發酵培養基設計原則

在培養基的設計優化過程中除了要考慮微生物生長所需的基本營養要素外，還要從微生物的生長、產物合成、原料的經濟成本、供應等角度來考慮問題。培養基的種類、組分配比、緩沖能力、滅菌等因素都對菌體的生長和產物合成有影響。

1.選擇適宜的營養物質

微生物生長繁殖均需要培養基中含有碳源、氮源、無機鹽、生長因子等生長要素，但不同微生物對營養物質的具體需求是不樣的，因此先要根據不同微生物的營養需求配制針對性強的培養基。自養型微生物能從簡單的無機物合成自身需要的糖類、脂類、蛋白質、核酸、維生素等復雜的有機物，因此可以（或應該）由簡單的無機物組成培養基來培養。例如，培養化能自養型的氧化硫硫桿菌（Thiobacillus thiooxidans）的培養基依靠空氣中和溶于水中的CO2為其提供碳源，培養基中并不需要加入其他碳源物質。

2.營養物質濃度及配比合適

培養基中營養物質濃度合適時微生物才能生長良好；營養物質濃度過低時不能滿足微生物正常生長所需；濃度過高時可能對微生物生長起抑制作用。例如高濃度糖類物質、無機鹽、重金屬離子等不僅不利于微生物的生長，反而具有抑菌或殺菌作用。同時，培養基中各營養物質之間的濃度配比也直接影響微生物的生長繁殖和（或）代謝產物的形成和積累，其中碳氮比（C/N）的影響較大。例如，在利用微生物發酵生產的過程中，培養基碳氮比為4/1時，菌體大量繁殖，積累少；當培養基碳氮比為3/1時，菌體繁殖受到抑制，產量則大量增加。另外，培養基中速效氮（或碳）源與遲效氮（或碳）源之間的比例對發酵生產也會產生較大的影響。如在抗生素發酵生產過程中，可以通過控制培養基中速效氮（或碳）源與遲效氮（或碳）源之間的比例來控制菌體生長與抗生素的合成協調。

3.控制ph條件

培養基的ph必須控制在定的范圍內，以滿足不同類型微生物的生長繁殖或產生代謝產物。各類微生物生長繁殖合成產物的適ph條件各不相同。般來講，細菌與放線菌適于在ph7.0-7.5范圍內生長；酵母菌和霉菌通常在ph4.5~6.0范圍內生長。因此，為了在微生物生長繁殖和合成產物的過程中保持培養基ph的相對恒定，通常在培養基中加入ph緩沖劑。常用的緩沖劑是氫和二氫磷酸鹽（如Kh2pO4和K2hpO4）組成的混合物，但Kh2pO4和K2hpO4緩沖系統只能在定的ph范圍（ph6.4-7.2）內起調節作用。有些微生物，如乳酸菌能大量產酸，上述緩沖系統就難以起到緩沖作用，此時可在培養基中添加難溶的碳酸鹽（如CaCO3）來進行調節。CaCO3難溶于水，不會使培養基ph過度升高，而且它可以不斷中和微生物產生的酸，同時釋放出CO2，將培養基ph控制在定范圍內。

此外，培養基中還存在些天然緩沖系統，如氨基酸、肽、蛋白質都屬于兩性電解質，也可起到緩沖劑的作用。

4.控制氧化還原電位

不同類型微生物生長對氧化還原電位P的要求不樣，般好氧微生物在p值為+0.1V以上時可正常生長，般以+0.3~+0.4V為宜；厭氧性微生物只能在p值低于+0.1V條件下生長；兼性厭氧微生物在9值為+0.1V以上時進行好氧呼吸，在+0.1V以下時進行發酵。p值大小受氧分壓、ph、某些微生物代謝產物等因素的影響。在ph相對穩定的條件下，可通過增加通氣量（如振蕩培養、攪拌）提高培養基的氧分壓，或通過氧化劑的加入，增加p值；在培養基中加入抗壞血酸、硫化氫、半、、二硫蘇糖醇等還原性物質可降低p值。

5.原料來源的選擇

在配制培養基時應盡量利用廉價且易于獲得的原料作為培養基組分。特別是在發酵工業中，培養基用量很大，利用低成本的原料更體現出其經濟價值。例如，在微生物單細胞蛋白的工業生產過程中，常常利用糖蜜、乳清（乳制品工業中含有乳糖的廢液）、豆制品工業廢液及黑廢液（造紙工業中含有戊糖和己糖的亞硫酸紙漿）等都可作為培養基的原料。大量的農副產品或制品，如麩皮、米糠、玉米漿、酵母浸育、酒糟、豆餅、花生餅、蛋白胨等都是常用的發酵工業原料。

6.滅菌處理

要獲得微生物純培養，必須避免雜菌污染，因此要對所用器材及工作場所進行消毒與滅菌。對培養基而言，更要進行嚴格的滅菌。般可以采取高壓蒸汽滅菌法進行培養基滅菌，通常在1.05kgcm-2、121.3℃條件下維持15~30min可達到滅菌目的。某些在加熱滅菌中易分解、揮發或者易形成沉淀的物質通常行過濾除菌或間歇滅菌，再與其他已滅菌的成分混合。

另外，培養基配制中泡沫的大量存在對滅菌處理不利，容易使泡沫中微生物因空氣形成隔熱層而難以被殺死。因而有時需加入消泡劑，或適當提高滅菌溫度。