培養基的組成

1 前言

培養基是人工配制的供微生物或動(dòng)植物細胞生長(cháng)、繁殖、代謝和合成人們所需產(chǎn)物的營(yíng)養物質(zhì)和原料，同時(shí)，培養基也為微生物等提供除營(yíng)養外的其它生長(cháng)所必須的環(huán)境條件。常用的培養基都應符合一些基本要求：1 ) 都必須含有作為合成細胞組成的原料；2 ) 滿(mǎn)足一般生化反應的基本條件，如碳源、氮源、無(wú)機鹽、生長(cháng)因素；3 ) 一定的pH等條件。 

2 培養基的組成

2.1 碳源

碳源是組成培養基的主要成分之一。常用的碳源有糖類(lèi)、油脂、有機酸和低碳醇。在特殊情況下( 如碳源貧乏時(shí)) ，蛋白質(zhì)水解產(chǎn)物或氨基酸等也可被某些菌種作為碳源使用。

葡萄糖是碳源中最易利用的糖，幾乎所有的微生物都能利用葡萄糖，所以葡萄糖常作為培養基的一種主要成分，并且作為加速微生物生長(cháng)的一種有效的糖。但是過(guò)多的葡萄糖會(huì )過(guò)分加速菌體的呼吸，以致培養基中的溶解氧不能滿(mǎn)足需要，使一些中間代謝物不能完全氧化而積累在菌體或培養基中，如丙酮酸、乳酸、乙酸等導致pH下降，影響某些酶的活性，從而抑制微生物的生長(cháng)和產(chǎn)物的合成。 

2.2 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(lèi)： 有機氮源和無(wú)機氮源。 

2.2.1 有機氮源

常用的有機氮源有玉米漿、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉和酒糟等。它們在微生物分泌的蛋白酶作用下，水解成氨基酸，被菌體吸收后再進(jìn)一步分解代謝。 

有機氮源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(lèi)、脂肪、 無(wú)機鹽、 維生素及某些生長(cháng)因子， 因而微生物在含有機氮源的培養基中常表現出生長(cháng)旺盛， 菌絲濃度增長(cháng)迅速的特點(diǎn)。大多數發(fā)酵工業(yè)都借助于有機氮源，來(lái)獲得所需氨基酸。 

玉米漿是一種很容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(lài)氨酸、谷氨酸、纈氨酸、苯丙氨酸等) 、還原糖、磷、微量元素和生長(cháng)素。玉米漿是玉米淀粉生產(chǎn)中的副產(chǎn)物，其中固體物含量在50％左右，還含有較多的有機酸，如乳酸，所以玉米漿的 pH在4左右。 

2.2.2 無(wú)機氮源

常用的無(wú)機氮源有銨鹽，硝酸鹽和氨水等。微生物對它們的吸收利用一般比有機氮源快， 所以也稱(chēng)之謂迅速利用的氮源。但無(wú)機氮源的迅速利用常會(huì )引起pH的變化。 

氨水在發(fā)酵中除可以調節pH外，它也是一種容易被利用的氮源，在許多抗生素的生產(chǎn)中得到普遍使用。氨水因堿性較強，因此使用時(shí)要防止局部過(guò)堿，加強攪拌，并少量多次地加入。 

2.3 無(wú)機鹽

微生物在生長(cháng)繁殖和生產(chǎn)過(guò)程中，需要某些無(wú)機鹽和微量元素如磷、 鎂、 硫、 鉀、 鈉、 鐵、氯、錳、鋅、鈣等，以作為其生理活性物質(zhì)的組成或生理活性作用的調節物，這些物質(zhì)一般在低濃度時(shí)對微生物生長(cháng)和產(chǎn)物合成有促進(jìn)作用，在高濃度時(shí)常表現出明顯的抑制作用。

