發(fā)酵培養(yǎng)基設計

發(fā)酵培養(yǎng)基設計第一頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五一、發(fā)酵培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分及來源第二頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五1、碳源主要功能：1）為菌體的生長繁殖提供能源和合成菌體所必需的成分；2）為合成目的產(chǎn)物提供所需的碳素成分第三頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五常用的碳源:特殊情況下（如碳源貧乏時），蛋白質水解物或氨基酸等也可被微生物作為碳源使用。糖類油脂有機酸低碳醇等第四頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五（1）、糖類

發(fā)酵培養(yǎng)基中使用最廣泛的碳源;

主要有葡萄糖、糖蜜和淀粉糊精等糖類來源葡萄糖乳糖淀粉蔗糖純葡萄糖、水解淀粉純?nèi)樘?、乳清粉大麥、花生粉、燕麥粉、黑麥粉等甜菜糖蜜、甘蔗糖蜜、粗紅糖、精白糖等工業(yè)上常用的糖類及來源淀粉水解糖的制備是發(fā)酵生產(chǎn)的一項重要工藝，將在后面介紹第五頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五葡萄糖

最易利用，幾乎所有微生物都能利用

葡萄糖常作為培養(yǎng)基的一種主要成分，并且作為加速微生物生長的一種有效糖。

但過多的葡萄糖會過分加速菌體的呼吸，以至培養(yǎng)基中的溶解氧不能滿足需要，使一些中間代謝物（如丙酮酸、乳酸、乙酸等）不能完全氧化而積累在菌體或培養(yǎng)基中，導致pH下降，影響某些酶的活性，從而抑制微生物的生長和產(chǎn)物的合成。第六頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五糖蜜

制糖的結晶母液，它是制糖工業(yè)的副產(chǎn)物;

含有豐富的糖、氮類化合物、無機鹽和維生素等，是微生物發(fā)酵培養(yǎng)基價廉物美的碳源;

糖蜜主要含有蔗糖，總糖可達50%-75%。

糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜，二者在糖的含量和無機鹽的含量上有所不同，即使同一種糖蜜由于加工方法不同其成分也存在差異，因此使用時要注意。第七頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五糖蜜是制糖生產(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。第八頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五不用加工方法對甘蔗糖蜜的影響第九頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五糖蜜使用的注意點：除糖份外，含有較多的雜質，其中有些是有用的，但是許多都會對發(fā)酵產(chǎn)生不利的影響，需要進行預處理。例：谷氨酸發(fā)酵有害物資：膠體成分（起泡、結晶）、鈣鹽（結晶）生物素（發(fā)酵控制）預處理：澄清→脫鈣→脫除生物素例：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）預處理：→黃血鹽第十頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五淀粉糊精

多糖，也是常用的碳源;

需經(jīng)胞外酶水解成單糖后再被吸收利用;

使用淀粉可克服葡萄糖代謝過快的弊病，價格也比較低廉，在發(fā)酵工業(yè)中被普遍使用。

常用的淀粉為玉米、甘薯、馬鈴薯、木薯淀粉。第十一頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五例：地衣牙孢桿菌生產(chǎn)α-淀粉酶碳源對生長和產(chǎn)酶的影響碳源細胞量α-淀粉酶葡萄糖4.20蔗糖4.020糊精3.0638.2淀粉3.0940.2第十二頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五油和脂肪也能被許多微生物作為碳源和能源

這些微生物都具有比較活躍的脂肪酶，在脂肪酶的作用下，油或脂肪被水解為甘油和脂肪酸，在溶解氧的參與下，進一步氧化成CO2和H2O，并釋放出大量的能量。

當微生物利用脂肪作為碳源時，要供給比糖代謝更多的氧，不然大量的脂肪酸和代謝中的有機酸會積累，從而引起pH的下降，并影響微生物酶系統(tǒng)的作用。

常用豆油、菜油、葵花籽油、豬油、魚油、棉籽油等（2）、油和脂肪第十三頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五

