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第三章_培养基

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第三章发酵培养基

第三章发酵培养基

3、产物促进剂
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。
提高产量的机制不完全清楚，其原因为： 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 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； 有些促进剂的作用是沉淀或螯合有害的重金属离子。
不用加工方法对甘蔗糖蜜的影响
废糖蜜和酒精贮存罐,最大罐体
糖蜜使用的注意点： 除糖份外，含有较多的杂质，其中有些是有用的， 但许多都会对发酵产生不利的影响，需进行预处理。 例：谷氨酸发酵 有害物资：胶体成分（起泡、结晶）、钙盐（结晶）
生物素（发酵控制） 预处理：澄清→脱钙→脱除生物素 例：柠檬酸发酵
选择合适的无机氮源意义：
满足菌体生长
稳定和调节发酵过程中的pH
毛霉产蛋白酶的研究（陈涛，中国酿造，2004）
初始pH的影响: pH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
来源：工业上常用的有机氮源都是一些廉价的原料，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、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和酒糟。
有害物质：铁离子含量高（导致异柠檬酸的生成） 预处理：→黄血盐 K4Fe(CN)6·3 H2O
③淀粉、糊精
使用条件：微生物必须能分泌水解淀粉、糊精的酶类
缺点：难利用、发酵液比较稠、一般>2.0%时加入一定的α淀粉酶成分比较复杂，有直链淀粉和支链淀粉等等。
优点： 来源广泛、价格底 可以解除葡萄糖效应
三、按用途（从发酵生产应用考虑） 培养基按其用途可分为孢子（斜面）培养基、种

第三章 工业培养基

第三章 工业培养基

所以选择合适的无机氮源有两层意义：
满足菌体生长
稳定和调节发酵过程中的pH
2、有机氮源
来源： 一些廉价的原料: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 蛹粉、尿素、废菌丝体和酒糟。
成分复杂：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，少量糖类、 脂肪。 例 玉米浆： ①可溶性蛋白、生长因子（生物素）、苯乙酸 ②较多的乳酸 ③硫、磷、微量元素等
例：地衣牙孢杆菌生产α-淀粉酶 碳源对生长和产酶的影响 碳源 葡萄糖 蔗糖 糊精 淀粉 细胞浓度（OD值） 4.2 4.02 3.06 3.09 α-淀粉酶 0 0 38.2 40.2
二、氮源
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。 常用的氮源可分为两大类： 有机氮源和无机氮源
第二节 工业培养基的成分及来源
一、碳源 1、作用 a.提供微生物菌种的生长繁殖所需 的碳成分
b.提供合成目的产物所必须的碳成分
2、来源
糖类 油脂 有机酸 其他碳氢化合物
3、工业上常用的糖类
a. 葡萄糖 b. 糊精、淀粉及其水解物 c.糖蜜(蔗糖、乳糖、麦芽糖)
3、工业上常用的糖类 a. 葡萄糖 所有的微生物都能利用葡萄糖 工业上常用的葡萄糖由淀粉水解制备
1、无机氮源 种类：氨盐、硝酸盐和氨水
特点： 吸收快 引起pH的变化 如： (NH4)2SO4 → 2NH3 + 2H2SO4 NaNO3 + 4H2 → NH3 + 2H2O + NaOH
无机氮源被菌体作为氮源利用后，培养 液中就留下了酸性或碱性物质，这种经微生 物生理作用（代谢）后能形成酸性物质的无 机氮源叫生理酸性物质，如硫酸胺 若菌体代谢后能产生碱性物质的则此种 无机氮源称为生理碱性物质，如硝酸钠。正 确使用生理酸碱性物质，对稳定和调节发酵 过程的pH有积极作用。

