1、1编辑ppt第三章第三章 发酵培养基发酵培养基 发酵培养基的基本要求发酵培养基的基本要求 发酵培养基的类型及功能发酵培养基的类型及功能 发酵培养基的成分及来源发酵培养基的成分及来源 发酵培养基的优化发酵培养基的优化 重组产品培养基的介绍重组产品培养基的介绍关键词：关键词：发酵，培养基，要求，类型及功能，成分及来源，优化发酵，培养基，要求，类型及功能，成分及来源，优化2编辑ppt培养基培养基：广义上讲培养基是指一切可供微生物细胞：广义上讲培养基是指一切可供微生物细胞生长所需的一组营养物质和原料。同时培养基也为生长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。微
2、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：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3编辑ppt发酵培养基的要求发酵培养基的要求 满足产物最经济的合成。满足产物最经济的合成。发酵后所形成的副产物尽可能的少。发酵后所形成的副产物尽可能的少。培养基的原料应因地制宜，价格低廉；且性能稳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，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。能保证生产上的供应。应能满足总体工艺的要求，如不影响通气、提取、应能满足总体工艺的要求，如不影响通气、提取、纯化及废物处
3、理等。纯化及废物处理等。4编辑ppt第一节第一节 培养基的类型及功能培养基的类型及功能培养基按其组成物质的纯度、状态、用途可分为三大类型培养基按其组成物质的纯度、状态、用途可分为三大类型 一、按纯度一、按纯度 合成培养基合成培养基 :原料其化学成分明确、稳定原料其化学成分明确、稳定 q 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，不适合用于大规模培养基营养单一，价格较高，不适合用于大规模工业生产工业生产 天然培养基天然培养基:采用天然原料采用天然原料 q 原料来源丰富原料来源丰富(大多为农副产品大多为农副产品)、价格低廉、
4、适、价格低廉、适于工业化生产于工业化生产 q 原料质量等方面不加控制会影响生产稳定性原料质量等方面不加控制会影响生产稳定性 5编辑ppt二、按状态二、按状态固体培养基固体培养基:适合于菌种和孢子的培养和保存，也广适合于菌种和孢子的培养和保存，也广泛用于有子实体的真菌类，如香菇、白木耳等的生产泛用于有子实体的真菌类，如香菇、白木耳等的生产 半固体培养基半固体培养基:即在配好的液体培养基中加入少量的琼即在配好的液体培养基中加入少量的琼脂，一般用量为脂，一般用量为0.5%0.5%0.8%,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:80%:80%90%90%是水，其中
5、配有可溶性的或不是水，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。溶性的营养成分，是发酵工业大规模使用的培养基。三、按用途（从发酵生产应用考虑）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、种种子子培养基和培养基和发酵发酵培养基三种培养基三种 6编辑ppt第二节第二节 发酵培养基的成分及来源发酵培养基的成分及来源 一、碳源一、碳源1 1、作用、作用 提供微生物菌种的生长繁殖所需的提供微生物菌种的生长繁殖所需的能源能源和合成和合成菌体所必需的菌体所必需的碳成分碳成分；提供合成目的产物所必须的提供合成目的产物所
6、必须的碳成分碳成分。2 2、来源、来源糖类、油脂、有机酸、正烷烃糖类、油脂、有机酸、正烷烃7编辑ppt3 3、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 但是会引起但是会引起葡萄糖效应葡萄糖效应q 工业上常用淀粉水解糖，但是糖液必须达到一定的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质量指标8编辑ppt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9编辑ppt 糖蜜糖蜜糖蜜：糖蜜：是制糖生产时的结晶母液，它是制糖工业的副产物是制糖生产时的结晶母液，它是制糖工业的副产物。主要成分：主要成分：含有蔗糖，
