发酵工业培养基设置

（3）通过多因子实验，进一步优化培养基的各 种成分及其最适浓度。
培养基设计与优化实例 类胡萝卜素高产菌Y11 的鉴定及培养条件的优化
食品与发酵工业，2004， 30（7）：73-77
类胡萝卜素的作用：色素、营养保健
培养基设计与优化实例 原培养基:
培养基设计与优化实例
1) 初步确定可能的培养基成分(以碳源为例)
第三节 发酵培养基的设计和优化
目前还不能完全从生化反应的基本原理来推 断和计算出适合某一菌种的培养基配方，只能根 据生物化学、细胞生物学、微生物学等的基本理 论，参照前人所使用的较适合某一类菌种的经验 配方，再结合所用菌种和产品的特性，采用摇瓶、 玻璃罐等小型发酵设备，按照一定的实验设计和 实验方法选择出较为适宜的培养基。
如何实现？
二、培养基成分含量的确定 2、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
单因子实验：来回调试法 黄金分割法 最陡爬坡法 多因子实验：正交实验设计 均匀设计 响应面分析等
三、培养基设计的步骤
（1）根据以往经验和发酵培养基成分的基本要 求，初步确定可能的培养基组分； （2）通过单因子优化实验，确定适宜的各个培 养基组分及其浓度；
五、培养基设计时注意的一些相关问题
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
一、培养基成分选择的原则
菌种的同化能力 代谢的阻遏和诱导： 葡萄糖效应 合适的C、N比： 100∶0.2～2.0 pH的要求
二、培养基成分含量的确定
1、转化率
一种适宜的发酵培养基的基本要求：所使用的培 养基原材料的转化率最高。 理论转化率是指理想状态下根据微生物的代谢 途径进行物料衡算，所得出的转化率的大小。
第三节 发酵培养基的设计和优化
一、培养基成分选择的原则
发酵培养基的基本要求
① 能够产生最大量的目的产物； ② 能够使目的产物的合成速率最大；
③ 能够使副产物合成的量最少；
④ 质量稳定、价格低廉、长期易于获得；
⑤ 尽量不影响工业好氧发酵中的通气搅拌 性能以及发酵产物的后处理等。
第三节 发酵培养基的设计和优化
总量4-8%，补加硫酸、前体等
摇瓶发酵培养基和罐基础培养基的差别很大
摇瓶优化配方是菌种筛选，反应器研究的基础
发酵罐：反应器 水平，可以得出 最终优化的基础 配方
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。
实际转化率是指实际发酵过程中转化率的大小
例: 酒精生产过程中葡萄糖转化为酒精的理论转化率计算∶ 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转化率为∶ 2*46 Y = ─── = 0.51 162
二、培养基成分含量的确定
使实际转化率尽可能接近理论转 化率是发酵控制的一个重要目标
培养基设计与优化实例
3) 正交设计确定优化的配方
原培养基:
Leabharlann Baidu 改进后培养基 原培养基
改进后培养基的发酵结果
四、摇瓶水平到反应器水平的优化配方
摇瓶、反应器培养基研究的两个层次
摇瓶——培养基设计的第一步 反应器—最终的优化的基础配方
例： 青霉素发酵
发酵摇瓶：玉米浆4%，乳糖10%，(NH4)SO4 0.8%，轻质碳酸钙1% 发酵罐：葡萄糖流加控制总量10-15%，玉米浆
培养基设计与优化实例 2) 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
培养基设计与优化实例
进一步：乙酸钠的浓度0.2%比较好
培养基设计与优化实例 单因子试验结果： 碳源：乙酸钠 0.2% 氮源：氯化铵 0.2% 酵母膏 0.03%
无机盐: 复合无机盐0.05%
发酵培养基的优化与设计是 发酵工程的基本问题，掌握发酵
培养基优化与设计的思路、了解 其中的方法是本堂课的重点。
The End Thank You