第三章_培养基设计-3

1、v大纲要求：大纲要求：v掌握培养基的主要营养成分及其作用。掌握培养基的主要营养成分及其作用。v了解培养基的主要类型及其特征。了解培养基的主要类型及其特征。v掌握培养基配方设计的一般思路。掌握培养基配方设计的一般思路。 第三章第三章 工业发酵培养基设计工业发酵培养基设计能力培养 能正确选择工业发酵培养基的材料；能正确选择工业发酵培养基的材料；v能配制适合不同发酵阶段需要的培养基。能配制适合不同发酵阶段需要的培养基。 第三章第三章 工业发酵培养基工业发酵培养基第一节第一节 培养基的要求及成分来源培养基的要求及成分来源第二节第二节 培养基类型培养基类型第三节第三节 培养基的设计原理和优化方法培养基的

2、设计原理和优化方法* 培养基培养基：广义上讲培养基是指一切广义上讲培养基是指一切可供微生物细胞生长可供微生物细胞生长 繁殖所需的一组营繁殖所需的一组营养物质和原料。养物质和原料。 同时培养基也为微生物培养提供除营同时培养基也为微生物培养提供除营养外的其它所必须的条件。养外的其它所必须的条件。 发酵培养基的作用：发酵培养基的作用： 满足菌体的生长满足菌体的生长 促进产物的形成促进产物的形成 第一节第一节 培养基的要求及成分来源培养基的要求及成分来源一、一、设计工业发酵的培养基应遵循原则设计工业发酵的培养基应遵循原则* * * * 1、必须提供合成微生物细胞和发酵产物的基、必须提供合成微生物细胞和

3、发酵产物的基本成分；本成分；2、有利于减少培养基原料的单耗，即提高单、有利于减少培养基原料的单耗，即提高单位营养物质的转换率。位营养物质的转换率。3、有利于提高产物的浓度，以提高单位容积、有利于提高产物的浓度，以提高单位容积发酵罐的生产能力。发酵罐的生产能力。4、有利于提高产物的合成速度，缩短发酵周、有利于提高产物的合成速度，缩短发酵周期。期。5、尽量减少副产物的形成，便于产物分离纯化。、尽量减少副产物的形成，便于产物分离纯化。6、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。7、所用的原料尽可能减少对发酵过程中的通气搅、所用的原料尽可能减少对发酵过程中的通气搅拌的影响

4、，利于提高氧的利用率。降低能耗。拌的影响，利于提高氧的利用率。降低能耗。8、有利于产品的分离纯化，并尽可能减少、有利于产品的分离纯化，并尽可能减少“三废三废”物质。物质。二、二、培养基的营养成分培养基的营养成分1、碳源碳源 构成菌体细胞和代谢产物的构成菌体细胞和代谢产物的主要元主要元素素，提供生物生命活动中所需，提供生物生命活动中所需能源能源的原的原料。料。 糖类、油脂、有机酸、低碳醇和碳氢糖类、油脂、有机酸、低碳醇和碳氢化合物。化合物。v速效碳速效碳(葡萄糖葡萄糖)：迅速利用的碳源，有利于菌体的生长。但对许迅速利用的碳源，有利于菌体的生长。但对许多产物合成有阻遏作用。多产物合成有阻遏作用。v

5、缓效碳（糊精）：缓效碳（糊精）：多数有利于产物的形成。多数有利于产物的形成。* * * * 边糖化边发酵工艺原理及应用。边糖化边发酵工艺原理及应用。工业上常用的糖类工业上常用的糖类 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 但是过量使用往往会引起但是过量使用往往会引起 “ 葡葡萄糖效应萄糖效应”q 葡萄糖过多，会引起葡萄糖效应过多，会引起葡萄糖效应* 即会过分地加速菌体的呼吸，使培养基中的溶即会过分地加速菌体的呼吸，使培养基中的溶解氧供不应求，使一些中间代谢产物（如丙酮解氧供不应求，使一些中间代谢产物（如丙酮酸、乳酸、乙酸等）不能完全氧化而积累在菌酸、乳酸、乙酸等）不

