发酵培养基的作用

乳酸菌发酵培养基（MRS）中各成分的作⽤
试题研究：2017年4⽉考试中，有乳酸菌发酵培养基（MRS），MRS培养基是⽤于⾷品中乳酸菌检测的。

成分是什么？各成分有什么作⽤？
1．成分
蛋⽩陈 10.0g
⽜⾁粉 5.0g
酵母粉 4.0g
吐温80 1.0mL
磷酸氢⼆钾 2.0g
⼄酸钠 5.0g
柠檬酸三铵 2.0g
硫酸镁 0.2g
硫酸锰 0.05g
琼脂粉 15.0g
蒸馏⽔ 1000mL
2．制法
将上述成分加⼈蒸馏⽔中，加热溶解，校正pH 6.2，分装后121℃⾼压灭菌15min—20min。

3．各成分的作⽤
蛋⽩胨、⽜⾁浸粉、酵母浸粉提供氮源、维⽣素、⽣长因⼦；葡萄糖为可发酵糖类；磷酸氢⼆钾为酸碱缓冲剂；柠檬酸氢⼆铵、硫酸镁、硫酸锰、吐温-80和⼄酸钠为培养各种乳酸菌提供⽣长因⼦，其成分还能抑制某些杂菌；琼脂是培养基的凝固剂。

发酵工程复习题《发酵工程》期末复习题试卷结构一、名词解释（每题2分，共6题，合计12分）二、填空题（每空0.5分，合计20分）三、单选题（每题1分，共20题，合计20分）四、多选题（每题2分，共6题，合计12分）五、判断题（对的打“√”，错的打“×”，每题1分，共10题，合计10分）六、简答题（18分，3-4题）七、分析题（8分）第一章绪论一、掌握发酵史的六个阶段和四个转折点。

答：六阶段：1、天然发酵时期；2、纯培养技术的建立；3、通气搅拌发酵技术的建立； 4、人工诱变育种与代谢控制发酵技术的建立；5、开拓新型发酵原料时期；6、基因工程阶段四转折：1、纯培养；2、通气搅拌发酵；3、代谢控制；4、化学合成与微生物发酵二、发酵工业有何特点？发酵工业的范围包括哪些？答：特点：原料广；微生物主体；反应条件温和，易控制；产物单一，纯度高；投资少，效益好范围：1）以微生物代谢产物为产品的发酵工业2）以微生物酶为产品的发酵工业 3）以微生物细胞为产物的发酵工业 4）生物转化或修饰化合物的发酵工业 5）微生物废水处理和其他3、掌握发酵工业生产流程的6个环节。

答：1) 生产用菌种的扩大培养（微生物菌种的选育及扩培技术）；2) 发酵培养基的配制（发酵原料的选择及预处理）；3) 培养基、发酵罐以及辅助设备的消毒灭菌（灭菌技术）；4) 将已培养好的有活性的纯菌株以一定量转接到发酵罐中（接种技术）； 5) 将接种到发酵罐中的菌株控制在最适条件下生长并形成目的产物； 6) 将产物提取精制（发酵产物的分离提取）；第二章菌种及扩大培养名词解释：菌种选育：是应用微生物遗传变异的理论，用一定的方法造成微生物的变异，再经过人工筛选得到人们所需要的优良品种。

种子扩大培养：是指把保存在砂土管、冷冻干燥管中处于休眠状态的生产菌种接入固体试管斜面活化后，再经过摇瓶或静置培养，以及种子罐逐级扩大培养而获得一定的数量和质量的纯种制备过程。

《发酵工程与工艺学》1 绪论一、发酵的定义1、传统发酵最初发酵是用来描述酵母菌作用于果汁或麦芽汁产生气泡的现象，或者是指酒的生产过程。

2、生化和生理学意义的发酵指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量的一种方式，或者更严格地说，发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。

3、工业上的发酵泛指利用微生物制造或生产某些产品的过程，包括：1.厌氧培养的生产过程，如酒精，乳酸等。

2.通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等。

产品有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶等二、发酵的原理：利用微生物的特点：(1)对周围环境的温度、压强、渗透压、酸碱度等条件有极大的适应能力。

