发酵培养基优化方法与策略
枯草芽孢杆菌发酵培养基的优化
枯草芽孢杆菌发酵培养基优化作者姓名专业指导教师姓名专业技术职务目录摘要 (1)ABSTRACT (2)第一章绪论 (3)1.1枯草芽孢杆菌简介 (3)1.2枯草芽孢杆菌的应用 (3)1.2.1枯草芽孢杆菌在工业酶生产中的应用 (3)1.2.2枯草芽孢杆菌在生物防治领域中的应用 (3)1.2.3枯草芽孢杆菌在微生物添加剂领域中的应用 (4)1.2.4 枯草芽孢杆菌在医药方面的应用 (4)1.2.5 枯草芽孢杆菌在水产中的应用 (4)1.2.6枯草芽孢杆菌是微生物学与分子生物学研究的良好试验材料 (5)1.2.7枯草芽孢杆菌在环境保护方面的应用 (5)1.3 国内外的研究现状与发展趋势 (6)1.4研究的思路、目的及意义 (7)第二章材料与方法 (7)2.1实验材料 (7)2.1.1 菌株鉴定 (7)2.1.2 培养基 (7)2.1.3 主要设备 (8)2.2 培养基的优化 (9)2.2.1 培养方法 (9)2.2.2实验流程 (9)2.2.3实验方法 (10)2.2.4正交试验 (11)第三章结果和分析 (11)3.1 鉴定结果如下 (11)3.2 枯草芽孢杆菌最优化培养基正交实验结果 (16)3.3 pH变化曲线（以G18为例） (19)3.4 实验总结 (25)致谢 (27)摘要枯草芽孢杆菌是主要的饲用益生菌菌株，本论文以两株枯草芽孢杆菌G18和G21培养的延滞期和倍增时间为评价指标，通过三角瓶摇床培养，进行了两因素三水平的正交试验，对发酵培养基主要组分进行了优化，豆粕处理的蛋白酶加量2u/g 豆粕、5u/g豆粕、10u/g豆粕和玉米浆添加量0.5%、1.0% 、1.5% 做两个因素三水平的正交实验，研究表明：G18最佳培养基是：葡萄糖0.5%，淀粉3%，豆粕3%，玉米浆1.0%，破壁酵母0.5%，磷酸氢二钠0.2%，硫酸镁0.1%，硫酸锰0.01%，普通a淀粉酶2u/g淀粉，蛋白酶添加量10u/g豆粕。
酵母菌发酵培养基优化要点
❖ 本实验以菌体生物量为指标，用四因素三水 平的正交试验确定酵母菌的最优培养基。
实验步骤
一、培养基的配制
1.将葡萄糖、蔗糖、酵母提取粉、KH2PO4作为培养基的主要 影响因素，每一因素设定3个水平，进行四因素三水平的正交 试验，试验设计如表1
因素水平 A葡萄糖 /%
1
1.0
2
2.0
3
3.0
表1 正交试验表设计
(X1+X2+X3)/3 (X4+X5+X6)/3 (X7+X8+X9)/3
K最大- K最小
B
1 2 3 1 2 3 1 2 3
(X1+X4+X7)/3 (X2+X5+X8)/3 (X3+X6+X9)/3
K最大- K最小
C
1 2 3 3 1 2 2 3 1
(X1+X5+X9)/3 (X2+X6+X7)/3 (X3+X4+X8)/3
1(1.0)
1(0)
1(1.0)
2(1)
1(1.0)
3(2)
2(2.0)
1(0)
2(2.0)
2(1)
2(2.0)
3(2)
3(3.0)
1(0)
3(3.0)
2(1)
3(3.0)
3(2)
C酵母提 取粉/%
1(0.5) 2(1) 3(1.5) 2(1) 3(1.5) 1(0.5) 3(1.5) 1(0.5) 2(1)
C酵母提取 D KH2PO4
粉/%
/%
1(0.5)
1(0.5)
2(1)
2(1)
3(1.5)
培养基优化方法