7、总糖可达含有蔗糖，总糖可达50%50%75%75%。一般糖蜜分甘。一般糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜葡萄糖蜜。蔗糖蜜和甜菜糖蜜葡萄糖蜜。10编辑ppt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废糖蜜和酒精贮存罐废糖蜜和酒精贮存罐,最大罐体最大罐体11编辑ppt糖蜜使用的注意点：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，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。但许多都会对发酵产生不利的影响，需进行预处理。例：谷氨酸发酵例：谷氨酸发酵有害物资：有害物资：胶体成分胶体成分（起泡、结晶）、（起泡、结晶）、钙盐钙盐（结晶）（结
8、晶）生物素生物素（发酵控制）（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）预处理：预处理：黄血盐黄血盐 K K4 4Fe(CN)Fe(CN)6 63 H3 H2 2O O 12编辑ppt 淀粉、糊精淀粉、糊精使用条件使用条件：微生物必须能分泌水解淀粉、糊精的酶类：微生物必须能分泌水解淀粉、糊精的酶类缺点缺点：难利用、发酵液比较稠、一般：难利用、发酵液比较稠、一般2.0%2.0%时加入一定的时加入一定的-淀粉酶成分比较复杂，有直链淀粉和支链淀粉等等。淀粉酶成分比较
9、复杂，有直链淀粉和支链淀粉等等。优点优点：u 来源广泛、价格底来源广泛、价格底u 可以解除葡萄糖效应可以解除葡萄糖效应13编辑ppt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 4.2 0 蔗糖蔗糖 4.02 04.02 0糊精糊精 3.06 38.23.06 38.2淀粉淀粉 3.09 40.23.09 40.2嗜热一氧化碳链嗜热一氧化碳链霉菌产纤维素酶霉菌产纤维素酶不同碳源对产酶的影响不同碳源对产酶的影响Effect of different carbon Effect of different carbon source on
10、 cellulase productionsource on cellulase production地衣牙孢杆菌生产地衣牙孢杆菌生产-淀粉酶淀粉酶短小芽孢杆菌产青蒿素短小芽孢杆菌产青蒿素14编辑ppt李江华，无锡轻工大学学报，200415编辑ppt嗜碱芽胞杆菌嗜碱芽胞杆菌(AC-2)(AC-2)中碳源对碱性纤维素酶分泌的影响中碳源对碱性纤维素酶分泌的影响结果：结果：各种碳源相差不大各种碳源相差不大推论：推论：该菌种的碱性纤维素酶为组成型该菌种的碱性纤维素酶为组成型苏勤，林业化学与工业，苏勤，林业化学与工业，2004200416编辑ppt二、氮源二、氮源 氮源主要用于构成氮源主要用于构成菌体细
11、胞物质菌体细胞物质（氨基酸，蛋白质、核（氨基酸，蛋白质、核酸等）和酸等）和含氮代谢物含氮代谢物。常用的氮源：有机氮源和无机氮源。常用的氮源：有机氮源和无机氮源。1 1、无机氮源、无机氮源种类：种类：氨盐、硝酸盐和氨水氨盐、硝酸盐和氨水特点：特点：微生物对它们的吸收快，所以也称之谓迅速利用的氮微生物对它们的吸收快，所以也称之谓迅速利用的氮源。但无机氮源的迅速利用常会引起源。但无机氮源的迅速利用常会引起pHpH的变化如：的变化如：(NH(NH4 4)2 2SOSO4 4 2NH 2NH3 3+2H+2H2 2SOSO4 4 NaNO NaNO3 3+4H+4H2 2 NH NH3 3+2H+2H2
12、 2O+NaOHO+NaOH 17编辑ppt 无机氮源被菌体作为氮源利用后，培养液中就留下了酸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性物质的无机氮源叫生理酸性物质生理酸性物质，如硫酸铵；若菌体代谢，如硫酸铵；若菌体代谢后能产生碱性物质的则此种无机氮源称为后能产生碱性物质的则此种无机氮源称为生理碱性物质生理碱性物质，如，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的pHpH有积极作用。有积极作用。选择合
13、适的无机氮源意义：选择合适的无机氮源意义：q 满足菌体生长满足菌体生长q 稳定和调节发酵过程中的稳定和调节发酵过程中的pHpH毛霉产蛋白酶的研究毛霉产蛋白酶的研究（陈涛，中国酿造，（陈涛，中国酿造，20042004）初始初始pHpH的影响的影响:pHpH偏酸比较好，偏酸比较好，中性蛋白酶影响中性蛋白酶影响大大无机氮源的影响：无机氮源的影响：硫酸铵硫酸铵 硝酸铵硝酸铵 硝酸钠硝酸钠 尿素尿素19编辑ppt2 2、有机氮源、有机氮源来源：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、粉、黄豆饼粉
