第三章 培养基及培养条件的确定
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第三章 工业培养基
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
2、有机氮源
来源： 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。
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，少量糖类、 脂肪。 例 玉米浆： ①可溶性蛋白、生长因子（生物素）、苯乙酸 ②较多的乳酸 ③硫、磷、微量元素等
例：地衣牙孢杆菌生产α-淀粉酶 碳源对生长和产酶的影响 碳源 葡萄糖 蔗糖 糊精 淀粉 细胞浓度（OD值） 4.2 4.02 3.06 3.09 α-淀粉酶 0 0 38.2 40.2
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
第二节 工业培养基的成分及来源
一、碳源 1、作用 a.提供微生物菌种的生长繁殖所需 的碳成分
b.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 其他碳氢化合物
3、工业上常用的糖类
a. 葡萄糖 b. 糊精、淀粉及其水解物 c.糖蜜(蔗糖、乳糖、麦芽糖)
3、工业上常用的糖类 a. 葡萄糖 所有的微生物都能利用葡萄糖 工业上常用的葡萄糖由淀粉水解制备
1、无机氮源 种类：氨盐、硝酸盐和氨水
特点： 吸收快 引起pH的变化 如： (NH4)2SO4 → 2NH3 + 2H2SO4 NaNO3 + 4H2 → NH3 + 2H2O + NaOH
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，如硫酸胺 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。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。
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。
发酵工程复习题
发酵工程复习题《发酵工程》期末复习题试卷结构一、名词解释（每题2分，共6题，合计12分）二、填空题（每空0.5分，合计20分）三、单选题（每题1分，共20题，合计20分）四、多选题（每题2分，共6题，合计12分）五、判断题（对的打“√”，错的打“×”，每题1分，共10题，合计10分）六、简答题（18分，3-4题）七、分析题（8分）第一章绪论一、掌握发酵史的六个阶段和四个转折点。
答：六阶段：1、天然发酵时期；2、纯培养技术的建立；3、通气搅拌发酵技术的建立； 4、人工诱变育种与代谢控制发酵技术的建立；5、开拓新型发酵原料时期；6、基因工程阶段四转折：1、纯培养；2、通气搅拌发酵；3、代谢控制；4、化学合成与微生物发酵二、发酵工业有何特点？发酵工业的范围包括哪些？答：特点：原料广；微生物主体；反应条件温和，易控制；产物单一，纯度高；投资少，效益好范围：1）以微生物代谢产物为产品的发酵工业2）以微生物酶为产品的发酵工业 3）以微生物细胞为产物的发酵工业 4）生物转化或修饰化合物的发酵工业 5）微生物废水处理和其他3、掌握发酵工业生产流程的6个环节。
答：1) 生产用菌种的扩大培养（微生物菌种的选育及扩培技术）；2) 发酵培养基的配制（发酵原料的选择及预处理）；3) 培养基、发酵罐以及辅助设备的消毒灭菌（灭菌技术）；4) 将已培养好的有活性的纯菌株以一定量转接到发酵罐中（接种技术）； 5) 将接种到发酵罐中的菌株控制在最适条件下生长并形成目的产物； 6) 将产物提取精制（发酵产物的分离提取）；第二章菌种及扩大培养名词解释：菌种选育：是应用微生物遗传变异的理论，用一定的方法造成微生物的变异，再经过人工筛选得到人们所需要的优良品种。
