Lecture 4 culture media

1、Lecture 4. Culture media培养基培养基 定义：定义：是提供微生物生长繁殖和生物合成各是提供微生物生长繁殖和生物合成各种代谢产物的所需要的，按一定比例配制的种代谢产物的所需要的，按一定比例配制的多种营养物质的混合物，提供微生物所需能多种营养物质的混合物，提供微生物所需能量，包括碳源、氮源、无机元素、生长因子量，包括碳源、氮源、无机元素、生长因子及水、氧气等。及水、氧气等。 培养基的类型培养基的类型 按营养物质来源划分按营养物质来源划分 天然：天然：是采用化学成分还不清楚或化学成分还不是采用化学成分还不清楚或化学成分还不恒定的各种动植物和动物组织或微生物的浸出物、恒定的各种动

2、植物和动物组织或微生物的浸出物、水解液等物质制成的水解液等物质制成的 合成：合成：用化学成分和数量完全了解的物质配制的用化学成分和数量完全了解的物质配制的 半合成培养基：半合成培养基：采用一部分天然有机物作碳源、采用一部分天然有机物作碳源、氮源和生长因子的来源，再适当加入一些化学药氮源和生长因子的来源，再适当加入一些化学药品以补充无机盐成分，使其更能充分满足微生物品以补充无机盐成分，使其更能充分满足微生物对营养的需要对营养的需要 培养基的类型培养基的类型 按物理性状划分：按物理性状划分： 固体培养基：固体培养基：适合于菌种和孢子的培养和保适合于菌种和孢子的培养和保存，也用于有子实体的真菌类（香

3、菇、白木存，也用于有子实体的真菌类（香菇、白木耳）的生产耳）的生产培养基的类型培养基的类型 按物理性状划分：按物理性状划分： 液体：液体：8090%是水，配有可溶性的或不溶是水，配有可溶性的或不溶性的营养成分，是发酵工业大规模使用的培性的营养成分，是发酵工业大规模使用的培养基养基培养基的类型培养基的类型 按物理性状划分：按物理性状划分： 半固体：半固体：在液体培养基中加入在液体培养基中加入0.50.8%的的琼脂，用于鉴定细菌、观察细菌运动特征及琼脂，用于鉴定细菌、观察细菌运动特征及噬菌体的效价滴度噬菌体的效价滴度培养基的类型培养基的类型 按用途划分：按用途划分： 孢子培养基：孢子培养基：是供菌

4、种繁殖孢子的一种常用固体培养基，是供菌种繁殖孢子的一种常用固体培养基，要求能使菌体迅速生长，产生较多优质的孢子，营养不太丰要求能使菌体迅速生长，产生较多优质的孢子，营养不太丰富，常用的有麸皮培养基、小米培养基、大米培养基、玉米富，常用的有麸皮培养基、小米培养基、大米培养基、玉米碎屑培养基、琼脂斜面培养基碎屑培养基、琼脂斜面培养基 种子培养基：种子培养基：是供孢子发芽、生长和大量繁殖菌丝体，并是供孢子发芽、生长和大量繁殖菌丝体，并使菌丝体长得粗壮，成为活力强壮的使菌丝体长得粗壮，成为活力强壮的“种子种子”，一般采用营，一般采用营养丰富且完全的培养基养丰富且完全的培养基 发酵培养基：发酵培养基：供

5、菌体生长、繁殖和合成产物之用，组成除供菌体生长、繁殖和合成产物之用，组成除有菌体生长所必需的元素和化合物之外，还要有合成产物所有菌体生长所必需的元素和化合物之外，还要有合成产物所需的特定元素、前体和促进剂等需的特定元素、前体和促进剂等发酵培养基选择的基本原则发酵培养基选择的基本原则 基本原则：基本原则： 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 有利于减少培养基原料的单耗，即提高单位营养物质所有利于减少培养基原料的单耗，即提高单位营养物质所合成产物数量或最大产率合成产物数量或最大产率 有利于提高培养基和产物的浓度，以提高单位容积发酵有利于提高培养基和