一些微生物對多種有機酸（如乳酸、檸檬酸、乙酸等）有很強的氧化能力，可以有機酸或有機酸鹽作為碳源。

有機酸的利用常會使pH上升，尤其是有機酸鹽氧化時，常伴隨著堿性物質的產(chǎn)生，使pH進一步上升。如以醋酸鹽為碳源時，反應如下：CH3COONa+2O22CO2+H2O+NaOH(3)、有機酸第十四頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五

隨著石油工業(yè)的發(fā)展，微生物工業(yè)的碳源也有所擴大。

正烷烴（一般指從石油裂解中得到的14-18碳的直鏈烷烴混合物）已用于有機酸、氨基酸、維生素、抗生素和酶制劑的工業(yè)發(fā)酵中。

石油工業(yè)的發(fā)展促使乙醇產(chǎn)量的增加，乙醇代糧發(fā)酵的工藝發(fā)展也十分迅速，自然界中能同化乙醇的微生物和能同化糖質的微生物一樣普遍，種類也相當多，乙醇作碳源其菌體得率比葡萄糖作碳源還高，因而乙醇已成功地應用于發(fā)酵工業(yè)的許多領域中，如利用乙醇生產(chǎn)單細胞蛋白(4)、烴和醇類第十五頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五2、氮源有機氮源豆餅（粕）粉、花生餅粉、魚粉、蠶蛹粉、酵母粉、玉米漿、尿素等無機氮源

銨鹽、硝酸鹽等

（由于細胞內(nèi)的含氮物質都以氨基或亞氨基的形式存在，故銨態(tài)氮可以直接用于合成細胞物質；而硝態(tài)氮需還原成氨后才能被利用）第十六頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五成分黃豆餅粉棉籽餅粉花生餅粉玉米漿魚粉米糠酵母膏蛋白質/%碳水化合物/%脂肪/%纖維/%灰分/%干物/%核黃素/（mg/kg）硫胺素/（mg/kg）泛酸/（mg/kg）尼克酸/（mg/kg）吡哆醇/（mg/kg）生物素/（mg/kg）膽堿/（mg/kg）精氨酸/%胱氨酸/%甘氨酸/%異亮氨酸/%亮氨酸/%賴氨酸/%甲硫氨酸/%苯丙氨酸/%51.0-135.7923.062.414.521--27503.20.62.41.12.53.42.90.641281.5136.5904.414.344---24403.31.02.40.91.52.21.60.545235125.590.55.37.348.4167--16704.60.73123.11.30.6245.8118.8505.730.8874.683.619.40.886290.40.51.10.30.90.10.20.5725.01.5218.193.610.11.1931.414.7-35604.90.83.52.04.56.86.82.51345131416912.642223.2297--12500.50.10.90.20.40.60.50.450-031095-------3.31.4-1.65.56.26.52.1第十七頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五無機氮源和尿素、玉米漿等可被迅速利用，為速效氮；蛋白質氮則需先水解成肽和氨基酸后才能被吸收利用，屬遲效氮第十八頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五

氮源物質常對培養(yǎng)液pH產(chǎn)生影響(NH4)SO4

2NH3+H2SO4NaNO3+4H2NH3+2H2O+NaOH

反應中所產(chǎn)生的NH3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。

在常用的無機氮中，硫酸銨被菌體利用后會使培養(yǎng)液的pH下降，為生理酸性物質；硝酸鈉被同化時則引起培養(yǎng)液pH上升，為生理堿性物質第十九頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五無機氮源的影響：硫酸銨>硝酸銨>硝酸鈉>尿素第二十頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五

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)酵的影響有機氮原：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。例玉米漿：①可溶性蛋白、生長因子（生物素）、苯乙酸②較多的乳酸③硫、磷、微量元素等第二十一頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五氮源使用的一些相關問題：

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—無機氮源中期：菌體的代謝酶系已形成、則利用蛋白質

有些產(chǎn)物會受氮源的誘導和阻遏例：蛋白酶的生產(chǎn)

有機氮源選取時也要考慮微生物的同化能力

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第二十二頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五第二十三頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五3、無機鹽和微量元素◆

