发酵工业培养基设计
发酵工程培养基的设计流程
发酵工程培养基的设计流程英文回答：Microorganism Cultivation and Medium Design.1. Background.Microorganisms are widely used in the production of antibiotics, enzymes, hormones, vitamins, and other valuable compounds. The growth and metabolism of microorganisms depend on the composition of the culture medium, which provides the necessary nutrients for their survival and proliferation. Therefore, the design of a suitable culture medium is crucial for successful fermentation processes.2. Principles of Medium Design.The design of a culture medium involves the following principles:Nutritional requirements: The medium must contain all the essential nutrients required by the microorganism for growth, including carbon, nitrogen, phosphorus, sulfur, and vitamins.pH and temperature: The medium must maintain an optimal pH and temperature range for the growth of the microorganism.Oxygen requirements: Aerobic microorganisms require oxygen for growth, while anaerobic microorganisms require an oxygen-free environment.Sterility: The medium must be sterile to prevent contamination by other microorganisms.3. Types of Culture Media.There are two main types of culture media:Defined media: These media contain known quantities ofspecific nutrients, allowing for precise control of the composition.Complex media: These media contain a mixture of nutrients from natural sources, such as yeast extract or tryptone, and provide a rich source of growth factors.4. Medium Development Process.The development of a culture medium involves the following steps:Selection of carbon and nitrogen sources: The carbon source provides energy, while the nitrogen source provides amino acids and nucleic acids.Optimization of pH and temperature: The pH and temperature of the medium are adjusted to optimal values for microbial growth.Addition of trace elements and growth factors: Trace elements and growth factors are added to the medium tosupport specific metabolic pathways.Sterilization: The medium is sterilized by autoclaving or filtration to eliminate contaminating microorganisms.5. Applications of Microbial Cultivation.Microbial cultivation has numerous applications in biotechnology and industry, including:Production of pharmaceuticals: Antibiotics, vaccines, enzymes, and hormones are produced using microbial fermentation.Bioremediation: Microorganisms are used to degrade pollutants and clean up contaminated environments.Food production: Microorganisms are used in the production of fermented foods, such as bread, yogurt, and cheese.