4徐瑩2011生物工藝學(xué)－第4章 微生物培養(yǎng)基.ppt

2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,1,第四章 微生物培養(yǎng)基,生物工藝學(xué),2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,2,第一節(jié) 培養(yǎng)基的類型及功能 第二節(jié) 發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源 第三節(jié) 培養(yǎng)基的設(shè)計 第四節(jié) 培養(yǎng)基優(yōu)化,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,3,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,4,第一節(jié) 培養(yǎng)基的類型及功能,類型 分類依據(jù) 類型 組成物質(zhì)的純度 天然、合成、半合成 培養(yǎng)基物理狀態(tài) 液體、固體、半液體 培養(yǎng)基的成分和目的 基本、完全、鑒別、選擇 用途 孢子、種子、發(fā)酵,重點講,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,5,孢子培養(yǎng)基 供菌種繁殖孢子。 要求： 營養(yǎng)不要豐富； 灰色鏈霉菌在葡萄糖-硝酸鹽-其他鹽的培養(yǎng)基上都能很好地生長和產(chǎn)孢子，但若加入0.5酵母膏或酪蛋白后，就只長菌體而不產(chǎn)孢子； 無機鹽濃度適量； pH 和濕度。,按用途分類 孢子培養(yǎng)基 種子培養(yǎng)基 發(fā)酵培養(yǎng)基,生產(chǎn)上常用的孢子培養(yǎng)基：麩皮、小米、大米、玉米碎屑和用葡萄糖、蛋白胨、牛肉膏和食鹽等配制的瓊脂斜面培養(yǎng)基。 麩皮、大米和小米常用作霉菌孢子培養(yǎng)基。,種子培養(yǎng)基 供孢子發(fā)芽、生長、和大量繁殖菌絲體。 要求：營養(yǎng)豐富，稀薄些，pH。 發(fā)酵培養(yǎng)基 供菌體生長、繁殖和合成產(chǎn)物。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,6,第二節(jié) 發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來源,大規(guī)模發(fā)酵的培養(yǎng)基特點： 滿足產(chǎn)物最經(jīng)濟的合成； 副產(chǎn)物少； 因地制宜、價格低廉，且性能穩(wěn)定、資源豐富，便于采購運輸，適合儲藏； 滿足總體工藝的要求，如不應(yīng)該影響通氣、提取、純化及廢物處理等。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,7,發(fā)酵培養(yǎng)基需要的成分：,碳源 氮源 無機鹽類 特殊生長因子 水 ，,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,8,一、 碳源,(一)定義：凡可被用來構(gòu)成細胞物質(zhì)或代謝產(chǎn)物中 碳素來源的營養(yǎng)物質(zhì)。,(二)功能： 能源物質(zhì) 構(gòu)成菌體和代謝產(chǎn)物,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,9,(三)含碳化合物種類: 無機：如CO2和碳酸鹽等。 有機：糖與糖的衍生物 單糖；飴糖 多糖：如淀粉、麩皮、米糠等 脂類、醇類、有機酸、芳香族化合物、 烴類 各種含氮的化合物。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,10,微生物的碳源譜,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,11,(四) 常用碳源 利用廣泛性： 糖類醇類有機酸和脂類等 特殊：如碳源貧乏時,蛋白質(zhì)水解物或氨 基酸等也可作為碳源使用。,最廣泛利用的碳源,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,12,目前在發(fā)酵工業(yè)中用做碳源的主要物質(zhì)：葡萄糖、糖蜜和淀粉糊精等 1)葡萄糖： 最容易利用的碳源, 速效碳源。 但，過多的葡萄糖抑制微生物的生長和產(chǎn)物的合成。 因為：溶氧、中間產(chǎn)物等,1 糖類,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,13,葡萄糖效應(yīng)又稱葡萄糖阻遏或分解代謝產(chǎn)生阻遏作用。葡萄糖或某些容易利用的碳源，其分解代謝產(chǎn)物阻遏某些誘導(dǎo)酶體系編碼的基因轉(zhuǎn)錄的現(xiàn)象。 如E.coli培養(yǎng)在含葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)基上，在葡萄糖沒有被利用完之前，乳糖操縱子就一直被阻遏，乳糖不能被利用，這是因為葡萄糖的分解物引起的，直到葡萄糖被利用完后，乳糖操縱子才進行轉(zhuǎn)錄，形成利用乳糖的酶。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,14,2)糖蜜： 制糖工業(yè)副產(chǎn)物 價廉物美的碳源 常用在酵母和丙酮丁醇、抗生素等。 酒精生產(chǎn)中若用糖蜜代替甘薯粉，則可省去蒸煮、糖化等過程，簡化了酒精生產(chǎn)工藝。,甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜,主要含有蔗糖，總糖可達5075,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,15,3)淀粉糊精等多糖： 也是常用的，一般都要經(jīng)過菌體產(chǎn)生的胞外酶水解成單糖后再被吸收利用。 遲效碳源，克服葡萄糖代謝過快的弊??； 價廉 常用：玉米淀粉、小麥淀粉和甘薯淀粉。 