14、、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。酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和酒糟。成分复杂成分复杂：除提供氮源外，有些有机氮源还提供大量的无除提供氮源外，有些有机氮源还提供大量的无机盐及生长因子。机盐及生长因子。例例 玉米浆：玉米浆：可溶性蛋白、生长因子（生物素）、苯乙酸可溶性蛋白、生长因子（生物素）、苯乙酸 较多的乳酸较多的乳酸 硫、磷、微量元素等硫、磷、微量元素等20编辑ppt氮源使用的一些相关问题：氮源使用的一些相关问题：q 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
15、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q 有些产物会受氮源的诱导和阻遏有些产物会受氮源的诱导和阻遏例：例：蛋白酶的生产蛋白酶的生产q 有机氮源选取时也要考虑微生物的同化能力有机氮源选取时也要考虑微生物的同化能力q 开发效果好、有针对性的有机氮源仍然是令人感兴趣的开发效果好、有针对性的有机氮源仍然是令人感兴趣的课题课题有机氮源原料的波动对发酵的影响：有机氮源原料的波动对发酵的影响：有机氮源成分复杂可以从多个方面对发酵过程进行影响，有机氮源成分复杂可以从多个方面对发酵过程进行影响，且有机氮源的来源具有不稳定性。且有机氮源的来源具有不稳定性。不同氮
16、源对不同氮源对嗜热一氧化碳链嗜热一氧化碳链霉菌产纤维素酶霉菌产纤维素酶的影响的影响Effect of different nitrogen Effect of different nitrogen source on cellulase productionsource on cellulase production不同氮源对不同氮源对QHS-X8QHS-X8菌株产青蒿素的影响菌株产青蒿素的影响22编辑ppt三、无机盐和微量元素三、无机盐和微量元素1、作用：、作用：各种不一样各种不一样2、来源：来源：C C、N N源，以盐的形式补充源，以盐的形式补充3、用量：用量：根据具体的产品，以实验决定根
17、据具体的产品，以实验决定4、使用注意点使用注意点 A A、对于其它渠道有可能带入的过多的某种无机离子和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必须加以考虑微量元素在发酵过程中必须加以考虑B B、使用时注意盐的形式（、使用时注意盐的形式（pHpH的变化）的变化）23编辑ppt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20 g/ml20 g/ml，发酵罐，发酵罐必须进行表面处理必须进行表面处理例：例：黑曲霉黑曲霉NRRL-330NRRL-330，生产，生产-淀粉酶，淀粉酶，P P对酶活的影响对酶活的影响 pH pH 酶活酶活不加不
18、加 4.25 1204.25 120分钟分钟加加 K K2 2HPOHPO4 4 5.45 305.45 30分钟分钟加加 KHKH2 2POPO4 4 4.62 754.62 75分钟分钟24编辑ppt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的微量的有机物从广义上讲，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、维生素等均称质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称生长因子。生长因子。1 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为生物素缺陷型，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
