工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基的組成及作用Compositionandfunctionsofindustrialfermentationmedium培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)與優(yōu)化培養(yǎng)基的組成及作用菌種選育種子培養(yǎng)發(fā)酵生產(chǎn)產(chǎn)物分離純化成品滅菌培養(yǎng)基的優(yōu)化培養(yǎng)基的影響因素培養(yǎng)基是人工配制的供微生物或動(dòng)植物細(xì)胞生長、繁殖、代謝和合成人們所需要產(chǎn)物的營養(yǎng)物質(zhì)和原料，同時(shí)也提供除營養(yǎng)外的其他生長所必須的環(huán)境條件。

所有發(fā)酵培養(yǎng)基都必須提供微生物生長繁殖和產(chǎn)物合成所需的能源，包括碳源、氮源、無機(jī)元素、生長因子及水、氧氣等。對于大規(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)格和來源。此外，為了合成某些特殊目的物和工藝控制需要，有些發(fā)酵還需加入前體、抑制劑、促進(jìn)劑和消沫劑等。一、培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分1.碳源:碳素化合物的作用構(gòu)成菌體細(xì)胞的重要元素，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，提供微生物生命活動(dòng)所需能量的原料。常用的碳源有糖類、油脂、有機(jī)酸、低碳醇和碳?xì)浠衔铩？焖倮锰荚矗耗軌蜉^快迅速地參與代謝、合成菌體和產(chǎn)生能量，主要是葡萄糖、低碳類物質(zhì)。有利于菌體生長，但會(huì)對很多產(chǎn)物的形成產(chǎn)生阻遏作用。慢速利用碳源：多有利于產(chǎn)物合成。主要包括二糖、多糖。

單糖：葡萄糖，是最易利用的糖，速效糖。過多：加速菌體呼吸，溶解氧不能滿足需要，中間代謝產(chǎn)物不能完全氧化而積累在培養(yǎng)基中，導(dǎo)致pH下降，抑制產(chǎn)物的合成。雙糖：主要有蔗糖、乳糖和麥芽糖，糖蜜含豐富的糖（主要是蔗糖）、氮素化合物、無機(jī)鹽、維生素等，是微生物工業(yè)價(jià)廉物美的原料。多糖：有淀粉、糊精及其水解液。如玉米淀粉及其水解液。（1）糖類霉菌和放線菌還可以用油脂做碳源。發(fā)酵過程加入的油脂有消沫和補(bǔ)充碳源的雙重作用。某些有機(jī)酸、醇在單細(xì)胞蛋白、氨基酸、維生素和某些抗生素的發(fā)酵生產(chǎn)中作為碳源或補(bǔ)充碳源。（2）油脂（3）有機(jī)酸、醇、碳?xì)浠衔镉袡C(jī)氮：緩效氮，有利于代謝產(chǎn)物的形成。

