4培养基设计(上)
选用和设计培养基的原则
一、选用和设计培养基的原则和方法（一）配制培养基的4个原则1.目的明确培养不同的微生物必须采用不同的培养条件；培养目的不同，原料的选择和配比不同；例如枯草芽孢杆菌：一般培养：肉汤培养基或LB培养基；自然转化：基础培养基；观察芽孢：生孢子培养基；产蛋白酶：以玉米粉、黄豆饼粉为主的产酶培养基；根据不同的工作目的，微生物不同的营养需要，运用自己丰富的生物化学和微生物学知识来配制最佳的培养基。
2.营养协调微生物细胞组成元素的调查或分析，是设计培养基时的重要参考依据。
微生物细胞内各种成分间有一较稳定的比例。
在大多数化能异养菌的培养基中，各营养要素间在量上的比例大体符合以下十倍序列的递减规律：要素：H2O＞C源+能源＞N 源＞P、S＞K、Mg＞生长因子含量：(～10-1) (～10-2) (～10-3) (～10-4) (～10-5) (～10-6)A.选择适宜的营养物质,实验室的常用培养基：细菌：牛肉膏蛋白胨培养基（或简称普通肉汤培养基）；放线菌：高氏1号合成培养基培养；酵母菌：麦芽汁培养基；霉菌：查氏合成培养基；实验室一般培养：普通常用培养基；遗传研究：成分清楚的合成培养基；生理、代谢研究：选用相应的培养基配方；B.营养物质浓度及配比合适营养物质的浓度适宜, 营养物质之间的配比适宜；高浓度糖类物质、无机盐、重金属离子等不仅不能维持和促进微生物的生长，反而起到抑制或杀菌作用。
培养基中各营养物质之间的浓度配比也直接影响微生物的生长繁殖和（或）代谢产物的形成和积累，其中碳氮比（C／N）的影响较大。
真菌需C／N比较高的培养基；（素食）细菌（动物病原菌）需C／N比较低的培养基；（荤食）发酵生产谷氨酸时：碳氮比为4/1时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少；碳氮比为3/1时，菌体繁殖受到抑制，谷氨酸产量则大量增加。
NH3 ＞ CO(NH2)2 ＞ NH4NO3 ＞ (NH4)2CO3 ＞ (NH4)2SO4含氮量（82％）（46％）（35％）（29.2％）（21％）这说明在同样重量时，在以上各氮源中含氮量以氨为最高，尿素次之，硝酸铵和碳酸铵更次之，而硫酸铵则最低。
培养基设计的四个原则
培养基设计的四个原则培养基是用于支持微生物生长和繁殖的特殊环境，其设计和组成对于微生物的生长和代谢具有至关重要的影响。
以下是培养基设计的四个主要原则：1.适宜的营养组成培养基的营养组成是支持微生物生长的关键因素。
适宜的营养组成包括碳源、氮源、能源、无机盐、生长因子等。
这些成分的种类和浓度需根据目标微生物的特性和生长需求进行选择和调整。
例如，某些微生物需要特定的氨基酸或维生素作为生长因子。
2.适宜的pH值培养基的pH值是影响微生物生长和代谢的重要因素。
不同微生物对于pH值的要求各不相同，有些喜欢酸性环境，有些则需要碱性环境。
在选择和调整培养基的pH值时，需要考虑目标微生物的最适生长pH值和其代谢产物的pH值。
同时，还需注意培养过程中pH值的波动范围，以避免对微生物产生不利影响。
3.适宜的渗透压培养基的渗透压也是影响微生物生长的重要因素。
高渗透压环境可能导致微生物失水，而低渗透压环境则可能导致微生物过度吸水，这两种情况都不利于微生物的生长。
因此，适宜的渗透压是支持微生物生长的重要条件。
在选择和调整培养基的渗透压时，需要考虑目标微生物的耐受能力以及其代谢产物的渗透压影响。
4.适宜的氧化还原电位培养基的氧化还原电位（Eh）是影响微生物生长和代谢的另一个重要因素。
不同微生物对于Eh的要求各不相同，有些需要高Eh值以支持其呼吸作用，有些则需要低Eh值以支持其还原作用。
在选择和调整培养基的Eh值时，需要考虑目标微生物的特性和生长需求，以及其代谢产物的Eh值影响。
综上所述，培养基设计的四个原则包括适宜的营养组成、适宜的pH值、适宜的渗透压和适宜的氧化还原电位。
这些原则对于支持微生物的生长和代谢具有至关重要的影响。
在设计和使用培养基时，需根据目标微生物的特性和生长需求进行选择和调整，以确保其最佳的生长条件和代谢状态。
培养基优化设计