19、因子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生长因子对发酵的调控起到重要的作用 。有机氮源是这些生长因子的重要来源，多数有机氮源含有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较多的B B簇维生素和微量元素及一些微生物生长不可缺少的生簇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长因子 25编辑ppt 前体：前体：指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接被微生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产物物分子中去，而其自身的结构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并
20、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。高。2 2、前体、前体青霉素：青霉素：分子量分子量356356苯乙酸苯乙酸:分子量分子量13613626编辑ppt作用作用：前体有助于提高产量和组份：前体有助于提高产量和组份 用量用量：前体的用量可以按分子量衡算，具体使用有：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个转化率的问题例：例：6000 6000 单位单位/ml/ml的青霉素的青霉素G,G,需要多少苯乙酸需要多少苯乙酸 青霉素青霉素60006000*0.60.6（微克）（微克）3.6 mg/ml3.6 mg/ml 苯乙酸（苯乙酸（3.63.6*136136）/356=
21、1.38 mg/ml=/356=1.38 mg/ml=0.138%0.138%实际使用时的转化率在实际使用时的转化率在46-90%46-90%之间之间 例某厂单耗为：例某厂单耗为：0.3370.337（kg/10kg/10亿青霉素）亿青霉素）转化率为：转化率为：13.813.8/(0.337/0.6)/(0.337/0.6)*3636=68%=68%27编辑ppt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主要原因：主要原因：前体一般都有毒性，浓度过大对菌体的生长不利。苯乙前体一般都有毒性，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酸，一般基础料中仅仅添加0
22、.07%0.07%前体相对价格较高，添加过多，容易引起挥发和氧化，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流加也有利于提高前提的转化率28编辑ppt3 3、产物促进剂、产物促进剂产物促进剂：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。体，但加入后却能提高产量的添加剂。29编辑ppt提高产量的机制不完全清楚，其原因为：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，改善有些促进剂是表面活性剂，可
23、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，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；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。有些促进剂的作用是沉淀或螯合有害的重金属离子。30编辑ppt五、水五、水 对于发酵工厂来说，恒定的水源是至关重要的，对于发酵工厂来说，恒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发酵代谢因为在不同水源中存在的各种因素对微生物发酵代谢影响甚大。影响甚大。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pHpH值、溶解氧、值、溶解氧、可溶性固体
24、、污染程度以及矿物质组成和含量。可溶性固体、污染程度以及矿物质组成和含量。对于酿造行业，水的重要性不言而喻对于酿造行业，水的重要性不言而喻 对于常规发酵，可靠、持久，能提供大量成分一对于常规发酵，可靠、持久，能提供大量成分一致清洁的水。致清洁的水。31编辑ppt第三节 发酵培养基的设计和优化 目前还不能完全从生化反应的基本原理来推断目前还不能完全从生化反应的基本原理来推断和计算出适合某一菌种的培养基配方，只能用和计算出适合某一菌种的培养基配方，只能用生物生物化学化学、细胞生物学细胞生物学、微生物学微生物学等的等的基本理论基本理论，参照，参照前人所使用的较适合某一类菌种的前人所使用的较适合某一类
