第2章微生物營(yíng)養(yǎng)及培養(yǎng)基

第二章微生物的營(yíng)養(yǎng)與培養(yǎng)基

李昆太

江西農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院發(fā)酵工程流程第一節(jié)微生物的營(yíng)養(yǎng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)：可為微生物利用于分解代謝和合成代謝的物質(zhì)。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的作用：參與細(xì)胞組成；構(gòu)成酶的活性成分與物質(zhì)運(yùn)輸系統(tǒng)；提供機(jī)體進(jìn)行各種生理活動(dòng)所需要的能量。微生物細(xì)胞的化學(xué)構(gòu)成確定微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的需要：

1、分析微生物細(xì)胞的化學(xué)成分及分泌于細(xì)胞之外的代謝物的性質(zhì)。

2、測(cè)定微生物對(duì)外源有機(jī)物的需要。

微生物通過(guò)代謝從環(huán)境中取得營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)合成細(xì)胞物質(zhì)、產(chǎn)能并在新陳代謝中用于代謝調(diào)節(jié)，使生命能夠維持和延續(xù)。

微生物細(xì)胞化學(xué)組成成分析表明，與其他高等動(dòng)植物細(xì)胞一樣，細(xì)胞也是大量元素碳、氫、氧、氮、磷、硫（這六種元素占細(xì)菌細(xì)胞干重的97％）和微量元素鐵、錳、鋅等構(gòu)成。微生物細(xì)胞中這些元素主要以蛋白質(zhì)、糖、脂、核酸、維生素及它們的降解產(chǎn)物、代謝產(chǎn)物等有機(jī)物質(zhì)，水和無(wú)機(jī)鹽等無(wú)機(jī)物質(zhì)的形式存在。

水是細(xì)胞中的一種主要成分，一般可占細(xì)胞重的70％-90％。

微生物細(xì)胞中幾種主要元素的含量

（干重的百分?jǐn)?shù)）

元素細(xì)菌酵母菌霉菌

碳

5049.847.9

氮

1512.45.2

氫

86.76.7

氧

2031.140.2

磷

3——

硫

1——

微生物細(xì)胞的化學(xué)組成主要成分細(xì)菌酵母菌霉菌水分75~8570~8085~90（占細(xì)胞鮮重的%）蛋白質(zhì)50~8032~7514~15

占細(xì)碳水化合物12~2827~637~40

胞干脂肪5~202~154~40

重的核酸10~206~81%

無(wú)機(jī)鹽2~303.8~76~12第二節(jié)培養(yǎng)基的選擇和確定一、培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)成分二、培養(yǎng)基的用途三、發(fā)酵培養(yǎng)基的選擇四、培養(yǎng)基成分的營(yíng)養(yǎng)與作用五、培養(yǎng)基確定方法一、培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)成分

微生物的營(yíng)養(yǎng)活動(dòng)，是依靠向外界分泌大量的酶，將周圍環(huán)境中大分子的蛋白質(zhì)、糖類、脂肪等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分解成小分子化合物，再借助細(xì)胞膜的滲透作用，吸收這些小分子營(yíng)養(yǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。所有發(fā)酵培養(yǎng)基都必須提供微生物生長(zhǎng)繁殖和產(chǎn)物合成所需的能源，包括碳源、氮源、無(wú)機(jī)元素、生長(zhǎng)因子及水、氧氣等。對(duì)于大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)，除考慮上述微生物的需要外，還必須重視培養(yǎng)基原料的價(jià)格和來(lái)源。微生物的營(yíng)養(yǎng)來(lái)源

（1）能源自養(yǎng)菌：光；氫；亞硝酸鹽；亞鐵鹽等。異養(yǎng)菌：碳水化合物等有機(jī)物，石油天然氣和石油化工產(chǎn)品，如醋酸。（2）碳源：碳酸氣；淀粉水解糖，糖蜜、亞硫酸鹽紙漿廢液等石油、正構(gòu)石蠟，天然氣醋酸、甲醇、乙醇等石油化工產(chǎn)品（3）氮源豆餅或蠶蛹水解液，味精廢液，玉米漿，酒糟水等有機(jī)氮尿素，硫酸銨，氨水，硝酸鹽等無(wú)機(jī)氮

氣態(tài)氮

(4)無(wú)機(jī)鹽磷酸鹽，鉀鹽，鎂鹽，鈣鹽等鐵、錳、鈷等微量元素（5）特殊生長(zhǎng)因子硫胺素、生物素、對(duì)氨基苯甲酸、肌醇等二、培養(yǎng)基的用途