6、产物的浓度，以提高单位容积发酵罐的生产能力罐的生产能力 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 尽量减少副产物的形成，便于产物的分离纯化尽量减少副产物的形成，便于产物的分离纯化 原料价格低廉，质量稳定，取材容易原料价格低廉，质量稳定，取材容易 所用原料尽可能减少对发酵过程中通气搅拌的影响，利所用原料尽可能减少对发酵过程中通气搅拌的影响，利于提高氧的利用率，降低能耗于提高氧的利用率，降低能耗 有利于产品的分离纯化，尽可能减少产生有利于产品的分离纯化，尽可能减少产生“三废三废”的物的物质质发酵培养基的成分及来源发酵培养基的成分及来源 碳源碳源 氮源氮源 无机盐

7、及微量元素无机盐及微量元素 水水 生长因子、前体、产物促进剂和抑制剂生长因子、前体、产物促进剂和抑制剂碳源碳源 为微生物菌种的生长繁殖提供能源和合成菌为微生物菌种的生长繁殖提供能源和合成菌体所必需的碳成分体所必需的碳成分 为合成目的产物提供所需的碳成分为合成目的产物提供所需的碳成分 分为：糖类、油和脂肪、有机酸、烃和醇类分为：糖类、油和脂肪、有机酸、烃和醇类糖类糖类 葡萄糖：葡萄糖：最容易利用的碳源最容易利用的碳源糖类糖类 木糖：木糖：？ 糖蜜：糖蜜：甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜 淀粉糊精淀粉糊精 玉米、小麦、甘薯、木薯、菊芋、纤维素玉米、小麦、甘薯、木薯、菊芋、纤维素葡萄糖葡萄糖 g

8、lucose DE95-96玉米淀粉玉米淀粉 (30-35%, pH 6.0-6.5, Ca2+ 50 ppm)淀粉酶法水解生产葡萄糖淀粉酶法水解生产葡萄糖杰能科公司杰能科公司液化液化Liquefaction Thermostable a a-Amylase (105C, 5 min) 淀粉液化液淀粉液化液 DE 10-15糖化糖化Saccharification， Glucoamylase (60C, pH 4.0-4.5, 24-72 h)油和脂肪油和脂肪 油或脂肪被脂肪酶作用，水解为甘油和脂肪酸油或脂肪被脂肪酶作用，水解为甘油和脂肪酸 豆油、菜油、葵花子油、猪油、鱼油、棉子油豆油、菜油、

9、葵花子油、猪油、鱼油、棉子油l 脂肪代谢需要更多的氧气，因此发酵时要供给比糖代谢更多脂肪代谢需要更多的氧气，因此发酵时要供给比糖代谢更多的氧，否则脂肪酸的积累及有机酸的积累，会引起的氧，否则脂肪酸的积累及有机酸的积累，会引起pH下降。下降。l油脂类比较粘稠微生物采用脂肪作为碳源时，发酵液易变粘油脂类比较粘稠微生物采用脂肪作为碳源时，发酵液易变粘稠。（油脂有消泡作用）稠。（油脂有消泡作用）有机酸有机酸 乳酸乳酸 柠檬酸柠檬酸 乙酸乙酸 CH3COONa + O2 2CO2 + H2O + NaOH烃和醇类烃和醇类 正烷烃正烷烃 甲醇甲醇 乙醇乙醇氮源氮源 用于构成菌体细胞物质和含氮代谢物用于构成

10、菌体细胞物质和含氮代谢物 有机氮源有机氮源 无机氮源，又称快速氮源无机氮源，又称快速氮源有机氮源有机氮源 在微生物分泌的蛋白酶作用下，消解成氨在微生物分泌的蛋白酶作用下，消解成氨基酸，被菌体吸收后再进一步分解代谢基酸，被菌体吸收后再进一步分解代谢 有机氮源营养丰富，还含有少量的维生素有机氮源营养丰富，还含有少量的维生素和生长因子和生长因子 花生饼粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、玉米浆、花生饼粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、玉米浆、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、鱼粉、蚕玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和酒糟蛹粉、尿素、废菌丝体和酒糟玉米浆（玉米浆（CSL） 价廉、玉米淀粉生产中的副产物价廉

