发酵工业培养基及原料处理
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。
发酵工程重点
名词解释发酵工程：指利用微生物的生长繁殖和代谢活动来大量生产人们所需产品过程的理论和工程技术体系，是生物工程与生物技术学科的重要组成部分。
高通量筛选：是指将许多模型固定在各自不同的载体上，用机器人加样，培养后，用计算机记录结果，并进行分析，实现快速、准确、微量的筛选菌株的方法。
细胞工程育种：在细胞水平上对菌种进行操作，采用杂交、接合、转化和转导等遗传学方法，将不同菌种的遗传物质进行交换重组，使不同菌种的优良性状集中在重组体重，从而提高产量。
主要有杂交育种和原生质体融合育种。
杂交育种：指将两个基因型不同的菌株经吻合是遗传物质重新组合，从中分离筛选出具有新型性状的菌株。
营养缺陷性标记：微生物经诱变处理后产生的一种突变体，需要在培养基上添加一种特定的有机物才能很好的生存，为筛选该菌株而适当添加的遗传标记。
菌种退化：指生产菌种或选育菌种过程中筛选出来的较优良菌株，由于进行接种传代或保藏之后，群体中某些生理特征和形态特征逐渐减退或完全丧失的现象。
理论转化率：指理想状态下根据微生物的代谢途径进行物料衡算，得出转化率大小。
实际转化率：指发酵试验所得转化率的大小。
种子培养：指将冷冻干燥管、沙土管中处于休眠状态的工业菌种接入试管斜面活化后，再经过摇瓶及种子罐逐级扩大培养而获得一定数量的纯种的过程。
接种龄：指种子罐中培养的菌丝体转入下一级种子罐或发酵罐时的培养时间。
接种量：指移入的种子液体积和接种后培养液体积的比例。
表观得率：指对底物的总消耗而言的细胞得率。
理论得率：指仅用于细胞生长所消耗底物而言的细胞得率。
呼吸强度：指单位质量干菌体在单位时间内所吸取的氧量。
用Qo2表示。
耗氧速率：指单位体积培养液在单位时间内的耗氧量，也称摄氧量。
用γ表示。
高密度发酵：指工程菌在短时间内迅速分裂增殖，使菌体浓度迅速升高的过程。
重点部分：发酵工程技术的发展史1、1900年以前，自然发酵阶段。
酿造生产酒、醋等。
2、1900—1940，科赫建立微生物分离纯化和纯培养技术，创造了单细胞纯培养法。
4、第1章 第3节 发酵工程及其应用 讲义
第3节发酵工程及其应用一、发酵工程的基本环节发酵工程一般包括菌种的选育，扩大培养，培养基的配制、灭菌，接种，发酵，产品分离、提纯等方面。
1．选育菌种：性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得。
2．扩大培养：工业发酵罐的体积很大，接入的菌种总体积也较大，因此在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养。
3．配制培养基：在菌种确定之后，要选择原料制备培养基。
培养基的配方要经过反复试验才能确定。
4．灭菌：发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种。
一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。
因此，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。
5．接种：扩大培养的菌种和灭菌后的培养基加入发酵罐中。
大型发酵罐有计算机控制系统，能对发酵过程中的温度、pH、溶解氧、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等进行监测和控制。
6．发酵罐内发酵：在发酵过程中，要随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程。
还要及时添加必需的营养组分，要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件。
7．分离、提纯产物：如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后，采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥得到产品。
如果产品是代谢物，可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品。
二、发酵工程的应用1．在食品工业上的应用(1)生产传统的发酵产品，如酱油、各种酒类。
(2)生产各种各样的食品添加剂，如通过黑曲霉发酵制得的柠檬酸，由谷氨酸棒状杆菌发酵生产味精。
(3)生产酶制剂，如α淀粉酶、β淀粉酶、脂肪酶等。
2．在医药工业上的应用基因工程、蛋白质工程等的广泛应用给发酵工程制药领域的发展注入了强劲动力。
