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  騎蝸牛的神搬 2017-09-23 00:00:00

  　　培養(yǎng)基是提供微生物生長(zhǎng)繁殖和生物合成各種代謝產(chǎn)物所需要的、按一定比例配制的多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的混合物。培養(yǎng)基組成對(duì)菌體生長(zhǎng)繁殖、產(chǎn)物的生物合成、產(chǎn)品的分離精制乃至產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量都有重要的影響。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?chē)h(huán)境中大分子蛋白質(zhì)、糖類(lèi)、脂肪等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分解成小分子化合物，借助于細(xì)胞膜的滲透作用，吸收這些小分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。不同的微生物的生長(zhǎng)情況不同或合成不同的發(fā)酵產(chǎn)物時(shí)所需的培養(yǎng)基有所不同，但對(duì)于所有發(fā)酵生產(chǎn)用培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)仍存在某些共同點(diǎn)可供遵循，這就是所有的發(fā)酵培養(yǎng)基都必須提供微生物生長(zhǎng)繁殖和產(chǎn)物合成所需的碳源、氮源、無(wú)機(jī)元素、生長(zhǎng)因子、水和氧氣等。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。 　　培養(yǎng)基的選擇 　　不同的微生物對(duì)培養(yǎng)基的需求是不同的，因此，不同微生物培養(yǎng)過(guò)程對(duì)原料的要求也是不一樣的。應(yīng)根據(jù)具體情況，從微生物營(yíng)養(yǎng)要求的特點(diǎn)和生產(chǎn)工藝的要求出發(fā)，選擇合適的營(yíng)養(yǎng)基，使之既能滿(mǎn)足微生物生長(zhǎng)的需要，又能獲得高產(chǎn)的產(chǎn)品，同時(shí)也要符合增產(chǎn)節(jié)約、因地制宜的原則。 　　1、根據(jù)微生物的特點(diǎn)選擇培養(yǎng)基 　　用于大規(guī)模培養(yǎng)的微生物主要有細(xì)菌、酵母菌、霉菌和放線(xiàn)菌等四大類(lèi)。它們對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的要求不盡相同，有共性也有各自的特性。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，要依據(jù)微生物的不同特性，來(lái)考慮培養(yǎng)基的組成，對(duì)典型的培養(yǎng)基配方需作必要的調(diào)整。 　　2、根據(jù)發(fā)酵方式選擇培養(yǎng)基 　　液體和固體培養(yǎng)基各有用途，也各有優(yōu)缺點(diǎn)。在液體培養(yǎng)基中，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是以溶質(zhì)狀態(tài)溶解于水中，這樣微生物就能更充分接觸和利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，更有利于微生物的生長(zhǎng)和更好地積累代謝產(chǎn)物。工業(yè)上，利用液體培養(yǎng)基進(jìn)行的深層發(fā)酵具有發(fā)酵效率高，操作方便，便于機(jī)械化、自動(dòng)化，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，占地面積小，產(chǎn)量高等優(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)行發(fā)酵，并根據(jù)微生物對(duì)氧的需求，分別作靜止或通風(fēng)培養(yǎng)。而固體培養(yǎng)基則常用于微生物菌種的保藏、分離、菌落特征鑒定、活細(xì)胞數(shù)測(cè)定等方面。此外，工業(yè)上也常用一些固體原料，如小米、大米、麩皮、馬鈴薯等直接制作成斜面或茄子瓶來(lái)培養(yǎng)霉菌、放線(xiàn)菌。 　　 　　3、從生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)試驗(yàn)的不同要求選擇 　　生產(chǎn)過(guò)程中，由于菌種的保藏、種子的擴(kuò)大培養(yǎng)到發(fā)酵生產(chǎn)等各個(gè)階段的目的和要求不同，因此，所選擇的培養(yǎng)基成分配比也應(yīng)該有所區(qū)別。