11、、玉米淀粉生产中的副产物 营养丰富，固含量在营养丰富，固含量在50%50%，pHpH为为4 4左右左右 注意来源与质量注意来源与质量无机氮源无机氮源 铵盐、硝酸盐和氨水等铵盐、硝酸盐和氨水等 生理酸性物质与生物碱性物质生理酸性物质与生物碱性物质 (NH4)2SO4、NaNO3(NH4)2SO4 2NH3 + H2SO4 NaNO3 + 4H2 NH3 + 2H2O +NaOH无机盐及微量元素无机盐及微量元素 镁、磷、钠、钾、硫、钙和氯镁、磷、钠、钾、硫、钙和氯 钴、铜、铁、锰、锌、钼钴、铜、铁、锰、锌、钼 MgSO4、NaCl 、NaH2PO4、K2HPO4 TMS：trace metal s

12、olution 无机盐成分一般所用的浓度范围无机盐成分一般所用的浓度范围成分成分浓度浓度g/L成分成分浓度浓度g/LKH2PO4MgSO47H2OKClCaCO3FeSO4 4H2O1.04.00.25 3.00.5 12.05 170.01 0.1ZnSO4 8H2OMnSO4 H2OCuSO4 5H2ONa2MoO4 2H2O0.1 1.00.01 0.10.003 0.010.01 0.1pPATP，磷酸化酶，能促进糖代谢。，磷酸化酶，能促进糖代谢。 许多许多次级代谢次级代谢过程对磷酸盐浓度的承受限度比生长繁殖过程低，故过程对磷酸盐浓度的承受限度比生长繁殖过程低，故必须严格控制。必须严格

13、控制。pS硫存在于细胞的蛋白质中，硫存在于细胞的蛋白质中， 是含硫氨基酸的组分和某些辅酶的活性是含硫氨基酸的组分和某些辅酶的活性基，如辅酶基，如辅酶 A (coenzyme A), 谷胱甘肽等谷胱甘肽等。硫是某些产物如青霉素、头孢菌素等分子的组成部分，在培养基中硫是某些产物如青霉素、头孢菌素等分子的组成部分，在培养基中加入加入Na2SO4等含硫化合物作硫源。等含硫化合物作硫源。p Fe 铁铁(iron)是细胞色素、细胞色素氧化酶和过氧化氢酶的成是细胞色素、细胞色素氧化酶和过氧化氢酶的成分，因此铁是菌体有氧氧化必不可少的元素。分，因此铁是菌体有氧氧化必不可少的元素。pCl 一些产含氯代谢物如金霉

14、素和灰黄霉素等的发酵中，除一些产含氯代谢物如金霉素和灰黄霉素等的发酵中，除天然含有外，通常还需加入天然含有外，通常还需加入0.1%氯化钾。氯化钾。 在啤酒生产中，在啤酒生产中，2060mg/ml 的的氯对酶和酵母有一定的氯对酶和酵母有一定的促进作用。促进作用。 pK，Na，Ca 钠、钾离子与维持细胞的渗透压有关。钾离子是钠、钾离子与维持细胞的渗透压有关。钾离子是许多酶的激活剂，能促进糖代谢。许多酶的激活剂，能促进糖代谢。 钙是某些酶钙是某些酶(如蛋白酶如蛋白酶)的激活剂，还参与细胞膜的激活剂，还参与细胞膜通透性的调节。通透性的调节。培养基中钙盐过多时，容易形成磷酸钙沉淀。培养基中钙盐过多时，容

15、易形成磷酸钙沉淀。p Zn，Mg，Co，Mn 锌锌、镁镁、钴钴、锰锰等是某些酶的辅基或等是某些酶的辅基或激活剂激活剂。镁离子还可提高抗。镁离子还可提高抗生素生产菌对自己所产生抗生素的耐性；钴既是一些酶的生素生产菌对自己所产生抗生素的耐性；钴既是一些酶的激活剂激活剂，又是又是VB12的组成元素，发酵中加入一定量的钴盐，能使的组成元素，发酵中加入一定量的钴盐，能使VB12的产的产量提高数倍。锰对于羧化作用是必需的，糖代谢中许多酶的活性量提高数倍。锰对于羧化作用是必需的，糖代谢中许多酶的活性都与锰有关。都与锰有关。水水 良好的溶剂，溶解营养物质，细胞的渗透、良好的溶剂，溶解营养物质，细胞的渗透、分泌

