發(fā)酵培養(yǎng)基成分之無機鹽及微量元素

微生物在生長繁殖和生產(chǎn)過程中，需要某些無機鹽和微量元素。

無機鹽和微量元素是指除碳、氮元素外其他各種重要元素及其供體。它們在機體中的生理功能主要是作為酶活性中心的組成部分，維持生物大分子和細胞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)并維持細胞的滲透壓平衡，控制細胞的氧化還原電位和作為某些微生物生長的能源物質(zhì)等。

無機鹽和微量元素根據(jù)微生物對其需求量的大小不同，有大量元素和微量元素之分。般微生物對大量元素的需求濃度為10-4-10-3

mol-L-1，常以鹽的形式加入，如磷酸鹽、硫酸鹽以及含有鈉、鉀、鈣、鎂、鐵等金屬元素的化合物。微生物的生長還需要某些微量元素，如鉆、銅、硒、錳、鋅等，這些元素的需要量其微小，通常在10-8-10-6mol-L-1（培養(yǎng)基中含量）。除了合成培養(yǎng)基外，般在天然培養(yǎng)基中不再另外單加入無機鹽和微量元素。因為天然培養(yǎng)基中的許多動、植物原料（如花生餅粉、黃豆餅粉、蛋白胨等）都含有多種微量元素，但有些發(fā)酵工業(yè)中也有單加入微量元素的。例如生產(chǎn)12時，盡管采用天然復(fù)合材料做培養(yǎng)基，但因鉆元素是12的組成成分，其需求量是隨產(chǎn)物量的增加而增加，所以，在培養(yǎng)基中就需要加入氯化鉆以補充鉆元素的不足。

1.磷酸鹽

磷是某些蛋白質(zhì)和核酸的組成成分，也是二磷酸腺苷（ADp）、三磷酸腺苷（ATp）的組成成分，在代謝途徑的調(diào)節(jié)方面起著很重要的作用。般培養(yǎng)基中磷元素充足能促進微生物的生長。如黑曲霉NRRL330菌種生產(chǎn)a時，若加入0.2%磷酸二氫鉀，則活力可比低磷酸鹽提高3倍。但磷元素過量時，有些次代謝途徑也會受到抑制，次代謝產(chǎn)物的合成常受抑制。例如，在的合成中，磷濃度過高就會抑制6磷酸葡萄糖脫氫酶的活性，使菌體生長旺盛，而的產(chǎn)量卻很低，代謝向方向轉(zhuǎn)化。磷元素的主要供體-磷酸鹽在培養(yǎng)基中還具有緩沖作用。

微生物對磷的需要量般為0.005~0.01mol-L-1。工業(yè)生產(chǎn)上常用K3pO4-3h20、K3pO4和Na2hpO4-12h20、Nah2pO4-2h20等磷酸鹽，也可用磷酸（h3pO4）。K3pO4-3h20含磷13.55%，當培養(yǎng)基中用量在1-1.5g-L-1時，磷濃度為0.0044-0.0066mol-L-1。Na2hpO4-12h20含磷8.7%，當培養(yǎng)基中用量在1.7-2.0g·L-1時，磷濃度為0.0048~0.00565mol·L-1。磷酸含磷3.16%，當培養(yǎng)基中用量在0.5~3.7g-L-1時，磷濃度為0.005~0.007mol-L-1。如果使用磷酸，應(yīng)先用NaOh或KOh中和后加入。另外，玉米漿、糖蜜、淀粉水解糖等原料中還有少量的磷。

2.

