三、影響種子質量的主要因素
菌種擴大培養的關鍵就是搞好種子罐的擴大培養，影響種子罐培養的主要因素包括營養條件、培養條件、染菌的控製、種子罐的級數和接種量控製等。種子罐培養除了根據菌種特性或生產條件恰當選擇外，還應為菌種的生長創造一個最合理的培養條件。
1 ．培養基
培養基是微生物獲得生存的營養來源，對微生物生長繁殖、酶的活性與產量都有直接的影響。不同微生物對營養要求不一樣，但它們所需的基本營養大體上是一致的，其中以碳源、氮源、無機鹽、生長素和金屬離子等最重要。不同類型的微生物所需要的培養基成分與濃度配比並不完全相同，必須按照實際情況加以選擇。提高產量是選擇培養基的一個重要標準，但同時還應當要求培養基組成簡單、來源豐富、價格便宜、取材方便等。一般來說，種子罐是培養菌體的，培養基的糖分要少而對微生物生長起主導作用的氮源要多，且其中無機氮源所占的比例要大些。但是，種子罐和發酵罐的培養基成分相同，使處於對數生長期的菌種移植在適宜的環境中發酵，可以大大縮短其生長延滯期。其原因是執行代謝活動的酶係已經形成，可立即實施代謝功能，不需花費時間另建適宜新環境的酶係。因此，種子罐和發酵罐的培養基成分趨於一致較好，但各成分的數量（即原料配比）需根據不同的培養目的各自確定。任何生產所用培養基都沒有一個可完全確定的配比，對於某一菌種和具體設備條件來說，最適宜的配比應進行多因素的優選，通過對比試驗來確定。如果菌種的特性或設備條件（如罐型、攪拌的形式和轉速等）變化較大，則培養基的配比應通過試驗相對地變更。隻有培養基各成分的關係選得比較恰當，才能最大限度地發揮菌種的特性，提高產量。
2 ．種齡與接種量
種子培養期應選取菌種的對數生長期為宜。種齡過嫩或過老，不但延長發酵周期，而且會降低產量。因此，種子的種齡必須嚴格掌握，以免貽誤時機。接種量的大小直接影響發酵周期。大量地接入成熟的菌種，可以縮短生長過程的緩慢期，因而縮短了發酵周期，節約了發酵培養的動力消耗，提高了設備利用率，並有利於減少染菌機會。所以，一般都將菌種擴大培養，進行兩級發酵或三級發酵。接種量影響緩慢期的原因，是由於在大量移種過程中把微生物生長和分裂所必需的代謝物（一般是R NA ，即核糖核酸）一起帶進去，從而有利於微生物立即進入對數生長階段。但是，如果培養基內的營養物和氣體張力對菌體生長適宜，則接種量的影響較小。一般來說，接種量和培養物的生長過程的緩慢期長短呈反比。接種量過多也沒有必要，因種子培養費時，且過多地移入代謝廢物，反而會影響正常發酵。
3 ．溫度
溫度對微生物的影響，不僅表現在對菌體表麵的作用，而且因熱平衡的關係，熱傳遞至菌體內，對菌體內部所有的物質都有作用。由於生物體的生命活動可以看作是相互連續進行的酶反應的表現，任何化學反應又都和溫度有關，通常在生物學範圍內每升高
任何微生物的生長都需要有適宜的生長溫度，在此溫度範圍內，微生物生長、繁殖最決。大多數微生物的最適生長溫度在25
