微生物培養基的配制原則

 

目的明確 配制培養基首先要明確培養目的，要培養什么微生物？是為了得到菌體還是代謝產(chǎn)物？是用于實(shí)驗室還是發(fā)酵生產(chǎn)？根據不同的目的，配制不同的培養基。

 

培養細菌、放線(xiàn)菌、酵母菌、霉菌所需要的培養基是不同的。在實(shí)驗室中常用牛肉膏蛋白胨培養基培養異養細菌，培養特殊類(lèi)型的微生物還需特殊的培養基。

 

自養型微生物有較強的合成能力，所以培養自養型微生物的培養基完全由簡(jiǎn)單的無(wú)機物組成。異養型微生物的合成能力較弱，所以培養基中至少要有一種有機物，通常是葡萄糖。有的異養型微生物需要多種生長(cháng)因子，因此常采用天然有機物為其提供所需的生長(cháng)因子。如果為了獲得菌體或作種子培養基用，一般來(lái)說(shuō)，培養基的營(yíng)養成分宜豐富些，特別是氮源含量應高些，以利于微生物的生長(cháng)與繁殖。如果為了獲得代謝產(chǎn)物或用作發(fā)酵培養基，則所含氮源宜低些，以使微生物生長(cháng)不致過(guò)旺而有利于代謝產(chǎn)物的積累。在有些代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)中還要加入作為它們組成部分的元素或前體物質(zhì)，如生產(chǎn)維生素B12時(shí)要加入鈷鹽，在金霉素生產(chǎn)中要加入氯化物，生產(chǎn)芐青霉素時(shí)要加入其前體物質(zhì)苯乙酸。 營(yíng)養協(xié)調 培養基應含有維持微生物最適生長(cháng)所必須的一切營(yíng)養物質(zhì)。但更為重要的是，營(yíng)養物質(zhì)的濃度與配比要合適。營(yíng)養物質(zhì)濃度過(guò)低不能滿(mǎn)足其生長(cháng)的需要；過(guò)高又抑制其生長(cháng)。例如，適量的蔗糖是異養型微生物的良好碳源和能源，但高濃度的蔗糖則抑制微生物生長(cháng)。金屬離子是微生物生長(cháng)所不可缺少的礦質(zhì)養分，但濃度過(guò)大，特別是重金屬離子，反而抑制其生長(cháng)，甚至產(chǎn)生殺菌作用。各營(yíng)養物質(zhì)之間的配比，特別是碳氮比（C／N比）直接影響微生物的生長(cháng)繁殖和代謝產(chǎn)物的積累。C／N比一般指培養基中元素碳和元素氮的比值，有時(shí)也指培養基中還原糖與粗蛋白的含量之比。不同的微生物要求不同的C／N比。如細菌和酵母菌培養基中的C／N比約為5／1，霉菌培養基中的C／N比約為10／l。

 

在微生物發(fā)酵生產(chǎn)中，C／N比直接影響發(fā)酵產(chǎn)量，如谷氨酸發(fā)酵中需要較多的氮作為合成谷氨酸的氮源，若培養基C／N比為4／1，則菌體大量繁殖，谷氨酸積累少；若培養基C／N比為3／1，則菌體繁殖受抑制，谷氨酸產(chǎn)量增加。此外，還須注意培養基中無(wú)機鹽的量以及它們之間的平衡；生長(cháng)因子的添加也要注意比例適當，以保證微生物對各生長(cháng)因子的平衡吸收。 理化適宜 微生物的生長(cháng)與培養基的pH值、氧化還原電位、滲透壓等理化因素關(guān)系密切。

 

配制培養基應將這些因素控制在適宜的范圍內。

 

 1. pH值 各大類(lèi)微生物一般都有其生長(cháng)適宜的pH范圍。如細菌為7.0～8.0，放線(xiàn)菌為7.5～8.5，酵母菌為3.8～6.0，霉菌為4.0～5.8，藻類(lèi)為6.0～7.0，原生動(dòng)物為6.0～8.0。但對于某一具體的微生物菌種來(lái)說(shuō)，其生長(cháng)的最適pH范圍常會(huì )大大突破上述界限，其中一些嗜極菌更為突出。微生物在生長(cháng)、代謝過(guò)程中，會(huì )產(chǎn)生改變培養基pH的代謝產(chǎn)物，若不及時(shí)控制，就會(huì )抑制甚至殺死其自身。因此，在設計此類(lèi)培養基時(shí)，要考慮培養基成分對pH的調節能力。這種通過(guò)培養基內在成分所起的調節作用，可稱(chēng)為pH的內源調節。

 內源調節主要有2種方式：①借磷酸緩沖液進(jìn)行調節：例如調節K2HP04和KH2P04兩者濃度比即可獲得pH6.4～7.2間的一系列穩定的pH，當兩者為等摩爾濃度比時(shí)，溶液的pH值可穩定在6.8。②以CaCO3作“備用堿”進(jìn)行調節：CaCO3在水溶液中溶解度很低，故將它加入至液體或固體培養基中并不會(huì )提高培養基的pH，但當微生物生長(cháng)過(guò)程中不斷產(chǎn)酸時(shí)，卻可以溶解CaCO3，從而發(fā)揮其調節培養基pH的作用。如果不希望培養基有沉淀，有時(shí)可添加NaHCO3。 與內源調節相對應的是外源調節，這是一類(lèi)按實(shí)際需要不斷從外界流加酸或堿液，以調整培養液pH值的方法。

 

 2. 氧化還原電位 各種微生物對培養基的氧化還原電位要求不同。一般好氧微生物生長(cháng)的Eh(氧化還原勢)值為 + 0.3～+ 0.4 V，厭氧微生物只能生長(cháng)在+ 0.1 V以下的環(huán)境中。好氧微生物必須保證氧的供應，這在大規模發(fā)酵生產(chǎn)中尤為重要，需要采用專(zhuān)門(mén)的通氣措施。厭氧微生物則必須除去氧，因為氧對它們有害。所以，在配制這類(lèi)微生物的培養基時(shí)，常加入適量的還原劑以降低氧化還原電位。常用的還原劑有巰基乙酸、半胱氨酸、硫化鈉、抗壞血酸、鐵屑等。也可以用其他理化手段除去氧。發(fā)酵生產(chǎn)上常采用深層靜置發(fā)酵法創(chuàng )造厭氧條件。

 

 3. 滲透壓和水活度 多數微生物能忍受滲透壓較大幅度的變化。培養基中營(yíng)養物質(zhì)的濃度過(guò)大，會(huì )使滲透壓太高，使細胞發(fā)生質(zhì)壁分離，抑制微生物的生長(cháng)。低滲溶液則使細胞吸水膨脹，易破裂。配制培養基時(shí)要注意滲透壓的大小，要掌握好營(yíng)養物質(zhì)的濃度。常在培養基中加入適量的NaCl以提高滲透壓。在實(shí)際應用中，常用水活度表示微生物可利用的游離水的含水量。 經(jīng)濟節約 配制培養基特別是大規模生產(chǎn)用的培養基時(shí)還應遵循經(jīng)濟節約的原則，盡量選用價(jià)格便宜、來(lái)源方便的原料。在保證微生物生長(cháng)與積累代謝產(chǎn)物需要的前提下，經(jīng)濟節約原則大致有：“以粗代精”、“以野代家”、“以廢代好”、“以簡(jiǎn)代繁”、“以烴代糧”、“以纖代糖”、“以氮代朊”、“以國（產(chǎn)）代進(jìn)（口）”等方面。