种子扩大培养：是指把保存在砂土管、冷冻干燥管中处于休眠状态的生产菌种接入固体试管斜面活化后，再经过摇瓶或静置培养，以及种子罐逐级扩大培养而获得一定的数量和质量的纯种制备过程。
组织培养第三章 愈伤组织培养资料
2、操作程序
获取外植体材料－消毒处理－修整除去 坏死组织－切成5mm的圆柱形或方形小块－ 直放或倒放到培养基上－每9cm培养基接种5 －6块外植体－培养。 选用较大组织做材料时，可用打孔器 从块茎和块根中钻取一批圆柱型组织，切 成相同厚度的小圆片进行培养。
采用圆形的原因：
能得到外形简单结构相同的材料
第一节 愈伤组织的培养
愈伤组织培养是指将母体植株上的各个 部分切下，形成外植体，接种到无菌的培养 基上，进行愈伤组织诱导、生长和发育的一 门技术。 一般情况下，植物组织均能诱发形成愈 伤组织，由外植体形成愈伤组织，标志着植 物离体培养的开始。
一、愈伤组织的诱导 （一）诱导原理 1、细胞全能性 植物每一细胞具有全套遗传信息，在 特定环境下能进行表达，而产生一个独立 完整的个体。
（二）在园艺植物育种中的应用： 1、加快园艺植物新品种和良种繁育速度， 迅速高效低成本 2、培养无病毒苗木 3、获得倍性不同植株，易染色体核内加 倍育种有利用价值 4、克服远缘杂交困难 5、利于种质资源长期保存 6、提供育种中间材料 7、诱发和离体筛选突变体 8、制造人工种子
植物离体培养中的器官发生类型： 不定芽型—诱导顶端分生组织产生不定 芽，再生成植株的方式。顶芽、腋芽培养。 多数植物培养采用。
圆形的表面积大
圆柱形的外植体有利于组织块与外界进 行物质和气体交换；也使外植体表面促进愈 伤组织形成的分泌物较多，诱导率增高。
培养基
MS培养基 激素 IAA、NAA、2,4-D、BA 椰子汁、番茄汁、酵母提取物。
二、愈伤组织细胞的分化
单个细胞或一块外植体形成典型的愈伤 组织，大致经历三个时期，这三个时期中细 胞代谢、细胞数目、细胞形态均有明显差别。
细胞分化——持续细胞分裂增殖——原胚期— —球形胚——心形胚——鱼雷形胚——子叶期
植物组织培养技术第三章第四章植物器官的培养
及 取 材 消 毒 材 料 化 处 理 栽 种 养 移 接 培 驯
营养器官的培养——茎尖的培养 营养器官的培养——茎尖的培养
1、 取材 、
取1-2㎝顶梢 ①直接取材：在生长旺盛、枝 直接取材：在生长旺盛、 条健壮、 条健壮、无病的母株上选生 长不久、杂菌污染少的顶梢 长不久、 （1－2cm）（取前可喷杀菌 cm）（取前可喷杀菌 ）（ 药，可顶芽或侧芽）。 可顶芽或侧芽）。 ②从试管苗获取。 从试管苗获取。
第一节 一、离体根的培养 意义： （一） 意义： ①生理代谢研究的优良实验体系 ②研究器官分化形态建成的良好体系 ③建立快速生长的根无性系 ④进行诱变育种 营养器官的培养
营养器官的培养——根的培养 营养器官的培养——根的培养
（二） 培养方法 1. 培养基选择 White培养基；2/3或1/2 MS 和 B5培养基 培养基； 或 培养基 培养基 注：离体根生长要求 提供全部必需元素，蔗糖、硝态氮效果好， 提供全部必需元素，蔗糖、硝态氮效果好，加入 B1、B6最重要 生长素对离体根影响不一致。 最重要， B1、B6最重要，生长素对离体根影响不一致。培养 温度25 27℃，暗光培养。 25－ 温度25－27℃，暗光培养。
离 体 根
脱分化培养基
愈 伤 组 织
再分化培养基
分 化 芽
再 生 植 株
植物器官的培养
二、茎尖的培养
•1.茎尖培养概念及类型 1.茎尖培养概念及类型 1. •2.茎尖培养方法及步骤 2.茎尖培养方法及步骤 2.
