2019医学第三章发酵培养基a..ppt

第三章：发酵培养基第三章：发酵培养基培养基培养基：广义上讲培养基是指一切可供微：广义上讲培养基是指一切可供微生物细胞生长生物细胞生长 繁殖所需的一组营养物质和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。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发酵培养基的要求发酵培养基的要求培养基能够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。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。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。第一节 培养基的类型及功能一、纯度合成培养基:原料其化学成分明确、稳定 适合于研究菌种基本代谢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 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 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、按纯度培养大肠杆菌常用两种培养基培养大肠杆菌常用两种培养基LB Medium(LB 培养基培养基Luria-Bertani media)Yeast Extact(酵母膏酵母膏)5g Tryptone(胰蛋白胨胰蛋白胨)10g NaCl 10g Distilled water(蒸馏水蒸馏水)1000ml pH 7.0 M9 Medium BrothNa2HPO4 6.8g;KH2PO4 3.0g;NaCl 0.5g;NH4Cl 1.0gM9CA BrothCasamino Acid 2.0g;Na2HPO4 6.8g;KH2PO4 3.0g;NH4Cl 1.0g;NaCl 0.5g.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:即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。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。二、按状态三、按用途（从发酵生产应用考虑）培养基按其用途可分为斜面（孢子）培养基种子培养基发酵培养基第二节 发酵培养基的成分及来源一、碳源一、碳源1、作用、作用提供微生物菌种的生长繁殖所需的能源和合成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菌体所必需的碳成分 提供合成目的产物所必须的碳成分提供合成目的产物所必须的碳成分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 葡萄糖葡萄糖glucose 几乎所有的微生物都能利用所有的微生物都能利用 但是会引起但是会引起葡萄糖效应葡萄糖效应 p50q 工业上常用淀粉水解糖工业上常用淀粉水解糖,但是糖液必须达到一定的质但是糖液必须达到一定的质 量指标量指标3、工业上常用的糖类dextrose equivalent以以D-葡萄糖干基来表示。葡萄糖干基来表示。糊精遇碘产生红色反应糊精遇碘产生红色反应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 糖蜜糖蜜molasses糖蜜是制糖生产时的结晶母液，它是制糖工业的副产物糖蜜是制糖生产时的结晶母液，它是制糖工业的副产物。糖蜜主要含有蔗糖，总糖可达糖蜜主要含有蔗糖，总糖可达50%75%。一般糖蜜分。一般糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜葡萄糖蜜甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜葡萄糖蜜。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，但是除糖份外，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。许多都会对发酵产生不利的影响，需要进行预处理。例：谷氨酸发酵例：谷氨酸发酵有害物资：胶体成分（起泡、结晶）、钙盐（结晶）有害物资：胶体成分（起泡、结晶）、钙盐（结晶）生物素（发酵控制）生物素（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 淀粉淀粉starch、糊精、糊精dextrin使用条件：微生物必须能分泌水解淀粉、糊精的酶类使用条件：微生物必须能分泌水解淀粉、糊精的酶类缺点：难利用、缺点：难利用、发酵液比较稠、一般发酵液比较稠、一般2.0%时加入一定的时加入一定的-淀粉酶淀粉酶 成分比较复杂，有直链淀粉和支链淀粉等等。成分比较复杂，有直链淀粉和支链淀粉等等。优点：来源广泛、价格底优点：来源广泛、价格底 难利用，可以解除葡萄糖效应难利用，可以解除葡萄糖效应例：地衣芽孢杆菌生产例：地衣芽孢杆菌生产-淀粉酶淀粉酶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 蔗糖蔗糖 4.02 0糊精糊精 3.06 38.2淀粉淀粉 3.09 40.2李江华，无锡轻工大学学报，2004(1.5g麸皮)(半纤维素酶)嗜碱芽胞杆菌(AC-2)中碳源对碱性纤维素酶分泌的影响结果：各种碳源相差不大结果：各种碳源相差不大推论：该菌种的碱性纤维素酶为组成型推论：该菌种的碱性纤维素酶为组成型苏勤，林业化学与工业，2004 氮源主要用于构成菌体细胞物质（氨基酸，蛋白质、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。