鎂是某些細菌的葉綠素的組成成分，雖不參與任何細胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)的組成，但它的離子狀態(tài)是許多重要酶（如己糖磷酸化酶、異檸檬酸脫氫酶、羧化酶等）的激活劑。鎂離子能提高些氨基糖苷類抗生素產(chǎn)生菌（如、、新生霉素等產(chǎn)生菌）對自身所產(chǎn)的抗生素的耐受能力。另外，如果鎂離子含量太少，還會影響基質(zhì)的氧化。

般革蘭陽性菌對Mg2+的低要求量是25mg-L-1；革蘭陰性菌為4-5mg-L-1。MgSO4-7h20中含Mg2+9.87%，發(fā)酵培養(yǎng)基用量為

0.25~1g-L-1時，Mg2+濃度25~90mg-L-1。

硫存在于細胞的蛋白質(zhì)中，是含硫氨基酸的組成成分和某些輔酶的活性基團，如、硫鋅酸和等。在某些產(chǎn)物（如、等分子）中均含硫，所以在這些產(chǎn)物的生產(chǎn)培養(yǎng)基中，需要加入等硫酸鹽作為硫源。而如硫化氫、硫化亞鐵等還原態(tài)的硫化物，對大多數(shù)發(fā)酵用微生物是有毒的，般不能作為硫源。

3.鉀、鈉、鈣、鐵鹽

鉀不參與細胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)的組成，它與細胞滲透壓和透性有關(guān)，是許多酶的激活劑。鉀對發(fā)酵有影響；鉀鹽少，長菌體；鉀鹽足夠，產(chǎn)。菌體生長需鉀量約為0.1g·L-1（以K2SO4計，下同），生成需鉀量為0.2~1.0g-L-1。當培養(yǎng)基中使用1g·L-1

K3pO4-3h20時，鉀濃度約為0.38g-L-1。如果采用Na2hpO4-12h20時，應(yīng)配用0.3-0.6g-L-1KCI，此時鉀濃度為0.35~0.7g-L-1。

鈉離子與維持細胞滲透壓有關(guān)，故在培養(yǎng)基中常加入少量鈉鹽，但用量不能過高，否則會影響微生物生長。

鈣離子主要控制細胞透性。常用的碳酸鈣本身不溶于水，幾乎是中性的，但它能與代謝過程中產(chǎn)生的酸起反應(yīng)，形成中性化合物和二氧化碳，后者從培養(yǎng)基中逸出，因此碳酸鈣對培養(yǎng)液的ph有定的調(diào)節(jié)作用。在配制培養(yǎng)基時要注意兩點：是培養(yǎng)基中鈣鹽過多時，會形成磷酸鈣沉淀，降低了培養(yǎng)基中可溶性磷的含量，因此，當培養(yǎng)基中磷和鈣均要有較高濃度時，可將兩者分別滅菌或逐步補加；二是先要將配好的培養(yǎng)基用堿調(diào)ph近中性，才能將CaCO3加入培養(yǎng)基中，這樣可防止CaCo3在酸性培養(yǎng)基中被分解，而失去其在發(fā)酵過程中的緩沖能力，同時所采用的CaCO3要對其中Ca0等雜質(zhì)含量做嚴格控制。

鐵是細胞色素、細胞色素氧化酶和*酶的成分，因此鐵是菌體有氧氧化的元素。工業(yè)生產(chǎn)上般用鐵制發(fā)酵罐，在般發(fā)酵培養(yǎng)基中不再加入含鐵化合物。

4.氯離子

氯離子在般微生物中不具有營養(yǎng)作用，但對些嗜鹽菌來講是必需的。此外，在些產(chǎn)生含氯代謝物（如和等）的發(fā)酵中，除了從其他天然原料和水中帶入的氯離子外，還需加入約0.1%以補充氯離子。啤酒在糖化時，氯離子含量在20-60mg L-1范圍內(nèi)能賦予啤酒柔和的口味，并對酶和酵母的活性有定的促進作用，但氯離子含量過高會引起酵母早衰，使啤酒帶有咸味。

5.微量元素

微量元素大部分作為酶的輔基和激活劑。例如，錳是某些酶的激活劑，羧化反應(yīng)必須有錳參與；在生物合成途徑中，草酰琥珀脫羧生成a酮戊二醛是在Mn2+存在下完成的。般培養(yǎng)基配用2mg L-1MnSO4-4h20。