6、能完全氧化而积累在菌体内或培养基中，导致体内或培养基中，导致pH下降，影响某些酶下降，影响某些酶的活性，从而抑制微生物的生长和产物的合成。的活性，从而抑制微生物的生长和产物的合成。 糖蜜糖蜜 糖蜜主要含有蔗糖，总糖可达糖蜜主要含有蔗糖，总糖可达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。不同的制糖工艺生产的糖液质量差别很大不同的制糖工艺生产的糖液质量差别很大%100(%)(%)DE干物质含量还原糖含量值%100(%)(%)DX干物质含量葡萄糖含量值不用加工方法对甘蔗糖蜜的影响不用加工方法对甘蔗糖蜜的影响糖蜜使用的注意点：糖蜜使用的注意点：除糖份外，含

7、有较多的杂质，其中有些是有用的，除糖份外，含有较多的杂质，其中有些是有用的，但是许多都会对发酵产生不利的影响，需要进行但是许多都会对发酵产生不利的影响，需要进行预处理。预处理。例：谷氨酸发酵例：谷氨酸发酵有害物质：胶体成分（起泡、结晶）、钙盐有害物质：胶体成分（起泡、结晶）、钙盐（结晶）生物素（发酵控制）（结晶）生物素（发酵控制）预处理：澄清预处理：澄清脱钙脱钙脱除生物素脱除生物素例：柠檬酸发酵例：柠檬酸发酵有害物质：铁离子含量高（导致异柠檬酸的生成）有害物质：铁离子含量高（导致异柠檬酸的生成）可用亚铁氰化钾，除铁可用亚铁氰化钾，除铁。 淀粉、糊精淀粉、糊精使用条件：微生物必须能分泌水解淀粉、

8、使用条件：微生物必须能分泌水解淀粉、 糊精的酶类。糊精的酶类。缺点：难利用、发酵液比较稠、一般缺点：难利用、发酵液比较稠、一般2.0%时加入一定的时加入一定的-淀粉酶成分比较淀粉酶成分比较复杂，有直链淀粉和支链淀粉等等。复杂，有直链淀粉和支链淀粉等等。优点：来源广泛、价格低优点：来源广泛、价格低 难利用，可以解除葡萄糖效应难利用，可以解除葡萄糖效应。例：地衣牙孢杆菌生产例：地衣牙孢杆菌生产-淀粉酶淀粉酶碳源对生长和产酶的影响碳源对生长和产酶的影响碳源碳源 细胞量细胞量 -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 、醇类

9、：醇类： 甘露醇、甘油、低浓度的乙醇。甘露醇、甘油、低浓度的乙醇。 、脂肪酸脂肪酸： 甲酸、乙酸、丙酸、丁酸。甲酸、乙酸、丙酸、丁酸。 油酸和亚油酸油酸和亚油酸 、正烷烃：正烷烃：14C至至18C的直链烷烃混合物。的直链烷烃混合物。 嗜碱芽胞杆菌(AC-2)中碳源对碱性纤维素酶分泌的影响结果：各种碳源相差不大结果：各种碳源相差不大推论：该菌种的碱性纤维素酶为组成型推论：该菌种的碱性纤维素酶为组成型苏勤，林业化学与工业，2004二、氮源二、氮源 氮源主要用于构成菌体细胞物质（氨基酸，蛋氮源主要用于构成菌体细胞物质（氨基酸，蛋白质、核酸等）和含氮代谢物。常用的氮源可分白质、核酸等）和含氮代谢物。常

10、用的氮源可分为两大类：有机氮源和无机氮源。为两大类：有机氮源和无机氮源。 1、无机氮源、无机氮源种类：种类：氨盐、硝酸盐和氨水氨盐、硝酸盐和氨水尿素，硫酸铵（铵盐）、尿素，硫酸铵（铵盐）、气态氮气态氮特点：特点：微生物对它们的吸收快，所以也称之谓微生物对它们的吸收快，所以也称之谓迅速利迅速利用的氮源用的氮源。但无机氮源的迅速利用常会引起。但无机氮源的迅速利用常会引起pH的变的变化如：化如： (NH4)2SO4 2NH3 + 2H2SO4 NaNO3 + 4H2 NH3 + 2H2O + NaOH 生理酸性物质生理酸性物质，如硫酸胺，如硫酸胺生理碱性物质生理碱性物质，如硝酸钠，如硝酸钠* 正确使