氮源和无机氮源。1、无机氮源、无机氮源种类：种类：铵盐、硝酸盐和氨水铵盐、硝酸盐和氨水特点：特点：微生物对它们的吸收快，迅速利用的氮源微生物对它们的吸收快，迅速利用的氮源(速效速效)。但无机氮源的迅速利用常会引起但无机氮源的迅速利用常会引起pH的变化如：的变化如：(NH4)2SO4 2NH3+2H2SO4 NaNO3+4H2 NH3+2H2O+NaOH 二、氮源二、氮源 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pH有积极作用。有积极作用。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pH所以选择合适的无机氮源有两层意义：所以选择合适的无机氮源有两层意义：毛霉产蛋白酶的研究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、有机氮源来源：氨基酸工业上常用的有机氮源都是一些廉价的原料，花生饼粉peanut meal、黄豆饼粉Soybean Cake Meal、棉子饼粉、玉米浆Corn Steep Liquor、玉米蛋白粉Corn Gluten Meal、蛋白胨peptone、酵母粉yeast powder、鱼粉Fish meal、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和酒糟。P44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机盐及除提供氮源外，有些有机氮源还提供大量的无机盐及生长因子。生长因子。例例 玉米浆玉米浆Corn Steep Liquor 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）、苯乙酸较多的乳糖较多的乳糖 硫、磷、微量元素等硫、磷、微量元素等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的来源具有不稳定性所以在有机氮源选取时和使用过程中，必须考虑原料的波动对发酵的影响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 的课题的课题氮源使用的一些相关问题：1、作用：各种不一样、作用：各种不一样 p45-472、来源：来源：C、N源源以盐的形式补充以盐的形式补充3、用量：根据具体的产品，以实验决定用量：根据具体的产品，以实验决定4、使用注意点使用注意点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三、无机盐及微量元素三、无机盐及微量元素P、S、Mg、Fe、K、Na、Cu、Zn、Mn等。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20g/ml 发酵罐必须进行表面处理发酵罐必须进行表面处理B、使用时注意盐的形式（、使用时注意盐的形式（pH的变化）的变化）例：例：黑曲酶黑曲酶NRRL-330,生产生产-淀粉酶，淀粉酶，P对酶活的影响对酶活的影响 pH 酶活酶活不加不加 4.25 120分钟分钟加加 K2HPO4 5.45 30分钟分钟加加 KH2PO4 4.62 75分钟分钟 从广义上讲，凡是微生物生长不可缺少的微量的有机从广义上讲，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、维生素等均称生长因子。物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称生长因子。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型，以生物素为生长因子,生长因子对发酵的调控起到重生长因子对发酵的调控起到重要的作用要的作用。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含有较多的B簇维生素和微量元素及一些微生物生长不可缺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少的生长因子 四、生长因子、前体和产物促进剂四、生长因子、前体和产物促进剂青霉素青霉素G：分子量：分子量356苯乙酸苯乙酸:分子量分子量1362、前体、前体前体指某些化合物加入到前体指某些化合物加入到发酵培养基中，能发酵培养基中，能直接直接被被微生物在生物合成过程中微生物在生物合成过程中合成合成到产物物分子中去，到产物物分子中去，而其自身的结构并没有多而其自身的结构并没有多大大变化变化，但是产物的产量，但是产物的产量却因加入前体而有较大的却因加入前体而有较大的提高提高作用作用：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，具体使用有个转化：前体的用量可以按分子量衡算，具体使用有个转化 率的问题率的问题例：例：6000单位单位/ml的青霉素的青霉素G,需要多少苯乙酸需要多少苯乙酸 青霉素青霉素6000*0.6（微克）（微克）36mg/ml 