生产工艺第三章 培养基制备 第三节培养基的配制

生产工艺第三章 培养基制备 第三节培养基的配制

第三节 培养基的配制
3．渗透压 配制培养基时，应注意营养物质要有合适的浓度。营 养物质的浓度太低，不仅不能满足微生物生长对营养物质 的需求，而且也不利于提高发酵产物的产量和提高设备的 利用率。但是，培养基中营养物质的浓度过高时，由于培 养基的渗透压太大，会抑制微生物的生长。此外培养基中 的各种离子的浓度比例也会影响到培养基的渗透压和微生 物的代谢活动，因此，培养基中各种离子的比例需求要平 衡。在发酵生产过程中，在不影响微生物的生理特性和代 谢转化率的情况下，通常趋向在较高浓度下进行发酵，以 提高产物产量，并尽可能选育高渗透压的生产菌珠。当然， 培养基浓度太大会使培养基黏度增加和溶氧量降低。
第三节 培养基的配制
1．根据微生物的培养需要 不同的微生物所需要的培养基成分是不同的，要确 定一个合适的培养基，就需要了解生产用菌种的来源、 生理生化特性和一般的营养要求，根据不同生产菌种的 培养条件、生物合成的代谢途径、代谢产物的化学性质 等确定培养基。
第三节 培养基的配制
2．营养成分比例恰当 微生物所需的营养物质之间应有适当的比例，培养基 中的碳氮的比例（C/N）在发酵工业中尤其重要。如培养 基中氮肥源过多，会引起微生物生长过于旺盛，而不利于 产物的积累；氮源不足，则微生物菌体生长过于缓慢。当 培养基中的碳源供应不足时，容易引起微生物菌体的衰老 和自溶。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。
第三节 培养基的配制
为了减少实验次数，可考虑用“正交试验设计”等数 学方法来确定培养基给分和浓度，它可以通过比较少的实 验次数而得到较满意的结果，另处，还可通过方差分析， 确定哪些因素影响较大，以引起人们的注意。

发酵工程培养基

发酵工程培养基
酒精生产中若用糖蜜代甘薯粉，可省去蒸煮、 制曲、糖化等过程，简化了工艺。
糖蜜使用的注意点：
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，需要进行预 处理。
例：谷氨酸发酵
有害物资：胶体成分（起泡、结晶）、钙盐（结 晶）、生物素（发酵控制）。
预处理：澄清→脱钙→脱除生物素 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）。 预处理：→黄血盐
但过多的初始葡萄糖会抑制微生物生长，引 起葡萄糖效应，这主要是葡萄糖的分解代谢 阻遏造成。
另外过多葡萄糖会过分加速菌体呼吸，以致 溶解氧不能满足需要，使一些中间代谢物积 累，pH下降，影响微生物生长和产物合成。
2.糖蜜 又称糖浆，俗称糖稀。
生物发酵工业所用的糖蜜，主要是指制糖工 业上的废糖蜜，它是甘蔗糖厂或甜菜糖厂的 一种副产品。
又如肠膜状明串珠菌的生长需要补充10种维 生素、19种氨基酸、3种嘌呤及嘧啶等。
2.前体
能直接结合到产物中，而自身结构没有多大 变化，但是产物产量却有较大提高。
青霉素：分子量356
苯乙酸:分子量136
如青霉素生产中，加入玉米浆，产量增加， 原因是玉米浆含有苯乙酸，被优先结合到青 霉素分子中去。
速效氮源。
无机氮源的迅速利用会引起pH的变化。 生理酸性物质：硫酸铵。 生理碱性物质：硝酸钠。
正确使用生理酸碱性物质，对稳定和调节发 酵过程的pH有积极作用。
氨水：
在发酵中除可以调节pH外，它也是一种容易 被利用的氮源，在许多抗生素的生产中得到 普遍使用。
氨水因碱性较强，因此使用时要防止局部过 碱，加强搅拌，并少量多次地加入。
铁：

