定义：人们提供微生物生长繁殖和合成各种代谢产物需要的多种营养物质的混合物。 成分和配比：生长、发育、代谢及产物积累，乃至发酵工业的生产工艺都有很大影响。 1、培养基的类型：
? 根据营养物质来源
? 天然培养基： 采用化学成分还不清楚不稳定的植物浸出物，水解液制成 ? 合成培养基： 化学成分和数量完全不同的物质配成的
? 半合成培养基：一部分天然有机物体作碳、氮源，再加入一些化学药品作无
机盐。
? 根据在生产中的用途不同分（重点）
? 孢子培养基：制备孢子用。
? 要求：能形成大量优质孢子，且不能引起菌种变异 ? 通常：基质浓度（特别N）要低，否则影响孢子形成；
无机盐浓度要适量，否则影响孢子的数量和质量。
? 常用Medium：麸皮培养基、大（小）米培养基等
? 种子培养基：供孢子发芽和菌体生长繁殖用
? 要求：营养成分应是易被菌体吸收利用的，同时比较丰富和完整 ? 通常：N和维生素略高些，总浓度略稀薄 ? 培养基组成随菌种的不同而不同。
? 应考虑种子培养基与发酵培养基组成的内在联系
? 发酵培养基：供菌体生长繁殖和合成大量代谢产物
? 要求：组成丰富完整；浓度、粘度适中；利于菌体生长，合成大量
代谢产物
? 培养基组成须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不出现大的波动
2、发酵培养基的组成：
① 碳源：构成菌体和产物的碳架及能量来源。 单糖、多糖；玉米淀粉及其水解液等等
② 氮源：凡是构成微生物细胞本身的物质或代谢产物中氮素来源的营养物质。 有机氮和无机氮
③ 无机盐和微量元素：微生物的生长、繁殖和产物形成需要各种无机盐和微量元素。
? 生理功能：构成菌体原生质的成分（如磷、硫等）；作为酶的组成成分或酶
的活性（镁、铁、锰、锌、钴等）；调节细胞的渗透压和影响细胞膜的通透性（NaCl、KCl等）；参与产物的生物合成等。 ? 对微量元素要求是极微的（ug/ml）
④ 生长因子：是一类微生物维持正常生活不可缺少，且自身又不能合成的微量有机化
合物。
维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶的衍生物以及脂肪酸等
⑤ 水：是培养基的主要组成成分。
? 构成菌体细胞的主要成分 ? 一切营养物质传递的介质 ? 直接参与许多代谢反应
⑥ 产物形成的诱导物、前体和促进剂：
? 许多胞外酶的合成需要适当的诱导物存在
? 前体：被菌体直接用于产物合成而自身结构无显著改变的物质
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? 在有些发酵过程中，添加促进剂能刺激菌株，提高产量
三、发酵的一般过程
以霉菌发酵为例，发酵的一般过程为：
培养基原料→培养基配制→ 培养基灭菌
↙ ↘ 储备种子→ 摇瓶→ 种子罐→ 生产罐 →培养液 ↓
产品精制、包装←产品提抽← 无细胞醪液← 菌体分离
↓ 菌体
1、菌种：
? 菌种来源：
? 自然界中分离、纯化及选育得到 ? 经基因工程改造后的―工程菌‖
? 保持稳定的高产菌株
? 选育更高产、更高质量的优良菌株 2、种子扩大培养： 定义：将保存在砂土管、冷冻干燥管或冰箱中处于休眠状态的生产菌种接入试管斜面培养基上活化后，再经过茄子瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养，获得一定数量和质量的纯种，这个全过程称为种子扩大培养，这些纯种培养物称为种子。
? 种子制备的方式：
? 菌丝进罐培养 ? 孢子进罐培养
3、发酵：
是在无菌状态下对微生物进行纯种培养，本阶段微生物合成大量的产物，是整个发酵工程的中心环节。
? 要求无菌
? 培养基 ? 空气 ? 中间补料
? 发酵条件的控制
? 温度 ? pH值 ? 罐压 ? 空气流量 ? 搅拌 等等
4、下游处理：
发酵结束后，要对发酵液进行分离和提取精制，将发酵产物制成符合要求的成品 第三节 液体深层发酵 本节主要内容：
一． 发酵的操作方式 二． 发酵工艺控制 三． 发酵设备
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四． 下游加工过程 发酵的操作方式
液体深层发酵主要有分批发酵、连续发酵和补料分批发酵三种类型 1. 分批发酵
定义：营养物和菌种一次加入进行培养，直到结束放罐，中间除了空气进入和尾气排出，与外部没有物料交换。
? 特点：
? 操作简单，除了控制温度和pH及通气以外，不进行任何其他控制
? 从细胞所处的环境看，发酵初期营养物质过多，可能抑制微生物生长；发
酵中后期又可能因为营养物减少而降低培养效率
? 从细胞的增殖来看，初期浓度低，增长慢；后期浓度高，但营养物浓度低，
也生长不快；总的生长能力不是很高。
? 分批发酵的具体操作过程：
? 种子培养系统开始工作（空消、实消） ? 接种（摇瓶种子接入种子罐）
? 培养（同时进行主发酵罐的准备工作，若为大型发酵罐，则对培养基连消） ? 种子转移到主发酵罐中
? 发酵（控制温度、pH值；搅拌和通气） ? 结束后提取、精制
? 一个发酵周期：（定义）（重点） 发酵的全过程包括空罐灭菌、加入灭过菌的培养基、接种、发酵过程、放罐和洗罐，所需要时间的总和。