25、菌种的经验配方经验配方，再结，再结合所用菌种和产品的合所用菌种和产品的特性特性，采用，采用摇瓶摇瓶、玻璃罐玻璃罐等小等小型发酵设备，按照一定的型发酵设备，按照一定的实验设计实验设计和和实验方法实验方法选择选择出较为适合的培养基。出较为适合的培养基。32编辑ppt一、培养基成分选择的原则一、培养基成分选择的原则 l 菌种的同化能力菌种的同化能力l 代谢的阻遏和诱导代谢的阻遏和诱导:l 合适的合适的C C、N N比比1000.21000.22.02.0l pHpH的要求的要求 33编辑ppt（一）（一）理论转化率与实际转化率理论转化率与实际转化率 理论转化率是指理想状态下根据微生物的代理论转化率是
26、指理想状态下根据微生物的代谢途径进行物料衡算，所得出的转化率的大小。谢途径进行物料衡算，所得出的转化率的大小。实际转化率是指实际发酵过程中转化率的大小实际转化率是指实际发酵过程中转化率的大小 如何使实际转化率接近于理论转化是发酵控制的如何使实际转化率接近于理论转化是发酵控制的一个目标一个目标 二、成分含量的确定二、成分含量的确定34编辑ppt例例:如在酒精生产中葡萄糖转化为酒精的理论转化率计算如下如在酒精生产中葡萄糖转化为酒精的理论转化率计算如下 葡萄糖转化为酒精的代谢总反应衡算式为葡萄糖转化为酒精的代谢总反应衡算式为 C C6 6H H1212O O6 6 2C 2C2 2H H5 5OH+
27、2COOH+2CO2 2 葡萄糖转化为酒精的理论得率为葡萄糖转化为酒精的理论得率为 2 2*4646 Y Y=0.51=0.51 180 18035编辑ppt（二）实验设计（二）实验设计q 培养基成分的含量最终都是通过实验获得的培养基成分的含量最终都是通过实验获得的 q 合理的实验方法合理的实验方法 多因子实验：均匀设计、多因子实验：均匀设计、正交实验设计、正交实验设计、响应面分析等。响应面分析等。多因子实验多因子实验 通过对响应面等值线的分析寻求最优工艺参数，采用多通过对响应面等值线的分析寻求最优工艺参数，采用多元二次回归方程来拟合因素与响应值之间函数关系的一种统计元二次回归方程来拟合因素与
28、响应值之间函数关系的一种统计方法。方法。36编辑ppt 培养基成分确定后，剩下的问题就是各成分最适的培养基成分确定后，剩下的问题就是各成分最适的浓度，由于培养基成分很多，为减少实验次数常采用一浓度，由于培养基成分很多，为减少实验次数常采用一些合理的些合理的实验设计方法实验设计方法。三、培养基设计的步骤 根据前人的根据前人的经验经验和培养基成分确定一些必须考虑的和培养基成分确定一些必须考虑的问题，初步确定可能的培养基成分；问题，初步确定可能的培养基成分；通过通过单因子实验单因子实验最终确定出最为适宜的培养基成分；最终确定出最为适宜的培养基成分；37编辑ppt类胡萝卜素高产菌类胡萝卜素高产菌Y11
29、Y11的培养基的优化的培养基的优化(郭秒郭秒,食品与工业发酵，食品与工业发酵，2004)2004)类胡萝卜素的作用：类胡萝卜素的作用：色素、营养保健色素、营养保健原培养基原培养基:初步确定可能的培初步确定可能的培养基成分养基成分(以碳源为例以碳源为例)38编辑ppt单因子实验确定适宜的培养基成分单因子实验确定适宜的培养基成分(以碳源为例以碳源为例)考虑到成本：考虑到成本：乙酸钠是较为合适的碳源乙酸钠是较为合适的碳源进一步：进一步：乙酸钠的浓度乙酸钠的浓度2%2%比较好比较好结果：结果：碳源：碳源：乙酸钠乙酸钠 0.2%0.2%氮源：氮源：氯化铵氯化铵 0.2%,0.2%,酵母膏酵母膏 0.03
30、%0.03%无机盐无机盐:复合无机盐复合无机盐 0.05%0.05%39编辑ppt 正交设计确定优化的配方正交设计确定优化的配方 (L(L9 9（3 34 4）)40编辑ppt改进后培养基改进后培养基原培养基原培养基改进后培养基的发酵结果改进后培养基的发酵结果41编辑ppt四四 摇瓶水平到反应器水平的优化配方摇瓶水平到反应器水平的优化配方摇瓶、反应器培养基研究的两个层次摇瓶、反应器培养基研究的两个层次q 摇瓶摇瓶培养基设计的第一步培养基设计的第一步q 反应器反应器最终优化的基础配方最终优化的基础配方例：例：青霉素发酵青霉素发酵发酵摇瓶：发酵摇瓶：玉米浆玉米浆4%4%，乳糖，乳糖10%10%，(
31、NH(NH4 4)SO)SO4 4 0.8%0.8%，轻质碳，轻质碳酸钙酸钙1%1%发酵罐发酵罐:葡萄糖流加控制总量葡萄糖流加控制总量10-15%10-15%，玉米浆总量，玉米浆总量4-8%4-8%，补，补加硫酸、前体等加硫酸、前体等摇瓶发酵培养基和罐的基础培养差别很大摇瓶发酵培养基和罐的基础培养差别很大42编辑ppt摇瓶优化配方：摇瓶优化配方：菌种筛选，反应器研究的基础菌种筛选，反应器研究的基础发酵罐：发酵罐：反应器水平反应器水平,可以得可以得出最终优化的基础配方出最终优化的基础配方43编辑pptpHpH控制摇床：控制摇床：反应器水平上的摇瓶研究反应器水平上的摇瓶研究1,3-1,3-丙二醇的
