3培养基及制备

1、第三章第三章 培养基及制备培养基及制备第一节第一节 培养基选择和配制的原则培养基选择和配制的原则n培养基是提供微生物生长繁殖和生物合成各种代谢产物所培养基是提供微生物生长繁殖和生物合成各种代谢产物所需要的、按一定比例配制的多种营养物质的混合物。需要的、按一定比例配制的多种营养物质的混合物。n培养基组成对菌体生长繁殖、产物的生物合成、产品的分培养基组成对菌体生长繁殖、产物的生物合成、产品的分离精制乃至产品质量和产量都有重要的影响。离精制乃至产品质量和产量都有重要的影响。n所有发酵培养基都必须提供微生物生长繁殖和产物合成所所有发酵培养基都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、

2、生长因子、水和氧气等。需的碳源、氮源、无机元素、生长因子、水和氧气等。n大规模发酵生产中还必须重视培养基原料的价格和来源。大规模发酵生产中还必须重视培养基原料的价格和来源。1.根据来源分：根据来源分：2.根据主要成分或使用目的分：根据主要成分或使用目的分：3.根据生产工业的要求分：根据生产工业的要求分：天然培养基天然培养基合成培养基合成培养基半合成培养基半合成培养基基础培养基基础培养基增殖培养基增殖培养基鉴别培养基鉴别培养基选择培养基选择培养基孢子培养基孢子培养基供制备孢子用；供制备孢子用；种子培养基种子培养基满足菌种生长；满足菌种生长；发酵培养基发酵培养基满足大生产中大量菌体生长和繁殖以及代

3、谢产物积累满足大生产中大量菌体生长和繁殖以及代谢产物积累1. 从微生物的特点来选择从微生物的特点来选择2. 液体和固体培养基选择液体和固体培养基选择3. 从生产实践和科学试验的不同要求选择从生产实践和科学试验的不同要求选择4. 从经济效益方面考虑选择生产原料从经济效益方面考虑选择生产原料l必须提供合成微生物细胞和发酵产物的基本成分；必须提供合成微生物细胞和发酵产物的基本成分；l有利于减少培养基原料的单耗，单位营养物资所合成产物数量大或产率大；有利于减少培养基原料的单耗，单位营养物资所合成产物数量大或产率大；l有利于提高培养基产物的浓度，以提高单位容积发酵罐的生产能力；有利于提高培养基产物的浓度

4、，以提高单位容积发酵罐的生产能力；l有利于提高产物的合成速度，缩短发酵周期；有利于提高产物的合成速度，缩短发酵周期；l尽量减少副产物的形成；尽量减少副产物的形成；l减少对发酵过程中通气搅拌的影响，有利于提高氧的利用率、降低能耗；减少对发酵过程中通气搅拌的影响，有利于提高氧的利用率、降低能耗；l有利于产品的分离和纯化；尽可能减少产生有利于产品的分离和纯化；尽可能减少产生“三废三废”的物质。的物质。1. 根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基2. 营养成分的恰当配比（营养成分的恰当配比（c/n）3. 渗透压，营养物质要有合适的浓度渗透压，营养物质要有合适的

5、浓度4. 合适的合适的ph值值5. 氧化还原电位氧化还原电位6. 考虑营养成分的加入顺序，避免生产沉淀考虑营养成分的加入顺序，避免生产沉淀四、培养基成分配比的选择四、培养基成分配比的选择1. 参照前人所使用的较适合于某一类菌种培养基的经验配方，参照前人所使用的较适合于某一类菌种培养基的经验配方，2. 结合所用菌种和产品的特性，结合所用菌种和产品的特性，3. 采用摇瓶等小型发酵设备，对碳、氮、无机盐和前体等进行逐个采用摇瓶等小型发酵设备，对碳、氮、无机盐和前体等进行逐个单因子试验，单因子试验，4. 观察这些因子对菌体生长和产物合成量的影响，观察这些因子对菌体生长和产物合成量的影响，5. 综合考虑

6、各因素的影响综合考虑各因素的影响，6. 得到一个适合该菌种的培养基配方，得到一个适合该菌种的培养基配方，7. 以得到高产。以得到高产。n正交实验设计正交实验设计多因子实验安排多因子实验安排n根据问题的要求和客观条件确定因子和水平，根据问题的要求和客观条件确定因子和水平，列出因子水平表；列出因子水平表；n根据因子和水平数选用合适的正交表，设计正根据因子和水平数选用合适的正交表，设计正交表头，并安排实验；交表头，并安排实验；n根据正交表给出的实验方案，进行实验；根据正交表给出的实验方案，进行实验；n对实验结果进行分析（极差分析法和方差分析对实验结果进行分析（极差分析法和方差分析法），选出较优的实验

