工程科技發(fā)酵培養(yǎng)基

1、會計學1工程科技發(fā)酵培養(yǎng)基工程科技發(fā)酵培養(yǎng)基第三章第三章 發(fā)酵培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基 培養(yǎng)基培養(yǎng)基：廣義上講培養(yǎng)基是指一切可供微生物細胞生長所需的一組營養(yǎng)物質和原料廣義上講培養(yǎng)基是指一切可供微生物細胞生長所需的一組營養(yǎng)物質和原料。同時培養(yǎng)基也為微生物培養(yǎng)提供除營養(yǎng)外的其它所必須的條件。同時培養(yǎng)基也為微生物培養(yǎng)提供除營養(yǎng)外的其它所必須的條件。 發(fā)酵培養(yǎng)基的作用：發(fā)酵培養(yǎng)基的作用： 滿足菌體的生長滿足菌體的生長 促進產(chǎn)物的形成促進產(chǎn)物的形成發(fā)酵培養(yǎng)基的要求發(fā)酵培養(yǎng)基的要求 滿足產(chǎn)物最經(jīng)濟的合成。滿足產(chǎn)物最經(jīng)濟的合成。 發(fā)酵后所形成的副產(chǎn)物盡可能的少。發(fā)酵后所形成的副產(chǎn)物盡可能的少。 培養(yǎng)基的原料應因地制

2、宜，價格低廉；且性能穩(wěn)定，資源豐富，便于采購運輸，培養(yǎng)基的原料應因地制宜，價格低廉；且性能穩(wěn)定，資源豐富，便于采購運輸，適合大規(guī)模儲藏，能保證生產(chǎn)上的供應。適合大規(guī)模儲藏，能保證生產(chǎn)上的供應。 所選用的培養(yǎng)基應能滿足總體工藝的要求，如不影響通氣、提取、純化及廢物處所選用的培養(yǎng)基應能滿足總體工藝的要求，如不影響通氣、提取、純化及廢物處理等。理等。第一節(jié)第一節(jié) 培養(yǎng)基的類型及功能培養(yǎng)基的類型及功能培養(yǎng)基按其組成物質的純度、狀態(tài)、用途可分為三大類型培養(yǎng)基按其組成物質的純度、狀態(tài)、用途可分為三大類型 一、按純度一、按純度 合成培養(yǎng)基合成培養(yǎng)基 : : 原料其化學成分明確、穩(wěn)定原料其化學成分明確、穩(wěn)定

3、q 適合于研究菌種基本代謝和過程的物質變化規(guī)律適合于研究菌種基本代謝和過程的物質變化規(guī)律 q 培養(yǎng)基營養(yǎng)單一，價格較高，不適合用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)培養(yǎng)基營養(yǎng)單一，價格較高，不適合用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn) 天然培養(yǎng)基天然培養(yǎng)基: : 采用天然原料采用天然原料 q 原料來源豐富原料來源豐富( (大多為農(nóng)副產(chǎn)品大多為農(nóng)副產(chǎn)品) )、價格低廉、適于工業(yè)化生產(chǎn)、價格低廉、適于工業(yè)化生產(chǎn) q 原料質量等方面不加控制會影響生產(chǎn)穩(wěn)定性原料質量等方面不加控制會影響生產(chǎn)穩(wěn)定性 M培養(yǎng)基培養(yǎng)基(1L)： Na2HPO4 6 g，KH2PO4 3 g， NaCl 0.5 g， NH4Cl 1 g， MgSO47H2O 0.5

4、 g， CaCl2 0.011 g，葡萄糖，葡萄糖 2-10, pH 7.0 YPS培養(yǎng)基：培養(yǎng)基：酪蛋白胨酪蛋白胨10 g，酵母提取物，酵母提取物5 g, NaCl 10 g，PH 7.2 培養(yǎng)大腸桿菌常用兩種培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌常用兩種培養(yǎng)基二、按狀態(tài)二、按狀態(tài)固體培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基: 適合于菌種和孢子的培養(yǎng)和保存，也廣泛用于有子實體的真菌類，如香適合于菌種和孢子的培養(yǎng)和保存，也廣泛用于有子實體的真菌類，如香菇、白木耳等的生產(chǎn)菇、白木耳等的生產(chǎn) 半固體培養(yǎng)基半固體培養(yǎng)基: 即在配好的液體培養(yǎng)基中加入少量的瓊脂，一般用量為即在配好的液體培養(yǎng)基中加入少量的瓊脂，一般用量為0.5%0.8% ,主要用

