(精选)发酵工程第三章培养基
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第三章发酵工程与食品产业第四节 菌种的活化与扩大培养
2. 种子罐级数的确定
依据: 依据 菌种的性质和菌体生长速度及发酵设备的合理应用 种子制备目的: 形成一定数量和质量的菌体。 种子制备目的 形成一定数量和质量的菌体。 发酵的目的: 发酵的目的 获得大量的发酵产物 并达到一定生长阶段后形成的， 产物是在菌体大量形成 并达到一定生长阶段后形成的， 需要在大型发酵罐内才能进行。 需要在大型发酵罐内才能进行。同时若干发酵产物的产生 菌其不同生长阶段对营养和培养条件的要求有差异。因此， 菌其不同生长阶段对营养和培养条件的要求有差异。因此，将 两个目的不同、 两个目的不同、工艺要求有差异的生物学过程放在一个大罐 内进行，既影响发酵产物的产量，又会造成动力和设备的浪费。 内进行，既影响发酵产物的产量，又会造成动力和设备的浪费。
2.2 生产车间种子制备
1.种子罐种子制备 种子罐种子制备 种子罐种子制备的工艺过程，因菌种不同而异，一般 种子罐种子制备的工艺过程，因菌种不同而异， 可分为一级种子、二级种子和三级种子的制备。 可分为一级种子、二级种子和三级种子的制备。 1) 孢子 或摇瓶菌丝)被接入到体积较小的种子罐中，经培 孢子(或摇瓶菌丝 被接入到体积较小的种子罐中 或摇瓶菌丝 被接入到体积较小的种子罐中， 养后形成大量的菌丝，这样的种子称为一级种子. 养后形成大量的菌丝，这样的种子称为一级种子 把一级种子转入发酵罐内发酵，称为二级发酵。 把一级种子转入发酵罐内发酵，称为二级发酵。 2) 如果将一级种子接入体积较大的种子罐内，经过培养形 如果将一级种子接入体积较大的种子罐内， 成更多的菌丝，这样制备的种子称为二级种子. 成更多的菌丝，这样制备的种子称为二级种子 将二级种子转入发酵罐内发酵，称为三级发酵。 将二级种子转入发酵罐内发酵，称为三级发酵。 同样道理，使用三级种子的发酵，称为四级发酵。 同样道理，使用三级种子的发酵，称为四级发酵。
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。
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
1）接种龄：接种龄是指种子罐中培养的菌丝体开始移入下一级种子罐或发酵罐时的培养时间。
2）接种量：指移入的种子液体积和接种后培养液体积的比例。
临界溶解氧浓度：指不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度。
3）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。
4）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。
5）淀粉糊化：指淀粉受热后，淀粉颗粒膨胀，晶体结构消失，互相接触变成糊状液体，即使停止搅拌，淀粉也不会再沉淀的现象。
6）呼吸强度：单位时间内单位重量的细胞所消耗的氧气，mmol O2·g菌-1·h-17）摄氧率（耗氧速率）：单位时间内单位体积的发酵液所需要的氧量。
mmol O2·L-1·h-1。
1) 生物反应器过程的多尺度理论指的是哪三个尺度？答：分子尺度、细胞尺度、反应器尺度2）发酵产品生产中尾气分析包括哪些内容？尾气分析仪器主要有哪些？答：尾气CO2的测量和尾气氧的测定，分别采用不分光红外线二氧化碳测定仪（简称IR）和热磁氧分析仪来测定3 ）推导单级连续培养过程达到稳定状态时比生长速率与稀释率的关系式µ = D答：单级连续培养是指一边补入新鲜料液一边放出等量的发酵液，使发酵罐内的体积维持恒定。
达到稳态后，整个过程中菌的浓度，产物浓度，限制性基质浓度都是恒定的。
即比生长速率与稀释率的关系式µ = D。
1 大多数微生物发酵过程在通气条件下容易形成泡沫，对泡沫的控制和消除通常采用的措施有哪些？答：泡沫的控制，可以采用三种途径：①调整培养基中的成分(如少加或缓加易起泡的原材料)或改变某些物理化学参数(如pH值、温度、通气和搅拌)或者改变发酵工艺(如采用分次投料)来控制，以减少泡沫形成的机会。
发酵培养基及其制备
糖蜜（ molasses ）
四. 前体物质、促进剂、抑制剂 前体（precursor）：指某些化合物加入到培养基中，能直接被 微生物在生物合成过程中结合到产物中去，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。 e.g. 青霉素发酵中加玉米浆（corn steep liquor），发酵单位 （ fermentation titer unit）由20g/ml提高到100 g/ml 。 玉米浆中含有苯乙胺，它被优先结合到青霉素分子中去，从而 提高产量。