3．在农牧业上的应用(1)生产微生物肥料。
微生物肥料利用了微生物在代谢过程中产生的有机酸、生物活性物质等来增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长，常见的有根瘤菌肥、固氮菌肥等。
(2)生产微生物农药。
微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害的。
发酵工程习题
第一章发酵工程概述复习思考题1.发酵的传统概念与现代意义上的概念是指什么？2.发酵工程的概念是什么？3.试述微生物工业发酵的基本过程4.发酵工程与传统酿造化学工程相比有什么特点？5.试述微生物发酵技术发展历史过程中的特点。
6.分析发酵工程的一般特征，同时存在哪些不足？7.发酵工业中使用的发酵罐有什么特征？8.什么是气升式发酵罐，有什么优点？9.发酵过程的优化概念，目的，内容分别是什么？10.工业发酵常见的发酵方式有哪些？其中主流发酵方式是什么？为什么？11.什么是分批发酵和补料分批发酵？分析两种发酵方式各有什么优缺点？12.连续发酵的特点及不足有哪些?13.什么是固态发酵和混合发酵？14.什么是发酵工程的后处理？发酵工程后处理技术有什么要求？发酵液的特点？15.下游工程中的目的产物有什么特点？16.用图表示发酵工程下游技术的过程。
第二章微生物菌种选育复习思考题1.工业化菌种的要求有哪些？2.自然界分离微生物的一般操作步骤有哪些？3.从环境中分离目的微生物时，为何一定要进行富集？4.菌种选育分子改造的目的是什么？5.什么叫自然选育?自然选育在工艺生产中的意义是什么？6.什么是正突变？什么是负突变？什么是结构类似物？7.什么是诱变育种？常用的诱变剂有哪些？8.什么是种子的扩大培养？9.种子扩大培养的目的与要求有哪些？10.种子扩大培养的一般步骤有哪些？11.在大规模发酵的种子制备过程中，实验室阶段和生产车间阶段在培养基和培养物选择上各有何特点？12.菌种复壮的方法或措施有哪些？13.如何防止菌种衰退？第三章发酵机制及发酵动力学复习思考题1.名词解释能荷、糖酵解、TCA循环、HMP途径、甘油发酵、初级代谢、次级代谢、反馈抑制、阻遏、同工酶、协同反馈抑制、营养缺陷型、抗性突变株、分解代谢阻遏、代谢控制发酵2.比较糖厌氧发酵和糖好氧甘油发酵的机制3.简述微生物柠檬酸发酵机制4.说明柠檬酸发酵过程中氧的重要性。
微生物工程课程教学大纲
微生物工程课程教学大纲课程名称：微生物工程（Microbiology Engineering)课程编码:1313073214课程类别：专业课总学时数:60课内实验时数:24学分:2.5开课单位：生命科学学院生物技术教研室适用专业：生物技术适用对象:本科(四年）一、课程的性质、类型、目的和任务微生物工程又称发酵工程，是生物技术专业的专业必修课。
发酵工程是一门综合性很强的课程，涉及到数学、化学、生物学、生物化学、微生物学、物理化学、有机化学、化工原理等多个学科,基础理论性和实践性均很强，同时要求基础理论和生产实践密切结合.在课程讲授过程中，将要按照微生物发酵生产的全过程阐明各个阶段、各种产品生产的原理和技术，讲解理论知识的同时，又重点突出生产的工艺操作和控制技术等实际问题。
因此，该课程需要在理论教学的同时，配合实验的实践环节，也要求学生建立实际生产的概念，在实践中巩固本课程的教学效果，学生利用实验、参观、实习、社会实践等机会，培养分析问题和解决问题的能力。
学生通过该课程的学习将会缩短理论与生产实践的距离,建立用理论知识分析和解决生产实际问题的概念和能力,动手能力也将有所提高。
二、本课程与其它课程的联系与分工本课程与微生物学、生物化学、高等数学、物理化学、化工原理、有机化学等课程有联系,宜在前述课程开设后开设。
三、教学内容及教学基本要求［1]表示“了解”；[2］表示“理解”或“熟悉”；［3］表示“掌握”;△表示自学内容；○表示略讲内容;第一章绪论发酵工程定义［1］;发酵工程的发展史［1];发酵工程的特点［3];发酵工程的分类及应用[2]；发酵工程与现代生物技术的关系[1］;国内外发酵工业概况及其发展趋势［1]；重点：发酵工程的特点难点:发酵工程与现代生物技术的关系教学手段:多媒体教学教学方法：讨论与讲授结合法作业：1．发酵工程的传统概念与现代意义上的概念各指什么?2．发酵工程与传统酿造、化学工程相比有什么特点？课外活动:查阅一种发酵产品的发展现状及与世界先进水平的差距。
发酵工程--ppt课件(2024版)
分批发酵的优缺点
➢ 优点 操作简单 操作引起染菌的概率低 不会产生菌种老化和变异问题
➢ 缺点 非生产时间较长、设备利用率低
➢ 根据不同发酵类型，每批发酵需要十 几个小时到几周时间。