（一）培養(yǎng)基的分類（1）按培養(yǎng)基組成物質(zhì)的化學(xué)成分合成培養(yǎng)基、天然培養(yǎng)基。（2）按物理性質(zhì)固體，液體（3）按用途選擇性培養(yǎng)基、鑒別培養(yǎng)基、富集培養(yǎng)基等（1）天然培養(yǎng)基是采用化學(xué)成分還不清楚或化學(xué)成分還不恒定的各種植物和動(dòng)物組織或微生物的浸出物、水解液等物質(zhì)(例如牛肉膏、酵母膏、麥芽汁、蛋白胨等)制成的。適合于各類異養(yǎng)微生物生長(zhǎng)，而一般自養(yǎng)微生物都不能生長(zhǎng)。（2）合成培養(yǎng)基是用化學(xué)成分和數(shù)量完全了解的物質(zhì)配制而成的。成分精確，重復(fù)性強(qiáng)，可以減少不能控制的因素適用于在實(shí)驗(yàn)室范圍作有關(guān)營(yíng)養(yǎng)、代謝、分類鑒定、生物測(cè)定及選育菌種、遺傳分析等定量研究工作。但一般微生物在合成培養(yǎng)基上生長(zhǎng)較慢，有些微生物營(yíng)養(yǎng)要求復(fù)雜，在合成培養(yǎng)基上不能生長(zhǎng)。（3）半合成培養(yǎng)基多數(shù)培養(yǎng)基配制是采用一部分天然有機(jī)物作碳源、氮源和生長(zhǎng)因子的來(lái)源，再適當(dāng)加入一些化學(xué)藥品以補(bǔ)充無(wú)機(jī)鹽成分，使其更能充分滿足微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)的需要。大多數(shù)微生物都能在此培養(yǎng)基上生長(zhǎng)繁殖。因此，在微生物工業(yè)生產(chǎn)上和試驗(yàn)研究中被廣泛使用。（1）

液體培養(yǎng)基：常用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)及生理代謝等基本理論研究工作。發(fā)酵工業(yè)多用作培養(yǎng)種子和發(fā)酵的培養(yǎng)基。根據(jù)微生物對(duì)氧的要求情況，分別作靜止或通風(fēng)攪拌培養(yǎng)。在菌種篩選工作和菌種培養(yǎng)工作中，也常用液體培養(yǎng)基進(jìn)行搖瓶培養(yǎng)微生物在液體培養(yǎng)基中生長(zhǎng)的情況有時(shí)也可用作鑒定菌種的參考。生理代謝菌種篩選種子培養(yǎng)發(fā)酵培養(yǎng)（2）

固體培養(yǎng)基

分類：斜面試管、平板等是在液體培養(yǎng)基中加入凝固劑配成的，最常用的凝固劑是瓊脂。作用：固體培養(yǎng)基在菌種的分離、保藏、菌落特征的觀察、活菌計(jì)數(shù)和鑒定菌種方面是不可缺少的。在制曲、酶制劑、檸檬酸等生產(chǎn)中，用來(lái)培養(yǎng)霉菌等的固體種子和發(fā)酵培養(yǎng)基是由麩皮等農(nóng)作物加無(wú)機(jī)元素等制成的。增殖培養(yǎng)基：可以配制成適合某種微生物生長(zhǎng)而不適合其他微生物生長(zhǎng)，從而達(dá)到從自然界分離這種微生物的目的。鑒別培養(yǎng)基：是根據(jù)微生物能否利用培養(yǎng)基中某種營(yíng)養(yǎng)成分，借助指示劑的顯色反應(yīng)，以鑒別不同種類的微生物。選擇培養(yǎng)基：是在培養(yǎng)基內(nèi)加入某種化學(xué)物質(zhì)以抑制不需要菌的生長(zhǎng)，而促進(jìn)某種需要菌的生長(zhǎng)。（二）發(fā)酵生產(chǎn)中的培養(yǎng)基類型

工業(yè)發(fā)酵中培養(yǎng)基往往是依據(jù)生產(chǎn)流程和作用分為：

斜面培養(yǎng)基

種子培養(yǎng)基

發(fā)酵培養(yǎng)基補(bǔ)料培養(yǎng)基1．斜面培養(yǎng)基作用：這是供微生物細(xì)胞生長(zhǎng)繁殖用的，包括細(xì)菌，酵母等的斜面培養(yǎng)基以及霉菌、放線菌生孢子培養(yǎng)基或麩曲培養(yǎng)基等。這類培養(yǎng)基主要作用是供給細(xì)胞生長(zhǎng)繁殖所需的各類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。特點(diǎn)（*）：1.富含有機(jī)氮源，少含或不含糖分。有機(jī)氮有利于菌體的生長(zhǎng)繁殖，能獲得更多的細(xì)胞。2.對(duì)于放線菌或霉菌的產(chǎn)孢子培養(yǎng)基，則氮源和碳源均不宜太豐富，否則容易長(zhǎng)菌絲而較少形成孢子。3.斜面培養(yǎng)基中宜加少量無(wú)機(jī)鹽類，供給必要的生長(zhǎng)因子和微量元素。2．種子培養(yǎng)基培養(yǎng)種子的目的（*）