苯乙酸（苯乙酸（36*136）/356=13.8mg/ml=1.38%例某厂单耗为：例某厂单耗为：0.337（kg/10亿青霉素）亿青霉素）转化率为：转化率为：13.8/(0.337/0.6)*36=68%实际使用时的转化率在实际使用时的转化率在46-90%之间之间80%以上的以上的苯乙酸最后苯乙酸最后用于青霉素用于青霉素生产生产用法：前体使用时普遍采用用法：前体使用时普遍采用流加流加的方法的方法前体一般都有毒性，浓度过大对菌体的生长不前体一般都有毒性，浓度过大对菌体的生长不利利苯乙酸，一般基础料中仅仅添加苯乙酸，一般基础料中仅仅添加0.07%前体相对价格较高，添加过多，容易引起挥发前体相对价格较高，添加过多，容易引起挥发和氧化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所谓产物促进剂是指那些非细胞生长所必须的营养物，又所谓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。非前体，但加入后却能提高产量的添加剂。3、产物促进剂、产物促进剂 促进剂提高产量的机制还不完全清楚，其促进剂提高产量的机制还不完全清楚，其原因是多方面的。原因是多方面的。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，有些促进剂是表面活性剂，可改善细胞的透性，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改善细胞与氧的接触从而促进酶的分泌与生产有人认为表面活性剂对酶的表面失活有保护作用；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有些促进剂的作用是沉淀或螯合有害的重金属离子。离子。对于发酵工厂来说，恒定的水源是至关重要的，因为在对于发酵工厂来说，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影响甚大。不同水源中存在的各种因素对微生物发酵代谢影响甚大。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pH值、溶解氧、可溶值、溶解氧、可溶性固体、污染程度以及矿物质组成和含量。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，能提供大量成分一致清洁的对于常规发酵，可靠、持久，能提供大量成分一致清洁的水。水。五、水五、水 目前还不能完全从生化反应的基本原理来推断和计算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，只能用生物化学、细胞生出适合某一菌种的培养基配方，只能用生物化学、细胞生物学、微生物学等的基本理论，参照前人所使用的较适合物学、微生物学等的基本理论，参照前人所使用的较适合某一类菌种的经验配方，再结合所用菌种和产品的特性，某一类菌种的经验配方，再结合所用菌种和产品的特性，采用摇瓶、玻璃罐等小型发酵设备，按照一定的实验设计采用摇瓶、玻璃罐等小型发酵设备，按照一定的实验设计和实验方法选择出较为适合的培养基。和实验方法选择出较为适合的培养基。第三节 发酵培养基的设计和优化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、N比比l pH的要求的要求 一、培养基成分选择的原则理论转化率是指理想状态下根据微生物的代谢理论转化率是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。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（一）、理论转化率与实际转化率（一）、理论转化率与实际转化率 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 C6H12O6 2C2H5OH+2CO2 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*46 Y=0.57 162q 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（二）、实验设计 当培养基成分确定后，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 用一些合理的实验设计方法。根据前人的经验和培养基成分确定时一些必须考虑 的问题，初步确定可能的培养基成分；通过单因子实验最终确定出最为适宜的培养基成分；三、培养基设计的步骤类胡萝卜素高产菌类胡萝卜素高产菌Y11Y11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，20042004类胡萝卜素的作用：色素、营养保健类胡萝卜素的作用：色素、营养保健原培养基原培养基 初步确定可能的培养基成分(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 通过单因子实验确定适宜的培养基成分通过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)正交设计确定优化的配方碳源：乙酸钠 0.2%氮源：氯化铵 0.2%酵母膏0.03%无机盐:复合无机盐0.05%结果改进后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 