培養(yǎng)基的成分與合成

單元三發(fā)酵培養(yǎng)基培養(yǎng)基廣義上講培養(yǎng)基是指一切可供微生物細胞生長繁殖所需的一組營養(yǎng)物質(zhì)和原料。同時培養(yǎng)基也為微生物培養(yǎng)提供除營養(yǎng)外的其它所必須的條件。項目一培養(yǎng)基的類型與功能（1）按培養(yǎng)基組成物質(zhì)的化學成分合成培養(yǎng)基、天然培養(yǎng)基、半合成培養(yǎng)基。（2）按物理性質(zhì)固體、液體（3）按用途選擇性培養(yǎng)基、鑒別培養(yǎng)基、富集培養(yǎng)基等一、培養(yǎng)基的分類（1）天然培養(yǎng)基

是采用化學成分還不清楚或化學成分還不恒定的各種植物和動物組織或微生物的浸出物、水解液等物質(zhì)(例如牛肉膏、酵母膏、麥芽汁、蛋白胨等)制成的。適合于各類異養(yǎng)微生物生長，而一般自養(yǎng)微生物都不能生長。

是用化學成分和數(shù)量完全了解的物質(zhì)配制而成的。成分精確，重復性強，可以減少不能控制的因素適用于在實驗室范圍作有關營養(yǎng)、代謝、分類鑒定、生物測定及選育菌種、遺傳分析等定量研究工作。但一般微生物在合成培養(yǎng)基上生長較慢，有些微生物營養(yǎng)要求復雜，在合成培養(yǎng)基上不能生長。（2）合成培養(yǎng)基（3）半合成培養(yǎng)基

多數(shù)培養(yǎng)基配制是采用一部分天然有機物作碳源、氮源和生長因子的來源，再適當加入一些化學藥品以補充無機鹽成分，使其更能充分滿足微生物對營養(yǎng)的需要。大多數(shù)微生物都能在此培養(yǎng)基上生長繁殖。因此，在微生物工業(yè)生產(chǎn)上和試驗研究中被廣泛使用。

即在配好的液體培養(yǎng)基中加入少量的瓊脂，一般用量為0.5%～0.8%,主要用于微生物的鑒定。

80%～90%是水，其中配有可溶性的或不溶性的營養(yǎng)成分，是發(fā)酵工業(yè)大規(guī)模使用的培養(yǎng)基。常用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)及生理代謝等基本理論研究工作。發(fā)酵工業(yè)多用作培養(yǎng)種子和發(fā)酵的培養(yǎng)基。在菌種篩選工作和菌種培養(yǎng)工作中，也常用液體培養(yǎng)基進行搖瓶培養(yǎng)微生物在液體培養(yǎng)基中生長的情況有時也可用作鑒定菌種的參考。（1）

液體培養(yǎng)基：（2）

固體培養(yǎng)基分類：斜面試管、平板等是在液體培養(yǎng)基中加入凝固劑配成的，最常用的凝固劑是瓊脂。適合于菌種和孢子的培養(yǎng)和保存，也廣泛應用于有子實體的真菌類，如香菇、白木耳等的生產(chǎn)。作用：這是供微生物細胞生長繁殖用的，包括細菌，酵母等的斜面培養(yǎng)基以及霉菌、放線菌生孢子培養(yǎng)基或麩曲培養(yǎng)基等。這類培養(yǎng)基主要作用是供給細胞生長繁殖所需的各類營養(yǎng)物質(zhì)。斜面培養(yǎng)基作用：固體培養(yǎng)基在菌種的分離、保藏、菌落特征的觀察、活菌計數(shù)和鑒定菌種方面是不可缺少的。在制曲、酶制劑、檸檬酸等生產(chǎn)中，用來培養(yǎng)霉菌等的固體種子和發(fā)酵培養(yǎng)基是由麩皮等農(nóng)作物加無機元素等制成的。增殖培養(yǎng)基：可以配制成適合某種微生物生長而不適合其他微生物生長，從而達到從自然界分離這種微生物的目的。鑒別培養(yǎng)基：是根據(jù)微生物能否利用培養(yǎng)基中某種營養(yǎng)成分，借助指示劑的顯色反應，以鑒別不同種類的微生物。選擇培養(yǎng)基：是在培養(yǎng)基內(nèi)加入某種化學物質(zhì)以抑制不需要菌的生長，而促進某種需要菌的生長。工業(yè)發(fā)酵中培養(yǎng)基往往是依據(jù)生產(chǎn)流程和作用分為：斜面培養(yǎng)基種子培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基搖瓶培養(yǎng)基二、發(fā)酵生產(chǎn)中的培養(yǎng)基類型特點：1.富含有機氮源，少含或不含糖分。有機氮有利于菌體的生長繁殖，能獲得更多的細胞。2.對于放線菌或霉菌的產(chǎn)孢子培養(yǎng)基，則氮源和碳源均不宜太豐富，否則容易長菌絲而較少形成孢子。3.斜面培養(yǎng)基中宜加少量無機鹽類，供給必要的生長因子和微量元素。2．種子培養(yǎng)基(包括搖瓶種子和小罐種子培養(yǎng)基)：

