天津商业大学：《生物工艺学》课程PPT教学课件（上）第三章 培养基及制备

第三章 培养基及其制备 培养基是提供微生物生长繁殖和生物合成各种代谢产物 所需要的、按一定比例配制的的多种营养物质的混合物。 培养基组成对菌体生长繁殖、产物的生物合成、产品的 分离精制、产品的质量和产量都有重要的影响。 研究微生物的营养，主要是了解微生物的营养特性和培 养条件，以便进一步控制和利用它们，更好地为工业生产服 务。 微生物的营养活动，是依靠向外界分泌大量的酶，将周 围环境中大分子的蛋白质、糖类、脂肪等营养物质分解成小 分子化合物，再借助于细胞膜的渗透作用，吸收这些小分子 营养来实现的

第三章 培养基及其制备 培养基是提供微生物生长繁殖和生物合成各种代谢产物 所需要的、按一定比例配制的的多种营养物质的混合物。 培养基组成对菌体生长繁殖、产物的生物合成、产品的 分离精制、产品的质量和产量都有重要的影响。 研究微生物的营养，主要是了解微生物的营养特性和培 养条件，以便进一步控制和利用它们，更好地为工业生产服 务。 微生物的营养活动，是依靠向外界分泌大量的酶，将周 围环境中大分子的蛋白质、糖类、脂肪等营养物质分解成小 分子化合物，再借助于细胞膜的渗透作用，吸收这些小分子 营养来实现的

第一节 培养基的选择与制备 一、培养基的类型和用途 根据来源可分为: 天然培养基(complex /undefined medium): 合成培养基(defined medium): 半合成培养基(semi-defined medium)： 根据使用目的可分为: （生物）鉴别培养基(differential medium) 选择培养基(selected medium)： 根据形状可分为: 固体培养基（solid medium）： 半固体培养基（semi-solid medium）： 液体培养基（ liquid medium）：

第一节 培养基的选择与制备 一、培养基的类型和用途 根据来源可分为: 天然培养基(complex /undefined medium): 合成培养基(defined medium): 半合成培养基(semi-defined medium)： 根据使用目的可分为: （生物）鉴别培养基(differential medium) 选择培养基(selected medium)： 根据形状可分为: 固体培养基（solid medium）： 半固体培养基（semi-solid medium）： 液体培养基（ liquid medium）：

根据生产工艺的要求可分为: 孢子培养基（spore medium ）： 制备孢子用的培养基。要求菌种在这种培养基上能形成大量的 优质孢子，但不能引起菌种的变异。该培养基的基质浓度（有机氮） 要低些，否则影响孢子的的形成。无机盐要适量，否则影响孢子的 数量和质量。 常用的有麸皮、大（小）米，由葡萄糖、无机盐、蛋白胨等配 制的琼脂 斜面培养基。 种子培养基（seed medium ）： 供孢子发芽和菌体生长用的培养基。营养成分应是易于被菌体 吸收利用，且完全丰富。其中N源和维生素的含量应高些，但总浓 度以略稀薄为宜，以便菌体生长繁殖。为使培养的种子能较快适应 发酵罐内的环境，在设计种子培养基时要考虑与发酵培养基组成的 内在联系

根据生产工艺的要求可分为: 孢子培养基（spore medium ）： 制备孢子用的培养基。要求菌种在这种培养基上能形成大量的 优质孢子，但不能引起菌种的变异。该培养基的基质浓度（有机氮） 要低些，否则影响孢子的的形成。无机盐要适量，否则影响孢子的 数量和质量。 常用的有麸皮、大（小）米，由葡萄糖、无机盐、蛋白胨等配 制的琼脂 斜面培养基。 种子培养基（seed medium ）： 供孢子发芽和菌体生长用的培养基。营养成分应是易于被菌体 吸收利用，且完全丰富。其中N源和维生素的含量应高些，但总浓 度以略稀薄为宜，以便菌体生长繁殖。为使培养的种子能较快适应 发酵罐内的环境，在设计种子培养基时要考虑与发酵培养基组成的 内在联系

