培養基的組成

1 前言

培養基是人工配製的供微生物或動植物細胞生長、繁殖、代謝和合成人們所需產物的營養物質和原料，同時，培養基也為微生物等提供除營養外的其它生長所必須的環境條件。常用的培養基都應符合一些基本要求：1 ) 都必須含有作為合成細胞組成的原料；2 ) 滿足一般生化反應的基本條件，如碳源、氮源、無機鹽、生長因素；3 ) 一定的pH等條件。 

2 培養基的組成

2.1 碳源

碳源是組成培養基的主要成分之一。常用的碳源有糖類、油脂、有機酸和低碳醇。在特殊情況下( 如碳源貧乏時) ，蛋白質水解產物或氨基酸等也可被某些菌種作為碳源使用。

葡萄糖是碳源中最易利用的糖，幾乎所有的微生物都能利用葡萄糖，所以葡萄糖常作為培養基的一種主要成分，並且作為加速微生物生長的一種有效的糖。但是過多的葡萄糖會過分加速菌體的呼吸，以致培養基中的溶解氧不能滿足需要，使一些中間代謝物不能完全氧化而積累在菌體或培養基中，如丙酮酸、乳酸、乙酸等導致pH下降，影響某些酶的活性，從而抑製微生物的生長和產物的合成。 

2.2 氮源

氮源主要用於構成菌體細胞物質( 氨基酸、蛋白質、核酸等) 和含氮代謝物。常用的氮源可分為兩大類： 有機氮源和無機氮源。 

2.2.1 有機氮源

常用的有機氮源有玉米漿、玉米蛋白粉、蛋白腖、酵母粉和酒糟等。它們在微生物分泌的蛋白酶作用下，水解成氨基酸，被菌體吸收後再進一步分解代謝。 

有機氮源除含有豐富的蛋白質、多肽和遊離氨基酸外， 往往還含有少量的糖類、脂肪、 無機鹽、 維生素及某些生長因子， 因而微生物在含有機氮源的培養基中常表現出生長旺盛， 菌絲濃度增長迅速的特點。大多數發酵工業都借助於有機氮源，來獲得所需氨基酸。 

玉米漿是一種很容易被微生物利用的良好氮源。因為它含有豐富的氨基酸( 丙氨酸、 賴氨酸、穀氨酸、纈氨酸、苯丙氨酸等) 、還原糖、磷、微量元素和生長素。玉米漿是玉米澱粉生產中的副產物，其中固體物含量在50％左右，還含有較多的有機酸，如乳酸，所以玉米漿的 pH在4左右。 

2.2.2 無機氮源

常用的無機氮源有銨鹽，硝酸鹽和氨水等。微生物對它們的吸收利用一般比有機氮源快， 所以也稱之謂迅速利用的氮源。但無機氮源的迅速利用常會引起pH的變化。 

氨水在發酵中除可以調節pH外，它也是一種容易被利用的氮源，在許多抗生素的生產中得到普遍使用。氨水因堿性較強，因此使用時要防止局部過堿，加強攪拌，並少量多次地加入。 

2.3 無機鹽

微生物在生長繁殖和生產過程中，需要某些無機鹽和微量元素如磷、 鎂、 硫、 鉀、 鈉、 鐵、氯、錳、鋅、鈣等，以作為其生理活性物質的組成或生理活性作用的調節物，這些物質一般在低濃度時對微生物生長和產物合成有促進作用，在高濃度時常表現出明顯的抑製作用。

在培養基中，鎂、磷、鉀、硫、鈣和氯等常以鹽的形式( 如硫酸鎂、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、碳酸鈣、氯化鉀等) 加入，而鈷、銅、鐵、錳、鋅、鉬等缺少了對微生物生長固然不利，但因其需要量很少，除了合成培養基外，一般在複合培養基中不再另外單獨加入。 

2.3.1 磷

是核酸和蛋白質的必要成分，也是重要的能量傳遞者——三磷酸腺苷的成分；在代謝途徑的調節方麵，磷起著很重要的作用，磷有利於糖代謝的進行，因此它能促進微生物的生長。但磷若過量時，許多產物的合成常受抑製。

2.3.2鎂

除了組成某些細胞的葉綠素的成分外，並不參與任何細胞物質的組成。但它處於離子狀態時，則是許多重要酶( 如己糖磷酸化酶、檸檬酸脫氫酶、羧化酶等) 的激活劑，鎂離子不但影響基質的氧化，還影響蛋白質的合成。鎂常以硫酸鎂的形式加入培養基中。 

2.3.3 氯

氯離子在一般微生物中不具有營養作用，但對一些嗜鹽菌來講是需要的，在一些產生含氯代謝物的發酵中，除了從其它天然原料和水中帶入的氯離子外，還需加入約0.1％氯化鉀以補充氯離子。 

2.3.4鈉、鉀、鈣

鈉、鉀、鈣等離子雖不參與細胞的組成，但仍是微生物發酵培養基的必要成分。鈉、鉀離子與維持細胞滲透壓有關，故在培養基中常加入少量鈉鹽、鉀鹽，但用量不能過高，否則會影響微生物生長。鈣離子能控製細胞透性，它不能逆轉高濃度無機磷對某些產品的抑製作用。 

2.4前體、 促進荊和抑製劑

發酵培養基中某些成分的加入有助於調節產物的形成，而並不促進微生物的生長。這些添加的物質包括前體、抑製劑和促進劑／ 包括誘導劑、生長因子等) 。

2.4.1前體

指某些化合物加入到發酵培養基中，能直接被微生物在生物合成過程中結合到產物分子中去，而其自身的結構並沒有多大變化，但是產物的產量卻因加入前體而有較大的提高。 

2.4.2促進劑

指那些既不是營養物又不是前體，但卻能提高產量的添加劑。 

2.4.3抑製劑

在發酵過程中加入抑製劑會抑製某些代謝途徑的進行， 同時會使另一代謝途徑活躍，從而獲得人們所需的某種產物或使正常代謝的某一代謝中間物積累起來。 

2.5 水

除了少數微生物如藍細菌能利用水中的氫作為還原CO₂時的還原劑外，其他微生物都不是利用水作為營養物質。即使如此，由於水在微生物的生命活動過程包括營養過程中的重要性，它仍應屬於營養要素之一，為培養基的重要組成之一。 

3 結束語

對某一微生物和產品來講，究竟用哪些原料作培養基還需經過一係列實驗的摸索，能確定一種既有利於微生物生長，又能保證得到高產優質的較為理想的培養基配方。另外，工業生產培養基所用的原材料還必須來源豐富、價格低廉、質量穩定。當然一種好的培養基配方還應隨菌種的改良、發酵控製條件( pH、溶解氧、中間補料等工藝條件) 和發酵設備的變化而作相應的變化。