(2)有极强的消化能力。

(3)有极强的繁殖能力。

三、发酵工程的组成上游工程：(1)对菌种加以改造，提高生产能力或者导入外源基因等以获得工程菌；(2)发酵或生物转化，是通过优化发酵条件如温度、营养、供气量等。

利用工程菌的生物合成，加工和修饰等以获得目的产物；发酵工程下游工程：是运用生物化学、物理学方法分离、纯化产品，最终将产品推向市场并获得社会或经济效益。

五、发酵工程研究内容主要指在最适发酵条件下，发酵罐中大量培养细胞和生产代谢产物的工艺技术。

(1) 有严格的无菌生长环境：包括发酵开始前采用高温高压对发酵原料和发酵罐以及各种连接管道进行灭菌的技术；在发酵过程中不断向发酵罐中通入干燥无菌空气的空气过滤技术；(2)在发酵过程中根据细胞生长要求控制加料速度的计算机控制技术；(3)种子培养和生产培养的不同的工艺技术。

(4)在进行任何大规模工业发酵前，必须在实验室规模的小发酵罐进行大量的实验，得到产物形成的动力学模型，并根据这个模型设计中试的发酵要求，最后从中试数据再设计更大规模生产的动力学模型。

(5)由于生物反应的复杂性，在从实验室到中试，从中试到大规模生产过程中会出现许多问题，这就是发酵工程工艺放大问题。

发酵工程的发展历史发酵现象→酿造食品工业→非食品工业→青霉素→抗菌素发酵工业→氨基酸,核酸发酵（代谢控制发酵）→基因工程菌→动物细胞大规模培养→植物细胞大规模培养→藻类细胞大规模培养→转基因动物生物技术的发展基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程四大工程第二章菌种选育第一节微生物的特性及工业微生物的要求一、微生物的特性：1、有些微生物能在厌氧的条件下生长；2、有些微生物能够利用简单的有机物和无机物满足自身的生长；3、有些微生物能进行复杂的代谢；4、有些微生物能利用较复杂的化合物；5、有些微生物能在极端的环境下生长。

发酵工程:是指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术.菌种保藏:运用物理、生物手段让菌种处于完全休眠状态，使在长时间储存后仍能保持菌种原有生物特性和生命力的菌种储存的措施。

富集培养:指利用不同微生物间生命活动特点的不同，人为地提供一些特定的环境条件，使特定种（类）微生物旺盛生长，使其在数量上占优势，更利于分离出该特定微生物，并引向纯培养.菌种退化:菌种在培养或保藏过程中，由于自发突变的存在，出现某些原有优良生产性状的劣化、遗传标记的丢失等现象.前体:是被加入培养基的化合物，能够直接在生物合成过程中结合到产物分子中去，而自身的结构并未发生太大变化，却能提高产物的产量的一类小分子物质.生长因子:是一类调节微生物正常生长代谢所必需，但不能用简单的碳、氮源自行合成的有机物，包括广义生长因子和狭义生长因子。

产物合成促进剂：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。

如：链霉素生产加巴比妥，赖氨酸生产加红霉素等。

斜面培养基：固体培养基（solid culture medium ）的一种形式；制作时应趁热定量分装于试管内，并凝固成斜面的称为斜面培养基，用于菌种扩大转管及菌种保藏。

种子培养基：供孢子发芽、生长和大量繁殖菌丝体，并使菌体长得粗壮，成为活力强的“种子”的培养基，所以种子培养基的营养成分要求比较丰富和完全。

发酵培养基：发酵培养基是供菌种生长、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需产物。

空消：指清除空间内不好的或不需要的杂质，使之达到无害化的洁净程度。

实消：就是将配制好的培养基放入发酵罐或其他装置中，通入蒸汽将培养基和所用设备一起进行灭菌的操作过程，也称实罐灭菌。

连消：即连续灭菌，即培养基的连续灭菌，是灭菌的一种方式。

就是将配制好的并经预热的培养基用泵连续输入由直接蒸汽加热的加热塔，使其在短时间内达到灭菌温度。

发酵培养基中微量元素作用
发酵培养基中的微量元素起着重要作用，它们可以分为金属微量元素和非金属微量元素。

非金属微量元素如磷和硫，主要用于合成细胞中的核蛋白类、蛋白质、维生素和类脂，其中磷还起着能量调节的作用。

金属微量元素包括钙、镁、铁、铜、锌、钾、锰等，这些元素都是合成一些重要酶类的组成成分。

例如，细胞色素酶、细胞色素氧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶等氧化还原酶含有铁；碳酸酐酶含有锌，锌还是糖化酶的激活剂，并能吸附蛋白质以降低培养液的黏度；多酚氧化酶含有铜，铜是酒精氧化过程相关酶的激活剂，并参与细胞色素氧化酶和加氧化酶的代谢活动。