培養(yǎng)種子的目的：1.擴大培養(yǎng)，增加細胞數(shù)量；同時也必須培養(yǎng)出強壯、健康、活性高的細胞。為了使細胞迅速進行分裂或菌絲快速生長。種子培養(yǎng)基特點：必須有較完全和豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，特別需要充足的氮源和生長因子。2.種子培養(yǎng)基中各種營養(yǎng)物質(zhì)的濃度不必太高。供孢子發(fā)芽生長用的種子培養(yǎng)基，可添加一些易被吸收利用的碳源和氮源。3.種子培養(yǎng)基成分還應考慮與發(fā)酵培養(yǎng)基的主要成分相近。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，它不僅耗用大量的原材料，而且也是決定發(fā)酵生產(chǎn)成功與否的重要因素。（1）根據(jù)產(chǎn)物合成的特點來設計培養(yǎng)基：對菌體生長與產(chǎn)物相偶聯(lián)的發(fā)酵類型，充分滿足細胞生長繁殖的培養(yǎng)基就能獲得最大的產(chǎn)物。對于生產(chǎn)氨基酸等含氮的化合物時，它的發(fā)酵培養(yǎng)基除供給充足的碳源物質(zhì)外，還應該添加足夠的銨鹽或尿素等氮素化合物。

（2）發(fā)酵培養(yǎng)基的各種營養(yǎng)物質(zhì)的濃度應盡可能高些，這樣在同等或相近的轉化率條件下有利于提高單位容積發(fā)酵罐的利用率，增加經(jīng)濟效益。（3）發(fā)酵培養(yǎng)基需耗用大量原料，因此，原料來源、原材料的質(zhì)量以及價格等必須予以重視。項目二培養(yǎng)基的成分一、培養(yǎng)基配制的基本原則

1、必須提供合成微生物細胞和發(fā)酵產(chǎn)物的基本成分;

2、有利于減少培養(yǎng)基原料的單耗,提高單位營養(yǎng)物質(zhì)所合成產(chǎn)物數(shù)量或最大產(chǎn)率;

3、有利于提高培養(yǎng)物和產(chǎn)物的濃度,以提高單位容積發(fā)酵罐的生產(chǎn)能力;

4、有利于提高產(chǎn)物的合成速度,縮短發(fā)酵周期;

5、盡量減少副產(chǎn)物和“三廢”的形成,便于產(chǎn)物的分離純化;

6、原料價格低廉,質(zhì)量穩(wěn)定,取材容易;

