第三章：发酵培养基
培养基, 广义上讲培养基是指一切可供微生物细胞生长 繁殖
所需的一组营养物质和原料。同时培养基也为微生
物培养提供除营养外的其它所必须的条件。
发酵培养基的作用：
? 满足菌体的生长
? 促进产物的形成
发酵培养基的要求
① 培养基能够满足产物最经济的合成。
② 发酵后所形成的副产物尽可能的少。
③ 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。
④ 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
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
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和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
M培养基 (1L),Na2HPO4 6g,KH2PO4 3g,NaCl
0.5g,NH4Cl 1g,MgSO4.7H2O 0.5g,CaCl2
0.011g，葡萄糖 2-10,pH 7.0
YPS培养基：酪蛋白胨（日本大五营养） 10g，酵母
提取物（英国 Oxoid） 5g,NaCl 10g,PH 7.2
培养大肠杆菌常用两种培养基
二、按状态
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。
三、按用途（从发酵生产应用考虑）
培养基按其用途可分为 孢子（斜面） 培养基,种子 培养基
和 发酵 培养基三种
第二节 发酵培养基的成分及来源
一、碳源
1、作用
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
提供合成目的产物所必须的碳成分
2、来源
糖类、油脂、有机酸、正烷烃
3、工业上常用的糖类
① 葡萄糖
?所有的微生物都能利用葡萄糖
?但是会引起葡萄糖效应
? 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
不同的制糖工艺生产的糖液质量差别很大
② 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 。
糖蜜主要含有蔗糖，总糖可达 50%～ 75%。一般糖蜜分
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
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
有害物资：胶体成分（起泡、结晶）、钙盐（结晶）
生物素（发酵控制）
预处理：澄清 → 脱钙 → 脱除生物素
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）
预处理,→ 黄血盐
② 淀粉、糊精
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、
发酵液比较稠、一般 >2.0%时加入一定的 α-淀粉酶
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
难利用，可以解除葡萄糖效应
例：地衣牙孢杆菌生产 α-淀粉酶
碳源对生长和产酶的影响
碳源 细胞量 α-淀粉酶
葡萄糖 4.2 0
蔗糖 4.02 0
糊精 3.06 38.2
淀粉 3.09 40.2
李江华，无锡轻工大学学报,2004
(半纤维素酶 )
(1.5g麸皮 )
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
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
二、氮源
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
氮源和无机氮源。
1、无机氮源
种类,氨盐、硝酸盐和氨水
特点,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 pH的变
化如：
(NH4)2SO4 → 2NH3 + 2H2SO4
NaNO3 + 4H2 → NH3 + 2H2O + NaOH
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
性物质的无机氮源叫 生理酸性物质,如硫酸胺，若菌体代谢
后能产生碱性物质的则此种无机氮源称为 生理碱性物质,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
的 pH有积极作用。
所以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
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
来源,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、酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和酒
糟 。
成分复杂,除提供氮源外，有些有机氮源还提供大量的无机
盐及生长因子。
例 玉米浆,①可溶性蛋白、生长因子（生物素）、苯乙酸
②较多的乳酸
③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，而另一方面
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
氮源使用的一些相关问题：
? 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 — 无机氮源
中期：菌体的代谢酶系已形成、则利用蛋白质
? 有些产物会受氮源的诱导和阻遏
例,蛋白酶的生产
? 有机氮源选取时也要考虑微生物的同化能力
? 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
三、无机盐的微量元素
1、作用：各种不一样
2,来源,C,N源，以盐的形式补充
3,用量：根据具体的产品，以实验决定,P104
4,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
微量元素在发酵过程中必须加以考虑
例：铁离子
青霉素发酵中，铁离子的浓度要小于 20μg/ml
发酵罐必须进行表面处理
B、使用时注意盐的形式（ pH的变化）
例, 黑曲酶 NRRL-330,生产 α-淀粉酶,P对酶活的影响
pH 酶活
不加 4.25 120分钟
加 K2HPO4 5.45 30分钟
加 KH2PO4 4.62 75分钟
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
物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称生长因子。
