培養基配製的原則

       選擇適宜的營養物質

總體而言，所有微生物生長繁殖均需要培養基含有碳源、氮源、無機鹽、生長因子、水及能源，但由於微生物營養類型複雜，不同微生物對營養物質的需求是不一樣的，因此首先要根據不同微生物 的營養需求配製針對性強的培養基。自養型微生物能從簡單的元機物合成自身需要的糖類、脂類、蛋白質、核酸、維生素等複雜的有機物，因此培養自養型微生物的培養基完全可以(或應該)由簡單的無機物組成。在該培養基配製過程中並末專門加入其他碳源物質，而是依靠空氣中和溶於水中的CO₂為氧化硫硫杆菌提供碳源。

 

就微生物主要類型而言，有細菌、放線菌、酵母菌、黴菌、原生動物、藻類及病毒之分，培養它們所需的培養基各不相同。在實驗室中常用牛肉膏蛋白腖培養基(或簡稱普通肉湯培養基)培養細菌，用高氏I號合成培養基培養放線菌，培養酵母菌一般用麥芽汁培養基，培養黴菌則一般用查氏合成培養基。

 

       營養物質濃度及配比合適

培養基中營養物質濃度合適時微生物才能生長良好，營養物質濃度過低時不能滿足微生物正常生長所需，濃度過高時則可能對微生物生長起抑製作用，例如高濃度糖類物質、無機鹽、重金屬離子等不僅不能維持和促進微生物的生長，反而起到抑菌或殺菌作用。另外，培養基中各營養物質之間的濃度配比也直接影響微生物的生長繁殖和(或)代謝產物的形成和積累，其中碳氮比(C/N)的影響較大。嚴格地講，碳氮比指培養基中碳元素與氮元素的物質的量比值，有時也指培養基中還原糖與粗蛋白之比。例如，在利用微生物發酵生產穀氨酸的過程中，培養基碳氮比為4/l時，菌體大量繁殖，穀氨酸積累少；當培養基碳氮比為3/l時，菌體繁殖受到抑製，穀氨酸產量則大量增加。再如，在抗生素發酵生產過程中，可以通過控製培養基中速效氮(或碳)源與遲效氮(或碳)源之間的比例來控製菌體生長與抗生素的合成協調。

 

       控製pH條件

培養基的pH必須控製在一定的範圍內，以滿足不同類型微生物的生長繁殖或產生代謝產物。各類微生物生長繁殖或產生代謝產物的最適pH條件各不相同，一般來講，細菌與放線菌適於在pH7～7.5範圍內生長，酵母菌和黴菌通常在pH4.5～6範圍內生長。值得注意的是，在微生物生長繁殖和代謝過程中，由於營養物質被分解利用和代謝產物的形成與積累，會導致培養基pH發生變化，若不對培養基pH條件進行控製，往往導致微生物生長速度下降或(和)代謝產物產量下降。因此，為了維持培養基pH的相對恒定，通常在培養基中加入pH緩衝劑，常用的緩衝劑是一氫和二氫磷酸鹽(如KH₂PO₄ 和K₂HPO₄)組成的混合物。K₂HPO₄溶液呈堿性，KH₂PO₄溶液呈酸性，兩種物質的等量混合溶液的pH為6.8。當培養基中酸性物質積累導致H⁺濃度增加時，H⁺與弱堿性鹽結合形成弱酸性化合物，培養基pH不會過度降低；如果培養基中OH^-濃度增加，OH^-則與弱酸性鹽結合形成弱堿性化合物，培養基pH也不會過度升高。

但KH₂PO₄ 和K₂HPO₄4緩衝係統隻能在一定的pH範圍(pH6.4～7.2)內起調節作用。有些微生物，如乳酸菌能大量產酸，上述緩衝係統就難以起到緩衝作用，此時可在培養基中添加難溶的碳酸鹽(如CaCO₃)來進行調節，CaCO₃難溶於水，不會使培養基pH過度升高，但它可以不斷中和微生物產生的酸，同時釋放出CO₂，將培養基pH控製在一定範圍內。

在培養基中還存在一些天然的緩衝係統，如氨基酸、肽、蛋白質都屬於兩性電解質，也可起到緩衝劑的作用。

 

        控製氧化還原電位(redox　potential)

不同類型微生物生長對氧化還原電位(F)的要求不一樣，一般好氧性微生物在F值為+0.1V以上時可正常生長，一般以+0.3一+0.4V為宜，厭氧性微生物隻能在F值低於+0.1V條件下生長，兼性厭氧微生物在F值為+0.1V以上時進行好氧呼吸，在+0.1V以下時進行發酵。F值與氧分壓和pH有關，也受某些微生物代謝產物的影響。在pH相對穩定的條件下，可通過增加通氣量(如振蕩培養、攪拌)提高培養基的氧分壓，或加入氧化劑，從而增加F值；在培養基中加入抗壞血酸、硫化氫、半胱氨酸、穀胱甘肽、二硫蘇糖醇等還原性物質可降低F值。

 

       原料來源的選擇

    在配製培養基時應盡量利用廉價且易於獲得的原料作為培養基成分，特別是在發酵工業中，培養基用量很大，利用低成本的原料更體現出其經濟價值。例如，在微生物單細胞蛋白的工業生產過程中，常常利用糖蜜(製糖工業中含有蔗糖的廢液)、乳清(乳製品工業中含有乳糖的廢液)、豆製品工業廢液及黑廢液(造紙工業中含有戊糖和己糖的亞硫酸紙漿)等都可作為培養基的原料。再如，工業上的甲烷發酵主要利用廢水、廢渣作原料，而在我國農村，已推廣利用人畜糞便及禾草為原料發酵生產甲烷作為燃料。另外，大量的農副產品或製品，如鼓皮、米糠、玉米漿、酵母浸膏、酒糟、豆餅、花生餅、蛋白腖等都是常用的發酵工業原料。

 

       滅菌處理

    要獲得微生物純培養，必須避免雜菌汙染，因此對所用器材及工作場所進行消毒與滅菌。對培養基而言，更是要進行嚴格的滅菌。對培養基一般采取高壓蒸汽滅菌，一般培養基用1.05kg/cm²，121.3℃條件下維持15～30min可達到滅菌目的。在高壓蒸汽滅菌過程中，長時間高溫會使某些不耐熱物質遭到破壞，如使糖類物質形成氨基糖、焦糖，因此含糖培養基常在0.56kg/ cm²，112.6℃15～30min進行滅菌，某些對糖類要求較高的培養基，可先將糖進行過濾除菌或間歇滅菌，再與其他已滅菌的成分混合；長時間高溫還會引起磷酸鹽、碳酸鹽與某些陽離子(特別是鈣、鎂、鐵離子)結合形成難溶性複合物而產生沉澱，因此，在配製用於觀察和定量測定微生物生長狀況的合成培養基時，常需在培養基中加入少量螯合劑，避免培養基中產生沉澱，常用的螯合劑為乙二胺四乙酸(EDTA)。還可以將含鈣、鎂、鐵等離子的成分與磷酸鹽、碳酸鹽分別進行滅菌，然後再混合，避免形成沉澱；高壓蒸汽滅菌後，培養基pH會發生改變(一般使pH降低)，可根據所培養微生物的要求，在培養基滅菌前後加以調整。

在配製培養基過程中，泡沫的存在對滅菌處理極不利，因為泡沫中的空氣形成隔熱層，使泡沫中微生物難以被殺死。因而有時需要在培養基中加入消泡沫劑以減少泡沫的產生，或適當提高滅。