4)麩皮、各種米糠等,玉米粉、山芋粉、野生植物淀粉等,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,16,碳源物質(zhì)的易利用順序,葡萄糖（單）蔗糖、麥芽糖、乳糖 （雙）糊精淀粉,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,17,2 油和脂肪 被脂肪酶水解為甘油和脂肪酸，在溶解氧的參與下，進一步氧化成CO2和H2O，放能。 作為碳源時，要供給比糖代謝更多的氧。 常用：豆油、菜油、葵花子油、豬油、魚油、 棉子油等。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,18,3 有機酸（鹽） 一些微生物利用有機酸(如乳酸、檸檬酸、乙酸等) 有機酸（鹽）的利用，pH上升。 以醋酸鹽為碳源時 CH3COONa+2O22C02+H2O+NaOH,不同的碳源在分解氧化時，對pH的影響各不相同。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,19,4 烴和醇類 正烷烴(一般指從石油裂解中得到的1418碳的直鏈烷烴混合物)。已用于：有機酸、氨基酸、維生素、抗生素和酶制劑。 乙醇代糧發(fā)酵。有的微生物以乙醇作碳源，菌體收得率高于葡萄糖作碳源的。 如某些生產(chǎn)單細胞蛋白。,代糧發(fā)酵：纖維素、石油、CO2、H2,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,20,生產(chǎn)疫苗時，通常用牛血清蛋白、牛肉汁等蛋白質(zhì)作為碳源。 甲醇作為底物生產(chǎn)單細胞蛋白（SCP） 另外，有些有毒的含碳物質(zhì)如氰化物、酚等也能被某些細菌分解與利用，可以利用這類細菌來處理它們，主要在環(huán)保上應(yīng)用。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,21,微生物不同，利用上述含碳化合物的能力不同。 假單胞菌屬中的某些種可以利用90種以上的不同類型的碳源物質(zhì)； 而某些甲基營養(yǎng)型細菌只能利用甲醇或甲烷等一種碳化合物進行生長。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,22,(一)定義：凡用來構(gòu)成菌體物質(zhì)或代謝產(chǎn)物中氮素來源的營養(yǎng)源。 (二)功能： a構(gòu)成菌體和代謝產(chǎn)物 b硝化細菌的能源物質(zhì),二、氮源,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,23,(三)種類： 1 無機N源： N2和含N的無機鹽：如硝酸鹽、銨鹽、氨水等。 N2： 難利用 銨鹽：利用普遍、效率高，直接參與細胞內(nèi)物質(zhì)合成。 硝酸鹽：利用效率較低，NO3-先還原成NH4+后，再參與物質(zhì)合成。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,24,氨水： 調(diào)節(jié)pH 易被利用的氮源，尤其抗生素的生產(chǎn)。 鏈霉素:從其生物合成的代謝途徑：合成1 mol鏈霉素需要消耗7 mol的NH3。 紅霉素：通氨能提高紅霉素的產(chǎn)率和有效組分的比例。 使用時要防止局部過堿，加強攪拌，并少量多次地加入。 使用前進行除菌過濾（用石棉等）,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,25,生理酸性物質(zhì) 由于其陽離子中的N被微生物選擇性吸收利用而造成培養(yǎng)基的pH下降的無機氮源 。如 (NH4)2SO42NH3+H2SO4 生理堿性物質(zhì) 由于其陰離子中的N被微生物選擇性吸收利用而造成培養(yǎng)基的pH上升的無機氮源 。如 NaNO3+4H2NH3+2H2O+NaOH,利用,留下,無機氮源的迅速利用常會引起pH的變化,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,26,硫酸銨：生理酸性物質(zhì)，NH4+利用后，pH 硝酸鉀：生理堿性物質(zhì)，NO3-利用后，pH 硝酸銨：生理中性物質(zhì)，利用后，pH不變 （pH先后）,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,27,正確使用生理酸堿性物質(zhì)，對穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)酵過程的pH有積極作用；必要時配合使用pH緩沖劑。 如，在制液體曲時，用NaN03作氮源，菌絲長得粗壯，培養(yǎng)時間短，且糖化力較高。 因為NaN03的代謝而得到的NaOH可中和曲霉生長中所釋放出的酸，使pH穩(wěn)定在工藝要求的范圍內(nèi)。 如，在一株黑曲霉發(fā)酵過程中用硫酸銨作氮源，培養(yǎng)液中留下的S042使pH下降，而這對提高糖化型淀粉酶的活力有利，且較低的pH還能抑制雜菌的生長，防止污染。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,28,2 有機氮： 常見的有機氮源： 花生餅粉、黃豆餅粉、棉子餅粉、玉米漿、玉米蛋白粉、 蛋白胨、酵母粉、 魚粉、蠶蛹粉、 尿素、 廢菌絲體 酒糟等。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,29,有機氮源營養(yǎng)豐富 除含有豐富的蛋白質(zhì)、多肽和游離氨基酸外，往往還含有少量的糖類、脂肪、無機鹽、維生素及某些生長因子。,有機氮源在發(fā)酵培養(yǎng)基中的作用有： 除提供氮源外，有些有機氮源還提供大量的無機鹽及生長因子。 誘導(dǎo)某些酶的產(chǎn)生。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,30,在一般工業(yè)生產(chǎn)中，因氨基酸價格昂貴，都不直接加入。大多數(shù)發(fā)酵工業(yè)借助于有機氮源，來獲得所需的氨基酸。 在合成培養(yǎng)基中加入纈氨酸可以提高紅霉素的發(fā)酵單位 在賴氨酸生產(chǎn)中，蛋氨酸和蘇氨酸的存在可提高賴氨酸的產(chǎn)量，但生產(chǎn)中常用黃豆水解液來代替。 