方法一：LB培养基、平板保存的工程菌HB101/pJJ－rhIFNα2B、Amp、酵母提取物、蛋白胨、10×SAE、100×MgCl2、100×TES、Tris、HCl10×SAE配方(1L)：KH2PO410g、K2HPO4·3H2O52.4g、NH4Cl10g、K2SO426g100L【步骤】种子制备：1、取100mLLB培养基加入到一无菌的500ml三角形中，同时加入100μl100mg/ml的Amp。
2、接种甘油管保存的工程菌HB101/pJJ/rhIFNα-2b100μl，使工程菌分散于培养液中。
3、盖好试管，在摇床上以220rpm的速度，于37℃培养至对数中期（约5小时）上罐准备：1、配置500ml10×SAE2、配置发酵培养基(3L)称取胰蛋白胨30g，酵母提取物90g，加入2.64L去离子水，搅拌溶解后加入300ml 10×SAE、30ml100×MgCl2、30ml100×TES。
3、将培养基加入到5L发酵罐，插入pH、溶氧电极和温度探头，装上空气过滤膜，包扎好后放入灭菌锅中，同时放入一瓶250ml30%磷酸（调pH用），于1.05kg/cm2高压下蒸汽灭菌30min。
4、待灭菌结束后，将发酵罐放在冷却底座上，开启发酵罐控制系统，联接好冷凝水、空气线路。
5、控制pH=7.4，在转速650r/m、通气量3L/min 定D.O.为100％于自动控制发酵罐上37℃发酵22小时。
6、当培养基温度冷却到37℃后，接入制备好的种子7、从接种完时刻起，每两小时取适当量样品，其中取1ml用于测菌体浓度（A600nm）；另取1ml加入到一称过重ep管中，12000rpm离心，小心取出900μl上清用作测菌体浓度的空白，甩干后再次称重，计算菌体湿重，按每8.3mg菌体湿重加入300μL水重悬菌体，冻于-20℃备用。
酵母菌发酵培养基的优化
酵母菌可以利用多种碳源，如糖、糖蜜、淀粉等，其中葡萄糖是最常用的碳源， 因为其易得且能够快速被酵母菌利用。在优化培养基时，可以根据实际需求选 择合适的碳源及其浓度。
氮源
总结词
氮源是酵母菌发酵培养基中必不可少的成分，用于合成蛋白质、核酸等细胞成分 。
详细描述
酵母菌可以利用多种氮源，如氨、尿素、氨基酸等。在选择氮源时，需要考虑其 适用性和成本效益。在某些情况下，添加适量的氨或尿素可以促进酵母菌的生长 和代谢。
研究结论
优化后的培养基能够显著提高 酵母菌的发酵效率和产物产量， 降低生产成本。
通过实验对比，优化后的培养 基在营养成分、pH值、渗透压 等方面均表现出更好的性能。
优化过程中采用的单因素实验 和正交实验方法为培养足与展望
1
尽管本研究取得了一定的成果，但仍需进一步探 究不同酵母菌种的最佳培养条件和营养需求。
正交实验法
总结词
通过设计正交表，对多个因素进行同时调整，以找出最优组合。
详细描述
正交实验法是一种高效且科学的方法，通过设计正交表，对多个因素进行同时调整，以找出最优组合。这种方法 可以同时考虑多个因素对酵母菌生长的影响，避免了单因素实验的片面性，提高了实验效率和准确性。
响应面法
总结词
通过构建数学模型，描述酵母菌生长与培养 基成分之间的关系，并找出最优解。
结果讨论
本实验通过添加不同种类的营养物质，发现 葡萄糖、蛋白胨和酵母提取物对酵母菌的生 长具有促进作用。
在实际生产中，可以根据需要选择合适的营 养物质配比，以达到最佳的酵母菌发酵效果 。
本实验结果可为酵母菌发酵培养基的优化提 供一定的参考依据，有助于提高酵母菌发酵 产物的产量和质量。
05
生物发酵过程的优化与控制研究
