第三章发酵培养基2019
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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：
发酵过程原理第三章
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3. 减速期
由于营养消耗、有害代谢物积累造成生长速率下降
Monod :
m
Teissier :
Moser :
KS S m m m (1 exp(S / K S ))
mm S
Contois :
Powell :
n KS S mm S m KS X S mm S m (KS KD ) S
三、菌体循环
菌体
发酵罐（稳态）：V dX FcX mXV (1 ) FX dt dS mXV V FSF FS (1 ) FS dt YX / S
m D(1 c) Dw
(1 ) FX > F cX c (1 c ) < 0 \0 < w <1 1 mm SF DC w KS SF
mXV
YX / S
达到稳态时 限制性底物：
V
F m D V
dS mXV FSF FS dt YX / S
mX
YX / S X YX / S ( SF S )
SF=10g/L，YX/S=0.5g/g，m=1.0h-1，KS=0.2g/L时
12 10
X
S , X , DX
8 6 4 2 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
开放系统，反应器利用率高，生产能力大 形式：搅拌罐式，管式
一、单级连续培养
假定：混合均匀 菌体物料平衡：
V
F, SF
F, S, X, P S, X, P, V
dX FX 0 FX mXV dt
dX F (m )X dt V
发酵培养基及制备
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3．合适的碳氮比
• 酵母细胞中碳氮比约为100：20， • 霉菌约为100：10。 • 一般发酵工业中碳氮比约为l00：（0.2-2.0) 。 • 氨基酸发酵中，因为产物中含有氮，所以碳氮比
就相对高一些。如谷氨酸发酵的C：N为100： (15—21)，若碳氮比为100：(0.2—2.0)，则会出 现只长菌体，几乎不产谷氨酸的现象。
• 能否设计出一个好的发酵培养基，是一个发酵产 品工业化成功中非常关键的一环。
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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。
• 配制要求： – 营养不要太丰富，否则不宜产孢子。 – 所用无机盐的浓度要适量，不然也会孢
液化率
D
％
1
0
2
17
3
24
3
12
1
47
2
28
2
1
3
18
1
42
正交试验的结果分析 Kjm为第j列因素m水平所
直观分析法－极差分析法
对应的试验指标和，kjm 为Kjm平均值。由kjm大
果R因分j素为析计水第平j最算列波因常简动素用便时的，方，极试差法直验，指。观反标映，的了简变第动单j列幅易懂小 水，可 平以 和是判 优正断组交第合。j试列因验素结优
试验因素选定后，根据所掌握的信息资料和相关知识，确定 每个因素的水平，一般以2-4个水平为宜。对主要考察的试验因 素，可以多取水平，但不宜过多（≤6），否则试验次数骤增。因 素的水平间距，应根据专业知识和已有的资料，尽可能把水平值 取在理想区域。
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3．合适的碳氮比
• 酵母细胞中碳氮比约为100：20， • 霉菌约为100：10。 • 一般发酵工业中碳氮比约为l00：（0.2-2.0) 。 • 氨基酸发酵中，因为产物中含有氮，所以碳氮比
就相对高一些。如谷氨酸发酵的C：N为100： (15—21)，若碳氮比为100：(0.2—2.0)，则会出 现只长菌体，几乎不产谷氨酸的现象。
• 能否设计出一个好的发酵培养基，是一个发酵产 品工业化成功中非常关键的一环。
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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。
• 配制要求： – 营养不要太丰富，否则不宜产孢子。 – 所用无机盐的浓度要适量，不然也会孢
液化率
D
％
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正交试验的结果分析 Kjm为第j列因素m水平所
直观分析法－极差分析法
对应的试验指标和，kjm 为Kjm平均值。由kjm大
果R因分j素为析计水第平j最算列波因常简动素用便时的，方，极试差法直验，指。观反标映，的了简变第动单j列幅易懂小 水，可 平以 和是判 优正断组交第合。j试列因验素结优
试验因素选定后，根据所掌握的信息资料和相关知识，确定 每个因素的水平，一般以2-4个水平为宜。对主要考察的试验因 素，可以多取水平，但不宜过多（≤6），否则试验次数骤增。因 素的水平间距，应根据专业知识和已有的资料，尽可能把水平值 取在理想区域。
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微生物工程(发酵)第三章 培养基制备与灭菌
3.3 培养基及设备的灭菌
3.3.1常见灭菌方法： • 加热灭菌 • 过滤灭菌 • 辐射灭菌 • 化学灭菌 • 熏蒸灭菌
1、高温灭菌
• 1）干热灭菌
烘箱内热空气灭菌 160℃，2小时
干）煮沸消毒
3）丁达尔灭菌 4）常规高压灭菌 121℃，15分钟； 115℃，30分钟；
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
原培养基:
初步确定可能的培养基成分(以碳源为例)
通过单因子实验确定适宜的培养基成分(以碳源为例)
考虑到成本：乙酸钠是较为合适的碳源 进一步：乙酸钠的浓度2%比较好
结果： 碳源：乙酸钠 0. 2% 氮源：氯化铵 0.2% 酵母膏0.03%
3.1.1.6 前体物质、抑制剂和促进剂
前体物质指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接彼 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。
青霉素：分子量356
苯乙酸:分子量136
• 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%
有些促进剂的作用是沉淀或螯合有害的重金属离子。
抑制剂：能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白质 变性的物质； 可用透析或超滤的方式去除；