发酵培养基（fermentation medium）： 供菌体生长和合成大量代谢产物用的培养基。 要求此种培养基的组成丰富完整，营养成分浓度和粘度适中， 即利于菌体生长，又利于合成大量的代谢产物。 发酵培养基的组成要考虑菌体在发酵过程中的各种生化代谢的 协调，在产物合成期，使发酵液pH值不出现大的波动。 不同的菌体，不同的产品，对培养基的要求是不同的。不同的 发酵产品，培养基的状态、粘度、各成分的含量也是不同的。但是， 基本的营养需求是一致。因此，应根据不同的情况选择发酵培养基

发酵培养基（fermentation medium）： 供菌体生长和合成大量代谢产物用的培养基。 要求此种培养基的组成丰富完整，营养成分浓度和粘度适中， 即利于菌体生长，又利于合成大量的代谢产物。 发酵培养基的组成要考虑菌体在发酵过程中的各种生化代谢的 协调，在产物合成期，使发酵液pH值不出现大的波动。 不同的菌体，不同的产品，对培养基的要求是不同的。不同的 发酵产品，培养基的状态、粘度、各成分的含量也是不同的。但是， 基本的营养需求是一致。因此，应根据不同的情况选择发酵培养基

二、培养基选择的依据 1.根据不同菌种或细胞的特点 2.根据不同的用途 3.根据不同的目的 4.根据经济效益分析选择培养基

二、培养基选择的依据 1.根据不同菌种或细胞的特点 2.根据不同的用途 3.根据不同的目的 4.根据经济效益分析选择培养基

三、发酵培养基选择的原则： 1．必须提供合成细胞和发酵产物的基本成分。 2．有利于提高培养基中产物的浓度，以提高单位容积发酵罐 的生产能力。 3．有利于提高产物的合成速度，缩短发酵周期。 4．尽量减少副产物的形成，便于产物的分离纯化． 5．有利于减少培养基原料的单耗。(合成单位数量的产物所消耗的营 养物质的量）,以提高转化率。 6．原料价格低廉，质量稳定，取材容易。 7．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，并尽可能减少产生“三废”的物质

三、发酵培养基选择的原则： 1．必须提供合成细胞和发酵产物的基本成分。 2．有利于提高培养基中产物的浓度，以提高单位容积发酵罐 的生产能力。 3．有利于提高产物的合成速度，缩短发酵周期。 4．尽量减少副产物的形成，便于产物的分离纯化． 5．有利于减少培养基原料的单耗。(合成单位数量的产物所消耗的营 养物质的量）,以提高转化率。 6．原料价格低廉，质量稳定，取材容易。 7．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，并尽可能减少产生“三废”的物质

实际生产中需根据具体情况，抓主要环节。使其即满足 细胞的营养要求，又能获得优质高产的的产品，同时也符合 增产节约，因地制宜的原则。 发酵培养基的主要作用是为了获得预期的产物，应根据 产物特点来设计培养基。 发酵培养基必须提供微生物生长繁殖和产物合成所需的 碳源、氮源、无机元素、生长因子、水和氧气等。 对于大规模发酵生产，除考虑上述细胞的需要外，还必 须重视培养基原料的价格和来源。 Q：能作为发酵培养基碳源、氮源的物质有哪些？

实际生产中需根据具体情况，抓主要环节。使其即满足 细胞的营养要求，又能获得优质高产的的产品，同时也符合 增产节约，因地制宜的原则。 发酵培养基的主要作用是为了获得预期的产物，应根据 产物特点来设计培养基。 发酵培养基必须提供微生物生长繁殖和产物合成所需的 碳源、氮源、无机元素、生长因子、水和氧气等。 对于大规模发酵生产，除考虑上述细胞的需要外，还必 须重视培养基原料的价格和来源。 Q：能作为发酵培养基碳源、氮源的物质有哪些？