：

擴(kuò)大培養(yǎng)，增加細(xì)胞數(shù)量；同時(shí)也必須培養(yǎng)出強(qiáng)壯、健康、活性高的細(xì)胞。為了使細(xì)胞迅速進(jìn)行分裂或菌絲快速生長(zhǎng)。種子培養(yǎng)基特點(diǎn)（*）：1.必須有較完全和豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，特別需要充足的氮源和生長(zhǎng)因子。2.種子培養(yǎng)基中各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度不必太高。供孢子發(fā)芽生長(zhǎng)用的種子培養(yǎng)基，可添加一些易被吸收利用的碳源和氮源。3.種子培養(yǎng)基成分還應(yīng)考慮與發(fā)酵培養(yǎng)基的主要成分相近。3．發(fā)酵培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基是發(fā)酵生產(chǎn)中最主要的培養(yǎng)基，它不僅耗用大量的原材料，而且也是決定發(fā)酵生產(chǎn)成功與否的重要因素。（1）根據(jù)產(chǎn)物合成的特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)培養(yǎng)基：對(duì)菌體生長(zhǎng)與產(chǎn)物相偶聯(lián)的發(fā)酵類型，充分滿足細(xì)胞生長(zhǎng)繁殖的培養(yǎng)基就能獲得最大的產(chǎn)物。對(duì)于生產(chǎn)氨基酸等含氮的化合物時(shí)，它的發(fā)酵培養(yǎng)基除供給充足的碳源物質(zhì)外，還應(yīng)該添加足夠的銨鹽或尿素等氮素化合物。（2）發(fā)酵培養(yǎng)基的各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度應(yīng)盡可能高些，這樣在同等或相近的轉(zhuǎn)化率條件下有利于提高單位容積發(fā)酵罐的利用率，增加經(jīng)濟(jì)效益。（3）發(fā)酵培養(yǎng)基需耗用大量原料，因此，原料來(lái)源、原材料的質(zhì)量以及價(jià)格等必須予以重視。發(fā)酵培養(yǎng)基的選擇

(1)必須提供合成微生物細(xì)胞和發(fā)酵產(chǎn)物的基本成分。(2)有利于減少培養(yǎng)基原料的單耗，即提高單位營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)所合成產(chǎn)物數(shù)量或最大產(chǎn)率。(3)有利于提高培養(yǎng)基和產(chǎn)物的濃度，以提高單位容積發(fā)酵罐的生產(chǎn)能力。(4)有利于提高產(chǎn)物的合成速度，縮短發(fā)酵周期。(5)盡量減少副產(chǎn)物的形成，便于產(chǎn)物的分離純化。(6)原料價(jià)格低廉，質(zhì)量穩(wěn)定，取材容易。(7)所用原料盡可能減少對(duì)發(fā)酵過(guò)程中通氣攪拌的影響，利于提高氧的利用率，降低能耗。(8)有利于產(chǎn)品的分離純化，并盡可能減少產(chǎn)生“三廢”的物質(zhì)。發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和注意事項(xiàng)

1．提供必要的營(yíng)養(yǎng)成分：培養(yǎng)基成分必須滿足細(xì)胞生長(zhǎng)，代謝活動(dòng)和合成產(chǎn)物所需的基本要求。2．配制合適的濃度：可以從發(fā)酵動(dòng)力學(xué)有關(guān)生長(zhǎng)、產(chǎn)物合成和基質(zhì)利用物料平衡的關(guān)系中大致推算所需原料或大致計(jì)算出所需主要原料的需要量。3.主成分與其他成分的配比。