在培养基中添加抑制剂会抑制某些代谢途径的进行， 同时会使另一代谢途径活跃，从而获得人们所需要 的某一终产物或使正常代谢的某一代谢中间产物积 累起来;
3.1.2 发酵工业原料的选择原则
• • • • • • • • 因地制宜，就地取材； 营养丰富，浓度恰当； 资源丰富，容易收集； 易于储藏； 理化性质稳定，成分间无反应； 不影响通气、搅拌、产物分离，废物处理方便 不含毒副作用的物质 价格低廉
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。
微生物工程--第3章-发酵工业的培养基及原料处理可编辑全文
加热
维持
加压灭菌法
连续加压灭菌法优点
①因采用高温瞬时灭菌，故既可杀灭微生物，又可最大 限度减少营养成分的破坏，从而提高了原料的利用率， 比“实罐灭菌”（120℃，30分钟）提高产量5～10％；
②由于总的灭菌时间较分批灭菌明显减少，所以缩短了 发酵罐的占用周期，从而提高了它的利用率；
③由于蒸汽负荷均匀，故提高了锅炉的利用率； ④适宜于自动化操作； ⑤降低了操作人员的劳动强度。
①营养不能太丰富，否则不易产孢。
②无机盐浓度要适当，不然会影响孢子 量和孢子的颜色（质量）。
③注意pH和湿度。
常用的孢子培养基有：麸皮培养基、小 米培养基、大米培养基、玉米碎屑培养基等。
它们含氮量低，疏松、表面积有摇瓶种子和种子罐用的种子培养基等。对种 子培养要求做到纯种、健壮、活力旺盛，并有足 够的数量，以满足下一级菌种生长繁殖需要。
葡萄糖值（DE）98以上
含非发酵性糖、NaCl等杂质， 糖化液纯度高，易于精制 精制较难
糖化液具苦味，色深 高温、高压 淀粉浆浓度低 收率较低，成本较高
糖化液不具苦味，色浅 常温、常压 淀粉浆浓度高 收率比酸法提高10％，成本 降低10％
长时间多次结晶，才能制得 可一次结晶制得纯葡萄糖 纯葡萄糖
废液利用率低 酸用量少，糖化时间短
对这种培养基的要求是能够使菌体长得快 而健壮，而且不易引起菌种变异。
一般斜面培养基中碳源和氮源含量不 宜过多，特别是碳源，多了会引起pH波动， 无机盐浓度也要控制适当，以免影响菌种 特性。
2、孢子培养基：
供菌种繁殖孢子的一种固体培养基，要 求使菌体生长迅速，产生数量较多的优质孢 子，并且不引起菌种的变异，因此在配置上 要求:
（二）消毒（disinfection）
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
2019年第三章中药发酵工艺条件.doc
第三章中药发酵工艺条件发酵技术是利用微生物的某种特性，通过现代化的技术手段进行工业化大规模生产的技术。
目前由于我国人口过多，资源消费排在世界前列，加之资源短缺，所以应大力发展发酵技术。
通过该项技术大规模地生产某种产品，将有助于解决我国资源短缺的问题。
伴随着现代生命科学技术和分子生物学的迅猛发展，发酵技术及相关应用领域的研究也越来越活跃，已深入到食品、医药卫生、农业生产、轻工业等各领域中，特别是在中草药的发酵方面取得了很大的进展。
例如，药用菌类植物是我国药用植物中的重要组成部分，在民间因其独特的防病、治病效果而有着悠久的历史；同时药用菌类植物还常常被作为中成药的原料药，所以具有非常广阔的应用前景。
但目前我们已经注意到，野生型药用菌类植物已经被极度采集，致使资源愈来愈少，国内外市场资源紧缺。
因此，如果单单通过野外采集等途径获得，很难满足医药市场的需求，而且价格十分昂贵。
如采用发酵工程技术，给予适宜的条件来培养这些菌类植物，则可以达到快速、大规模生产的目的，这显然是一条非常好的技术路线。
我国历史上早已有药用真菌的固体培养，如神曲的培养等。
近几十年来，为适应市扬的需求，采用发酵技术生产药用真菌、菌丝体及其他代谢产物有了很大的发展。
如传统名贵中药冬虫夏草、云芝、灵芝、蜜环菌等都已经投入到大规模的工业化连续生产中，发酵周期短，生产效益高。
同时在发酵过程中，除了使菌丝体大量增殖，在发酵液中还可得到多糖、生物碱、酶、核酸等多种具有生物活性的次生代谢产物。
通过研究表明，这些物质具有抗衰老、抗氧化、抗肿瘤、抗菌、调节免疫等多种功效。
利用发酵技术生产这些药用活性成分，还可进一步使药品生产规范化，药源质量、数量稳定，有利于这些药物的相关制剂打入国际市场。
可见发酵技术在中医药中的应用已经有了一个良好的开端，引起了人们的极大关注。
第一节培养基的选择和确定培养基是按照微生物的生长、繁殖、代谢的需要，由各种营养物质按一定比例组合而成的混合体。
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不同加工方法对甘蔗糖蜜的影响
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发酵培养基
❖ 发酵培养基的成分及来源
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。
发酵培养基
发酵培养基的要求
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，如不应该影响 通气、提取、纯化及废物处理等。
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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所需产物。 因此，发酵培养基的组成除有.菌体生长所必需的 元素和化合物外，还要有产物所需的特定元素、前 体和促进剂等。但若因生长和生物合成产物需要的 总的碳源、氮源、磷源等的浓度太高，或生长和合 成两阶段各需的最佳条件要求不同时，则可考虑培 养基用分批补料来加以满足。
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发酵培养基
❖ 发酵培养基的成分及来源 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、正烷烃
发酵培养基
❖ 发酵培养基的成分及来源
(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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发酵培养基
❖ 发酵培养基的成分及来源
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发酵培养基
❖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
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发酵培养基
❖ 发酵培养基的成分及来源 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 工业上常用淀粉水解糖,但是糖液必须达到一定的质 jgc
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。
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