中文回答：发酵工程培养基设计。
工业发酵培养基 工业培养基的配制原则
异养型微生物的合成能力较弱，所以培 养基中至少要有一种有机物，通常是葡 萄糖。
有的异养型微生物需要多种生长因子， 因此常采用天然有机物为其提供所需的 生长因子。
一、目的明确
一般来说，培养基的营 养成分宜丰富些，特别是氮 源含量应高些，以利于微生 物的生长与繁殖。
三、理化适宜
氧化还原电位
各种微生物对培养基的氧化 还原电位要求不同。
PH值
各大类微生物一般都有其生长
1
适宜的pH范围。
微生物的生长与
培养基的理化因
素关系密切。
2
3
渗透压和水活度
配制培养基时要注意渗透压的大 小，要掌握好营养物质的浓度。
配制培养基应将这些因素控制在适宜的范围内。
（一）、 PH值
各大类微生物一般都有其生长适宜的 pH范围。如细菌为7.0～8.0，放线菌 为7.5～8.5，酵母菌为3.8～6.0，霉 菌为4.0～5.8，藻类为6.0～7.0，原 生动物为6.0～8.0。但对于某一具体 的微生物菌种来说，其生长的最适pH 范围常会大大突破上述界限，其中一 些嗜极菌更为突出。
2、在微生物发酵生产中，C／N比直接影 响发酵产量，如谷氨酸发酵中需要较多的 氮作为合成谷氨酸的氮源，若培养基C／N 比为4／1，则菌体大量繁殖，谷氨酸积累 少；若培养基C／N比为3／1，则菌体繁 殖受抑制，谷氨酸产量增加。
3、此外，还须注意培养基中无机盐的量以 及它们之间的平衡；生长因子的添加也要 注意比例适当，以保证微生物对各生长因 子的平衡吸收。
浓度与 配比
金属 离子
例如，适量的蔗糖是异养型微生物的良好碳源和能 源，但高浓度的蔗糖则抑制微生物生长。
第三章 发酵工业培养基设计 2
第三章发酵工业培养基设计内容提要•发酵工业培养基的基本要求•微生物的培养基类型及功能•发酵工业培养基的成分及来源•发酵培养基的设计原理与优化方法微生物在人工培养和自然条件下的生理学特性有很大不同，其中培养基的组成对微生物的各种代谢活动的影响最为显著。
⏹培养基：是指入们提供微生物生长繁殖和生物合成各种代谢产物所需要的按一定比例配制的多种营养物质的混合物。
⏹广义上讲培养基是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它所必需的条件，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须的成分。
一、用于大规模发酵的培养基应该具有以下几个特点：⏹必须提供合成微生物细胞和发酵产物的基本成分；⏹能提高单位营养物质的转化率；⏹有利于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；⏹有利于减少副产物的形成，便于后期的分离纯化；⏹培养基的原料应因地制宜、价格低廉、性能稳定、取材容易；⏹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、纯化及废物处理等等。
二、培养基的类型及功能1. 按纯度分类，分为合成培养基和天然培养基(复合培养基)。
⏹合成培养基所用的原料其化学成分明确、稳定，比如药用葡萄糖、硫酸铵、磷酸二氢钾等。
⏹天然培养基常用于发酵生产，它的原料是一些天然动植物产品，例如花生饼粉、蛋白胨等，其特点是营养丰富、适于微生物的生长。
M 培养基(1L)：Na 2HPO 46g ，KH 2PO 43g ，NaCl 0.5g ，NH 4Cl 1g ，MgSO 4.7H 2O 0.5g ，CaCl 20.011g ，葡萄糖2-10, pH 7.0 YPS 培养基：酪蛋白胨（日本大五营养）10g ，酵母提取物（英国Oxoid ）5g, NaCl 10g ，pH 7.2培养大肠杆菌常用两种培养基2. 按用途分类⏹斜面培养基：是供微生物生长繁殖或保存菌种用。
发酵工业培养基设计
水
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。此外，由于水的 比热容校高，能有效地吸收代谢过程中所放出的热，使 细胞内温度不致骤然上升。同时水义是 种热的良导体， 有利于散热，可调节细胞温度。由此可见，水的功能是 书方面的，它为微生物生长繁殖和合成目的产物提供了 必需的生理环境。
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生长调节物质——前体