4.控制合適的pH：微生物的生長(zhǎng)繁殖或產(chǎn)物的合成往往需要一定的pH環(huán)境，在最適pH值下有利于加快各種酶的反應(yīng)。因此在整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中應(yīng)使培養(yǎng)基的pH適合于微生物生長(zhǎng)或產(chǎn)物合成所需。5．避免產(chǎn)生微生物不能利用的物質(zhì)或形成沉淀葡萄糖與銨鹽或氨基酸的氨基在滅菌高溫下作用形成深褐色物質(zhì)。這種物質(zhì)不被微生物利用。因此這兩類營(yíng)養(yǎng)物不宜直接配在一起進(jìn)行滅菌，而應(yīng)采用分開(kāi)滅菌后再加入發(fā)酵罐內(nèi)。硫酸銨中的SO42-與鈣鹽易形成難溶的硫酸鈣，因此二者也不宜直接配成培養(yǎng)基。6．注意代謝調(diào)節(jié)物的影響：有些物質(zhì)存在于培養(yǎng)基中往往能明顯地促進(jìn)或抑制發(fā)酵產(chǎn)物的形成。前體物質(zhì)誘導(dǎo)劑阻遏物抑制劑金屬離子(1)添加有關(guān)前體物質(zhì)：前作物質(zhì)：是指當(dāng)添加到發(fā)酵培養(yǎng)基中的某些化學(xué)物質(zhì)基本上不改變其分子結(jié)構(gòu)而直接進(jìn)入產(chǎn)物中的小分子物質(zhì)，從而在一定條件下控制產(chǎn)物的合成方向和提高產(chǎn)量。在發(fā)酵中添加前體物質(zhì)將有利于產(chǎn)物的合成和顯著提高產(chǎn)量，如苯乙酸及其衍生物被認(rèn)為是青霉素的前體物質(zhì)。(2)添加誘導(dǎo)物：目前工業(yè)用微生物酶多數(shù)為誘導(dǎo)酶，如蛋白酶、淀粉酶、纖維素酶等。誘導(dǎo)物的存在能大大強(qiáng)化誘導(dǎo)酶的生物合成。酶的正常底物或底物的類似物都可作為誘導(dǎo)物。在各種微生物酶的發(fā)酵培養(yǎng)基中必須加入誘導(dǎo)物，例如淀粉、糊精或麥芽糖是淀粉酶或糖化酶的誘導(dǎo)物。只有添加這些物質(zhì)的培養(yǎng)基，才能獲得高產(chǎn)。(3)注意阻遏物或抑制劑的影響培養(yǎng)基中存在反饋?zhàn)瓒粑锘蚍纸庾瓒粑锞苡绊懨傅暮铣?，降低發(fā)酵產(chǎn)量。有些酶的抑制劑卻能提高某些代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量，最早利用抑制劑提高中間代謝物產(chǎn)量的例子是甘油發(fā)酵中加入亞硫酸鈉。在培養(yǎng)基配制時(shí)必須注意加入有益的抑制劑，而避免混入有害的抑制物。（4）金屬離子的影響

有些種類的發(fā)酵生產(chǎn)對(duì)金屬離子相當(dāng)敏感，因?yàn)橛行┙饘匐x子是中間代謝酶的抑制劑或激活劑。因此對(duì)于有重大影響的金屬離子必須嚴(yán)格控制。如檸檬酸發(fā)酵中鐵、錳和鋅離子都能明顯影響產(chǎn)量，鈣離子對(duì)細(xì)菌淀粉酶的生產(chǎn)有促進(jìn)作用，而鈷離子對(duì)葡萄糖異構(gòu)酶的發(fā)酵是必需的，這些在培養(yǎng)基配制時(shí)都必須予以注意。三、培養(yǎng)基組成物質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)與作用碳素化合物氮素化合物水微量元素(無(wú)機(jī)鹽類)生長(zhǎng)因子碳素化合物營(yíng)養(yǎng)源對(duì)微生物生長(zhǎng)發(fā)育的影響(1)碳素化合物的作用構(gòu)成菌體成分的重要元素，產(chǎn)生各種代謝產(chǎn)物和細(xì)胞內(nèi)貯藏物質(zhì)的主要原料，同時(shí)又是化能異養(yǎng)型微生物的能量來(lái)源。碳源物質(zhì)是培養(yǎng)基主要成分：占細(xì)胞干物質(zhì)的50％左右，提供能源、碳架、代謝產(chǎn)物。碳源物質(zhì)的易利用順序：葡萄糖（單）→蔗糖、麥芽糖、乳糖（雙）→糊精→淀粉葡萄糖：是最易利用的糖，并且作為加速微生物生長(zhǎng)的一種有效的糖。過(guò)多的葡萄糖會(huì)過(guò)分加速菌體的呼吸，以致培養(yǎng)基中的溶解氧不能滿足需要。糖蜜：是制糖廠生產(chǎn)糖時(shí)的結(jié)晶母液，是蔗糖廠的副產(chǎn)物。含有較豐富的糖、氨素化合物和無(wú)機(jī)維生素等，是微生物工業(yè)的價(jià)廉物美的原料。淀粉：一般要經(jīng)菌體產(chǎn)生的胞外酶水解成單糖后再被吸收利用。可克服葡萄代謝過(guò)快的弊病。來(lái)源豐富，價(jià)格比較低廉。常用的為玉米淀粉、小麥淀粉和甘薯淀。油和脂肪：在微生物分泌的脂肪酶作用下水解為甘油和脂肪酸，在溶解氧的參與下，氧化成水和CO2。因此用脂肪作碳源時(shí)需比糖代謝供給更多的氧。(2)氮素化合物