5、于微生物的鑒定。主要用于微生物的鑒定。液體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基: 80%90%是水，其中配有可溶性的或不溶性的營養(yǎng)成分，是發(fā)酵工業(yè)大是水，其中配有可溶性的或不溶性的營養(yǎng)成分，是發(fā)酵工業(yè)大規(guī)模使用的培養(yǎng)基。規(guī)模使用的培養(yǎng)基。 三、按用途（從發(fā)酵生產(chǎn)應用考慮）三、按用途（從發(fā)酵生產(chǎn)應用考慮） 培養(yǎng)基按其用途可分為培養(yǎng)基按其用途可分為孢子（斜面）孢子（斜面）培養(yǎng)基、培養(yǎng)基、種子種子培養(yǎng)基和培養(yǎng)基和發(fā)酵發(fā)酵培養(yǎng)基三種培養(yǎng)基三種 第二節(jié)第二節(jié) 發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源 一、碳源一、碳源1 1、作用、作用 提供微生物菌種的生長繁殖所需的提供微生物菌種的生長繁殖所需的能源能源和合成菌體所必需

6、的和合成菌體所必需的碳成分碳成分； 提供合成目的產(chǎn)物所必須的提供合成目的產(chǎn)物所必須的碳成分碳成分。2 2、來源、來源糖類、油脂、有機酸、低碳醇糖類、油脂、有機酸、低碳醇3、工業(yè)上常用的糖類、工業(yè)上常用的糖類 葡萄糖葡萄糖 所有的微生物都能利用葡萄糖所有的微生物都能利用葡萄糖 但是會引起但是會引起葡萄糖效應葡萄糖效應q 工業(yè)上常用淀粉水解糖，但是糖液必須達到一定的質量指標工業(yè)上常用淀粉水解糖，但是糖液必須達到一定的質量指標不同的制糖工藝生產(chǎn)的糖液質量差別很大不同的制糖工藝生產(chǎn)的糖液質量差別很大 糖蜜糖蜜糖蜜是制糖生產(chǎn)時的結晶母液，它是制糖工業(yè)的副產(chǎn)物糖蜜是制糖生產(chǎn)時的結晶母液，它是制糖工業(yè)的副產(chǎn)

7、物。 糖蜜主要含有蔗糖，總糖可達糖蜜主要含有蔗糖，總糖可達50%75%。一般糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜葡萄糖蜜。一般糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜葡萄糖蜜。不用加工方法對甘蔗糖蜜的影響不用加工方法對甘蔗糖蜜的影響糖蜜使用的注意點：糖蜜使用的注意點：除糖份外，含有較多的雜質，其中有些是有用的，但許多都會對發(fā)酵產(chǎn)生不利的影除糖份外，含有較多的雜質，其中有些是有用的，但許多都會對發(fā)酵產(chǎn)生不利的影響，需進行預處理。響，需進行預處理。例：谷氨酸發(fā)酵例：谷氨酸發(fā)酵有害物資：有害物資：膠體成分膠體成分（起泡、結晶）、（起泡、結晶）、鈣鹽鈣鹽（結晶）（結晶） 生物素生物素（發(fā)酵控制）（發(fā)酵控制）預處理：澄清預處理：澄

8、清脫鈣脫鈣脫除生物素脫除生物素例：檸檬酸發(fā)酵例：檸檬酸發(fā)酵有害物質：鐵離子含量高（導致異檸檬酸的生成）有害物質：鐵離子含量高（導致異檸檬酸的生成）預處理：預處理：黃血鹽黃血鹽 K4Fe(CN)63H2O 淀粉、糊精淀粉、糊精使用條件使用條件：微生物必須能分泌水解淀粉、糊精的酶類：微生物必須能分泌水解淀粉、糊精的酶類缺點缺點：難利用、發(fā)酵液比較稠、一般：難利用、發(fā)酵液比較稠、一般2.0%時加入一定的時加入一定的-淀粉酶成分比較復雜，有淀粉酶成分比較復雜，有直鏈淀粉和支鏈淀粉等等。直鏈淀粉和支鏈淀粉等等。優(yōu)點優(yōu)點： 來源廣泛、價格底來源廣泛、價格底 可以解除葡萄糖效應可以解除葡萄糖效應例：地衣牙孢