7、条件以及对结果有显著法），选出较优的实验条件以及对结果有显著影响的因子。影响的因子。n响应面分析法（响应面分析法（response surhce analysis）n以回归方法作为函数估算的工具，将多因子实以回归方法作为函数估算的工具，将多因子实验中因子与实验结果的相互关系用验中因子与实验结果的相互关系用多项式多项式近似，近似，依次对函数的面进行分析。依次对函数的面进行分析。四、培养基成分配比的选择四、培养基成分配比的选择a) 氮源过多，菌体繁殖旺盛，氮源过多，菌体繁殖旺盛，ph值偏高，不利于代谢产物的积累；值偏高，不利于代谢产物的积累；b) 氮源不足，菌体繁殖量少，影响产量。氮源不足，菌体繁

8、殖量少，影响产量。a. 碳源过多，容易形成较低的碳源过多，容易形成较低的ph值；值；b. 碳源不足，菌体衰老和自溶。碳源不足，菌体衰老和自溶。c/n不当影响菌体按比例吸收营养物质，直接影响菌体生长和产物形成。不当影响菌体按比例吸收营养物质，直接影响菌体生长和产物形成。注意速效碳、氮源和缓效碳、氮源的相互配合，选用适当的注意速效碳、氮源和缓效碳、氮源的相互配合，选用适当的c/n。第二节第二节 工业发酵培养基工业发酵培养基n消耗每克底物将产生最大的菌体得率或产物得率消耗每克底物将产生最大的菌体得率或产物得率n能产生最高得产品或菌体的浓度能产生最高得产品或菌体的浓度n能得到产物的最大速率能得到产物的

9、最大速率n副产品的得率最小副产品的得率最小n价廉并具有稳定的质量价廉并具有稳定的质量n来源丰富且供应充足来源丰富且供应充足n通气和搅拌。提取、纯化、废物处理等生产工艺过程都比较通气和搅拌。提取、纯化、废物处理等生产工艺过程都比较容易容易在发酵工业中，必须使用廉价的原料来配制培养基，在发酵工业中，必须使用廉价的原料来配制培养基，使之尽可能满足下列条件：使之尽可能满足下列条件：发酵培养基例子发酵培养基例子代谢产物代谢产物衣康酸衣康酸赤霉素赤霉素核黄素核黄素青霉素青霉素培培养养基基甘蔗糖蜜，甘蔗糖蜜，150g/l；znso4，1.0g/l；mgso4，3.0g/l；cuso4，0.01g/l葡萄糖，

10、葡萄糖，20g/l；mgso4，1.0g/l；nh4no3，1.0g/l；kh2po4，5.0g/l；feso47h2o，0.01g/l；mnso44h2o，0.01g/l； znso47h20， 0.01g/l；cuso45h2o， 0.01g/l；玉米浆（干固形物），玉米浆（干固形物），7.5g/l大豆油，大豆油，20ml/l；甘油，甘油，20ml/l；葡萄糖，葡萄糖，20g/l；玉米浆，玉米浆，12ml/l；酪蛋白，酪蛋白，12g/l；kh2po4，1.0g/l葡萄糖或糖蜜，总量的葡萄糖或糖蜜，总量的10；玉米浆，总量的玉米浆，总量的45；苯乙酸，总量的苯乙酸，总量的0.50.8；猪油或

11、植物油；猪油或植物油；消泡剂，总量的消泡剂，总量的0.51、工业上常用的碳源、工业上常用的碳源碳源碳源葡萄糖葡萄糖乳糖乳糖淀粉淀粉蔗糖蔗糖来源来源纯葡萄糖，水解淀粉纯葡萄糖，水解淀粉纯乳糖，乳清粉纯乳糖，乳清粉大麦，花生粉，燕麦粉，黑麦粉，大豆粉等大麦，花生粉，燕麦粉，黑麦粉，大豆粉等甜菜糖蜜，甘蔗糖蜜，粗红糖，精白糖等甜菜糖蜜，甘蔗糖蜜，粗红糖，精白糖等在微生物发酵过程中，普遍以碳水化合物作为碳源。在微生物发酵过程中，普遍以碳水化合物作为碳源。生产疫苗时通常用牛血清蛋白、牛肉汁等蛋白质作为碳源。生产疫苗时通常用牛血清蛋白、牛肉汁等蛋白质作为碳源。酒精、简单的有机酸、烷烃等含碳物质也可作为碳源

