第3章_發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基設(shè)計(jì)

1、第第3 3章章 發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基設(shè)計(jì)發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基設(shè)計(jì)北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院生物科學(xué)與工程系生物科學(xué)與工程系發(fā)酵工程適應(yīng)于大規(guī)模工業(yè)微生物發(fā)酵的培養(yǎng)基的共性：適應(yīng)于大規(guī)模工業(yè)微生物發(fā)酵的培養(yǎng)基的共性：?jiǎn)挝慌囵B(yǎng)基能夠產(chǎn)生單位培養(yǎng)基能夠產(chǎn)生最大量的目的產(chǎn)物最大量的目的產(chǎn)物；能夠使目的產(chǎn)物的能夠使目的產(chǎn)物的合成速率最大合成速率最大；能夠使能夠使副產(chǎn)物副產(chǎn)物合成的量合成的量少少；所采用的培養(yǎng)基應(yīng)該所采用的培養(yǎng)基應(yīng)該質(zhì)量穩(wěn)定、價(jià)格低廉、質(zhì)量穩(wěn)定、價(jià)格低廉、易于長(zhǎng)期獲得易于長(zhǎng)期獲得；所采用的培養(yǎng)基盡量所采用的培養(yǎng)基盡量不影響不影響工業(yè)好氣發(fā)酵中工業(yè)好氣發(fā)酵中的的通氣攪拌

2、性能通氣攪拌性能以及發(fā)酵產(chǎn)物的以及發(fā)酵產(chǎn)物的后處理后處理等。等。3.1 3.1 發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基的基本要求發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基的基本要求設(shè)計(jì)適宜于工業(yè)大規(guī)模發(fā)酵的培養(yǎng)基應(yīng)遵循以下原則：設(shè)計(jì)適宜于工業(yè)大規(guī)模發(fā)酵的培養(yǎng)基應(yīng)遵循以下原則： 必須提供合成微生物細(xì)胞和發(fā)酵產(chǎn)物的基本成分。必須提供合成微生物細(xì)胞和發(fā)酵產(chǎn)物的基本成分。 有利于減少培養(yǎng)基原料的單耗，即提高單位營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率。有利于減少培養(yǎng)基原料的單耗，即提高單位營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率。 有利于提高產(chǎn)物的濃度，以提高單位容積發(fā)酵罐的生產(chǎn)能力。有利于提高產(chǎn)物的濃度，以提高單位容積發(fā)酵罐的生產(chǎn)能力。 有利于提高產(chǎn)物的合成速度，縮短發(fā)酵周期。有利于提高產(chǎn)物的合成

3、速度，縮短發(fā)酵周期。 盡量減少副產(chǎn)物的形成，便于產(chǎn)物的分離純化，并盡可能減少盡量減少副產(chǎn)物的形成，便于產(chǎn)物的分離純化，并盡可能減少 “三廢三廢”物質(zhì)的產(chǎn)生。物質(zhì)的產(chǎn)生。 原料價(jià)格低廉，質(zhì)量穩(wěn)定，取材容易。原料價(jià)格低廉，質(zhì)量穩(wěn)定，取材容易。 所用原料盡可能減少對(duì)發(fā)酵過(guò)程中通氣攪拌的影響，利于提高所用原料盡可能減少對(duì)發(fā)酵過(guò)程中通氣攪拌的影響，利于提高氧的利用率，降低能耗。氧的利用率，降低能耗。3.23.2發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基的成分及來(lái)源發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基的成分及來(lái)源微生物及微生物及組成成分組成成分細(xì)菌細(xì)菌%酵母菌酵母菌%霉菌霉菌%微生物及微生物及組成成分組成成分細(xì)菌細(xì)菌%酵母菌酵母菌%霉菌霉菌%水分水分75

4、8570808590核酸核酸10206815蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)508032751420脂類(lèi)脂類(lèi)520215440碳水化合物碳水化合物12282763740無(wú)機(jī)鹽無(wú)機(jī)鹽23047612微生物細(xì)胞的化學(xué)成分微生物細(xì)胞的化學(xué)成分 微生物細(xì)胞含微生物細(xì)胞含80%左右的水分和左右的水分和20%左右的干物質(zhì)。在左右的干物質(zhì)。在其干物質(zhì)中，碳元素約占其干物質(zhì)中，碳元素約占50%，氮元素約占，氮元素約占513%，礦物，礦物質(zhì)元素約占質(zhì)元素約占310%。3.23.2發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基的成分及來(lái)源發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基的成分及來(lái)源3.2.1 碳源碳源(carbon source) 提供微生物菌體生長(zhǎng)繁殖所需的能源以及合成菌提供微生