发酵培养基及制备

发酵培养基及制备
kA2>kA3>kA1，所以可断定A2为A因素的优水平。
同理，可以计算并确定B3、C3、D1分别为B、 C、D因素的优水平。四个因素的优水平组合 A2B3C3D1为本试验的最优水平组合，即酶法 液化生产山楂清汁的最优工艺条件为加水量 50mL/100g，加酶量7mL/100g，酶解 温度为50℃,酶解时间为1.5h。
• 根据生产实践和科学试验的不同要求选择 • 根据经济效益分析选择培养基
–价廉、来源Βιβλιοθήκη 富、运输方便、就地取材、无毒二、发酵培养基成分选择的原则
• 不同的微生物所需要的培养基成分是不同 的，要确定一个合适的培养基，就需要了 解生产根据不同生产菌种的培养条件、生 物合成的代谢途径、代谢产物的化学性质 等确定培养基。
3
2
1
3
2
1
3
18
3
3
2
1
42
不考察交互作用的试验结果分析
（1） 确定试验因素的优水平和最优水平组合
分析A因素各水平对试验指标的影响。由表3可以看出，A1 的影响反映在第1、2、3号试验中，A2的影响反映在第4、5、 6号试验中，A3的影响反映在第7、8、9号试验中。
A因素的1水平所对应的试验指标之和为
度。Rj越大，说明该因素对试验指
标判的断影因响素越的大主。次根顺据 序。Rj大1小. ，计可算以
Kjm，kjm
极差分析法－R法
Rj 因素主次
2. 判断 优水平
优组合
试验号
1 2 3 4 5 6 7 8 9
因素
液化率
A
B
C
D
％
1
1
1
1
0
1
2
2

第三章培养基及其配制

第三章培养基及其配制

⑷2，4—D(2，4—二氯苯氧乙酸)起动能力比IAA高10倍， 特别在促进愈伤组织的形成上活力最高，但它强烈抑制芽 的形成，影响器官的发育。适宜的用量范围较狭窄，过量 常有毒效应。
5.2细胞分裂素类
细胞分裂素多用于诱导不定芽的分化和茎、苗的增殖，而 在生根培养时使用较少或用量较低。这类激素是腺嘌吟的 衍生物，包括6－BA(6－苄基氨基嘌呤)、Kt (kinetin 激动 素)、Zt (zeatin 玉米素)等，细胞分裂素0.05－10mg／L。 其中Zt活性最强，但非常昂贵，常用的是6—BA。
（三）母液配制的药品与器材
1、药品：配制MS培养基所需的药品、生长调节 物质、蒸馏水、0.1mol/L的NaOH，0.1mol/L的 HCL 2、器材：各类天平、烧杯、容量瓶、量筒、 母液瓶、标签、冰箱等。
（四）母液配制（以MS培养基为例）
无机大量 母液
有机物母液
激素母液
无机微量母液
铁盐母液
配制MS培养基时母液的计算Fra bibliotekGA (赤霉素)： 有20多种，生理活性及作用的种类、部位、效应等各有不 同、培养基中添加的是GA3，主要用于促进幼苗茎的伸长 生长，促进不定胚发育成小植株；赤霉素和生长素协同作 用，对形成层的分化有影响，当生长素／赤霉素比值高时 有利于木质部分化，比值低时有利于韧皮部分化；此外， 赤霉素还用于打破休眠，促进种子、块茎、鳞茎等提前萌 发。一般在器官形成后，添加赤霉素可促进器官或胚状体 的生长。
在培养基中添加细胞分裂素有三个作用：
①诱导芽的分化促进侧芽萌发生长。 ②促进细胞分裂与扩大。 ③抑制根的分化。
5.3激素配比模式
生长素与细胞分裂素：它们的比例决定着发育的方向，是愈伤 组织、长根还是长芽。如为了促进芽器官的分化，应除去或降 低生长素的浓度，或者调整培养基中生长素与细胞分裂素的比 例。 高：有利于根的形成和愈伤组织的形成； 适中：有利于根芽的分化； 低：有利于芽的形成