生物发酵过程的优化与控制研究生物发酵技术作为现代生物技术的重要组成部分，在医药、食品、化工等众多领域发挥着关键作用。
然而，要实现高效、稳定且优质的生物发酵过程，对其进行优化与控制至关重要。
生物发酵过程是一个复杂的动态系统，涉及微生物的生长、代谢、产物合成等多个环节。
在这个过程中，各种因素相互影响，如培养基成分、温度、pH 值、溶氧浓度等。
因此，深入理解这些因素的作用机制，并采取有效的优化与控制策略，是提高发酵效率和产品质量的关键。
培养基成分的优化是生物发酵过程中的基础环节。
培养基为微生物的生长和代谢提供了必要的营养物质。
不同的微生物对营养物质的需求存在差异，因此需要根据具体的发酵菌株和目标产物来确定培养基的配方。
例如，碳源、氮源的种类和浓度会直接影响微生物的生长速度和代谢途径。
葡萄糖通常是一种常用的碳源，但过高的葡萄糖浓度可能会导致代谢抑制。
氮源的选择也十分重要，有机氮源和无机氮源的比例需要合理调配，以满足微生物的生长和产物合成需求。
此外，还需要考虑微量元素和生长因子的添加，它们虽然需求量较少，但对微生物的正常生理功能起着不可或缺的作用。
温度是影响生物发酵过程的重要环境因素之一。
不同的微生物都有其最适生长温度范围。
在这个范围内，微生物的生长速度和代谢活性较高。
如果温度过低，微生物的生长和代谢会减缓；而温度过高则可能导致蛋白质变性、酶失活等问题，从而影响微生物的生存和产物合成。
例如，在青霉素发酵过程中，前期需要较低的温度以促进菌丝生长，后期则需要提高温度来刺激青霉素的合成。
因此，根据发酵的不同阶段精确控制温度，对于提高发酵效率和产品质量具有重要意义。
pH 值对生物发酵过程的影响同样不可忽视。
微生物的生长和代谢活动对 pH 值有一定的要求。
pH 值的变化会影响细胞膜的通透性、酶的活性以及营养物质的吸收和利用。
大多数微生物在中性或微酸性环境中生长良好，但有些特殊的微生物可能适应更极端的 pH 值条件。
培养基的优化策略
培养基的优化策略1试验设计在工业化发酵生产中，发酵培养基的设计是十分重要的，因为培养基的成分对产物浓度、菌体生长都有重要的影响。
实验设计方法发展至今可供人们根据实验需要来选择的余地也很大。
1.1单因素法（One at a time）单因素方法的基本原理是保持培养基中其他所有组分的浓度不变，每次只研究一个组分的不同水平对发酵性能的影响。
这种策略的优点是简单、容易，结果很明了，培养基组分的个体效应从图表上很明显地看出来，而不需要统计分析。
这种策略的主要缺点是：忽略了组分间的交互作用，可能会完全丢失最适宜的条件；不能考察因素的主次关系；当考察的实验因素较多时，需要大量的实验和较长的实验周期。
但由于它的容易和方便，单因素方法一直以来都是培养基组分优化的最流行的选择之一。
1.2正交实验设计（Orthogonal design）正交设计就是从“均匀分散、整齐可比”的角度出发，是以拉丁方理论和群论为基础，用正交表来安排少量的试验，从多个因素中分析出哪些是主要的，哪些是次要的，以及它们对实验的影响规律，从而找出较优的工艺条件。
石炳兴等利用正交实验设计优化了新型抗生素AGPM 的发酵培养基，结果在优化后的培养基上单位发酵液的活性比初始培养基提高了18.9倍。
正交实验不能在给出的整个区域上找到因素和响应值之间的一个明确的函数表达式即回归方程，从而无法找到整个区域上因素的最佳组合和响应值的最优值。
而且对于多因素多水平试验，仍需要做大量的试验，实施起来比较困难。
1.3均匀设计 (Uniform design)均匀设计是我国数学家方开泰等独创的将数论与多元统计相结合而建立起来的一种试验方法。