培养基成分配比的选择 培养基： 组分（包括这些组分的来源和加工方法） 配比 缓冲能力 粘度 消毒后营养破坏的程度 原料的杂质含量 对菌体生长和产物形成有影响。 目前只能在生物化学、细胞生物学等基本理论指导下，参照前 人所使用的较合适于某一类细胞的经验配方，再结合所用菌种和产 品的特征，采用摇瓶、玻璃罐等小型发酵设备，对C、N、无机盐和 前体等进行逐个单因子试验，观察这些因子对菌体生长和产物合成 量的影响。最后再综合各因素的影响，采用正交试验或均匀设计得 到一个适合该菌种的生产配方，以获得高产

培养基成分配比的选择 培养基： 组分（包括这些组分的来源和加工方法） 配比 缓冲能力 粘度 消毒后营养破坏的程度 原料的杂质含量 对菌体生长和产物形成有影响。 目前只能在生物化学、细胞生物学等基本理论指导下，参照前 人所使用的较合适于某一类细胞的经验配方，再结合所用菌种和产 品的特征，采用摇瓶、玻璃罐等小型发酵设备，对C、N、无机盐和 前体等进行逐个单因子试验，观察这些因子对菌体生长和产物合成 量的影响。最后再综合各因素的影响，采用正交试验或均匀设计得 到一个适合该菌种的生产配方，以获得高产

四、配制培养基应注意的问题 １．考虑碳源、氮源时，要注意快速利用碳／氮源和 慢速利用碳／氮源的相互配合，发挥各自优势，避其所 短。 ２．选用适当的碳氮比。 C源 做为C架又做能源，碳源较氮源多。 过多，容易形成较低pH。 不足，菌体衰老和自溶。 N源 作营养和氨基的来源 过多，菌体生长过于旺盛，pH偏高，不利 于代谢产物 的积累。 不足，菌体繁殖量少，从而影响产量

四、配制培养基应注意的问题 １．考虑碳源、氮源时，要注意快速利用碳／氮源和 慢速利用碳／氮源的相互配合，发挥各自优势，避其所 短。 ２．选用适当的碳氮比。 C源 做为C架又做能源，碳源较氮源多。 过多，容易形成较低pH。 不足，菌体衰老和自溶。 N源 作营养和氨基的来源 过多，菌体生长过于旺盛，pH偏高，不利 于代谢产物 的积累。 不足，菌体繁殖量少，从而影响产量

碳氮比不当，还会影响菌体按比例地吸收营养物质，直接影响 菌体生长和产物的形成，菌体在不同生长阶段，对其碳氮比的最适 要求是不一样的。 根据元素组成：酵母菌的碳氮比约为10020；霉菌的碳氮比约 为10010。 一般发酵工业的碳氮比约为100  0.2~2.0，但在氨基酸发酵中， 碳氮比就高。如谷氨酸发酵C:N=100:15~21，若碳氮比为 100:0.2~2.0，则会出现只长菌体，而不产谷氨酸的现象。 C/N随碳水化合物及氮源的种类以及通气搅拌等条件而异，很 难确定统一的比值。 Q：谷氨酸发酵的碳氮比为什么与其它发酵工业不同？

碳氮比不当，还会影响菌体按比例地吸收营养物质，直接影响 菌体生长和产物的形成，菌体在不同生长阶段，对其碳氮比的最适 要求是不一样的。 根据元素组成：酵母菌的碳氮比约为10020；霉菌的碳氮比约 为10010。 一般发酵工业的碳氮比约为100  0.2~2.0，但在氨基酸发酵中， 碳氮比就高。如谷氨酸发酵C:N=100:15~21，若碳氮比为 100:0.2~2.0，则会出现只长菌体，而不产谷氨酸的现象。 C/N随碳水化合物及氮源的种类以及通气搅拌等条件而异，很 难确定统一的比值。 Q：谷氨酸发酵的碳氮比为什么与其它发酵工业不同？