培養基是微生物純種培養的基礎，它直接影響菌體的生長、代謝、產物的合成和純化。因此，在學習掌握培養基各種營養成分的基礎上，合理優化實驗和生產用培養基，配製有效而經濟的培養基是微生物工程的一項基本任務。此外，還要確定哪種滅菌方式對培養基滅菌最有效，既能保證滅菌徹底，又能最大限度地保持營養成分不受破壞。
一、培養基的營養成分
微生物為了生長、繁殖的需要從外界不斷地吸收營養物質，從中獲得能量並合成新的細胞物質，同時排出廢物。研究微生物的營養成分，主要是了解微生物的營養特性和培養條件，進一步控製和利用它們更好地為工業生產服務。微生物的營養活動，是依靠向外界分泌大量的酶，將周圍環境中大分子的蛋白質、糖類、脂肪等營養物質分解成小分子化合物，再借助細胞膜的滲透作用吸收這些小分子營養成分來實現的。因此，培養基的營養成分對微生物的生長、合成酶係及代謝途徑的影響極大。根據微生物生長、繁殖和發酵的不同要求，培養基的成分和含量也有所不同，所以培養基的種類很多。但是，無論哪一種培養基，都應滿足微生物生長、繁殖和發酵方麵所需要的各種營養物質，如表2-1 所示，包括碳源、氮源、無機鹽、特殊生長因子及水等五大類物質。
表2-1 微生物的營養來源
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碳源 |
碳酸氣 |
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澱粉水解糖、糖蜜、亞硫酸鹽紙漿廢液等 | |
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石油、正構石蠟、天然氣 | |
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醋酸、甲醇、乙醇等石油化工產品 | |
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氮源 |
豆餅或蠶蛹水解液、味精廢液、玉米漿、酒糟水等有機氮 |
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尿素、硫酸銨、氨水、硝酸鹽等無機鹽、氣態氮 | |
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無機鹽 |
磷酸鹽、鉀鹽、鎂鹽、鈣鹽等其他礦鹽 |
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鐵、錳、鈷等微量元素 | |
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其他 | |
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特殊生長因子 |
硫胺素、生物素、對氨基苯甲酸、肌醇 |
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水分 | |
( 1 ）碳源。碳源主要用來供給菌種生命活動所需的能量和構成菌體細胞以及代謝產物的物質基礎。通常用作碳源的物質主要是糖類、脂肪及某些有機酸。黴菌和放線菌均可利用脂肪和某些有機酸作為碳源。
( 2 ）氮源。氮源主要用來構成菌體細胞物質和代謝產物，即蛋白質及氨基酸之類的含氮代謝物，通常所用的氮源可分為有機氮源和無機氮源兩類。有機氮源如黃豆餅粉、花生餅粉、棉籽餅粉、玉米漿、蛋白腖、酵母粉、魚粉、蠶蛹粉、發酵菌絲體和酒糟等；無機氮源如氨水、硫酸粉、尿素、硝酸鈉、硝酸按和磷酸氫二銨等。
( 3 ）無機鹽。無機鹽類是微生物生命活動所不可缺少的物質，其主要功能是構成菌體的成分，作為酶的組成部分或維持酶的活性，調節滲透壓、pH 值、氧化還原電位等。微生物的生長發育和生物合成過程需要鉛、鎂、硫、磷、鐵、鉀、鈉、氯、鋅、鑽、錳等無機鹽類與微量元素，一般它們在各種培養基原料中已有足夠含量，毋須再加，但是菌種不同，需要的各種無機鹽類和微量元素的濃度也不同，必須根據具體情況予以控製。
( 4 ）特殊生長因子。特殊生長因子的主要功能是構成輔酶的組成部分，促進生命活動進行。微生物所需的特殊生長因子包括生物素、硫胺素、對氨基苯甲酸、肌酸等，但需要量極少。某些微生物自己可以合成所需的生長因子，甚至在體內積累，而不需要外界供給。
( 5 ）水。水是微生物生長所必需的，微生物所需的營養物及代謝產物必須溶解於水中，才能通過細胞膜而被吸收或排出。體內各種生化反應也必須在水溶液中方能進行。發酵微生物多為異養菌，培養基的碳源多為澱粉、澱粉水解糖等碳水化合物，糖蜜，亞硫酸鹽紙漿廢液，石油、正構石蠟、天然氣、醋酸、甲醇、乙醇等石油化工產品。
近年關於利用氫細菌由碳酸氣、氫和氮生產單細胞蛋白質的研究，正在開展之中，因此自養菌在發酵工業中的應用亦受到重視。
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