营养器官的培养——茎尖的培养 营养器官的培养——茎尖的培养
（一）茎尖培养概念及类型
茎尖培养： 茎尖培养：切取茎的先端部分或茎尖分生组织部分，进行 无菌培养。 茎尖培养根据培养目的和取材大小可分为： 茎尖培养根据培养目的和取材大小可分为： 微茎尖培养: 微茎尖培养 带有1-2个叶原基的生长锥, 其长度不超过0.5mm 普通茎尖培养： 普通茎尖培养：较大的茎尖(如几mm到几十mm)、芽尖及侧芽 这里主要讲普通茎尖培养。这种培养技术简单，操作方便， 茎尖容易成活，成苗所需时间短
营养器官的培养——茎尖的培养 营养器官的培养——茎尖的培养
1、 取材 、
取1-2㎝顶梢 ①直接取材：在生长旺盛、枝 直接取材：在生长旺盛、 条健壮、 条健壮、无病的母株上选生 长不久、杂菌污染少的顶梢 长不久、 （1－2cm）（取前可喷杀菌 cm）（取前可喷杀菌 ）（ 药，可顶芽或侧芽）。 可顶芽或侧芽）。 ②从试管苗获取。 从试管苗获取。
第一节 一、离体根的培养 意义： （一） 意义： ①生理代谢研究的优良实验体系 ②研究器官分化形态建成的良好体系 ③建立快速生长的根无性系 ④进行诱变育种 营养器官的培养
营养器官的培养——根的培养 营养器官的培养——根的培养
（二） 培养方法 1. 培养基选择 White培养基；2/3或1/2 MS 和 B5培养基 培养基； 或 培养基 培养基 注：离体根生长要求 提供全部必需元素，蔗糖、硝态氮效果好， 提供全部必需元素，蔗糖、硝态氮效果好，加入 B1、B6最重要 生长素对离体根影响不一致。 最重要， B1、B6最重要，生长素对离体根影响不一致。培养 温度25 27℃，暗光培养。 25－ 温度25－27℃，暗光培养。
离 体 根
脱分化培养基
愈 伤 组 织
再分化培养基
分 化 芽
再 生 植 株
植物器官的培养
二、茎尖的培养
•1.茎尖培养概念及类型 1.茎尖培养概念及类型 1. •2.茎尖培养方法及步骤 2.茎尖培养方法及步骤 2.
营养器官的培养——茎尖的培养 营养器官的培养——茎尖的培养
（一）茎尖培养概念及类型
茎尖培养： 茎尖培养：切取茎的先端部分或茎尖分生组织部分，进行 无菌培养。 茎尖培养根据培养目的和取材大小可分为： 茎尖培养根据培养目的和取材大小可分为： 微茎尖培养: 微茎尖培养 带有1-2个叶原基的生长锥, 其长度不超过0.5mm 普通茎尖培养： 普通茎尖培养：较大的茎尖(如几mm到几十mm)、芽尖及侧芽 这里主要讲普通茎尖培养。这种培养技术简单，操作方便， 茎尖容易成活，成苗所需时间短
发酵工程第三章培养基
发酵工程第三章培养基
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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
葡萄糖效应
这是大肠杆菌首先利用葡萄糖进展生长繁殖，在 葡萄糖耗尽后，过一段时间菌体才开场利用乳糖 再生长繁殖。后来的酶学试验证实，当葡萄糖存 在时，细菌不利用其他糖。在上述培养基中即使 参加乳糖酶诱导物，葡萄糖没耗尽，利用乳糖的 酶系也不能合成。
葡萄糖效应是由葡萄糖的某种分解代谢物引起的， 这种代谢物阻遏了细菌能够利用其他糖的酶的生 成。
气搅拌性能以及发酵产物的后期处理。
3.1 发酵工业培养基的根本要求
必须提供合成微生物细胞和发酵产物的根 本成分；
有利于减少培养基的单耗，即提高单位营 养物质的转化率；
有利于提高产物的浓度，以提高单位容积 发酵罐的生产能力；
有利于提高产物的合成速度，缩短发酵周 期；
尽量减少副产物的形成，便于产物的别离 纯化，并尽可能减少产生“三废〞物质；
次参加，并强强搅拌； 二是氨水中含有多种嗜碱性微生物，因此在使用前要用石棉等
过滤介质进展过滤除菌，防止因通氨而引起的染菌。
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、
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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
葡萄糖效应
这是大肠杆菌首先利用葡萄糖进展生长繁殖，在 葡萄糖耗尽后，过一段时间菌体才开场利用乳糖 再生长繁殖。后来的酶学试验证实，当葡萄糖存 在时，细菌不利用其他糖。在上述培养基中即使 参加乳糖酶诱导物，葡萄糖没耗尽，利用乳糖的 酶系也不能合成。
