發(fā)酵工程03第三章 發(fā)酵工藝條件的優(yōu)化

第三章發(fā)酵工藝條件的確定第一節(jié)培養(yǎng)基的選擇和確定第二節(jié)培養(yǎng)條件的確定第一節(jié)培養(yǎng)基的選擇和確定一、培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分二、培養(yǎng)基的用途三、發(fā)酵培養(yǎng)基的選擇四、培養(yǎng)基成分的營養(yǎng)與作用五、培養(yǎng)基確定方法六、正交試驗在培養(yǎng)基確定中的應用一、培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分微生物的營養(yǎng)活動，是依靠向外界分泌大量的酶．將周圍環(huán)境中大分子的蛋白質、糖類、脂肪等營養(yǎng)物質分解成小分子化合物，再借助細胞膜的滲透作用，吸收這些小分子營養(yǎng)來實現(xiàn)的。所有發(fā)酵培養(yǎng)基都必須提供微生物生長繁殖和產(chǎn)物合成所需的能源，包括碳源、氮源、無機元素、生長因子及水、氧氣等。對于大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)，除考慮上述微生物的需要外，還必須重視培養(yǎng)基原料的價格和來源。

微生物的營養(yǎng)來源

（1）能源自養(yǎng)菌：光；氫，硫胺；亞硝酸鹽，亞鐵鹽。異養(yǎng)菌：碳水化合物等有機物，石油天然氣和石油化工產(chǎn)品，如醋酸。（2）碳源：碳酸氣；淀粉水解糖，糖蜜、亞硫酸鹽紙漿廢液等石油、正構石蠟，天然氣醋酸、甲醇、乙醇等石油化工產(chǎn)品（3）氮源豆餅或蠶蛹水解液，味精廢液，玉米漿，酒糟水等有機氮尿素，硫酸銨，氨水，硝酸鹽等無機氮氣態(tài)氮(4)無機鹽磷酸鹽，鉀鹽，鎂鹽，鈣鹽等其他礦鹽鐵、錳、鈷等微量元素其他（5）特殊生長因子硫胺素、生物素、對氨基苯甲酸、肌醇等二、培養(yǎng)基的用途

篩選菌種保藏菌種檢驗雜菌培養(yǎng)種子發(fā)酵生產(chǎn)（一）、培養(yǎng)基的分類（二）、發(fā)酵生產(chǎn)中的培養(yǎng)基類型（一）、培養(yǎng)基的分類（1）按培養(yǎng)基組成物質的化學成分合成培養(yǎng)基、天然培養(yǎng)基。（2）按物理性質固體，液體（3）按用途選擇性培養(yǎng)基、鑒別培養(yǎng)基、富集培養(yǎng)基等（1）天然培養(yǎng)基是采用化學成分還不清楚或化學成分還不恒定的各種植物和動物組織或微生物的浸出物、水解液等物質(例如牛肉膏、酵母膏、麥芽汁、蛋白胨等)制成的。適合于各類異養(yǎng)微生物生長，而一般自養(yǎng)微生物都不能生長。（2）合成培養(yǎng)基是用化學成分和數(shù)量完全了解的物質配制而成的。成分精確，重復性強，可以減少不能控制的因素適用于在實驗室范圍作有關營養(yǎng)、代謝、分類鑒定、生物測定及選育菌種、遺傳分析等定量研究工作。但一般微生物在合成培養(yǎng)基上生長較慢，有些微生物營養(yǎng)要求復雜，在合成培養(yǎng)基上不能生長。（3）半合成培養(yǎng)基多數(shù)培養(yǎng)基配制是采用一部分天然有機物作碳源、氮源和生長因子的來源，再適當加入一些化學藥品以補充無機鹽成分，使其更能充分滿足微生物對營養(yǎng)的需要。大多數(shù)微生物都能在此培養(yǎng)基上生長繁殖。因此，在微生物工業(yè)生產(chǎn)上和試驗研究中被廣泛使用。（1）