9、桿菌生產(chǎn)例：地衣牙孢桿菌生產(chǎn)-淀粉酶淀粉酶碳源對生長和產(chǎn)酶的影響碳源對生長和產(chǎn)酶的影響碳源碳源 細胞量細胞量 -淀粉酶淀粉酶葡萄糖葡萄糖 4.2 0 蔗糖蔗糖 4.02 0糊精糊精 3.06 38.2淀粉淀粉 3.09 40.2李江華，無錫輕工大學學報，2004(1.5 g 麩皮麩皮)二、氮源二、氮源 氮源主要用于構成菌體細胞物質（氨基酸，蛋白質、核酸等）和含氮代謝物。氮源主要用于構成菌體細胞物質（氨基酸，蛋白質、核酸等）和含氮代謝物。 常用的氮源可分為兩大類：有機氮源和無機氮源。常用的氮源可分為兩大類：有機氮源和無機氮源。 1、無機氮源、無機氮源種類：種類：氨鹽、硝酸鹽和氨水氨鹽、硝酸鹽和氨

10、水特點：特點：微生物對它們的吸收快，所以也稱之謂迅速利用的氮源。但無機氮源的迅微生物對它們的吸收快，所以也稱之謂迅速利用的氮源。但無機氮源的迅速利用常會引起速利用常會引起pHpH的變化如：的變化如： (NH4)2SO4 2NH3 + 2H2SO4 NaNO3 + 4H2 NH3 + 2H2O + NaOH 無機氮源被菌體作為氮源利用后，培養(yǎng)液中就留下了酸性或堿性物質，這種經(jīng)微無機氮源被菌體作為氮源利用后，培養(yǎng)液中就留下了酸性或堿性物質，這種經(jīng)微生物生理作用（代謝）后能形成酸性物質的無機氮源叫生物生理作用（代謝）后能形成酸性物質的無機氮源叫生理酸性物質生理酸性物質，如硫酸胺；若，如硫酸胺；若菌體

11、代謝后能產(chǎn)生堿性物質的則此種無機氮源稱為菌體代謝后能產(chǎn)生堿性物質的則此種無機氮源稱為生理堿性物質生理堿性物質，如硝酸鈉。正確使，如硝酸鈉。正確使用生理酸堿性物質，對穩(wěn)定和調節(jié)發(fā)酵過程的用生理酸堿性物質，對穩(wěn)定和調節(jié)發(fā)酵過程的pHpH有積極作用。有積極作用。 所以選擇合適的無機氮源有兩層意義：所以選擇合適的無機氮源有兩層意義： q 滿足菌體生長滿足菌體生長q 穩(wěn)定和調節(jié)發(fā)酵過程中的穩(wěn)定和調節(jié)發(fā)酵過程中的pH毛霉產(chǎn)蛋白酶的研究毛霉產(chǎn)蛋白酶的研究陳濤，中國釀造，陳濤，中國釀造，20042004初始初始pHpH的影響的影響: :pHpH偏酸比較好，中性蛋白酶影響大偏酸比較好，中性蛋白酶影響大無機氮源的

12、影響：無機氮源的影響：硫酸銨硫酸銨 硝酸銨硝酸銨 硝酸鈉硝酸鈉 尿素尿素2、有機氮源、有機氮源來源：來源：工業(yè)上常用的有機氮源都是一些廉價的原料，花生餅粉、黃豆餅粉、棉子工業(yè)上常用的有機氮源都是一些廉價的原料，花生餅粉、黃豆餅粉、棉子餅粉、玉米漿、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、魚粉、蠶蛹粉、尿素、廢菌絲體餅粉、玉米漿、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、魚粉、蠶蛹粉、尿素、廢菌絲體和酒糟。和酒糟。成分復雜成分復雜：除提供氮源外，有些有機氮源還提供大量的無機鹽及生長因子。：除提供氮源外，有些有機氮源還提供大量的無機鹽及生長因子。例例 玉米漿：玉米漿： 可溶性蛋白、生長因子（生物素）、苯乙酸可溶性蛋白、生長