微生物工程(发酵)第三章 培养基制备与灭菌


3.3 培养基及设备的灭菌
3.3.1常见灭菌方法： • 加热灭菌 • 过滤灭菌 • 辐射灭菌 • 化学灭菌 • 熏蒸灭菌
1、高温灭菌
• 1）干热灭菌
烘箱内热空气灭菌 160℃，2小时
干）煮沸消毒
3）丁达尔灭菌 4）常规高压灭菌 121℃，15分钟； 115℃，30分钟；
类胡萝卜素高产菌Y11的培养基的优化
郭秒,食品与工业发酵，2004
类胡萝卜素的作用：色素、营养保健
原培养基:
初步确定可能的培养基成分(以碳源为例)
通过单因子实验确定适宜的培养基成分(以碳源为例)
考虑到成本：乙酸钠是较为合适的碳源 进一步：乙酸钠的浓度2%比较好
结果： 碳源：乙酸钠 0. 2% 氮源：氯化铵 0.2% 酵母膏0.03%
3.1.1.6 前体物质、抑制剂和促进剂
前体物质指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接彼 微生物在生物合成过程中合成到产物物分子中去，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。
青霉素：分子量356
苯乙酸:分子量136
• 前体一般都有毒性，浓度过大对菌体的生 长不利 • 苯乙酸，一般基础料中仅仅添加 0.07%
有些促进剂的作用是沉淀或螯合有害的重金属离子。
抑制剂：能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白质 变性的物质； 可用透析或超滤的方式去除；
在培养基中添加抑制剂会抑制某些代谢途径的进行， 同时会使另一代谢途径活跃，从而获得人们所需要 的某一终产物或使正常代谢的某一代谢中间产物积 累起来;
3.1.2 发酵工业原料的选择原则
• • • • • • • • 因地制宜，就地取材； 营养丰富，浓度恰当； 资源丰富，容易收集； 易于储藏； 理化性质稳定，成分间无反应； 不影响通气、搅拌、产物分离，废物处理方便 不含毒副作用的物质 价格低廉

05_培养基的选择


发酵培养基的设计和注意事项
1. 提供必要的营养成分： 提供必要的营养成分：
培养基成分必须满足细胞生长， 培养基成分必须满足细胞生长，代谢活动和合成产 物所需的基本要求。 物所需的基本要求。
2. 配制合适的浓度： 配制合适的浓度：
可以从发酵动力学有关生长、 可以从发酵动力学有关生长、产物合成和基质利用 物料平衡的关系中大致推算所需原料或大致计算出 所需主要原料的需要量。 所需主要原料的需要量。
（2）合成培养基 ）
是用化学成分和数量完全了解的物质配制 而成的。成分精确，重复性强， 而成的。成分精确，重复性强，可以减少不 能控制的因素。 能控制的因素。 适用于在实验室范围作有关营养、代谢、 适用于在实验室范围作有关营养、代谢、 分类鉴定、生物测定及选育菌种、 分类鉴定、生物测定及选育菌种、遗传分析 等定量研究工作。 等定量研究工作。 但一般微生物在合成培养基上生长较慢， 但一般微生物在合成培养基上生长较慢， 有些微生物营养要求复杂， 有些微生物营养要求复杂，在合成培养基上 不能生长。 不能生长。
发酵培养基的各种营养物质的浓度应尽可能高些， 发酵培养基的各种营养物质的浓度应尽可能高些，这样 在同等或相近的转化率条件下有利于提高单位容积发酵 罐的利用率，增加经济效益。 罐的利用率，增加经济效益。 发酵培养基需耗用大量原料，因此，原料来源、 发酵培养基需耗用大量原料，因此，原料来源、原材料 的质量以及价格等必须予以重视。 的质量以及价格等必须予以重视。
生理代谢 菌种筛选 种子培养
发酵培养
（5） 固体培养基 ）
分类：斜面试管、 分类：斜面试管、平板 等 作用： 作用： 固体培养基在菌种的分离、 固体培养基在菌种的分离、保 菌落特征的观察、 藏、菌落特征的观察、活菌计数和 鉴定菌种方面是不可缺少的。 鉴定菌种方面是不可缺少的。 在制曲、酶制剂、 在制曲、酶制剂、柠檬酸等生 产中， 产中，用来培养霉菌等的固体种子 和发酵培养基是由麸皮等农作物加 无机元素等制成的。 无机元素等制成的。