一般來(lái)說(shuō)，種子培養(yǎng)基主要是供微生物菌體的生長(zhǎng)和大量增殖。為了在較短的時(shí)間內(nèi)獲得數(shù)量較多的強(qiáng)壯的種子細(xì)胞，種子培養(yǎng)基要求營(yíng)養(yǎng)豐富、完全，氮源、維生素的比例應(yīng)較高，所用的原料也應(yīng)是易于被微生物菌體吸收利用。常用葡萄糖、硫酸銨、尿素、玉米漿、酵母膏、麥芽汁、米曲汁等作為原料配制培養(yǎng)基。而發(fā)酵培養(yǎng)基除需要維持微生物菌體的正常生長(zhǎng)外，主要是要求合成預(yù)定的發(fā)酵產(chǎn)物，所以，發(fā)酵培養(yǎng)基碳源物質(zhì)的含量往往要高于種子培養(yǎng)基。當(dāng)然，如果產(chǎn)物是含氮物質(zhì)，應(yīng)相應(yīng)地增加氮源的供應(yīng)量。除此之外，發(fā)酵培養(yǎng)基還應(yīng)考慮便于發(fā)酵操作以及不影響產(chǎn)物的提取分離和產(chǎn)品的質(zhì)量。 　　4、從經(jīng)濟(jì)效益方面考慮選擇生產(chǎn)原料 　　從科學(xué)的角度出發(fā)，培養(yǎng)基的經(jīng)濟(jì)性通常是不被那么重視，而對(duì)于生產(chǎn)過(guò)程來(lái)講，由于配制發(fā)酵培養(yǎng)基的原料大多是糧食、油脂、蛋白質(zhì)等，且工業(yè)發(fā)酵消耗原料量大，因此，在工業(yè)發(fā)酵中選擇培養(yǎng)基原料時(shí)，除了必須考慮容易被微生物利用并滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝的要求外，還應(yīng)考慮到經(jīng)濟(jì)效益，必須以?xún)r(jià)廉、來(lái)源豐富、運(yùn)輸方便、就地取材以及沒(méi)有毒性等為原則選擇原料。 　　培養(yǎng)基的配制原則 　　培養(yǎng)基的配制必須提供合成微生物細(xì)胞和發(fā)酵產(chǎn)物的基本成分;有利于減少培養(yǎng)基原料的單耗，單位營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)所合成產(chǎn)物數(shù)量大或產(chǎn)率大;有利于提高培養(yǎng)基產(chǎn)物的濃度，以提高單位容積發(fā)酵罐的生產(chǎn)能力;有利于提高產(chǎn)物的合成速度，縮短發(fā)酵周期;盡量減少副產(chǎn)物的形成;減少對(duì)發(fā)酵過(guò)程中通氣攪拌的影響，有利于提高氧的利用率、降低能耗;有利于產(chǎn)品的分離和純化;并盡可能減少產(chǎn)生“三廢”的物質(zhì)。 　　當(dāng)然，設(shè)計(jì)任何一種培養(yǎng)基都不可能面面俱到地滿(mǎn)足上述各項(xiàng)要求，需根據(jù)具體情況，抓主要環(huán)節(jié)。使其即滿(mǎn)足微生物的營(yíng)養(yǎng)要求，又能獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的產(chǎn)品，同時(shí)也符合增產(chǎn)節(jié)約、因地制宜的原則。發(fā)酵培養(yǎng)基的主要作用是為了獲得預(yù)期的產(chǎn)物，必須根據(jù)產(chǎn)物特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)培養(yǎng)基。因此要求營(yíng)養(yǎng)要適當(dāng)豐富和完備，菌體迅速生長(zhǎng)和健壯，整個(gè)代謝過(guò)程pH值適當(dāng)且穩(wěn)定;糖、氮代謝能完全符合高單位罐、批的要求，能充分發(fā)揮生產(chǎn)菌種合成代謝產(chǎn)物的能力。此外還要求成本降低。 　　 　　1、根據(jù)不同微生物的營(yíng)養(yǎng)需要配制不同的培養(yǎng)基 　　不同的微生物所需要的培養(yǎng)基成分是不同的，要確定一個(gè)合適的培養(yǎng)基，就需要了解生產(chǎn)用菌種的來(lái)源、生理生化特性和一般的營(yíng)養(yǎng)要求，根據(jù)不同生產(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)等確定培養(yǎng)基。 　　2、營(yíng)養(yǎng)成分的恰當(dāng)配比 　　微生物所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之間應(yīng)有適當(dāng)?shù)谋壤?