生物工艺学教案及讲稿 9.10.11.12.doc

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1、兰州交通大学化学与生物工程学院生物工艺学教案及讲稿第九讲培养基的设计及优化教学内容：4-3培养基的设计及优化§4-3-1培养基成分选择的原则§4-3-2培养基的优化§4-3-3培养基设计时注意的一些相关问题目的要求：1.掌握培养基成分选择的一些基本原则2.掌握和了解培养基优化中基本方法3.了解培养基设计时注意的一些相关问题教学重点和难点：1、培养基成分选择的一些基本原则2、培养基的优化的常用方法教学方法：课堂讲授为主，自学结合内容提要及课时分配：1、培养基成分选择的原则（30′）2、培养基的优化（50′）3、培养基设计时注意的一些相关问题（20′）主讲教师：授课班

2、级：生物08班授课日期：2010.10.9任课教师：第14页2010-2011学年第一学期兰州交通大学化学与生物工程学院生物工艺学教案及讲稿导入新课：4.3培养基的设计及优化工业化发酵生产中，发酵培养基的设计和优化是十分重要的，因为培养基的成分对产物浓度、菌体生长都有重要的影响。实验设计方法发展至今可供人们根据实验需要来选择的余地也很大。选择培养基成分，设计培养基配方，虽然有一些理论依据，但最终的确定是通过实验的方法获得的。4.3.1培养基成分选择的原则在考虑某一菌种对培养记得总体要求时，在成分选择时应该注意一下几个方面的问题。4.3.1.1菌体的同化能力小分子物

3、质能够通过细胞膜进入细胞内进行代谢。大分子物质则需要相应的水解酶才能利用。由于微生物来源和种类的不同，能分泌的水解酶系不一样，所以利用的的物质也不一样，所以必须要充分考虑微生物的同化能力。葡萄糖是几乎所有微生物都能利用的碳源，因此在选择培养基时一般优先加以考虑。工业生产中一般采用淀粉水解糖——糖化过程，得到的糖液称为淀粉水解糖。目前淀粉水解糖的制备方法分为酸法、酸酶法和双酶法，其中以双酶发制得的糖液质量最好。许多有机氮源都是很复杂的大分子蛋白质。有些微生物缺乏蛋白分解酶，不能直接分解蛋白质必须将有机氮源水解后才能被利用。4.3.1.2代谢的阻遏和诱导在配制培养基考

4、虑碳源和氮源时，应该根据微生物的特性和培养的目的，注意快速利用的碳（氮）源和慢速利用的碳（氮）源的相互配合。对于快速利用的碳（氮）源，当菌体利用葡萄糖时产生的分解代谢产物会阻遏或抑制某些产物合成所需酶系的形成或酶的活性，即发生葡萄糖效应4.3.1.3合适的C、N比培养基中碳氮比对微生物生长繁殖和产物合成的影响极为显著。氮源过多，菌体生长旺盛，pH偏高，不利于代谢产物的积累；氮源不足，菌体繁殖量少，从而影响产量。碳源不足，容易引起菌体的衰老和自溶碳氮比不当还会引起菌体按比例的吸收营养物质，从而直接影响菌体的生长和产物的合成。任课教师：第14页2010-2011学年第

5、一学期兰州交通大学化学与生物工程学院生物工艺学教案及讲稿微生物在不同的生长阶段，其对碳氮比的最适要求也不一样。4.3.1.4pH的要求pH对于微生物的生长是一个极为重要的环境因子，在配制培养基培养基选取营养物质时，也要考虑其代谢后对培养体系pH缓冲体系的影响，保证整个发酵过程中的pH处于较为适宜的状态。4.3.2培养基优化4.3.2.1试验设计　　在工业化发酵生产中，发酵培养基的设计是十分重要的，因为培养基的成分对产物浓度、菌体生长都有重要的影响。实验设计方法发展至今可供人们根据实验需要来选择的余地也很大。①单因素法（Oneatatime）　　单因素方法的基本原理

6、是保持培养基中其他所有组分的浓度不变，每次只研究一个组分的不同水平对发酵性能的影响。优点是简单、容易，结果很明了，培养基组分的个体效应从图表上很明显地看出来，而不需要统计分析。这种策略的主要缺点是：忽略了组分间的交互作用，可能会完全丢失最适宜的条件；不能考察因素的主次关系；当考察的实验因素较多时，需要大量的实验和较长的实验周期。但由于它的容易和方便，单因素方法一直以来都是培养基组分优化的最流行的选择之一。②均匀设计(Uniformdesign)　　均匀设计是我国数学家方开泰等独创的将数论与多元统计相结合而建立起来的一种试验方法。这一成果已在我国许多行业中取得了重大

7、成果。均匀设计最适合于多因素多水平试验，可使试验处理数目减小到最小程度，仅等于因素水平个数。虽然均匀设计节省了大量的试验处理，但仍能反映事物变化的主要规律。③正交实验设计（Orthogonaldesign）正交设计就是从“均匀分散、整齐可比”的角度出发，是以拉丁方理论和群论为基础，用正交表来安排少量的试验，从多个因素中分析出哪些是主要的，哪些是次要的，以及它们对实验的影响规律，从而找出较优的工艺条件。正交实验不能在给出的整个区域上找到因素和响应值之间的一个明确的函数表达式即回归方程，从而无法找到整个区域上因素的最佳组合和响应值的最优值。而且对于多因素多水平试验，仍

8、需要做大量