第三章 发酵培养基


米糠
13 45 13 14 16 91 2.64 22 23.2 297 1250 0.5 0.1 0.9 0.2 0.4 0.6 0.5 0.4
酵母 膏
50 0 3 10 95 3.3 1.4 1.6 5.5 6.2 6.5 2.1
无机氮源和尿素、玉米浆等可被迅速利用，为速效氮；
蛋白质氮则需先水解成肽和氨基酸后才能被吸收利用， 属迟效氮
二、氮源
有机氮源 豆饼（粕）粉、花生饼粉、鱼粉、蚕蛹粉、酵母粉、玉米 浆、尿素等
无机氮源 铵盐、硝酸盐等 （由于细胞内的含氮物质都以氨基或亚氨基的形式存在，故
铵态氮可以直接用于合成细胞物质；而硝态氮需还原成氨后 才能被利用）
成分
蛋白质/% 碳水化合物/% 脂肪/% 纤维/% 灰分/% 干物/% 核黄素/（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） 胆碱/（mg/kg） 精氨酸/% 胱氨酸/% 甘氨酸/% 异亮氨酸/% 亮氨酸/% 赖氨酸/% 甲硫氨酸/% 苯丙氨酸/%
糖蜜主要含有蔗糖，总糖可达50%-75%。
糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜，二者在糖的含量和无机盐 的含量上有所不同，即使同一种糖蜜由于加工方法不同其成 分也存在差异，因此使用时要注意。
淀粉糊精 多糖，也是常用的碳源; 需经胞外酶水解成单糖后再被吸收利用; 使用淀粉可克服葡萄糖代谢过快的弊病，价格也比较低廉， 在发酵工业中被普遍使用。 常用的淀粉为玉米、甘薯、马铃薯、木薯淀粉。
5）其他 牛肉膏、蛋白胨、动物心、肝等组织浸液等都含 有丰富的生长因子
五、水
生理功能：
1）是微生物机体的重要组成部分 2）进行代谢反应的介质 3）营养物、代谢物、氧气等必须溶解于水后才能通过细胞表 面进行正常的活动；