定义：前体是指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，其自身的结构没有 多大变化，但是产物的产量却加入而较大的提高的一类化 合物。
生长调节物质——产物合成促进剂
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。如：链霉素生产加巴比妥，赖 氨酸生产加红霉素等。
氮源——无机盐及微量元素
磷、镁、硫、钾、钠、铁、氯、锰、锌、钴等作为微生物 生理活性物质的组成或生理活性作用的调节物。
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水
水
水是所有培养基的主要组成成分，也是微生物机体的重要 组成成分。 对于发酵工厂来说，清净、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”物质组成对服酒I.业和淀粉糖化影响 更大。因此， 在啤酒酿造业发展的早期，工厂的选址是由 水源来决定的。
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发酵工业培养基的成分及来源——碳源
一、糖类 二、油和脂肪 三、有机酸 四、烃和醇类
碳源——糖类
葡萄糖(glucose) 最容易利用的碳源之一，几乎所有微生物都能利用葡萄糖。 淀粉(starch) 一般经过菌体产生的胞外酶水解成单糖后被吸收利用。 纤维素(cellulose) 一般先水解成葡萄糖再被微生物利用。是今后工业生物技 术的发展趋势。 糖蜜(molasses) 是制糖生产时的结晶母液，产物。是物美价廉的碳源。
发酵工业用培养基配制的原则及其注意点
发酵工业用培养基配制的原则及其注意点发酵工业用培养基的配制是发酵工艺中至关重要的一步。
发酵工业用培养基是提供微生物生长和代谢需要的营养物质的复杂混合物，通过配制合适的培养基可以促进菌种的生长和代谢活性，从而提高发酵产物的产量和质量。
以下是发酵工业用培养基配制的原则及其注意点。
1.培养基组分的选取原则（1）根据菌种要求选择合适的碳源、氮源、矿物盐和有机添加剂，以满足微生物生长和代谢的需要。
（2）根据发酵产物的需要选择适当的调节剂和辅助剂，如pH调节剂、发泡抑制剂等。
（3）在培养基中添加维生素、微量元素等，以满足微生物生长和代谢的需要。
（4）根据发酵工艺的要求选择合适的缓冲体系，维持培养液的合适pH值。
2.培养基组分比例的确定原则（1）碳源和氮源的比例要适合菌种的生长需求，维持培养基的合适营养平衡。
（2）矿物盐和有机添加剂的含量和比例要适宜，以满足微生物生长需要，并提高发酵产物的产量和质量。
（3）调节剂和辅助剂的含量要根据发酵产物的需要确定，以提高发酵产物的产量和纯度。
3.注意点（1）配制培养基时要注意消毒和无菌操作，防止外来微生物的污染。
（2）配制过程中要根据培养基组分的性质和稳定性，选择合适的操作条件，如温度、pH值等。
（3）配制培养基时要根据菌种的生长特性和产物的需要，合理选择培养基的浓度，避免过高或过低的浓度对微生物生长和代谢的影响。
（4）注意培养基的质量控制，对原材料要进行质量检验，避免使用过期或质量不合格的原材料。
（5）配制完毕后要进行培养基的质量检验，如pH值、透明度等指标，确保培养基的质量符合要求。
总之，发酵工业用培养基的配制要根据菌种的生长特性和发酵产物的需要，合理选择组分和比例，并注意无菌操作和质量控制，以提高菌种的生长和代谢活性，实现发酵产物的高产和高质量。
发酵工程与设备第三章发酵培养基设计
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。
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，并影响微生物酶系统的作用。
设计
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。
发酵工程与设备第三章发酵培养基 设计
不用加工方法对甘蔗糖蜜的影响
发酵工程与设备第三章发酵培养基 设计
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。
有些产物会受氮源的诱导和阻遏 例： 蛋白酶的生产
有机氮源选取时也要考虑微生物的同化能力
开发效果好、有针对性的有机氮源仍然是令人感兴趣 的课题
发酵工程与设备第三章发酵培养基 设计
3、无机盐和微量元素
◆ 磷酸盐M酸g脱磷磷2氢+是酸是酶许盐某、多在些羧重培蛋化要养白酶酶基质等（中和）如还核的己具酸激糖有的活磷缓组剂酸冲成化作成酶用分、异柠檬 ◆ 硫酸镁镁自身离微所子生产能物的提对抗高磷生一的素些需的氨要耐基量受糖一能苷般力类为，抗0如生.00素卡5～那产0霉生.0素菌1m对、ol/L ◆ 钾盐 链钾霉常不素用参、K与新3P细生O胞霉4、结素Na构等2H物产P质生O4的菌、组N。a成H2PO4
发酵工程与设备第三章发酵培养基 设计
氮源物质常对培养液pH产生影响
(NH4)SO4 2NH3 + H2SO4