苯乙酸及衍生物 苯氧乙酸 氯化物 肌醇、精氨酸 丙酸、丙醇
实际生产中需根据具体情况，抓主要环节。使其即满足 细胞的营养要求，又能获得优质高产的的产品，同时也符合 增产节约，因地制宜的原则。
发酵培养基的主要作用是为了获得预期的产物，应根据 产物特点来设计培养基。
发酵培养基必须提供微生物生长繁殖和产物合成所需的 碳源、氮源、无机元素、生长因子、水和氧气等。
对于大规模发酵生产，除考虑上述细胞的需要外，还必 须重视培养基原料的价格和来源。
C/N随碳水化合物及氮源的种类以及通气搅拌等条件而异，很 难确定统一的比值。
Q：谷氨酸发酵的碳氮比为什么与其它发酵工业不同？
3．要注意生理酸性盐、生理碱性盐和pH缓冲剂的加入和搭 配。
生理酸性盐：如(NH4)2SO4为氮源时，由于NH4+被吸收，而造 成培养基pＨ降低。
生理碱性盐：如以KNO3为氮源时，由于硝酸根被利用，会引 起培养基pＨ值的升高。
青霉素的理论得率为每克葡萄糖得1.1克青霉素G． 在确定培养基碳源数量时，还应考虑用于菌体生长所需的 消耗及碳源的来源、加工方法和有效成分的含量。 制备培养基，也应考虑水分。 培养基用量大，应就地就近选用廉价原料。 e．g． Lys 发酵培养基的碳源由山芋淀粉改为山芋粉，成 本降低15％。山芋粉中还有生物素、镁盐等。
四. 前体物质、促进剂、抑制剂 前体（precursor）：指某些化合物加入到培养基中，能直接被 微生物在生物合成过程中结合到产物中去，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。 e.g. 青霉素发酵中加玉米浆（corn steep liquor），发酵单位 （ fermentation titer unit）由20g/ml提高到100 g/ml 。 玉米浆中含有苯乙胺，它被优先结合到青霉素分子中去，从而 提高产量。
苯乙酸及衍生物 苯氧乙酸 氯化物 肌醇、精氨酸 丙酸、丙醇
实际生产中需根据具体情况，抓主要环节。使其即满足 细胞的营养要求，又能获得优质高产的的产品，同时也符合 增产节约，因地制宜的原则。
发酵培养基的主要作用是为了获得预期的产物，应根据 产物特点来设计培养基。
发酵培养基必须提供微生物生长繁殖和产物合成所需的 碳源、氮源、无机元素、生长因子、水和氧气等。
对于大规模发酵生产，除考虑上述细胞的需要外，还必 须重视培养基原料的价格和来源。
C/N随碳水化合物及氮源的种类以及通气搅拌等条件而异，很 难确定统一的比值。
Q：谷氨酸发酵的碳氮比为什么与其它发酵工业不同？
3．要注意生理酸性盐、生理碱性盐和pH缓冲剂的加入和搭 配。
生理酸性盐：如(NH4)2SO4为氮源时，由于NH4+被吸收，而造 成培养基pＨ降低。
生理碱性盐：如以KNO3为氮源时，由于硝酸根被利用，会引 起培养基pＨ值的升高。
青霉素的理论得率为每克葡萄糖得1.1克青霉素G． 在确定培养基碳源数量时，还应考虑用于菌体生长所需的 消耗及碳源的来源、加工方法和有效成分的含量。 制备培养基，也应考虑水分。 培养基用量大，应就地就近选用廉价原料。 e．g． Lys 发酵培养基的碳源由山芋淀粉改为山芋粉，成 本降低15％。山芋粉中还有生物素、镁盐等。
微生物工程--第3章-发酵工业的培养基及原料处理可编辑全文
加热
维持
加压灭菌法
连续加压灭菌法优点
①因采用高温瞬时灭菌，故既可杀灭微生物，又可最大 限度减少营养成分的破坏，从而提高了原料的利用率， 比“实罐灭菌”（120℃，30分钟）提高产量5～10％；
②由于总的灭菌时间较分批灭菌明显减少，所以缩短了 发酵罐的占用周期，从而提高了它的利用率；
③由于蒸汽负荷均匀，故提高了锅炉的利用率； ④适宜于自动化操作； ⑤降低了操作人员的劳动强度。
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。
常用的孢子培养基有：麸皮培养基、小 米培养基、大米培养基、玉米碎屑培养基等。
它们含氮量低，疏松、表面积有摇瓶种子和种子罐用的种子培养基等。对种 子培养要求做到纯种、健壮、活力旺盛，并有足 够的数量，以满足下一级菌种生长繁殖需要。
葡萄糖值（DE）98以上
含非发酵性糖、NaCl等杂质， 糖化液纯度高，易于精制 精制较难
糖化液具苦味，色深 高温、高压 淀粉浆浓度低 收率较低，成本较高
糖化液不具苦味，色浅 常温、常压 淀粉浆浓度高 收率比酸法提高10％，成本 降低10％
长时间多次结晶，才能制得 可一次结晶制得纯葡萄糖 纯葡萄糖
废液利用率低 酸用量少，糖化时间短
对这种培养基的要求是能够使菌体长得快 而健壮，而且不易引起菌种变异。
一般斜面培养基中碳源和氮源含量不 宜过多，特别是碳源，多了会引起pH波动， 无机盐浓度也要控制适当，以免影响菌种 特性。