生产工艺第三章 培养基制备 第四节淀粉水解糖的制备


第四节 淀粉水解糖的制备
2.淀粉水解反应动力学 参与淀粉水解反应的物质，除淀粉本身以外，还有 水和无机催化剂，反应进行的速度理应取决于这三种物 质。无机酸是催化剂，其氢离子对于反应具有催化作用， 但是在反应过程中并不消耗，酸的浓度应该不变化。水 解实际上是淀粉分子与水分子之间的双分子反应，反应 进行的速度取决于两者的浓度。但在水解情况下，淀粉 乳浓度一般较低，水的量较大，虽有一部分水参与反应， 但是水的量变化很少，不影响反应速度，于是水解的速 率只决定于淀粉的浓度，反应则属于单分子反映的一级 化学反应类型。
第四节 淀粉水解糖的制备
据研究，水解反应速率常数k与下列几个因素有关， 并建立关系式如下。
K=α﹒cN﹒δ﹒γ 式中 α--催化剂的活性常数，因不同种类的酸，其H+解 离 程 度 不 同 ， 由 实 验 测 定 HCl 的 H+ 能 够 1 0 0 % 解 离 。 其 α=1,H2SO4为0.5～0.52，H3PO4为0.3，CH3COOH为0.025， HBr为1.7，因此，盐酸是一种良好的催化剂；
第四节 淀粉水解糖的制备
3．酸酶结合法 酸酶结合法是集中酸法和酶解法制糖的优点而采用的 结合生产工艺。根据原料淀粉性质可采用酸酶水解法或酶 酸水解法。 （1）酸酶法 是先将淀粉酸解水解成糊精或低聚糖， 然后再用糖化酶将其水解成葡萄糖的工艺。如玉米、小麦 等谷类原料的淀粉，淀粉颗粒坚硬，如果用α-淀粉酶液化， 在短时间内作用，液化反应往往不彻底。工厂采用淀粉用 酸水解到一定的程度（用液化DE表示，一般为10～15）， 再降温中和后，用糖化酶进行糖化，此法的优点是酸液化 速度快，糖化时间可采用较高的淀粉乳浓度，提高生产效 率。酸用量少，产品颜色浅，糖液质量高。DE值表示淀粉 水解的程度，指的是葡萄糖（所测的还原糖都以葡萄糖计 算）占干物质的百分比。
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第二节
一、碳源 1、作用
发酵培养基的成分及来源
提供微生物菌种的生长繁殖所需的能源和合成菌体所必需的碳成分。 2、来源 糖类、油脂、有机酸、低碳醇和其它碳氢化合物等 3、工业上常用的糖类 ① 葡萄糖 � 葡萄糖是最容易利用的碳源，几乎所有的微生物都能利用。 � 过多的葡萄糖会抑制微生物的生长和产物的合成。(葡萄糖效应) � 工业上常用淀粉水解糖(液)，糖液必须达到一定的质量指标。如下表：
第三节
发酵培养基的设计和优化
为何要进行培养基的设计和优化？因为我们的目的产品是菌体或代谢产物。 在发酵过程 中，发酵培养基是否适合于菌体的生长或积累代谢产物，对最终产品的得率具有非常大的 影响。完善的培养基设计是实验室、实验中试和生产规模的放大中的一个重要步骤。 培养基设计的基本原则：培养基的组成必需满足细胞的生长和代谢产物所需的元素， 并能提供生物合成和细胞维持活力所需要的能量；同时要考虑微生物对某些生长因子的特 殊需求，以满足菌体的正常生长繁殖。 一 培养基成分选择的原则 1、 菌种的同化能力和速度 � 小分子能够通过细胞膜进入细胞体内进行代谢； � 微生物能够分泌胞外水解酶类，在体外将大分子水解为微生物能够直接利用的小分 子物质。 � 不同种类的微生物对复杂的大分子物质的同化能力是不同的。 � 在碳源和氮源的选取时特别要注意，许多碳源和氮源都是复杂的有机大分子，比如 淀粉、黄豆饼粉等。 例如大多数氨基酸产生菌，缺乏蛋白质水解酶，不能直接分解蛋白质，必须将有机氮源 水解后才能被利用。 2、 代谢的阻遏和诱导 � 葡萄糖，可以促进菌体生长，但可能发生葡萄糖效应，抑制产物的合成。 � 微生物有的产物受到氮源的诱导与阻遏，通常蛋白酶的生产受培养基中蛋白质或多 肽的诱导，而受铵盐、硝酸盐、氨基酸的阻遏。 � 应根据微生物的特性和培养的目的，注意快速利用的碳源氮源和慢速利用的碳源氮 源的相互配合。 3、 合适的碳、氮比例 � 合适的 C、N 比：C、N 源比例直接影响微生物的生长和产物的积累。 � 一般来讲，因为碳源作为碳架参与菌体和产物的合成又作为生命过程中的能源，所 以比例要求比氮源高。 例如谷氨酸发酵，C：N=4：1 时，菌体大量生长，谷氨酸积累少；
