第五发酵工业培养基设计赤峰工业职业技术学院精要.ppt

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 改进后培养基的发酵结果 响应面优化培养基配方 1、确定主要因素 Plackett-Burman设计法 Plackett-Burman设计 Plackett-Burman试验就是筛选试验设计。 针对因子数较多，且未确定众因子相对于响应变量的显著影响，采用的试验设计方法。 通过对每个因子取两水平来进行分析，通过比较各个因子两水平的差异与整体的差异来确定因子的显著性。 筛选试验设计不能区分主效应与交互作用的影响，但对显著影响的因子可以确定出来，从而达到筛选的目的，避免在后期的优化试验中由于因子数太多或部分因子不显著而浪费试验资源。 近饱和的 2 水平设计方法，高水平取低水平的1.25倍，设计实验。 用统计软件处理实验数据，根据 PB 实验结果筛选主要因素，进一步用爬坡试验逼近最佳值。 2、确定实验点 根据Box-Benhnken中心组合实验设计原理，进行响应面分析实验。确定最佳实验点和预测最佳响应值。 响应面分析 试验设计与优化方法，都未能给出直观的图形，因而也不能凭直觉观察其最优化点，虽然能找出最优值，但难以直观地判别优化区域。为此响应面分析法（也称响应曲面法）应运而生。响应面分析也是一种最优化方法，它是将体系的响应（如发酵过程中的工艺条件）作为一个或多个因素（如基质浓度、酸度等）的函数，运用图形技术将这种函数关系显示出来，以供我们凭借直觉的观察来选择试验设计中的最优化条件。 数理统计学在培养优化中的应用， 响应面法优化培养基 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→CaHPO4+Na2CO3 本章小节 培养基: 菌体生长所需的营养及其它必须的条件 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 Thank you for your attention ! 尿素： ①成分单一的有机氮； ②在青霉素和谷氨酸生产中使用，可使α-酮戊 二酸还原并氨基化，提高谷氨酸的生产。 氨基酸： ①缬氨酸（氮源、前体物）加入可以提高红霉素 的发酵单位； ②甲硫氨酸和苏氨酸可提高赖氨酸的产量； ③甘氨酸（前体物）可以提高L-丝氨酸的产量； ④缬氨酸、半胱氨酸和α-氨基己二酸可以提高青 霉素和头孢菌素的产量 。 氮源使用注意问题： 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。 有机氮源选取时也要考虑微