微生物分批培养的生长曲线（图）
? 延滞期：细胞浓度的增加不明显 ? 加速期：（短暂）细胞开始大量繁殖
? 指数生长期：细胞浓度随培养时间呈指数增长 ? 减速期：细胞的生长速率逐渐下降 ? 静止期（稳定期）：细胞浓度不再增大 ? 衰亡期：活细胞浓度不断下降 2. 连续发酵
? 定义：以一定的速度向发酵罐内添加新鲜培养基，同时以相同速度流出培养液，从
而使发酵罐内的液量维持恒定，微生物在稳定状态下生长。 ? 特点：
? 稳定状态可以有效的延长分批培养中的对数期
? 在稳定状态下，微生物所处的环境条件都能保持相对恒定 ? 微生物细胞的浓度及其比生长速率可维持不变 ? 可根据需要调节生长速度
分类：按反应器的形状分类、罐式反应器、管式反应器 连续发酵的控制方式
? 恒浊器（turbidostat）法：
? 利用浊度来检测细胞的生长状况，通过自控仪表调节输入料液的流量，以控
制培养液中的菌体浓度达到恒定值
? 恒化器（chemostat）法
? 与恒浊器法相似之处是维持一定的体积，不同之处是菌体的密度不是直接控
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制的，而是通过恒定输入的养料中某一种生长限制基质的浓度来控制
与分批发酵相比，优缺点
? 优点：
– 能保持稳定状态，利于微生物的生长代谢 – 有利于实现机械化和自动化 – 减少非生产占用的时间
– 灭菌次数减少，测量仪器探头寿命延长 – 容易优化工艺，提高发酵产率
? 缺点：
– 开放系统，周期长，易染菌 – 周期长，菌体易变异
– 对设备、仪器及控制元器件的技术要求较高 – 黏性丝状菌不适宜此种发酵方式 – 原料的利用率较低
连续发酵的应用
? 目前主要用于研究工作中， ? 工业应用不多
– 面包酵母的生产 – 饲料酵母的生产
– 有机废水的活性污泥处理等
3. 补料分批发酵
? 定义：是介于分批发酵和连续发酵之间的一种发酵技术，是指在微生物分批发酵中，
以某种方式向培养系统补加一定物料的培养技术，又称半连续发酵 ? 特点：
? 营养物浓度可以较长时间的保持在一定范围
? 可保证微生物的生长需要，不造成不利影响，从而提高产率
? 分两种类型：
? 单一补料分批发酵：在开始时投入一定量的基础培养基，到发酵过程的适当
时期，开始连续补加碳源、氮源和其他的必需基质，直到发酵液体积达到发酵罐最大操作容积后，停止补料，最后将发酵液一次全部放出。
? 特点：受罐容积的限制
? 反复补料分批发酵：在单一补料分批发酵的基础上，每隔一定时间按一定比
例放出一部分发酵液，使发酵液体积始终不超过发酵罐的最大操作容积，从而在理论上可以延长发酵周期，直至发酵产率明显下降，才最终将发酵液全部放出。
? 特点：保留了优点，避免了缺点
补料分批发酵的优点
? 同分批发酵相比：
? 可以解除营养物基质的抑制、产物反馈抑制和葡萄糖效应；
? 葡萄糖效应：葡萄糖被快速分解代谢，所积累的产物在抑制所需产
物合成的同时，也抑制了其它一些碳源、氮源的分解利用。（葡萄糖分解阻遏效应）
? 可以避免在分批发酵中因糖过多，造成细胞大量生长，耗氧过多，以致通风
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搅拌设备不能匹配的状况；
? 可以减少菌体量，提高有用产物的转化率。
? 同连续发酵相比：
? 不会产生菌种老化和变异 ? 周期较短，染菌的机率较小 ? 适用范围最广
二、发酵工艺控制
? 反映发酵过程变化的参数有两类：
? 直接参数：可以直接采用特定的传感器检测的参数，包括反映物理环境和化
学环境变化的参数。
如温度、压力、搅拌功率、转速、泡沫、发酵液粘度、浊度、pH值、离子浓度、溶解氧、基质浓度等
? 间接参数：难于用传感器检测的参数。
如细胞生长速率、产物合成速率和呼吸商等
? 对发酵过程影响较大的主要有： 温度、pH值、溶解氧浓度 1、温度
? 温度对发酵过程的影响：
? 酶反应速率
? T↑→速率↑ (酶反应常数k↑)→产物生成↑→衰老速率↑ 〔在
温度相对范围内〕
? 发酵液中的溶解氧→ 发酵
? 25℃ 1大气压，纯水中溶解氧为0.25mmol/l在发酵液中为
0.20mmol/l.
? 一般情况T↑溶解氧下降。
? 影响微生物的合成方向
? 同一微生物，不同温度，发酵产物不同。
? 金色链霉菌温度低（<30℃）时产金霉素，温度高（>30℃）时产四
环素。
? 谷氨酸发酵：32-36 ℃是谷氨酸；36 ℃以上是乳酸
? 影响微生物酶系及酶特性 ：
? 酪液的理化性质，如粘度、渗透压等
最低、最适、最高生长温度
? 最适发酵温度：该温度范围内最适宜于微生物的生长以及产物的形成。
? 菌种不同，最适温度不同；(如bacteria、yeasts) ? 培养条件、菌体的生长阶段不同，最适温度不同 （如terramycin fermentation）
? 最低、最高生长温度 影响温度变化的因素（了解）
? 生物热 、搅拌热 、蒸发热、辐射热等
? Q 发酵=Q 生物+Q 搅拌-Q 蒸发±Q辐射 温度的控制：通过热水、冷水或蒸汽等 调节 2、pH值
pH值与微生物之间的关系
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