课程设计说明书课程名称：新编生物工艺学设计题目: 培养基优化设计院系：生物与食品工程学院学生姓名：学号：2专业班级：08生物技术指导教师：关现军2011 年6月3 日课程设计任务书目录1.摘要················································页码2.关键字··············································页码3.设计背景············································页码3.1培养基简介···········································页码3.2培养基优化设计的重用意义····························页码4 设计方案·················································页码 4.1原材料制备···········································页码 4.2菌种的选择···········································页码 4.3营养因子的比例设·····································页码4.4理化条件控制············································页码4.5总工艺流程列叙········································页码5 预期结果················································页码6 方案实施时可能出现的问题与对策·······························页码7 设计感受·················································页码7.1 关于本方案···················································页码 7.2 关于自我·····················································页码8参考文献··················································页码.1 摘要以改良ＭＲＳ发酵培养基为墓础，选择玉米浆、牛肉膏、乳糖、番茄汁、际蛋白陈等７个营养因子增菌培养乳酸菌进行优化。
3.2 工业发酵培养基的类型与设计
工业发酵培养基的类型和设计一、培养基的类型1、依纯度或者营养物质的来源分天然培养基合成培养基半合成培养基原料是天然动植物产品。
营养丰富、适合于微生物生长，一般不需要另外加微量元素和维生素；来源广泛、价格低廉。
组分复杂，不容易重复也称组合培养基（多用于定量研究）化学成分明确、稳定，价格较高，不适合于大规模工业生产。
用的最多，在部分天然有机碳源、氮源、生长因子的基础上，适当加入一些化学药品。
2、依培养基的物理状态来分A、凝固培养基金融保险l即遇热可融化，冷却后则凝固的固体培养基。
l比较适合用于菌种和芽孢的保存和培养。
B、天然固体培养基金融保险l由天然固体状基质直接制成的培养基，如麸皮，米糠，木屑等l加入0.5%左右的琼脂作为凝固剂，形成的培养基称之半固体培养基。
l主要用于菌种鉴定，观察细菌运动特征及噬菌体的效价测定等。
l培养基中80～90%是水。
发酵工业大规模使用的培养基，它有利于氧和物质传递。
3、依培养基的用途来分①孢子培养基②种子培养基③补料培养基④鉴别培养基…………是提供菌种繁殖孢子的一种常用固态培养基，要求是使菌体迅速生长产生较多优质孢子，不易引起菌种变异。
配置要求金融保险l营养不要太丰富特别是有机氮，否则不易产生孢子l无机盐浓度适量，否则影响孢子量和孢子颜色l PH和湿度适宜如：大米和小米常用做霉菌孢子培养基，含氮量少，疏松、表面积大，水分控制在21-26%。
金融保险生产上常用麸皮培养基小米培养基大米培养基玉米碎屑培养基等供孢子发芽、生长和大量繁殖菌丝体，并使菌体长的粗壮，成为活力强的“种子”。
配置要求金融保险l营养成分全面、丰富，氮、维生素含量高些、稀薄，还要维持稳定的PH（3）发酵培养基供菌种生长、繁殖和合成产物之用。
使菌种迅速生长，迅速合成所需要的产物。
配置要求金融保险l菌体生长必须的元素、化合物，特定元素、前体、促进剂等二、发酵培养基的设计和配制培养基的组成、配比、缓冲能力、黏度、消毒灭菌是否彻底、灭菌后营养物质破坏的程度、及原料中杂质的含量等等直接影响到微生物的生长、繁殖、代谢以及代谢产物的合成。
培养基设计方法
培养基设计方法培养基是微生物学研究中常用的实验材料之一，它对研究结果的影响很大。
培养基的设计方法非常重要，本文将介绍一些关于培养基设计的方法。
一、了解微生物的需求不同的微生物对营养的需求不同，了解微生物的需求是设计适合该微生物培养的培养基的基础。
要注意的是，不同物种之间的需求也可能会有所不同，因此设计何种培养基需要根据不同的微生物具体情况而定。
二、按照目的选择培养基类型根据培养目的的不同，培养基的配方也应该有所区别。
常用的培养基类型有选择性培养基、富集培养基、相对定向培养基等，通过对每种类型的特点和作用进行了解和分析，选择能够满足研究需求的培养基类型。
三、优化配方比例酵母提取物、胰蛋白、大豆胨等成分在培养基中十分常见。