氮是構(gòu)成微生物細(xì)胞蛋白質(zhì)和核酸的主要元素，而蛋白質(zhì)和核酸是微生物原生質(zhì)的主要組成部分。氮素一般不提供能量，但硝化細(xì)菌卻能利用氨作為氮源和能源。就某一類微生物而言，由于其合成能力的差異，對(duì)氮營(yíng)養(yǎng)的需要也有很大區(qū)別。

遲效氮源：蛋白氮必須通過(guò)水解之后降解成胨、肽、氨基酸等才能被機(jī)體利用，這種氮源叫做遲效氮源。

速效氮源：無(wú)機(jī)氮源或以蛋白質(zhì)降解產(chǎn)物形式存在的有機(jī)氮源可以直接被菌體吸收利用，這種氮源叫做速效氮源。

速效氮源通常是有利于機(jī)體的生長(zhǎng)，遲效氮源有利于代謝產(chǎn)物的形成。

銨鹽氨基酸 入胞 細(xì)胞物質(zhì)蛋白胨

誘導(dǎo)酶硝酸鹽NO3 NH4+分解 入胞 細(xì)胞物質(zhì)豆餅蠶蛹粉誘導(dǎo)酶

多數(shù)微生物可以利用無(wú)機(jī)含氮化合物作為氮源，也可以利用有機(jī)含氮化合物作為氮源。但有些微生物沒(méi)有將無(wú)機(jī)氮合成有機(jī)氮的能力，它們不能把尿素、銨鹽等這些無(wú)機(jī)氮源自行合成他們生長(zhǎng)所需的氨基酸，而需要從外界吸收現(xiàn)成的氨基酸作為氮源才能生長(zhǎng)，這類微生物叫做氨基酸異養(yǎng)型微生物，也叫營(yíng)養(yǎng)缺陷型。氮的來(lái)源又可分為無(wú)機(jī)氮和有機(jī)氮——

有機(jī)氮源：花生餅粉、黃豆餅粉、棉子餅粉、玉米漿、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母膏、魚(yú)粉、蠶蛹粉、尿素、廢菌絲體和酒糟等。它們?cè)谖⑸锓置诘牡鞍酌缸饔孟?，水解成氨基酸，被菌體進(jìn)一步分解代謝。有機(jī)氮源特點(diǎn)：含有豐富的蛋白質(zhì)、多肽和游離的氨基酸，還含有少量的糖類、脂肪、無(wú)機(jī)鹽、維生素及生長(zhǎng)因子。玉米漿：是玉米淀粉生產(chǎn)中的副產(chǎn)物，其中固體物含量在50％。還含有有機(jī)酸、還原糖、磷、微量元素、生長(zhǎng)素。由于玉米漿的來(lái)源不同，加工條件也不同，因此玉米漿的成分有較大波動(dòng)。無(wú)機(jī)氮源：銨鹽、硝酸鹽、氨水等。微生物對(duì)其吸收利用比有機(jī)物快利用無(wú)機(jī)氮時(shí)應(yīng)注意引起的pH變化實(shí)驗(yàn)室中常用蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等作為有機(jī)氮源，工業(yè)生產(chǎn)上常用硫酸銨、尿素、氨水、豆餅粉、花生餅粉、麩皮等原料作氮源。(3)水

a.

水是良好的溶劑，菌體所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)都是溶解于水中被吸收的。b.

滲透、分泌、排泄等作用都是以水為媒介。c.

水直接參與代謝作用中的許多反應(yīng)。所以，水在生物化學(xué)反應(yīng)中占有極為重要的地位。d.