5、物菌體生長(zhǎng)繁殖所需的能源以及合成菌體所需的碳骨架；提供菌體合成目的產(chǎn)物的原料。體所需的碳骨架；提供菌體合成目的產(chǎn)物的原料。 糖類(lèi)、油脂、有機(jī)酸和低碳醇等。碳源貧乏時(shí)，糖類(lèi)、油脂、有機(jī)酸和低碳醇等。碳源貧乏時(shí)，可利用蛋白質(zhì)水解物或氨基酸等作為碳源。可利用蛋白質(zhì)水解物或氨基酸等作為碳源。 CO23.23.2發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基的成分及來(lái)源發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基的成分及來(lái)源葡萄糖葡萄糖(glucose) 最容易利用的碳源之一，幾乎所有微生物都最容易利用的碳源之一，幾乎所有微生物都能利用葡萄糖。是一種能利用葡萄糖。是一種速效碳源速效碳源，但過(guò)多的葡萄，但過(guò)多的葡萄糖會(huì)過(guò)分加速菌體的呼吸，以致培養(yǎng)基中的溶解糖會(huì)過(guò)分加

6、速菌體的呼吸，以致培養(yǎng)基中的溶解氧不能滿足需要，使一些中間代謝物（如丙酮酸、氧不能滿足需要，使一些中間代謝物（如丙酮酸、乳酸、乙酸等）不能完全氧化而積累在菌體或培乳酸、乙酸等）不能完全氧化而積累在菌體或培養(yǎng)基中，導(dǎo)致養(yǎng)基中，導(dǎo)致pH下降，影響某些酶的活性，從而下降，影響某些酶的活性，從而抑制微生物的生長(zhǎng)和產(chǎn)物的合成。抑制微生物的生長(zhǎng)和產(chǎn)物的合成。3.23.2發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基的成分及來(lái)源發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基的成分及來(lái)源淀粉淀粉(starch) 一般經(jīng)過(guò)菌體產(chǎn)生的胞外酶水解成單糖后被一般經(jīng)過(guò)菌體產(chǎn)生的胞外酶水解成單糖后被吸收利用。吸收利用。 也可以經(jīng)過(guò)淀粉酶和糖化酶的液化和糖化作也可以經(jīng)過(guò)淀粉酶和糖化酶的

7、液化和糖化作用，變成葡萄糖之后再用于發(fā)酵的碳源。用，變成葡萄糖之后再用于發(fā)酵的碳源。淀粉水解糖淀粉水解糖結(jié)晶葡萄糖結(jié)晶葡萄糖玉米玉米玉米漿玉米漿玉米淀粉玉米淀粉3.23.2發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基的成分及來(lái)源發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基的成分及來(lái)源纖維素纖維素(cellulose) 一般先水解成葡萄糖再被微生物利用。是今一般先水解成葡萄糖再被微生物利用。是今后工業(yè)生物技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。后工業(yè)生物技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。Energy Crops: Miscanthus3.23.2發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基的成分及來(lái)源發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基的成分及來(lái)源糖蜜糖蜜(molasses) 是制糖生產(chǎn)時(shí)的結(jié)晶母液，是制糖工業(yè)的副是制糖生產(chǎn)時(shí)的結(jié)晶母液，是制糖工

8、業(yè)的副產(chǎn)物。主要成分是產(chǎn)物。主要成分是蔗糖蔗糖 含有豐富的糖、氮類(lèi)化合物、無(wú)機(jī)鹽和維生含有豐富的糖、氮類(lèi)化合物、無(wú)機(jī)鹽和維生素等，是物美價(jià)廉的碳源。素等，是物美價(jià)廉的碳源。 多用于酵母發(fā)酵、抗生素生產(chǎn)過(guò)程中的碳源。多用于酵母發(fā)酵、抗生素生產(chǎn)過(guò)程中的碳源。3.23.2發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基的成分及來(lái)源發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基的成分及來(lái)源油和脂肪油和脂肪(lipid) 菌種需要有較高的脂肪酶活性菌種需要有較高的脂肪酶活性 在許多抗生素的發(fā)酵培養(yǎng)基中需要加入油脂，頭孢菌在許多抗生素的發(fā)酵培養(yǎng)基中需要加入油脂，頭孢菌素素C，頭霉素，紅霉素，頭霉素，紅霉素， （2012年健康元地溝油事件）年健康元地溝油事件）3.23.2