反应器反应器最终的优化的基础配方最终的优化的基础配方四、摇瓶水平到反应器水平的优化四、摇瓶水平到反应器水平的优化例：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%，乳糖，乳糖10%，(NH4)SO4 0.8%轻质碳酸钙轻质碳酸钙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%补加硫酸、前体等补加硫酸、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摇瓶优化配方：菌种筛选，反应器研究的基础摇瓶优化配方：菌种筛选，反应器研究的基础发酵罐：反应器水平发酵罐：反应器水平,可以得出最可以得出最 终优化的基终优化的基 础配方础配方pHpH控制摇床：反应器水平上的摇瓶研究控制摇床：反应器水平上的摇瓶研究 pH控制摇床在1,3-丙二醇发酵中的应用华东理工大学1,3-丙二醇的用途：最重要的用途是作为单体与对苯二甲酸丙二醇聚最重要的用途是作为单体与对苯二甲酸丙二醇聚合生产聚酯：聚对苯二甲酸丙二醇酯合生产聚酯：聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)(PTT)可作为增塑剂、洗涤剂、防腐剂和乳化剂等用于可作为增塑剂、洗涤剂、防腐剂和乳化剂等用于食品、化妆品和制药等工业食品、化妆品和制药等工业PTT的性能PTTPET涤纶Nylon尼龙、锦纶 Acrylic亚克力 Spandex(Lycra)莱卡、氨纶 柔韧度+-+NA弹性+-+丰满度+-+NA磨损+-抗污染力+-洗涤牢度+-日晒牢度+-+-抗静电力+-NA色彩密度-+-成本-+-+-PTT最目前性能最好的纤维被誉为21世纪的大型纤维1,3-丙二醇两步发酵法丙二醇两步发酵法糖甘油1,3-丙二醇酵母酵母伯氏肺炎杆菌、丁酸梭菌等伯氏肺炎杆菌、丁酸梭菌等伯氏肺炎杆菌伯氏肺炎杆菌1,3-丙二醇的代谢丙二醇的代谢甘油三羟基丙醛1,3-丙二醇二羟丙酮丙酮酸乙酸 乙醇乳酸 丁醇丁酸 丁二醇2HH2OpH下降厌氧过程、pH下降2H不同不同pHpH条件对甘油消耗的影响条件对甘油消耗的影响摇瓶培养基分批培养过程结果摇瓶培养基分批培养过程结果补料培养过程补料培养过程甘油甘油 浓度为浓度为3.43%，对甘油转化率为，对甘油转化率为19%1,3-丙二醇的浓度5.37%，转化率转化率为40%进一步优化培养基后过程进一步优化培养基后过程 1,3-丙二醇的浓度为丙二醇的浓度为6.72%，对甘油转化率为，对甘油转化率为 54.7%，生产强度为，生产强度为 1.9g/L.h。进一步优化条件后进一步优化条件后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”，因为它既降低成本、灭菌容，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物易、且使氧传递容易而有利于目的产物的生物合成。如果营养成分缺乏，则可的生物合成。如果营养成分缺乏，则可通过中间补料方法予以弥补。通过中间补料方法予以弥补。五、培养基设计时注意的一些相关五、培养基设计时注意的一些相关问题问题q 灭菌灭菌 在大规模发酵中应该尽可能的采取连续灭菌的操作，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前提而且保证灭菌条件的稳定是保证发酵稳定的前提 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，就不能采用湿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热的灭菌方法 Na2HPO4+CaCO3CaHPO4+Na2CO3q 大肠杆菌高密度度培养：碳源：葡萄糖、甘油氮源：胰蛋白胨、酵母粉无机盐：磷、镁等第四节、第四节、重组产品培养基的介绍蛋白胨、酵母粉(OXOID)章越，生物工程学报，2004q 动物细胞培养基动物细胞培养基基础培养基基础培养基:F12、DMEM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)水：超纯水水：超纯水其它：其它：NaHCONaHCO3 3（COCO2 2）、抗生素）、抗生素GONG,J.B.B.2003Methotrexate甲氨蝶呤MTX：叶酸拮抗药抑制细胞繁殖q 培养基培养基菌体生长所需的营养以及其它必菌体生长所需的营养以及其它必须的条件须的条件q 了解发酵培养基的组成，发酵培养基常用了解发酵培养基的组成，发酵培养基常用的原料以及其中的基本概念的原料以及其中的基本概念q 发酵培养基的优化与设计是发酵工程的基本发酵培养基的优化与设计是发酵工程的基本问题，掌握发酵培养基优化与设计的思路，了问题，掌握发酵培养基优化与设计的思路，了解其中的方法解其中的方法小节聚类分析在红霉素摇瓶培养基聚类分析在红霉素摇瓶培养基无机盐分析中的应用无机盐分析中的应用摇瓶培养基（/100ml):淀粉3g，糊精4g，黄豆饼粉3g，硫酸铵0.2g，碳酸钙0.6g，豆油0.2ml/25ml培养基罗致强罗致强,宫衡宫衡,付水林付水林.聚类分析在红霉素摇瓶培养基无机盐聚类分析在红霉素摇瓶培养基无机盐分析中的应用分析中的应用J.J.