优化配方比例可以提高营养物质的利用效率，同时减少浪费，促进微生物生长。
四、控制一些微量元素的含量虽然微量元素在培养基中所占比例很小，但是它们对微生物生长也十分重要。
适量加入一些微量元素，比如铁、锰等，可以促进细胞代谢，提高微生物生长速率。
五、增加抗菌素的使用为了避免其他细菌对研究的微生物造成干扰，可以添加一些抗菌素，有选择性地杀灭其他菌群，保护微生物的生长环境。
但是应注意，获得菌株耐药的风险也会增加。
六、pH 值的控制pH 值的控制也是设计培养基时需要考虑的因素之一。
不同的微生物培养所需 pH 值不同，可以将 pH 值设置在适当范围内，有利于微生物生长和繁殖。
七、增加气体气氛有些微生物需要特定的气体气氛才能生长，比如嗜热性微生物需要高温高压下的氧气气氛，厌氧微生物需要无氧气气氛等，设计培养基时需要注意这一点。
总之，培养基设计应该是一个根据实验目的和微生物生长特点进行系统思考和优化的过程。
只有掌握了合适的设计方法，才能更好地提高培养基的适用性和研究成果的准确性。
第四章 发酵培养基的设计_PPT幻灯片
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
第3章 发酵工业培养基的设计
明确试验目的与要求 试验方案设计：
选定试验指标
选因素、定水平 因素、水平确定 选择合适正交表 表头设计 列试验方案 试验结果分析
进行试验，记录试验结果 试验结果分析： 试验结果极差分析 试验结果方差分析
绘 制 因 素 指 标 趋 势 图
计 算 K 值
计 算 k 值
计 算 极 差 R
计算各列偏差平方和、 自由度 列方差分析表， 进行F 检验 分析检验结果， 写出结论
甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜中主要含蔗糖。
糖蜜中干物质的浓度很大，含5%~12%的胶体物质以 及10%~12%的灰分，如果不进行预处理，则微生物无法生 长和发酵。 1. 糖蜜的预处理
预处理步骤包括稀释、澄清、脱钙调pH、调节金属离 子浓度等。
2. 谷氨酸发酵的糖蜜预处理 一般谷氨酸发酵培养基以含生物素1μg·L－1 ~ 5μg·L －1为宜。 糖蜜中的生物素含量为0.04μg·L－1 ~10μg·L－1，如配 成含糖10%的培养基，每升培养基的生物素含量将达 8μg~2000μg。 解决的主要方法包括：糖蜜预处理法、添加化学药剂 法、追加糖蜜法及营养缺陷型变异株法等四种方法。
二、培养基的分类
①合成培养基
按组成分
②天然培养基
③半合成培养基 ①固体培养基
按物理状态分
②液体培养基 ③半固体培养基
①孢子培养基
按用途分 ②种子培养基 ③发酵培养基
第二节 淀粉水解糖的制备及糖蜜原料的处理
一、 淀粉水解糖的制备 淀粉在酸或酶的作用下水解成葡萄糖的过程称为糖化， 制得的水解糖液叫淀粉水解糖。 根据原料淀粉的性质及采用的水解催化剂的不同，水 解淀粉转化为葡萄糖有三种方法。
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鳌合有害的金属离子。
培养基的设计实验
培养基的设计实验1.选择基础培养基：基础培养基是指最基本的培养基，一般由无机盐、有机物和水构成。
选择合适的基础培养基对于细胞或微生物的生长至关重要，可以根据要培养的细胞或微生物的要求选择不同的基础培养基。
2.添加营养物质：在基础培养基的基础上，可以添加特定的营养物质，如碳源、氮源、矿物质等，以满足细胞或微生物的营养需求。
根据细胞或微生物的要求，可以选择合适的营养物质添加到培养基中。
3.调节环境条件：培养基中的环境条件对于细胞或微生物的生长也非常重要。
可以通过调节培养基的温度、pH值和氧气含量等条件来优化细胞或微生物的生长条件。
一般来说，常温下的37°C、pH值为7.0左右和适度的氧气含量是适合细胞或微生物生长的条件。
4.确定培养基的固化方式：根据实验需求，可以选择将培养基以液体形式保存，也可以将其固化成固体形式。
液体培养基适合于需要频繁的培养和传代，固体培养基适合于生物体形成充分的营养物质和环境条件梯度，以便于观察微生物菌落的生长情况。
在设计培养基实验时，需要注意以下几点：1.要有明确的实验目的和假设。
实验目的可以是探究其中一种细胞或微生物在不同环境条件下的生长特性，也可以是寻找最适合其中一种细胞或微生物生长的培养基组成。
2.合理选择实验样品。
样品可以是细胞、组织或微生物，在实验设计中要充分考虑到其特性和需求。
3.严格控制实验条件。
实验过程中要保持实验条件的一致性，例如温度、湿度、光照等，以减小误差。
同时要避免交叉污染，通过严格的无菌操作和消毒措施来保证实验的准确性和可靠性。