1、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，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 。
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 B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
前体指某些化合物加入到发酵培养基中, 能直接彼微生
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
的提高 。
2、前体
青霉素：分子量 356 苯乙酸,分子量 136
作用,前体有助于提高产量和组份 P107
用量,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
例,6000单位 /ml的青霉素 G,需要多少苯乙酸
青霉素＝ 6000*0.6（微克）＝ 36mg/ml
苯乙酸＝（ 36*136） /356=13.8mg/ml=1.38%
实际使用时的转化率在 46-90%之间
例某厂单耗为,0.337（ kg/10亿青霉素）
转化率为,0.6/(0.337*36/13.8)=68%
用法,前体使用时普遍采用流加的方法
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 0.07%
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
3、产物促进剂
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。
促进剂提高产量的机制还不完全清楚，其原因是多方
面的。
?有些促进剂本身是酶的诱导物；
?有些促进剂是表面活性剂，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，
?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。
五、水
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。
水源质量的主要考虑参数包括 pH值、溶解氧、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
对于常规发酵，可靠、持久，能提供大量成分一致清洁的
水。
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
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，
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。
一、培养基成分选择的原则
? 菌种的同化能力
? 代谢的阻遏和诱导
? 合适的 C,N比 100∶ 0.2～ 2.0
? pH的要求
（一）,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
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
二、成分含量的确定
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 ∶
葡萄糖转化为酒精的代谢总反应衡算式为 ∶
C6H12O6 ─→ 2C 2H5OH + 2CO2
葡萄糖转化为酒精的理论得率为 ∶
2*46
Y = ─── = 0.57
162
（二）、实验设计
?培养基成分的含量最终都是通过实验获得的
?合理的实验方法
?多因子实验：均匀设计、
正交实验设计、
响应面分析等。
?多因子实验
③ 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。
三、培养基设计的步骤
① 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；
② 通过单因子实验最终确定出最为适宜的培养基成分；
类胡萝卜素高产菌 Y11的培养基的优化
郭秒,食品与工业发酵,2004
类胡萝卜素的作用：色素、营养保健
原培养基,
? 初步确定可能的培养基成分 (以碳源为例 )
? 通过单因子实验确定适宜的培养基成分 (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
结果：
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%
? 正交设计确定优化的配方
改进后培养基
原培养基
第三章 发酵培养基
改进后培养基的发酵结果
四、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 ——培养基设计的第一步
? 反应器 —最终的优化的基础配方
例,青霉素发酵
发酵摇瓶,玉米浆 4%，乳糖 10%,(NH4)SO4 0.8%
轻质碳酸钙 1%
发酵罐,葡萄糖流加控制总量 10-15%，玉米浆总量 4-8%
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
摇瓶优化配方：菌种筛选，反应器研究的基础
发酵罐：反应器水平,
可以得出最
终优化的基
础配方
pH控制摇床：反应器水平上的摇瓶研究
五、培养基设计时注意的一些相关问题
? 原料及设备的预处理
? 原材料的质量
? 发酵特性的影响
在抗生素发酵生产中往往喜欢所谓的, 稀配
方,,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。
? 灭菌
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
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。
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
Na2HPO4+CaCO3→CaHPO 4+Na2CO3
第四节、重组产品培养基的介绍
? 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
蛋白胨、酵母粉 (OXOID)
章越，生物工程学报,2004
? 动物细胞培养基
基础培养基, F12,DMEM等
血清 (5-10%)：胎牛 (FBS),小牛 (CS),马 (HS)
水：超纯水
其它,NaHCO3（ CO2）、抗生素
GONG,J,B,B,2003
本章小节：
? 培养基 — 菌体生长所需的营养以及其它必须的条件
? 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
? 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、了解其中的
