【发酵工程】第三章 发酵培养基3
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发酵培养基ppt课件
培养基的设计及优化
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
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
发酵工业的培养基及原料处理 ppt课件
糖液（DE=90-92 %）
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22
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。
ppt课件 23
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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36
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。
ppt课件 6
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
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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
发酵工程培养基
酒精生产中若用糖蜜代甘薯粉，可省去蒸煮、 制曲、糖化等过程，简化了工艺。
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：
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：
发酵工程重点
发酵⼯程重点第⼀章、绪论⼀、名词解释：1．发酵：利⽤微⽣物在有氧或⽆氧条件下的⽣命活动来制备微⽣物菌体或其代谢产物的过程2．发酵⼯程：主要指在最适发酵条件下，发酵罐中⼤量培养细胞和⽣产代谢产物的⼯艺技术。
3．微⽣物的纯培养：把各种微⽣物彼此分开培养成纯种微⽣物4．深层培养：（你们书上有的）5．微⽣物的⽣物转化：是利⽤⽣物细胞对⼀些化合物某⼀特定部位（基团）的作⽤，使它转变成结构相类似但具有更在经济价值的化合⼆、问题：1.发酵⼯业的基本流程是什么？①发酵原料的选择和预处理②微⽣物菌种的选育及扩⼤培养③发酵设备选择及⼯艺条件的控制④发酵产物的分离提取⑤废弃物的回收和利⽤等2.发酵⼯程有哪⼏部分组成？各部分研究⽬标是什么？- 上游⼯程- 发酵⼯程- 下游⼯程3.实现发酵产品的基本条件是什么？适宜的微⽣物、保证或控制微⽣物进⾏代谢的各种条件、进⾏微⽣物发酵的设备、精制成产品的⽅法的设备第⼆章、⼯业发酵菌种的选育⼀、名词解释：1.⾃然选育：在⽣产过程中，不经过⼈⼯处理，利⽤菌种的⾃发突变，选育出优良菌种的过程2.诱变选育：利⽤物理或化学诱变剂处理均匀分散的微⽣物细胞群，促使其突变率⼤幅度提⾼，然后采⽤简便、快速和⾼效的筛选⽅法。
3.富集培养：利⽤不同种类微⽣物⽣长繁殖对环境和营养的要求不同，⼈为的控制条件，使之利于某类或某种微⽣物⽣长，⽽不利于其他种类的微⽣物的⽣存，已达到使⽬的菌种占优势⽽得以快速分离纯化的⽬的。
⼆、问题：1、微⽣物菌种选育的⽅法：⾃然选育、诱变育种、细胞⼯程育种、DNA重组技术育种2、⾃然选育的主要步骤：答案⼀：菌种—菌悬液—分离单菌落—分别测定单菌落的⽣产能⼒—筛选⾼产菌株◆答案⼆：采样-增殖培养-培养分离-筛选（初筛和复筛）（⽼师说答案2还好，⼤家可以⾃⼰再整理下）3、诱变选育的⽅法和步骤？- ⽅法和步骤：①出发菌株的选择②制备菌悬液③诱变处理④中间培养⑤突变菌株筛选- 后培养（中间培养）：由于在发⽣了突变尚未表现出来之前，有⼀个表现延迟的过程，即细胞内原有酶量的稀释过程（⽣理延迟），需3带以上的繁殖才能将突变性状表现出来。
发酵工程第三章培养基
可用的油脂类有豆油、菜油、葵花籽油、猪油、鱼油、棉籽油、玉米油、亚麻子油、橄榄油等。
当微生物利用脂肪作为碳源时，所消耗的氧量增加，因此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。
在发酵过程中加入的油脂还兼有消泡的作用。
有机酸及其盐类 一些微生物对乳酸、柠檬酸、乙酸、延胡索酸等及其盐类有很强的氧化能力，因此这些有机酸和它们的盐也能作为微生物的碳源。 有机酸作为碳源，氧化产生的能量被菌体用于生长繁殖和代谢产物的合成。 在利用有机酸时，发酵液的pH会随着有机酸氧化而上升，尤其是有机酸盐氧化时，常伴随着碱性物质的产生，使pH进一步上升。对整个发酵过程中pH的调节和控制增加困难。 醋酸盐做为碳源被氧化时，反应如下： CH3COONa + 2O2 2CO2 + H2O + NaOH
工业生产所用微生物绝大多数是异养菌，不像自养菌那样能够利用光、还原态无机物或碳酸盐作为能源物质，只能利用有机碳水化合物作为能源。 对于异养微生物，碳源又兼做能源，称为双功能营养物。