液體培養(yǎng)基：常用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)及生理代謝等基本理論研究工作。發(fā)酵工業(yè)多用作培養(yǎng)種子和發(fā)酵的培養(yǎng)基。根據(jù)微生物對氧的要求情況，分別作靜止或通風攪拌培養(yǎng)。在菌種篩選工作和菌種培養(yǎng)工作中，也常用液體培養(yǎng)基進行搖瓶培養(yǎng)微生物在液體培養(yǎng)基中生長的情況有時也可用作鑒定菌種的參考。生理代謝菌種篩選種子培養(yǎng)發(fā)酵培養(yǎng)（2）

固體培養(yǎng)基分類：斜面試管、平板等是在液體培養(yǎng)基中加入凝固劑配成的，最常用的凝固劑是瓊脂。作用：固體培養(yǎng)基在菌種的分離、保藏、菌落特征的觀察、活菌計數(shù)和鑒定菌種方面是不可缺少的。在制曲、酶制劑、檸檬酸等生產(chǎn)中，用來培養(yǎng)霉菌等的固體種子和發(fā)酵培養(yǎng)基是由麩皮等農(nóng)作物加無機元素等制成的。增殖培養(yǎng)基：可以配制成適合某種微生物生長而不適合其他微生物生長，從而達到從自然界分離這種微生物的目的。鑒別培養(yǎng)基：是根據(jù)微生物能否利用培養(yǎng)基中某種營養(yǎng)成分，借助指示劑的顯色反應，以鑒別不同種類的微生物。選擇培養(yǎng)基：是在培養(yǎng)基內(nèi)加入某種化學物質以抑制不需要菌的生長，而促進某種需要菌的生長。（二）、發(fā)酵生產(chǎn)中的培養(yǎng)基類型工業(yè)發(fā)酵中培養(yǎng)基往往是依據(jù)生產(chǎn)流程和作用分為：斜面培養(yǎng)基種子培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基搖瓶培養(yǎng)基1．斜面培養(yǎng)基作用：這是供微生物細胞生長繁殖用的，包括細菌，酵母等的斜面培養(yǎng)基以及霉菌、放線菌生孢子培養(yǎng)基或麩曲培養(yǎng)基等。這類培養(yǎng)基主要作用是供給細胞生長繁殖所需的各類營養(yǎng)物質。特點：1.富含有機氮源，少含或不含糖分。有機氮有利于菌體的生長繁殖，能獲得更多的細胞。2.對于放線菌或霉菌的產(chǎn)孢子培養(yǎng)基，則氮源和碳源均不宜太豐富，否則容易長菌絲而較少形成孢子。3.斜面培養(yǎng)基中宜加少量無機鹽類，供給必要的生長因子和微量元素。2．種子培養(yǎng)基(包括搖瓶種子和小罐種子培養(yǎng)基)：培養(yǎng)種子的目的：1.擴大培養(yǎng)，增加細胞數(shù)量；同時也必須培養(yǎng)出強壯、健康、活性高的細胞。為了使細胞迅速進行分裂或菌絲快速生長。種子培養(yǎng)基特點：1.必須有較完全和豐富的營養(yǎng)物質，特別需要充足的氮源和生長因子。2.種子培養(yǎng)基中各種營養(yǎng)物質的濃度不必太高。供孢子發(fā)芽生長用的種子培養(yǎng)基，可添加一些易被吸收利用的碳源和氮源。3.種子培養(yǎng)基成分還應考慮與發(fā)酵培養(yǎng)基的主要成分相近。3．發(fā)酵培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基是發(fā)酵生產(chǎn)中最主要的培養(yǎng)基，它不僅耗用大量的原材料，而且也是決定發(fā)酵生產(chǎn)成功與否的重要因素。（1）根據(jù)產(chǎn)物合成的特點來設計培養(yǎng)基：對菌體生長與產(chǎn)物相偶聯(lián)的發(fā)酵類型，充分滿足細胞生長繁殖的培養(yǎng)基就能獲得最大的產(chǎn)物。對于生產(chǎn)氨基酸等含氮的化合物時，它的發(fā)酵培養(yǎng)基除供給充足的碳源物質外，還應該添加足夠的銨鹽或尿素等氮素化合物。（2）發(fā)酵培養(yǎng)基的各種營養(yǎng)物質的濃度應盡可能高些，這樣在同等或相近的轉化率條件下有利于提高單位容積發(fā)酵罐的利用率，增加經(jīng)濟效益。（3）發(fā)酵培養(yǎng)基需耗用大量原料，因此，原料來源、原材料的質量以及價格等必須予以重視。三、發(fā)酵培養(yǎng)基的選擇