32、用途：丙二醇的用途：最重要的用途是作为最重要的用途是作为单体单体与与对苯二甲酸丙二对苯二甲酸丙二醇醇聚合生产聚合生产聚酯聚对苯二甲酸丙二醇酯聚酯聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)(PTT)可作为增塑剂、洗涤剂、防腐剂和乳化剂等可作为增塑剂、洗涤剂、防腐剂和乳化剂等用于食品、化妆品和制药等工业用于食品、化妆品和制药等工业pHpH控制摇床在控制摇床在1,3-1,3-丙二醇发酵中的应用丙二醇发酵中的应用PTTPTT目前目前性能最好性能最好的纤维的纤维被誉为被誉为2121世纪的大世纪的大型纤维型纤维性能性能1,3-1,3-丙二醇两步发酵法丙二醇两步发酵法糖糖甘油甘油1,3-1,3-丙二醇丙二醇酵母酵母伯氏
33、肺炎伯氏肺炎杆菌、丁杆菌、丁酸梭菌等酸梭菌等甘油甘油三羟基丙醛三羟基丙醛1,3-1,3-丙二醇丙二醇二羟丙酮二羟丙酮丙酮酸丙酮酸乙酸乙酸 乙醇乙醇乳酸乳酸 丁醇丁醇丁酸丁酸 丁二丁二醇醇2H2HH H2 2O OpHpH下降下降厌氧过程、厌氧过程、pHpH下降下降2H2H伯氏肺炎杆菌伯氏肺炎杆菌 1,3-1,3-丙二醇的代谢丙二醇的代谢不同不同pHpH对甘油消耗的影响对甘油消耗的影响摇瓶分批培养过程结果摇瓶分批培养过程结果补料培养过程结果补料培养过程结果 浓度为浓度为3.43%3.43%，对，对甘油转化率为甘油转化率为19%19%进一步优化培养基后过程进一步优化培养基后过程1,3-1,3-丙二
34、醇的浓度为丙二醇的浓度为6.72%6.72%，对甘油转化率为对甘油转化率为 54.7%54.7%，生产强度为生产强度为 1.9g/L.h1.9g/L.h。1,3-1,3-丙二醇浓度为丙二醇浓度为5.37%5.37%，转化率为转化率为40%40%50编辑ppt五、培养基设计时注意的一些相关问题五、培养基设计时注意的一些相关问题 q 原料及设备的预处理原料及设备的预处理 q 原材料的质量原材料的质量 q 发酵特性的影响发酵特性的影响 在抗生素发酵生产中往往喜欢所谓的在抗生素发酵生产中往往喜欢所谓的“稀配方稀配方”，因为它，因为它既降低成本、灭菌容易、且使氧传递容易而有利于目的产既降低成本、灭菌容易
35、、且使氧传递容易而有利于目的产物的生物合成。物的生物合成。如果营养成分缺乏，则可通过中间补料方法予以弥补。如果营养成分缺乏，则可通过中间补料方法予以弥补。51编辑pptq 灭菌灭菌 在大规模发酵中应该尽可能的采取连续灭菌的在大规模发酵中应该尽可能的采取连续灭菌的操作，而且保证灭菌条件的稳定是保证发酵稳定的操作，而且保证灭菌条件的稳定是保证发酵稳定的前提前提 有时避免营养物质在加热的条件下，相互作用，有时避免营养物质在加热的条件下，相互作用，可以将营养物质分开消毒。可以将营养物质分开消毒。有些物质由于挥发和对热非常敏感，就不能采用有些物质由于挥发和对热非常敏感，就不能采用湿热的灭菌方法湿热的灭菌
36、方法 NaNa2 2HPOHPO4 4+CaCO+CaCO3 3 CaHPO CaHPO4 4+Na+Na2 2COCO3 352编辑ppt第四节第四节 重组产品培养基的介绍重组产品培养基的介绍q 大肠杆菌高密度度培养：大肠杆菌高密度度培养：碳源：碳源：葡萄糖、甘油葡萄糖、甘油氮源：氮源：胰蛋白胨、酵母粉胰蛋白胨、酵母粉无机盐：无机盐：磷、镁等磷、镁等章越，生物工程学报，200453编辑pptq 动物细胞培养基动物细胞培养基基础培养基基础培养基:F12F12、DMEMDMEM等等血清血清(5-10%)(5-10%)：胎牛胎牛(FBS)(FBS)、小牛、小牛(CS)(CS)、马马(HS)(HS)
37、水：水：超纯水超纯水其它：其它：NaHCONaHCO3 3 （95%95%空气空气+5%+5%COCO2 2混合气体）、有机物（糖、氨基酸、混合气体）、有机物（糖、氨基酸、促生长因子等）、抗生素促生长因子等）、抗生素54编辑ppt55编辑ppt56编辑ppt57编辑pptp 动物细胞培养技术的应用动物细胞培养技术的应用1.1.生物制品的生产生物制品的生产(如制备单克隆抗体）如制备单克隆抗体）2.2.转基因动物的培养转基因动物的培养 3.3.检测有毒物质并判断其强弱检测有毒物质并判断其强弱 4.4.医学研究（生理医学研究（生理 病理病理 药理）药理）5.5.器官移植培养器官移植培养 6.6.筛选