(1) 糖类：发酵培养基中使用最广泛的碳源。 纯糖 天然原料
工业发酵生产中用的双糖主要有蔗糖、乳糖和麦芽糖。蔗糖、乳糖可以使用其纯制产品，也可以使用含有此二糖的糖蜜和乳清，麦芽糖多用其糖浆。
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
STEP4
当微生物利用脂肪作为碳源时，所消耗的氧量增加，因此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。
在发酵过程中加入的油脂还兼有消泡的作用。
有机酸及其盐类 一些微生物对乳酸、柠檬酸、乙酸、延胡索酸等及其盐类有很强的氧化能力，因此这些有机酸和它们的盐也能作为微生物的碳源。 有机酸作为碳源，氧化产生的能量被菌体用于生长繁殖和代谢产物的合成。 在利用有机酸时，发酵液的pH会随着有机酸氧化而上升，尤其是有机酸盐氧化时，常伴随着碱性物质的产生，使pH进一步上升。对整个发酵过程中pH的调节和控制增加困难。 醋酸盐做为碳源被氧化时，反应如下： CH3COONa + 2O2 2CO2 + H2O + NaOH
工业生产所用微生物绝大多数是异养菌，不像自养菌那样能够利用光、还原态无机物或碳酸盐作为能源物质，只能利用有机碳水化合物作为能源。 对于异养微生物，碳源又兼做能源，称为双功能营养物。
(1) 糖类：发酵培养基中使用最广泛的碳源。 纯糖 天然原料
工业发酵生产中用的双糖主要有蔗糖、乳糖和麦芽糖。蔗糖、乳糖可以使用其纯制产品，也可以使用含有此二糖的糖蜜和乳清，麦芽糖多用其糖浆。
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
STEP4
发酵工程复习总结
第一章绪论传统发酵工程：利用微生物的生长和代谢活动来大量生产人们所需产品的过程理论与工程技术体系。
该技术体系主要包括菌种选育与保藏、菌种扩大生产、代谢产物的生物合成与分离纯化制备等技术集成。
现代发酵工程：是将DNA重组及细胞融合技术、酶工程技术、组学及代谢网络调控技术、过程工程优化与放大技术等新技术与传统发酵工程融合，大大提高传统发酵技术水平，拓展传统发酵应用领域和产品范围的一种现代工业生物技术体系（新一代工业生物技术）。
采用现代工程技术手段，利用天然生物体或人工改造的生物体对原料进行加工，为人类生产有用的产品，或直接把生物体应用于工业生产的过程。
发酵工程发展史：1900以前自然发酵阶段：酿造工业1900—1940 纯培养技术的建立: 固体培养基，纯粹培养1940—1950 通气搅拌纯培养发酵技术的建立: 丙酮丁醇发酵,标志：纯种培养深层发酵生产青霉素1950—1960 诱变技术与代谢控制发酵技术的建立:耗氧发酵实现规模化纯培养发酵1960—1970 开拓发酵原料时期（石油发酵时期）1970年以后进入基因工程菌发酵时期，以及细胞大规模培养技术的全面发展发酵工艺过程：1、菌种以及确定的种子培养基和发酵培养基的组成2、培养基，发酵罐和辅助设备的灭菌3、大规模的有活性、纯种的种子培养物的生产4、发酵罐中微生物最优的生长条件下产物的大规模生产5、产物的提纯、纯化6、发酵废液的处理第二章微生物菌种制备原理与技术工业微生物是生物技术产品生产的关键，而菌种又是工业微生物的核心。
发酵工业常用微生物分类：细菌、放线菌、酵母、霉菌工业微生物获得途径：1、向菌种保藏机构索取有关的菌株，从中筛选所需菌株2、由自然界采集样品，从中进行分离筛选3、从一些发酵制品中分离目的菌株自然界分离微生物的一般操作步骤：标本采集→样品预处理→目的菌富集培养→菌种分离（初筛、复筛）→菌种发酵性能鉴定→菌种保藏目的：高效地获取一株高产目的产物的微生物菌种的退化和防止：菌种退化是指整个菌体在多次接种传代过程中逐渐造成菌种发酵力或繁殖力下降或发酵产物得率低的现象。
发酵培养基及制备
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
2
17
1
3
3
3
24
2
1
2
3
12
2
2
3
1
47
2
3
1
2
28
3
1
对本试验而言，试验目的是为了提高山楂原料 的利用率。所以可以以液化率{液化率=[(果肉重 量-液化后残渣重量)/果肉重量]×100%}为试验指 标，来评价液化工艺条件的好坏。液化率越高， 山楂原料利用率就越高。
（2） 选因素、定水平，列因素水平表
根据专业知识、以往的研究结论和经验，从影响试验指标的 诸多因素中，通过因果分析筛选出需要考察的试验因素。一般确 定试验因素时，应以对试验指标影响大的因素、尚未考察过的因 素、尚未完全掌握其规律的因素为先。
试验因素选定后，根据所掌握的信息资料和相关知识，确定 每个因素的水平，一般以2-4个水平为宜。对主要考察的试验因 素，可以多取水平，但不宜过多（≤6），否则试验次数骤增。因 素的水平间距，应根据专业知识和已有的资料，尽可能把水平值 取在理想区域。
对本试验分析，影响山楂液化率的因素很多， 如山楂品种、山楂果肉的破碎度、果肉加水量、原 料pH 值、果胶酶种类、加酶量、酶解温度、酶解 时间等等。经全面考虑，最后确定果肉加水量、加 酶量、酶解温度和酶解时间为本试验的试验因素， 分别记作A、B、C和D，进行四因素正交试验，各 因素均取三个水平，因素水平表见表所示。