(1)必須提供合成微生物細胞和發(fā)酵產(chǎn)物的基本成分。(2)有利于減少培養(yǎng)基原料的單耗，即提高單位營養(yǎng)物質所合成產(chǎn)物數(shù)量或最大產(chǎn)率。(3)有利于提高培養(yǎng)基和產(chǎn)物的濃度，以提高單位容積發(fā)酵罐的生產(chǎn)能力。(4)有利于提高產(chǎn)物的合成速度，縮短發(fā)酵周期。(5)盡量減少副產(chǎn)物的形成，便于產(chǎn)物的分離純化。(6)原料價格低廉，質量穩(wěn)定，取材容易。7)所用原料盡可能減少對發(fā)酵過程中通氣攪拌的影響，利于提高氧的利用率，降低能耗。(8)有利于產(chǎn)品的分離純化，并盡可能減少產(chǎn)生“三廢”的物質。發(fā)酵培養(yǎng)基的設計和注意事項

1．提供必要的營養(yǎng)成分：培養(yǎng)基成分必須滿足細胞生長，代謝活動和合成產(chǎn)物所需的基本要求。2．配制合適的濃度：可以從發(fā)酵動力學有關生長、產(chǎn)物合成和基質利用物料平衡的關系中大致推算所需原料或大致計算出所需主要原料的需要量。3.主成分與其他成分的配比。4．控制合適的pH：微生物的生長繁殖或產(chǎn)物的合成往往需要—定的pH環(huán)境，在最適pH值下有利于加快各種酶的反應。因此在整個發(fā)酵過程中應使培養(yǎng)基的pH適合于微生物生長或產(chǎn)物合成所需。