磷酸鹽磷是某些蛋白質和核酸的組成成分磷酸鹽在培養(yǎng)基中還具有緩沖作用微生物對磷的需要量一般為0.005～0.01mol/L常用K3PO4、Na2HPO4、NaH2PO4◆硫酸鎂Mg2+是許多重要酶（如己糖磷酸化酶、異檸檬酸脫氫酶、羧化酶等）的激活劑鎂離子能提高一些氨基糖苷類抗生素產(chǎn)生菌對自身所產(chǎn)的抗生素的耐受能力，如卡那霉素、鏈霉素、新生霉素等產(chǎn)生菌。

硫存在于細胞的蛋白質中，是含硫氨基酸的組成成分硫是構成一些酶的活性基硫酸鎂加入培養(yǎng)基中，在堿性條件下會形成氫氧化鎂沉淀，配料時要注意?！翕淃}鉀不參與細胞結構物質的組成是許多酶的激活劑菌體生長所需鉀量約為0.1g/L(以K2SO4計)◆微量元素需量微少，但又不可缺少一般作為碳、氮源的農(nóng)副產(chǎn)物天然原料中，本身含有，不必另加某些金屬離子，特別是汞離子和銅離子，具有明顯的毒性第二十四頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五1、作用：各種不一樣2、來源：C、N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，P1044、使用注意點A.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第二十五頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五例：鐵離子青霉素發(fā)酵中，鐵離子的濃度要小于20μg/ml

發(fā)酵罐必須進行表面處理B、使用時注意鹽的形式（pH的變化）例：黑曲酶NRRL-330,生產(chǎn)α-淀粉酶，P對酶活的影響

pH酶活不加4.25120分鐘加K2HPO45.4530分鐘加KH2PO44.6275分鐘第二十六頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五4、生長因子概念：微生物生長不可缺少的微量有機物質。類別：維生素、氨基酸、嘌呤嘧啶及其衍生物第二十七頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五

不是所有微生物都必需的，只是對于某些自己不能合成這些成分的微生物才是必不可少的營養(yǎng)物質。如以糖質原料為碳源的谷氨酸生產(chǎn)菌均為生物素缺陷型，以生物素為生長因子。又如目前所使用的賴氨酸產(chǎn)生菌幾乎都是谷氨酸產(chǎn)生菌的各種突變株，均為生物素缺陷型，同時也是某些氨基酸如高絲氨酸的缺陷型，需要生物素和某些氨基酸作為生長因子。第二十八頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五提供生長因子的農(nóng)副產(chǎn)品原料1）玉米漿（cornsteepliquor,CSL）

用亞硫酸浸泡玉米而得的浸泡液的濃縮液，也是玉米淀粉生產(chǎn)的副產(chǎn)品

雖然主要用作氮源，但它含有豐富的氨基酸、核酸、維生素、無機鹽等，常用作為提供生長因子的物質。第二十九頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五2）麩皮水解液可代替玉米漿，蛋白質、氨基酸等營養(yǎng)成分比玉米漿少。用量一般為1%（以干麩皮計）左右水解條件：以干麩皮：水：HCl=4.6:26:1配比混合，裝入水解鍋中以0.07～0.08MPa表壓加熱水解70～80min。以干麩皮：水=1：20，用鹽酸調pH值1.0，以0.25MPa表壓加熱水解20min。然后過濾取濾液。第三十頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五3）糖蜜（molasses）

甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜均可代替玉米漿，但氨基酸等有機氮含量較低

甘蔗糖蜜用量為0.1%～0.4%4)酵母酵母膏、酵母浸出液、酵母粉5）其他牛肉膏、蛋白胨、動物心、肝等組織浸液等都含有豐富的生長因子第三十一頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五5、水生理功能：1）是微生物機體的重要組成部分2）進行代謝反應的介質3）營養(yǎng)物、代謝物、氧氣等必須溶解于水后才能通過細胞表面進行正常的活動；4）水的比熱高，能有效吸收代謝過程中放出的熱，使細胞內(nèi)溫度不致驟然上升；同時水又是熱的良導體，有利于散熱，可調節(jié)細胞溫度。第三十二頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五對于發(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，特別是水中的礦物質組成對釀酒工業(yè)和淀粉糖化影響甚大。水源質量的主要參數(shù)包括pH值、溶解氧、可溶性固體、污染程度以及礦物質組成和含量。第三十三頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五6、前體(precursor)概念：——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結合到產(chǎn)物分子中去，而其自身的結構并沒有多大變化，但是產(chǎn)物的產(chǎn)量卻因加入前體而又較大的提高。第三十四頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五發(fā)現(xiàn)：

最早是從青霉素的生產(chǎn)中被發(fā)現(xiàn)的。加入玉米漿后，青霉素單位可從20U/ml增加到100U/ml；玉米漿中含有苯乙胺，它能被優(yōu)先合成到青霉素分子中，從而提高青霉素G的產(chǎn)量。第三十五頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五青霉素：分子量356苯乙酸:分子量136第三十六頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五作用：前體有助于提高產(chǎn)量和組份用量：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用法：前體使用時普遍采用流加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，一般基礎料中僅僅添加0.07%

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第三十七頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五產(chǎn)品前體青霉素G青霉素V金霉素灰黃霉素紅霉素核黃素類胡蘿卜素L-異亮氨酸L-色氨酸L-絲氨酸苯乙酸及其衍生物苯氧乙酸氯化物氯化物正丙醇丙酸鹽-紫羅酮-氨基丁酸鄰氨基苯甲酸甘氨酸第三十八頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五7、促進劑和抑制劑(1)、促進劑：促進劑是指那些非細胞生長所必需的營養(yǎng)物，又非前體，但加入后卻能提高產(chǎn)量的添加劑。第三十九頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五促進劑不是前體或營養(yǎng)物可影響正常代謝，或促進中間代謝產(chǎn)物的積累，或提高次級代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量例如

巴比妥可增加鏈霉素產(chǎn)生菌的抗自溶能力，推遲自溶時間，增加鏈霉素積累。

谷氨酸棒桿菌生產(chǎn)賴氨酸時，加入紅霉素可提高產(chǎn)量25%以上。第四十頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五添加劑酶微生物酶活力增加倍數(shù)Tween(0.1%)大豆酒精提取物（2%）植酸質（0.01%-0.3%)洗凈劑LS(0.1%)聚乙烯醇苯乙醇(0.05%)醋酸+維生素纖維素酶蔗糖酶-葡聚糖酶木聚糖酶淀粉酶脂酶右旋糖酐酶普魯蘭酶蛋白酶脂肪酶蛋白酶蛋白酶糖化酶纖維素酶纖維素酶許多真菌許多真菌許多真菌許多真菌許多真菌許多真菌繩狀青霉產(chǎn)氣桿菌米曲霉泡盛曲霉曲霉、桔青霉等棲土曲霉筋狀擬內(nèi)胞霉真菌綠色毛霉201610446201.52.872.502-41.61.24.42各種促進劑對產(chǎn)酶的促進作用第四十一頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五

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。

各種促進劑的效果除受菌種、菌齡的影響外，還與所用的培養(yǎng)基組成有關，即使是同一種促進劑，用同一菌株，生產(chǎn)同一產(chǎn)物，在使用不同的培養(yǎng)基時效果也會不一樣。如在酶制劑生產(chǎn)中，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；有些促進劑的作用是沉淀或鰲合有害的金屬離子。第四十二頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五(2)、抑制劑抑制某些代謝途徑的進行，同時刺激另一代謝途徑，以致可以改變微生物的代謝途徑。如酵母厭氧發(fā)酵中加入亞硫酸鹽或堿類，可以使酒精發(fā)酵受到抑制，而轉入甘油發(fā)酵第四十三頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五產(chǎn)物被抑制的產(chǎn)物抑制劑鏈霉素去甲鏈霉素四環(huán)素去甲金霉素頭孢霉素C利福霉素B甘露糖鏈霉素鏈霉素金霉素金霉素頭孢霉素N其他利福霉素甘露聚糖乙硫氨酸溴化物、硫脲硫磺化合物、乙硫氨酸L-蛋氨酸巴比妥藥物某些代謝產(chǎn)物的抑制劑第四十四頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五第四十五頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五二培養(yǎng)基的種類第四十六頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五1、按培養(yǎng)基成分1）合成培養(yǎng)基