在培養基中，鎂、磷、鉀、硫、鈣和氯等常以鹽的形式( 如硫酸鎂、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、碳酸鈣、氯化鉀等) 加入，而鈷、銅、鐵、錳、鋅、鉬等缺少了對微生物生長(cháng)固然不利，但因其需要量很少，除了合成培養基外，一般在復合培養基中不再另外單獨加入。 

2.3.1 磷

是核酸和蛋白質(zhì)的必要成分，也是重要的能量傳遞者——三磷酸腺苷的成分；在代謝途徑的調節方面，磷起著(zhù)很重要的作用，磷有利于糖代謝的進(jìn)行，因此它能促進(jìn)微生物的生長(cháng)。但磷若過(guò)量時(shí)，許多產(chǎn)物的合成常受抑制。

2.3.2鎂

除了組成某些細胞的葉綠素的成分外，并不參與任何細胞物質(zhì)的組成。但它處于離子狀態(tài)時(shí)，則是許多重要酶( 如己糖磷酸化酶、檸檬酸脫氫酶、羧化酶等) 的激活劑，鎂離子不但影響基質(zhì)的氧化，還影響蛋白質(zhì)的合成。鎂常以硫酸鎂的形式加入培養基中。 

2.3.3 氯

氯離子在一般微生物中不具有營(yíng)養作用，但對一些嗜鹽菌來(lái)講是需要的，在一些產(chǎn)生含氯代謝物的發(fā)酵中，除了從其它天然原料和水中帶入的氯離子外，還需加入約0.1％氯化鉀以補充氯離子。 

2.3.4鈉、鉀、鈣

鈉、鉀、鈣等離子雖不參與細胞的組成，但仍是微生物發(fā)酵培養基的必要成分。鈉、鉀離子與維持細胞滲透壓有關(guān)，故在培養基中常加入少量鈉鹽、鉀鹽，但用量不能過(guò)高，否則會(huì )影響微生物生長(cháng)。鈣離子能控制細胞透性，它不能逆轉高濃度無(wú)機磷對某些產(chǎn)品的抑制作用。 

2.4前體、 促進(jìn)荊和抑制劑

發(fā)酵培養基中某些成分的加入有助于調節產(chǎn)物的形成，而并不促進(jìn)微生物的生長(cháng)。這些添加的物質(zhì)包括前體、抑制劑和促進(jìn)劑／ 包括誘導劑、生長(cháng)因子等) 。

2.4.1前體

指某些化合物加入到發(fā)酵培養基中，能直接被微生物在生物合成過(guò)程中結合到產(chǎn)物分子中去，而其自身的結構并沒(méi)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。 

2.4.2促進(jìn)劑

指那些既不是營(yíng)養物又不是前體，但卻能提高產(chǎn)量的添加劑。 

2.4.3抑制劑

在發(fā)酵過(guò)程中加入抑制劑會(huì )抑制某些代謝途徑的進(jìn)行， 同時(shí)會(huì )使另一代謝途徑活躍，從而獲得人們所需的某種產(chǎn)物或使正常代謝的某一代謝中間物積累起來(lái)。 

2.5 水

除了少數微生物如藍細菌能利用水中的氫作為還原CO₂時(shí)的還原劑外，其他微生物都不是利用水作為營(yíng)養物質(zhì)。即使如此，由于水在微生物的生命活動(dòng)過(guò)程包括營(yíng)養過(guò)程中的重要性，它仍應屬于營(yíng)養要素之一，為培養基的重要組成之一。 

3 結束語(yǔ)

對某一微生物和產(chǎn)品來(lái)講，究竟用哪些原料作培養基還需經(jīng)過(guò)一系列實(shí)驗的摸索，能確定一種既有利于微生物生長(cháng)，又能保證得到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的較為理想的培養基配方。另外，工業(yè)生產(chǎn)培養基所用的原材料還必須來(lái)源豐富、價(jià)格低廉、質(zhì)量穩定。當然一種好的培養基配方還應隨菌種的改良、發(fā)酵控制條件( pH、溶解氧、中間補料等工藝條件) 和發(fā)酵設備的變化而作相應的變化。