pH的具體控制方法1.可以在微生物培養(yǎng)過程中加入酸或堿或流加某些營養(yǎng)物質調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的pH，但更應在配制培養(yǎng)基時考慮所用營養(yǎng)物質的組成成分，使其pH值適合該微生物生長或合成代謝產(chǎn)物的需要。2.還要注意有些營養(yǎng)物質被利用后培養(yǎng)基的pH變化情況.3.控制pH最常用的方法是在培養(yǎng)基中添加具有一定緩沖能力的物質作為營養(yǎng)物，如以磷酸鹽作為磷的成分；或者避免使用容易產(chǎn)生生理酸性或堿性使培養(yǎng)基pH波動太大的物質。4．避免產(chǎn)生微生物不能利用的物質或形成沉淀葡萄糖與銨鹽或氨基酸的氨基在滅菌高溫下作用形成深褐色物質。這種物質不被微生物利用。因此這兩類營養(yǎng)物不宜直接配在一起進行滅菌，而應采用分開滅菌后再加入發(fā)酵罐內(nèi)。硫酸銨中的SO42-與鈣鹽易形成難溶的硫酸鈣，因此二者也不宜直接配成培養(yǎng)基。5．注意代謝調(diào)節(jié)物的影響：有些物質存在于培養(yǎng)基中往往能明顯地促進或抑制發(fā)酵產(chǎn)物的形成。前體物質誘導劑阻遏物抑制劑金屬離子(1)添加有關前體物質：前作物質：是指當添加到發(fā)酵培養(yǎng)基中的某些化學物質基本上不改變其分子結構而直接進入產(chǎn)物中的小分子物質，從而在一定條件下控制產(chǎn)物的合成方向和提高產(chǎn)量。在發(fā)酵中添加前體物質將有利于產(chǎn)物的合成和顯著提高產(chǎn)量，如苯乙酸及其衍生物被認為是青霉素的前體物質。(2)添加誘導物：目前工業(yè)用微生物酶多數(shù)為誘導酶，如蛋白酶、淀粉酶、纖維素酶等。誘導物的存在能大大強化誘導酶的生物合成。酶的正常底物或底物的類似物都可作為誘導物。在各種微生物酶的發(fā)酵培養(yǎng)基中必須加入誘導物，例如淀粉、糊精或麥芽糖是淀粉酶或糖化酶的誘導物。只有添加這些物質的培養(yǎng)基，才能獲得高產(chǎn)。(3)注意阻遏物或抑制劑的影響培養(yǎng)基中存在反饋阻遏物或分解阻遏物均能影響酶的合成，降低發(fā)酵產(chǎn)量。有些酶的抑制劑卻能提高某些代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量，最早利用抑制劑提高中間代謝物產(chǎn)量的例子是甘油發(fā)酵中加入亞硫酸鈉。在培養(yǎng)基配制時必須注意加入有益的抑制劑，而避免混入有害的抑制物。6.金屬離子的影響：有些種類的發(fā)酵生產(chǎn)對金屬離子相當敏感，因為有些金屬離子是中間代謝酶的抑制劑或激活劑。因此對于有重大影響的金屬離子必須嚴格控制。如檸檬酸發(fā)酵中鐵、錳和鋅離子都能明顯影響產(chǎn)量，鈣離子對細菌淀粉酶的生產(chǎn)有促進作用，而鈷離子對葡萄糖異構酶的發(fā)酵是必需的，這些在培養(yǎng)基配制時都必須予以注意。四、培養(yǎng)基組成物質的營養(yǎng)與作用碳素化合物氮素化合物水微量元素(無機鹽類)生長因子碳素化合物營養(yǎng)源對微生物生長發(fā)育的影響(1)碳素化合物的作用構成菌體成分的重要元素，產(chǎn)生各種代謝產(chǎn)物和細胞內(nèi)貯藏物質的主要原料，同時又是化能異養(yǎng)型微生物的能量來源。（2）碳源種類糖：單糖中的己糖，寡糖中的蔗糖、麥芽糖、棉子糖，多糖中的淀粉、纖維素、半纖維素、甲殼質和果膠質等，其中淀粉是大多數(shù)微生物都能利用的碳源。有機酸如糖酸、檸檬酸、反丁烯二酸、琥珀酸、蘋果酸、丙酮酸、酒石酸等。醇類中甘露醇、甘油、低濃度的乙醇。脂肪酸如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸等低級脂肪酸都可用作碳源。油酸和亞油酸等高級脂肪酸可被不少放線菌和真菌作為碳源和能源利用，低濃度的高級脂肪酸可刺激細菌生長，但濃度較高時往往有毒害作用。

正烷烴：一般是指從石油裂得到的14C至18C的直鏈烷烴混合物。葡萄糖：是最易利用的糖，并且作為加速微生物生長的一種有效的糖。過多的葡萄糖會過分加速菌體的呼吸，以致培養(yǎng)基中的溶解氧不能滿足需要。糖蜜：是制糖廠生產(chǎn)糖時的結晶母液，是蔗糖廠的副產(chǎn)物。含有較豐富的糖、氨素化合物和無機維生素等，是微生物工業(yè)的價廉物美的原料。淀粉：一般要經(jīng)菌體產(chǎn)生的胞外酶水解成單糖后再被吸收利用?？煽朔咸汛x過快的弊病。來源豐富，價格比較低廉。常用的為玉米淀粉、小麥淀粉和甘薯淀。油和脂肪：在微生物分泌的脂肪酶作用下水解為甘油和脂肪酸，在溶解氧的參與下，氧化成水和CO2。因此用脂肪作碳源時需比糖代謝供給更多的氧。(2)氮素化合物