13、因子（生物素）、苯乙酸 較多的乳酸較多的乳酸 硫、磷、微量元素等硫、磷、微量元素等 有機氮源成分復雜可以從多個方面對發(fā)有機氮源成分復雜可以從多個方面對發(fā)酵過程進行影響，而另一方面有機氮源的來酵過程進行影響，而另一方面有機氮源的來源具有不穩(wěn)定性。所以在有機氮源選取時和源具有不穩(wěn)定性。所以在有機氮源選取時和使用過程中，必須考慮原料的波動對發(fā)酵的使用過程中，必須考慮原料的波動對發(fā)酵的影響！影響！氮源使用的一些相關問題：氮源使用的一些相關問題：q 有機氮源和無機氮源應當混合使用有機氮源和無機氮源應當混合使用早期：容易利用易同化的氮源早期：容易利用易同化的氮源無機氮源無機氮源中期：菌體的代謝酶系已形成、

14、則利用蛋白質中期：菌體的代謝酶系已形成、則利用蛋白質q 有些產(chǎn)物會受氮源的誘導和阻遏有些產(chǎn)物會受氮源的誘導和阻遏例：例： 蛋白酶的生產(chǎn)蛋白酶的生產(chǎn)q 有機氮源選取時也要考慮微生物的同化能力有機氮源選取時也要考慮微生物的同化能力q 開發(fā)效果好、有針對性的有機氮源仍然是令人感興趣的課題開發(fā)效果好、有針對性的有機氮源仍然是令人感興趣的課題三、無機鹽和微量元素三、無機鹽和微量元素1、作用：各種不一樣、作用：各種不一樣2、來源：來源：C、N源，以鹽的形式補充源，以鹽的形式補充3、用量：根據(jù)具體的產(chǎn)品，以實驗決定用量：根據(jù)具體的產(chǎn)品，以實驗決定4、使用注意點使用注意點A. 對于其它渠道有可能帶入的過多的某

15、種無機離子和微量元素在發(fā)酵對于其它渠道有可能帶入的過多的某種無機離子和微量元素在發(fā)酵過程中必須加以考慮過程中必須加以考慮例：鐵離子例：鐵離子 青霉素發(fā)酵中，鐵離子的濃度要小于青霉素發(fā)酵中，鐵離子的濃度要小于20g/ml20g/ml發(fā)酵罐必須進行表面處理發(fā)酵罐必須進行表面處理B、使用時注意鹽的形式（、使用時注意鹽的形式（pH的變化）的變化）例：例：黑曲霉黑曲霉NRRL-330，產(chǎn)，產(chǎn)-淀粉酶，淀粉酶，pH對酶活的影響對酶活的影響 pH 酶活酶活不加不加 4.25 120分鐘分鐘加加 K2HPO4 5.45 30分鐘分鐘加加 KH2PO4 4.62 75分鐘分鐘四、生長因子、前體和產(chǎn)物促進劑四、生

16、長因子、前體和產(chǎn)物促進劑 從廣義上講，凡是微生物生長不可缺少的微量的有機物質，如氨基酸、嘌呤、嘧從廣義上講，凡是微生物生長不可缺少的微量的有機物質，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、維生素等。啶、維生素等。1、生長因子、生長因子 如：如：以糖質原料為碳源的谷氨酸生產(chǎn)菌均為以糖質原料為碳源的谷氨酸生產(chǎn)菌均為生物素缺陷型生物素缺陷型，以生物素為生長因，以生物素為生長因子子, ,生長因子對發(fā)酵的調控起到重要的作用生長因子對發(fā)酵的調控起到重要的作用 。 有機氮源是這些生長因子的重要來源，多數(shù)有機氮源含有較多的有機氮源是這些生長因子的重要來源，多數(shù)有機氮源含有較多的B B簇維生素和微簇維生素和微量元素及一些微生物生

17、長不可缺少的生長因子。量元素及一些微生物生長不可缺少的生長因子。 前體指某些化合物加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中，能直接被微生物在生物合成過程中合前體指某些化合物加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中，能直接被微生物在生物合成過程中合成到成到產(chǎn)物產(chǎn)物物分子中去，而其自身的結構并沒有多大變化，但產(chǎn)物的產(chǎn)量卻因加入前物分子中去，而其自身的結構并沒有多大變化，但產(chǎn)物的產(chǎn)量卻因加入前體而有較大的提高。體而有較大的提高。2、前體、前體青霉素：分子量青霉素：分子量356苯乙酸苯乙酸:分子量分子量136作用作用：前體有助于提高產(chǎn)量和組份：前體有助于提高產(chǎn)量和組份 用量用量：前體的用量可以按分子量衡算，具體使用有個轉化率的問題：前體的用量可

