微生物发酵培养基及优化-培养基种类及组成

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培养基根据不同的分类方法分为了不同类型的培养基，其本质的就是以培养基的功能进行分类,比如以下培养基：

种子培养基：顾名思义就是为了制备发酵用种子。

活化培养基：用于将长期保存的菌进行活化，时期具备进行研究和生产的能力。

发酵培养基：用于生产发酵的培养基。

补料培养基：用于发酵过程中补充营养物质，以保证菌体按照要求生长和生产。

基础培养基：仅能满足微生物野生型菌株生长需要的 培养基 ，称为基本培养基（minimal medium,MM），有时用符号“ [ － ]”来表示。

鉴别培养基：根据某些特性能够区分出某种或者某类菌的培养基。比如革兰氏阳性和阴性。

选择性培养基：仅仅能够容许具有某些特性的菌株生长的培养基。

需要注意的是，以上所述各培养基根据其组成形式不同可包含固体培养基、液体培养基、半固体培养基、天然培养基（天然培养基成分主要取自动物体液或从动物组织分离提取）、合成培养基（可精确掌握各成分性质和数量的一类培养基）、半合成培养基等，需要根据不同的应用场景选择不同的培养基形式。

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▼微生物发酵对营养的需求

微生物由各种元素组成，不同的微生物的元素组成有共同点也有差异性。如下图所示，黄色标记的元素：C、N、O、P、S、H、Se为所有微生物的基本组成。而cl、钠、镁、钾、钙是大多微生物所需要的元素。绿色和紫色标记的微量元素，为某些微生物、在特殊的情况下才需要的元素。

元素组成和大分子组成是不一样的概念，例如细菌，C元素占总元素的比例在50%左右，但对于大分子组成，蛋白质占50%以上。不同微生物的元素和大分子组成是略有差异的，具体见上表。

大肠杆菌中C、N、O、P、S、H占总细胞质量的96%。

▼发酵培养基组成

微生物培养过程中所使用的培养基通常有以下几种组分，分别是碳源、氮源、无机盐、微量元素、生长因子、前体、生产促进剂。微生物自身对营养的需求和以人类生产为目的对营养物质的需求是略有差异的，因此以上组成中的前体物质、生产促进剂对微生物来说并不是必须的。而对其他营养物质的需求也是根据发酵目的发生变化的。

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凡是用于构成微生物细胞和代谢产物中碳素来源的营养物质均称为碳源。 微生物细胞中碳素含量相当高，一般占干物质的50％左右。

碳源作用：①提供能量②微生物机体和有机物质骨架。

碳源包括：二氧化碳（自养型微生物）氨基酸、糖类、脂肪、有机酸、 醇和碳氢化合物以及芳香族化合物等。

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细菌中N素占细胞的13%左右，主要存在蛋白质，核酸及其他成分中。

自然界中绝大部分氮源是无机氮源，包括ammonia(NH3), nitrate (NO3), or nitrogen gas (N2)。事实上几乎所有微生物可以利用NH3，绝大多数可以利用NO3。微生物可以利用氨基酸、蛋白质等有机氮源，有机氮源，比如氨基酸进入细胞体内可以直接参与合成代谢，也可以分解产生能量。

速效和迟效

碳源和氮源都有速效和迟效之分，简言之易于被微生物利用的碳源或者氮源就是速效碳氮源，反之则为迟效。

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▼这里的无机盐是指除C、N、O、H外的大量元素，主要为钙、磷、钾、钠、镁、硫。

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▼由上表可以看出，微量元素大多是存在某些酶中或者作为酶制剂的激活剂，是酶制剂发挥作用的重要组成部分。

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生长因子为一类对微生物正常代谢必不可少且不能用简单的碳源或氮源自行合成的有机物,(虽然有部分微生物是可以合成一些生长因子的)。

广义的生长因子包括：维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶碱及其 衍生物、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、一些脂肪酸等。狭义的生长因子：一般仅指维生素。

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促进剂提高产量的机制还不完全清楚，其原因是多方面的：（1）有些促进剂本身是酶的诱导物；（2）有些促进剂是表面活性剂，可改 善细胞的透性，改善细胞与氧的 接触从而促进酶的分泌与生产；（3） 有些促进剂的作用是沉淀或螯合 有害的重金属离子。

参考文献：BROCK BIOLOGY OF MICROORGANISMS SIXTEENTH EDITION