11、用生理酸碱性物质，对稳定正确使用生理酸碱性物质，对稳定和调节发酵过程的和调节发酵过程的pH有积极作用。有积极作用。 * 所以选择合适的无机氮源有两层意义：所以选择合适的无机氮源有两层意义： (1) 满足菌体生长满足菌体生长; (2) 稳定和调节发酵稳定和调节发酵过程中的过程中的pH。 在制液体曲时，用制液体曲时，用 NaNONaNO3 3 作氮源作氮源，菌丝体长得粗壮，培养时间短，且糖化菌丝体长得粗壮，培养时间短，且糖化能力较高。能力较高。 因为因为 NaNONaNO3 3 的代谢得到的的代谢得到的 NaOH NaOH 可可中和曲霉生长中释放的酸，使中和曲霉生长中释放的酸，使 pH pH 稳定

12、稳定在工艺要求的范围之内。在工艺要求的范围之内。举例：举例：以链霉素为例，以链霉素为例，合成合成 1 mol 1 mol 链霉素需要消耗链霉素需要消耗 7 mol 7 mol 的的 NHNH3 3 。生产中采用流加氨水。生产中采用流加氨水。* * * * 使用氨水时要注意：使用氨水时要注意： (1) (1) 要少量多次流加，加强搅拌，防止局部过要少量多次流加，加强搅拌，防止局部过碱。碱。（2 2）使用前用石棉等介质过滤，除去多种嗜碱）使用前用石棉等介质过滤，除去多种嗜碱性微生物，防止染菌。性微生物，防止染菌。氨水氨水毛霉产蛋白酶的研究毛霉产蛋白酶的研究陈涛，中国酿造，2004初始pH的影响:p

13、H偏酸比较好，中性蛋白酶影响大无机氮源的影响：硫酸铵硝酸铵硝酸钠尿素2、有机氮源、有机氮源来源：来源：花生饼粉、黄豆饼粉、棉子饼花生饼粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、玉米浆、玉米蛋白粉、蛋白胨、粉、玉米浆、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、废菌丝体和酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、废菌丝体和酒糟酒糟。成分复杂成分复杂：除提供氮源外，有些有机：除提供氮源外，有些有机氮源还提供大量的无机盐及生长因子。氮源还提供大量的无机盐及生长因子。 *玉米浆玉米浆是玉米淀粉生产中的副产是玉米淀粉生产中的副产物，其中固体物含量在物，其中固体物含量在50。可溶性可溶性蛋白、生长因子（生物素）、苯乙酸蛋白、生长因子（生物素）、

14、苯乙酸还含有有机酸、还原糖、磷、微量元还含有有机酸、还原糖、磷、微量元素、生长素。素、生长素。 成分成分(%) 液体液体 固体固体干物干物 46.8049.60 90.3791.74 灰分灰分 8.0410.43 12.9813.74总氮总氮 3.333.67 7.368.33总糖总糖(以葡萄糖计以葡萄糖计) 0.744.39 5.715.88乳糖乳糖 11.6019.30 15.0617.72酸度酸度(ml 0.1mol/L NaOH/10g) 108144 169.0198.0挥发酸挥发酸(ml 0.1mol/L NaOH/10g) 0.11.1 0.501.35铁铁 0.0090.027

15、 磷磷 1.51.9 2.62.8钙钙 0.020.07 钾钾 2.02.5 锌锌 0.0050.012 SO2 微量微量0.02 沉淀固体沉淀固体 38.452.9 PH 4.04.7 3.03.6使用什么样的玉米浆才能使发酵的进使用什么样的玉米浆才能使发酵的进程更优化、发酵结果更稳定？程更优化、发酵结果更稳定？* v因为液体玉米浆不均一、稳定性差、极容易因为液体玉米浆不均一、稳定性差、极容易沉淀，夏天更易染菌变质而导致其有效成分沉淀，夏天更易染菌变质而导致其有效成分的丧失或不足，从而影响发酵的稳定性。所的丧失或不足，从而影响发酵的稳定性。所以，现今微生物技术领先的大型发酵企业以，现今微生物