葡萄糖效应是由葡萄糖的某种分解代谢物引起的， 这种代谢物阻遏了细菌能够利用其他糖的酶的生 成。
气搅拌性能以及发酵产物的后期处理。
3.1 发酵工业培养基的根本要求
必须提供合成微生物细胞和发酵产物的根 本成分；
有利于减少培养基的单耗，即提高单位营 养物质的转化率；
有利于提高产物的浓度，以提高单位容积 发酵罐的生产能力；
有利于提高产物的合成速度，缩短发酵周 期；
尽量减少副产物的形成，便于产物的别离 纯化，并尽可能减少产生“三废〞物质；
次参加，并强强搅拌； 二是氨水中含有多种嗜碱性微生物，因此在使用前要用石棉等
过滤介质进展过滤除菌，防止因通氨而引起的染菌。
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、
如何选择合适的培养基和培养条件
如何选择合适的培养基和培养条件在生物科学研究中，细胞培养是非常重要的实验手段之一。
通过培养细胞，我们可以对其生长、分化和生物活性等进行深入的研究。
而要成功地培养细胞，选择合适的培养基和培养条件是至关重要的。
首先，我们需要了解细胞的类型和特性。
不同种类的细胞在生理和生化特性上存在差异，因此需要针对不同的细胞类型选择相应的培养基。
通常情况下，培养基可以分为无血清培养基和含血清培养基两类。
无血清培养基是指不含动物血清成分的培养基，主要适用于原代细胞的培养以及特殊要求的细胞系。
而含血清培养基则包含动物血清中的多种因子和营养物质，适用于细胞系的连续传代和大规模培养。
其次，在选择培养基时，需要考虑到细胞的营养需求和生长要求。
细胞需要获得充足的营养物质来维持其生长和增殖。
常见的培养基成分有运输生理盐水、糖类、氨基酸、维生素、抗生素等。
此外，还需要注意培养基的pH值和渗透压等因素，以保持培养环境的稳定性。
在细胞培养的过程中，我们还需要为细胞提供适当的温度、湿度和气体环境。
一般来说，细胞的适宜生长温度为37摄氏度，而湿度应保持在90%左右。
另外，细胞还需要充足的氧气和二氧化碳供应，以维持其正常代谢活动。
此外，细胞培养中还需要注意细胞的纯度和无菌性。
为了确保细胞的纯度，可以通过细胞的形态特征、生长速度和表面标记物等进行鉴定。
而为了保持培养环境的无菌性，我们需要严格遵守无菌操作的要求，并使用高质量的培养器具和培养基。
在选择培养基和培养条件时，还需要考虑到实验的目的和需求。
有些实验可能要求细胞的生长周期加快，可以选择富含生长因子和促进细胞增殖的培养基。
而有些实验则需要细胞的分化或特定功能的表达，需要通过添加不同的因子和调节培养条件来实现。
综上所述，选择合适的培养基和培养条件是成功进行细胞培养的关键。
针对不同的细胞类型和实验需求，我们需要根据细胞的特性和要求来选择合适的培养基，并提供适当的培养条件。
只有在确保细胞获得足够的营养和生长环境的情况下，我们才能获得可靠的实验结果，并推动细胞生物学研究的进一步发展。
05_培养基的选择
发酵培养基的设计和注意事项
1. 提供必要的营养成分： 提供必要的营养成分：
培养基成分必须满足细胞生长， 培养基成分必须满足细胞生长，代谢活动和合成产 物所需的基本要求。 物所需的基本要求。
2. 配制合适的浓度： 配制合适的浓度：
可以从发酵动力学有关生长、 可以从发酵动力学有关生长、产物合成和基质利用 物料平衡的关系中大致推算所需原料或大致计算出 所需主要原料的需要量。 所需主要原料的需要量。
（2）合成培养基 ）
是用化学成分和数量完全了解的物质配制 而成的。成分精确，重复性强， 而成的。成分精确，重复性强，可以减少不 能控制的因素。 能控制的因素。 适用于在实验室范围作有关营养、代谢、 适用于在实验室范围作有关营养、代谢、 分类鉴定、生物测定及选育菌种、 分类鉴定、生物测定及选育菌种、遗传分析 等定量研究工作。 等定量研究工作。 但一般微生物在合成培养基上生长较慢， 但一般微生物在合成培养基上生长较慢， 有些微生物营养要求复杂， 有些微生物营养要求复杂，在合成培养基上 不能生长。 不能生长。
发酵培养基的各种营养物质的浓度应尽可能高些， 发酵培养基的各种营养物质的浓度应尽可能高些，这样 在同等或相近的转化率条件下有利于提高单位容积发酵 罐的利用率，增加经济效益。 罐的利用率，增加经济效益。 发酵培养基需耗用大量原料，因此，原料来源、 发酵培养基需耗用大量原料，因此，原料来源、原材料 的质量以及价格等必须予以重视。 的质量以及价格等必须予以重视。
生理代谢 菌种筛选 种子培养