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:
（二）消毒（disinfection）
【发酵工程】第三章 发酵培养基3
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
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
（
）
第一节第一节发酵培养基的要求和种类发酵培养基的要求和种类第二节第二节发酵培养基的成分及来源发酵培养基的成分及来源第三节第三节发酵培养基的设计原理与优化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来源有机氮源和无机氮源二氮源1作用2来源三无机盐及微量元素糖类油脂有机酸烃和醇类四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
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。
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。
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3 发酵工业培养基设计
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。
发酵培养基的作用：
➢ 满足菌体的生长 ➢ 促进产物的形成
工业微生物发酵培养基的共性
单位培养基能够产生最大量的目的产物； 能够使目的产物的合成速率最大； 能够使副产物合成的量最少； 所采用的培养基应该质量稳定、价格低廉、
再它们必须水解成单糖后才能被吸收利用。因此所用微生物必须能 够分泌水解淀粉、糊精的胞外酶。
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(2) 油和脂肪 在培养基中糖类物质缺乏或微生物生长的某一阶段，
许多微生物可以利用脂类作为碳源和能源生长。许多 霉菌和放线菌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，在有氧时， 进一步氧化成CO2和H2O，并释放出大量的能量。 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。
(1) 糖类：发酵培养基中Fra bibliotek用最广泛的碳源。
纯糖
天然原料
单糖：葡萄糖、木糖 糖 蜜 类：甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜
双糖：蔗糖、麦芽糖、 糖 类：麦芽汁
乳糖
淀粉质类：山芋粉、马铃薯粉、
多糖：淀粉、糊精
玉米粉、燕麦粉、
及其水解液
木薯粉
速效碳源
其 、
碳源物质的易利用顺序：
它：纤维素水解液、乳清 迟效碳源
(单)葡萄糖→ (双)蔗糖、麦芽糖、乳糖→ (多)糊精→淀粉
尽量减少副产物的形成，便于产物的分离 纯化，并尽可能减少产生“三废”物质；
原料价格低廉，质量稳定，取材容易； 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。
3.2 培养基的成工分业及生功产能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
一. 碳源
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。
7
葡萄糖是工业发酵中最常用的单糖，它是由淀 粉加工制备的，有固体粉状和葡萄糖糖浆两种 产品形式。
葡萄糖是碳源中最容易利用的单糖，所以常作 为培养基的主要成分，并且也作为促进细胞快 速生长的一种有效的糖类物质。
它被广泛用于抗生素、氨基酸、有机酸、多糖、 甾体转化等发酵产品的生产中。
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但葡萄糖过多会加速菌体的呼吸，在通气不足、 溶解氧不能满足需要的情况下，其代谢中间产物 如丙酮酸、乳酸、乙酸等不完全氧化而积累在菌 体或培养基中，会导致培养基的pH值下降，影响 某些酶的活性，从而抑制微生物的生长和产物的 合成。
易于长期获得； 所采用的培养基尽量不影响工业发酵中通
气搅拌性能以及发酵产物的后期处理。
3.1 发酵工业培养基的基本要求
必须提供合成微生物细胞和发酵产物的基 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；
