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培養基是發(fā)酵過(guò)程或動(dòng)植物細胞大量培養中供微生物或動(dòng)、植物細胞的生長(cháng)、繁殖或積累代謝產(chǎn)物，以合成生物化工產(chǎn)品所必需的營(yíng)養基質(zhì)。培養基的選擇應根據微生物生長(cháng)代謝活動(dòng)的需要，并有利于合成細胞物質(zhì)和生物化工產(chǎn)品的生成。培養基中主要含有水、碳源(能源)、氮源、礦物質(zhì)，有的還需要提供維生素等。在酶反應過(guò)程中，原料液中被轉化的物質(zhì)亦即酶的作用物，亦可稱(chēng)為底物。
培養基的選擇一般盡可能要滿(mǎn)足以下要求：①單位質(zhì)量基質(zhì)，應能產(chǎn)生最大量的生物物質(zhì)或生物化工產(chǎn)品，并且要使所產(chǎn)生的生物物質(zhì)或生物化工產(chǎn)品在發(fā)酵液中的濃度最高，產(chǎn)率最高，使不需要的其他代謝產(chǎn)物的生成，限在最低范圍內。②培養基成本低、質(zhì)量均一并隨時(shí)保證提供使用。③培養基使用時(shí)，對通氣、攪拌、后處理和三廢治理等方面所產(chǎn)生的問(wèn)題最少。
分類(lèi) 按其組成成分分成三類(lèi):①天然培養基,全由天然產(chǎn)物組成，例如含淀粉、黃豆餅粉等天然物質(zhì)；②復合培養基，由部分天然產(chǎn)物和部分已知成分的化合物組成，例如其中的氮源既有天然物質(zhì)黃豆餅粉，又有合成化合物硫酸銨；③合成培養基，全由已知成分的化合物所組成，例如以純的碳水化合物或碳氫化合物為碳源，以銨鹽為氮源。天然培養基和復合培養基常用于工業(yè)生產(chǎn)，而合成培養基(偶爾包括復合培養基)則常用于試驗。
按用途分類(lèi)包括：①基礎培養基，營(yíng)養需求相似的一些生物其所需的營(yíng)養物大體相同，因之可配制一種適合于它們共同需要的含有基本營(yíng)養成分的基礎培養基；②增殖培養基，又稱(chēng)豐富培養基，常用于菌種選育方面。它是由基礎培養基，再加入特殊的營(yíng)養物質(zhì)，以使某種差異型微生物在其中迅速生長(cháng)繁殖；③鑒別培養基，即在培養基中加入某種試劑，從而在培養過(guò)程中表現出特殊反應，用以鑒別不同類(lèi)型的微生物，如無(wú)菌試驗用的酚紅肉湯培養基，就是一種鑒別培養基；④選擇培養基，根據某些微生物具有特殊營(yíng)養要求，或對某些化學(xué)物質(zhì)具有抗性而設計的,例如在配方中加入某種化學(xué)藥物,以限制對敏感菌的生長(cháng)繁殖，而將對其不敏感的所需的微生物分離出來(lái)。如在分離酵母菌時(shí)，可加入青霉素、鏈霉素等以抑制細菌的生長(cháng)。
培養基還可根據其形態(tài)分成液體或固體培養基。例如用于無(wú)菌試驗的肉湯培養基為液體培養基。用于培養青霉菌孢子的小米或大米為固體培養基，在培養基中加入適量瓊脂而形成的凝膠培養基，也稱(chēng)固體培養基。
成分 培養基的成分包括:碳源、氮源、礦物質(zhì),以及其他必需物質(zhì)。這些成分通過(guò)生物反應過(guò)程，生成生物物質(zhì)、生物化工產(chǎn)品，并放出CO2、H2O和熱量。
培養基的成分還可以由發(fā)酵過(guò)程中所需的元素出發(fā)，如C、H、O、N、S、P、Mg、K等。此外,必要時(shí)還有一些需要量很少的微量元素,如Fe、Zn、Cu、Mn、Co、Mo、B等。在發(fā)酵過(guò)程中某些生物本身不能合成的物質(zhì)，如氨基酸、維生素或核苷酸等，必要時(shí)亦作為營(yíng)養物質(zhì)加入到培養基中。
碳源 具有雙重作用。生物在產(chǎn)生生物物質(zhì)或生物化工產(chǎn)品過(guò)程中，它不僅為其提供碳源，也為其提供能源。碳水化合物是微生物發(fā)酵中的主要碳源，包括淀粉、葡萄糖、蔗糖和乳糖等。此外，植物油如豆油、棉籽油、玉米油等亦常被應用作為碳源。這類(lèi)油常與表面活性劑合用，以消除發(fā)酵過(guò)程中所產(chǎn)生的泡沫。甲醇可用以生產(chǎn)單細胞蛋白。正烷烴類(lèi)可用以生產(chǎn)有機酸、氨基酸和維生素等，甚至二氧化碳也可作為光合細菌的碳源。