溫度和微生物生長的關係，一方麵在其最適溫度範圍內，生長速度隨溫度升高而增加；另一方麵，不同生長階段的微生物對溫度的反應不同。處於緩慢期的細菌對於溫度的影響十分敏感，將其置於最適生長溫度附近，可以縮短其生長的緩慢期；將其置於較低的溫度，則會延長其緩慢期；而且孢子萌發的時間在一定溫度範圍內也隨溫度的上升而縮短。處於對數生長期的細菌，如果在略低於最適溫度的條件下培養，即使在發酵過程中升溫，其升溫的破壞作用也顯得較弱。因而在最適生長溫度範圍內，組成菌體的蛋白質很少變性，所以在最適溫度範圍內適當提高對數生長期的培養溫度，既有利於菌體的生長，又能避免熱作用的破壞。處於生長後期的細菌，一般來說其生長速度主要取決於溶解氧而不是溫度，因此在培養後期可適當提高通氣量。此外，不管微生物處於哪種生長階段，每種微生物都有自己的最高生長溫度和最低生長溫度。為了使種子罐培養溫度控製在一定的範圍，生產上常在種子罐上安裝熱交換設備，如夾套、排管或蛇管等進行溫度調節，冬季進風時還要加熱。
4．pH 值
培養基的氫離子濃度對微生物的生命活動有顯著影響。各種微生物都有自己生長與合成酶的最適pH 值。同一菌種合成酶的類型與酶係組成可隨pH 值的改變而產生不同程度的變化。例如，黑曲黴合成柚苷酶時，培養基在pH 6.0以上的環境中，果膠酶活性受到抑製，pH 值改變到6.0以下就形成果膠酶，且酶係組成由pH 值決定。泡盛酒曲黴突變株在pH 6.0培養時以產生α-澱粉酶為主，糖化型澱粉酶與麥芽糖酶產生極少，在pH 2.4 條件下培養，轉向糖化型澱粉酶與麥芽糖酶的合成，α-澱粉酶受到抑製。
由此可見，培養基的pH 值與微生物生命活動和酶係組成關係十分密切。培養基pH 值在發酵過程中能被菌體代謝所改變，陰離子（如醋酸根、磷酸根）被吸收或氮源被利用後NH3 的產生，使pH 值上升；陽離子（如NH4+，K + ）被吸收或有機酸的積累，使pH 值下降。一般來說，高碳源培養基傾向於向酸性pH 值轉移，高氮源培養基傾向於向堿性pH 值轉移，這都跟碳氮比直接有關。因此，培養基必須保持適當的pH 值，而調節pH 值的方法有三種，即使用酸堿溶液、緩衝液以及各種生理緩衝劑（如生理酸性與生理堿性的鹽類）。
5 ．通氣和攪拌
需氧菌或兼性需氧菌的生長與合成酶，都需要供給氧氣。不同微生物要求的通氣量不同，即使是同一菌種，在不同生理時期對通氣量的要求也不相同。因此，在控製通氣條件時，必須考慮到既能滿足菌種生長與合成酶的不同要求，又要節省電耗，以提高經濟效益。通氣可以供給大量的氧，而攪拌則能使通氣的效果更好，並且攪拌有利於熱交換，使培養液的溫度較一致，有利於營養物質和代謝物的分散。此外，選用擋板可使攪拌效果更好。通氣量與菌種、培養基的性質以及培養階段有關。在培養階段的各個時期究竟如何選擇通氣量，要根據菌種的特性、罐的結構、培養基的性質等許多因素，通過試驗確定。通氣量的多少，最好按氧溶解的多少決定。隻有氧溶解的速度大於菌體的吸氧量時，菌體才能正常地生長和合成酶，否則氧的溶解比消耗少，氧的濃度降低，降到某一濃度（稱溶解氧的臨界點）時，菌體生長就減慢。因此，隨著菌體的繁殖，呼吸增強，必須按菌體的吸氧量加大通氣量，以增加溶解氧的量。一般來說，培養罐深、攪拌轉速大、通氣管開孔小或多，氣泡在培養液內停留時間就長，氧的溶解速度也就大，且在這些因素確定的條件下，培養基的粘度越小，氧的溶解速度也越大。因此，根據罐的結構考慮培養液的粘度，增加一定通氣量，可以達到菌體所需的溶解氧，滿足菌體呼吸的需要。
