第三章 发酵培养基
发酵培养基ppt课件
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
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
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 应包括能够促进微生物合成产物所必需的成分.
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 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
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。 ）
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。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
第三章发酵培养基
3、产物促进剂
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。
提高产量的机制不完全清楚，其原因为： 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。
不用加工方法对甘蔗糖蜜的影响
废糖蜜和酒精贮存罐,最大罐体
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， 但许多都会对发酵产生不利的影响，需进行预处理。 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
选择合适的无机氮源意义：
满足菌体生长
稳定和调节发酵过程中的pH
毛霉产蛋白酶的研究（陈涛，中国酿造，2004）
初始pH的影响: pH偏酸比较好， 中性蛋白酶影响 大
无机氮源的影响： 硫酸铵>硝酸铵> 硝酸钠>尿素
2、有机氮源
来源：工业上常用的有机氮源都是一些廉价的原料，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。
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 K4Fe(CN)6·3 H2O
③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、价格底 可以解除葡萄糖效应
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
发酵工业的培养基及原料处理 ppt课件
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淀粉的分解 淀粉是葡萄糖通过糖苷键连接而成的 多糖类，淀粉可分为直链淀粉和支链淀粉， 前者是通过α-1,4- 糖苷键连接而成，后者 是通过α-1,4- 糖苷键和α-1,6- 糖苷键连接 的。
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α-淀粉酶： 又称液化酶，它对直链淀粉的作 用是将直链的淀粉分子α- 1，4键任 意地、不规则的分解为若干短链的糊 精，糊精继续分解，最后反应产物为 13 ％的葡萄糖及 87 ％麦芽糖，但是 糊精变为糖的速度是极缓慢的。 α-淀粉酶对支链淀粉的作用是将 支链淀粉α- 1，4键任意地、不规则 地并能越过α- 1，6键分解为若干短 链，但不能分解其中的α- 1，6键， 最后产物为麦芽糖及少量糊精和葡萄 糖。 淀粉受到α- 淀粉酶的作用后， 醪液粘度降低，而且迅速地生成较多 量的糊精，故称为糊精化作用，或液 化作用。
干热灭菌与湿热灭菌比较
湿热灭菌要比干热灭菌更有效，这一方 面是由于湿热易于传递热量，另一方面 是由于湿热更易破坏保持蛋白质稳定性 的氢键等结构，从而加速其变性。
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常压灭菌法
3.巴氏消毒法（pasteurization） 用于牛奶、啤酒、果酒和 酱油等不能进行高温灭菌的液体的一种消毒方法，其主要 目的是杀死其中无芽孢的病原菌（如牛奶中的结核杆菌或 沙门氏菌），而又不影响它们的风味。 巴氏消毒法是一种低温消毒法 低温维持法：在63℃下保持30分钟可进行牛奶消毒； 高温瞬时法：用于牛奶消毒时只要在72℃下保持15秒钟即 可。
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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: 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。 ppt课件
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。
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
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：
发酵培养基及制备
同理，可以计算并确定B3、C3、D1分别为B、 C、D因素的优水平。四个因素的优水平组合 A2B3C3D1为本试验的最优水平组合，即酶法 液化生产山楂清汁的最优工艺条件为加水量 50mL/100g，加酶量7mL/100g，酶解 温度为50℃,酶解时间为1.5h。
• 根据生产实践和科学试验的不同要求选择 • 根据经济效益分析选择培养基
–价廉、来源Βιβλιοθήκη 富、运输方便、就地取材、无毒二、发酵培养基成分选择的原则
• 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。
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不考察交互作用的试验结果分析
（1） 确定试验因素的优水平和最优水平组合
分析A因素各水平对试验指标的影响。由表3可以看出，A1 的影响反映在第1、2、3号试验中，A2的影响反映在第4、5、 6号试验中，A3的影响反映在第7、8、9号试验中。
A因素的1水平所对应的试验指标之和为
度。Rj越大，说明该因素对试验指
标判的断影因响素越的大主。次根顺据 序。Rj大1小. ，计可算以
Kjm，kjm
极差分析法－R法
Rj 因素主次
2. 判断 优水平
优组合
试验号
1 2 3 4 5 6 7 8 9