18、以按分子量衡算，具體使用有個轉化率的問題例：例：6000單位單位/ml的青霉素的青霉素G,需要多少苯乙酸需要多少苯乙酸青霉素青霉素0.6微克微克1U鏈霉素、卡那霉素、紅霉素等定義活性部分鏈霉素、卡那霉素、紅霉素等定義活性部分1g=1u金霉素、四環(huán)素的鹽酸鹽定一為金霉素、四環(huán)素的鹽酸鹽定一為1g1u制霉菌素制霉菌素 1mg=3700u多粘菌素多粘菌素B 1mg=10000u作用作用：前體有助于提高產(chǎn)量和組份：前體有助于提高產(chǎn)量和組份 用量用量：前體的用量可以按分子量衡算，具體使用有個轉化率的問題：前體的用量可以按分子量衡算，具體使用有個轉化率的問題例：例：6000單位單位/ml的青霉素的青霉素G

19、,需要多少苯乙酸需要多少苯乙酸 青霉素青霉素6000*0.6（微克）（微克）3.6mg/ml 苯乙酸（苯乙酸（3.6*136）/356=1.38mg/ml=0.138%實際使用時的轉化率在實際使用時的轉化率在46-90%之間之間 例某廠單耗為：例某廠單耗為：0.337（kg/10億青霉素）億青霉素） 轉化率為：轉化率為：13.8/(0.337/0.6)*36=68%用法：用法：前體使用時普遍采用前體使用時普遍采用流加流加的方法的方法 前體一般都有毒性，濃度過大對菌體的生長不利。苯乙酸，一般基礎料中前體一般都有毒性，濃度過大對菌體的生長不利。苯乙酸，一般基礎料中僅僅添加僅僅添加0.07% 前體相

20、對價格較高，添加過多，容易引起揮發(fā)和氧化，流加也有利于提高前體相對價格較高，添加過多，容易引起揮發(fā)和氧化，流加也有利于提高前提的轉化率前提的轉化率3、產(chǎn)物促進劑、產(chǎn)物促進劑 所謂產(chǎn)物促進劑是指那些非細胞生長所必須的營養(yǎng)物，又非前體，但加入后卻所謂產(chǎn)物促進劑是指那些非細胞生長所必須的營養(yǎng)物，又非前體，但加入后卻能提高產(chǎn)量的添加劑。能提高產(chǎn)量的添加劑。 促進劑提高產(chǎn)量的機制還不完全清楚，其原因是多方面的。促進劑提高產(chǎn)量的機制還不完全清楚，其原因是多方面的。 有些促進劑本身是酶的誘導物；有些促進劑本身是酶的誘導物； 有些促進劑是表面活性劑，可改善細胞的透性，改善有些促進劑是表面活性劑，可改善細胞的透

21、性，改善 細胞與氧的接觸從而促進酶的分泌與生產(chǎn)，細胞與氧的接觸從而促進酶的分泌與生產(chǎn)， 也有人認為表面活性劑對酶的表面失活有保護作用；也有人認為表面活性劑對酶的表面失活有保護作用； 有些促進劑的作用是沉淀或螯合有害的重金屬離子。有些促進劑的作用是沉淀或螯合有害的重金屬離子。五、水五、水 對于發(fā)酵工廠來說，恒定的水源是至關重要的，因為在不同水源中存在的各種對于發(fā)酵工廠來說，恒定的水源是至關重要的，因為在不同水源中存在的各種因素對微生物發(fā)酵代謝影響甚大。因素對微生物發(fā)酵代謝影響甚大。 水源質量的主要考慮參數(shù)包括水源質量的主要考慮參數(shù)包括pH值值、溶解氧溶解氧、可溶性固體可溶性固體、污染程度污染程度

22、以及以及礦物質組成礦物質組成和和含量含量。 對于釀造行業(yè)，水的重要性不言而喻對于釀造行業(yè)，水的重要性不言而喻 對于常規(guī)發(fā)酵，可靠、持久，能提供大量成分一致清潔的水。對于常規(guī)發(fā)酵，可靠、持久，能提供大量成分一致清潔的水。第三節(jié) 發(fā)酵培養(yǎng)基的設計和優(yōu)化 目前還不能完全從生化反應的基本原理來推斷和計算出適合某一菌種的培養(yǎng)基目前還不能完全從生化反應的基本原理來推斷和計算出適合某一菌種的培養(yǎng)基配方，只能用配方，只能用生物化學生物化學、細胞生物學細胞生物學、微生物學微生物學等的等的基本理論基本理論，參照前人所使用的，參照前人所使用的較適合某一類菌種的較適合某一類菌種的經(jīng)驗配方經(jīng)驗配方，再結合所用菌種和產(chǎn)品