只有當(dāng)生產(chǎn)某些用于人類的疫苗，才取用無蛋白質(zhì)的化學(xué)純氨基酸作培養(yǎng)基原料。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,31,3 常用氮源 實驗室：碳酸銨、硝酸鹽、硫酸銨、尿素 蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等。 生產(chǎn)上：硝酸鹽、銨鹽、尿素、氨以及蛋 白含量較高的魚粉、蠶蛹粉、黃豆 餅粉、花生餅粉、玉米漿等,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,32,（1）玉米漿： 是玉米淀粉生產(chǎn)中的副產(chǎn)物， pH在4左右。 易被微生物利用的良好氮源，因為它含有豐富的氨基酸(丙氨酸、賴氨酸、谷氨酸、纈氨酸、苯丙氨酸等)、還原糖、磷、微量元素和生長素。 玉米漿中含有的磷酸肌醇對促進紅霉素、鏈霉素、青霉素和土霉素等的生產(chǎn) 由于玉米的來源不同，加工條件也不同，因此玉米漿的成分常有較大波動，在使用時應(yīng)注意適當(dāng)調(diào)配。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,33,是制玉米淀粉的副產(chǎn)物。 制造玉米淀粉須將玉米粒先用亞硫酸浸泡，浸泡液濃縮即制成黃褐色的液體，叫玉米漿。 玉米漿中含有豐富的可溶性蛋白、生長素和一些前體物質(zhì)，含大約40%50%固體物質(zhì)。 玉米漿是微生物生長很普遍應(yīng)用的有機氮源 玉米漿中含有的磷酸肌醇對促進紅霉素、鏈霉素、青霉素和土霉素等的生產(chǎn)有積極作用。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,34,（2）尿素 常用的有機氮源 成分單一，不具有上述有機氮源的特點。但在青霉素和谷氨酸等生產(chǎn)中也常被采用。尤其是在谷氨酸生產(chǎn)中，尿素可使a-酮戊二酸還原并氨基化，從而提高谷氨酸的生產(chǎn)。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,35,有機氮源除了作為菌體生長繁殖的營養(yǎng)外，有的還是產(chǎn)物的前體。 例如： 纈氨酸、半胱氨酸和a-氨基已二酸是合成青霉素和頭孢菌素的主要前體； 甘氨酸可作為L-絲氨酸的前體等。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,36,4 速效氮源與遲效氮源-按利用速度劃分 速效氮源無機氮源或以蛋白質(zhì)降解產(chǎn)物形式存在的有機氮源，可以直接被利用。 如硫酸銨、玉米漿等。 通常有利于機體的生長。 用于發(fā)酵前期。 遲效氮源含蛋白質(zhì)的有機氮源。微生物分泌胞外蛋白酶水解后方可利用，利用速度慢。 如花生餅粉、黃豆餅粉等。 有利于代謝產(chǎn)物的形成。 用于發(fā)酵后期。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,37,對生產(chǎn)的指導(dǎo)意義 在工業(yè)發(fā)酵過程中，往往是將速效氮源與遲效氮源按一定的比例制成混合氮源加到培養(yǎng)基里，以控制微生物的生長時期與代謝產(chǎn)物形成期的長短，達到提高產(chǎn)量的目的。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,38,輻射能：光能自養(yǎng)、光能異養(yǎng)微生物的能源 如：小球藻，螺旋藻等生產(chǎn)單細胞蛋白 化學(xué)物質(zhì) 有機物：化能異養(yǎng)微生物的能源（同碳源） 無機物：化能自養(yǎng)微生物的能源（一些還原態(tài) 的無機物質(zhì)，如NH4+、NO2-、S、 H2S、H2、Fe2+等）,三、能源,能源譜,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,39,四、無機鹽,功能： 1、構(gòu)成細胞結(jié)構(gòu)組分； 2、作為酶組分或活化劑； 3、參與能量傳遞或提供能源； 4、維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性； 5、調(diào)節(jié)滲透壓。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,40,大量元素：P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe （生長所需濃度在10-310-4mol/L） 供給方式：配制培養(yǎng)基時，加入有關(guān)化學(xué)試劑，其中MgSO4、K2HPO4可以提供需要量最大的四種元素。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,41,微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、Co （生長所需濃度在10-610-8mol/L） 供給方式：無需另行加入。過量或配比不當(dāng)，會產(chǎn)生 毒害作用。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,42,五、水,水是所有培養(yǎng)基的主要組成成分。 溶劑（吸收營養(yǎng)成分和代謝廢物） 細胞質(zhì)組分，直接參與各種代謝活動 調(diào)節(jié)細胞溫度和保持環(huán)境溫度的穩(wěn)定（比熱高，傳熱快）,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,43,六 生長因子,定義：一類對微生物正常生活所不可缺少而需要量又不大，但微生物自身不能合成，或合成量不足以滿足機體生長需要的有機營養(yǎng)物質(zhì)。,包括氨基酸、維生素、嘌呤嘧啶堿及其衍生物， 有時也包括一些脂肪酸及其他膜成分。