水的比熱高，能有效地吸收代謝過(guò)程中所放出的熱，使細(xì)胞內(nèi)溫度不致驟然上升。e.水是熱的良導(dǎo)體，有利于放熱，可調(diào)節(jié)細(xì)胞的溫度。(4)無(wú)機(jī)鹽類

是微生物生長(zhǎng)必不可少的一類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，它們?yōu)闄C(jī)體生長(zhǎng)提供多種重要的生理功能，包括大量元素和微量元素。

大量元素：P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe等。（微生物生長(zhǎng)所需濃度在10-3~10-4mol/L）

微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、Co等。（微生物生長(zhǎng)所需濃度在10-6~10-8

mol/L）

一般微生物生長(zhǎng)所需要的無(wú)機(jī)鹽有：硫酸鹽、磷酸鹽、氯化物以及含有鈉、鉀、鎂、鐵等金屬元素的化合物。無(wú)機(jī)鹽的生理功能

細(xì)胞內(nèi)一般分子成分（P、S、Ca、Ma、Fe等）一般功能滲透壓的維持（Na+等）生理調(diào)節(jié)物質(zhì)酶的激活劑（Ma2+等）大量元素pH的穩(wěn)定無(wú)化能自養(yǎng)菌的能源（S、Fe2+、NH4+、NO2-等）機(jī)特殊功能鹽無(wú)氧呼吸時(shí)的氫受體（NO3-、SO42-等）酶的激活劑（Cu2+、Mn2+

、Zn2+等）微量元素特殊分子結(jié)構(gòu)成分（Co、Mo等）當(dāng)無(wú)機(jī)鹽濃度太高時(shí)，對(duì)微生物生長(zhǎng)有抑制作用，而在較低濃度時(shí)卻能刺激生長(zhǎng)。

一般在復(fù)合培養(yǎng)基中由于加入許多動(dòng)植物原料等都含有微量元素。磷：是核酸和蛋白質(zhì)的必要成分，也是ATP的成分。在代謝途徑調(diào)節(jié)方面，起著重要作用。促進(jìn)微生物生長(zhǎng)，但過(guò)量時(shí)，許多產(chǎn)物的合成受抑制。

鈣：培養(yǎng)基中鈣鹽過(guò)多時(shí)，會(huì)形成磷酸鈣沉淀?？煞謩e消毒或逐步補(bǔ)加。鎂：處于離子狀態(tài)時(shí)，是許多酶的輔酶的激活劑，不但影響基質(zhì)的氧化，也影響蛋白質(zhì)的合成。以硫酸鎂加入，但在堿性溶液中會(huì)形成沉淀。（5）生長(zhǎng)因子

生長(zhǎng)因子是一類對(duì)微生物正常生活所不可缺少而需要量又不大，但微生物自身不能用簡(jiǎn)單的碳源或氮源合成，或合成量不足以滿足機(jī)體生長(zhǎng)需要的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。不同微生物需求的生長(zhǎng)因子的種類和數(shù)量不同。

缺乏合成生長(zhǎng)因子能力的微生物稱為“營(yíng)養(yǎng)缺陷型”微生物

生長(zhǎng)因子主要包括維生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶（堿基）及其衍生物，此外還有甾醇、胺類、脂肪酸等等。各種維生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶（堿基）的生理功能見(jiàn)教材。

微生物所需的生長(zhǎng)因子會(huì)隨著培養(yǎng)條件的變化而變化。前體物質(zhì)、通氣量、PH、溫度等都會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響。

最早發(fā)現(xiàn)的生長(zhǎng)因子是維生素，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)許多維生素都能起生長(zhǎng)因子的作用。維生素大部分是構(gòu)成酶的輔基或輔酶，需要量很少，但是缺少維生素微生物不能正常生長(zhǎng)。有些微生物缺乏或喪失合成某種或某些氨基酸的酶，所以不能合成生長(zhǎng)所必需的氨基酸，這類微生物被稱為“氨基酸缺陷型”。

例如：腸膜明串珠菌常常需要由外源供給多種氨基酸才能生長(zhǎng)。另外有些微生物生長(zhǎng)還需要其它特殊的成分，例如某些乳酸桿菌生長(zhǎng)需要核苷；某些酵母菌和真菌生長(zhǎng)需要肌醇；某些肺炎球菌生長(zhǎng)需要膽堿等。根據(jù)微生物對(duì)生長(zhǎng)因子的需要的不同，可分為三種類型：（1）生長(zhǎng)因子自養(yǎng)型微生物：能自行合成不需要從外界吸取，如大多數(shù)真菌、放線菌和不少細(xì)菌。（2）生長(zhǎng)因子異養(yǎng)型微生物：?jiǎn)适Ш铣赡芰蚝铣赡芰τ邢?，必須從外界吸取才能維持正常的生長(zhǎng)，如乳酸菌、動(dòng)物至病菌、支原體、原生動(dòng)物。（3）生長(zhǎng)因子過(guò)量合成微生物：能合成并分泌某些維生素等生長(zhǎng)因子，可用于維生素等生產(chǎn)菌。（6）前體物質(zhì)