4.注意结果的解释和分析。
在实验结束之后，要对实验结果进行解释和分析，根据实验目的和假设，提出合理的结论，并讨论实验的局限性和改进方向。
综上所述，培养基的设计实验是一项复杂而精细的工作，需要综合考虑细胞、组织或微生物的需求和实验目的，通过合理的实验设计和操作，构建适合生物体生长的培养基。
这一过程涉及多个因素，对于深入了解生物体的生长特性和满足实际应用需求具有重要意义。
设计培养基注意事项
设计培养基注意事项（一）四个原则1．目的明确在设计新培养基前，首先要明确配制该培养基的目的，例如，要培养何菌？获何产物？用于实验室作科学研究还是用于大规模的发酵生产？作生产中的“种子”，还是用于发酵？等等。
如果某培养基将用于实验室研究，则一般不必过多地计较其成本。
但必须明确对该培养基是作一般培养用，还是作精细的生理、代谢或遗传等研究用。
如属前者，可尽量按天然培养基的要求来设计，如系后者，则主要应考虑设计一种组合培养基（即“合成培养基”，详后）。
拟培养的微生物对象也十分重要。
不同大类的微生物，对培养基中碳源与氮源间的比例、pH的高低、渗透压的大小、生长因子的有无以及特殊成分的添加等都要作相应的考虑。
如果某培养基将用于大规模的发酵生产上，则用作“种子”的培养基，一般其营养成分宜丰富些，尤其氮源的含量应较高（即C／N比低）；相反，如拟用作大量生产代谢产物的发酵培养基，则从总体来说，它的氮源含量宜比“种子”培养基稍低（即C／N比高）。
除了对不同类型的微生物应考虑其特定条件外，在设计发酵培养基时，还应特别考虑到生产的代谢产物是主流代谢产物，或是次生代谢产物。
如属主流代谢产物（一般指通过主要代谢途径产生的那些结构较简单、产量较高、价值较低的降解产物），则生产不含氮的有机酸或醇类时，培养基中所含的碳源比例自然要比生产含氮的氨基酸类产物时高，反之，生产氨基酸类含氮量高的代谢产物时，氮源的比例就应高些。
如属生产次生代谢产物（一般是指通过复杂合成途径产生的那些结构复杂、产量低、价值高的合成产物），例如抗生素、维生素或赤霉素等，则还要考虑是否在其中加入特殊元素（如维生素B12中的Co）或特定前体物质（如生产苄青霉素时加入的苯乙酸）。
2．营养协调通过菌体成分的分析，可知道在各种微生物的细胞中，其不同成分或元素间是有较稳定比例的（表5-15）；另外，在异养微生物中，碳源还兼作能源，而能源的需要量是很大的。
这两点就是确定培养基中各种营养要素的数量和比例的重要依据。
培养基设计
培养基设计
尝试优化一种工程改造的酵母菌（比如酿酒酵母）来生产琥珀酸（SA）。
以下是简化版的例子：
1.基因组分析：首先，我们对改造过的酵母菌进行基因测序，并通过生物信息学手段发现它含有一种强化了TCA循环中琥珀酸产生的酶的基因。
2.代谢通路理解：我们知道在酵母的三羧酸循环（TCA cycle）中，琥珀酸是中间产物之一。
为了增加琥珀酸产量，我们需要确保酵母有足够的碳源和能量供应来驱动这一循环。
3.营养需求分析：
- 碳源：确定最佳的碳源可能是葡萄糖，因为它容易被酵母利用并进入TCA循环。
- 氮源：可能需要适量的氨基酸如谷氨酰胺，因为它是酵母合成蛋白质的基础，同时也参与某些代谢过程。
4.限制因子识别：研究发现，某种特定维生素或微量元素的缺乏可能导致与琥珀酸生成相关的酶活性降低。
5.培养基设计：基于以上信息，设计一个明确化学成分的培养基，只包含必要的葡萄糖、特定氨基酸、必需的维生素和矿物质，去除可能抑制琥珀酸生成的成分。
6.实验验证：将改造后的酵母菌接种到新设计的培养基中，观察其生长情况及琥珀酸产量，如果产量未达到预期，则继续调整培养基配方。
例如，如果发现增加某种维生素X能提高琥珀酸脱氢酶的活性，我们就在培养基中添加这种维生素，以促进琥珀酸的产生。
通过这样一个逐步迭代的过程，最终目标是得到一个既能有效促进目的产物（琥珀酸）合成又能支持微生物良好生长的培养基配方。
培养基配制
一、培养基配制1.培养基是指人工配制的、含有六大营养要素（C 、H 、O 、N 、S 、P ）、适合微生物生长繁殖或产生代谢产物用的混合营养料。
2.设计培养基的原则和方法： （1）原则： ①目的明确②营养协调：C/N 比是培养基设计中重要的原则，主要是指微生物培养基中所含的碳源中碳原子摩尔数与氮源中的氮原子摩尔数之比。
③理化适宜：指培养基中的pH 、渗透压、水活度、氧化还原电势 pH ：pH 的内源调节：借磷酸缓冲液进行调节，例 K 2HPO 4和KH 2PO 4借CaCO 3作为“备用碱”进行调节pH 的外源调节：按照实际需要不断从外界流加酸或碱液 水活度：各种微生物生长的水活度a w 值在0.998-0.60之间氧化还原电势：一般好氧菌生长的E h 在+0.3~+0.4V ，兼性厌氧菌在+0.1V 以上进行好氧呼吸产能，在+0.1V 以下进行发酵产能，而厌氧菌只生长在+0.1V 以下的环境中。