因素
液化率
A
B
C
D
％
1
1
1
1
0
1
2
2
《发酵培养基》课件
05
参考文献
参考文献
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发酵培养基PPT课件概述
介绍发酵培养基PPT课件的基本概念、特点和作 用，以及其在发酵工程领域的应用价值和发展趋 势。
发酵培养基PPT课件内容
详细介绍发酵培养基PPT课件的内容，包括发酵 培养基的组成、制备方法、影响因素以及优化策 略等方面的知识。
发酵培养基PPT课件制作技巧
未来发酵培养基的研究重点与展望
未来发酵培养基的研究重点将主要集中在以下几个方面：提高发酵效率、产物产量和降低生产成本； 研发新型微生物资源；利用合成生物学技术构建高效、环保的新型发酵培养基；研究培养基的营养组 分和代谢调控机制等。
展望未来，随着生物技术的不断进步和环保意识的提高，发酵培养基的研究将更加注重绿色、高效、 可持续发展的理念。同时，随着大数据、人工智能等新技术的应用，发酵培养基的研究将更加精准和 智能化，为行业发展带来新的机遇和挑战。
01
02
03
根据用途
生产菌体培养基、产物合 成培养基、分离培养基等 。
根据物理状态
固体培养基、液体培养基 。
根据成分
天然培养基、合成培养基 。
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发酵培养基的选择与优化
发酵培养基的选择原则
适宜性原则
选择的培养基应能满足微 生物生长和产物合成的需 要，同时要易于工业化操 作。
经济性原则
在满足适宜性的前提下， 应尽量降低培养基的成本 ，提高经济效益。
介绍如何制作高质量的发酵培养基PPT课件，包 括设计思路、排版技巧、图表制作等方面的技巧 。
感谢观看
THANKS
发酵培养基的配制与灭菌
配制
按照选定的配方，将各种原料准 确称量后混合均匀，制成所需的
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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。
作用：促进产物的形成、满足菌体的生长
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。
培养基的类型及功能
一、按组成物质的纯度
合成培养基: 所用的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等科研工作；
◆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，其成分不那么“纯”
◆发酵培养基普遍使用天然培养基；
◆原料来源丰富(大多为农副产品)、价格低廉、适合于工业化生产；
◆由于其成分复杂，不易重复，如果对原料质量等方面不加控制会影响生产稳定性。
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:琼脂用量为0.5%～0.8% ，主要用于微生物的鉴定。
液体培养基: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）
孢子（斜面）培养基:菌体迅速生长，产较多优质孢子，不易引起菌种变异。
要求：营养不太丰富、无机盐浓度适量、合适pH和湿度。
常用：麸皮培养基、小米、大米、玉米碎屑、琼脂斜面培养基。
种子培养基：孢子发芽、生长和大量繁殖菌丝体。
要求：营养丰富完全、最后一级接近发酵培养基。
发酵培养基：供菌体生长、繁殖和合成产物。
发酵培养基的成分及来源
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
分解代谢物阻遏指细胞内同时有两种分解底物存在时，利用快的那种底物会阻遏利用慢的底物的有关酶合成的现象。
（葡萄糖效应）
淀粉作为碳源微生物必须能分泌水解淀粉、糊精的酶类，经水解成单糖后再被吸收利用。
常用的淀粉为玉米淀粉、小麦淀粉和甘薯淀粉。
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。
无机氮源：铵盐、硝酸盐和氨水微生物对它们的吸收快，所以也称之谓迅速利用的氮源(速效氮源）。
但无机氮源的迅速利用常会引起pH的变化。
无机氮源被菌体作为氮源利用后，培养液中就留下了酸性或碱性物质，这种经微生物生理作用（代谢）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。
所以选择合适的无机氮源有两层意义：
满足菌体生长稳定和调节发酵过程中的pH
有机氮源：来源：工业上常用的有机氮源都是一些廉价原料，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。
成分复杂：除提供氮源外，有些有机氮源还提供大量的无机盐及生长因子。
氮源使用的一些相关问题：有机氮源和无机氮源应当混合使用，有些产物会受氮源的诱导和阻遏，有机氮源选取时也要考虑微生物的同化能力。
无机盐和微量元素
P、Mg、S、Fe、K、Na、Pb、Cl、Zn、Co、Mn等无机盐和微量元素，作为酶的激活剂、生理活性物质的组成或生理活性作用的调节剂。
低浓度时对细胞生长和产物的合成有促进作用，高浓度时表现显著抑制作用。
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。
有机氮源是这些生长因子的重要来源。
前体
前体指某些化合物加入到发酵培养基中后，能直接使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。
作用：前体有助于提高产量和组份。
用法：前体使用时普遍采用流加的方法，前体一般都有毒性，价格较高！
水
发酵培养基的设计和优化
培养基成分和浓度的确定最终都是通过实验获得。
一般首先通过单因素实验确定培养基的各成分；再通过多因素实验确定各成分对培养基的影响大小及其适宜的浓度。
多因素实验：正交实验设计，均匀设计、响应面分析等。
培养基设计的步骤：
①根据前人的经验和培养基成分，初步确定可能的培养基成分；
②通过单因素实验最终确定出最为适宜的培养基成分；
③当培养基成分确定后，剩下的问题就是各成分最适的浓度，由于培养基成分很多，为减少实验次数常采用一些合理的实验设计方法。
例：类胡萝卜素高产菌Y11的培养基的优化
初步确定可能的培养基成分(以碳源为例)
通过单因素实验确定适宜的培养基成分及浓度(以碳源为例) 正交实验优化培养基配方
第一步：确定因素水平表
第二步：选用合适的正交表，确定正交表头，并安排实验第三步：根据正交表给出的方案，进行实验
第四步：对实验结果进行分析、验证。