此外，对传递磷酸根过程有催化作用的酶含有镁和钾，因此镁、钾对核酸、核糖体和细胞膜起稳定作用，它们还是糖代谢中有关酶的激活剂。

镁对卡那霉素、新霉素、链霉素等抗生素生产菌种有提高其对自身代谢产物耐受性的作用，从而有利于提高这类抗生素的产量。

镁还能控制细胞膜的透性和细胞质的胶体特性，影响蛋白质的合成。

钙作为蛋白酶的激活剂，能调节细胞渗透压以及缓冲培养液的pH值。

对于链霉素等抗生素，钙能逆转高浓度无机磷的抑制作用，促进抗生素的合成。

锰是黄嘌呤氧化酶的组成部分，也是羧化酶的激活剂。

然而，值得注意的是，过量的微量元素可能对微生物产生毒性作用。

因此，在发酵培养基中添加微量元素时需要谨慎控制其浓度，以确保微生物的生长和代谢活动能够顺利进行。

总的来说，发酵培养基中的微量元素对于微生物的生长、代谢和产物的合成具有重要的作用。

它们通过参与酶的合成和激活、调节细胞代谢过程以及影响细胞膜和蛋白质的合成等方式，实现对微生物生理活动的调控。

发酵培养基最适ph的作用在发酵培养基的制备过程中，pH值的调节是一项至关重要的环节。

最适pH值对于发酵过程的影响主要体现在维持酶的活性、保证营养物质的吸收、防止有害物质产生、促进细胞生长以及调节代谢途径等方面。

本文将详细介绍这些作用。

1.维持酶的活性酶是一种活性蛋白质，其活性的发挥对于pH值的要求较为严格。

在发酵培养基中，酶的活性只有在合适的pH值条件下才能得到维持，进而保证发酵效率。

例如，一些酶在酸性条件下活性较高，而另一些则在中性或碱性条件下更为活跃。

通过调节培养基的pH值，可以确保发酵过程中酶的活性处于最佳状态，从而提高产物生成速率。

2.保证营养物质的吸收发酵培养基中的营养物质需要在一定的pH值下才能被充分吸收利用。

改变培养基的pH值会严重影响营养物质的吸收率。

例如，一些氨基酸、维生素和矿物质在特定pH值下才能保持稳定，利于微生物吸收。

此外，pH值也会影响细胞膜的通透性，进而影响营养物质的转运。

因此，合适的pH值对于保证微生物在发酵过程中获得充足的营养物质是至关重要的。

3.防止有害物质产生在发酵过程中，会产生一些有害物质，如乙醇、有机酸等。

这些物质在浓度过高时会对微生物的生长和产物的生成造成不利影响。

最适pH值可以抑制有害物质的产生，保证发酵的安全性。

例如，通过将pH值控制在酸性范围，可以降低乙醇的产生并增加乳酸的产量。

相反，碱性条件则有利于乙醇的产生而抑制乳酸的形成。

因此，合适的pH值对于防止有害物质产生和促进有益代谢产物的合成具有重要意义。

4.促进细胞生长细胞是发酵培养基中的重要组成部分，其生长状态直接关系到产物的生成和发酵效率。

最适pH值可以促进细胞生长，提高细胞活力和代谢率。

例如，一些微生物在酸性条件下生长较好，而另一些则在中性或碱性条件下更活跃。

通过调节培养基的pH值，可以创造适宜的生长环境，促进细胞的增殖和代谢活动，从而提高发酵效率。

5.调节代谢途径代谢途径是影响发酵培养基质量的关键因素之一。

微生物营养要求看，所有微生物都需要碳源，氮源，无机元素，水及生长物质。

如果是好氧微生物还需要氧气。

在实验室规模上配制含有纯化合物的培养基非常简单，但在大规模生产上是不合适的。

第一节工业发酵培养基发酵培养基的作用：-满足菌体的生长-促进产物的形成一、工业上常用的碳源（carbon source）1. 应用最广的是谷物淀粉（玉米、马铃薯、木薯淀粉），淀粉水解后得葡萄糖。