9、發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基的成分及來(lái)源發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基的成分及來(lái)源有機(jī)酸有機(jī)酸(organic acids) 乳酸、乙酸、檸檬酸、蘋(píng)果酸、琥珀酸等乳酸、乙酸、檸檬酸、蘋(píng)果酸、琥珀酸等 有機(jī)酸鹽的使用，往往會(huì)使發(fā)酵液有機(jī)酸鹽的使用，往往會(huì)使發(fā)酵液pH上升上升 重組大腸桿菌培養(yǎng)基中加入檸檬酸、蘋(píng)果酸等重組大腸桿菌培養(yǎng)基中加入檸檬酸、蘋(píng)果酸等TCA循環(huán)循環(huán)羧酸作為碳源，可以減少羧酸作為碳源，可以減少“葡萄糖效應(yīng)葡萄糖效應(yīng)”。http:/ & alcohols) 石油副產(chǎn)品作為碳源進(jìn)行單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)石油副產(chǎn)品作為碳源進(jìn)行單細(xì)胞蛋白生產(chǎn) 例例:畢赤酵母（畢赤酵母（Pichia）以甲醇為碳源進(jìn)行生長(zhǎng)。）以甲醇為

10、碳源進(jìn)行生長(zhǎng)。3.23.2發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基的成分及來(lái)源發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基的成分及來(lái)源發(fā)酵行業(yè)的廢水發(fā)酵行業(yè)的廢水(waste water) 用某些酵母發(fā)酵生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白用某些酵母發(fā)酵生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白或用于制造生物柴油的油脂?；蛴糜谥圃焐锊裼偷挠椭?。 同時(shí)，廢水同時(shí)，廢水BOD、COD指標(biāo)下降。指標(biāo)下降。 BOD（Biochemical Oxygen Demand） COD（Chemical Oxygen Demand）http:/www.biotechnologie.de/BIO/Redaktion/Bilder/de/Newsfotos/hefe-yarrowia-lipo,property=bi

11、ld,bereich=bio,sprache=de.jpg3.23.2發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基的成分及來(lái)源發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基的成分及來(lái)源3.2.2 氮源氮源(nitrogen source)有機(jī)氮源有機(jī)氮源蛋白胨、酵母粉、玉米漿、黃豆餅粉、魚(yú)粉蛋白胨、酵母粉、玉米漿、黃豆餅粉、魚(yú)粉被微生物分泌的蛋白酶作用下，水解成氨基酸并進(jìn)而吸收利用。被微生物分泌的蛋白酶作用下，水解成氨基酸并進(jìn)而吸收利用。除蛋白質(zhì)、多肽和游離氨基酸外，往往還含有少量糖類(lèi)、脂肪、除蛋白質(zhì)、多肽和游離氨基酸外，往往還含有少量糖類(lèi)、脂肪、無(wú)機(jī)鹽、維生素和某些生長(zhǎng)因子。無(wú)機(jī)鹽、維生素和某些生長(zhǎng)因子。尿素也是一種有機(jī)氮源。尿素也是一種有機(jī)氮源。玉米

12、漿（玉米漿（corn steep liquor） 玉米淀粉生產(chǎn)中的副產(chǎn)物，是一種容易被微生物利用玉米淀粉生產(chǎn)中的副產(chǎn)物，是一種容易被微生物利用的良好氮源。廉價(jià)、的良好氮源。廉價(jià)、pH4.0 氮源中的某些氨基酸是合成氮源中的某些氨基酸是合成-內(nèi)酰胺類(lèi)抗生素的前體。內(nèi)酰胺類(lèi)抗生素的前體。http:/ 元/噸http:/ 銨鹽、硝酸鹽、氨水等銨鹽、硝酸鹽、氨水等 氨水除了常作為氨水除了常作為pH調(diào)節(jié)劑，也是一種容易被利用的調(diào)節(jié)劑，也是一種容易被利用的氮源。氮源。 微生物對(duì)無(wú)機(jī)氮源的吸收利用一般較快，也稱(chēng)為速效微生物對(duì)無(wú)機(jī)氮源的吸收利用一般較快，也稱(chēng)為速效氮源。但常引起發(fā)酵液氮源。但常引起發(fā)酵液pH的