12、。酒精、简单的有机酸、烷烃等含碳物质也可作为碳源。碳源供给菌体生命活动所需的能量和构成菌体细胞以及代谢产物。碳源供给菌体生命活动所需的能量和构成菌体细胞以及代谢产物。一、工业发酵培养基的原料一、工业发酵培养基的原料2、工业上常用的氮源、工业上常用的氮源无机氮源：氨水，铵盐，硝酸盐等无机氮源：氨水，铵盐，硝酸盐等有机氮源：玉米浆，豆饼粉，花生饼粉，棉籽粉，鱼粉，酵母浸出液等有机氮源：玉米浆，豆饼粉，花生饼粉，棉籽粉，鱼粉，酵母浸出液等氮源主要构成菌体细胞物质，作为酶的组成成分或维持酶的活性，氮源主要构成菌体细胞物质，作为酶的组成成分或维持酶的活性，调节渗透压、调节渗透压、ph、eh等。等。工业上

13、常用的氮源及含氮量（质量分数工业上常用的氮源及含氮量（质量分数/%）氮源氮源含氮量含氮量氮源氮源含氮量含氮量大麦大麦1.52.0花生粉花生粉8.0甜菜糖蜜甜菜糖蜜1.52.0燕麦粉燕麦粉1.52.0甘蔗糖蜜甘蔗糖蜜1.52.0大豆粉大豆粉8.0两种玉米浆的成分两种玉米浆的成分组成组成干物质干物质g/100g灰分灰分g/100g总氮总氮g/100g总糖（以葡萄糖计）总糖（以葡萄糖计）g/100g酸度酸度/ml(0.1molnaoh/l)挥发酸挥发酸/ml(0.1molnaoh/l)乳酸乳酸g/100gph值值磷磷g/100g钙钙g/100g钾钾g/100g液态玉米浆液态玉米浆46.8-9.68.

14、0-10.43.3-3.70.8-4.4108.0-144.00.10-1.1011.6-19.34.0-4.71.5-1.90.02-0.072.0-2.5固态玉米浆固态玉米浆90.6-91.712.9-13.77.4-8.35.7-8.3149.0-198.00.50-1.3515.1-17.73.2-4.42.6-2.8-3、无机盐、无机盐无机盐是微生物活动不可缺少的物质。无机盐是微生物活动不可缺少的物质。其主要功能是构成菌体成分、作为酶的组成部分、酶的激活剂或抑制剂、调节培其主要功能是构成菌体成分、作为酶的组成部分、酶的激活剂或抑制剂、调节培养渗透压、调节养渗透压、调节ph值和值和eh

15、等。等。微生物对无机盐的需要量很少，但无机盐含量对菌体生长和产物的生成影响很大。微生物对无机盐的需要量很少，但无机盐含量对菌体生长和产物的生成影响很大。磷是某些蛋白质和核酸的组成成分。磷是某些蛋白质和核酸的组成成分。磷酸盐在培养基中还具有缓冲作用。磷酸盐在培养基中还具有缓冲作用。工业上常用工业上常用k3po43h2o、k3po4和和na2hpo412h2o、nah2po42h2o等磷酸等磷酸盐，也可用磷酸。盐，也可用磷酸。一般作为碳、氮源的农副产品天然原料中，本身就含有某些微量元素，不必另加。一般作为碳、氮源的农副产品天然原料中，本身就含有某些微量元素，不必另加。4、生长因子、生长因子从广义来

16、说，凡是微生物不可缺少的微量有机物质，如氨基酸、嘌呤、从广义来说，凡是微生物不可缺少的微量有机物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称为生长因子。嘧啶、维生素等均称为生长因子。其功能是构成细胞的组成分，促进生命活动的进行。其功能是构成细胞的组成分，促进生命活动的进行。生长因子不是所有微生物都必需的，它只是对于某些自己不能合成这生长因子不是所有微生物都必需的，它只是对于某些自己不能合成这些成分的微生物才是必不可少的营养物。些成分的微生物才是必不可少的营养物。目前以糖质原料为碳源的谷氨酸产生菌均为生物素缺陷型，以生物素目前以糖质原料为碳源的谷氨酸产生菌均为生物素缺陷型，以生物素为生长因子。为生长因