为了培养严格厌氧菌，在培养基中加入适量还原剂，包括巯基乙酸、抗环血酸、硫化钠、半胱氨酸、铁屑、谷胱甘肽、瘦牛肉粒等。
还需要加入化学指示剂，例如刃天青，在无氧条件下无色，有氧条件下与pH 有关，中性呈紫色，碱性呈蓝色，酸性为红色。
④经济节约（2）方法：生态模拟、借鉴文献、精心设计、试验比较 3.培养基种类 根据培养基成分分为微生物 最低pH 最适pH 最高pH 细菌 2-5 6.5-7.5 8-11 酵母菌 2-3 3.8-6.0 7-8 霉菌1-24.0-5.87-8(1)合成培养基：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。
如高氏一号合成培养基、察氏(Czapek)培养基等。
(2)天然培养基：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，培养效果好，所以常被采用。
3.培养基
第二节 培养基的种类
复合培养基
按来源分类 合成培养基
液体培养基 按形态分类 半固体培养基 固体培养基
孢子培养基
种子培养基
按用途分类
发酵培养基 生物检测 其他：分离培养基 再生培养基 鉴别培养基
一、孢子培养基 用途：制备大量的优质孢子 要求：营养物质的浓度要低，特别是有机氮源 的含量要低 举例: 麸皮孢子培养基、大米孢子培养基、 人工配制：葡萄糖、淀粉、 NH4NO3、 KH2PO4、琼脂
4. 烷烃类：石油产品
2CO2+H2O+NaOH）
二、 氮源
作用：
构成菌体细胞物质 构成代谢产物 但碳源不足时，可被当作碳源利用
1．无机氮源：如NH4Cl、(NH4)2SO4、NH4NO3、 (NH4)3PO3等 速效营养物质：分子量小，能迅速被菌体吸收利用 的物质。 NaNO3+4H2→NH3+2H2O+NaOH (NH4)2SO3→2NH3+H2SO3 生理酸性物质：经微生物代谢后，能够产生酸性物质的营 养成分。 生理碱性物质：经微生物代谢后，能够产生碱性物质的营 养成分。
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、价格低 由于难被利用，可以解除葡萄糖效应
2．脂肪：豆油、花生油、菜籽油
3．有机酸、有机醇：甲醇、乙醇、甘油、山梨醇、 有机酸盐 （CH3COONa＋2O2 →
六、 生长因子
维生素，氨基酸，嘌呤和嘧啶等 1． 维生素：是辅酶的组成成分； 2． 氨基酸：有些生物不能合成某种氨基酸； 3． 嘌呤和嘧啶：构成核酸和辅酶。
培养基的设计实验
培养基的设计实验1.实验目的：确定和优化适合特定生物体生长和繁殖的培养基配方。
2.实验材料：-培养基配方中的成分（基础培养基、添加剂等）-不同浓度的试剂-培养基制备设备和器皿（量筒、烧杯、恒温搅拌器等）3.实验步骤：步骤1：确定基础培养基选择适合特定生物体生长的基础培养基，例如常用的LB（Luria-Bertani）培养基，它适合大多数细菌的生长。
步骤2：确定培养基pH值调整基础培养基的pH值，通常在pH7左右，以确保生物体生长的最佳条件。
步骤3：确定培养基的渗透性根据特定生物体的需求，添加适量的糖或其他碳源，以提供生物体所需的能量。
可以尝试不同的浓度来确定最佳渗透浓度。
步骤4：添加适量的氮源和矿物质根据特定生物体的需求，向培养基中添加适量的氮源和矿物质，以提供细胞合成所需的营养物质。
步骤5：优化培养基的含量通过试剂浓度的逐步增加或减少，观察生物体的生长情况。
这可以帮助确定每种成分的最佳浓度范围。
步骤6：添加适当的添加剂根据特定生物体的需求，添加适量的生长因子、维生素或其他必要的添加剂。
步骤7：培养基的灭菌和保存将配好的培养基按照规定的方法进行灭菌，以避免任何外源污染。
灭菌后，将培养基保存在无菌条件下，以保持其完整性和效果。
4.实验结果与分析：根据实验中的不同成分变化和观察到的生物体生长情况，可以得出以下结论：-确定了适合特定生物体生长和繁殖的最佳培养基配方。
-确定了每种成分的最佳浓度范围。
-确定了必要的添加剂和其适量。
5.实验改进：对于实验中未达到预期结果的部分，可以进行以下改进：-调整成分浓度和比例，再次进行实验。
-增加其他关键成分的研究，以提供更全面和细致的培养基设计。
通过培养基的设计实验，可以确定和优化适合特定生物体生长和繁殖的培养基配方。
这对于生物研究、生物工程和医学应用等领域都具有重要意义。
选用和设计培养基的原则和方法
培养基（Medium）是供微生物、植物和动物组织生长和维持用的人工配制的养料,一般都含有碳水化合物、含氮物质、无机盐（包括微量元素）以及维生素和水等.有的培养基还含有抗菌素和色素,用于单种微生物培养和鉴定.