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,44,生長因子自養(yǎng)型微生物：不需外界提供生長因子 生長因子異養(yǎng)型微生物：需要多種生長因子 生長因子過量合成微生物：能夠大量合成,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,45,提供生長因子的農(nóng)副產(chǎn)品原料,玉米漿、麩皮水解液、糖蜜、酵母（可用酵母膏、酵母浸出液或直接用酵母粉）,供給方式： 直接添加所需生長因子，如Lys- 添加天然營養(yǎng)物質(zhì)，如酵母膏等。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,46,前體指某些化合物能直接被微生物結(jié)合到產(chǎn)物分子中，而其自身的結(jié)構(gòu)并沒有多大變化，但是產(chǎn)物的產(chǎn)量卻因其加入而有較大的提高。 如：玉米漿使青霉素單位可從20U/ml增加到100U/ml，主要原因：含有苯乙胺，能被優(yōu)先整合到青霉素分子中去，提高青霉素G的產(chǎn)量。,七、前體,-苯乙胺,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,47,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,48,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,49,定義：指那些非細胞生長所必需的營養(yǎng)物，又非前體，但加 入后卻能提高產(chǎn)量的添加劑。 效果與菌種、種齡、培養(yǎng)基組成有關(guān)。,各種添加劑對產(chǎn)酶的促進作用,八、產(chǎn)物促進劑,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,50,一、 培養(yǎng)基用途（了解）,第三節(jié) 培養(yǎng)基設(shè)計原則,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,51,1.生態(tài)模擬 調(diào)查所培養(yǎng)菌的生態(tài)條件，查看“嗜好”，對“癥”下料初級天然培養(yǎng)基。 2.查閱文獻 查閱、分析文獻，調(diào)查前人的工作資料，借鑒人家的經(jīng)驗，以便從中得到啟發(fā)設(shè)計有自己特色的培養(yǎng)基配方。 3.精心設(shè)計 借助優(yōu)選法或正交試驗設(shè)計法等方法。,二、設(shè)計培養(yǎng)基的思路和方法,4.實驗比較,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,52,不同培養(yǎng)基配方的選擇比較 單種成分來源和數(shù)量的比較 幾種成分濃度比例調(diào)配的比較 小型試驗放大到大型生產(chǎn)條件的比較 pH和溫度試驗,4、實驗比較：,得到一個適合該菌種的培養(yǎng)基配方以得到高產(chǎn)。,單因素試驗 優(yōu)化試驗,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,53,1、培養(yǎng)基組分應(yīng)適合微生物的營養(yǎng)特點,根據(jù)需要配制。 按微生物主要類群來說，所需的培養(yǎng)基成分也不同： 細菌： LB 放線菌： 高氏號 真菌： 查氏合成 PDA 酵母菌； 麥芽汁,三、培養(yǎng)基的配制原則,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,54,(1)充分考慮菌體的同化能力及需要 微生物來源和種類不同，所能分泌的水解酶系也不一樣。 碳源： 淀粉 胞外淀粉酶 酵母： 糧食釀酒時，曲，糖化；啤酒，麥芽，糖化。 水解糖 葡萄糖 氮源：黃豆餅粉 胞外蛋白酶,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,55,（2）代謝的阻遏和誘導(dǎo) 應(yīng)根據(jù)微生物的特性和培養(yǎng)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，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，避其所短。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,56,碳源： 葡萄糖效應(yīng) 抗生素：就速效碳源和氮源，種子培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基。,酶制劑：誘導(dǎo)酶，快速碳源不利于產(chǎn)酶；一些難被利用的碳源(如淀粉、糊精等)對產(chǎn)酶是有利的,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,57,氮源 混合氮源 氮源的誘導(dǎo)與阻遏 蛋白酶的生產(chǎn)中表現(xiàn)尤為明顯 除個別外，通常蛋白酶的生產(chǎn)受蛋白質(zhì)或多肽的誘導(dǎo)，而受銨鹽、硝酸鹽、氨基酸的阻遏。 培養(yǎng)基氮源應(yīng)以有機氮源(蛋白質(zhì)類)為主。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,58,解決方法： 分批補料或連續(xù)補料 基礎(chǔ)培養(yǎng)基中添加諸如磷酸三鎂等稱為銨離子捕捉劑的化合物。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,59,2、營養(yǎng)物的濃度與比例應(yīng)恰當(dāng),碳源中的C原子的mol數(shù) 氮源中所含的N原子的mol數(shù),C/N比=, 方便起見，指還原糖含量和粗蛋白的比值。,1)概念,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,60,N源過多菌體生長過于旺盛，pH偏高，不利于代 謝的積累 N源過少菌體繁殖量少，影響產(chǎn)量。 C源過多易形成較低pH C源不足不能滿足菌體生長需要，還易引起菌體 衰老和自溶,2)對微生物的影響 C/N比直接影響微生物生長與繁殖及代謝物的形成與積累，故常作為考察培養(yǎng)基組成時的一個重要指標(biāo)；,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,61,3)實踐經(jīng)驗 一般來講，C源比例要求比N源高。 