前體物質(zhì)(Precursor)：最終所需的代謝產(chǎn)物的前身或其結(jié)構(gòu)中的一部分。在生物合成中直接結(jié)合到產(chǎn)物分子中，自身結(jié)構(gòu)變化不大，能顯著提高產(chǎn)量的小分子物質(zhì)?？股?Antibiotin)發(fā)酵中常用的前體物質(zhì)：抗生素前體物質(zhì)青霉素Ｇ苯乙酸（或在發(fā)酵中生成苯乙酸的物質(zhì)）鏈霉素肌醇、精氨酸、甲硫氨酸紅霉素丙酸、丙醇、丙酸鹽、乙酸鹽影響前體物質(zhì)效力的因素菌種的特性與菌齡(Cellage)前體物質(zhì)的投入量(Inoculationconcentration)前體物質(zhì)的毒性(Toxicity)苯乙酸用量（％）青霉素產(chǎn)量（單位/ml)青霉素Ｇ比例（％）0.1７７５０57.30.2８５１５73.00.3９６３０90.60.4９２００95.6（7）促進(jìn)劑和抑制劑促進(jìn)劑Accelerator（刺激劑Stimulant）并非前體或營(yíng)養(yǎng)物，可影響正常代謝或中間代謝物積累、或提高次級(jí)代謝物的產(chǎn)量的一類刺激因子。作用原理：改變細(xì)胞的滲透性，或“啟動(dòng)”微生物體內(nèi)的生產(chǎn)部位，否則這些部位是被阻遏的，因此促進(jìn)劑的添加可以大大提高產(chǎn)量。常用促進(jìn)劑：各種表面活性劑Surfactant（洗滌劑、吐溫80、EDTA、植酸等）、大豆油提煉物、甲醇等

抑制劑(Inhibitor)的作用原理：通過(guò)抑制某些合成其它產(chǎn)物的途徑而使所需產(chǎn)物的合成得到加強(qiáng)?？股厣a(chǎn)中的抑制劑：抗生素被抑制的產(chǎn)物抑制劑鏈霉素甘露糖鏈霉素甘露聚糖四環(huán)素金霉素溴化物、硫脲等頭孢霉素C頭孢霉素NL-蛋氨酸利福霉素B其它利福霉素巴比妥藥物五、培養(yǎng)基確定方法（1）首先必須做好調(diào)查研究工作，了解菌種的來(lái)源、生活習(xí)慣、生理生化特性和一般的營(yíng)養(yǎng)要求。工業(yè)生產(chǎn)主要應(yīng)用細(xì)菌、放線菌、酵母菌和霉菌四大類微生物。它們對(duì)營(yíng)養(yǎng)的要求既有共性，也有各自的特性，應(yīng)根據(jù)不同類型微生物的生理特性考慮培養(yǎng)基的組成。例如：營(yíng)養(yǎng)物的濃度與比例應(yīng)恰當(dāng)

濃度過(guò)高——微生物的生長(zhǎng)起抑制作用，濃度過(guò)小——不能滿足微生物生長(zhǎng)的需要。

碳氮比（C/N）直接影響微生物生長(zhǎng)與繁殖及代謝物的形成與積累，故常作為考察培養(yǎng)基組成時(shí)的一個(gè)重要指標(biāo)。C/N比值=碳源中的碳原子的mol數(shù)氮源中所含的氮原子的mol數(shù)

應(yīng)注意各營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之間的濃度比；培養(yǎng)基中各營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之間的濃度比直接影響微生物的生長(zhǎng)與繁殖和（或）代謝產(chǎn)物的形成與積累，尤其是碳氮比（C／N）的影響更為明顯。例：在谷氨酸生產(chǎn)中

C/N＝4/1時(shí)，菌體大量繁殖，谷氨酸積累少；

C/N＝3/1時(shí)，菌體生長(zhǎng)受抑制，而谷氨酸大量增加。還應(yīng)注意：速效性氮（或碳）源與遲效性氮（或碳）源的比例；各種金屬離子間的比例（影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的滲透和其他代謝活動(dòng)）。培養(yǎng)基中各種元素的比例需要平衡。例如：物理化學(xué)條件適宜1、pH:各類微生物的最適生長(zhǎng)pH值各不相同：細(xì)菌：7.0-8.0 放線菌：7.5-8.5酵母菌：3.8-6.0

霉菌：4.0-5.8

在微生物的生長(zhǎng)和代謝過(guò)程中，由于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用和代謝產(chǎn)物的形成與積累，培養(yǎng)基的初始pH值會(huì)發(fā)生改變。為了維持培養(yǎng)基pH值的相對(duì)恒定，通常采用下列兩種方式：內(nèi)源調(diào)節(jié)：在培養(yǎng)基里加一些緩沖劑或不溶性的碳酸鹽；調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的碳氮比。