38、抗癌药物筛选抗癌药物58编辑pptGONG,J.B.B.200359编辑ppt60编辑ppt3.3.中心组合实验设计中心组合实验设计 通过对响应面等值线的分析寻求最优工艺参数，采通过对响应面等值线的分析寻求最优工艺参数，采用多元二次回归方程来拟合因素与响应值之间函数关系用多元二次回归方程来拟合因素与响应值之间函数关系的一种统计方法。的一种统计方法。采用采用 Box-Behnken Box-Behnken、CCDCCD等响应面试验设计确定显等响应面试验设计确定显著因子的最优水平著因子的最优水平常用的设计软件常用的设计软件 Design_expert Design_expert，SASSAS，SP
39、SSSPSS，正交设计软件，均匀实验，正交设计软件，均匀实验设计软件，设计软件，dpsdps，MinitabMinitab，stasticsstastics 61编辑ppt62编辑ppt63编辑ppt64编辑ppt65编辑ppt66编辑ppt产纤维素酶嗜热一氧化碳链霉菌菌株产纤维素酶嗜热一氧化碳链霉菌菌株Str430Str430发酵培养发酵培养基的优化基的优化 指由生物产生的一种多组分的混合蛋白质，在适当的条件下，能使不溶性纤维素材料水解成可溶性糖的生物催化剂的总称。纤维纤维素酶素酶食品生产食品生产医药医药生物生物燃料燃料造纸造纸纺织工业纺织工业67编辑ppt基础发酵培养基：基础发酵培养基：淀
40、粉淀粉10g10g、玉米粉、玉米粉10g10g、葡萄糖、葡萄糖 5g5g、酵母、酵母膏膏10 g10 g、(NH(NH4 4)2 2SOSO4 4 5 g 5 g、KHKH2 2POPO4 4 5 g5 g、K K2 2HPOHPO4 4 5 g5 g、CaCOCaCO3 3 1 1 g g、MgSOMgSO4 4 0.5 g 0.5 g、CMC-Na 5 gCMC-Na 5 g、蒸馏水、蒸馏水 1000 mL1000 mL、pH7.5pH7.5；产纤维素酶的产纤维素酶的优化后优化后培养基：培养基：蔗糖蔗糖15 g 15 g、酵母膏、酵母膏 25 g 25 g、KHKH2 2POPO4 4 2
41、.3 g2.3 g、CaCOCaCO3 31 g 1 g、CMC-Na5 gCMC-Na5 g、K K2 2HPOHPO4 4 5.3 g5.3 g、MgSOMgSO4 4 0.283 g0.283 g 、蒸馏水、蒸馏水1000 mL1000 mL、pH 7.5pH 7.5。发酵的结果：发酵的结果：发酵液发酵液中中酶活力达酶活力达0.86 U/mL0.86 U/mL，比在基础产酶，比在基础产酶培养基中的酶活力（培养基中的酶活力（0.385 U/mL0.385 U/mL）提高了）提高了1.231.23倍。倍。68编辑ppt影响因子影响因子代码代码名称名称单位单位实际低值实际低值实际高值实际高值低
42、值代码低值代码高值代码高值代码A A蔗糖蔗糖m/vm/v1 14 4-1-11 1B B酵母膏酵母膏m/vm/v1 14 4-1-11 1C CCMC-NaCMC-Nam/vm/v0.10.10.50.5-1-11 1D D误差项误差项-E EK K2 2HPOHPO4 4m/vm/v0.10.10.40.4-1-11 1F FKHKH2 2POPO4 4m/vm/v0.10.10.40.4-1-11 1G GFeSOFeSO4 4m/vm/v0.10.10.20.2-1-11 1H H误差项误差项-J JFeSOFeSO4 4m/vm/v0.10.10.20.2-1-11 1K KNaClN
43、aClm/vm/v0.10.10.20.2-1-11 1L LCaCOCaCO3 3m/vm/v0.10.10.20.2-1-11 1Plackett-Burman实验设计各因素水平Factors levels of Plackett-Burman design69编辑ppt序序号号A AB BC CD DE EF FG GH HJ JK KL L酶活酶活（U/mlU/ml）1 11 11 1-1-1-1-1-1-11 1-1-11 11 1-1-11 10.710.712 21 1-1-1-1-1-1-11 1-1-11 11 1-1-11 11 10.770.773 31 11 11 1-
44、1-1-1-1-1-11 1-1-11 11 1-1-11.011.014 4-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-11 1-1-10.100.105 5-1-11 1-1-11 11 1-1-11 11 11 1-1-1-1-10.200.206 6-1-11 11 11 1-1-1-1-1-1-11 1-1-1-1-11 10.180.187 71 1-1-11 11 1-1-11 11 11 1-1-11 1-1-10.220.228 8-1-1-1-11 1-1-11 11 1-1-11 11 1-1-1-1-10.200.209 9-1-1-1-1-1