一般工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基的 C/N比為100:(0.22.0)。 但，谷氨酸C/N比為 100: (1521) 100: (0.52.0) 只長菌體，而幾乎不合成Glu 不過，很難確定一個統(tǒng)一的比值。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,62,3 理化條件適宜,A pH: 內(nèi)源調(diào)節(jié)： 外源調(diào)節(jié)：,培養(yǎng)基 加一些緩沖劑或不溶性的碳酸鹽； 調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的C/N比。,按實際需要不斷向流加酸或堿液,一般不主張,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,63,氧化還原電勢,好氧微生物：+0.3+0.4 V 厭氧微生物：+0.1V 生長 兼性厭氧微生物：+0.1V 呼吸、+0.1V 發(fā)酵 常用的還原劑：巰基乙酸、Vc、H2S、半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫蘇糖醇等。,B 其他,滲透壓 等滲溶液 適宜微生物生長 水活度： 微生物一般在w為0.600.99的條件下生長,在配制培養(yǎng)基時，通常不必測定這些指標(biāo)，因為培養(yǎng)基中各種成分及濃度等指標(biāo)的優(yōu)化已間接地確定了培養(yǎng)基的水活度、滲透壓及氧化還原電勢 。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,64,4、考慮營養(yǎng)成分的加入順序，避免生產(chǎn)沉淀,應(yīng)用目的,種子培養(yǎng)基： 營養(yǎng)豐富 大規(guī)模發(fā)酵： 來源和價格，提倡以粗代精，以廢代好。,5、根據(jù)培養(yǎng)基的應(yīng)用目的選擇原料及其來源,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,65,一、發(fā)酵過程特點 二、試驗設(shè)計術(shù)語 三、工藝研究的方法和策略 四、單因子試驗法 五、析因?qū)嶒炘O(shè)計及結(jié)果分析 六、優(yōu)化實驗設(shè)計及結(jié)果分析,第四節(jié) 微生物培養(yǎng)基設(shè)計,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,66,一、生物工藝過程特點 從工藝優(yōu)化的角度去考慮， 影響因素眾多 缺乏理論模型 試驗誤差較大 影響因素間常存在相互作用,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,67,因素（因子）：在試驗中要考察的對試驗結(jié)果（指 標(biāo)）可能有影響的方面。 水平：把每個因素在試驗中要比較的具體條件。 指標(biāo)：一般把試驗需要考察的結(jié)果。,二、試驗設(shè)計術(shù)語,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,68,例：確定賴氨酸產(chǎn)生菌FB31發(fā)酵培養(yǎng)基成分（玉米漿、豆餅水解液、硫酸銨）適宜濃度及其對發(fā)酵的影響。,指標(biāo)：賴氨酸濃度,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,69,1、 培養(yǎng)基優(yōu)化的主要步驟,三、工藝研究的方法和策略,需要明確回答： 因素的主次。 因素與指標(biāo)的關(guān)系。 什么是較好的生產(chǎn)條件。 進一步試驗的方向。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,70,2、優(yōu)化方法：,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,71,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,72,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,73,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,74,主要試驗設(shè)計方法的比較,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,75,統(tǒng)計法試驗設(shè)計的具體方法很多，常用: 部分因子設(shè)計(factorial design) 正交設(shè)計(orthogonal array method) 中心組合設(shè)計(center composition design) 均勻設(shè)計(uniform design),有各種各樣的表格供選擇使用,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,76,四、單因子試驗法 以酵母菌生產(chǎn)蝦青素(ASTA)為例，介紹培養(yǎng)基的試驗設(shè)計步驟。 1、碳源的選擇：無碳基礎(chǔ)培養(yǎng)基 30 g/L 葡萄糖、蔗糖、果糖、麥芽糖、乙醇；,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,77,碳源,蔗糖和葡萄糖較有利于蝦青素的合成，其中蔗糖最為有利，7 d產(chǎn)量達到5421.3 gL?？紤]到工業(yè)生產(chǎn)成本，可以選取蔗糖為最佳碳源。