攪拌可以提高通氣效果，促進微生物的繁殖，但是劇烈攪拌會導致培養液大量湧泡，液膜表層的酶容易氧化變性，損傷微生物細胞，同時，泡沫過多將增加汙染雜菌的機會。6 ．泡沫
菌種培養過程中產生的泡沫與微生物的生長和合成酶有關。泡沫的持久存在影響微生物對氧的吸收，妨礙二氧化碳的排除，因而破壞其生理代謝的正常進行，不利於發酵。此外，由於泡沫大量地產生，致使培養液的容量一般隻是種子罐容量的一半左右，大大影響設備的利用率，甚至發生跑料現象，導致染菌，使損失更大。
在菌種培養過程中產生泡沫的原因是很多的。通氣、機械攪拌使液體分散和空氣竄入形成氣泡，培養基中某些成分的變化或微生物的代謝活動產生氣泡，培養基中某些成分（如蛋白質及其他膠體物質）的分子在氣泡表麵排列形成堅固的薄膜，不易破裂，聚成泡沫層。關於菌種培養過程的消泡措施，主要偏重於化學消泡和機械消泡，並取得一定的進展。微生物工業目前使用的消泡劑，有各種天然的動植物油以及來自石油化工生產的礦物油、改性油、表麵活性劑等，這類消泡劑往往因培養液的pH 值、溫度、成分、離子濃度以及表麵性質的改變，在消泡能力上呈現很大的差別，在培養液內殘留量也高，給淨化處理造成不同程度的困難。而新型的有機矽聚合物如矽油、矽酮樹脂等，則具有效率高、用量省、無毒性、無代謝性，同時兼有提高微生物合成酶等多種優良特性，是一類有發展前途的消泡劑。泡沫的控製除了添加消泡劑外，改進培養基成分也是相輔相成的一個重要方麵。例如，在培養基配料中增加磷酸鹽已在某些場合收到實效，可使消泡劑添加量成倍地降低。
7 ．染菌的控製
染菌是微生物發酵生產的大敵，一旦發現染菌，應及時進行處理，以免造成更大的損失。染菌的原因，如果不是設備本身結構存在“死角”，歸納起來主要包括設備、管道、閥門漏損，滅菌不徹底，空氣淨化不好，無菌操作不嚴或菌種不純等問題。因此，要控製染菌繼續發展，必須及時找出染菌的原因，采取措施，杜絕染菌事故再現。菌種發生染菌會使各個發酵罐都染菌，因此，必須加強接種室的消毒管理工作，定期檢查消毒效果，嚴格無菌操作技術。如果新菌種不純，則需反複分離，直至完全純粹為止。對於已出現雜菌菌落或噬菌體噬斑的試管斜麵菌種，應予以廢棄。在平時應經常分離試管菌種，以防菌種衰退、變異和汙染雜菌。對於菌種擴大培養的工藝條件要嚴格控製，對種子質量更要嚴格掌握，必要時可將種子罐冷卻，取樣做純菌試驗，確認種子無雜菌存在，才能向發酵培養基中接種。
8 ．種子罐級數的確定
種子罐的級數愈少，愈有利於簡化工藝，便於控製。級數少可減少種子罐汙染雜菌的機會，減少消毒、值班工作量以及減少因種子罐生長異常而造成發酵的波動。但是，也應當考慮到如何才能最大限度地降低發酵罐中非合成代謝產物的生成。所以，種子罐級數的確定取決於菌種的性質（如菌種傳代後的穩定性）、孢子瓶中的孢子數、孢子發芽、菌絲繁殖速度以及發酵罐中種子培養液的最低接種量和種子罐與發酵罐的容積比。如果孢子瓶中的孢子數量較多，孢子在種子罐中發育較快，且對發酵罐的最低接種量的要求亦較小，顯然可采用二級發酵流程。種子罐的級數由產物的品種及生產規模而定，也隨著工藝條件的改變作適當的調整。例如，改變種子罐的培養條件、加速孢子的發育或改進孢子瓶的培養工藝後可大大增加孢子數量等，在此基礎上均有可能使三級發酵簡化為二級發酵。