二、培养基成分含量的确定 培养基成分的含量最终都是通过实验获得。常用的实验设计方法有：单因子实验，多因 子实验，包括均匀设计、正交实验设计和响应面分析。 （一）单因子实验 1．基本原理： 假设因素间不存在交互作用的前提下， 通过一次改变一个因素的水平而其他因素保持恒 定水平，然后逐个因素进行考察的优化方法。 2．优点： 简单、容易，结果明了，培养基组分的个体效应从图表上很明显地看出来，而不需要统 计分析。 但是，尽管单因子实验简单好做，因为。 3．缺点： 单因子实验忽略了各因素间存在的交互作用，如：因为菌种不同，有时氮源也可以用作 碳源，或者 pH 改变会影响菌种对碳氮源的利用，所以可能会丢失最适宜的条件；此外单 因子实验也不能考察因素的主次关系；由于是一个个因素和一个个水平进行试验，需要大 量的实验和较长的实验周期。 4．应用： 由于它的容易和方便，单因子方法一直以来都是培养基组分优化的最流行的选择之一。
钾 影响细胞膜的通透性 钠 具有维持细胞渗透压的作用 钙 调节细胞的透性的作用，调节培养液中磷酸盐的含量。 2、来源：主要来自于 C、N 源，以盐的形式补充。 ①磷、硫、镁、钙、钾、钠、氯等常以盐的形式加入；
②钴、铜、铁、锰、锌、钼等因需要量很少，除了合成培养基，一般培养基中不另外单 独加入。 3、用量：根据具体的产品，以实验决定。 4、使用注意点 ①对于其它渠道有可能带入的过多的某种无机离子和微量元素， 在发酵过程中须加以考 虑和处理。 ②使用时注意盐的形式（pH 的变化） 四、生长因子、前体和产物促进剂 1、生长因子 定义：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、维生素等 均称生长因子。 例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， 生长 因子对发酵的调控起到重要的作用 。 来源：有机氮源是生长因子的重要来源，多数有机氮源含有较多的 B 族维生素和微量 元素及一些微生物生长不可缺少的生长因子 2、前体 定义： 前体指某些化合物加入到发酵培养基中， 能直接使微生物在生物合成过程中合成 到产物物分子中去，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。 作用：前体有助于提高产量。 用量：前体的用量可以按分子量衡算，具体使用有个转化率的问题 用法：前体使用时普遍采用流加的方法。因为前体一般都有毒性，浓度过大对菌体的生 长不利；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； 3、产物促进剂 定义： 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。 促进剂提高产量的机制： ①有些促进剂本身是酶的诱导物；见下表。
三、无机盐和微量元素 微生物在生长繁殖和产物合成中都需要无机盐和微量元素，如磷，硫，铁，镁，钙，锌， 钴，钾，钠，锰，氯等；许多金属离子对微生物生理活性的作用与其浓度有关，低浓度往 往具有刺激作用，高浓度具有抑制作用； 1、作用 无机盐类是微生物生命活动所不可缺少的物质，作用包括：
①构成菌体成分； ②作为酶活性基团的组成部分或辅酶(基)； ③调节渗透压成核酸、蛋白质等细胞物质的组成成分，是许多辅酶和高能磷酸键的成分，氧化 磷酸化的必需元素。 铁 是菌体的细胞色素、细胞色素氧化酶和过氧化物酶的组成元素，是菌体生命活动的必 需元素之一。 镁，锌，钴 是某些酶的辅酶或激活剂。
第三章
培 养 基
第一节
培养基的类型及功能
微生物在人工培养和自然条件下的生理学特性有很大不同，其中培养基的组成对微生 物的各种代谢活动的影响最为显著。 培养基：广义上讲培养基是指一切可供微生物细胞生长繁殖所需的一组营养物质和原 料。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。 发酵培养基的作用： 1、满足菌体的生长；2、促进产物的形成。 一、培养基的分类 1、按纯度分类 合成培养基：原料的化学成分明确、稳定。
② 糖蜜
� 糖蜜是制糖生产时的结晶母液，是制糖工业的副产物。 � 糖蜜主要含有蔗糖，总糖可达 50%～75%。