16、、排泄等作用都是以水为媒介，并且分泌、排泄等作用都是以水为媒介，并且水直接参与代谢作用中的许多反应水直接参与代谢作用中的许多反应 水的比热高，是热的良导体，调节细胞的水的比热高，是热的良导体，调节细胞的温度温度 恒定的水源是发酵工厂的关键，水源质量恒定的水源是发酵工厂的关键，水源质量很重要很重要生长因子生长因子 氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等 有机氮源是生长因子的重要来源有机氮源是生长因子的重要来源 玉米浆中生长因子含量丰富玉米浆中生长因子含量丰富前体前体 指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接被微指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接被微生物在生物合成过程中结合到产

17、物分子中去，而生物在生物合成过程中结合到产物分子中去，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却因加入前体而有较大的提高 青霉素：苯乙酸、苯乙胺青霉素：苯乙酸、苯乙胺在青霉素生产中加入玉米浆，青霉素产量可从在青霉素生产中加入玉米浆，青霉素产量可从20u/mL20u/mL增加到增加到100u/mL100u/mL，研究发现玉米浆中的苯乙胺被有限结合到青霉素分子中，从而提高了青研究发现玉米浆中的苯乙胺被有限结合到青霉素分子中，从而提高了青霉素霉素G G的产量。的产量。H2CCOHNNOSCOOHCH3CH3H2CCOOH前体一般

18、都有毒性，浓度过大对菌体的生长不利前体一般都有毒性，浓度过大对菌体的生长不利 如苯乙酸，一般基础料中仅仅添加如苯乙酸，一般基础料中仅仅添加0.07%。前体添加前体添加过多，容易引起挥发和氧化，分解等。过多，容易引起挥发和氧化，分解等。 因此因此，前体在使用过程中，常采用流加方法。前体在使用过程中，常采用流加方法。用法用法：前体普遍采用流加的方法，：前体普遍采用流加的方法， 流加有利于提高前体的转化率。流加有利于提高前体的转化率。发酵过程中所用的一些前体物质发酵过程中所用的一些前体物质产品产品前体前体产品产品前体前体青霉素青霉素G G青霉素青霉素V V金霉素金霉素灰黄霉素灰黄霉素红霉素红霉素苯乙

19、酸苯乙酸苯氧乙酸苯氧乙酸氯化物氯化物氯化物氯化物正丙醇正丙醇核黄素核黄素类胡萝卜素类胡萝卜素L-L-异亮氨酸异亮氨酸L-L-色氨酸色氨酸L-L-丝氨酸丝氨酸丙酸盐丙酸盐- -紫罗酮紫罗酮a a- -氨基丁酸氨基丁酸邻氨基苯甲酸邻氨基苯甲酸甘氨酸甘氨酸产物促进剂是指那些非细胞生长所必须的营养物，又非前产物促进剂是指那些非细胞生长所必须的营养物，又非前体，但加入后却能提高产量的添加剂。体，但加入后却能提高产量的添加剂。 产物促进剂产物促进剂 促进剂提高产量的机制还不完全清楚，其原因是多方面促进剂提高产量的机制还不完全清楚，其原因是多方面的（机理不详）。的（机理不详）。 有些促进剂本身是酶的诱导物；

20、有些促进剂本身是酶的诱导物； 有些促进剂是表面活性剂，可改善细胞的透性，改善有些促进剂是表面活性剂，可改善细胞的透性，改善 细胞与氧的接触从而促进酶的分泌与生产；细胞与氧的接触从而促进酶的分泌与生产； 也有人认为表面活性剂对酶的表面失活有保护作用；也有人认为表面活性剂对酶的表面失活有保护作用； 有些促进剂的作用是沉淀或螯合有害的重金属离子。有些促进剂的作用是沉淀或螯合有害的重金属离子。产物促进剂产物促进剂抑制剂抑制剂n 抑制剂：在发酵过程中加入抑制剂会抑制某些代谢途径的抑制剂：在发酵过程中加入抑制剂会抑制某些代谢途径的进行，同时会使另外一些代谢途径活跃，从而获得人们所需进行，同时会使另外一些代