16、技术领先的大型发酵企业（尤其是某些技术先进的抗菌素和酶制剂厂（尤其是某些技术先进的抗菌素和酶制剂厂家）都纷纷改用玉米浆的最新换代产品家）都纷纷改用玉米浆的最新换代产品“高氮高氮”型玉米浆干粉型玉米浆干粉，因其有着极大的优点，因其有着极大的优点，且蛋白质含量可高达且蛋白质含量可高达50%.氮源使用时要注意的问题氮源使用时要注意的问题q1. 有机氮源和无机氮源应当混合使用有机氮源和无机氮源应当混合使用*早期：容易利用易同化的氮源早期：容易利用易同化的氮源无机氮源。无机氮源。中期：菌体的代谢酶系已形成、则利用蛋白质。中期：菌体的代谢酶系已形成、则利用蛋白质。 实验室中常用：实验室中常用： 玉米浆、蛋

17、白胨、牛肉膏、酵母膏等。玉米浆、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等。 工业生产上常用：工业生产上常用： 硫酸铵、尿素、氨水、豆饼粉、花生饼硫酸铵、尿素、氨水、豆饼粉、花生饼粉、麸皮等。粉、麸皮等。 2 2、合适的、合适的C C、N N比比C C：N N f ( f ( 菌种、发酵阶段、碳菌种、发酵阶段、碳源种类、氮源种类、通气强度源种类、氮源种类、通气强度 、搅拌强度等等、搅拌强度等等) )，无完全统一的，无完全统一的 标准。标准。* * * * * * * * 一般来说，细菌和酵母细胞的碳氮比一般来说，细菌和酵母细胞的碳氮比为为 5:1 5:1，霉菌细胞的碳氮比为，霉菌细胞的碳氮比为10:110:1，

18、所以霉菌，所以霉菌 培养基的碳氮比大而细菌的碳氮比小。培养基的碳氮比大而细菌的碳氮比小。 考虑产物，以谷氨酸为例，一般工业的考虑产物，以谷氨酸为例，一般工业的发酵培养基碳氮比是发酵培养基碳氮比是100100：0.20.22.02.0，而谷，而谷氨酸发酵培养基的碳氮比是氨酸发酵培养基的碳氮比是100100：15152121，当当 C:NC:N100:0.5 100:0.5 时只合成菌体，不产谷时只合成菌体，不产谷氨酸，当氨酸，当 C:NC:N100:11 100:11 以上才开始合成谷以上才开始合成谷氨酸。氨酸。 对于生产氨基酸等含氮的化合物时，对于生产氨基酸等含氮的化合物时，它的发酵培养基除供

19、给充足的碳源物质它的发酵培养基除供给充足的碳源物质外，还应该添加足够的铵盐或尿素等氮外，还应该添加足够的铵盐或尿素等氮素化合物。素化合物。快速利用和缓慢利用的碳、快速利用和缓慢利用的碳、氮源的结合。氮源的结合。氮源：过多氮源：过多生长过于旺盛、生长过于旺盛、pHpH偏高、偏高、 代谢产物积累不利。代谢产物积累不利。 过少过少菌体量少，影响产量。菌体量少，影响产量。碳源：过多碳源：过多pHpH容易下降。容易下降。 过少过少容易引起菌体衰老和自溶。容易引起菌体衰老和自溶。 工业工业C:N C:N 的范围：的范围： 100 100 ：0.20.22.0 2.0 吉林坨牌吉林坨牌 玉米粉玉米粉: :尿

20、素尿素100100：0.050.050.080.08。 尿素含氮尿素含氮 46 46 。 玉米中含蛋白质约为玉米中含蛋白质约为 8.5 8.5 。 * * * * 培养基的碳氮比不仅会影响微生物培养基的碳氮比不仅会影响微生物菌体的生长，同时也会影响到发酵的代菌体的生长，同时也会影响到发酵的代谢途径。不同的微生物菌种、不同的发谢途径。不同的微生物菌种、不同的发酵产物所要求的碳氮比是不同的，即使酵产物所要求的碳氮比是不同的，即使是同一微生物在不同的培养阶段，对培是同一微生物在不同的培养阶段，对培养基的碳氮比的要求也是不一样的。养基的碳氮比的要求也是不一样的。3 . 有些产物会受氮源的阻遏有些产物会