方法
培养基, 广义上讲培养基是指一切可供微生物细胞生长 繁殖
所需的一组营养物质和原料。同时培养基也为微生
物培养提供除营养外的其它所必须的条件。
发酵培养基的作用：
? 满足菌体的生长
? 促进产物的形成
发酵培养基的要求
① 培养基能够满足产物最经济的合成。
② 发酵后所形成的副产物尽可能的少。
③ 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。
④ 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
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
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和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
M培养基 (1L),Na2HPO4 6g,KH2PO4 3g,NaCl
0.5g,NH4Cl 1g,MgSO4.7H2O 0.5g,CaCl2
0.011g，葡萄糖 2-10,pH 7.0
YPS培养基：酪蛋白胨（日本大五营养） 10g，酵母
提取物（英国 Oxoid） 5g,NaCl 10g,PH 7.2
培养大肠杆菌常用两种培养基
二、按状态
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。
三、按用途（从发酵生产应用考虑）
培养基按其用途可分为 孢子（斜面） 培养基,种子 培养基
和 发酵 培养基三种
第二节 发酵培养基的成分及来源
一、碳源
1、作用
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
提供合成目的产物所必须的碳成分
2、来源
糖类、油脂、有机酸、正烷烃
3、工业上常用的糖类
① 葡萄糖
?所有的微生物都能利用葡萄糖
?但是会引起葡萄糖效应
? 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
不同的制糖工艺生产的糖液质量差别很大
② 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 。
糖蜜主要含有蔗糖，总糖可达 50%～ 75%。一般糖蜜分
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
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
有害物资：胶体成分（起泡、结晶）、钙盐（结晶）
生物素（发酵控制）
预处理：澄清 → 脱钙 → 脱除生物素
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）
预处理,→ 黄血盐
② 淀粉、糊精
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、
发酵液比较稠、一般 >2.0%时加入一定的 α-淀粉酶
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
难利用，可以解除葡萄糖效应
例：地衣牙孢杆菌生产 α-淀粉酶
碳源对生长和产酶的影响
碳源 细胞量 α-淀粉酶
葡萄糖 4.2 0
蔗糖 4.02 0
糊精 3.06 38.2
淀粉 3.09 40.2
李江华，无锡轻工大学学报,2004
(半纤维素酶 )
(1.5g麸皮 )
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
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
二、氮源
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
氮源和无机氮源。
1、无机氮源
种类,氨盐、硝酸盐和氨水
特点,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 pH的变
化如：
(NH4)2SO4 → 2NH3 + 2H2SO4
NaNO3 + 4H2 → NH3 + 2H2O + NaOH
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
性物质的无机氮源叫 生理酸性物质,如硫酸胺，若菌体代谢
后能产生碱性物质的则此种无机氮源称为 生理碱性物质,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
的 pH有积极作用。
所以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
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
来源,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、酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和酒
糟 。
成分复杂,除提供氮源外，有些有机氮源还提供大量的无机
盐及生长因子。
例 玉米浆,①可溶性蛋白、生长因子（生物素）、苯乙酸
②较多的乳酸
③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，而另一方面
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
氮源使用的一些相关问题：
? 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 — 无机氮源
中期：菌体的代谢酶系已形成、则利用蛋白质
? 有些产物会受氮源的诱导和阻遏
例,蛋白酶的生产
? 有机氮源选取时也要考虑微生物的同化能力
? 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
三、无机盐的微量元素
1、作用：各种不一样
2,来源,C,N源，以盐的形式补充
3,用量：根据具体的产品，以实验决定,P104
4,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
微量元素在发酵过程中必须加以考虑
例：铁离子
青霉素发酵中，铁离子的浓度要小于 20μg/ml
发酵罐必须进行表面处理
B、使用时注意盐的形式（ pH的变化）
例, 黑曲酶 NRRL-330,生产 α-淀粉酶,P对酶活的影响
pH 酶活
不加 4.25 120分钟
加 K2HPO4 5.45 30分钟
加 KH2PO4 4.62 75分钟
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
物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称生长因子。