23、的，再結合所用菌種和產(chǎn)品的特性特性，采用，采用搖瓶搖瓶、玻璃罐玻璃罐等小型發(fā)酵設備，按照一定的等小型發(fā)酵設備，按照一定的實驗設計實驗設計和和實驗方法實驗方法選擇出較為適合的培養(yǎng)基。選擇出較為適合的培養(yǎng)基。 一、培養(yǎng)基成分選擇的原則一、培養(yǎng)基成分選擇的原則 l 菌種的同化能力菌種的同化能力l 代謝、阻遏和誘導代謝、阻遏和誘導 l 合適的合適的C、N比比100 0.22.0l pH的要求的要求 （一）、（一）、理論轉化率與實際轉化率理論轉化率與實際轉化率 理論轉化率是指理想狀態(tài)下根據(jù)微生物的代謝途徑進行物料衡算，所得理論轉化率是指理想狀態(tài)下根據(jù)微生物的代謝途徑進行物料衡算，所得出的轉化率的大小。出

24、的轉化率的大小。 實際轉化率是指實際發(fā)酵過程中轉化率的大小實際轉化率是指實際發(fā)酵過程中轉化率的大小 如何使實際轉化率接近于理論轉化是發(fā)酵控制的一個目標如何使實際轉化率接近于理論轉化是發(fā)酵控制的一個目標 二、成分含量的確定二、成分含量的確定例例: 如在酒精生產(chǎn)中葡萄糖轉化為酒精的理論轉化率計算如下如在酒精生產(chǎn)中葡萄糖轉化為酒精的理論轉化率計算如下 葡萄糖轉化為酒精的代謝總反應衡算式為葡萄糖轉化為酒精的代謝總反應衡算式為 C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 葡萄糖轉化為酒精的理論得率為葡萄糖轉化為酒精的理論得率為 2*46 Y = = 0.51 180 當培養(yǎng)基成分確定后，剩下的問題就是

25、各成分最適的濃度，由于培養(yǎng)基成分很當培養(yǎng)基成分確定后，剩下的問題就是各成分最適的濃度，由于培養(yǎng)基成分很多，為減少實驗次數(shù)常采用一些合理的多，為減少實驗次數(shù)常采用一些合理的實驗設計方法實驗設計方法。 （二）、（二）、培養(yǎng)基設計的步驟 根據(jù)前人的根據(jù)前人的經(jīng)驗經(jīng)驗和培養(yǎng)基成分確定一些必須考慮的問題，初步確定可能的培養(yǎng)和培養(yǎng)基成分確定一些必須考慮的問題，初步確定可能的培養(yǎng)基成分；基成分； 通過通過單因子實驗單因子實驗最終確定出最為適宜的培養(yǎng)基成分；最終確定出最為適宜的培養(yǎng)基成分；q 培養(yǎng)基成分的含量最終都是通過實驗獲得的培養(yǎng)基成分的含量最終都是通過實驗獲得的多因子實驗：均勻設計、多因子實驗：均勻設計

26、、 正交實驗設計、正交實驗設計、 響應面分析等。響應面分析等。 通過對響應面等值線的分析尋求最優(yōu)工藝參數(shù)，采用多元二次回歸方程來擬合因通過對響應面等值線的分析尋求最優(yōu)工藝參數(shù)，采用多元二次回歸方程來擬合因素與響應值之間函數(shù)關系的一種統(tǒng)計方法。素與響應值之間函數(shù)關系的一種統(tǒng)計方法。 類胡蘿卜素高產(chǎn)菌類胡蘿卜素高產(chǎn)菌Y11Y11的培養(yǎng)基的優(yōu)化的培養(yǎng)基的優(yōu)化郭秒郭秒, ,食品與工業(yè)發(fā)酵，食品與工業(yè)發(fā)酵，20042004類胡蘿卜素的作用：色素、營養(yǎng)保健類胡蘿卜素的作用：色素、營養(yǎng)保健原培養(yǎng)基原培養(yǎng)基: : 初步確定可能的培養(yǎng)基成分(以碳源為例) 通過單因子實驗確定適宜的培養(yǎng)基成分通過單因子實驗確定適宜