用物于的构生成长微繁生殖物和细代胞谢对称和活于为代动异双谢提养功产供微能物能生营中源物养碳。，物素碳。的源来又源兼，做并能为源微，生 主要功能
提供微生物生长繁殖所需的能源；
提供微生物合成菌体的碳成分；
提供合成目的产物的碳成分。
工业生产常用的碳源：
糖类、油脂、有机酸、醇和碳氢化合物等。
如碳源贫乏时，蛋白质水解物或氨基酸等也被作为碳 源使用。
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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
后来在许多微生物学的试验中发现，碳分解产物 的阻抑作用普遍存在于微生物的生化代谢中。
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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。
糖蜜是制糖生产时的结晶后母液，是制糖工业 的副产物，主要含蔗糖(总糖含量可达50％～75 ％)、氮素、无机盐和维生素等营养物质，是微 生物发酵培养基价廉物美的碳源。常用在酵母 和丙酮、丁醇的生产中，在酒精生产中，糖蜜 代替甘薯粉，可以省去糖化工序，简化了生产 工艺。
糊精、淀粉及其水解液等多糖是仅次于葡萄糖的常用碳源，尤其是 淀粉克服葡萄糖代谢过快的弊病，价格也比较低廉。
玉米淀粉及其水解液多用于抗生素、核苷酸、氨基酸、酶制剂等发 酵；小麦淀粉、燕麦淀粉和甘薯淀粉等常在有机酸、醇等发酵中使 用。
另淀粉有直链淀粉和支链淀粉之分，在培养基中用量较大时，发酵 液比较稠，一般>2.0%时要加入一定的α-淀粉酶先行水解。
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(3) 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：
葡萄糖还会引起葡萄糖效应，阻遏微生物利用其 他的糖。
由于葡萄糖等快速利用的糖对产物合成有调节作 用，应控制其浓度，一般是将其和缓慢利用的多 糖组成混合碳源，即有利于菌体生长又有利于产 物形成。
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葡萄糖效应
“葡萄糖效应”是研究大肠杆菌利用各种不同混合碳源 的时发现的碳分解产物的阻抑作用。当大肠杆菌培养 于含有葡萄糖和乳糖的培养基中，菌体出现两次生长 旺盛期。
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葡萄糖效应
这是大肠杆菌首先利用葡萄糖进行生长繁殖，在 葡萄糖耗尽后，过一段时间菌体才开始利用乳糖 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 加入乳糖酶诱导物，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。
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。
发酵培养基的作用：
➢ 满足菌体的生长 ➢ 促进产物的形成
工业微生物发酵培养基的共性
单位培养基能够产生最大量的目的产物； 能够使目的产物的合成速率最大； 能够使副产物合成的量最少； 所采用的培养基应该质量稳定、价格低廉、
再它们必须水解成单糖后才能被吸收利用。因此所用微生物必须能 够分泌水解淀粉、糊精的胞外酶。
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(2) 油和脂肪 在培养基中糖类物质缺乏或微生物生长的某一阶段，
许多微生物可以利用脂类作为碳源和能源生长。许多 霉菌和放线菌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，在有氧时， 进一步氧化成CO2和H2O，并释放出大量的能量。 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。
(1) 糖类：发酵培养基中Fra bibliotek用最广泛的碳源。
纯糖
天然原料
单糖：葡萄糖、木糖 糖 蜜 类：甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜
双糖：蔗糖、麦芽糖、 糖 类：麦芽汁
乳糖
淀粉质类：山芋粉、马铃薯粉、
多糖：淀粉、糊精
玉米粉、燕麦粉、
及其水解液
木薯粉
速效碳源
其 、
碳源物质的易利用顺序：
它：纤维素水解液、乳清 迟效碳源
(单)葡萄糖→ (双)蔗糖、麦芽糖、乳糖→ (多)糊精→淀粉