7、所用原料盡可能減少對發(fā)酵過程中通氣攪拌的影響,利于提高氧的利用率,降低能耗。

二、培養(yǎng)基選擇須考慮的因素

1、從微生物的特點來選擇培養(yǎng)基

2、液體和固體培養(yǎng)基的選擇

3、從生產(chǎn)實踐和科學試驗的不同要求選擇

4、從經(jīng)濟效益選擇生產(chǎn)原料

三、培養(yǎng)基的具體配制原則

1、根據(jù)不同微生物的營養(yǎng)需要配制不同的培養(yǎng)基；

2、營養(yǎng)成分的恰當配比；

3、滲透壓；

4、pH值；

5、氧化還原電位；

6、營養(yǎng)成分的加入順序。

發(fā)酵培養(yǎng)基的要求①培養(yǎng)基能夠滿足產(chǎn)物最經(jīng)濟的合成。②發(fā)酵后所形成的副產(chǎn)物盡可能的少。③培養(yǎng)基的原料應因地制宜，價格低廉；且性能穩(wěn)定，資源豐富，便于采購運輸，適合大規(guī)模儲藏，能保證生產(chǎn)上的供應。④所選用的培養(yǎng)基應能滿足總體工藝的要求，如不應該影響通氣、提取、純化及廢物處理等。

微生物的營養(yǎng)活動，是依靠向外界分泌大量的酶．將周圍環(huán)境中大分子的蛋白質(zhì)、糖類、脂肪等營養(yǎng)物質(zhì)分解成小分子化合物，再借助細胞膜的滲透作用，吸收這些小分子營養(yǎng)來實現(xiàn)的。所有發(fā)酵培養(yǎng)基都必須提供微生物生長繁殖和產(chǎn)物合成所需的能源，包括碳源、氮源、無機元素、生長因子及水、氧氣等。對于大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)，除考慮上述微生物的需要外，還必須重視培養(yǎng)基原料的價格和來源。微生物的營養(yǎng)來源一、能源自養(yǎng)菌：光；氫，硫胺；亞硝酸鹽，亞鐵鹽。異養(yǎng)菌：碳水化合物等有機物，石油天然氣和石油化工產(chǎn)品，如醋酸。二、碳源1、作用提供微生物菌種的生長繁殖所需的能源和合成菌體所必需的碳成分

提供合成目的產(chǎn)物所必須的碳成分碳酸氣；淀粉水解糖，糖蜜、亞硫酸鹽紙漿廢液等石油、正構石蠟，天然氣醋酸、甲醇、乙醇等石油化工產(chǎn)品糖類、油脂、有機酸、正烷烴2、來源3、工業(yè)上常用的糖類①葡萄糖

所有的微生物都能利用葡萄糖但是會引起葡萄糖效應工業(yè)上常用淀粉水解糖,但是糖液必須達到一定的質(zhì)量指標。不同的制糖工藝生產(chǎn)的糖液質(zhì)量差別很大②糖蜜糖蜜是制糖生產(chǎn)時的結晶母液，它是制糖工業(yè)的副產(chǎn)物。糖蜜主要含有蔗糖，總糖可達50%～75%。一般糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜葡萄糖蜜。不用加工方法對甘蔗糖蜜的影響糖蜜使用的注意點：除糖份外，含有較多的雜質(zhì)，其中有些是有用的，但是許多都會對發(fā)酵產(chǎn)生不利的影響，需要進行預處理。例：谷氨酸發(fā)酵有害物資：膠體成分（起泡、結晶）、鈣鹽（結晶）生物素（發(fā)酵控制）預處理：澄清→脫鈣→脫除生物素例：檸檬酸發(fā)酵有害物質(zhì)：鐵離子含量高（導致異檸檬酸的生成）預處理：→黃血鹽②淀粉、糊精使用條件：微生物必須能分泌水解淀粉、糊精的酶類缺點：難利用、發(fā)酵液比較稠、一般>2.0%時加入一定的α-淀粉酶成分比較復雜，有直鏈淀粉和支鏈淀粉等等。優(yōu)點：來源廣泛、價格底難利用，可以解除葡萄糖效應例：地衣牙孢桿菌生產(chǎn)α-淀粉酶碳源對生長和產(chǎn)酶的影響碳源細胞量α-淀粉酶葡萄糖4.20蔗糖4.020糊精3.0638.2淀粉3.0940.2三、氮源氮源主要用于構成菌體細胞物質(zhì)（氨基酸，蛋白質(zhì)、核酸等）和含氮代謝物。常用的氮源可分為兩大類：有機氮源和無機氮源。1.來源豆餅或蠶蛹水解液，味精廢液，玉米漿，酒糟水等有機氮尿素，硫酸銨，氨水，硝酸鹽等無機氮氣態(tài)氮2、無機氮源種類：氨鹽、硝酸鹽和氨水特點：微生物對它們的吸收快，所以也稱之謂迅速利用的氮源。但無機氮源的迅速利用常會引起pH的變化如：