中国抗生素杂志中国抗生素杂志,2006,31(3),2006,31(3)聚类分析(cluster analysis)是一组将研究对象分为相对同质的群组(clusters)的统计分析技术A：黄豆饼粉：黄豆饼粉3%；B：棉籽饼粉：棉籽饼粉2.37%C：酵母粉：酵母粉2.74%；D：玉米浆（固体）：玉米浆（固体）2.8%697151882262373202000400060008000ABCD红霉素效价(U/ml)A：黄豆饼粉3%；B：黄豆饼粉1.5%+棉籽饼粉1.18%；C：黄豆饼粉1.5%+酵母抽提液0.96%；D：黄豆饼粉1.5%+蛋白胨（进口）0.78%；E：酵母粉2.74%；F：棉籽饼粉2.37%；G：蛋白胨（国产）1.47%；H：蛋白胨（进口）1.57%；I：酵母抽提液1.91%；J：棉籽饼粉1.18%+酵母粉1.37%；K：棉籽饼粉1.18%+蛋白胨（国产）0.74%；L：棉籽饼粉1.18%+蛋白胨（进口）0.78%；M：酵母粉1.37%+酵母抽提液0.96%；N：蛋白胨（国产）0.74%+蛋白胨（进口）0.78%。设计设计 A AN N种氮源组合（蛋白质含量相同）：种氮源组合（蛋白质含量相同）：钾(mg/100ml)镁(mg/100ml）锌(mg/100ml)铁(mg/100ml)铜(mg/100ml)磷(mg/100ml)效价（g/ml）A48.5517.3130.13190.78820.033018.61170997099B41.5539.9440.15530.53980.038822.9396355C52.2066.8740.12730.56490.017431.9522883D24.4114.5380.08960.42150.017315.3975806E47.6685.6100.13430.46090.021137.9242136F34.70012.6290.17940.29270.044927.3825323G23.7530.0350.00950.02660.00157.1596170H0.2731.7750.04770.05520.001612.2612100I55.5696.4020.12200.33980.001945.0563036J41.1119.0930.15650.37620.032932.5954274K29.2346.3050.09410.15910.023117.2374607L17.4137.1700.11300.17320.023119.7254853M51.7646.0220.12850.40120.011541.6081890N12.0930.8990.02850.04080.00159.6953766不同有机氮源培养基中无机盐含量及对不同有机氮源培养基中无机盐含量及对应红霉素效价应红霉素效价Cluster12钾31.37 37.24镁6.855.24锌.11.11铁.34.32铜.03.01磷18.35 30.16效价 5744.712869.29运用SPSS软件中的快速聚类分析方法（K-Means Cluster Analysis）对无机盐进行了分析，将各种无机盐含量分成高低两类p根据聚类分析结果可以将各种无机盐高低两个水平下对应的效价分成两类。这两类效价之间是否存在显著差别，即各种无机盐的高低两个水平对效价的影响是否显著，本实验用两独立样本t检验进行了分析。其中AN表示各种氮源组合，*号表示t检验结果存在显著差异。高水平类低水平类高水平类对应平均效价低水平类对应平均效价极差显著性P值钾A B C EF I J MD G HK L N41224122455045504280.663镁A B C E FI J K L MD G H N42444244446144612170.841锌A B C E FI J L MD G HK N42034203449044902870.778铁A B C DE I J MF G HK L N41824182447044702880.77铜A B F JC D E G HI K L M N575857583725372520330.04*磷C E FI J MA B D GH K L N325732575092509218350.042*无机盐聚类分析结果及无机盐聚类分析结果及 t 检验结果检验结果聚类分析结果的验证聚类分析结果的验证 A：黄豆饼粉3%；B：黄豆饼粉3%+0.01%无机磷C：黄豆饼粉3%+0.02%无机磷磷对红霉素效价的影响磷对红霉素效价的影响聚类分析结果的验证聚类分析结果的验证 A：蛋白胨（进口）1.57%B：蛋白胨（进口）1.57%+0.035mg%无机铜C：蛋白胨(国产)0.74%+蛋白胨(进口)0.78%D：蛋白胨(国产)0.74%+蛋白胨(进口)0.78%+0.035mg%无机铜 铜对红霉素效价的影响铜对红霉素效价的影响 通过以上铜和磷的添加实验，我们证实磷含量的变化对红霉素效价确实存在显著影响，而铜含量的变化对效价并无显著影响。可见聚类分析的结果虽不是百分之百正确，但对实践还是有较高的指导作用，通过它我们很快找到了影响红霉素效价的关键因素。K=3宋云平,刘必成,于臻等.粗糙集在红霉素培养基优化中的应用J.化学与生物工程,2007,24(11)红色糖多孢菌的摇瓶培养基中采用不同有机氮源时红霉素的效价明显不同.通过粗糙集理论的EDMAR属性约简算法结合聚类分析,确定钾、铜、钴是影响红霉素效价的主要因素.培养基中添加钾和钴分别提高效价约14%和10%,添加铜会抑制红霉素的生物合成.该法能迅速、准确地确定有机氮源中的关键营养因子,对氮源的选择和发酵结果的稳定有重要的意义.刘刚,刘必成,张卫兰等.培养基中无机盐对红霉素A含量的影响J.化学与生物工程,2009,26(8)红色糖多孢菌在含不同有机氮源的培养基中发酵生产红霉素时,红霉素效价和含量明显不同.对不同有机氮源培养基中无机盐含量进行聚类分析,结果发现,锌对红霉素A含量有明显影响,并对此进行了验证实验.简述培养基的主要成分，并举例说明培养基设计及优化的一般步骤。