1、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，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 。
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 B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
前体指某些化合物加入到发酵培养基中, 能直接彼微生
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
的提高 。
2、前体
青霉素：分子量 356 苯乙酸,分子量 136
作用,前体有助于提高产量和组份 P107
用量,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
例,6000单位 /ml的青霉素 G,需要多少苯乙酸
青霉素＝ 6000*0.6（微克）＝ 36mg/ml
苯乙酸＝（ 36*136） /356=13.8mg/ml=1.38%
实际使用时的转化率在 46-90%之间
例某厂单耗为,0.337（ kg/10亿青霉素）
转化率为,0.6/(0.337*36/13.8)=68%
用法,前体使用时普遍采用流加的方法
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 0.07%
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
3、产物促进剂
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。
促进剂提高产量的机制还不完全清楚，其原因是多方
面的。
?有些促进剂本身是酶的诱导物；
?有些促进剂是表面活性剂，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，
?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。
五、水
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。
水源质量的主要考虑参数包括 pH值、溶解氧、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
对于常规发酵，可靠、持久，能提供大量成分一致清洁的
水。
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
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，
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。
一、培养基成分选择的原则
? 菌种的同化能力
? 代谢的阻遏和诱导
? 合适的 C,N比 100∶ 0.2～ 2.0
? pH的要求
（一）,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
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
二、成分含量的确定
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 ∶
葡萄糖转化为酒精的代谢总反应衡算式为 ∶
C6H12O6 ─→ 2C 2H5OH + 2CO2
葡萄糖转化为酒精的理论得率为 ∶
2*46
Y = ─── = 0.57
162
（二）、实验设计
?培养基成分的含量最终都是通过实验获得的
?合理的实验方法
?多因子实验：均匀设计、
正交实验设计、
响应面分析等。
?多因子实验
③ 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。
三、培养基设计的步骤
① 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；
② 通过单因子实验最终确定出最为适宜的培养基成分；
类胡萝卜素高产菌 Y11的培养基的优化
郭秒,食品与工业发酵,2004
类胡萝卜素的作用：色素、营养保健
原培养基,
? 初步确定可能的培养基成分 (以碳源为例 )
? 通过单因子实验确定适宜的培养基成分 (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
结果：
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%
? 正交设计确定优化的配方
改进后培养基
原培养基
第三章 发酵培养基
改进后培养基的发酵结果
四、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 ——培养基设计的第一步
? 反应器 —最终的优化的基础配方
例,青霉素发酵
发酵摇瓶,玉米浆 4%，乳糖 10%,(NH4)SO4 0.8%
轻质碳酸钙 1%
发酵罐,葡萄糖流加控制总量 10-15%，玉米浆总量 4-8%
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
摇瓶优化配方：菌种筛选，反应器研究的基础
发酵罐：反应器水平,
可以得出最
终优化的基
础配方
pH控制摇床：反应器水平上的摇瓶研究
五、培养基设计时注意的一些相关问题
? 原料及设备的预处理
? 原材料的质量
? 发酵特性的影响
在抗生素发酵生产中往往喜欢所谓的, 稀配
方,,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。
? 灭菌
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
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。
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
Na2HPO4+CaCO3→CaHPO 4+Na2CO3
第四节、重组产品培养基的介绍
? 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
蛋白胨、酵母粉 (OXOID)
章越，生物工程学报,2004
? 动物细胞培养基
基础培养基, F12,DMEM等
血清 (5-10%)：胎牛 (FBS),小牛 (CS),马 (HS)
水：超纯水
其它,NaHCO3（ CO2）、抗生素
GONG,J,B,B,2003
本章小节：
? 培养基 — 菌体生长所需的营养以及其它必须的条件
? 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
? 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、了解其中的
方法