这一成果已在我国许多行业中取得了重大成果。
均匀设计最适合于多因素多水平试验，可使试验处理数目减小到最小程度，仅等于因素水平个数。
虽然均匀设计节省了大量的试验处理，但仍能反映事物变化的主要规律。
1.4全因子实验设计(Full factorial design)在全因子设计中各因素的不同水平间的各种组合都将被实验。
微生物发酵过程优化方案
发酵设备的改进
设备升级
采用先进的发酵设备和技术，如自动化控制系统、高效搅拌器等， 以提高发酵过程的效率和稳定性。
设备维护
定期对发酵设备进行维护和保养，确保设备的正常运行和延长使用 寿命。
设备创新
鼓励技术创新和设备改造，以适应不同微生物发酵过程的需求和提高 生产效率。
PART 05
微生物发酵过程优化的实 验设计
添加适量的无机盐，如磷酸盐、硫酸盐等，以维持微 生物的正常生理功能。
发酵工艺的优化
接种量控制
根据微生物的生长速度和发酵周期，合理控制接种量，以确保发 酵过程的顺利进行。
发酵时间调整
根据微生物的生长曲线和产物合成动力学，优化发酵时间，以获得 最大的产物产量。
发酵过程监控
实时监测发酵过程中的关键参数，如pH值、溶氧、温度等，以便 及时调整工艺条件。
发酵条件控制
优化温度、pH值、溶氧等发酵参数，提高发酵效率和产物质量。
代谢调控
通过添加代谢调节剂或改变代谢途径，提高目标产物的产量和纯度。
酶制剂生产的优发酵工艺优化
调整培养基成分和发酵条件，提高酶的表达 量和活性。
基因工程改造
通过基因重组、定点突变等技术手段提高酶 的催化活性、稳定性和特异性。
微生物发酵过程优化 方案
汇报人：停云
2024-01-15
REPORTING
• 引言 • 微生物发酵过程概述 • 微生物发酵过程的影响因素 • 微生物发酵过程的优化策略 • 微生物发酵过程优化的实验设计 • 微生物发酵过程优化的应用实例 • 总结与展望
目录
PART 01
引言
REPORTING
WENKU DESIGN
拓展应用领域
顶头孢霉菌发酵培养基优化及发酵工艺改进
顶头孢霉菌发酵培养基优化及发酵工艺改进摘要：从头孢菌素被发现以后，就在临床实践过程中展现了较强的价值和作用。
我国头孢菌素C生产规模巨大，但和国际先进水平相比，技术方面存在不小差距。
头C（cephalosprin C）发酵生产中，原材料成本所占比例很大，加之最近两年原材料价格持续上扬，所以原材料成本已成为降低头C钠盐生产成本的瓶颈。
在头C生产中，原料成本占生产成本的60%左右，而发酵原材料占整个原材料成本的45%左右。
本项目的目标是对发酵培养基的氮源、无机盐实施优化，改进发酵工艺，加大补料工艺建设，节省动力，降低染菌率，降低生产成本。
关键词:发酵培养基;发酵工艺;改进一、引言抗性小、毒性小的头孢菌素类药物，在临床实践的历程中占据了重要地位和作用。
尤其是市场中抗生素需求的增加，展现了较好的发展前景。
在头孢菌素C的工业化生产中，豆油发酵利用率低，还带来了很多的浪费与污染。
企业为了发展，要不断的创造利润，优化工艺，最大限度满足现代化市场需求。
此时，要从菌种、染菌、耗油量、生产不稳定、补料工艺复杂、发酵液粘度高、副产物高等问题中，合理整合内容[1]。
在原有发酵培养基及工艺的基础上，找出适合工业化生产发酵培养基配方与工艺。
提高产量，最大限度降低产物含量，为后续的生产提供基础准备。
二、发酵培养基优化及发酵工艺改进（一）实验材料在这里选择的材料是产黄顶头孢霉，使用的主要设备是实验室PH 计、台式离心机、显微镜等。