13、變化。的變化。3.23.2發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基的成分及來(lái)源發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基的成分及來(lái)源3.2.3 無(wú)機(jī)鹽及微量元素?zé)o機(jī)鹽及微量元素 磷、鎂、硫、鉀、鈉、鐵、氯、錳、鋅、鈷等磷、鎂、硫、鉀、鈉、鐵、氯、錳、鋅、鈷等 作為微生物生理活性物質(zhì)的組成或生理活性作用的作為微生物生理活性物質(zhì)的組成或生理活性作用的調(diào)節(jié)物。調(diào)節(jié)物。 一般在低濃度時(shí)對(duì)微生物生長(zhǎng)和產(chǎn)物合成有促進(jìn)作一般在低濃度時(shí)對(duì)微生物生長(zhǎng)和產(chǎn)物合成有促進(jìn)作用，在高濃度時(shí)常表現(xiàn)出抑制作用。用，在高濃度時(shí)常表現(xiàn)出抑制作用。 磷、鎂、硫、鉀、鈉、氯等多以鹽（如硫酸鎂、磷磷、鎂、硫、鉀、鈉、氯等多以鹽（如硫酸鎂、磷酸二氫鉀、氯化鉀、碳酸鈣等）的形式加入，而鐵、

14、錳、酸二氫鉀、氯化鉀、碳酸鈣等）的形式加入，而鐵、錳、鋅、鈷等因其需要量小，在復(fù)合培養(yǎng)基中往往已含有，鋅、鈷等因其需要量小，在復(fù)合培養(yǎng)基中往往已含有，很多時(shí)候并不需要單獨(dú)加入。很多時(shí)候并不需要單獨(dú)加入。 磷磷 核酸和蛋白質(zhì)核酸和蛋白質(zhì) 鎂鎂 許多重要酶（己糖磷酸化酶、檸檬酸許多重要酶（己糖磷酸化酶、檸檬酸 脫氫酶、羧化酶等）的激活劑脫氫酶、羧化酶等）的激活劑 硫硫 蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)、- -內(nèi)酰胺抗生素內(nèi)酰胺抗生素 鐵鐵 細(xì)胞色素、過(guò)氧化氫酶等細(xì)胞色素、過(guò)氧化氫酶等 鈷鈷 維生素維生素B B12 12 某些酶的輔基某些酶的輔基3.23.2發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基的成分及來(lái)源發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基的成分及來(lái)源3.2.

15、4 3.2.4 水水潔凈、恒定的水源潔凈、恒定的水源 礦物質(zhì)影響發(fā)酵（正礦物質(zhì)影響發(fā)酵（正oror負(fù)影響）負(fù)影響） 釀酒工業(yè)釀酒工業(yè)青霉素生產(chǎn)青霉素生產(chǎn)碳鋼發(fā)酵罐碳鋼發(fā)酵罐鐵離子對(duì)青霉素生產(chǎn)不利（鐵離子對(duì)青霉素生產(chǎn)不利（30g/ml）表面樹(shù)脂處理表面樹(shù)脂處理or不銹鋼發(fā)酵罐不銹鋼發(fā)酵罐3.23.2發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基的成分及來(lái)源發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基的成分及來(lái)源3.2.5 生長(zhǎng)條件物質(zhì)生長(zhǎng)條件物質(zhì) 生長(zhǎng)因子生長(zhǎng)因子 凡是微生物生長(zhǎng)不可缺少的微量的有機(jī)物質(zhì)，如氨基酸、凡是微生物生長(zhǎng)不可缺少的微量的有機(jī)物質(zhì)，如氨基酸、嘌呤、維生素嘌呤、維生素 前體前體(precursor)青霉素生產(chǎn)青霉素生產(chǎn)玉米漿中苯乙胺可作