21、谢途径活跃，从而获得人们所需要的某种产物或使正常代谢的某一代谢中间物积累起来要的某种产物或使正常代谢的某一代谢中间物积累起来。 例如：微生物发酵生产甘油中，例如亚硫酸氢钠，它与代谢过程中的乙例如：微生物发酵生产甘油中，例如亚硫酸氢钠，它与代谢过程中的乙醛生成加成物。醛生成加成物。其它条件其它条件 温度温度: :中温菌、嗜热菌、嗜冷菌中温菌、嗜热菌、嗜冷菌 pHpH:大多为大多为4-94-9，少数在，少数在pHpH低于低于2 2或高于或高于1010的的环境中生长环境中生长 氧气氧气: :专性好气菌、专性厌气菌、兼性好气专性好气菌、专性厌气菌、兼性好气菌或兼性厌气菌菌或兼性厌气菌 牛肉膏蛋白胨培养

22、基牛肉膏蛋白胨培养基 牛肉膏蛋白胨培养基是一种应用最广泛和牛肉膏蛋白胨培养基是一种应用最广泛和最普通的细菌基础培养基。最普通的细菌基础培养基。 其配方如下：其配方如下： 牛肉膏牛肉膏3g3g，蛋白胨，蛋白胨10g10g，NaCl5gNaCl5g，琼脂，琼脂151520g20g，水，水1000mL1000mL，pH 7.0pH 7.07.2(7.2(后调后调) )高氏高氏1 1号培养基号培养基 高氏高氏1 1号培养基是用于分离和培养放线菌的号培养基是用于分离和培养放线菌的合成培养基。合成培养基。 其配方如下：其配方如下： 可溶性淀粉可溶性淀粉20g20g，KNOKNO3 3 1g 1g，NaCl

23、NaCl 0.5g 0.5g，K K2 2HPOHPO4 43H3H2 2O 0.5gO 0.5g，MgSOMgSO4 47H7H2 2O 0.5gO 0.5g，FeSOFeSO4 47H7H2 2O 0.01gO 0.01g，琼脂，琼脂151520g20g，水，水1000mL1000mL，pH7.4pH7.47.67.6。 查氏合成培养基查氏合成培养基 查氏合成培养基是用来分类和培养霉菌的查氏合成培养基是用来分类和培养霉菌的培养基培养基 其配方如下：其配方如下： NaNO3 3g,K2HPO4 1g, KCl 0.5g, MgSO4.7H2O 0.5g,FeSO4 0.01g,蔗糖蔗糖 30

24、g, H2O 1000ml,pH自然自然麦芽汁培养基麦芽汁培养基 用来培养酵母菌用来培养酵母菌, ,干麦芽粉加干麦芽粉加4 4倍水倍水, ,在在50-50-6060保温糖化保温糖化3-43-4小时，用碘液试验检查至小时，用碘液试验检查至糖化完全为止糖化完全为止, ,调整糖液浓度调整糖液浓度, ,煮沸后，过煮沸后，过滤，调滤，调pHpH为为6.06.0。LB培养基培养基 胰蛋白胨胰蛋白胨(Tryptone) 10g/L 酵母提取物酵母提取物(Yeast extract) 5g/L 氯化钠氯化钠(NaCl) 5g/L 另外根据经验值用另外根据经验值用NaOH调节该培养基的调节该培养基的pH,使其达

25、到使其达到7.4(该该pH适合目前使用最广的适合目前使用最广的原核表达菌种原核表达菌种E.coli的生长的生长) Fed-batch culture of Pseudomonas putida for MCL-PHA production Strain: Pseudomonas putida KT2442 Medium: MR-1 medium The MR-1 medium contains per liter: 22 g KH2PO4, 3.0 g (NH4)2HPO4, 1.4 g MgSO47H2O, 0.8 g citric acid, 10 ml trace metal solut

26、ion. The trace metal solution contained per L of 5 M HCl: 10.0 g FeSO47H2O, 2.0 g CaCl2, 2.2 g ZnSO47H2O, 0.5 g MnSO44H2O, 1.0 g CuSO45H2O, 0.1 g (NH4)Mo7O244H2O and 0.02 g Na2B4O710H2O. Fed-batch cultivation Seed culture MR-1 medium plus 10 g/L oleic acid（油酸）（油酸） 30 oC, 250 rpm Fed-batch culture 6.