45、-11 1-1-11 1-1-1-1-11 1-1-11 10.070.0710101 11 1-1-11 11 11 11 1-1-1-1-11 1-1-10.110.1111111 1-1-11 11 11 11 1-1-1-1-11 11 11 10.500.501212-1-11 11 1-1-11 1-1-11 1-1-1-1-1-1-11 10.140.14Result of Plackett-Burman design70编辑ppt因子因子效应度效应度模型贡献率模型贡献率A AB BC CD DE EF FG GH HJ JK KL L0.150.150.130.130.110.
46、110.200.200.220.22-0.29-0.29-0.06-0.06-0.20-0.200.280.28-0.10-0.10-0.13-0.135.755.754.744.743.213.2110.3910.3912.6412.6422.2022.200.830.8310.7510.7521.6921.692.842.844.984.98Plackett-BurmanPlackett-Burman实验各因素的影响效果实验各因素的影响效果The effects of factors of Plackett-BurmanThe effects of factors of Plackett-
47、Burman较大影响的因子依较大影响的因子依次为：次为：KHKH2 2POPO4 4、K K2 2HPOHPO4 4、MgSOMgSO4 4、蔗糖、蔗糖、CaCOCaCO3 3 、酵母膏、酵母膏、CMC-NaCMC-Na，而，而NaClNaCl和和FeSOFeSO4 4对产酶影响不对产酶影响不大，其中大，其中KHKH2 2POPO4 4对对产酶产酶有有一定的负效应。一定的负效应。71编辑ppt实验序号实验序号 1 2 3 4 5 6 71 2 3 4 5 6 7K K2 2HPOHPO4 4（%）0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.700.40 0.45 0.50
48、0.55 0.60 0.65 0.70KHKH2 2POPO4 4（%）0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.100.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10MgSOMgSO4 4（%）0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.500.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50最陡爬坡实验设计最陡爬坡实验设计Experimental plan of steepest Experimental plan of steepest accentaccent酶活（酶活（IU)IU)0.180.180.290.
49、290.180.180.350.350.240.240.260.260.120.1272编辑ppt编码因素水平（%）-101A K2HPO40.20.50.3B KH2PO40.50.550.6C MgSO40.30.350.4响应面设计的因素和水平响应面设计的因素和水平Range of different factor invested in Box-BehnkenRange of different factor invested in Box-Behnken73编辑ppt实验序号实验序号 K K2 2HPOHPO4 4 KH KH2 2POPO4 4 MgSO MgSO4 4 酶活（酶活
50、（IU/mLIU/mL）1 11 11 10 00.660.662 2-1-10 0-1-10.640.643 30 0-1-11 10.350.354 40 00 00 00.650.655 50 0-1-1-1-10.250.256 6-1-10 01 10.560.567 7-1-10 01 10.60.68 80 01 1-1-10.350.359 91 10 0-1-10.590.591010-1-11 10 00.450.4511110 00 00 00.60.612120 00 00 00.630.6313131 10 01 10.550.5514140 01 11 10.60.