所用原料的化學成分明確、穩(wěn)定如葡萄糖、硫酸銨適于研究菌種基本代謝和過程的物質變化等科研工作；在生產(chǎn)某些疫苗的過程中，為了防止異性蛋白質等雜質摻入，也常用合成培養(yǎng)基；營養(yǎng)單一、價格較高，不適于大規(guī)模生產(chǎn)2）天然培養(yǎng)基原料是一些天然動、植物產(chǎn)品如花生餅粉、蛋白胨等來源廣泛（大多為農(nóng)副產(chǎn)品）、營養(yǎng)豐富、價格低廉、適于工業(yè)化生產(chǎn)一般不需要另加微量元素、維生素等物質由于成分復雜，不易重復，如對原料質量等方面不加控制會影響生產(chǎn)穩(wěn)定性第四十七頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五2、按物理狀態(tài)分1）固體適于菌種和孢子的培養(yǎng)與保存，也廣泛應用于有子實體的真菌類，如香菇、白木耳等的生產(chǎn)；近年來由于機械化程度的提高，在發(fā)酵工業(yè)上又開始應用固體培養(yǎng)基進行大規(guī)模生產(chǎn)，其組分常用麩皮、大米、小米、木屑、禾殼等。2）半固體

瓊脂0.5%-0.8%主用于鑒定細菌、觀察細菌運動特征及噬菌體的效價測定等3）液體發(fā)酵工業(yè)大規(guī)模使用的培養(yǎng)基第四十八頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五3、按用途分基礎培養(yǎng)基富集培養(yǎng)基選擇培養(yǎng)基鑒別培養(yǎng)基孢子培養(yǎng)基種子培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基第四十九頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五供菌種繁殖孢子的培養(yǎng)基，常用固體培養(yǎng)基。1）孢子培養(yǎng)基第五十頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五孢子培養(yǎng)基基本要求：配制時需注意：A）營養(yǎng)不要太豐富（特別是有機氮源），否則不易產(chǎn)孢子。如灰色鏈霉菌在葡萄糖-硝酸鹽-其他鹽的培養(yǎng)基上都能很好地生長和產(chǎn)生孢子，但若加入0.5%酵母膏或酪蛋白后，就只長菌體而不產(chǎn)孢子B）所用無機鹽的濃度要適量，否則會影響孢子量和孢子顏色。C）注意pH和培養(yǎng)基的濕度。

基本要求是能使菌體迅速生長，產(chǎn)生較多優(yōu)質孢子，且不易引起菌種發(fā)生變異。第五十一頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五常用孢子培養(yǎng)基：◆

麩皮培養(yǎng)基◆小米培養(yǎng)基◆大米培養(yǎng)基◆玉米碎屑培養(yǎng)基◆用葡萄糖、蛋白胨、牛肉膏和食鹽等配制的瓊脂斜面培養(yǎng)基大米和小米常用作霉菌孢子培養(yǎng)基，因為它們含氮量少、疏松、表面積大，是良好的孢子培養(yǎng)基。第五十二頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五2）種子培養(yǎng)基供孢子發(fā)芽、生長和菌體繁殖的培養(yǎng)基。第五十三頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五

營養(yǎng)要求比較豐富和完全，氮源和維生素的含量也要高些，但總濃度以略稀薄為好，這樣可達較高的溶解氧，供大量菌體生長和繁殖。

種子培養(yǎng)基的成分要考慮在代謝過程中能維持穩(wěn)定的pH，其成分還要根據(jù)不同菌種的主要特征而定。

一般種子培養(yǎng)基都用營養(yǎng)豐富而完全的天然有機氮源，因為有些氨基酸能刺激孢子發(fā)芽。但無機氮源容易利用，有利菌體的迅速生長，所以在種子培養(yǎng)基中常包括有機氮源和無機氮源。