NaNO3 + 4H2 NH3 + 2H2O + NaOH 反应中所产生的NH3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。
发酵工业培养基
无机氮源被菌体利用后，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。
（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
（２）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。 如以醋酸盐为碳源时，反应如下： CH3COONa + 2O2 2CO2 + H2O + NaOH
3、发酵培养基
用途：供菌体生长、繁殖和合成大量产物。 措施： ①碳氮源速效和迟效相互搭配，多用 迟效少用速效 ②合适的碳氮比，加缓冲剂稳定pH ③添加菌体生长所必需的生长因子和 产物合成所需的前体、促进剂和抑 制基等。
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。 （１）菌体的同化能力 （２）培养基对菌体代谢的阻遏与诱导的影响 （３）合适的碳氮比 （４）合适的pH
（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。
发酵工业产品培养基配方大全
发酵工业产品培养基配方大全1.酵母培养基配方：-加糖培养基配方：-酵母提取物10g-葡萄糖20g-氯化镁1g-磷酸二氢钾2g- H2O 1000ml-加酵母提取物培养基配方：-酵母提取物20g-葡萄糖10g-氯化镁1g-磷酸二氢钾2g- H2O 1000ml2.细菌培养基配方：-肉膏蛋白胨加入培养基配方：-肉挫3g-蛋白胨5g-NaCl5g- 纯净水 1000ml-牛肉精加入培养基配方：-牛肉精3g-NaCl10g- Agar 15g- 纯净水 1000ml3.真菌培养基配方：-绵白糖加入培养基配方：-麦芽提取物10g-蔗糖30g-K2HPO41g-MgSO40.5g- 纯净水 1000ml-麦芽提取物加入培养基配方：-麦芽提取物20g-FeSO40.1g-K2HPO42g-MgSO41g- 纯净水 1000ml4.菌丝体培养基配方：-淀粉加入培养基配方：-玉米粉20g-淀粉10g-NaCl5g-MgSO40.5g- 纯净水 1000ml-牛肉精加入培养基配方：-牛肉精3g-酵母提取物2g-NaCl5g-MgSO40.5g- 纯净水 1000ml5.发酵液培养基配方：-玉米加入培养基配方：-玉米粉100g-蛋白胨10g-NaCl5g-淀粉10g- 纯净水 1000ml-葡萄糖加入培养基配方：-玉米粉10g-蛋白胨5g-葡萄糖20g-淀粉10g- 纯净水 1000ml上述配方仅为其中几种常用的发酵工业产品培养基配方，不同的微生物和发酵过程需要有针对性地选择合适的配方。
在实际应用中，还需要根据具体情况进行调整和优化。
同时，培养基的制备过程中，要注意使用无菌操作，以确保微生物培养的纯净性和成功率。
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培养基的概况
一、适应于大规模工业微生物发酵的培养基的共性: 二、发酵工业培养基设计适宜于工业大规模发酵的培养基应遵循以下原则: 三、发酵培养基的要求 四、培养基的分类
适应于大规模工业微生物发酵的培养基的共性:
①单位培养基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少 ④所采用的培养基应该质量稳定、价格低廉、 易于长期获得 ⑤所采用的培养基尽量不影响工业好气发酵中 的通气搅拌性能以及发酵产物的后处理等
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种子培养基和发酵培养基有什么区别？
A.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。 B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需产物。
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微生物培养基类型
一、斜面培养基 二、种子培养基 三、发酵培养基 四、种子培养基与发酵培养基的区别
微生物培养基类型——斜面培养基
要求:能使菌体生长快，产生孢子数量大、质量好，且不 会引起菌种变异。 特点 C、N源不宜多，否则只长菌丝，少长或不长孢子; 无机盐浓度要适当控制，否则会影响孢子的颜色和孢子 量。
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生长调节物质
一、生长因子 二、前体 三、产物合成促进剂
生长调节物质——生长因子
分类： 1. 生长因子自养型微生物 ：不需从外界吸收任何生长因子。 2. 生长因子异养型微生物 ：需从外界吸收多种生长因子。 3. 生长因子过量合成的微生物：能合成并分泌大量维生素 等生长因子。 含生长因子丰富的物质：酵母膏（酵母粉或酵母汁） 、玉 米浆、麦芽汁等。
氮源——无机氮源