尽量减少副产物的形成，便于产物的分离 纯化，并尽可能减少产生“三废”物质；
原料价格低廉，质量稳定，取材容易； 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。
3.2 培养基的成工分业及生功产能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
一. 碳源
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。
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葡萄糖是工业发酵中最常用的单糖，它是由淀 粉加工制备的，有固体粉状和葡萄糖糖浆两种 产品形式。
葡萄糖是碳源中最容易利用的单糖，所以常作 为培养基的主要成分，并且也作为促进细胞快 速生长的一种有效的糖类物质。
它被广泛用于抗生素、氨基酸、有机酸、多糖、 甾体转化等发酵产品的生产中。
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但葡萄糖过多会加速菌体的呼吸，在通气不足、 溶解氧不能满足需要的情况下，其代谢中间产物 如丙酮酸、乳酸、乙酸等不完全氧化而积累在菌 体或培养基中，会导致培养基的pH值下降，影响 某些酶的活性，从而抑制微生物的生长和产物的 合成。
易于长期获得； 所采用的培养基尽量不影响工业发酵中通
气搅拌性能以及发酵产物的后期处理。
3.1 发酵工业培养基的基本要求
必须提供合成微生物细胞和发酵产物的基 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；
用物于的构生成长微繁生殖物和细代胞谢对称和活于为代动异双谢提养功产供微能物能生营中源物养碳。，物素碳。的源来又源兼，做并能为源微，生 主要功能
提供微生物生长繁殖所需的能源；
提供微生物合成菌体的碳成分；
提供合成目的产物的碳成分。
工业生产常用的碳源：
糖类、油脂、有机酸、醇和碳氢化合物等。
如碳源贫乏时，蛋白质水解物或氨基酸等也被作为碳 源使用。
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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
后来在许多微生物学的试验中发现，碳分解产物 的阻抑作用普遍存在于微生物的生化代谢中。
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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。
糖蜜是制糖生产时的结晶后母液，是制糖工业 的副产物，主要含蔗糖(总糖含量可达50％～75 ％)、氮素、无机盐和维生素等营养物质，是微 生物发酵培养基价廉物美的碳源。常用在酵母 和丙酮、丁醇的生产中，在酒精生产中，糖蜜 代替甘薯粉，可以省去糖化工序，简化了生产 工艺。
糊精、淀粉及其水解液等多糖是仅次于葡萄糖的常用碳源，尤其是 淀粉克服葡萄糖代谢过快的弊病，价格也比较低廉。
玉米淀粉及其水解液多用于抗生素、核苷酸、氨基酸、酶制剂等发 酵；小麦淀粉、燕麦淀粉和甘薯淀粉等常在有机酸、醇等发酵中使 用。
另淀粉有直链淀粉和支链淀粉之分，在培养基中用量较大时，发酵 液比较稠，一般>2.0%时要加入一定的α-淀粉酶先行水解。
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(3) 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：
葡萄糖还会引起葡萄糖效应，阻遏微生物利用其 他的糖。
由于葡萄糖等快速利用的糖对产物合成有调节作 用，应控制其浓度，一般是将其和缓慢利用的多 糖组成混合碳源，即有利于菌体生长又有利于产 物形成。
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葡萄糖效应
“葡萄糖效应”是研究大肠杆菌利用各种不同混合碳源 的时发现的碳分解产物的阻抑作用。当大肠杆菌培养 于含有葡萄糖和乳糖的培养基中，菌体出现两次生长 旺盛期。
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葡萄糖效应
这是大肠杆菌首先利用葡萄糖进行生长繁殖，在 葡萄糖耗尽后，过一段时间菌体才开始利用乳糖 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 加入乳糖酶诱导物，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。