实验设备三联罐和中试放大实验设备5T发酵罐中，相关人员要积极分析中试离线检测的发酵工艺参数。
培养基主要是斜面培养基、一级种子培养基、二级种子培养基、发酵培养基、补料培养基等几个类型[2]。
（二）实验方法中试实验方法是一个较为复杂的过程，要结合发酵工艺对发酵设备实施改造。
完成一级种子的培养，二级种子工艺优化。
在5 T发酵罐进行放大实验，之后每隔24 h取一次样直到培养结束，30 h后开始测发酵液效价，直至发酵结束。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
C 发酵培养基
---发酵培养基是供菌体生长、繁殖和 合成产物 之用。
要求 ① 培养基能够满足产物合成的需要。 ② 培养基的原料应因地制宜，价格低廉；质量稳定，资源
丰富，便于运输、仓藏。 ③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。 ④杂质少，发酵后所形成的副产物尽可能的少。
主要内容
? 1 微生物培养的类型与功能（分类) ? 2 发酵培养基的成分来源 ? 3 培养基优化策略 ? 4 实例
1 培养基类型与功能
? 微生物培养基 ：是指可供微生物细胞生长、繁殖 所需的一组营养物质和原料、以及其它所必须的 条件。
发酵培养基作用 （1 ） 满足菌体的生长、繁殖 （2 ） 促进产物的形成
廉物美的原料。 ? 因含有大量的胶质成分（起泡、结晶）、钙盐
（结晶）、生物素（发酵控制） ，在使用时， 常要进行 预处理。
2.1.2 油与脂肪
? 不少微生物能产生脂肪酶，在脂肪酶的作用下： ? 油与脂肪 ? 甘油+脂肪酸? CO2 + H2O ? 常用油脂有：豆油、菜油、猪油、鱼油、棉子油等。 ? 脂肪代谢需要更多的氧气，因此发酵时要供给比糖代
糖当量或葡萄糖值的意思，糖化液中还原糖含量（以葡萄 糖计）占干物质的百分率。是表示，淀粉的水解程度。
DE
?
还原糖含量 % 干物质含量 %
*100%
淀粉酶法水解生产葡萄糖 —杰能科公司
玉米淀粉 (30-35%, pH 6.0-6.5, Ca2+ 50 ppm)
液化Liquefaction Thermostable a -Amylase (105 °C, 5 min)
淀粉液化液 DE 10-15
糖化Saccharification ， Glucoamylase (60°C, pH 4.0-4.5, 24-72 h)
葡萄糖 glucose DE95-96
C 糖蜜
? 糖蜜：生产蔗糖时的结晶母液 , ? 糖蜜主要含有蔗糖，总糖可达 50%～75%。 ? 还含有氮化合物、无机盐、维生素、是一种价
? 大米和小米常用作霉菌孢子培养基，因它们含 氮少、疏松、表面积大，是较好的孢子培养基。 水分控制在 21％－25％。（手捏法）
B 种子培养基
? 种子培养基是供（孢子萌发）、菌体生长和大量 繁殖的培养基。
? 在种子扩培过程中，各级种子培养基的成分往往 不一样。 （种子培养基营养相对比较丰富）
? 最后一级的种子培养基的成分比较接近发酵培养 基。
谢更多的氧，否则脂肪酸的积累及有机酸的积累，会 引起pH下降。 ? 油脂类比较粘稠微生物采用脂肪作为碳源时，发酵液 易变粘稠。（油脂有消泡作用）
2.1.3 有机酸、醇
? 常用的有机酸有；乳酸、柠檬酸、乙酸等 ? 有机酸有利用常会使pH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。