，培養(yǎng)基中的碳氮的比例(C/N)在發(fā)酵工業(yè)中尤其重要。不同的微生物菌種、不同的發(fā)酵產(chǎn)物所要求的碳氮比是不同的。菌體在不同生長(zhǎng)階段，對(duì)其碳氮比的Z適要求也不一樣。培養(yǎng)基的碳氮比不僅會(huì)影響微生物菌體的生長(zhǎng)，同時(shí)也會(huì)影響到發(fā)酵的代謝途徑。由于碳既作碳架又作能源，所以用量要比氮多。從元素分析來(lái)看，酵母細(xì)胞中碳氮比約為100:20，霉菌約為100:10。一般發(fā)酵工業(yè)中培養(yǎng)基碳氮比約為100: (0.2～2.0)，但在氨基酸發(fā)酵中，因?yàn)楫a(chǎn)物中含有氮，所以碳氮比就相對(duì)高一些。如谷氨酸發(fā)酵的碳氮比為100: (15～21)，若碳氮比為100: (0.2～2.0)，則會(huì)出現(xiàn)只長(zhǎng)菌體，幾乎不產(chǎn)谷氨酸的現(xiàn)象。 　　碳氮比隨碳水化合物及氮源的種類(lèi)以及通氣攪拌等條件而異，很難確定統(tǒng)一的比值。一般情況下，碳氮比偏小，能導(dǎo)致菌體的旺盛生長(zhǎng)，易造成菌體提前衰老自溶，影響產(chǎn)物的積累;碳氮比過(guò)大，菌體繁殖數(shù)量少，不利于產(chǎn)物的積累;碳氮比較合適，但碳源、氮源濃度高，仍能導(dǎo)致菌體的大量繁殖，增大發(fā)酵液粘度，影響溶解氧濃度，容易引起菌體的代謝異常，影響產(chǎn)物合成;碳氮比較合適，但碳源、氮源濃度過(guò)低，會(huì)影響菌體的繁殖，同樣不利于產(chǎn)物的積累。 　　3、滲透壓 　　配制培養(yǎng)基時(shí)，應(yīng)注意營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)要有合適的濃度。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度太低，不僅不能滿(mǎn)足微生物生長(zhǎng)對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的需求，而且也不利于提高發(fā)酵產(chǎn)物的產(chǎn)量和提高設(shè)備的利用率。但是，培養(yǎng)基中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度過(guò)高時(shí)，由于培養(yǎng)基溶液的滲透壓太大，會(huì)YZ微生物的生長(zhǎng)。此外培養(yǎng)基中的各種離子的濃度比例也會(huì)影響到培養(yǎng)基的滲透壓和微生物的代謝活動(dòng)，因此，培養(yǎng)基中各種離子的比例需求要平衡。在發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程中，在不影響微生物的生理特性和代謝轉(zhuǎn)化率的情況下，通常趨向在較高濃度下進(jìn)行發(fā)酵，以提高產(chǎn)物產(chǎn)量，并盡可能選育高滲透壓的生產(chǎn)菌株。當(dāng)然，培養(yǎng)基濃度太大會(huì)使培養(yǎng)基黏度增加和溶氧量降低。 　　4、pH值 　　各種微生物的正常生長(zhǎng)均需要有合適的pH值，一般霉菌和酵母菌比較適于微酸性環(huán)境，放線(xiàn)菌和細(xì)菌適于中性或微堿性環(huán)境。為此，當(dāng)培養(yǎng)基配制好后，若pH值不合適，必須加以調(diào)節(jié)。當(dāng)微生物在培養(yǎng)過(guò)程中改變培養(yǎng)基的pH值而不利于本身的生長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)以微生物菌體對(duì)各種營(yíng)養(yǎng)成分的利用速度來(lái)考慮培養(yǎng)基的組成，同時(shí)加入緩沖劑，以調(diào)節(jié)培養(yǎng)液的pH值。 　　5、氧化還原電位 　　對(duì)大多數(shù)微生物來(lái)說(shuō)，培養(yǎng)基的氧化還原電位一般對(duì)其生長(zhǎng)的影響不大，即適合它們生長(zhǎng)的氧化還原電位范圍較廣。但對(duì)于厭氧菌，由于氧的存在對(duì)其有毒害作用，因而往往在培養(yǎng)基中加入還原劑以降低氧化還原電位。 　　在配制培養(yǎng)基時(shí)，除應(yīng)注意以上幾條原則外，還要考慮到營(yíng)養(yǎng)成分的加入順序，為了避免生成沉淀而造成營(yíng)養(yǎng)成分的損失，加入的順序一般為先加入緩沖化合物，溶解后加入主要物質(zhì)，然后加入維生素、氨基酸等生長(zhǎng)素類(lèi)的物質(zhì)。

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