发酵培养基
◆
◆
◆
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 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。
第三章 发酵培养基
第一节 培养基的类型 第二节 发酵培养基的成分及来源 第三节 淀粉水解糖的制备
第四节 发酵培养基的设计与优化
第一节 培养基的类型
1、按培养基成分
1）合成培养基
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 适于研究菌种基本代谢和过程的物质变化等科研工作； 原料是一些天然动、植物产品 如花生饼粉、蛋白胨等 在生产某些疫苗的过程中，为了防止异性蛋白质等杂质掺 入，也常用合成培养基； 来源广泛（大多为农副产品）、营养丰富、价格低廉、 营养单一、价格较高，不适于大规模生产 适于工业化生产 一般不需要另加微量元素、维生素等物质
◆
四、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均为生物素缺陷型， 以生物素为生长因子。 又如目前所使用的赖氨酸产生菌几乎都是谷氨酸产生菌 的各种突变株，均为生物素缺陷型，同时也是某些氨基酸如 高丝氨酸的缺陷型，需要生物素和某些氨基酸作为生长因子。
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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。
五、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。 对于酿造行业，水的重要性不言而喻
率的问题
例：6000单位/ml的青霉素G-Na（MW356),需要多少苯乙 酸(MW136) 1mg=1667u 青霉素＝6000/1667＝3.6mg/ml 苯乙酸＝（3.6*136）/356=1.38mg/ml=0.138% 实际使用时的转化率在46-90%之间 例某厂单耗为：0.337（kg/10亿青霉素） 转化率为：10*108*1.36*10-6/(6000*0.337) =68%
6．用于谷氨酸发酵的培养基需添加的生长因子是（ A．氨基酸 B．碱基 C．核苷酸 D．生物素 D
7.不能以糖类作为碳源的细菌是（ C ） A．假单胞菌 B．乳酸菌 C．甲基营养菌 D．固氮菌 8．不能作为异养微生物碳源的是（ D ） A．牛肉膏 B．含碳有机物 C．石油 D．含碳无机物
）
9．配制培养基的叙述中正确的是（ C ） A．制作固体培养基必须加入琼脂 B．加入青霉素可得到放线菌 C．培养自生固氮菌不需要氮源 D．发酵工程一般用半固体培养基
单因子实验
多因子实验：均匀设计、
正交实验设计、 响应面分析等。
三、培养基设计的步骤
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，剩下的问题就是实验次数常采 用一些合理的实验设计方法。
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% 补加前体等
摇瓶发酵培养基和发酵罐培养基差别可能很大
摇瓶优化配方：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
2、前体 某些化合物加入到发酵培养基中，能直接被微生物在生物合成
过程中合成到产物分子中去，而其自身的结构并没有多大变化，
但是产物的产量却因其加入而有较大的提高。
S N CH 3 CH 3 COOH
CH2 CO OH
CH 2
COHN O
青霉素：分子量356
苯乙酸:分子量136
作用：前体有助于提高产量和组份 用量：前体的用量可以按分子量衡算，具体使用有个转化
用法：前体使用时普遍采用流加的方法
前体一般都有毒性，浓度过大对菌体的生长不利
苯乙酸，一般基础料中仅仅添加0.07%
前体相对价格较高，添加过多，容易引起挥发和氧化，
流加也有利于提高前体的转化率。
3、产物促进剂 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。
促进剂提高产量的机制还不完全清楚，其原因是多方 面的。
对于常规发酵，可靠、持久，能提供大量成分一致清洁的 水。
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，只能用生物化学、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合的培养基。
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。
正交设计确定优化的配方
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%
第三章 发酵工业培养基的设计
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