最后一級的種子培養(yǎng)基的成分最好能較接近于發(fā)酵培養(yǎng)基，這樣可使種子進入發(fā)酵培養(yǎng)基后能迅速適應，快速生長。第五十四頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五3）發(fā)酵培養(yǎng)基

既要使種子接入后能迅速生長，達到一定的菌體濃度，又要使長好的菌體能迅速合成所需產(chǎn)物。因此，發(fā)酵培養(yǎng)基的組成除有菌體生長所必需的元素和化合物外，還要有合成產(chǎn)物所需的特定元素、前體和促進劑等。供菌體生長、繁殖和合成大量代謝產(chǎn)物用的培養(yǎng)基。

但若因生長和合成產(chǎn)物所需的總的碳源、氮源和其他營養(yǎng)物質總的濃度太高，或生長和合成產(chǎn)物兩個階段各需的最佳條件有求不同時，則可考慮培養(yǎng)基用分批補料工藝來加以滿足。第五十五頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五第五十六頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五三培養(yǎng)基的設計

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，只能用生物化學、細胞生物學、微生物學等的基本理論，參照前人所使用的較適合某一類菌種的經(jīng)驗配方，再結合所用菌種和產(chǎn)品的特性，采用搖瓶、玻璃罐等小型發(fā)酵設備，按照一定的實驗設計和實驗方法選擇出較為適合的培養(yǎng)基。

第五十七頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五一、培養(yǎng)基成分選擇的原則

一般只有小分子能夠通過細胞膜進入細胞內(nèi)進行代謝；

微生物能夠利用復雜的大分子是由于分泌各種水解酶，在體外將大分子水解為微生物能直接利用的小分子;

微生物來源和種類不同，所分泌的水解酶系不同；

有的微生物由于水解酶系的缺乏，只能利用簡單物質；在考慮某一菌種對培養(yǎng)基的總體要求時，在成分選擇時應注意以下幾方面的問題：1、菌體的同化能力第五十八頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五

在碳源和氮源的選取時特別要注意，許多碳源和氮源都是復雜的有機大分子，如淀粉、黃豆餅粉等；用這類原料，微生物須具備分泌胞外淀粉酶和蛋白酶。

培養(yǎng)不能分泌淀粉酶的菌株，可先將淀粉糖化

有些微生物，如大多數(shù)氨基酸產(chǎn)生菌，缺乏蛋白水解酶，可先將有機氮源水解

豆餅水解液制備方法：豆餅粉（100kg）+水(133kg)+鹽酸，調pH1.0以下，100oC，常壓水解16h，或0.25-0.3MPa壓力水解6h，也可用硫酸水解，用氨中和。培養(yǎng)基成分選擇的原則(continued)第五十九頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五酶制劑的生產(chǎn)，也應考慮碳源的分解代謝阻遏的影響，對于許多誘導酶來說，易被利用的碳源（如葡萄糖或果糖）不利于產(chǎn)酶。培養(yǎng)基成分選擇的原則(continued)2、代謝的阻遏和誘導