发酵培养
（5） 固体培养基 ）
分类：斜面试管、 分类：斜面试管、平板 等 作用： 作用： 固体培养基在菌种的分离、 固体培养基在菌种的分离、保 菌落特征的观察、 藏、菌落特征的观察、活菌计数和 鉴定菌种方面是不可缺少的。 鉴定菌种方面是不可缺少的。 在制曲、酶制剂、 在制曲、酶制剂、柠檬酸等生 产中， 产中，用来培养霉菌等的固体种子 和发酵培养基是由麸皮等农作物加 无机元素等制成的。 无机元素等制成的。
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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:
▪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
进一步：确定成分的合适浓度。
• 据图可以看出，0．2％的乙酸钠浓度下
菌株生长得最好，而过量的乙酸钠浓度反而 会抑制混合菌株的生长。
某些营养物质调节培养基的pH，但更应在配 制培养基时考虑所用营养物质的组成成分，注 意有些营养物质被利用后培养基的pH变化情况.
• ② 控制pH最常用的方法是在培养基中添加具
有一定缓冲能力的物质作为营养物，如以磷酸 盐作为磷的成分；或者避免使用容易产生生理 酸性或碱性使培养基pH波动太大的物质
四、正交试验在培养基确定中的应用 培养基设计的步骤
• 微生物的营养活动，是依靠向外界分泌大量的 酶．将周围环境中大分子的蛋白质、糖类、脂 肪等营养物质分解成小分子化合物，再借助细 胞膜的渗透作用，吸收这些小分子营养来实现 的。
• 所有发酵培养基都必须提供微生物生长繁殖和 产物合成所需的能源，包括碳源、氮源、无机 元素、生长因子及水、能源或氧气等。对于大 规模发酵生产，除考虑上述微生物的需要外， 还必须重视培养基原料的价格和来源。
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
2、有机氮源
来源：实验室中常用蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等作为有机氮 源，工业生产上常用硫酸铵、尿素、氨水、豆饼粉、花生饼 粉、麸皮等原料作氮源。
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。
例 玉米浆： ①可溶性蛋白、生长因子（生物素）、苯乙酸 ②较多的乳酸 ③硫、磷、微量元素等
• 3.合适的C、N比
一般为100∶0.2～2.0
• 4．控制合适的pH • 在最适pH值下有利于加快各种酶的反应。
pH的具体控制方法
①可以在微生物培养过程中加入酸或碱或流
加某些营养物质调节培养基的pH，但更应在 配制培养基时考虑所用营养物质的组成成 分，。
pH的具体控制方法
• ①可以在微生物培养过程中加入酸或碱或流加
(NH4)2SO4 → 2NH3 + 2H2SO4
NaNO3 + 4H2 → NH3 + 2H2O + NaOH
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，如硫酸胺，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。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。
① 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；
② 通过单因子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。
1、查阅资料，确定可能的培养基成分。
类胡萝卜素高产菌Y11的培养基的优化
• 作用：使细胞迅速进行分裂或菌丝快速生长。 培养出强壮、健康、活性高的细胞。
三、发酵培养基成分选择的原则
• 1．快速利用碳（氮源）和缓慢利用碳（氮源） 应当混合使用。
• 2．配制合适的浓度
• 氮源过多，菌体繁殖旺盛，形成高不利于产物的积累， 不足，菌体过少，同样不利于产物的积累；
• 碳源过多，形成低，不足，菌体衰老和自溶。
对于酿造行业，水的重要性不言而喻
对于常规发酵，可靠、持久，能提供大量成分一致清洁的 水。
二、发酵生产中的培养基类型
• 工业发酵中培养基往往是依据生产流程和作用 分为：
• 斜面培养基 • 种子培养基 • 发酵培养基 • 摇瓶培养基