(NH4)2SO4

→2NH3+2H2SO4

NaNO3+4H2→NH3+2H2O+NaOH

無機氮源被菌體作為氮源利用后，培養(yǎng)液中就留下了酸性或堿性物質(zhì)，這種經(jīng)微生物生理作用（代謝）后能形成酸性物質(zhì)的無機氮源叫生理酸性物質(zhì)，如硫酸胺，若菌體代謝后能產(chǎn)生堿性物質(zhì)的則此種無機氮源稱為生理堿性物質(zhì)，如硝酸鈉。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。所以選擇合適的無機氮源有兩層意義：

滿足菌體生長穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)酵過程中的pH2、有機氮源來源：工業(yè)上常用的有機氮源都是一些廉價的原料，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、廢菌絲體和酒糟。成分復雜：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。例玉米漿：①可溶性蛋白、生長因子（生物素）、苯乙酸②較多的乳酸③硫、磷、微量元素等

有機氮源成分復雜可以從多個方面對發(fā)酵過程進行影響，而另一方面有機氮源的來源具有不穩(wěn)定性。所以在有機氮源選取時和使用過程中，必須考慮原料的波動對發(fā)酵的影響。氮源使用的一些相關問題：有機氮源和無機氮源應當混合使用早期：容易利用易同化的氮源—無機氮源中期：菌體的代謝酶系已形成、則利用蛋白質(zhì)

有些產(chǎn)物會受氮源的誘導和阻遏例：蛋白酶的生產(chǎn)有機氮源選取時也要考慮微生物的同化能力開發(fā)效果好、有針對性的有機氮源仍然是令人感興趣的課題四、無機鹽的微量元素1、作用：各種不一樣2、來源：C、N源，以鹽的形式補充3、用量：根據(jù)具體的產(chǎn)品，以實驗決定，P1044、使用注意點A.對于其它渠道有可能帶入的過多的某種無機離子和量元素在發(fā)酵過程中必須加以考慮例：鐵離子青霉素發(fā)酵中，鐵離子的濃度要小于20μg/ml

發(fā)酵罐必須進行表面處理B、使用時注意鹽的形式（pH的變化）例：黑曲酶NRRL-330,生產(chǎn)α-淀粉酶，P對酶活的影響

pH酶活不加4.25120分鐘加K2HPO45.4530分鐘加KH2PO44.6275分鐘五、生長因子、前體和產(chǎn)物促進劑從廣義上講，凡是微生物生長不可缺少的微量的有機物質(zhì)，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、維生素等均稱生長因子。1、生長因子如以糖質(zhì)原料為碳源的谷氨酸生產(chǎn)菌均為生物素缺陷型，以生物素為生長因子,生長因子對發(fā)酵的調(diào)控起到重要的作用。有機氮源是這些生長因子的重要來源，多數(shù)有機氮源含有較多的B簇維生素和微量元素及一些微生物生長不可缺少的生長因子前體指某些化合物加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中，能直接彼微生物在生物合成過程中合成到產(chǎn)物物分子中去，而其自身的結構并沒有多大變化，但是產(chǎn)物的產(chǎn)量卻因加入前體而有較大的提高。2、前體青霉素：分子量356苯乙酸:分子量136作用：前體有助于提高產(chǎn)量和組份P107用量：前體的用量可以按分子量衡算，具體使用有個轉化率的問題例：6000單位/ml的青霉素G,需要多少苯乙酸青霉素＝6000*0.6（微克）＝36mg/ml