21、受氮源的阻遏 避免使用阻遏性氮源。避免使用阻遏性氮源。 例如蛋白酶合成会受到例如蛋白酶合成会受到铵盐铵盐、磷酸、磷酸盐类所阻遏盐类所阻遏 如构巢曲霉的蛋白酶的合成可为如构巢曲霉的蛋白酶的合成可为铵铵盐盐所阻遏所阻遏 。三、无机盐的微量元素作用三、无机盐的微量元素作用 * * * *构成菌体成分；构成菌体成分；作为酶活性基的组成部分或维持酶作为酶活性基的组成部分或维持酶的活性；的活性；调节渗透压、调节渗透压、pH值、氧化还值、氧化还原电原电位等；位等；作为自养菌的能源。作为自养菌的能源。 主要元素有主要元素有P、S、Mg、K、Ca等；等； 微量元素有微量元素有Fe、Cu、Mn、Zn、Mo、Co、

22、B等。等。 锌、钴、锰、铜等微量元素锌、钴、锰、铜等微量元素 大部份作大部份作为酶的辅基和激活剂，一般来讲，只在合为酶的辅基和激活剂，一般来讲，只在合成培养基中才加入这些元素。成培养基中才加入这些元素。 一般在复合培养基中由于加入许多动植物一般在复合培养基中由于加入许多动植物原料等都含有微量元素原料等都含有微量元素。4、无机盐的微量元素无机盐的微量元素使用注意点使用注意点* 有的来源可能带有过多的某种无机离有的来源可能带有过多的某种无机离子和微量元素在发酵过程中必须加以子和微量元素在发酵过程中必须加以考虑。考虑。B. 要避免钙盐过多时，以免形成磷酸钙要避免钙盐过多时，以免形成磷酸钙沉淀。因此，

23、当培养基中的磷和钙的沉淀。因此，当培养基中的磷和钙的浓度都很高时，可将两者分别灭菌或浓度都很高时，可将两者分别灭菌或逐步加；逐步加；C.先要将配好的培养基用碱调到先要将配好的培养基用碱调到pH近中近中性，再将碳酸钙加入培养基中，保留性，再将碳酸钙加入培养基中，保留其缓冲力其缓冲力。例：铁离子例：铁离子 青霉素发酵中，铁离子的浓度要小于青霉素发酵中，铁离子的浓度要小于20g/ml 发酵罐必须进行表面处理发酵罐必须进行表面处理使用时注意盐的形式（使用时注意盐的形式（pH的变化）的变化）例例：黑曲酶黑曲酶NRRL-330,生产生产-淀粉酶，淀粉酶，pH对酶对酶活的影响活的影响. pH 酶活酶活不加不

24、加 4.25 120分钟分钟加加 K2HPO4 5.45 30分钟分钟加加 KH2PO4 4.62 75分钟分钟四、生长因子、前体和产物促进剂四、生长因子、前体和产物促进剂 从广义上讲，凡是微生物生长不可缺少从广义上讲，凡是微生物生长不可缺少的微量的有机物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、的微量的有机物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称生长因子。维生素等均称生长因子。 1、生长因子、生长因子 如以糖质原料为碳源的谷氨酸生产菌均如以糖质原料为碳源的谷氨酸生产菌均为生物素缺陷型，以生物素为生长因子为生物素缺陷型，以生物素为生长因子, ,生生长因子对发酵的调控起到重要的作用长因子对发酵的调控起到重要的作

25、用 。 以谷氨酸为例生物素是生物素是B B族维生素，影响细胞膜的透性族维生素，影响细胞膜的透性* * * *生产上常用的生产上常用的生物素生物素来源的原料及其生物素含来源的原料及其生物素含量（量（ug/kgug/kg）玉米浆玉米浆 180 180 干酵母干酵母 60060018001800豆饼水解液豆饼水解液 120 120 甘蔗糖蜜甘蔗糖蜜 12001200麸皮麸皮 200 200 米糠米糠 270270甜菜糖蜜甜菜糖蜜 5353 有机氮源是这些生长因子的重要来有机氮源是这些生长因子的重要来源，多数有机氮源含有较多的源，多数有机氮源含有较多的B族维生族维生素和微量元素及一些微生物生长不可缺素