,產(chǎn)量gL,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,78,2、氮源的選擇： 無氮培養(yǎng)基中 5 g/L 有機氮源 蛋白胨、酵母粉、牛肉膏 2 g/L的無機氮源 NH4Cl、(NH4)2SO4、 KNO3、NH4NO3、尿素,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,79,產(chǎn)量,氮源種類,有機氮源中以酵母粉、無機氮源中氯化銨產(chǎn)蝦青素量最高，故選取酵母粉和氯化銨為最佳氮源。,產(chǎn)量gL,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,80,磷酸鹽中用K H2 P04的蝦青素產(chǎn)量較高， 其他金屬鹽中以加入CaCl2生成的蝦青素最高，故選取二者作為基礎(chǔ)培養(yǎng)基的無機鹽種類。,3、無機鹽的選擇,產(chǎn)量gL,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,81,經(jīng)過以上單因子實驗，得到初步優(yōu)化的培養(yǎng)基組成為： 蔗糖 30gL 酵母粉 5 gL 氯化銨 2 gL KH2PO4 2 gL MgSO47H2O 0.5 gL CaCl22H2 O 0.3 gL,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,82,五、析因?qū)嶒炘O(shè)計及結(jié)果分析,完全因子實驗 部分因子設(shè)計 二水平部分因子設(shè)計(two-level factorial factor design),統(tǒng)計分析軟件 SAS 、SPSS,（一）部分因子設(shè)計,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,83,部分因子設(shè)計 在可能的眾多影響因子中，快速有效地篩選出最為重要的幾種因素 確定試驗因子對指標(biāo)的影響 怎樣設(shè)定重要因子的組合才能改進,適用于因素篩選試驗,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,84,術(shù)語 編碼值xi與自變量真實值X i的關(guān)系： xi=(XiX0)Xi 水平（ x1）編碼值： -1 1 0 （ Xi ）真實值：例如， 25 30 35 步長 Xi ： 5,等差,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,85,百分含量（w/v）,編碼值,析因?qū)嶒灡眍^設(shè)計,真實值,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,86,二水平部分因子設(shè)計的特點： 每個因素一般只取高(+1)和低(-1)兩種水平，部分設(shè)計中可以增加中心點(0) 高低水平的差值不能過大 研究311種因子的效應(yīng) 依據(jù)對試驗精度(resolution)要求的不同， 如，標(biāo)準(zhǔn)的部分因子設(shè)計要做8個、16個或32個試驗，也可以改為12個或24個試驗。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,87,由于微生物對外界環(huán)境因素的反應(yīng)多半不是線性的，而在部分因子設(shè)計法中每種因素只使用23個水平，所以，該方法只適用于對因素重要性的篩選，而不適于因素的最優(yōu)化。并且，由于因素和效應(yīng)之間的非線性關(guān)系，試驗水平點的選擇將直接影響試驗的結(jié)果。因此，試驗水平的選擇和試驗結(jié)果的分析都必須非常慎重。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,88,具體步驟： 確定因素，水平；指標(biāo)；-表頭 借助軟件，列出因素水平表 將表中數(shù)據(jù)填入試驗設(shè)計表，安排實驗 試驗結(jié)果分析。,采用SAS軟件設(shè)計、分析。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,89,打開軟件,SAS系統(tǒng)全稱為Statistics Analysis System，SAS是用于決策支持的大型集成信息系統(tǒng)，但該軟件系統(tǒng)最早的功能限于統(tǒng)計分析，至今，統(tǒng)計分析功能也仍是它的重要組成部分和核心功能。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,90,百分含量（w/v）,析因?qū)嶒灡眍^設(shè)計,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,91,注：x1x6分別表示蔗糖、酵母粉、NH4 C1、KH2 PO4、MgSO47 H2O、CaCl22 H2O的編碼變量。,x1 x2 x3 x4 x5 x6 ASTA,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,92,對于上述蝦青素初步優(yōu)化培養(yǎng)基的6個組分，選擇了26-2部分重復(fù)因子設(shè)計。 需要16次實驗 為了進行方差分析，在因子中心點處增加4次重復(fù)，共需要20次實驗。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,93,注：x1x6分別表示蔗糖、酵母粉、NH4 C1、KH2 PO4、MgSO47 H2O、CaCl22 H2O的編碼變量。,批次處理 x1 x2 x3 x4 x5 x6 ASTA,x1 x2 x3 x4 x5 x6 ASTA,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,94,部分因子設(shè)計對蝦青素產(chǎn)量回歸分析的結(jié)果,注：“*”表示顯著性。 *P0.01 極顯著 * 0.01 P 0.05 顯著,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,95,對蝦青素產(chǎn)量進行回歸分析，所得的回歸系數(shù)可得一次擬合回歸方程: Y= 5693.77 + 1254.16 Xl+ 309.09 X2+ 76.16 X3+ 177.78 X4+ 159.75 X5- 41.75 X6 該方程的方差分析(ANOVA) F檢驗 F=26.991 F6，13, 0.01 =4.62,F因子 F0.05(因子自由度)，(誤差自由度)時， 稱該因子的作用顯著； F因子 F0.01 (因子自由度)，(誤差自由度)時， 稱該因子的作用高度顯著。