多用于發(fā)酵后期，如黃豆餅粉、玉米漿。無機(jī)氮：速效氮，氨基氮或銨基氮。通常有利于機(jī)體的生長。用于發(fā)酵前期如硫酸銨、氨水、硝酸鹽。主要用來構(gòu)成菌體細(xì)胞物質(zhì)和代謝產(chǎn)物，即蛋白質(zhì)及氨基酸之類的含氮代謝物。2.氮源（1）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、酵母粉、魚粉、蠶蛹粉、尿素、菌絲體和酒糟等。在微生物分泌的胞外蛋白酶作用下水解為氨基酸，被菌吸收后再進(jìn)一步分解代謝。在有機(jī)氮源豐富的培養(yǎng)基上，微生物常表現(xiàn)為生長旺盛、菌絲濃度增長迅速的特點(diǎn)。玉米漿是玉米淀粉生產(chǎn)中的副產(chǎn)物，含豐富的氨基酸（丙氨酸、賴氨酸、谷氨酸）、磷、微量元素和生長素等。尿素也是常用的有機(jī)氮源之一。（2）無機(jī)氮源常用的是銨鹽、硝酸鹽和氨水等。無機(jī)氮源的迅速利用會(huì)引起pH的變化，如：（NH4）2SO4→2NH3+H2SO4NaNO3+4H2→NH3+H2O+NaOH經(jīng)微生物作用后能形成酸性物質(zhì)的無機(jī)氮源稱為生理酸性物質(zhì)，如硫酸銨。若菌體代謝后能產(chǎn)生堿性物質(zhì)，則此種無機(jī)氮源稱為生理堿性物質(zhì)，如硝酸鈉。主要功用是：①構(gòu)成菌體成分；②作為酶活性基的組成部分或維持酶的活性；③調(diào)節(jié)滲透壓、pH值、氧化還原電位等；④作為自養(yǎng)菌的能源。低濃度促進(jìn)微生物生長、產(chǎn)物合成，高濃度抑制。3.無機(jī)鹽有些種類的發(fā)酵生產(chǎn)對金屬離子相當(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，鈣離子對細(xì)菌淀粉酶的生產(chǎn)有促進(jìn)作用，而鈷離子對葡萄糖異構(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。在培養(yǎng)基中，鈣、鎂、硫、磷、鉀和氯等常以鹽的形式加入，而鐵、鈷、錳、鋅、鉬和銅等一般在合成培養(yǎng)基中才加入。是一類微生物正常生活不可缺少而需要量較小，但微生物自身不能合成，或合成量不足以滿足機(jī)體生長需要的有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)。廣義上講，凡能調(diào)節(jié)微生物代謝活動(dòng)的微量有機(jī)物，統(tǒng)稱為生長因子；狹義的生長因子一般僅指維生素。4.生長因子一般培養(yǎng)基的有機(jī)氮源中已含有微生物生長所需的一些生長因子，不需要另外添加。如果有特殊需求，則需要另外補(bǔ)充。5．前體、促進(jìn)劑與抑制劑1）前體在產(chǎn)物的生物合成過程中，被菌體直接用于產(chǎn)物合成而自身結(jié)構(gòu)無顯著改變的物質(zhì)稱為前體。在一定條件下控制產(chǎn)物的合成方向和提高產(chǎn)量。

有利于調(diào)節(jié)產(chǎn)物的形成，并不促進(jìn)微生物的生長如：在青霉素生產(chǎn)中加入玉米漿，青霉素產(chǎn)量可從20u/mL增加到100u/mL，研究發(fā)現(xiàn)玉米漿中的苯乙胺被有限結(jié)合到青霉素分子中，從而提高了青霉素G的產(chǎn)量。青霉素G苯乙酸2）促進(jìn)劑指那些既不是營養(yǎng)物又不是前體，但卻能提高產(chǎn)量的添加劑

促進(jìn)劑的作用有些促進(jìn)劑本身是酶的誘導(dǎo)物；有些促進(jìn)劑是表面活性劑，可改善細(xì)胞的透性，改善細(xì)胞與氧的接觸從而促進(jìn)酶的分泌與生產(chǎn)；

也有人認(rèn)為表面活性劑對酶的表面失活有保護(hù)作用；有些促進(jìn)劑的作用是沉淀或螯合有害的重金屬離子。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)。在發(fā)酵過程中加入抑制劑會(huì)抑制某些代謝途徑的進(jìn)行，同時(shí)會(huì)使另外一些代謝途徑活躍，從而獲得人們所需要的某種產(chǎn)物。例如：谷氨酸發(fā)酵時(shí)可能污染噬菌體，可采用添加氯霉素、多聚磷酸鹽、植酸等抑制劑的措施。賴氨酸發(fā)酵，為防止菌株回復(fù)突變，定時(shí)添加紅霉素。3）抑制劑或阻遏物功能：生化反應(yīng)均在水溶液中進(jìn)行。是構(gòu)成菌體細(xì)胞的主要成分，又是一切營養(yǎng)物質(zhì)的傳遞介