氮源 包括無(wú)機氮源和有機氮源。無(wú)機氮源包括氨、銨鹽及硝酸鹽等，它們在被應用時(shí)應注意發(fā)酵中pH的變化；有機氮源包括氨基酸、蛋白質(zhì)及尿素等，有機氮源的加入往往加快了生物的生長(cháng)。因考慮到成本因素，一些有機氮源，如黃豆餅粉、花生餅粉、棉籽餅粉、玉米漿、魚(yú)粉、酵母粉等常被選用。
培養基的組成中除了水分外，碳源和氮源的含量是最大的。碳源含量一般不超過(guò)10％，氮源含量較低，一般碳氮比應為3～4:1。碳、氮源含量不能過(guò)高的原因是避免產(chǎn)生基質(zhì)或產(chǎn)物對反應的抑制和因滲透壓過(guò)高引起細胞失水而死亡。
礦物質(zhì) 培養基中 Mg、P、K、S、Ca、Cl常是主要的礦物質(zhì)的組成成分，其他如Co、Cu、Fe、Mn、Mo及Zn也往往不可少，但需要量很小，可從其他主要培養基成分中得到。如是使用合成培養基就需要把這些微量元素加進(jìn)去。它們不僅為生物生長(cháng)所必需，也是為了得到某些產(chǎn)物所必不可少者。例如生物合成青霉素或頭孢菌素需要一定量的硫；生物合成維生素B1需要一定量的鈷。
維生素 某些生物在培養過(guò)程中需要某些維生素，往往在天然培養基中已經(jīng)提供了必要的維生素，但在某些特殊情況下需單獨加入維生素。例如在谷氨酸生產(chǎn)過(guò)程中需加入生物素,某些植物細胞培養中需要硫胺素(維生素B1)。
緩沖劑 由于發(fā)酵過(guò)程中pH對形成生物產(chǎn)物的影響很大，為維持穩定的pH，常采用緩沖劑，例如碳酸鈣或磷酸鹽。后者除能調節pH外，還為培養基提供磷源。
前體或代謝調節劑 前體是指某一種化合物被加入到發(fā)酵培養基中之后，能直接參與產(chǎn)物的生物合成中去。如在青霉素G（即芐基青霉素）的發(fā)酵過(guò)程中,加入適當的芐基化合物（如苯乙酸）能明顯提高青霉素 G的產(chǎn)量。
代謝調節劑中包括抑制劑和誘導劑，當一種抑制劑加入到發(fā)酵過(guò)程中時(shí)能抑制不需要的產(chǎn)物，而大量產(chǎn)生所需的特定產(chǎn)物（或中間體）。如在四環(huán)素發(fā)酵中，加入溴化物能抑制金霉素(即氯四環(huán)素)的形成，從而增加四環(huán)素的產(chǎn)量。至于誘導劑，多數酶的生成需要它來(lái)誘導。在正常情況下,酶所需的基質(zhì)或基質(zhì)的類(lèi)似物,可用作誘導劑。如曲霉產(chǎn)生α－淀粉酶時(shí)需要淀粉作誘導劑。
防沫劑 也稱(chēng)消泡劑，一種表面活性劑，能降低泡沫的表面張力，從而消除發(fā)酵中泡沫。在多數好氣發(fā)酵中需解決泡沫問(wèn)題。泡沫形成的主要原因是由于在培養基中有蛋白質(zhì)，從而在發(fā)酵液和空氣泡之間的界面上形成膜，這種膜不易被破壞。泡沫大量形成后，能進(jìn)入發(fā)酵罐的排氣管道而造成發(fā)酵染菌及發(fā)酵液流失。常用的消泡劑為油脂類(lèi)、酯類(lèi)、硅油及聚氧乙烯－聚氧丙烯甘油醚。加入消泡劑能降低氧傳遞率達50％，因此消泡劑應盡量少加。
在大規模連續發(fā)酵培養單細胞蛋白中，需將發(fā)酵液循環(huán)以充分利用其中的營(yíng)養物質(zhì)。但在循環(huán)過(guò)程中需調節其中營(yíng)養物的含量水平。采用此工藝時(shí)，常注意防止在單細胞蛋白飼料中，過(guò)多積累不必要的其他代謝物。
動(dòng)物細胞的培養基，包括葡萄糖（有時(shí)加半乳糖）、氨基酸（有時(shí)加蛋白水解液）、維生素、激素、無(wú)機鹽及血清等,其中血清常是必要的，且含量要占5％～10％。由于它的來(lái)源有限，價(jià)格高昂，因此正在進(jìn)行無(wú)血清培養的研究。植物細胞的培養基，除了包括微生物培養基的基本成分外，還必須包含植物激素（如生長(cháng)素、細胞分裂素等）、植物生長(cháng)調節劑(人工合成的外源激素)及必要的前體。