氮是構成微生物細胞蛋白質和核酸的主要元素，而蛋白質和核酸是微生物原生質的主要組成部分。氮素一般不提供能量，但硝化細菌卻能利用氨作為氮源和能源。就某一類微生物而言，由于其合成能力的差異，對氮營養(yǎng)的需要也有很大區(qū)別。氮的來源可分為無機氮和有機氮：有機氮源：花生餅粉、黃豆餅粉、棉子餅粉、玉米漿、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母膏、魚粉、蠶蛹粉、尿素、廢菌絲體和酒糟等。它們在微生物分泌的蛋白酶作用下，水解成氨基酸，被菌體進一步分解代謝。有機氮源特點：含有豐富的蛋白質、多肽和游離的氨基酸還含有少量的糖類、脂肪、無機鹽、維生素及生長因子。玉米漿：是玉米淀粉生產(chǎn)中的副產(chǎn)物，其中固體物含量在50％。還含有有機酸、還原糖、磷、微量元素、生長素。由于玉米漿的來源不同，加工條件也不同，因此玉米漿的成分有較大波動。無機氮源：銨鹽、硝酸鹽、氨水等。微生物對其吸收利用比有機物快，所以也稱速效氮。利用無機氮時應注意引起的pH變化。實驗室中常用蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等作為有機氮源，工業(yè)生產(chǎn)上常用硫酸銨、尿素、氨水、豆餅粉、花生餅粉、麩皮等原料作氮源。(3)水

（1）

水是良好的溶劑，菌體所需要的營養(yǎng)物質都是溶解于水中被吸收的。（2）

滲透、分泌、排泄等作用都是以水為媒介的；（3）

水直接參與代謝作用中的許多反應。所以，水在生物化學反應中占有極為重要的地位。（4）

水的比熱高，能有效地吸收代謝過程中所放出的熱，使細胞內(nèi)溫度不致驟然上升。（5）

水是熱的良導體，有利于放熱，可調(diào)節(jié)細胞的溫度。(4)微量元素(無機鹽類)無機鹽類是微生物生命活動所不可缺少的物質。主要功用是：①構成菌體成分；②作為酶活性基的組成部分或維持酶的活性；③調(diào)節(jié)滲透壓、pH值、氧化還原電位等；④作為自養(yǎng)菌的能源。

無機元素包括主要元素(又稱大量元素)和微量元素兩類，這是依據(jù)微生物對它們需要量的大小劃分的。主要元素有P、S、Mg、K、Ca等；微量元素有Fe、Cu、Mn、Zn、Mo、Co、B等。當鹽濃度太高時，對微生物生長有抑制作用，而在較低濃度時卻能刺激生長。

一般在復合培養(yǎng)基中由于加入許多動植物原料等都含有微量元素。磷：是核酸和蛋白質的必要成分，也是ATP的成分。在代謝途徑調(diào)節(jié)方面，起著重要作用。促進微生物生長，但過量時，許多產(chǎn)物的合成受抑制。鈣：培養(yǎng)基中鈣鹽過多時，會形成磷酸鈣沉淀?？煞謩e消毒或逐步補加。鎂：處于離子狀態(tài)時，是許多酶的輔酶的激活劑，不但影響基質的氧化，也影響蛋白質的合成。以硫酸鎂加入，但在堿性溶液中會形成沉淀。(5)生長因子

廣義說，凡是微生物生長不可缺少的微量有機物質都稱為生長因子(又稱生長素)，包括氨基酸、嘌呤、嘧啶、維生素等；狹義說，生長素僅指維生素。與微生物有關的維生素主要是B族維生素，這些維生素是各種酶的活性基的組成部分，沒有它們，酶就不能活動。凡是缺少合成生長素類物質的微生物(即缺少了合成生長素過程中的某種酶)，統(tǒng)稱為營養(yǎng)缺陷型。