1．斜面培养基
• 作用：这是供微生物细胞生长繁殖、保存用的培 养基。
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%
▪3、 多因子实验：根据单因素实验的结果，设计了3水平4因 ▪方差分析表，如表12，实验结果表13。
Ki:表示任一列上水平号为i(本例中i=1,2或3)时所对应的实验结果之 和。例如，表中在B因素所在的第3列上，第1、4、7号实验中B取 B1水平，所以K1为第1、4、7号实验结果之和。
用原发酵培养基
改进后培养基 原培养基
改进后培养基的发酵结果
五、发酵培养基优化的层次 摇瓶水平到反应器水平 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%，玉米浆总量4-8% 补加硫酸、前体等
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 早期：容易利用易同化的氮源—无机氮源 中期：菌体的代谢酶系已形成、则利用蛋白质
有些产物会受氮源的诱导和子、前体和产物促进剂
▪生长因子
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。
▪ 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。
（6）水
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。
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。
• 特点： • 1.富含有机氮源，少含或不含糖分。有机氮有
利于菌体的生长繁殖，能获得更多的细胞。 • 2.对于放线菌或霉菌的产孢子培养基，则氮源
和碳源均不宜太丰富，否则容易长菌丝而较少 形成孢子。 • 3.斜面培养基中宜加少量无机盐类，供给必要 的生长因子和微量元素。
2．种子培养基(包括摇瓶种子和小罐 种子培养基)：
与微生物有关的维生素主要是B族维生素，这些维生 素是各种酶的活性基的组成部分，没有它们，酶就不能活 动。
营养缺陷型菌株的培养通常要加入生长因子。
有机氮源是生长因子的重要来源，多数有机氮源含有 较多的B簇维生素和微量元素及一些微生物生长不可缺少 的生长因子。
▪ 前体
前体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
用量：前体的用量可以按分子量衡算，具体使用有转化 率的问题
例：6000单位/ml的青霉素G,需要多少苯乙酸 青霉素＝6000*0.6（微克）＝36mg/ml 苯乙酸＝（36*136）/356=13.8mg/ml=1.38%
用法：
前体一般都有毒性，浓度过大对菌体的生 长不利，为了避免前体浓度过大，前体使用时 普遍采用流加的方法，流加也有利于提高前体 的转化率。
第三章 培养基
• 第一节 工业发酵培养基
• 第二节 正交试验在发酵培养基确定中的 应用
• 第三节 淀粉水解糖及糖蜜原料的制备
第一节 培养基的选择和确定
• 一、培养基的营养成分与作用 • 二、培养基的用途 • 三、发酵培养基的设计 • 四、培养基确定方法 • 五、正交试验在培养基确定中的应用
第一节 工业发酵培养基
3、利用原则 快速利用氮源和缓慢利用氮源应当混合使用
• （3）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：尿素，氨盐，氨水，硝酸盐等无机氮
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：
一、工业发酵培养基的营养成分
• （1）能源 • 自养菌：光；氢，硫胺；亚硝酸盐，亚
铁盐。 • 异养菌：碳水化合物等有机物，石油
天然气和石油化工产品，如醋酸。
• （2）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 淀粉水解糖，糖蜜、亚硫酸盐纸浆废液等 石油、石蜡，天然气 醋酸、甲醇、乙醇等石油化工产品
• 因素A和因素C对实验结果影响特别显著。对因素A，最大 数是K1。对因素C，最大数是K3，因此选择A1C3。对于 因素B和D选择最大数K2和K1 ，因此最佳培养基为： A1B2C3D1。即最佳培养基：