,表明該模型在0.01水平上足夠地擬合了實驗數(shù)據(jù)。該模型的確定系數(shù)為R20.932，表明93.2的實驗數(shù)據(jù)的可變性可用此模型解釋。,F分布分位數(shù)表(F0.05), (F0.01),2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,96,（二）最陡爬坡實驗,響應(yīng)面擬合方程只在考察的緊接鄰域里才充分近似真實情形，在其他區(qū)域，擬合方程與被近似的函數(shù)方程毫無相似之處，幾乎無意義。所以，要先逼近最大產(chǎn)量區(qū)域后才能建立有效的響應(yīng)面擬合方程。 最陡爬坡法以實驗值變化的梯度方向為爬坡方向，根據(jù)各因素效應(yīng)值的大小確定變化步長，能快速、經(jīng)濟地逼近最大產(chǎn)量區(qū)域。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,97,最陡爬坡實驗及其實驗結(jié)果,對蝦青素產(chǎn)量進行回歸分析得一次擬合回歸方程: Y= 5693.77 + 1254.16 Xl+ 309.09 X2+ 76.16 X3 + 177.78 X4+ 159.75X5- 41.75 X6,蔗糖和酵母粉改變的方向如表所示，即蔗糖每次增加0.4，酵母粉每次增加0.09。,處理結(jié)果6，最大產(chǎn)量為10413 gL，隨后蝦青素產(chǎn)量開始下降。因此，接下來的優(yōu)化試驗應(yīng)該在處理結(jié)果6附近進行。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,98,培養(yǎng)基不僅影響產(chǎn)物的產(chǎn)率，而且還可能影響產(chǎn)物的組成和產(chǎn)量，因此要對培養(yǎng)基進行優(yōu)化。 但最優(yōu)培養(yǎng)基的確定往往需要花費大量的時間和精力，為了克服這些問題，通常需要采用合理的實驗設(shè)計以減少實驗次數(shù)來解決。,六、優(yōu)化實驗設(shè)計及結(jié)果分析,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,99,（一）中心組合實驗設(shè)計及結(jié)果分析 實驗設(shè)計 響應(yīng)面分析法 （二）正交實驗設(shè)計及結(jié)果分析 實驗設(shè)計 結(jié)果分析（極差分析、方差分析） （三）均勻設(shè)計 （了解）,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,100,逼近最大產(chǎn)量區(qū)域后，進行中心組合實驗，以擬合數(shù)據(jù)得到一個描述響應(yīng)變量(蝦青素產(chǎn)量)與自變量(蔗糖、酵母粉濃度)關(guān)系的二階經(jīng)驗?zāi)Ｐ?Y=b0+bix i+bij x ixj+biixi2 對上述方程所代表的面進行分析，可以推測出最適操作條件在實驗中所覆蓋的區(qū)域，或是指明在什么方向再進行實驗可得到更好的結(jié)果。 式中，y為預(yù)測響應(yīng)值即蝦青素產(chǎn)量，b0為截距，bi為線性系數(shù)，bij為交互作用系數(shù)， bii平方系數(shù)，xi為自變量的編碼水平。,（一）中心組合實驗設(shè)計,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,101,1、實驗設(shè)計 步驟： 確定實驗設(shè)計表頭： 因素、水平（中心點、步長）、指標(biāo) 實驗設(shè)計：軟件 SAS 、 SPSS等 實驗實施及結(jié)果分析,析因?qū)嶒?xi與自變量真實值X i的關(guān)系為： xi=(Xixi0)xi 式中 xio自變量在實驗中心 點處的真實值； xi自變量變化步長。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,102,例：蝦青素產(chǎn)量的優(yōu)化 （1）確定實驗設(shè)計表頭 以點(5.0，0.93)為中心點，對起始蔗糖(x 1)和酵母粉(x 2)的濃度采用22中心組合實驗進行。,xi=(Xixi0)xi,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,103,編碼值xi與自變量真實值X i的關(guān)系： xi=(Xixi0)xi 式中 xio自變量在中心點處的真實值； xi自變量變化步長。,(2)中心組合實驗設(shè)計 實驗實施,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,104,（3）結(jié)果分析 響應(yīng)面分析方法 以回歸方法作為函數(shù)估算的工具，將多因子實驗中因子與實驗結(jié)果的相互關(guān)系用多項式近似，把因子與實驗結(jié)果(響應(yīng)值)的關(guān)系函數(shù)化，依次可對函數(shù)的面進行分析，研究因子與響應(yīng)值之間、因子與因子之間的相互關(guān)系，并進行優(yōu)化。,軟件：SAS、SPSS等,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,105,用多項式回歸分析對此實驗數(shù)據(jù)擬合得二次多項式方程。 Y=9636.4147.5xl+326.8x2 206.0x1x2 830.3x12996.0x22 方差分析表明： F回歸10.737F5，7,0.0l7.46， F失擬1.789F3，4，0.1=4.19 模型在0.0 1水平上回歸顯著，在0. 1水平上不顯著，因而模型是充分的。模型的確定系數(shù)R2=0.908。 以上方程給蝦青素發(fā)酵提供了一個合適的模型。