五、培養(yǎng)基確定方法（1）首先必須做好調(diào)查研究工作，了解菌種的來源、生活習慣、生理生化特性和一般的營養(yǎng)要求。工業(yè)生產(chǎn)主要應用細菌、放線菌、酵母菌和霉菌四大類微生物。它們對營養(yǎng)的要求既有共性，也有各自的特性，應根據(jù)不同類型微生物的生理特性考慮培養(yǎng)基的組成。（2）其次，對生產(chǎn)菌種的培養(yǎng)條件，生物合成的代謝途徑，代謝產(chǎn)物的化學性質、分子結構、一般提煉方法和產(chǎn)品質量要求等也需要有所了解，以便在選擇培養(yǎng)基時做到心中有數(shù)。（3）最好先選擇一種較好的化學合成培養(yǎng)基做基礎，開始時先做一些搖瓶試驗;然后進一步做小型發(fā)酵罐培養(yǎng)，摸索菌種對各種主要有機碳源和氮源的利用情況和產(chǎn)生代謝產(chǎn)物的能力。注意培養(yǎng)過程中的pH變化，觀察適合于菌種生長繁殖和適合于代謝產(chǎn)物形成的兩種不同pH，不斷調(diào)整配比來適應上述各種情況。（4）注意每次只限一個變動條件。有了初步結果以后，先確定一個培養(yǎng)基配比。其次再確定各種重要的金屬和非金屬離子對發(fā)酵的影響，即對各種無機元素的營養(yǎng)要求，試驗其最高、最低和最適用量。在合成培養(yǎng)基上得出一定結果后，再做復合培養(yǎng)基試驗。最后試驗各種發(fā)酵條件和培養(yǎng)基的關系。培養(yǎng)基內(nèi)pH可由添加碳酸鈣來調(diào)節(jié)，其他如硝酸鈉、硫酸銨也可用來調(diào)節(jié)。（5）

有些發(fā)酵產(chǎn)物，如抗生素等，除了配制培養(yǎng)基以外，還要通過中間補料法，一面對碳及氮的代謝予以適當?shù)目刂?，一面間歇添加各種養(yǎng)料和前體類物質，引導發(fā)酵走向合成產(chǎn)物的途徑。（6）根據(jù)生產(chǎn)和科學研究的需要選擇培養(yǎng)基工業(yè)上，液體深層培養(yǎng)具有占地面積小、發(fā)酵效率高、操作方便、易于機械化相自動化生產(chǎn)、降低勞動強度等優(yōu)點。所以，發(fā)酵工業(yè)中大多采用液體培養(yǎng)基培養(yǎng)種子和進行液體發(fā)酵，并根據(jù)微生物對氧氣的要求，分別作表面靜止培養(yǎng)或深層通氣培養(yǎng)。實驗室或制種車間進行固體培養(yǎng)常采用試管、扁瓶和培養(yǎng)皿。工業(yè)生產(chǎn)中也常采用固體原料，如小米、大米、鐵皮、馬鈴署等直接制作斜面，或在茄子瓶表面培養(yǎng)霉菌、放線菌。具有設備簡單、投資少、易推廣等優(yōu)點。大規(guī)模生產(chǎn)中，固體培養(yǎng)的缺點是占地面積多，勞動強度大，生產(chǎn)穩(wěn)定性差。(7)根據(jù)經(jīng)濟效益選擇培并基原料考慮經(jīng)濟節(jié)約，盡量少用或不用主糧，努力節(jié)約用糧，或以其他原料代糧。糖類是主要的碳源。碳源的代用方向主要是尋找植物淀粉、纖維水解物，以廢糖蜜代替淀粉、糊精和葡萄糖，以工業(yè)葡萄糖代替食用葡萄糖。同時，使用稀薄的培養(yǎng)基，適當減少碳氮配比石油作為碳源的微生物發(fā)酵不但可以生產(chǎn)以糧食為碳源的發(fā)酵產(chǎn)品。有機氮源的節(jié)約和代替主要為減少或代替黃豆餅粉、花生餅粉、食用蛋白胨和酵母粉等含有豐富蛋白質的原料。代用的原料可以是棉籽餅粉、玉米漿、蠶蛹粉、雜魚粉、黃漿水或麩汁、飼料酵母、石油酵母、骨膠、菌體、酒糟，以及各種食品工業(yè)下腳料等。這些代用品大多蛋白質含量豐富，貸源充足，價格低廉，便于就地取材，方便運輸。正交試驗在培養(yǎng)基確定中的應用因素水平玉米粉（％）A豆餅粉（％）B蛋白胨（％）CPH