26、和微量元素及一些微生物生长不可缺少的生长因子少的生长因子 。 * * * * 前体指某些化合物加入到发酵培养基中，前体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合成到能直接被微生物在生物合成过程中合成到产物产物物分子中去，而其自身的结构并没有多大变化，物分子中去，而其自身的结构并没有多大变化，但是产物的产量却因加入前体而有较大的提高但是产物的产量却因加入前体而有较大的提高。2、前体、前体青霉素：分子量青霉素：分子量356苯乙酸苯乙酸:分子量分子量136 苯乙酸苯乙酸及其衍生物是青霉素青霉素的前体物质。用法用法：前体使用时普遍采用流加的方法：前体使用时普遍采用流加的方法 前体

27、一般都有毒性，浓度过大对菌体的生长不前体一般都有毒性，浓度过大对菌体的生长不利利 . 苯乙酸，一般基础料中仅仅添加苯乙酸，一般基础料中仅仅添加0.07%. 前体相对价格较高，添加过多，容易引起挥发前体相对价格较高，添加过多，容易引起挥发和氧化，流加也有利于提高前提的转化率和氧化，流加也有利于提高前提的转化率.3、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，其原因促进剂提高产量的机制还不完全清楚，其原因是多方面的。是多方面的。 有些促进剂本身是酶的诱导物；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，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

28、触从而促进酶的分泌与生产，改善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也有人认为表面活性剂对酶的表面失活有保护作用；作用； 有些促进剂的作用是沉淀或螯合有害的重金属有些促进剂的作用是沉淀或螯合有害的重金属离子。离子。五、水五、水 水源质量的主要考虑参数包括水源质量的主要考虑参数包括pH值、值、溶解氧、可溶性固体、污染程度以及矿溶解氧、可溶性固体、污染程度以及矿物质组成和含量。物质组成和含量。 对于常规发酵，可靠、持久，能提对于常规发酵，可靠、持久，能提供大量成分一致清洁的水。供大量成分一致清洁的水。 种子培养基发酵培养基一般采用深种子培养基发酵培养基一般

29、采用深井水或自来水。井水或自来水。第二节 培养基的类型培养基按其组成物质的纯度、状态、用途进行分类。培养基按其组成物质的纯度、状态、用途进行分类。一、按纯度一、按纯度 合成培养基合成培养基( synthetic medium ) : 原料其化学成原料其化学成分明确、稳定分明确、稳定 。 适合于研究菌种基本代谢和过程的物质变化规律。适合于研究菌种基本代谢和过程的物质变化规律。 q 培养基营养单一，价格较高，不适合用于大规培养基营养单一，价格较高，不适合用于大规模工业生产模工业生产。天然培养基天然培养基( complex medium ) : 采用天然原料采用天然原料v原料来源丰富原料来源丰富(大

30、多为农副产品大多为农副产品)、价格低、价格低廉、适于工业化生产。廉、适于工业化生产。v原料质量等方面不加控制会影响生产稳定原料质量等方面不加控制会影响生产稳定性。性。半合成培养基半合成培养基 ( semi synthetic medium ) 采用一部分天然有机物作碳源、氮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，使其更能充学药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。分满足微生物对营养的需要。M培养基培养基(1L)： Na2HPO4 6g，KH2PO4 3g， NaCl 0.5g， NH4Cl

31、1g， MgSO4.7H2O 0.5g， CaCl2 0.011g，葡萄糖，葡萄糖 2-10, pH 7.0 。 YPS培养基：酪蛋白胨（日本大五营养）培养基：酪蛋白胨（日本大五营养）10g，酵，酵母提取物（英国母提取物（英国Oxoid）5g, NaCl 10g，PH 7.2 培养大肠杆菌常用两种培养基培养大肠杆菌常用两种培养基二、按状态固体培养基固体培养基 : 半固体培养基半固体培养基: :即在配好的液体培养基中加即在配好的液体培养基中加入少量的琼脂，一般用量为入少量的琼脂，一般用量为0.5%0.8% ,主要用于微生物的鉴定。主要用于微生物的鉴定。 液体培养基液体培养基:三、按用途（从发酵生