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,106,對方程進行求導(dǎo)，可以得到模型的極值點，蔗糖濃度為4.3 gL，酵母粉濃度為0.90 gL，此時模型預(yù)測的最大響應(yīng)為9667 gL。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,107,軟件 Statistica,響應(yīng)面圖,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,108,等高線圖,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,109,中心組合實驗三維響應(yīng)面,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,110,Statistica 6.0,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,111,Statistica 6.0,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,112,驗證實驗： 最優(yōu)點 試驗范圍內(nèi)各組分水平的組合 在上述兩因子的點處進行重復(fù)搖瓶實驗，得到蝦青素的產(chǎn)量為(9847208)gL，可見該模型能較好地預(yù)測實際發(fā)酵情況。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,113,在實際的生產(chǎn)中，培養(yǎng)基的優(yōu)化需要同時注重兩個方面的內(nèi)容： 一：培養(yǎng)基進行優(yōu)化 二：發(fā)酵的環(huán)境優(yōu)化,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,114,（二）正交試驗設(shè)計及結(jié)果分析,正交試驗設(shè)計：選擇適當(dāng)?shù)恼槐恚侠戆才艑嶒?，分析實驗結(jié)果的一種實驗方法。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,115,1）具體步驟：,確定因子和水平，列出因子水平表；,根據(jù)因子和水平數(shù)選用合適的正交表， 設(shè)計正交表頭，并安排實驗,根據(jù)正交表給出的實驗方案，進行實驗；,對實驗結(jié)果進行分析，選出較優(yōu)的“試驗”條件以及對結(jié)果有顯著影響的因子。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,116,L9（3 4）,2）正交試驗表以LN（qf）形式命名. L9（34）、L16（45）、L25（56）、L27（313）、 L18 (2137)等。,代表正交表,要進行試驗的次數(shù),可安排的水平數(shù),最多可以使用的因子數(shù),L9（34）含義：在正交實驗設(shè)計中，可以利用9個試驗對最多4種因素各3 個水平對優(yōu)化目標(biāo)的影響進行研究。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,117,L9（34）,A1表示A因素取1水平，即取0.5； B2表示B因素取“2”水平，即取3.0 可以寫成： A1 0.5 ； B2 3.0 ； C1= 3.0,因子水平表,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,118,L9（34）,3）正交試驗表特點： 任何兩因素之間都是全面試驗，保持可比性。 任一因素各水平的重復(fù)數(shù)相等。 絕大多數(shù)正交表中各列是等價的，可以任意取用。,正交試驗設(shè)計表,正交表是具有正交性、代表性和綜合可比性的一種數(shù)學(xué)表格,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,119,4）用途：,區(qū)別因素的主次. 幫助選擇最優(yōu)水平組合. 若因素的水平數(shù)大于2，而最優(yōu)水平為極大或極小水平，則一般應(yīng)進一步補充實驗。,一般來說，正交實驗設(shè)計適用于 所需考慮因素數(shù)較多，但沒有或只有少數(shù)交互作用的場合,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,120,5）例：確定賴氨酸產(chǎn)生菌FB31發(fā)酵培養(yǎng)基成分玉米漿、豆餅水解液、硫酸銨適宜濃度及其對發(fā)酵的影響。,因子水平表,解：利用正交設(shè)計安排實驗并分析結(jié)果。 (1)確定因子和水平，列出因子水平表。共3個因子每個因子取三個水平。,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,121,叢叢簇簇叢叢簇簇叢叢簇簇,叢叢簇簇叢叢簇 簇叢,L9（34）,(2) 選用合適的正交表，設(shè)計正交表頭，并安排實驗。 選用L9（34）。將硫酸銨、豆餅水解液、玉米漿分別安排在第2、3、4列，第1列為空列，共安排9個試驗點。,正交表安排及實驗結(jié)果表,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,122,正交表安排及實驗結(jié)果表,（3）根據(jù)正交表給出的實驗方案，進行實驗；,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,123,常用統(tǒng)計分析方法：極差分析法 方差分析法,（二）結(jié)果分析,2019/7/1,中國海洋大學(xué)食品學(xué)院 徐瑩 生物工藝學(xué) 第四章 培養(yǎng)基,124,也稱為直觀分析法。 第一步：數(shù)據(jù)處理 計算k、 R值。 計算k值 k1反映了因子B（硫酸銨）取1水平三次，因子C(豆餅水解液)、因子D(玉米漿)分別取1、2、3水平一次的影響， k2反映了因子B取2水平三次，及因子C、因子D分別取1、2、3水平一次的影響， k3反映了因子B取3水平三次，因子C、因子D分別取1、2、3水平一次的影響。 在比較k1、 k2、 k3時,可以認為因子C、因子D對k1、 k2 、k3的影響相同，k1 、