（一）四个原则
1．目的明确在设计新培养基前,首先要明确配制该培养基的目的,例如,要培养何菌?获何产物?用于实验室作科学研究还是用于大规模的发酵生产?作生产中的“种子”,还是用于发酵?等等.
2．营养协调
3．物理化学条件适宜
4．经济节约
（二）四种方法
1．生态模拟在自然条件下,凡有某微生物大量生长繁殖的环境,则可认为该处一定具备该微生物生长繁殖所必需的营养和其他条件.因此,就可以模拟该天然基质或直接取用该天然基质（经过灭菌）来培养相应的微生物.在实践中,的确可以利用生态模拟的办法来配制各类“初级的”天然培养基.例如,可用肉汤、鱼汁来培养多种细菌；用水果汁来培养各种酵母菌；用润湿的麸皮、米糠来培养多种霉菌；用米饭或面包来培养根霉；用肥土来培养放线菌；以及用玉米芯来培养脉孢菌（Neurosporaspp.）,等等.
2．查阅文献一个科学工作者决不能事事都依靠直接经验.多查阅、分析和利用一切文献资料上的对自己直接或间接有关的信息,对设计
有自己特色的培养基配方有着重要的参考价值.
3．精心设计在设计、试验新配方时,常常要进行各项因素的比较或反复试验,因此,工作量是很大的.为了提高工作效率,应努力借助优选法或正交试验设计法等行之有效的数学工具.。
培养基适用性验证设计设计方案.doc
培养基适用性验证方案起草人：日期：年月日方案审核人：日期：年月日方案批准人：日期：年月日目录1. 验证目的 (3)2. 参照标准 (3)3. 验证项目 (3)4. 验证小组人员及职责……………………………………………………………3-45. 验证可接受的标准 (4)6. 验证材料…………………………………………………………………………4-57. 菌液制备 (5)8. 适用性检查………………………………………………………………………5-69. 控制菌检查 (7)1. 验证目的：需氧菌、霉菌及酵母菌计数用的培养基及控制菌培养基应进行培养基的适用性检查。
本次验证的目的是确认胰酪大豆胨琼脂培养基和沙氏葡萄糖琼脂培养基、麦康凯液体培养基和麦康凯琼脂培养基适合需氧菌、霉菌及酵母菌、大肠埃希菌的测定和控制菌适用性检查。
2. 参照标准：2015版中国药典微生物限度检查法。
3. 验证项目：胰酪大豆胨琼脂培养基和沙氏葡萄糖琼脂培养基、麦康凯液体培养基和麦康凯琼脂培养基的适用性检查4.验证小组人员及职责：4.1验证小组人员:4.2验证人员职责及要求4.2.1按验证方案及相关文件实施验证。
4.2.2认真观察并做好验证原始记录。
4.2.3对实施验证的结果负责。
4.3验证中各部门的职责4.3.1验证领导组职责4.3.1.1制订验证总计划，负责全公司验证工作的管理。
4.3.1.2确定验证项目及验证项目负责人。
4.3.1.3负责验证方案的批准工作。
4.3.1.4负责验证资料及结果的审核工作。
4.3.1.5负责验证报告的批准工作。
4.3.2验证工作小组职责4.3.2.1负责验证方案的起草工作。
4.3.2.2参与验证方案的讨论、确认工作。
4.3.2.3负责验证方案的实施。
4.3.2.4负责验证结果的分析、统计、报告工作。
4.3.2.5参与验证结果的评价工作。
4.3.3质量部职责4.3.3.1负责验证方案的审核工作。
4.3.3.2负责验证过程中仪器、仪表、计量器具的校验工作。
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发酵生产的一般流程
菌种 培养基 空气 灭菌 过滤 扩大 培养
产品 下游 提取
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培养基是指利用 人工方法配制的供微 生物、植物和动物细 胞生长繁殖或积累代 谢产物的各种营养物 质的混合物。
培养基组成对菌体生长繁殖、产物的生物合 成、产品的质量和产量、产品的分离精制都有重 要的影响。
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某些代谢产物的抑制剂 产物 链霉素 去甲链霉素 四环素 去甲金霉素 头孢霉素C 利福霉素B 被抑制的产物 甘露糖链霉素 链霉素 金霉素 金霉素 头孢霉素N 其他利福霉素 抑制剂 甘露聚糖 乙硫氨酸 溴化物、硫脲 硫磺化合物、乙硫氨酸 L-蛋氨酸 巴比妥药物
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发酵培养基的设计与优化
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设计发酵培养基的四个要求：
◆
◆
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团 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。
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。