32、产应用考虑）三、按用途（从发酵生产应用考虑） 培养基按其用途可分为培养基按其用途可分为孢子（斜面）孢子（斜面）培养基、培养基、种子种子培养基和培养基和发酵发酵培养基三种培养基三种 。v选择性培养基、鉴别培养基、富集培养基等选择性培养基、鉴别培养基、富集培养基等生理代谢菌种筛选种子培养发酵培养发酵生产中的培养基类型 工业发酵中培养基往往是依据生产流工业发酵中培养基往往是依据生产流程和作用分为：程和作用分为： 斜面培养基斜面培养基 种子培养基种子培养基 发酵培养基发酵培养基1斜面培养基 作用：作用： 供给细胞生长繁殖或保藏菌种用的。供给细胞生长繁殖或保藏菌种用的。斜面培养基特点：斜面培养基特点：*

33、 * * *1.富含有机氮源，少含或不含糖分。有机富含有机氮源，少含或不含糖分。有机氮有利于菌体的生长繁殖，能获得更多氮有利于菌体的生长繁殖，能获得更多的细胞。的细胞。2.但对于放线菌或霉菌的产孢子培养基，但对于放线菌或霉菌的产孢子培养基，则氮源和碳源均不宜太丰富，否则容易则氮源和碳源均不宜太丰富，否则容易长菌丝而较少形成孢子。长菌丝而较少形成孢子。3.斜面培养基中宜加少量无机盐类，供给斜面培养基中宜加少量无机盐类，供给必要的生长因子和微量元素。必要的生长因子和微量元素。 2种子培养基种子培养：短时间内获得数量多、质量高的大种子培养：短时间内获得数量多、质量高的大量菌种；使细胞迅速进行分裂或菌

34、丝快速生量菌种；使细胞迅速进行分裂或菌丝快速生长。长。 包括：摇瓶种子培养基包括：摇瓶种子培养基 小罐种子培养基小罐种子培养基 种子培养基特点：种子培养基特点：*1.1.用于孢子发芽生长，营养要求丰富、完全，用于孢子发芽生长，营养要求丰富、完全，氮源和生长因子含量较高。氮源和生长因子含量较高。2.2.各种营养物质的浓度不必太高。各种营养物质的浓度不必太高。3.3.最后一级的种子培养基成份要接近于发酵最后一级的种子培养基成份要接近于发酵培养基，以缩短停滞期。培养基，以缩短停滞期。3发酵培养基*作用：最大限度地获得目的产物。作用：最大限度地获得目的产物。 。 要满足菌体生长、繁殖的需要。要满足菌体

35、生长、繁殖的需要。 但比种子培但比种子培养基稍不丰富。养基稍不丰富。 要有合成产物所需的特定元素、前体和促进要有合成产物所需的特定元素、前体和促进剂等。剂等。 如果生长和合成产物的最佳条件不同时，可如果生长和合成产物的最佳条件不同时，可考虑分批补料。考虑分批补料。 赤霉素种子培养基和发酵培养基的配比比较赤霉素种子培养基和发酵培养基的配比比较 种子培养基种子培养基 发酵培养基发酵培养基 花生粉花生粉 1.65 % 0.16 % 葡萄糖葡萄糖 1.50 % 0.70 % MgSO4 0.10 % 0.05 % KH2PO4 0.10 % 0.18 % 消沫油消沫油 0.40 % 0.08 % 糊糊

36、 精精 1.0 % 黄豆饼粉黄豆饼粉 0.2 % 玉米淀粉玉米淀粉 6.0 % -淀粉酶淀粉酶 0.03% 对于抗生素发酵的种子培养，快速利用对于抗生素发酵的种子培养，快速利用碳（氮）源比例要相对高一些（有利于碳（氮）源比例要相对高一些（有利于大量快速生长）。大量快速生长）。* * * *在产物合成阶段快速利用碳（氮）源比在产物合成阶段快速利用碳（氮）源比例要相对低一些（有利于次级代谢产物例要相对低一些（有利于次级代谢产物抗生素的大量合成）。或采用流加抗生素的大量合成）。或采用流加的办法。的办法。* * * *第三节第三节 培养基的设计原理和优化方法培养基的设计原理和优化方法 *一、培养基设计