16、為前體合成青霉素，加苯乙酸玉米漿中苯乙胺可作為前體合成青霉素，加苯乙酸 產(chǎn)物合成促進(jìn)劑產(chǎn)物合成促進(jìn)劑 表面活性劑、酶的誘導(dǎo)物表面活性劑、酶的誘導(dǎo)物3.3 3.3 微生物的培養(yǎng)基類(lèi)型微生物的培養(yǎng)基類(lèi)型3.3 3.3 培養(yǎng)基類(lèi)型培養(yǎng)基類(lèi)型 3.3.1 3.3.1 斜面培養(yǎng)基斜面培養(yǎng)基 供微生物生長(zhǎng)繁殖或保藏菌種用，供微生物生長(zhǎng)繁殖或保藏菌種用，富含有機(jī)氮源富含有機(jī)氮源。 3.3.2 3.3.2 種子培養(yǎng)基種子培養(yǎng)基 短時(shí)間內(nèi)獲得數(shù)量多、質(zhì)量高的大量菌種，以滿足發(fā)酵生短時(shí)間內(nèi)獲得數(shù)量多、質(zhì)量高的大量菌種，以滿足發(fā)酵生產(chǎn)的需要。須含有較完全和豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，特別是充足的氮產(chǎn)的需要。須含有較完全和豐富的

17、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，特別是充足的氮源和必需的生長(zhǎng)因子。由于源和必需的生長(zhǎng)因子。由于培養(yǎng)時(shí)間短，且不要求積累產(chǎn)物培養(yǎng)時(shí)間短，且不要求積累產(chǎn)物，各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度不需要太高。可添加一些容易被吸收利用各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度不需要太高。可添加一些容易被吸收利用的碳源和氮源，如葡萄糖、硫酸銨、尿素、玉米漿、蛋白胨等。的碳源和氮源，如葡萄糖、硫酸銨、尿素、玉米漿、蛋白胨等。為縮短發(fā)酵階段延遲期，為縮短發(fā)酵階段延遲期，其主要成分應(yīng)和發(fā)酵培養(yǎng)基接近其主要成分應(yīng)和發(fā)酵培養(yǎng)基接近。 3.3.3 3.3.3 發(fā)酵培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基 是發(fā)酵生產(chǎn)中最主要的培養(yǎng)基，是發(fā)酵生產(chǎn)中最主要的培養(yǎng)基，是為了最大限度獲得目的是為了最大限度獲得目的

18、產(chǎn)物產(chǎn)物。應(yīng)根據(jù)菌體自身生長(zhǎng)規(guī)律、產(chǎn)物合成的特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)。應(yīng)根據(jù)菌體自身生長(zhǎng)規(guī)律、產(chǎn)物合成的特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)。3.4 3.4 發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)原理與優(yōu)化方法發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)原理與優(yōu)化方法3.4.1 發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)原理發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)原理 首先確定培養(yǎng)基的組成成分，然后確定各組首先確定培養(yǎng)基的組成成分，然后確定各組分之間的最佳配比。分之間的最佳配比。 目前無(wú)法完全從生化反應(yīng)的基本原理來(lái)推斷目前無(wú)法完全從生化反應(yīng)的基本原理來(lái)推斷和計(jì)算出某一菌種的培養(yǎng)基配方，只能用生物化和計(jì)算出某一菌種的培養(yǎng)基配方，只能用生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、微生物學(xué)等學(xué)科的學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、微生物學(xué)等學(xué)科的基本原理基本原理，參照文獻(xiàn)報(bào)道

19、的某一類(lèi)菌種的參照文獻(xiàn)報(bào)道的某一類(lèi)菌種的經(jīng)驗(yàn)配方經(jīng)驗(yàn)配方，再結(jié)合，再結(jié)合所用所用菌種和產(chǎn)品的特性菌種和產(chǎn)品的特性，采用搖瓶及小型發(fā)酵設(shè)，采用搖瓶及小型發(fā)酵設(shè)備，按照備，按照一定的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)方法一定的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)方法選擇出較為選擇出較為適合的培養(yǎng)基。適合的培養(yǎng)基。 組成微生物的元素包括組成微生物的元素包括C、H、O、N、S、P、Mg和和K（見(jiàn)下表），這些（見(jiàn)下表），這些元素都要在方程式中予以平衡。元素都要在方程式中予以平衡。在培養(yǎng)基中有些元素的含量往往超過(guò)需要量，如P和K。而其它元素含量則接近最低值(如Zn，Cu等)。在許多培養(yǎng)基中增加磷酸鹽濃度，其用意是增加培養(yǎng)基的緩沖容量，這一點(diǎn)，在設(shè)

