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1、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培养基培养基是人工配制的供微生物或动植物细胞生长繁殖和合是人工配制的供微生物或动植物细胞生长繁殖和合成各种代谢产物所需要的、一定比例的多种成各种代谢产物所需要的、一定比例的多种营养物质的混营养物质的混合物合物，同时培养基也为微生物等提供除营养外的其他生长，同时培养基也为微生物等提供除营养外的其他生长所必须的所必须的环境条件环境条件。n培养基组成对菌体培养基组成对菌体生长繁殖生长繁殖、产物的、产物的生物合成生物合成、产品的、产品的分分离精制离精制乃至产品乃至产品质量和产量质量和产量都有重要的影响。都有重要的影响。n所有发酵培养基都必须提
2、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需的碳源碳源、氮源氮源、无机元素无机元素、生长因子生长因子、水水和和氧气氧气等。等。n大规模发酵生产中还必须重视培养基原料的大规模发酵生产中还必须重视培养基原料的价格价格和和来源来源。、培养基的类型和用途、培养基的类型和用途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
3、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营养不能太丰富，尤其是有机氮源；营养不能太丰富，尤其是有机氮源；无机盐浓度要适量，否则会影响孢子量和孢子颜色；无机盐浓度要适量，否则会影响孢子量和孢子颜色；注意注意pH和湿度和湿度营养要求比较丰富和完全，氮源和维生素含量也要高一些营养要求比较丰富和完全，氮源和维生素含量也要高一些除含有菌体生长所必须的营养物外，还要有产物所需的特除含有菌体生长所必须的营养物外，还要有产物所需的特定元素、前体物质和促进剂
4、等定元素、前体物质和促进剂等二、培养基类型的选择二、培养基类型的选择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三、培养基的配制原则三、培养基的配制原则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. 注意速效碳（氮）源和缓效碳（氮）源的配合使用，发注意速效碳（氮）源和缓效碳（氮）源的配合使用，发挥各自的优势挥各自的优势3. 营养成分的恰当配比（营养成分的恰当配比（C
5、/N一般取一般取100 : 0.22.0）4. 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浓度5. 合适的合适的pH值（注意生理酸性盐、生理碱性盐和缓冲剂的值（注意生理酸性盐、生理碱性盐和缓冲剂的加入）加入）6. 氧化还原电位氧化还原电位7. 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、玻璃瓶等小型发酵设备，对碳、氮、无机盐和前体等
6、采用摇瓶、玻璃瓶等小型发酵设备，对碳、氮、无机盐和前体等进行逐个单因子试验进行逐个单因子试验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以得到高产得到一个适合该菌种的培养基配方以得到高产正交试验设计正交试验设计减少试验次数，确定培养基组分和浓度减少试验次数，确定培养基组分和浓度方差分析方差分析了解哪些因素影响大，以引起注意了解哪些因素影响大，以引起注意四、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
7、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。一般发酵工业中一般发酵工业中C/NC/N为为100100: :（0.20.22.02.0）但对于氨基酸生产，由于产物中含
8、氮较多，因此但对于氨基酸生产，由于产物中含氮较多，因此C/NC/N就要适当调整，就要适当调整，如如100100: :（15152121）第二节第二节 工业发酵培养基工业发酵培养基w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w能产生最高的产品或菌体的浓度能产生最高的产品或菌体的浓度w能以最大的速率产生产物能以最大的速率产生产物w副产品的得率最小副产品的得率最小w价廉并具有稳定的质量价廉并具有稳定的质量w来源丰富且供应充足来源丰富且供应充足w易于通气和搅拌易于通气和搅拌w提取、纯化、废物处理等生产工艺过程都比较容易提取、纯化、废物处理等生产工艺过程都比较容
9、易在发酵工业中，必须使用廉价的原料来配制培养基，使在发酵工业中，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：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，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，
10、 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；猪油或植物油；猪油或植物油；消泡剂，总量的消泡剂，总量的0.5一、工业上常用的碳源一、工业上常用的碳源碳源碳源来源来源葡萄糖葡萄糖纯葡萄糖，水解淀粉纯葡萄糖，水解淀粉乳糖乳糖纯乳糖，乳清粉纯乳糖，乳清粉淀粉淀粉大麦，花生粉，燕麦粉，黑麦粉，
11、大豆粉等大麦，花生粉，燕麦粉，黑麦粉，大豆粉等蔗糖蔗糖甜菜糖蜜，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。酒精、简单的有机酸、烷烃等含碳物质也可作为碳源。甲醇作为底物生产单细胞蛋白（甲醇作为底物生产单细胞蛋白（SCP）用烷烃进行有机酸、维生素等的生产用烷烃进行有机酸、维生素等的生产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
12、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。二、工业上常用的氮源二、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
13、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玉米浆玉米浆4.5乳清粉乳清粉4.5三、无机盐三、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。1. 磷酸盐磷酸盐2. 硫酸镁硫酸镁3. 钾盐
14、钾盐4. 微量元素微量元素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。 除了组成某些细胞的叶绿素成分外，并不参与任何细胞物质的合成；除了组成某些细胞的叶绿素成分外，并不参与任何细胞物质的合成； 处于离子状态时，是许多重要的酶（己糖磷酸化酶，柠檬酸脱氢酶、羧处于离子状态时，是许多重要的酶（己糖磷酸化酶，柠檬酸脱氢酶、羧化酶等）的激活剂；化酶等）的激活剂； 不但影响基质的
15、氧化，还影响蛋白质的合成不但影响基质的氧化，还影响蛋白质的合成 钾离子与细胞渗透压和透性有关；钾离子与细胞渗透压和透性有关； 是许多酶的激活剂；是许多酶的激活剂； 促进糖代谢促进糖代谢 Zn、Co、Mn、Cu等元素大部分作为酶的辅基和激活剂；等元素大部分作为酶的辅基和激活剂； 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；另加； 特例：特例：VB12的生产，由于钴是其组成成分，的生产，由于钴是其组成成分，Co的需要量随产物的增加而增加，的需要量随产物的增加而增加，因此在培养基中需加入氯化钴以补充钴因此在
16、培养基中需加入氯化钴以补充钴四、生长因子四、生长因子从广义来说，凡是微生物不可缺少的微量有机物质，如氨基酸、嘌呤、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。为生长因子。提供生长因子的农副产品原料提供生长因子的农副产品原料1) 玉米浆玉米浆2) 麸皮水解液麸皮水解液3) 糖蜜糖蜜4) 酵母：可用酵母膏、酵母浸出液或直接用酵母粉。酵母：可用酵母膏、酵母浸出液或直接用酵母粉。五、前体物质和促进剂五、前体物质和促进剂前体物质前体物质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