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三、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为生物素缺陷型， 以生物素为生长因子。
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二、氮源
无机氮源
氨水、铵盐、硝酸盐等 有机氮源 豆饼（粕）粉、花生饼粉、棉籽饼粉、鱼粉、蚕蛹粉、 酵母粉、玉米浆、玉米蛋白粉、蛋白胨、废菌丝体、酒糟、 尿素等
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氮源物质常对培养液pH产生影响
(NH4)SO4 2NH3 + H2SO4 NaNO3 + 4H2 NH3 + 2H2O + NaOH
体，有利于散热，可调节细胞温度。
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对于发酵工厂来说，恒定的水源是至关重要的，因为在不 同水源中存在的各种因素对微生物发酵代谢影响甚大，特别 是水中的矿物质组成对酿酒工业影响甚大。 水源质量的主要参数包括pH值、溶解氧、可溶性固体、污 染程度以及矿物质组成和含量。 对于常规发酵，可靠、持久，能提供大量成分一致清洁的 水，生产中使用的水有深井水、自来水、地表水等。
生物发酵培养基价廉物美的碳源;
糖蜜主要含有蔗糖，总糖可达45-50%。水分含量：1836%。粗蛋白质含量2.5-8%，粗灰分4%-12.5%。 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。
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淀粉 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;
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促进剂不是前体或营养物 可影响正常代谢，或促进中间代谢产物的积累，或提高 次级代谢产物的产量 例如 ◇ 巴比妥可增加链霉素产生菌的抗自溶能力，推迟自溶时
间，增加链霉素积累。
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促进剂提高产量的机制:
如在酶制剂生产中，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，
4) 酵母
酵母膏、酵母浸出液、酵母粉
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
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四、水
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；
4）水的比热高，能有效吸收代谢过程中放出的热，
使细胞内温度不致骤然上升；同时水又是热的良导
a) 以干麸皮：水：HCl=4.6:26:1配比混合，装入水解锅中以 0.07～0.08MPa表压加热水解70～80min。
b) 以干麸皮：水=1：20，用盐酸调pH值1.0，以0.25MPa表 压加热水解20min。然后过滤取滤液。
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3）糖蜜（molasses）
◇ 甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜均可代替玉米浆，但氨基酸等 有机氮含量较低
主要功能：
1）为菌体的生长繁殖提供能源和合成菌体所必需的成分；
2）为合成目的产物提供所需的碳元素成分。
常用的碳源:
糖类 油脂 有机酸 低碳醇等
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1、糖类
淀粉水解糖的制备 是发酵生产的一项 发酵培养基中使用最广泛的碳源; 重要工艺，将在后 面详细介绍 主要有葡萄糖、糖蜜和淀粉糊精等 工业上常用的糖类及来源 糖类 葡萄糖 乳糖 淀粉 蔗糖 来 源 纯葡萄糖、水解淀粉 纯乳糖、乳清粉 大麦、木薯、红薯、玉米、马铃薯等 甜菜糖蜜、甘蔗糖蜜、粗红糖、精白糖等
当微生物利用脂肪作为碳源时，要供给比糖代谢更多的氧， 不然大量的脂肪酸和代谢中的有机酸会积累，从而引起pH的 下降，并影响微生物细胞中酶的活力。 常用豆油、菜油、葵花籽油、猪油、鱼油、棉籽油等
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3、烃和醇类
随着石油工业的发展，发酵工业的碳源也有所扩大。 如正烷烃（一般指从石油裂解中得到的14-18碳的直
青霉素G
苯乙胺
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大多数前体，例如苯乙胺对微生物的生长有毒性， 以及菌体具有将前体氧化分解的能力，因此在生产中