➢ 全过程包括空罐灭菌、加入灭过菌的 培养基、接种、发酵过程、放罐和洗 罐，所需时间的总和为一个发酵周期。
典型的分批发酵工艺流程图
微生物分批培养的生长曲线
1.延滞期 2.加速生长期 3.指数生长期 4.减速期 5.稳定期 6.衰亡期
4.3.1.2 连续发酵
以一定的速度向发酵罐内添加新鲜培养基， 同时以相同的速度流出培养液，从而使发酵罐 内的液量维持，微生物在稳定状态（恒定的基 质浓度、恒定的产物浓度、恒定的pH、恒定的 菌体浓度、恒定的比生长速率）下生长。
4 发酵工程
【学习目的】
1. 掌握发酵工程的基本类型和基本原理。 2. 了解典型发酵产品的生产工艺。 3. 认识发酵的基本过程及常用的发酵设备。
发酵（Fermentation）
最初来自拉丁语“发泡”（fervere），是指酵 母作用于果汁或者发芽谷物产生CO2的现象。
巴斯德：酵母在无氧环境下的呼吸过程。 生物化学：微生物在无氧时的代谢过程。
草莓栽培
微生物酶发酵 酶普遍存在于动植物中，在人类生活中发挥着
非常重要的作用。
微生物代谢产物发酵 ①氨基酸、蛋白质、核酸——初级代谢产物 ②抗生素、生长因子等——次级代谢产物
微生物转化发酵 利用微生物把一种化合物转变成结构相关的更
有经济价值的产物。 葡萄糖→Grapevine
生物工程发酵 DNA重组的“工程菌”理论上可以生产出多种代 谢产物。
发酵工艺流程
发酵工艺流程
《发酵工艺流程》
发酵工艺是一种利用微生物或酶来改变物质的化学组成的过程。
在食品工业和生物工业中，发酵工艺被广泛应用于生产酵素、抗生素、酒精、醋、酱油、酸奶和面包等产品。
发酵工艺的流程可以分为以下几个步骤：
1. 选择合适的发酵微生物或酶。
根据所需要生产的产品和工艺要求，选择合适的微生物或酶，如酵母菌、乳酸菌、大肠杆菌等。
2. 准备培养基。
根据选用的微生物或酶的需要，准备含有适当营养成分的培养基，如碳源（葡萄糖、麦芽糖等）、氮源（酵母提取物、氨基酸等）、矿物盐、维生素等。
3. 发酵过程。
将培养基与选用的微生物或酶发酵剂接种在发酵罐中，控制温度、搅拌速度、pH值等参数，进行发酵过程。
4. 分离和提取产物。
发酵完成后，通过离心、过滤、离子交换、膜分离等技术，将目标产物从发酵液中分离提取出来。
5. 处理和精制。
对提取出的目标产物进行进一步处理和精制，如加热杀菌、结晶、洗涤、浓缩等，以得到最终的产品。
发酵工艺流程的设计和控制是一项复杂的工程，需要考虑多种
因素，如微生物的生长特性、酶的活性和选择性、培养基的调配、发酵条件的控制等。
同时，为了保证产品的质量和安全，对发酵过程中的微生物和酶的分离和提取也需要进行严格的控制和监测。
总的来说，发酵工艺是一种重要的生物技术，通过对微生物和酶的合理利用，可以实现废物资源的再利用，生产出多种有用的化学产品，对于食品工业和生物工业的发展起着至关重要的作用。
微生物工程(发酵)第三章 培养基制备与灭菌
3.3 培养基及设备的灭菌
3.3.1常见灭菌方法： • 加热灭菌 • 过滤灭菌 • 辐射灭菌 • 化学灭菌 • 熏蒸灭菌
1、高温灭菌
• 1）干热灭菌
烘箱内热空气灭菌 160℃，2小时
干）煮沸消毒
3）丁达尔灭菌 4）常规高压灭菌 121℃，15分钟； 115℃，30分钟；
类胡萝卜素高产菌Y11的培养基的优化
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:
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2%比较好
结果： 碳源：乙酸钠 0. 2% 氮源：氯化铵 0.2% 酵母膏0.03%
3.1.1.6 前体物质、抑制剂和促进剂
前体物质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
• 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%
有些促进剂的作用是沉淀或螯合有害的重金属离子。
抑制剂：能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白质 变性的物质； 可用透析或超滤的方式去除；
在培养基中添加抑制剂会抑制某些代谢途径的进行， 同时会使另一代谢途径活跃，从而获得人们所需要 的某一终产物或使正常代谢的某一代谢中间产物积 累起来;
3.1.2 发酵工业原料的选择原则
• • • • • • • • 因地制宜，就地取材； 营养丰富，浓度恰当； 资源丰富，容易收集； 易于储藏； 理化性质稳定，成分间无反应； 不影响通气、搅拌、产物分离，废物处理方便 不含毒副作用的物质 价格低廉