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第三章发酵培养基2019
第三章 发酵培养基
发酵培养基
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 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。
发酵培养基的作用： ➢ 满足菌体的生长 ➢ 促进产物的形成
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葡萄糖效应
图8 分解代谢物阻遏的乳糖操纵子模型 葡萄糖分解代谢物X阻止CAP—cAMP的形成，从而阻止了RNA聚合酶与
启动基因上结合位点(RNAP01．)的结合，即使有诱导物 乳糖存在，与乳糖代谢有关的酶仍无法合成
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a. 孢子培养基 孢子培养基是供菌种繁殖抱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，产生较多优质的抱子， 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。如灰色链霉菌在葡萄糖—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。
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
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发酵培养基
❖ 培养基的类型及功能
二、按状态
固体培养基 :适合于菌种和孢子的培养和保存，也广泛应 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。
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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。
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发酵培养基
❖ 发酵培养基的成分及来源
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。
发酵培养基
发酵培养基的要求
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，如不应该影响 通气、提取、纯化及废物处理等。
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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所需产物。 因此，发酵培养基的组成除有.菌体生长所必需的 元素和化合物外，还要有产物所需的特定元素、前 体和促进剂等。但若因生长和生物合成产物需要的 总的碳源、氮源、磷源等的浓度太高，或生长和合 成两阶段各需的最佳条件要求不同时，则可考虑培 养基用分批补料来加以满足。
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❖ 发酵培养基的成分及来源 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、正烷烃
发酵培养基
❖ 发酵培养基的成分及来源
(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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❖ 发酵培养基的成分及来源
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发酵培养基
❖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
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❖ 发酵培养基的成分及来源 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 工业上常用淀粉水解糖,但是糖液必须达到一定的质 jgc
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。
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
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第三章发酵培养基2019
第三章 发酵培养基
发酵培养基
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 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。
发酵培养基的作用： ➢ 满足菌体的生长 ➢ 促进产物的形成
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葡萄糖效应
图8 分解代谢物阻遏的乳糖操纵子模型 葡萄糖分解代谢物X阻止CAP—cAMP的形成，从而阻止了RNA聚合酶与
启动基因上结合位点(RNAP01．)的结合，即使有诱导物 乳糖存在，与乳糖代谢有关的酶仍无法合成
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a. 孢子培养基 孢子培养基是供菌种繁殖抱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，产生较多优质的抱子， 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。如灰色链霉菌在葡萄糖—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。
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
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发酵培养基
❖ 培养基的类型及功能
二、按状态
固体培养基 :适合于菌种和孢子的培养和保存，也广泛应 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。
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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。