• NH4C1 2 g，乙酸钠2 g、KH2PO4 0．12g、MgSO4. 7H2O 0．01g、Na2CO3 0．1g，酵母膏0．5g，复合无机盐溶液 0．5 mL，水1000 mL，pH 7．0
摇瓶发酵培养基和罐的基础培养差别很大
摇瓶优化配方：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
类胡萝卜素的作用：色素、营养保健
原培养基:
▪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
进一步：确定成分的合适浓度。
• 据图可以看出，0．2％的乙酸钠浓度下
菌株生长得最好，而过量的乙酸钠浓度反而 会抑制混合菌株的生长。
某些营养物质调节培养基的pH，但更应在配 制培养基时考虑所用营养物质的组成成分，注 意有些营养物质被利用后培养基的pH变化情况.
• ② 控制pH最常用的方法是在培养基中添加具
有一定缓冲能力的物质作为营养物，如以磷酸 盐作为磷的成分；或者避免使用容易产生生理 酸性或碱性使培养基pH波动太大的物质
四、正交试验在培养基确定中的应用 培养基设计的步骤
• 微生物的营养活动，是依靠向外界分泌大量的 酶．将周围环境中大分子的蛋白质、糖类、脂 肪等营养物质分解成小分子化合物，再借助细 胞膜的渗透作用，吸收这些小分子营养来实现 的。
• 所有发酵培养基都必须提供微生物生长繁殖和 产物合成所需的能源，包括碳源、氮源、无机 元素、生长因子及水、能源或氧气等。对于大 规模发酵生产，除考虑上述微生物的需要外， 还必须重视培养基原料的价格和来源。
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
2、有机氮源
来源：实验室中常用蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等作为有机氮 源，工业生产上常用硫酸铵、尿素、氨水、豆饼粉、花生饼 粉、麸皮等原料作氮源。
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。
例 玉米浆： ①可溶性蛋白、生长因子（生物素）、苯乙酸 ②较多的乳酸 ③硫、磷、微量元素等
• 3.合适的C、N比
一般为100∶0.2～2.0
• 4．控制合适的pH • 在最适pH值下有利于加快各种酶的反应。
pH的具体控制方法
①可以在微生物培养过程中加入酸或碱或流
加某些营养物质调节培养基的pH，但更应在 配制培养基时考虑所用营养物质的组成成 分，。
pH的具体控制方法
• ①可以在微生物培养过程中加入酸或碱或流加
(NH4)2SO4 → 2NH3 + 2H2SO4
NaNO3 + 4H2 → NH3 + 2H2O + NaOH
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，如硫酸胺，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。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。
① 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；
② 通过单因子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。
1、查阅资料，确定可能的培养基成分。
类胡萝卜素高产菌Y11的培养基的优化
• 作用：使细胞迅速进行分裂或菌丝快速生长。 培养出强壮、健康、活性高的细胞。
三、发酵培养基成分选择的原则
• 1．快速利用碳（氮源）和缓慢利用碳（氮源） 应当混合使用。
• 2．配制合适的浓度
• 氮源过多，菌体繁殖旺盛，形成高不利于产物的积累， 不足，菌体过少，同样不利于产物的积累；
• 碳源过多，形成低，不足，菌体衰老和自溶。
对于酿造行业，水的重要性不言而喻
对于常规发酵，可靠、持久，能提供大量成分一致清洁的 水。
二、发酵生产中的培养基类型
• 工业发酵中培养基往往是依据生产流程和作用 分为：
• 斜面培养基 • 种子培养基 • 发酵培养基 • 摇瓶培养基
1．斜面培养基
• 作用：这是供微生物细胞生长繁殖、保存用的培 养基。
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%
▪3、 多因子实验：根据单因素实验的结果，设计了3水平4因 ▪方差分析表，如表12，实验结果表13。