27、6 L jar fermenter (Bioflo 3000, New Brunswick) initial medium: 1.4 L of MR-1 medium + 15 g/L of oleic acid pH 7.0 controlled by adding 28% of ammonia water DOC: controlled as desired 30% of air saturation until the cell mass of 120 g/L, and at 10% afterwards Feeding solution:oleic acid and 250 g/L M

28、gSO47H2O solution 目的明确目的明确 何菌？何菌？ 何产物？何产物？ 何种规模？何种规模？细菌：牛肉膏蛋白胨培养基细菌：牛肉膏蛋白胨培养基放线菌：高氏一号培养基放线菌：高氏一号培养基酵母菌：麦芽汁培养基酵母菌：麦芽汁培养基霉菌：查氏培养基霉菌：查氏培养基主流代谢主流代谢支流代谢支流代谢实验室培养实验室培养种子罐培养种子罐培养发酵罐培养发酵罐培养培养基的设计中应注意的基本问题培养基的设计中应注意的基本问题营养协调营养协调H2O C N P、S Mn、Co 生长因子生长因子1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 培养基的设计中应注意的基本问题培养基的设计中应注意的基本

29、问题培养基的设计中应注意的基本问题培养基的设计中应注意的基本问题 合适的合适的C/NC/N比例比例 氮源过多，会使菌体生长过于旺盛，容易形成较高的氮源过多，会使菌体生长过于旺盛，容易形成较高的pHpH，不利于代谢产物的积累；氮源不足，菌体量少，不利于代谢产物的积累；氮源不足，菌体量少，也影响产量。也影响产量。 碳源过多，容易形成较低的碳源过多，容易形成较低的pHpH；若碳源不足则容易引；若碳源不足则容易引起菌体的衰老和自溶。起菌体的衰老和自溶。 种子培养基中种子培养基中C/NC/N低，而发酵培养基中低，而发酵培养基中C/NC/N高。高。(1)控制控制pH值值 细菌：细菌： 7.07.5 放线菌

30、：放线菌： 7.07.5 霉菌：霉菌： 4.05.8 酵母菌：酵母菌： 4.05.8 物理化学条件适宜物理化学条件适宜(2)培养基培养基pH值调节方式值调节方式 缓冲液缓冲液内源性内源性 备用碱备用碱 : CaCO3 外加调节：直接加酸、碱外加调节：直接加酸、碱(工业适用工业适用)KH2PO4K2HPO4(3)调节调节O2和和CO2浓度浓度好氧菌：空气、通气好氧菌：空气、通气厌氧菌：加入还原剂等厌氧菌：加入还原剂等培养基的设计中应注意的基本问题培养基的设计中应注意的基本问题培养基的设计中应注意的基本问题培养基的设计中应注意的基本问题 原材料的质量原材料的质量：稳定性，原材料的产地、：稳定性，原

31、材料的产地、批次与加工处理方法批次与加工处理方法 原材料的预处理：原材料的预处理：谷物或山芋等农产品，谷物或山芋等农产品，要去皮、去杂物；糖蜜各含大量无机盐，要去皮、去杂物；糖蜜各含大量无机盐，要去盐；铁罐。要去盐；铁罐。培养基的设计中应注意的基本问题培养基的设计中应注意的基本问题 发酵液性的影响发酵液性的影响 大规模发酵时，淀粉浓度过高会使发酵液大规模发酵时，淀粉浓度过高会使发酵液粘稠，溶氧不足粘稠，溶氧不足l灭菌灭菌 氨基酸氨基酸 维生素避免灭菌维生素避免灭菌 碳源与氮源常分开灭菌碳源与氮源常分开灭菌 沉淀沉淀 培养基优化培养基优化 目前还不能完全从生化反应的基本原理来推断和计算出适目前还