为了减少毒性和增加前体的利用率，常采用少量多次
的流加工艺。 苯乙酸，一般基础料中仅仅添加0.07%。
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产品 青霉素G 青霉素V 金霉素 灰黄霉素 红霉素 核黄素 类胡萝卜素 L-异亮氨酸 L-色氨酸 L-丝氨酸
链烷烃混合物）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。
4、有机酸
一些微生物对许多有机酸（如乳酸、柠檬酸、乙酸等） 有很强的氧化能力。因此有机酸或它们的盐也能作为微生 物的碳源。 有机酸的利用常会使pH值上升。
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影响碳源选择的因素有哪些？
1、碳源的代谢速率
2、价格 3、纯度： 4、培养基的配制方法，尤其是灭菌方法。 5、政府的政策和法规。
许多真菌 许多真菌 许多真菌 许多真菌 许多真菌 许多真菌 绳状青霉 产气杆菌 米曲霉 泡盛曲霉 曲霉、桔青霉等 栖土曲霉 筋状拟内胞霉 真菌 绿色毛霉
酶活力增加倍数
20 16 10 4 4 6 20 1.5 2.87 2.50 2-4 1.6 1.2 4.4 2
纤维素酶 蔗糖酶 -葡聚糖酶 木聚糖酶 淀粉酶 脂酶 右旋糖酐酶 普鲁兰酶 大豆酒精提取物（2%） 蛋白酶 脂肪酶 植酸质（0.01%-0.3%) 蛋白酶 洗净剂LS (0.1%) 蛋白酶 聚乙烯醇 糖化酶 苯乙醇(0.05%) 纤维素酶 醋酸+ 维生素 纤维素酶
来源广泛（大多为农副产品）、营养丰富、价格低廉、 既含天然成分，又含纯化学试剂 营养单一、价格较高，不适于大规模生产 适于工业化生产 发酵工业中使用的培养基绝大多数是半合成培养基
一般不需要另加微量元素、维生素等物质
由于成分复杂，不易重复，如对原料质量等方面不加 控制会影响生产稳定性
前体 苯乙酸及其衍生物 苯氧乙酸 氯化物 氯化物 正丙醇 丙酸盐 -紫罗酮 -氨基丁酸 邻氨基苯甲酸 甘氨酸
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七、促进剂和抑制剂
1、促进剂：
促进剂是指那些非细胞生长所必需的营养物，又非前体， 但加入后却能提高产量的添加剂。
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各种促进剂对产酶的促进作用
添加剂
Tween (0.1%)
酶
微生物
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。
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2、脂肪
脂肪也能被许多微生物作为碳源和能源
这些微生物都具有比较活跃的脂肪酶，在脂肪酶的作用下，
油或脂肪被水解为甘油和脂肪酸，在溶解氧的参与下，进一
步氧化成CO2和H2O，并释放出大量的能量。
在常用的无机氮中，硫酸铵被菌体利用后会使培 养液的pH下降，为生理酸性物质；
硝酸钠被同化时则引起培养液pH上升，为生理碱
性物质
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如何合理使用生理酸碱性物质？
氨水
1、氨水使用的普遍性及其作用。
红霉素 ；链霉素 2、局部过碱及解决方案。 3、嗜碱性微生物的污染及防治。
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无机氮源和尿素、玉米浆等可被迅速利用，为速 效氮。
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1、按培养基成分
1）合成培养基
培养基的分类
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 用于实验室范围作有关营养、代谢、分类鉴定、 选育 原料是一些天然动、植物产品 如花生饼粉、蛋白胨、 菌种、遗传分析定量研究工作；在生产某些疫苗的过程中， 3）半合成培养基 牛肉膏、酵母膏、麦芽汁、玉米浆等 为了防止其他蛋白质等杂质掺入，也常用合成培养基；
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五、无机盐和微量元素
主要无机元素：磷、硫、钾、钠、钙、镁、
铁等。
微量无机元素：钼、锌、钴、铜、硼、溴
等。微量无机元素需求量很少，但往往会 强烈刺激微生物的生长发育。
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◆
2+是许多重要酶（如己糖磷酸化酶、异柠檬 Mg 磷是某些蛋白质和核酸的组成成分 磷酸盐 酸脱氢酶、羧化酶等）的激活剂 磷酸盐在培养基中还具有缓冲作用
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发酵培养基的成分、作用及来源
培养基通常都含有微生物生长繁殖所必须