Ki:表示任一列上水平号为i(本例中i=1,2或3)时所对应的实验结果之 和。例如，表中在B因素所在的第3列上，第1、4、7号实验中B取 B1水平，所以K1为第1、4、7号实验结果之和。
用原发酵培养基
改进后培养基 原培养基
改进后培养基的发酵结果
五、发酵培养基优化的层次 摇瓶水平到反应器水平 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%，玉米浆总量4-8% 补加硫酸、前体等
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 早期：容易利用易同化的氮源—无机氮源 中期：菌体的代谢酶系已形成、则利用蛋白质
有些产物会受氮源的诱导和子、前体和产物促进剂
▪生长因子
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。
▪ 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。
（6）水
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。
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。
• 特点： • 1.富含有机氮源，少含或不含糖分。有机氮有
利于菌体的生长繁殖，能获得更多的细胞。 • 2.对于放线菌或霉菌的产孢子培养基，则氮源
和碳源均不宜太丰富，否则容易长菌丝而较少 形成孢子。 • 3.斜面培养基中宜加少量无机盐类，供给必要 的生长因子和微量元素。
2．种子培养基(包括摇瓶种子和小罐 种子培养基)：
与微生物有关的维生素主要是B族维生素，这些维生 素是各种酶的活性基的组成部分，没有它们，酶就不能活 动。
营养缺陷型菌株的培养通常要加入生长因子。
有机氮源是生长因子的重要来源，多数有机氮源含有 较多的B簇维生素和微量元素及一些微生物生长不可缺少 的生长因子。
▪ 前体
前体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
用量：前体的用量可以按分子量衡算，具体使用有转化 率的问题
例：6000单位/ml的青霉素G,需要多少苯乙酸 青霉素＝6000*0.6（微克）＝36mg/ml 苯乙酸＝（36*136）/356=13.8mg/ml=1.38%
用法：
前体一般都有毒性，浓度过大对菌体的生 长不利，为了避免前体浓度过大，前体使用时 普遍采用流加的方法，流加也有利于提高前体 的转化率。
第三章 培养基
• 第一节 工业发酵培养基
• 第二节 正交试验在发酵培养基确定中的 应用
• 第三节 淀粉水解糖及糖蜜原料的制备
第一节 培养基的选择和确定
• 一、培养基的营养成分与作用 • 二、培养基的用途 • 三、发酵培养基的设计 • 四、培养基确定方法 • 五、正交试验在培养基确定中的应用
第一节 工业发酵培养基
3、利用原则 快速利用氮源和缓慢利用氮源应当混合使用
• （3）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：尿素，氨盐，氨水，硝酸盐等无机氮
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：
一、工业发酵培养基的营养成分
• （1）能源 • 自养菌：光；氢，硫胺；亚硝酸盐，亚
铁盐。 • 异养菌：碳水化合物等有机物，石油
天然气和石油化工产品，如醋酸。
• （2）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 淀粉水解糖，糖蜜、亚硫酸盐纸浆废液等 石油、石蜡，天然气 醋酸、甲醇、乙醇等石油化工产品
• 因素A和因素C对实验结果影响特别显著。对因素A，最大 数是K1。对因素C，最大数是K3，因此选择A1C3。对于 因素B和D选择最大数K2和K1 ，因此最佳培养基为： A1B2C3D1。即最佳培养基：
• NH4C1 2 g，乙酸钠2 g、KH2PO4 0．12g、MgSO4. 7H2O 0．01g、Na2CO3 0．1g，酵母膏0．5g，复合无机盐溶液 0．5 mL，水1000 mL，pH 7．0
摇瓶发酵培养基和罐的基础培养差别很大
摇瓶优化配方：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