例: 如在酒精生产中葡萄糖转化为酒精的理论转化率计算如下∶
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得率为∶ 2*46 Y = ─── = 0.51 180
（二）、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
第三章 发酵工业培养基设计
第一节 发酵培养基的要求和种类
第二节 发酵培养基的成分及来源 第三节 发酵培养基的设计原理与优化
第二节 发酵培养基的成分及来源
一、碳源 1、作用 2、来源
糖类、油脂、有机酸、烃和醇类
二、氮源
1、作用 2、来源 有机氮源和无机氮源
三、无机盐及微量元素
四、生长因子、前体和产物促进剂
大肠杆菌高密度培养：
碳源：葡萄糖、甘油 氮源：胰蛋白胨、酵母粉 无机盐：磷、镁等
蛋白胨、酵母粉(OXOID)
章越，生物工程学报，2004
动物细胞培养基
基础培养基: F12、DMEM等
血清(5-10%)：胎牛(FBS) 、小牛(CS) 、马(HS)
水：超纯水
其它：NaHCO3（CO2）、抗生素
GONG,J. B. B. 2003
本章小节：
培养基—菌体生长所需的营养以及其它必须的条件
了解发酵培养基的组成，发酵培养基常用的原料以
及其中的基本概念
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。
习题
一、选择题 1、生物技术的几大组成部分：基因工程、细胞工程、 酶工程和发酵工程，虽可自成体系，构成独立完整 的技术，但它们又是相互( ) ，形成了对社会的广 泛影响。 B A 加强 B 补充 C 渗透 D 作用 2、酶工程和发酵工程是生物技术实现( )的关键 环节。 C A 产业化 B 商品化 C 社会化 D 安全化
3．以下发酵产品中不属于微生物代谢产物 的是（ C ） A．味精 B．啤酒 C．“人造肉” D．人生长激素 4．关于单细胞蛋白叙述正确的是 ( A．是微生物细胞中提取的蛋白质 B．通过发酵生产的微生物菌体 C．是微生物细胞分泌的抗生素 D．单细胞蛋白不能作为食品 5．微生物代谢的调节属于（ ） A．神经调节 B.激素调节 C．酶的调节 D.基因调节 ）
类胡萝卜素高产菌Y11的鉴定及培养条 件的优化
郭秒,食品与工业发酵，2004
产生菌：类球红细菌 类胡萝卜素的作用：色素、营养保健
原培养基:
初步确定可能的培养基成分(以碳源为例)
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：乙酸钠的浓度0.2%比较好
13．在实验中我们所用到的淀粉水解培养基是一种（ ） 培养基 A 基础培养基 B加富培养基 C选择培养基 D鉴别培养基
15.要从多种细菌中分离某种细菌，培养基要用（ ）
A.加入青霉素的培养基 B．加入高浓度食盐的培
养基 C．固体培养基
D.液体培养基
C
16．根据培养基的物理状态，划分的发酵种类
是
（
）
、
、 ）、酵母菌、霉 ）和放线菌四大类群。
（如枯草芽孢杆菌、醋酸杆菌、棒状杆菌、乳酸 菌、大肠杆菌）、（如根霉、曲霉）
4.发酵工业生产中的碳源主要是（ ），如 （ 、 、 、 、 、 ）等。 氮源主要是（ 、 ）等有机氮源，也有 （ 、 、 ）等无机氮液。 （糖类），如（葡萄糖、糖蜜、糊精、淀粉、麦芽 汁、麸皮） （玉米浆、花生饼粉）（尿素、硫酸 铵、硝酸铵） 5.在整个发酵过程中，微生物将培养基的营养成份用 于3个方面：一部分（ ）；一部分（ ）；此 外，（ ）。 （用于构成微生物细胞）；（获得能量）；（用于产 生各种代谢产物）。
1、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。
如以糖质原料为碳源的谷氨酸生产菌均为生物素缺陷 型，以生物素为生长因子,生长因子对发酵的调控起到重 要的作用 。
有机氮源是这些生长因子的重要来源，多数有机氮源 含有较多的B族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 ，如玉米浆。
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
第四节、重组产品培养基的介绍
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 合适的C、N比
100∶0.2～2.0
pH的要求
二、成分含量的确定
（一）、理论转化率与实际转化率
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。
实际转化率是指实际发酵过程中转化率的大小
如何使实际转化率接近于理论转化是发酵控制的一个 目标
A、抗生素发酵
酵
B、维生素发酵
C、氨基酸发
D、液体发酵
1. 工业发酵的发展经历了以下几个阶段： 、 、 、 、和 （天然发酵阶段、纯培养技术的建立、通 气搅拌发酵技术的建立、代谢控制发酵技 术的建立、开拓新型发酵原料时期、基因 工程段。） 2.制备淀粉水解糖的方法有 和 。 、