外源調(diào)節(jié)：按實(shí)際需要不斷向發(fā)酵液流加酸或堿液。

2、滲透壓和aw滲透壓 等滲溶液 適宜微生物生長(zhǎng) 高滲溶液 細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離 低滲溶液 細(xì)胞吸水膨脹，直至破裂

例如：

用于培養(yǎng)菌體種子的培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)應(yīng)豐富，氮源含量宜高（碳氮比低）；用于大量生產(chǎn)代謝產(chǎn)物的培養(yǎng)基其氮源一般應(yīng)比種子培養(yǎng)基稍低，（但若發(fā)酵產(chǎn)物是含氮化合物時(shí)，有時(shí)還應(yīng)提高培養(yǎng)基的氮源含量）；若代謝產(chǎn)物是次級(jí)代謝產(chǎn)物時(shí)要考慮是否加入特殊元素或特定的代謝產(chǎn)物；當(dāng)所設(shè)計(jì)的是大規(guī)模發(fā)酵用的培養(yǎng)基時(shí)，應(yīng)重視培養(yǎng)基中各成份的來(lái)源和價(jià)格，應(yīng)選擇來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉的原料，提倡以粗代精，以廢代好。（2）其次，對(duì)生產(chǎn)菌種的培養(yǎng)條件，生物合成的代謝途徑，代謝產(chǎn)物的化學(xué)性質(zhì)、分子結(jié)構(gòu)、一般提煉方法和產(chǎn)品質(zhì)量要求等也需要有所了解，以便在選擇培養(yǎng)基時(shí)做到心中有數(shù)。（3）最好先選擇一種較好的化學(xué)合成培養(yǎng)基做基礎(chǔ)，開(kāi)始時(shí)先做一些搖瓶試驗(yàn);

然后進(jìn)一步做小型發(fā)酵罐培養(yǎng)，摸索菌種對(duì)各種主要有機(jī)碳源和氮源的利用情況和產(chǎn)生代謝產(chǎn)物的能力。注意培養(yǎng)過(guò)程中的pH變化，觀察適合于菌種生長(zhǎng)繁殖和適合于代謝產(chǎn)物形成的兩種不同pH，不斷調(diào)整配比來(lái)適應(yīng)上述各種情況。（4）注意每次只限一個(gè)變動(dòng)條件。有了初步結(jié)果以后，先確定一個(gè)培養(yǎng)基配比。其次再確定各種重要的金屬和非金屬離子對(duì)發(fā)酵的影響，即對(duì)各種無(wú)機(jī)元素的營(yíng)養(yǎng)要求，試驗(yàn)其最高、最低和最適用量。在合成培養(yǎng)基上得出一定結(jié)果后，再做復(fù)合培養(yǎng)基試驗(yàn)。最后試驗(yàn)各種發(fā)酵條件和培養(yǎng)基的關(guān)系。培養(yǎng)基內(nèi)pH可由添加碳酸鈣來(lái)調(diào)節(jié)，其他如硝酸鈉、硫酸銨也可用來(lái)調(diào)節(jié)。（5）

有些發(fā)酵產(chǎn)物，如抗生素等，除了配制培養(yǎng)基以外，還要通過(guò)中間補(bǔ)料法，一面對(duì)碳及氮的代謝予以適當(dāng)?shù)目刂?，一面間歇添加各種養(yǎng)料和前體類物質(zhì)，引導(dǎo)發(fā)酵走向合成產(chǎn)物的途徑。（6）根據(jù)生產(chǎn)和科學(xué)研究的需要選擇培養(yǎng)基工業(yè)上，液體深層培養(yǎng)具有占地面積小、發(fā)酵效率高、操作方便、易于機(jī)械化相自動(dòng)化生產(chǎn)、降低勞動(dòng)強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)。所以，發(fā)酵工業(yè)中大多采用液體培養(yǎng)基培養(yǎng)種子和進(jìn)行液體發(fā)酵，并根據(jù)微生物對(duì)氧氣的要求，分別作表面靜止培養(yǎng)或深層通氣培養(yǎng)。(7)根據(jù)經(jīng)濟(jì)效益選擇培并基原料考慮經(jīng)濟(jì)節(jié)約，盡量少用或不用主糧，努力節(jié)約用糧，或以其他原料代糧。糖類是主要的碳源。碳源的代用方向主要是尋找植物淀粉、纖維水解物，以廢糖蜜代替淀粉、糊精和葡萄糖，以工業(yè)葡萄糖代替食用葡萄糖。同時(shí)，使用稀薄的培養(yǎng)基，適當(dāng)減少碳氮配比。有機(jī)氮源的節(jié)約和代替主要為減少