4微生物培养基(上)

3、 发酵培养基
是供菌种生长、繁殖和合成产物之用。既要迅
速生长、又要能迅速合成产物。
因此，除有生长所必需的元素和化合物外，还
要有产物所需元素、前体和促进剂。
生长和合成产物需要的总的碳源、氮源、磷源
等的浓度太高，或两阶段各需的最佳条件不同时，
则考虑分批补料。
第二节 发酵培养基的成分及来源
工业微生物绝大部分都是异养型微生物， 它需要碳水化合物、蛋白质和前体等物质提供 能量和构成特定产物的需要。
有些微生物可直接利用玉米粉、土豆粉作碳源。
纤维素和含淀粉较多的野生植物也是今后开发碳源的
广阔天地。
油和脂肪： 脂肪作碳源时需供给比糖代谢更多的氧，否则，大量脂
肪酸和代谢中的有机酸积累，pH下降，影响酶作用。
常用的油：豆油、菜油、葵花子油、猪油、鱼油、棉
子油等。
有机酸：
乳酸、柠檬酸、乙酸等有机酸或它的盐也能作碳源。
离子浓度已达30 ug/ml。
一些天然培养基的原料中也含有铁，所以在一般发酵培 养基中不再加入含铁化合物。
有些产品对铁很敏感： 例1：青霉素要求最适铁含量在20 ug/ml以下。 例2：柠檬酸生产中，铁离子会激活顺乌头酸酶，使 柠檬酸进一步代谢为异柠檬酸，据报导在无铁培养基中 产酸率可比含铁培养基提高近3倍。 例3：生产啤酒时，糖化用水若铁离子浓度高，就会 降低酵母发酵活力。
（三）按用途 1、 孢子培养基 供菌种繁殖孢子用。 要求：能使菌体迅速生长，产生较多优质的 孢子，不易引起菌种发生变异。
基本配制要求： 第一，营养不要太丰富(特别是有机氮源↓)， 否则不易产孢子。 第二，所用无机盐的浓度要适量，不然也 会影响孢子产量和颜色。
第三，要注意孢子培养基的pH和湿度。
2、种子培养基
表4-8 发酵过程中所用的一些前体物质P107 2、抑制剂； 会抑制某些代谢途径的进行，同时会使另一代谢途径 活跃，从而获得人们所需的某种产物，或使正常代谢的某 一代谢中间物积累起来。
3、促进剂 指那些既不是营养物又不是前体，但却能提高产 量的添加剂。 例 控制生物素的加入量，可以促进谷氨酸从细 胞内分泌到细胞外。
硫；
硫是含硫氨基酸的成分和某些辅酶的活性基，如辅酶 A、
硫辛酸和谷胱甘肽等。
在某些产物中硫是组成元素。在其生产培养基中，需要
加入硫酸钠或硫代硫酸钠等含硫化合物作硫源。
铁： 是细胞色素、细胞色素氧化酶和过氧化氢酶的成分， 是菌体有氧氧化必不可少的元素。 铁制发酵罐内的溶液即使不加任何含铁化合物，其铁
B 无机氮源
常用的有：铵盐、硝酸盐和氨水等。也称为速效氮源。
无机氮源的迅速利用会引起pH的变化。 生理酸性物质：硫酸铵。 生理碱性物质：硝酸钠。 正确使用生理酸碱性物质，对稳定和调节发酵过程的
pH有积极作用。
氨水：
在发酵中除可以调节pH外，它也是一种容易被利用的氮
源，在许多抗生素的生产中得到普遍使用。 氨水因碱性较强，因此使用时要防止局部过碱，加强搅 拌，并少量多次地加入。 另外在氨水中还含有多种嗜碱性微生物，因此在使用前 应用石棉等过滤介质进行除菌过滤。
甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜的成分有所不同。 糖蜜常用在酵母和丙酮丁醇的生产中，抗生素等微生 物工业也常用它作碳源。
酒精生产中若用糖蜜代甘薯粉，可省去蒸煮、制曲、 糖化等过程，简化了工艺。
淀粉、糊精： 淀粉在发酵工业中被普通使用，它可克服葡萄糖代谢 过快的弊病，同时淀粉来源丰富，价格也比较低廉。 常用：玉米淀粉，小麦淀粉和甘薯淀粉等。
有机酸的利用常会使pH上升，尤其是有机酸盐氧化时，
常伴随着碱性物质的产生。
不同碳源在氧化时，对pH的影响各不相同。
烃和醇类：
正烷烃、乙醇等
二、 氮源
A 有机氮源
常用：花生饼粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、玉米浆、玉米 蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝 体和酒糟等。 它们在微生物分泌的蛋白酶作用下，水解成氨基酸，被
氯化钾等。
钴、铜、铁、锰、锌等微量元素，除了合成培养基 外，一般不再另外单独加入。 但有些发酵上业中也有单独加入微量元素： 例如：生产维生素B12，因钴是组成成分，因此 需要加入氯化钴。
