微生物培養基的配製原則

 

目的明確 配製培養基首先要明確培養目的，要培養什麽微生物？是為了得到菌體還是代謝產物？是用於實驗室還是發酵生產？根據不同的目的，配製不同的培養基。

 

培養細菌、放線菌、酵母菌、黴菌所需要的培養基是不同的。在實驗室中常用牛肉膏蛋白腖培養基培養異養細菌，培養特殊類型的微生物還需特殊的培養基。

 

自養型微生物有較強的合成能力，所以培養自養型微生物的培養基完全由簡單的無機物組成。異養型微生物的合成能力較弱，所以培養基中至少要有一種有機物，通常是葡萄糖。有的異養型微生物需要多種生長因子，因此常采用天然有機物為其提供所需的生長因子。如果為了獲得菌體或作種子培養基用，一般來說，培養基的營養成分宜豐富些，特別是氮源含量應高些，以利於微生物的生長與繁殖。如果為了獲得代謝產物或用作發酵培養基，則所含氮源宜低些，以使微生物生長不致過旺而有利於代謝產物的積累。在有些代謝產物的生產中還要加入作為它們組成部分的元素或前體物質，如生產維生素B12時要加入鈷鹽，在金黴素生產中要加入氯化物，生產苄青黴素時要加入其前體物質苯乙酸。 營養協調 培養基應含有維持微生物最適生長所必須的一切營養物質。但更為重要的是，營養物質的濃度與配比要合適。營養物質濃度過低不能滿足其生長的需要；過高又抑製其生長。例如，適量的蔗糖是異養型微生物的良好碳源和能源，但高濃度的蔗糖則抑製微生物生長。金屬離子是微生物生長所不可缺少的礦質養分，但濃度過大，特別是重金屬離子，反而抑製其生長，甚至產生殺菌作用。各營養物質之間的配比，特別是碳氮比（C／N比）直接影響微生物的生長繁殖和代謝產物的積累。C／N比一般指培養基中元素碳和元素氮的比值，有時也指培養基中還原糖與粗蛋白的含量之比。不同的微生物要求不同的C／N比。如細菌和酵母菌培養基中的C／N比約為5／1，黴菌培養基中的C／N比約為10／l。

 

在微生物發酵生產中，C／N比直接影響發酵產量，如穀氨酸發酵中需要較多的氮作為合成穀氨酸的氮源，若培養基C／N比為4／1，則菌體大量繁殖，穀氨酸積累少；若培養基C／N比為3／1，則菌體繁殖受抑製，穀氨酸產量增加。此外，還須注意培養基中無機鹽的量以及它們之間的平衡；生長因子的添加也要注意比例適當，以保證微生物對各生長因子的平衡吸收。 理化適宜 微生物的生長與培養基的pH值、氧化還原電位、滲透壓等理化因素關係密切。

 

配製培養基應將這些因素控製在適宜的範圍內。

 

 1. pH值 各大類微生物一般都有其生長適宜的pH範圍。如細菌為7.0～8.0，放線菌為7.5～8.5，酵母菌為3.8～6.0，黴菌為4.0～5.8，藻類為6.0～7.0，原生動物為6.0～8.0。但對於某一具體的微生物菌種來說，其生長的最適pH範圍常會大大突破上述界限，其中一些嗜極菌更為突出。微生物在生長、代謝過程中，會產生改變培養基pH的代謝產物，若不及時控製，就會抑製甚至殺死其自身。因此，在設計此類培養基時，要考慮培養基成分對pH的調節能力。這種通過培養基內在成分所起的調節作用，可稱為pH的內源調節。

 內源調節主要有2種方式：①借磷酸緩衝液進行調節：例如調節K2HP04和KH2P04兩者濃度比即可獲得pH6.4～7.2間的一係列穩定的pH，當兩者為等摩爾濃度比時，溶液的pH值可穩定在6.8。②以CaCO3作“備用堿”進行調節：CaCO3在水溶液中溶解度很低，故將它加入至液體或固體培養基中並不會提高培養基的pH，但當微生物生長過程中不斷產酸時，卻可以溶解CaCO3，從而發揮其調節培養基pH的作用。如果不希望培養基有沉澱，有時可添加NaHCO3。 與內源調節相對應的是外源調節，這是一類按實際需要不斷從外界流加酸或堿液，以調整培養液pH值的方法。

 

 2. 氧化還原電位 各種微生物對培養基的氧化還原電位要求不同。一般好氧微生物生長的Eh(氧化還原勢)值為 + 0.3～+ 0.4 V，厭氧微生物隻能生長在+ 0.1 V以下的環境中。好氧微生物必須保證氧的供應，這在大規模發酵生產中尤為重要，需要采用專門的通氣措施。厭氧微生物則必須除去氧，因為氧對它們有害。所以，在配製這類微生物的培養基時，常加入適量的還原劑以降低氧化還原電位。常用的還原劑有巰基乙酸、半胱氨酸、硫化鈉、抗壞血酸、鐵屑等。也可以用其他理化手段除去氧。發酵生產上常采用深層靜置發酵法創造厭氧條件。

 

 3. 滲透壓和水活度 多數微生物能忍受滲透壓較大幅度的變化。培養基中營養物質的濃度過大，會使滲透壓太高，使細胞發生質壁分離，抑製微生物的生長。低滲溶液則使細胞吸水膨脹，易破裂。配製培養基時要注意滲透壓的大小，要掌握好營養物質的濃度。常在培養基中加入適量的NaCl以提高滲透壓。在實際應用中，常用水活度表示微生物可利用的遊離水的含水量。 經濟節約 配製培養基特別是大規模生產用的培養基時還應遵循經濟節約的原則，盡量選用價格便宜、來源方便的原料。在保證微生物生長與積累代謝產物需要的前提下，經濟節約原則大致有：“以粗代精”、“以野代家”、“以廢代好”、“以簡代繁”、“以烴代糧”、“以纖代糖”、“以氮代朊”、“以國（產）代進（口）”等方麵。