以构成次级代谢产物结构的一部分，而其
本身结构没有大的变化，这种物质称为前体。如玉米浆中的苯乙胺）
抑制剂和产物促进剂（在次级代谢产物发酵生产过程中，往往
抑制某一代谢途径，就会使另一代谢途径活跃。 ）
精、CaCO3 等因品种、产地、加工方法、储藏条件等的不同均有可能 造成质量上出现较大的波动）
水质的影响 深井水、地表水、自来水、蒸馏水等的水质有极大的不同。 它们随地质（地区）（地貌）、季节、处理方法和环境的 变化而变化。自来水是发酵工业的主要用水，而自来水厂 水质处理所用的漂白粉、沉淀剂、消毒剂等往往造成水质 的较大波动。
上的供应； 4. 所选用的培养基能满足总体工艺 的要求,如不应该影响通气、提取、纯化及废物 处理等。
培养基的类型及功能
１．按纯度分
合成培养基；（疫苗） 天然培养基；
２．按状态分类
•固体培养基（菌种和孢子的培养和保存）
•半固体培养基（鉴定细菌、观察细菌运动特征等）
•液体培养基（８０％－９０％是水）
利用的碳氮源和慢速利用的碳氮源的相互配合，发挥各自的优势，避其 所短；速效碳源易发生葡萄糖效应，可分批补料或连续补料；一些难被 利用的碳源对产酶是有利的，因而淀粉糊精等多糖也是常用的碳源）
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
发酵过程中PH能够处于较为适宜的状态)
培养基的优化
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;
通过单因子实验最终确定出最为适宜的培养基成分; 培养基成分确定后,剩下的问题就是各成分最适的浓度
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；（玉米浆、黄豆粉、花生饼粉、蛋白胨、淀粉、糊
无机盐及微量元素（trace element)
P、S、Mg、Fe、K、Na、Cu、Zn、Mn、钴等。
水
①构成生物体的成分；②培养基的组成部分；③ 参与代谢反应； ④作为代谢反应介质；⑤作为物质传递介质；⑥ 良好的热导体。 对于发酵工厂来说，恒定的水源是至关重要的。 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
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
成功的决定因素.因而在配制培养基选取营养成分时,除了考虑营养的需
求外,也要考虑其代谢后对培养体系PH缓冲体系的贡献,从而保证整个
应包括能够促进微生物合成产物所必需的成分.
KEY CONCEPTS
一个适宜于大规模发酵的培养基应该具有以下几个共同的特点:
1.培养基能够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
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。
Chapter Three
发酵培养基的配制
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
有机氮源
常用的有花生饼粉、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、废菌丝体和酒糟等。（慢速利
用氮源）。
无机氮源
常用的有NH4Cl、(NH4)2SO4、NH4NO3、 (NH4)3PO3、氨水等（快速利用N源）。 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。如硫酸铵。 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。