D10.540.55.021.050.65.531.560.76.0正交表因素水平因素水平玉米粉（％）A豆餅粉（％）B蛋白胨（％）CPH

D10.540.55.021.050.65.531.560.76.0第二節(jié)培養(yǎng)工藝的確定方法

一、培養(yǎng)條件二、菌種擴大培養(yǎng)溫度

pH值

氧種齡接種量一、培養(yǎng)條件1．溫度

通常在生物學范圍內(nèi)每升高10℃，生長速度就加快一倍，所以溫度直接影響酶反應，對于微生物來說，溫度直接影響其生長和合成酶。

機體的重要組成如蛋白質、核酸等都對溫度較敏感，隨著溫度的增高有可能遭受不可逆的破壞。微生物可生長的溫度范圍較廣，總體說在-10—95℃。溫度

任何微生物的牛長都需要有最適的生長溫度，在此溫度范圍內(nèi)微生物生長繁殖最快。如果所培養(yǎng)的微生物能承受稍高一些的溫度進行生長和繁殖，這對生產(chǎn)有很大的好處，即可減少污染雜菌的機會和夏季培養(yǎng)所需降溫的輔助設備，因此培養(yǎng)耐高溫的菌種有一定的生產(chǎn)現(xiàn)實意義。2．pH值

培養(yǎng)基中的pH值與微生物生命活動有著密切關系，各種微生物有其可以生長的和最適生長的pH范圍。微生物通過其活動也能改變環(huán)境的pH值。

發(fā)酵過程中，控制發(fā)酵液的pH值是控制生產(chǎn)的指標之一，pH值過高、過低都會影響微生物的生長繁殖以及代謝產(chǎn)物的積累?？刂苝H值不但可以保證微生物良好的生長，而且可以防止雜菌的污染。

培養(yǎng)基pH在發(fā)酵過程中能被菌體代謝所改變。若陰離子(如醋酸根、磷酸根)被吸收或氮源被利用后產(chǎn)生NH3，則pH上升；陽離子(如NH4、K+)被吸收或有機酸的積累，使pH下降。一般來說，高碳源培養(yǎng)基傾向于向酸性pH轉移，高氮源培養(yǎng)基傾向于向堿性pH轉移，這都跟碳氮比直接有關。3．氧

微生物對氧的需要不同，是由于依賴獲得能量的代謝方面的差異。好氣性菌主要是有氧呼吸或氧化代謝，厭氣菌為厭氣發(fā)酵(分子間呼吸)，兼性厭氣菌則兩者兼而有之。不同微生物或同一微生物的不同生長階段對通風量的要求也不相同。通風和攪拌