2 发酵培养基的成分及来源
2.1 、碳源 2.2 、氮源 2.3 、无机盐及微量元素 2.4 、 生长因子、前体、产物促进剂
2 发酵培养基的成分及来源
2.1 、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
常用的碳源有糖类、油脂、有机酸和低碳醇。
CH 3COONa + O 2 ? 2CO 2 + H2O + NaOH
2.1.4 碳氢化合物
? 微生物能利用碳氢化合物， 如甲烷、乙烷、 烷烃。
? 各种微生物对各种碳源的利用情况不一样， 而且代谢途径也是不一样。
? 微生物多样性。
2.2 氮源
? 氮源主要用于构成细胞物质（氨基酸、蛋白质、 核酸等）和含氮代谢物。
? 玉米浆 Corn steep Liquor ? 玉米淀粉生产过程中的副产品 ? 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
1 培养基的类型及功能
（1）按纯度分类： --合成培养基 原料的化学成分明确、稳定。 ? 营养单一，质量稳定； ? 适合于研究菌种基本代谢和过程的物质变化
--天然培养基 ? 原料来源丰富 (大多为农副产品 )、价格低廉 ? 成分复杂、原料质量不稳定性，生产过程易波动
? （2）按状态分类
固体培养基 :适合于菌种和孢子的培养和保存，也广泛应 用于食用菌类生产，如香菇、白木耳等的生产。（ 1.62.0%的琼脂） 半固体培养基(软琼脂):琼脂用量为0.5% ～0.8% , 主 要用于微生物的鉴定、观察细菌运动特征。
2.1.1 糖类
? A 淀粉：
? 常用的淀粉有玉米淀粉、甘薯淀粉、小麦淀粉等， ? 微生物是不直接吸收淀粉的，一些微生物能要产生胞外淀粉
水解酶，把淀粉分解成葡萄糖，再进行利用。因此淀粉被利 用的速度相对较缓慢，
A 淀粉
? 膨胀：淀粉是一种亲水胶体，遇水加热后，水分子渗入淀粉 颗粒的内部，使淀粉分子的体积和重量增加，这种现象称为 膨胀。
? 糊化：在温水中，当淀粉颗粒无限膨胀形成均一的粘稠液体 的现象，称为淀粉的糊化。此时的温度称为糊化温度。
? 老化：糊化了的淀粉在室温或低于室温的条件下慢慢冷却， 经过一段时间，变得不透明，甚至凝结沉淀，这种现象称为 淀粉的老化。
B 葡萄糖
? 能被微生物快速利用， ? 淀粉水解制备（酶法）得到的。 ? DE值，是英文（dextrose equivalent）的缩写，是葡萄
液体培养基: 是发酵工业大规模常用的培养基。
（3）按用途分类
孢子培养基、种子培养基和发酵培养基 A 孢子培养基
要求：使菌体 茁壮生长，产生较多的优质孢子
基本配制要求： ⑴ 营养成分不能太丰富，尤其是有机氮。 ⑵ 合适的水分、 pH 和盐浓度
? 生产上常用孢子培养基 ： 麸皮、大米、小米培养基； 由葡萄糖、蛋白胨、牛肉膏和食盐等配制的琼 脂斜面培养基。
2.2.1 有机氮源--- 花生饼粉、豆饼粉、棉子饼、玉 米浆、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、鱼粉、蚕 蛹粉、尿素、废菌丝体和酒糟等。 Cl
2.2.2, 无机氮源 -- (NH 4) 2SO4 , NH4 Cl , NH4 NO3 , KNO 3, NaNO 3, NH 3
2.2.1 有机氮源
? 成分复杂 ：除了蛋白质、多肽、氨基酸外，还有 少量的糖、脂肪、无机盐、维生素等