20、計(jì)培養(yǎng)基時(shí)要引起注意。作出細(xì)胞生長(zhǎng)和產(chǎn)物形成的化學(xué)計(jì)算的平衡：作出細(xì)胞生長(zhǎng)和產(chǎn)物形成的化學(xué)計(jì)算的平衡：碳源和能源碳源和能源 + + 氮源氮源 + + 其他需要其他需要 細(xì)胞細(xì)胞 + + 產(chǎn)物產(chǎn)物 + CO+ CO2 2 + H+ H2 2O + O + 熱量熱量 有些微生物無(wú)力合成的特定營(yíng)養(yǎng)物，如氨基酸、維生素或核苷有些微生物無(wú)力合成的特定營(yíng)養(yǎng)物，如氨基酸、維生素或核苷酸。一旦測(cè)出其中一種是生長(zhǎng)因子，就要在培養(yǎng)基中加入適量的酸。一旦測(cè)出其中一種是生長(zhǎng)因子，就要在培養(yǎng)基中加入適量的純凈的化合物或含有該物質(zhì)的混合物。純凈的化合物或含有該物質(zhì)的混合物。 碳源具有生物合成的底物和能源的雙重作用，在需氧

21、條件下碳源具有生物合成的底物和能源的雙重作用，在需氧條件下，對(duì)碳源的需要量可以從菌體對(duì)底物的產(chǎn)率系數(shù)，對(duì)碳源的需要量可以從菌體對(duì)底物的產(chǎn)率系數(shù)(Yx/s)推算而得。推算而得。 Yx/s的定義是：細(xì)胞干物質(zhì)的產(chǎn)量碳源底物的被利用量的定義是：細(xì)胞干物質(zhì)的產(chǎn)量碳源底物的被利用量 下表中列出了一些下表中列出了一些Yx/s值。如以葡萄糖為底物時(shí)，其值。如以葡萄糖為底物時(shí)，其Y值為值為0.5即表示每即表示每1g葡萄糖能生成葡萄糖能生成0.5g細(xì)胞干物質(zhì)。為要獲得細(xì)胞干物質(zhì)。為要獲得30 g L-1濃度的濃度的細(xì)胞，需要葡萄糖細(xì)胞，需要葡萄糖300.560 g L-1。示例：示例：Wolfgang Mina

22、s, 2011. Institute of Biotechnology, ETH Zrich3.4 3.4 發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)原理與優(yōu)化方法發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)原理與優(yōu)化方法需要考慮的因素：需要考慮的因素：（1 1）菌體的同化能力）菌體的同化能力大分子大分子oror小分子底物？小分子底物？淀粉淀粉oror葡萄糖，蛋白質(zhì)葡萄糖，蛋白質(zhì)oror氨基酸？氨基酸？（2 2）培養(yǎng)基對(duì)菌體代謝的阻遏和誘導(dǎo)）培養(yǎng)基對(duì)菌體代謝的阻遏和誘導(dǎo)葡萄糖效應(yīng)葡萄糖效應(yīng)無(wú)機(jī)氮源對(duì)蛋白酶產(chǎn)生的阻遏無(wú)機(jī)氮源對(duì)蛋白酶產(chǎn)生的阻遏3.4 3.4 發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)原理與優(yōu)化方法發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)原理與優(yōu)化方法（3 3）碳氮比對(duì)菌體代謝調(diào)節(jié)的重要性）碳氮比對(duì)菌體代謝調(diào)節(jié)的重要性氮源多，菌體生長(zhǎng)旺盛，氮源多，菌體生長(zhǎng)旺盛，pHpH偏高，不利于代謝產(chǎn)物積累；偏高，不利于代謝產(chǎn)物積累；碳源多，易形成較低碳源多，易形成較低pHpH；碳源不足，菌體易衰老和自溶。；碳源不足，菌體易衰老和自溶。不同生長(zhǎng)階段對(duì)碳氮比的最適要求不一樣。不同生長(zhǎng)階段對(duì)碳氮比的最適要求不一樣。一般工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基的碳氮比為一般工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基的碳氮比為100100：（：（0.20.22 2），需根據(jù)）