17、子。5、前体物质和促进剂、前体物质和促进剂某些化合物加到发酵培养基中，能直接被微生物在生物合成过程结合到产某些化合物加到发酵培养基中，能直接被微生物在生物合成过程结合到产物分子中去，而其自身结构并没有多大变化，但产物的量却因加入而有较物分子中去，而其自身结构并没有多大变化，但产物的量却因加入而有较大的提高。大的提高。有些氨基酸、核苷酸和抗生素发酵必须添加前体物质才能获得较高的产率。有些氨基酸、核苷酸和抗生素发酵必须添加前体物质才能获得较高的产率。氨基酸发酵的前体物质氨基酸发酵的前体物质氨基酸氨基酸菌体菌体前体物质前体物质产量产量/%丝氨酸丝氨酸嗜甘油棒状杆菌嗜甘油棒状杆菌甘氨酸甘氨酸1.6色氨

18、酸色氨酸异常汉逊酵母异常汉逊酵母氨茴酸氨茴酸0.8色氨酸色氨酸麦角菌麦角菌吲哚吲哚1.3蛋氨酸蛋氨酸脱氢极毛杆菌脱氢极毛杆菌2-羟基羟基4-甲基硫代丁醇甲基硫代丁醇1.1异亮氨酸异亮氨酸粘质赛杆菌粘质赛杆菌-氨基丁酸氨基丁酸0.8异亮氨酸异亮氨酸阿氏棒状杆菌阿氏棒状杆菌d-苏氨酸苏氨酸1.5青霉素青霉素g苯乙酸或在发酵中能形成苯苯乙酸或在发酵中能形成苯乙酸的物质，如乙基酰胺等乙酸的物质，如乙基酰胺等金霉素金霉素氯化物氯化物青霉素青霉素o烯丙基硫基乙酸烯丙基硫基乙酸溴四环素溴四环素溴化物溴化物青霉素青霉素v苯氧乙酸苯氧乙酸红霉素红霉素丙酸、丙醇、丙酸盐、丙酸、丙醇、丙酸盐、乙酸盐乙酸盐放线菌素放

19、线菌素c3肌氨酸肌氨酸灰黄霉素灰黄霉素氯化物氯化物链霉素链霉素肌醇、精氨酸、甲硫氨酸肌醇、精氨酸、甲硫氨酸在氨基酸、抗生素和酶制剂发酵工业生产过程中，可以在发酵培养在氨基酸、抗生素和酶制剂发酵工业生产过程中，可以在发酵培养基中加入某些对发酵起一定促进作用的物质，称为促进剂或抑制剂。基中加入某些对发酵起一定促进作用的物质，称为促进剂或抑制剂。链霉素链霉素甘露糖链霉素甘露糖链霉素甘露聚糖甘露聚糖去甲基链霉素去甲基链霉素链霉素链霉素乙硫氨酸乙硫氨酸四环素四环素金霉素金霉素溴化物、巯基苯并噻唑、溴化物、巯基苯并噻唑、硫脲嘧啶、硫脲硫脲嘧啶、硫脲去甲基金霉素去甲基金霉素金霉素金霉素磺胺化合物、乙硫氨酸磺

20、胺化合物、乙硫氨酸头孢菌素头孢菌素c头孢菌素头孢菌素nl-蛋氨酸蛋氨酸利福霉素利福霉素b其他利福霉素其他利福霉素巴比妥药物巴比妥药物i.起生长因素的作用；起生长因素的作用；ii.可推迟菌体的自溶；可推迟菌体的自溶；iii. 抑制某些合成其他产物的途径而使之向所需产物的途径转化；抑制某些合成其他产物的途径而使之向所需产物的途径转化；iv. 降低了生产菌的呼吸，使之有利于抗生素的合成；降低了生产菌的呼吸，使之有利于抗生素的合成；v.改变发酵液的物理性质，改善通气效果；改变发酵液的物理性质，改善通气效果；vi. 可与抗生素形成复盐，降低发酵液中抗生素的浓度和促进抗生素的合成等。可与抗生素形成复盐，降低发酵液中抗生素的浓度和促进抗生