37、与优化过程一般的思路。一、培养基设计与优化过程一般的思路。 1、根据前人经验、菌种特性、发酵工艺的要求，提、根据前人经验、菌种特性、发酵工艺的要求，提取工艺要求及经济可行的培养基成分来源，初步确定取工艺要求及经济可行的培养基成分来源，初步确定可能的培养基组分；可能的培养基组分； 2、通过单因子实验摇瓶确定最为适合的的各个培养、通过单因子实验摇瓶确定最为适合的的各个培养基组分及其最适浓度；基组分及其最适浓度； 3、最后通过多因子实验，进一步优化培养、最后通过多因子实验，进一步优化培养基的各种成分及其最适浓度。基的各种成分及其最适浓度。 以合成培养基为基础，摸索实验条件。以合成培养基为基础，摸索实

38、验条件。首先是其成份的确定，其次确定培养基配比，首先是其成份的确定，其次确定培养基配比，然后确定各种重要金属和非金属离子对发酵然后确定各种重要金属和非金属离子对发酵的影响，确定最适范围和最佳用量。最后在的影响，确定最适范围和最佳用量。最后在复合培养基上试验。复合培养基上试验。 4、中、小试发酵罐规模进一步优化配方。、中、小试发酵罐规模进一步优化配方。 5、在生产规模优化培养基配方。、在生产规模优化培养基配方。一、培养基设计时候要注意的一些问题一、培养基设计时候要注意的一些问题*1、满足菌体的同化能力，营养组成丰富，浓、满足菌体的同化能力，营养组成丰富，浓度恰当，满足不同培养需求。度恰当，满足不

39、同培养需求。 菌体的同化能力菌体的同化能力 保证所选用的营养成分保证所选用的营养成分是微生物能够利用的。是微生物能够利用的。 碳源、氮源碳源、氮源 例如：酵母菌，一般只能利用例如：酵母菌，一般只能利用2 23 3糖，最多糖，最多为为4 4糖。糖。 例如：例如： 大多数氨基酸产生菌，缺乏蛋白质分解大多数氨基酸产生菌，缺乏蛋白质分解酶，不能利用有机氮源（复杂的大分子酶，不能利用有机氮源（复杂的大分子蛋白质）。蛋白质）。 常用的有大豆饼粉、花生饼粉的水解液，常用的有大豆饼粉、花生饼粉的水解液，其制备方法是：豆饼粉（其制备方法是：豆饼粉（100kg100kg）水）水（133kg133kg）+ HCl

40、+ HCl 常压水解常压水解16 h 16 h 各种氨基酸各种氨基酸2、在一定的条件下，各原料之间彼此不、在一定的条件下，各原料之间彼此不 反应性质相对稳定。反应性质相对稳定。3、黏度适中，具有适当的渗透压。、黏度适中，具有适当的渗透压。4、注意与代谢产物合成过程中的调节关、注意与代谢产物合成过程中的调节关 系，有利于产物合成。系，有利于产物合成。 注意代谢调节物的影响注意代谢调节物的影响 * 有些物质存在于培养基中往往能明显地促进或有些物质存在于培养基中往往能明显地促进或抑制发酵产物的形成。抑制发酵产物的形成。 （1）前体物质）前体物质 （2）诱导剂）诱导剂 （3）阻遏物及抑制剂）阻遏物及抑

41、制剂 （4）金属离子）金属离子 金属离子的影响金属离子的影响 * 有些种类的发酵生产对金属离子相当敏有些种类的发酵生产对金属离子相当敏感，因为有些金属离子是中间代谢酶的抑制感，因为有些金属离子是中间代谢酶的抑制剂或激活剂。（设备材质，内衬）剂或激活剂。（设备材质，内衬） 因此对于有重大影响的金属离子必须严因此对于有重大影响的金属离子必须严格控制。如柠檬酸发酵中铁、锰和锌离子都格控制。如柠檬酸发酵中铁、锰和锌离子都能明显影响产量，能明显影响产量， 钙离子对细菌淀粉酶的生产有促进作用，钙离子对细菌淀粉酶的生产有促进作用， 钴离子对葡萄糖异构酶的发酵是必需。钴离子对葡萄糖异构酶的发酵是必需。5、既不影响通气与搅拌的效果，又不、既不影响通气与搅拌的效果，又不 影响或稍微影响产物的分离精制和影响或稍微影响产物的分离精制和 废物处理。废物处理。6、尽可能因地制宜，质优价廉，成本、尽可能因地制宜，质优价廉，成本 低，来源丰富，质量稳定，并尽量低，来源丰