27、的培養(yǎng)基成分(以碳源為例以碳源為例)考慮到成本：乙酸鈉是較為合適的碳源考慮到成本：乙酸鈉是較為合適的碳源進一步：乙酸鈉的濃度進一步：乙酸鈉的濃度2%2%比較好比較好結果：結果：碳源：乙酸鈉碳源：乙酸鈉 0.2%0.2%氮源：氯化銨氮源：氯化銨 0.2%0.2% 酵母膏酵母膏 0.03%0.03%無機鹽無機鹽: : 復合無機鹽復合無機鹽0.05%0.05% 正交設計確定優(yōu)化的配方正交設計確定優(yōu)化的配方R 1.642 0.399 2.209 0.514改進后培養(yǎng)基改進后培養(yǎng)基原培養(yǎng)基原培養(yǎng)基改進后培養(yǎng)基的發(fā)酵結果改進后培養(yǎng)基的發(fā)酵結果三、搖瓶水平到反應器水平的優(yōu)化配方三、搖瓶水平到反應器水平的優(yōu)化

28、配方搖瓶、反應器培養(yǎng)基研究的兩個層次搖瓶、反應器培養(yǎng)基研究的兩個層次q 搖瓶搖瓶培養(yǎng)基設計的第一步培養(yǎng)基設計的第一步q 反應器反應器最終的優(yōu)化的基礎配方最終的優(yōu)化的基礎配方例：例：青霉素發(fā)酵青霉素發(fā)酵發(fā)酵搖瓶：發(fā)酵搖瓶：玉米漿玉米漿4%4%，乳糖，乳糖10%10%，(NH(NH4 4)SO)SO4 4 0.8% 0.8% 輕質碳酸鈣輕質碳酸鈣1%1%發(fā)酵罐發(fā)酵罐: : 葡萄糖流加控制總量葡萄糖流加控制總量10-15%10-15%，玉米漿總量，玉米漿總量4-8%4-8%，補加硫酸、前體，補加硫酸、前體等等搖瓶發(fā)酵培養(yǎng)基和罐的基礎培養(yǎng)差別很大搖瓶發(fā)酵培養(yǎng)基和罐的基礎培養(yǎng)差別很大搖瓶優(yōu)化配方：菌種篩

29、選，反應器研究的基礎搖瓶優(yōu)化配方：菌種篩選，反應器研究的基礎發(fā)酵罐：發(fā)酵罐：反應器水平反應器水平, , 可以得出最可以得出最 終優(yōu)化的基終優(yōu)化的基 礎配方礎配方pHpH控制搖床：控制搖床：反應器水平上的搖瓶研究反應器水平上的搖瓶研究 pH控制搖床在1, 3-丙二醇發(fā)酵中的應用1,3-1,3-丙二醇的用途：丙二醇的用途： 最重要的用途是作為最重要的用途是作為單體單體與與對苯二甲酸丙二醇對苯二甲酸丙二醇聚合生產(chǎn)聚合生產(chǎn)聚酯聚對苯二聚酯聚對苯二甲酸丙二醇酯甲酸丙二醇酯(PTT) (PTT) 可作為增塑劑、洗滌劑、防腐劑和乳化劑等用于食品、化妝品和制藥等可作為增塑劑、洗滌劑、防腐劑和乳化劑等用于食品、

30、化妝品和制藥等工業(yè)工業(yè)PTTPTT最目前性能最好的纖維最目前性能最好的纖維被譽為被譽為2121世紀的大型纖維世紀的大型纖維PTTPTT的性能的性能1, 3-丙二醇兩步發(fā)酵法丙二醇兩步發(fā)酵法糖糖甘油甘油1,3-1,3-丙二醇丙二醇酵母酵母伯氏肺炎桿菌、丁酸梭菌等伯氏肺炎桿菌、丁酸梭菌等伯氏肺炎桿菌伯氏肺炎桿菌 1, 3 - 丙二醇的代謝丙二醇的代謝甘油甘油三羥基丙醛三羥基丙醛1,3-1,3-丙二醇丙二醇二羥丙酮丙酮酸乙酸 乙醇乳酸 丁醇丁酸 丁二醇2HH2OpH下降下降厭氧過程、pH下降2H不同不同pHpH條件對甘油消耗的影響條件對甘油消耗的影響搖瓶培養(yǎng)基分批培養(yǎng)過程結果搖瓶培養(yǎng)基分批培養(yǎng)過程結