磷 具有重要代谢调节作用，有利于糖代谢，能促进微生 物的生长，但磷若过多时，许多产物的合成受抑制。 例: 链霉素、土霉素、新生霉素、柠檬酸等都受到磷浓 度的影响。许多次级代谢过程对磷酸盐的承受限度比生长 繁殖过程低，必须严格控制。 但也有一些产物要求磷酸盐浓度高些。例如：淀粉酶，
一、碳源
常用碳源：糖类、油脂、有机酸和低碳醇。 葡萄糖： 最易利用，是加速生长的有效的糖。
但过多会过分加速菌体呼吸，以致溶解氧不能满足需
要，使一些中间代谢物积累，pH下降，影响微生物生长
和产物合成。
糖蜜：
制糖结晶母液，蔗糖厂的副产物，含丰富的糖、氮、 无机盐、维生素等。主要含蔗糖，总糖可达50一75%。
（二）按状态
1、固体培养基： 适于菌种和孢子培养和保存，也广泛应用于有子 实体的真菌类。 常用麸皮、大米、小米、禾壳和琼脂等，有的还 另加其他营养成分。 2、半固体培养基： 即在配好的液体培养基中加入少量琼脂，一般用 量为0.5-0.8%，培养基即呈半固体状态。 主要用于：鉴定菌种，观察细菌运动特征及噬菌 体的效价滴定等。 3、液体培养基： 80-90%是水，内含可溶或不溶营养成分，是发酵 工业大规模使用的培养基，它有利于氧和物质传递。
添加超过菌体生长所需要的磷酸盐浓度，则能显著增加。
钙： 培养基中钙盐过多: 形成磷酸钙沉淀 分别消毒或逐渐补加。 CaCO3 作为调节缓冲剂，在培养基为中性时加入。
镁：
除叶绿素，不参与细胞的组成。
酶激活剂，影响ຫໍສະໝຸດ Baidu质氧化与蛋白质合成。
常以硫酸镁加入，碱性溶液中会生成氢氧化镁沉淀， 配料时要注意。
三、 无机盐及微量元素
作为生物活性物质的组成或生理活性作用的调节物。
低浓度时对生长和产物合成有促进作用，高浓度时常表 现出明显的抑制作用。 不同微生物及不同的生长阶段对这些物质的最适浓度要 求均不相同。
镁、磷、钾、硫、钙和氯等常以盐的形式加入:
例如：
硫酸镁、磷酸二氢钾、磷酸二钾、碳酸钙、
供孢子发芽、生长和繁殖菌丝体。
要求：营养丰富完全，氮源和维生素的含量高些， 总浓度略稀薄，以达到较高溶解氧。 一般用天然有机氮源，因为有些氨基酸能刺激孢 子发芽。但无机氮源容易利用，有利于菌体迅速生长，
所以常包括有机及无机氮源。
最后一级的种子培养基最好能较接近发酵培养基， 这样可使种子迅速适应，快速生长。
4 培 养 基
基本要求：
1) 都必须含有作为合成细胞组成的原料，
如碳源、氮源、无机盐、生长因子；
2) 满足一般生化反应的基本条件；
3) 一定的pH等条件。
适宜大规模发酵的培养基 1）经济 2）副产物尽可能少 3）原料因地制宜、价格低廉、性能稳 定、资源丰富、便于采购运输 4）满足总体工艺要求
氯： 一般不具营养作用，但嗜盐菌除外。 在含氯产物发酵中，除从原料和水中带入的氯外，还需加 入约0.1%氯化钾以补充氯离子。
啤酒糖化时，氯离子在20-60 mg/l内，能赋于啤酒口味
柔和，并对酶和酵母的活性有促进作用。但氯含量过高会引
起酵母早衰，使啤酒带有咸味。
钠：
与维持细胞渗透压有关，故在培养基中常加入少量
钠盐，但用量不能过；否则会影响生长。
钾： 与细胞渗透压和透性有关，是许多酶的激活剂，能促 进糖代谢。 在谷氨酸发酵中，菌体生长时需要钾离子约0.01%， 生产谷氨酸时需要约为0.02-0.1%(以硫酸钾计)。
四、前体促进剂和抑制剂
1、前体
能直接结合到产物中，而自身结构没有多大变化，但
是产物产量却有较大提高。 有些前体浓度过高时对菌体有毒性。此外，菌体还能 分解前体，因此常采用少量多次地加入。 青霉素生产中，加入玉米浆，产量增加，原因是玉米 浆含有苯乙胺，被优先结合到青霉素分子中去。

第一节 培养基的类型及功能
一、培养基的类型
（一）按纯度 1、合成培养基： 成分明确、稳定。适于科研工作，在生产疫苗时， 为了防止蛋白杂质混入，也常用。 但营养单一，价格较高。不适于大规模生产。 2、天然培养基： 天然动植物产品。营养丰富，适于微生物生长。 一般不需另加微量元素、维生素等物质；来源丰 富、价格低廉，适于工业生产。 组分复杂，不易重复，如对原料质量等方面不加 控制会影响生产的稳定性。
吸收后再进一步分解代谢。
玉米浆：
易被利用的氮源，含丰富氨基酸、还原糖、磷、微量
元素。含磷酸肌醇，对促进红霉素、链霉素、青霉素和土 霉素的生产有作用。 玉米来源不同，加工条件不同，玉米浆的成分常有较 大波动，在使用时应注意适当调配。 尿素： 常用有机氮源 在青霉素、谷氨酸等生产中也常被采用。尤其是在 谷氨酸生产中，尿素可提高谷氨酸的生产。 有机氮源有的还是产物的前体。