使用条件：微生物必须能分泌水解淀粉、糊精的酶类。

缺点：a.难利用、发酵液比较稠、一般>2.0%时加入一定的α-淀粉酶。

b.成分较复杂，有直链淀粉和支链淀粉等。

优点：来源广泛、价格低，可解除葡萄糖效应。

2. 葡萄糖-所有的微生物都能利用葡萄糖，但会引起葡萄糖效应。

-工业上常用淀粉水解糖,但是糖液必须达到一定的质量指标。

3.糖蜜制糖工业上的废糖蜜waste molasses或结晶母液包括：甘蔗糖蜜（cane molasses）——糖高，氮少甜菜糖蜜（beet molasses）两者成分见P226糖蜜使用的注意点：除糖份外，含有较多的杂质，对发酵产生不利的影响，需要进行预处理。

二、工业上常用的氮源（nitrogen source）1.无机氮(迅速利用的氮源)种类：氨水、铵盐或硝酸盐、尿素特点：吸收快，但会引起pH值的变化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无机氮源的影响：硫酸铵>硝酸铵>硝酸钠>尿素2.有机氮：来源：一些廉价的原料，如玉米浆、豆饼粉、花生饼粉、鱼粉、酵母浸出膏等。

其中玉米浆（玉米提取淀粉后的副产品）和豆饼粉既能做氮源又能做碳源。

成分复杂：除提供氮源外，还提供大量的无机盐及生长因子。

微生物早期容易利用无机氮，中期菌体的代谢酶系已形成——有机氮源。

有机氮源来源不稳定，成份复杂，所以利用有机氮源时要考虑到原料波动对发酵的影响。

三、无机盐（inorganic mineral）硫酸盐、磷酸盐、氯化物及一些微量元素。

发酵：通过微生物、动物细胞和植物细胞的培养，大量生成和积累特定的代谢产物或菌体的过程。

发酵工程：是发酵原理和工程学的结合，是研究由生物细胞（包括微生物、动植物细胞）参与的工艺过程的原理的科学，是研究利用生物材料生产有用物质，服务于人类的一门综合性科学技术。

这里所指的生物材料包括来自自然界微生物、基因重组微生物等以及各种来源的动物细胞和植物细胞。

发酵罐的灭菌:（在夹套中）关好空气阀，蒸气上进下出，冲蒸气，压力大于2 kg/cm2（120℃），最好是4～5 kg/cm2（160℃）。

当罐内温度>80℃，进蒸气口（蒸气阀）关掉，出蒸气口（排气阀）关小。

打开空气阀，蒸气直接进罐，121℃，20～30min。

从80℃～100℃上升很快，大于100℃后温度上升很慢，到118℃时就开始计时，计时25min时立即关掉蒸气阀。

关掉蒸气阀后通入无菌空气，使罐内一直保持正压（高于大气压，空气不倒灌入罐内）。

（在夹套中）立即加自来水冷却，从下向上，使温度尽快降到55℃左右，到37～38℃时关掉水，也有缓冲性。

升温降温时注意缓冲性灭菌时蒸气从夹套中进去，如从罐中进去，蒸气冷凝，产生冷凝水、无法接种、容易污染冬天温度低、散热快，低于30℃需加温。

加温时蒸气由下进入、从上而出。

如从25℃→30℃，加热到28℃时即可关蒸气阀微生物代谢发酵时产生大量热，使温度大于30℃，需考虑适当降温。

冷却时冷却水由下进入、从上而出，注意缓冲性，不要降至30℃才关小型罐50L～7T用夹套系统冷却；大型罐7吨以上，用冷却管发酵罐的管路和死角的消除:1尽量减少管路2发酵罐的出口越少越好3出料口和进气管可以合并4接种管、消泡管、补料管可以合并5排气管不能合并，易引起交叉污消灭死角:1丝口连接处改用法兰连接,2焊接部位：堆焊、电焊、氧焊、鱼鳞焊，选用鱼鳞焊,3管道转弯有弧度,4放料管、取料管的阀腔处装小阀消灭渗漏罐体穿孔——不锈钢，冷却管产生裂缝——定期更换，垫圈（法兰连接）松脱——拧紧，轴封渗漏——轴绝对垂直，焊缝渗漏阀杆发酵罐的管道布置保证蒸气在管道中畅通，有排气口（小阀），接种管、中间补料管、放料管都要有排气口（小阀）避免冷凝水排入已灭菌的罐体或空气，加止逆阀（单向阀）灭菌后的管道用无菌空气保压单向阀位置正确蒸气总管道要有分气缸、排气阀、减压阀、安全阀相邻罐不联通接种：接种的三种方法，火圈直接倒种，注射器接种，压力差接种业微生物分离的程序:定方案：首先要查阅资料，了解所需菌种的生长培养特性。