铵盐、硝酸盐、氨水等。。。。。。。 氨水除了常作为pH调节剂，也是一种容易被利用的氨源。 微生物对无机氮源的吸收利用一般较快，也称为速效氮源。 但常引起发酵液pH的变化。
氮源——无机盐及微量元素
磷、镁、硫、钾、钠、铁、氯、锰、锌、钴等作为微生物 生理活性物质的组成或生理活性作用的调节物。
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碳源——油和脂肪
菌种需要有较高的脂肪酶活性
碳源——有机酸
某些微生物对许多有机酸有很强的氧化能力
碳源——烃和醇类
乙醇已成功地应用在发酵工艺
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发酵工业培养基的成分及来源——碳源
一、有机氮源 二、玉米浆 三、尿素 四、无机氮源 五、无机盐及微量元素
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生长调节物质——前体
定义：前体是指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，其自身的结构没有 多大变化，但是产物的产量却加入而较大的提高的一类化 合物。
生长调节物质——产物合成促进剂
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。如：链霉素生产加巴比妥，赖 氨酸生产加红霉素等。
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水
水
水是所有培养基的主要组成成分，也是微生物机体的重要 组成成分。 对于发酵工厂来说，清净、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”物质组成对服酒I.业和淀粉糖化影响 更大。因此， 在啤酒酿造业发展的早期，工厂的选址是由 水源来决定的。
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发酵工业培养基的成分及来源——碳源
一、糖类 二、油和脂肪 三、有机酸 四、烃和醇类
碳源——糖类
葡萄糖(glucose) 最容易利用的碳源之一，几乎所有微生物都能利用葡萄糖。 淀粉(starch) 一般经过菌体产生的胞外酶水解成单糖后被吸收利用。 纤维素(cellulose) 一般先水解成葡萄糖再被微生物利用。是今后工业生物技 术的发展趋势。 糖蜜(molasses) 是制糖生产时的结晶母液，产物。是物美价廉的碳源。
பைடு நூலகம்
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水
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。此外，由于水的 比热容校高，能有效地吸收代谢过程中所放出的热，使 细胞内温度不致骤然上升。同时水义是 种热的良导体， 有利于散热，可调节细胞温度。由此可见，水的功能是 书方面的，它为微生物生长繁殖和合成目的产物提供了 必需的生理环境。
目的:使接种菌丝生长并能高效表达，获得高的发酵产量， 同时组分尽可能单一，以保证高的得率。 要求 营养丰富完全，有利于产物合成; 不能大量加入快C、快N源，应和慢C、N源相结合; 在产物分泌期间，pH稳定; 加入适量合成所需的物质，如前体等，进行定向发酵; 采用中间补料，以提高发酵单位; 原料的考虑一 成本问题
氮源——有机氮源
黄豆饼粉、花生饼粉、玉米浆……. 他们在微生物分泌的蛋白酶的作用下，水解生成氨基酸， 被菌体吸收后再进一步分解代谢。
氮源——玉米浆
玉米浆是玉米淀粉生产中的副产物，是一种很容易被微生 物利用好的良好氮源。
氮源——尿素
尿素也是常用有机氮源，不具有上述有机氮源的特点。
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微生物培养基类型——种子培养基
要求 营养丰富、完全，氮和维生素的含量高些; 培养基中加入一些易于吸收利用的快C、N源，便于孢子 发芽生长，保证球形; pH要稳定; 最后一级尽可能接近发酵培养基，常加入少量发酵合成期 才大量需要的物质。
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微生物培养基类型——发酵培养基
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发酵工业培养基设计适宜于工业大规模发酵的培养基应遵循以下原则:
①必须提供合成微生物细胞和发酵产物的基本成分。 ②有利于减少培养基原料的单耗，即提高单位营养物质的转化 率。 ③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。 ④有利于提高产物的合成速度，缩短发酵周期。 ⑤尽量减少副产物的形成，便于产物的分离纯化，并尽可能减 少“ 三废”物质的产生。 ⑥原料价格低廉，质量稳定，取材容易。 ⑦所用原料尽可能减少对发酵过程中通气搅拌的影响，利于提 高氧的利用率，降低能耗。