32、不能完全从生化反应的基本原理来推断和计算出适合某一菌种的培养基配方。合某一菌种的培养基配方。 只能用生物化学、细胞生物学、微生物学等的基本理论，只能用生物化学、细胞生物学、微生物学等的基本理论，参照他人所使用的比较适合某一类菌种、某一类产品发酵参照他人所使用的比较适合某一类菌种、某一类产品发酵的的经验配方。经验配方。 采用摇瓶、玻璃罐等小型发酵设备，按照一定的实验设计采用摇瓶、玻璃罐等小型发酵设备，按照一定的实验设计和实验方法选择出较为适合的培养基。和实验方法选择出较为适合的培养基。培养基的设计与确定方法培养基的设计与确定方法 首先根据经验确定可能的培养基成分（书首先根据经验确定可能的培养基成

33、分（书籍与文献阅读）籍与文献阅读） 通过单因子实验确定最为适宜的培养基成通过单因子实验确定最为适宜的培养基成分与浓度范围分与浓度范围 培养基成分很多，采用合理的实验设计方培养基成分很多，采用合理的实验设计方法优化培养基成分：正交实验、响应面分法优化培养基成分：正交实验、响应面分析法析法正交正交实验实验均匀均匀设计设计神经神经网络网络其他其他方法方法聚类聚类分析分析响应面响应面分析分析单因子单因子实验实验成本成本发酵单位发酵单位方法方法结果结果 培养基优化的基本方法培养基优化的基本方法例：酵母产例：酵母产-氨基丁酸发酵培养基的优化氨基丁酸发酵培养基的优化现代生物医学进展，现代生物医学进展，11（

34、3）：）：482-484- 氨基丁酸（GABA）是人体和动植物生命活动中一种非常重要的非蛋白质氨基酸。植物抵御逆境胁迫反应及对病、虫害有保卫反应等过程都涉及GABA 的参与。GABA 作为动物中枢的抑制性神经递质，不仅具有镇静、降血压、抗惊厥等生理作用，在非神经的组织中还能发挥激素或营养因子的功能，对 动 物 机 体 正 常 的 生 理 功 能 起 着 重 要 的 调 节 作 用 。本实验以高产GABA的酵母突变株为材料，采用单因素和正交设计实验对菌株产- 氨基丁酸的培养基进行了优化，以期提高GABA的产率。碳源选择碳源选择有机氮源的选择有机氮源的选择无机氮源的选择无机氮源的选择无机盐无机盐正

35、交试验设计（正交试验设计（L9(3L9(34 4) )极差分析结果表明（表极差分析结果表明（表7），四个因素对发酵液中），四个因素对发酵液中GABA 含量的影响是含量的影响是A B C D , 即培养基中碳源量对即培养基中碳源量对GABA 的生成影响最显著的生成影响最显著,蛋白胨次之蛋白胨次之, 硫酸铵和硫酸铵和KH2PO4影响程度相差不大。由表可知四个因素的最佳组合为影响程度相差不大。由表可知四个因素的最佳组合为A2B2C3D1。在最。在最佳培养基配方条件下连续佳培养基配方条件下连续3次发酵，次发酵，-氨基丁酸含量可达氨基丁酸含量可达1.690g.L-1。例：响应面法优化丁二酸生产培养基例：

36、响应面法优化丁二酸生产培养基表表3-4 N=12的的PlackettBurman实验设计与结实验设计与结果果表表3-3 Plackett-Burman实验因子水平及编码实验因子水平及编码序序号号X1X2X3X4X5X6X7X8X9X10X11SA(gL-1)11-11-1-1-1111-1157.46211-11-1-1-1111-158.433-111-11-1-1-111156.4641-111-11-1-1-11157.70511-111-11-1-1-1157.676111-111-11-1-1-158.747-1111-111-11-1-156.068-1-1111-111-11-155.189-1-1-1111-111-1154.41101-1-1-1111-111-157.4811-11-1-1-1111-11155.1212-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-154.02序号序号变量变量符号符号编码水平编码水平-111葡萄糖葡萄糖X170802酵母膏酵母膏 X27.5103玉米浆玉米浆X310154MgCO3X456645 乙酸钠乙酸钠 X501.56K2HPO4 X6037NaH2PO4X701.68NaCl