31、果補料培養(yǎng)過程補料培養(yǎng)過程甘油甘油 濃度為濃度為3. 43%，對甘油轉化率為，對甘油轉化率為19% 1, 3-丙二醇的濃度丙二醇的濃度5.37%，轉化率為，轉化率為40% 進一步優(yōu)化培養(yǎng)基后過程進一步優(yōu)化培養(yǎng)基后過程 1, 3-丙二醇的濃度為丙二醇的濃度為6.72%，對甘油轉化率為對甘油轉化率為 54. 7%，生產(chǎn)強生產(chǎn)強度為度為 1. 9g/ L.h。進一步優(yōu)化條件后進一步優(yōu)化條件后五、培養(yǎng)基設計時注意的一些相關問題五、培養(yǎng)基設計時注意的一些相關問題 q 原料及設備的預處理原料及設備的預處理 q 原材料的質量原材料的質量 q 發(fā)酵特性的影響發(fā)酵特性的影響 在抗生素發(fā)酵生產(chǎn)中往往喜歡所謂的在抗

32、生素發(fā)酵生產(chǎn)中往往喜歡所謂的“稀配方稀配方”，因為它既降低成本、滅菌，因為它既降低成本、滅菌容易、且使氧傳遞容易而有利于目的產(chǎn)物的生物合成。如果營養(yǎng)成分缺乏，容易、且使氧傳遞容易而有利于目的產(chǎn)物的生物合成。如果營養(yǎng)成分缺乏，則可通過中間補料方法予以彌補。則可通過中間補料方法予以彌補。 q 滅菌滅菌 在大規(guī)模發(fā)酵中應該盡可能的采取連續(xù)滅菌的操作，而且保證滅菌條件的在大規(guī)模發(fā)酵中應該盡可能的采取連續(xù)滅菌的操作，而且保證滅菌條件的穩(wěn)定是保證發(fā)酵穩(wěn)定的前提穩(wěn)定是保證發(fā)酵穩(wěn)定的前提 有時避免營養(yǎng)物質在加熱的條件下，相互作用，可以將營養(yǎng)物質分開消毒有時避免營養(yǎng)物質在加熱的條件下，相互作用，可以將營養(yǎng)物質分

33、開消毒。 有些物質由于揮發(fā)和對熱非常敏感，就不能采用濕熱的滅菌方法有些物質由于揮發(fā)和對熱非常敏感，就不能采用濕熱的滅菌方法 Na2HPO4+CaCO3 CaHPO4+Na2CO3第四節(jié)、重組產(chǎn)品培養(yǎng)基的介紹第四節(jié)、重組產(chǎn)品培養(yǎng)基的介紹q 大腸桿菌高密度度培養(yǎng)：大腸桿菌高密度度培養(yǎng)：碳源：葡萄糖、甘油碳源：葡萄糖、甘油氮源：胰蛋白胨、酵母粉氮源：胰蛋白胨、酵母粉無機鹽：磷、鎂等無機鹽：磷、鎂等蛋白胨、酵母粉(OXOID)章越，生物工程學報，2004q 動物細胞培養(yǎng)基動物細胞培養(yǎng)基基礎培養(yǎng)基基礎培養(yǎng)基:F12、DMEM等等血清血清(5-10%)：胎牛胎牛(FBS) 、小牛、小牛(CS) 、馬、馬(

34、HS)水：水：超純水超純水其它：其它：NaHCO3（CO2）、抗生素）、抗生素GONG,J. B. B. 2003本章小節(jié)：本章小節(jié)：q 培養(yǎng)基培養(yǎng)基菌體生長所需的營養(yǎng)以及其它必須的條件菌體生長所需的營養(yǎng)以及其它必須的條件q 了解發(fā)酵培養(yǎng)基的組成，發(fā)酵培養(yǎng)基常用的原料以及其中的基本概念了解發(fā)酵培養(yǎng)基的組成，發(fā)酵培養(yǎng)基常用的原料以及其中的基本概念q 發(fā)酵培養(yǎng)基的優(yōu)化與設計發(fā)酵培養(yǎng)基的優(yōu)化與設計是發(fā)酵工程的基本問題，掌握發(fā)酵培養(yǎng)基優(yōu)化與設計的思是發(fā)酵工程的基本問題，掌握發(fā)酵培養(yǎng)基優(yōu)化與設計的思路、了解其中的方法路、了解其中的方法生物工程學報生物工程學報2009，25（6）：）：863-868糖蜜使用的注意點：糖蜜使用的