根據(jù)微生物的特性和培養(yǎng)目的，注意快速利用的碳（氮）源和慢速利用的碳（氮）源的配合，發(fā)揮各自優(yōu)勢，避其所短。菌體利用葡萄糖時產(chǎn)生的分解代謝物可能阻遏或抑制某些產(chǎn)物合成所需的酶系的形成或酶的活性（葡萄糖效應）；在抗生素發(fā)酵時，種子培養(yǎng)基所含的快速利用碳源和氮源往往比發(fā)酵培養(yǎng)基多；有時需考慮分批補料或連續(xù)補料。有些產(chǎn)物會受氮源的誘導與阻遏，如通常蛋白酶的生產(chǎn)受培養(yǎng)基中蛋白質或多肽的誘導，而受銨鹽、硝酸鹽、氨基酸的阻遏，應考慮氮源以有機氮源（如蛋白質）為主。第六十頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五不同生長階段，對碳氮比的最適要求可能不同。一般來講，因為碳源既作為碳架參與菌體和產(chǎn)物的合成，又作為生命過程中的能源，故比例要求比氮源高。一般工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基的碳氮比為100:(0.2-2.0）;但在谷氨酸發(fā)酵中因產(chǎn)物含氮量較高，所以氮源比例相對高些，一般取100:(15-20）。如碳氮比為100:(0.5-2.0），則只長菌體而不合成谷氨酸。培養(yǎng)基成分選擇的原則(continued)3、合適的碳氮比

碳氮比對生長繁殖以及產(chǎn)物合成的影響極其顯著

氮源過多，會使菌體生長過旺，pH偏高，不利代謝產(chǎn)物的積累；氮源不足，則菌體繁殖量少，從而影響產(chǎn)量；

碳源過多則易形成較低的pH；碳源不足則容易引起菌體的衰老和自溶。碳氮比也隨碳源及氮源的種類以及通氣攪拌等條件而異。第六十一頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五

pH是微生物生長和代謝的極為重要的環(huán)境因子；

微生物在利用營養(yǎng)物質后，由于酸堿物質的積累或代謝酸堿物質的形成，會造成培養(yǎng)體系中pH的波動；

發(fā)酵過程中調節(jié)pH的方式一般不主張直接用酸堿來調節(jié)；

要保證發(fā)酵過程中pH能滿足工藝的要求，合理配制培養(yǎng)基是決定因素，因而在配制培養(yǎng)基選取營養(yǎng)成分時，除了考慮營養(yǎng)需求外，也要考慮其代謝后對培養(yǎng)體系pH緩沖能力的影響。培養(yǎng)基成分選擇的原則(continued)4、pH的要求第六十二頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五二、培養(yǎng)基的優(yōu)化

選擇培養(yǎng)基成分，設計培養(yǎng)基配方，雖然有一些理論依據(jù)，但最終的確定是通過實驗的方法獲得的。培養(yǎng)基設計與優(yōu)化的大致步驟：1）根據(jù)前人的經(jīng)驗和培養(yǎng)基配制的基本理論，初步確定可能的成分；2）通過單因子實驗確定最為適宜的培養(yǎng)基成分；3）通過多因子實驗確定各成分的最適濃度第六十三頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五類胡蘿卜素高產(chǎn)菌Y11的培養(yǎng)基的優(yōu)化郭秒,食品與工業(yè)發(fā)酵，2004類胡蘿卜素的作用：色素、營養(yǎng)保健第六十四頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五原培養(yǎng)基:第六十五頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五

初步確定可能的培養(yǎng)基成分(以碳源為例)第六十六頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五

通過單因子實驗確定適宜的培養(yǎng)基成分(以碳源為例)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2%比較好第六十七頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五結果：碳源：乙酸鈉0.2%氮源：氯化銨0.2%

酵母膏0.03%無機鹽:復合無機鹽0.05%第六十八頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五

正交設計確定優(yōu)化的配方第六十九頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五第七十頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五改進后培養(yǎng)基的發(fā)酵結果改進后培養(yǎng)基原培養(yǎng)基第七十一頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五搖瓶水平到反應器水平的優(yōu)化配方搖瓶、反應器培養(yǎng)基研究的兩個層次

搖瓶——培養(yǎng)基設計的第一步

反應器—最終的優(yōu)化的基礎配方第七十二頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期五例：青霉素發(fā)酵發(fā)酵搖瓶：玉米漿4%，乳糖10%，(NH4)SO40.8%

輕質碳酸鈣1%發(fā)酵罐:葡萄糖流加控制總量10-15%，玉米漿總量4-8%

補加硫酸、前體等搖瓶發(fā)酵培養(yǎng)基和罐的基礎培養(yǎng)差別很大第七十三頁，共八