通氣可以供給大量的氧。通氣量與菌種、培養(yǎng)基性質、培養(yǎng)階段有關。通氣量的多少，最好按氧溶解的多少來決定。只有氧溶解的速度大于菌體的吸氧量時，菌體才能正常地生長和合成酶。因此隨著菌體繁殖，呼吸增強，必須按菌體的吸氧量加大通氣量，以增加溶解氧的量。攪拌則能使新鮮氧氣更好地與培養(yǎng)液混合，保證氧的最大限度溶解，并且攪拌有利于熱交換，使培養(yǎng)液的溫度一致，還有利于營養(yǎng)物質和代謝物的分散。此外，擋板則有助于攪拌，使其效果更好。一般來說，若培養(yǎng)罐深，攪拌轉速大，通氣管開孔小或多，氣泡在培養(yǎng)液內(nèi)停留時間就長，氧的溶解速度就大，而且在這些因素確定下，培養(yǎng)基的粘度越小，氧的溶解速度也越大。攪拌可以提高通氣效果，但是過度地劇烈攪拌會導致培養(yǎng)液大量涌泡，容易增加雜菌污染的機會，液膜表層的酶容易氧化變性，微生物細胞也不宜劇烈攪拌。種齡與接種量

種子培養(yǎng)期應取菌種的對數(shù)生長期為宜，菌種過嫩或過老，不但延長發(fā)酵周期，而且會降低產(chǎn)量。接種量的大小直接影響發(fā)酵周期。大量地接入培養(yǎng)成熟的菌種的優(yōu)點：1.可以縮短生長過程的延緩期，因而縮短了發(fā)酵周期，提高了設備利用率，2.節(jié)約了發(fā)酵培養(yǎng)的動力消耗，3.并有利于減少染菌機會，一般都將菌種擴大培養(yǎng)，進行兩級發(fā)酵或三級發(fā)酵。接種量和培養(yǎng)物的生長過程的延緩期長短呈反比。接種量過多也無必要。因培養(yǎng)種子費時，而且過多地移人代謝廢物，反而會影響正常發(fā)酵。

二、菌種擴大培養(yǎng)

工業(yè)微生物菌種培養(yǎng)的類型

工業(yè)微生物的培養(yǎng)法分為靜置培養(yǎng)和通氣培養(yǎng)兩大類型。靜置培養(yǎng)法即將培養(yǎng)基盛于發(fā)酵容器中，在接種后，不通空氣進行發(fā)酵，又稱為嫌氣性發(fā)酵。通氣培養(yǎng)法的生產(chǎn)菌種以需氧菌和兼性需氧菌居多，它們生長的環(huán)境必須供給空氣，以維持一定的溶解氧水平，使菌體迅速生長和發(fā)酵，又稱為好氣性發(fā)酵。在靜置和通氣培養(yǎng)兩類方法中又可分為液體培養(yǎng)和固體培養(yǎng)兩大類型，其中每一類型又有表面培養(yǎng)與深層培養(yǎng)之分。

(三）主要培養(yǎng)方法及特點

1．種子擴大培養(yǎng)階段(1)液體培養(yǎng)法包括液體試管、三角瓶搖床振蕩或回旋式培養(yǎng)。搖瓶通氣量大小與搖瓶機型式、轉數(shù)、振程(或偏心距)、三角瓶容量、裝料量有關。(2)表面培養(yǎng)法包括茄子瓶、克氏瓶或瓷盤培養(yǎng)。(3)固體培養(yǎng)法包括三角瓶、蘑菇瓶、克氏瓶、培養(yǎng)皿等麩皮培養(yǎng)。2．大規(guī)模生產(chǎn)階段

(1)表面培養(yǎng)(2)固體培養(yǎng)(3)液體深層培養(yǎng)(4)載體培養(yǎng)

(1)表面培養(yǎng)表面培養(yǎng)是一種好氧靜置培養(yǎng)方法針對容器內(nèi)培養(yǎng)基物態(tài)又分為液態(tài)表面培養(yǎng)和固態(tài)表面培養(yǎng)。相對于容器內(nèi)培養(yǎng)基體積而言，表面積越大，越易促進氧氣由氣液(氣固界面向培養(yǎng)基內(nèi)傳遞，包括茄子瓶、克氏瓶或瓷盤培養(yǎng)。這種培養(yǎng)方法菌的生長速度與培養(yǎng)基深度有關，單位體積的表面積越大，生長速度也越快。氧的供給常成為發(fā)酵的限速因素，所以發(fā)酵周期長，占地