糖蜜使用时应注意：糖蜜还含有较多的杂质，其中有些是有用的，但是许多都会对发酵 产生不利的影响，需要进行预处理。 例如谷氨酸发酵，糖蜜中对发酵有害的物质包括胶体成分(易使发酵起泡、结晶)、含有 较多钙盐、生物素(影响发酵的控制)。因此需要对糖蜜进行预处理：澄清→脱钙→脱除生 物素。柠檬酸发酵，糖蜜中对发酵有害的物质是铁离子含量高(发酵时易导致异柠檬酸的生 成)，需要对糖蜜进行预处理：→黄血盐。 ③ 淀粉、糊精 常用原料种类： 薯类：甘薯、马铃薯、木薯、山药等。 粮谷类：高粱、玉米、大米、谷子、大麦、小麦、燕麦。 农产品加工副产物：米粞、米糠饼、麸皮、高粱糠、淀粉渣等。 使用条件：微生物必须能分泌水解淀粉、糊精的酶类。 缺点：难利用；发酵液比较稠、一般>2.0%时加入一定的 a-淀粉酶；成分比较复杂，有 直链淀粉和支链淀粉等； 4、油和脂肪 � 油和脂肪也能被许多含有脂肪酶的微生物作为碳源和能源。 � 常用的油有菜油、葵花籽油、猪油、鱼油、棉籽油等。 � 在发酵过程中加入的油脂还兼有消泡的作用。 5、有机酸 一些微生物对许多有机酸(如乳酸、柠檬酸、乙酸等)有很强的氧化能力，因此有机酸和 它们的盐也能作为微生物的碳源。有机酸作为碳源，氧化产生的能量被菌体用于生长繁殖
a. 有机氮源成分复杂，可以从多个方面对发酵过程进行影响； b. 有机氮源的来源具有不稳定性。在有机氮源选取和使用过程中，必须考虑原料的波 动对发酵的影响； 总结——氮源使用的一些相关问题
1. 有机氮源和无机氮源应当混合使用。发酵早期：使用容易利用的氮源 —无机氮源；发 酵中期：菌体的代谢酶系已形成，则利用有机氮源； 2. 有些产物会受氮源的诱导和阻遏； 3. 选取有机氮源时也要考虑微生物的同化能力；
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适合于研究菌种基本代谢和过程的物质变化规律 培养基营养单一，价格较高，不适合用于大规模工业生产
天然培养基: 采用天然原料
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原料来源丰富(大多为农副产品)、价格低廉、适于工业化生产 原料质量等方面不加控制会影响生产稳定性
2、 按状态分类 固体培养基: 适合于菌种和孢子的培养和保存，也广泛应用于有子实体的真菌类，如香 菇、白木耳等的生产。 半固体培养基: 在配好的液体培养基中加入少量的琼脂， 一般用量为 0.5%～0.8% ,主要 用于微生物的鉴定、穿刺培养。 液体培养基: 80%～90%是水，其中配有可溶性的或不溶性 的营养成分，是发酵工业大 规模使用的培养基。 3、按用途（从发酵生产应用考虑） 孢子培养基： 供菌种繁殖孢子的一种常用固体培养基， 对这种培养基的要求是能使菌体 迅速生长，产生较多优质的孢子，并且不易引起菌种发生变异。 种子培养基：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
②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。
③有些促进剂的作用是沉淀或螯合有害的重金属离子。 五、水 水是培养基的主要组成成分，也是构成菌体细胞的主要成分，又是一切营养物质的传 递介质。对于发酵工厂来说，稳定的水源是至关重要的，因为在不同水源中存在的各种因 素对微生物代谢影响很大。 � 对于酿造行业，水的重要性不言而喻。 � 对于常规发酵，要求可靠、持久地提供大量成分一致清洁的水。 水源质量的主要参数包括 pH 值、溶解氧、可溶性固体、污染程度以及矿物质组成和含 量。
的“种子”。 发酵培养基：供菌体生长、繁殖和合成产物之用。它既要使种子接种后能迅速生长， 达 到一定的菌丝浓度，又要使长好的菌体能迅速合成所需产物。 二、发酵培养基的要求 1、培养基能够满足产物最经济的合成。 2、发酵后所形成的副产物尽可能的少。 3、培养基的原料应因地制宜，价格低廉；且性能稳定，资源丰富，便于采购运输，适合大 规模储藏，能保证生产上的供应。 4、 所选用的培养基应能满足总体工艺的要求，如不应该影响通气、提取、纯化及废物处 理等。